Сетевое издание
Современные проблемы науки и образования
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,940

МЕТОДИКА РЕШЕНИЯ УРАВНЕНИЙ ДВИЖЕНИЯ ЛЕСОВОЗНЫХ АВТОПОЕЗДОВ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ РЕЖИМАХ РАБОТЫ ДВИГАТЕЛЯ

Сушков С.И. 1 Бухтояров В.Н. 1
1 ФГБОУ ВПО Воронежская государственная лесотехническая академия
В работе рассматриваются вопросы решения уравнения движения лесовозных автопоездов при различных режимах работы. Определены эксплуатационные характеристики лесовозных автодорог, их отдельных элементов, а также организации движения транспортных потоков, которые в значительной степени определяются режимами работы двигателя лесовозных автопоездов. Рассмотрены режимы работы карбюраторных и дизельных двигателей. Основные выводы: 1) для повышения точности проектных решений по проектированию лесовозных дорог необходим расчет не только скорости, но и других показателей движения автопоездов; 2) затраты по топливу в значительной степени определяют себестоимость перевозок лесоматериалов при выборе оптимального варианта трассы дороги; 3) одним из критериев может служить расход топлива автопоездами.
лесовозные дороги
транспортные потоки
дроссельная заслонка
карбюраторные и дизельные двигатели
автопоезда лесовоз
уравнение движения
моделирование
1. Афоничев Д. Н., Рыбников П.С. Формирование проектных решений в автоматизированной системе проектирования объектов лесопромышленного комплекса // Моделирование систем и процессов, ВГЛТА, НИИЭТ. – Воронеж, 2012. – Вып. 4. – С. 16-19.
2. Бурмистрова О.Н., Сушков С.И., Сушков А.С. Разработка модели организационной системы управления и принятия решений при функционировании материально-транспортных потоков в лесном комплексе // Севергеоэкотех-2012 : материалы 13 Международной молодежной научной конференции, Ухта, 16-19 апреля 2013 г. : в 3 ч. / Ухтинский государственный технический университет. – Ухта : УГТУ, 2013. – Ч. 2. – С. 190-194.
3. Сушков С.И. Особенности определения показателей движения автопоездов при проектировании дорог // Строительные и дорожные машины. – 2014. – № 11. – С. 52-55.
4. Сушков А.С. Методические основы параметров процессов модели управления системой «дорожные условия - транспортные потоки» // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета (Научный журнал КубГАУ). – Краснодар: КубГАУ, 2012. — № 10 (84). – С. 63-67 — URL: http://ej.kubagro.ru/2012/10/pdf/05.pdf (дата обращения: 20.01.2012).
5. Сушков С.И., Черников Э.А. Определение основных транспортно-эксплуатационных показателей лесовозных автодорог с учетом воздействия внешних условий // Строительные и дорожные машины. – 2014. – № 7. – С. 25-28.

Организация движения транспортных потоков, эксплуатационные характеристики как самой лесовозной дороги, так ее отдельных элементов, определяются прежде всего режимом движения лесовозных автопоездов. Основным показателем движения лесовозного автопоезда является тяговое усилие [3].

В рассматриваемом случае динамический фактор вычисляют по формуле:

, (1)

где – мощность двигателя в л.с., зависящая от частоты вращения коленчатого вала двигателя, n (об/мин); – КПД трансмиссии.

В рассматриваемых условиях можно упростить метод решения уравнения (1) и расширить границы его применения. Это связано с тем, что закономерности изменения мощностных показателей двигателей определяются частотой вращения коленчатого вала для бензиновых двигателей. Для дизельных двигателей 100 % подача топлива отображает внешние скоростные характеристики двигателя, а для любой другой подачи топлива – частные характеристики [4]. На рисунке 1 представлены скоростные характеристики как карбюраторных, так и дизельных двигателей.

Введем координаты относительной мощности и относительного числа оборотов ( – соответствует , – соответствует ) для объединения характеристики двигателей.

Рис.1. Скоростные характеристики двигателей: n – частота, – мощность

На рисунке 2 представлены результаты стендовых испытаний карбюраторных различных двигателей.

Рис. 2. Относительные частичные скоростные характеристики карбюраторных двигателей

Эмпирические скоростные характеристики, показанные на рисунках 2 и 3, описаны различными зависимостями:

1. Графическими зависимостями, изображенными на рисунке 1.

2. Формулой С.Р. Лейдермана

, (2)

в которой коэффициенты соответственно равны для карбюраторных двигателей – 1; 1; 1, для дизелей – 1; 1,5; 0,5.

3. Формулой Пуансе

. (3)

Из данных формул следует, что для расчета мощности можно использовать следующую зависимость:

(4)

Рис. 3. Относительные скоростные характеристики дизелей в зависимости от положения рейки топливного насоса по сравнению с номинальным: 1-1, 2-0.92, 3-0.86,

4-0.79,5-0.72,6-0.63,7-0.58

В формуле (4) путем статистической обработки относительных частичных характеристик находим коэффициенты , а постоянные a и b определяются путём испытания различных двигателей.

Преобразуя формулу (3), уравнение для динамического фактора примет вид:

. (5)

Согласно формуле (3) не удаётся получить критическое значение скорости, при которой двигатель переходит на пониженные передачи. При динамический фактор достигает максимума. В процессе расчёта невозможно определять момент перехода на пониженную передачу. Критические скорости определены для максимальной подачи топлива при полной загрузке лесовозного автопоезда [1].

Второе решение дифференциального уравнения движения лесовозного автопоезда позволяет определить постоянство на всём интервале с помощью коэффициентов a и b в формуле (5). Коэффициенты a и b зависят от степени открытия дроссельной заслонки. Открытие дросселя заслонки непрерывно меняется на участках с изменяющимся продольным уклоном (вертикальные кривые) или участках плана при неизменном уклоне [1].

Поэтому относительные характеристики более эффективно представлять формулой:

(6)

где – коэффициенты, индекс соответствует степени открытия дроссельной заслонки. Они могут быть получены на основе обработки статистических данных (рисунки 4) при использовании таблицы 1 и 2.

Рис.4. Экспериментальные значения и сглаживающие кривые коэффициентов для карбюраторных (а) и дизельных (б) двигателей лесовозных автопоездов

Таблица 1

Коэффициенты для двигателей с карбюраторами

Коэффициенты

Степень открытия дроссельной заслонки, %

100

90

80

70

60

50

40

30

20

-1,32

-1,32

-1,32

-1,32

-1,32

-1,3

-1,27

-1,25

-1,22

1,62

1,6

1,57

1,48

1,38

1,21

1,0

0,66

0

0,7

0,7

0,7

0,7

0,7

0,71

0,73

0,78

0,82

Таблица 2

Коэффициенты для дизельных двигателей

Коэффициенты

Относительное, по сравнению с номинальным, положение рейки топливного насоса, %

100

93

86

79

72

65

58

-1,61

-1,4

-1,15

-0,96

-0,86

-0,77

-0,7

2,25

2,01

1,8

1,68

1,59

1,57

1,56

0,35

0,32

0,2

0,04

-0,13

-0,29

-0,45

Выразим число оборотов через скорость:

, (7)

В результате получаем следующее уравнение для динамического фактора:

, (8)

Решив полученное уравнение, определяем коэффициенты:

, , ,

, .

Это соотношение позволяет определить критическую скорость в момент переключения с высшей передачи на низшую. Критическую скорость можно определить, если прировнять к нулю производную динамического фактора скорости, то получаем:

. (9)

Моменту переключения с низшей передачи на высшую соответствует скорость , которая определяется максимальной частотой вращения коленчатого вала двигателя.

На рисунке 5 согласно формуле (8) представлены динамические характеристики лесовозного автопоезда. Данный рисунок показывает, что скоростные качества на IV и V передачах значительно улучшаются.

Рис.5. Динамические характеристики автопоезда ЗИЛ-131БА + ГКБ-817 при степени открытия дросселя: 1-1, 2-0.8, 3-0.6, 4-0.4. Пунктир – двигатель 150 л.с., степень открытия дросселя – 1

Полученные таким образом частные динамические характеристики автопоездов, приемлемы для расчета установившихся фактических скоростей на отрезках автодороги с постоянными сопротивлениями.

Подставив из формулы (8), получим:

, (10)

Частичные динамические характеристики, входящие в уравнение (10), необходимы при проектировании плана и продольного профиля лесовозной дороги при переменных дорожных сопротивлениях и при переменной степени открытия дросселя, при моделировании на ЭВМ движения автопоездов и т.д. [2, 5].

Повысить точности инженерных решений по проектированию лесовозных дорог можно не только с помощью расчета скорости, но и других показателей движения автопоездов. К таким значительным показателям относят затраты по топливу. Он в значительной степени определяет себестоимость перевозок лесоматериалов при выборе оптимального варианта трассы дороги.

Рецензенты:

Пухов Е. В., д.т.н., профессор, зав. каф. эксплуатации машинно-тракторного парка ФГБОУ ВПО «Воронежский ГАУ», г. Воронеж;

Астанин В.К., д.т.н., профессор, зав. каф. технического сервиса и технологии машиностроения ФГБОУ ВПО «Воронежский ГАУ», г. Воронеж.


Библиографическая ссылка

Сушков С.И., Бухтояров В.Н. МЕТОДИКА РЕШЕНИЯ УРАВНЕНИЙ ДВИЖЕНИЯ ЛЕСОВОЗНЫХ АВТОПОЕЗДОВ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ РЕЖИМАХ РАБОТЫ ДВИГАТЕЛЯ // Современные проблемы науки и образования. – 2015. – № 1-1. ;
URL: https://science-education.ru/ru/article/view?id=18498 (дата обращения: 16.09.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074