Прогнозирование эксплуатационных свойств автотранспортных средств на основе согласованности силовой установки и силового привода
Скачать 390.81 Kb.
|
На правах рукописи УДК 629.36  ТРЕМБОВЕЛЬСКИЙ ЛЕВ ГЛЕБОВИЧ ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ СВОЙСТВ АВТОТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ НА ОСНОВЕ СОГЛАСОВАННОСТИ СИЛОВОЙ УСТАНОВКИ И СИЛОВОГО ПРИВОДА Специальность 05.05.03. – Колесные и гусеничные машины Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук Москва 2011 Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Московский государственный индустриальный университет». Научный консультант Кушвид Рубен Петрович, доктор техниче- ских наук, профессор Официальные оппоненты: Гируцкий Ольгерт Иванович, доктор техни- ческих наук, профессор Грифф Мирон Исаакович, доктор техниче- ских наук, профессор Наумов Валерий Николаевич, доктор техни- ческих наук, профессор Ведущее предприятие: ГОУ ВПО «Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева» Защита состоится 15 марта 2012г. на заседании диссертационного совета Д212.140.01 при ГОУ ВПО Московском государственном техническом университете «МАМИ» по адресу: 107023, Москва, ул. Б. Семеновская, 38 ауд. Б-304 С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке университета. Отзывы на автореферат в двух экземплярах с подписью, заверенной печатью организации просим направлять в адрес ученого секретаря диссертационного совета. Автореферат разослан 20 декабря 2011 г.  Ученый секретарь диссертационного совета Ю.С. Щетинин ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы. Основным направлением развития экономики страны является её интеграция в международную экономическую систему, образованную развитыми в техническом отношении странами. Предстоящее вступление России во всемирную торговую организацию выводит требование конкурентоспособности продукции отечественных производителей на передний план, превращая его в жизненно важную задачу. В связи с этим уже на стадии проектирования необходимо закладывать в автомобиль определённый уровень эксплуатационных свойств. Опыт доводки грузовых автомобилей и автобусов общетранспортного назначения показывает, что, несмотря на высокий уровень характеристик отдельных узлов и агрегатов не всегда удаётся получить высокий уровень конкурентоспособности по эксплуатационным свойствам автотранспортного средства (АТС). В настоящее время широкое распространение получило создание автомобиля с использованием готовых узлов и агрегатов, разрабатываемых и изготавливаемых специализированными фирмами. Однако можно констатировать, что нет единой теории подхода к обоснованному решению проблем согласования характеристик узлов, агрегатов и автомобиля в целом, которые являются основополагающими в достижении заданного уровня эксплуатационных свойств и высокой эффективности автомобиля. Согласованность силовой установки и силового привода автомобиля становится важнейшим аспектом, зачастую определяющим его конкурентоспособность. Таким образом, тема и выбранное направление работы можно считать актуальными. Цель и задачи работы. Целью работы является развитие теории и методов исследования согласованности двигателя, трансмиссии и АТС в целом. Для достижения этой цели в работе поставлены следующие задачи: 1. Разработать новый комплексный критерий оценки топливно-скоростных свойств и производительности АТС, отражающий его эффективность и аналогичный по структуре комплексный показатель эффективности двигателя внутреннего сгорания. 2. Создать математическую модель, связывающую эффективность двигателя и автотранспортного средства. 3. Разработать теоретическое обоснование понятия взаимосогласованности характеристик двигателя, трансмиссии и АТС и на этой основе создать метод исследования согласованности. 4. Создать метод подбора характеристик двигателя, трансмиссии и АТС, обеспечивающий заданный уровень согласованности и технико-экономической эффективности. 5. Разработать метод оценок экологической безопасности и влияния на неё изменения параметров различных конструктивных элементов АТС. Научная новизна заключается в следующем: - разработан и теоретически обоснован подход к выбору конструктивных параметров узлов,агрегатов и автомобиля в целом на стадии проектирования, основанный на рациональной согласованности характеристик двигателя, трансмиссии и автотранспортного средства и обеспечивающего заданный уровень его показателей производительности, тягово-скоростных и топливных свойств; - разработан новый комплексный критерий технико-экономической эффективности автомобиля; - предложено новое понятие топливно-энергетического поля двигателя как информационного, включающего показатели всех его нагрузочных характеристик и комплексный показатель механический эквивалент одного килограмма топлива, характеризующий это поле; - разработана форма уравнения движения автомобиля, раскрывающая связь эффективности автомобиля и эффективности двигателя; - создан теоретически обоснованный метод оценки энергетической и кинематической согласованности двигателя, трансмиссии и АТС. На защиту выносятся основные положения нового научного подхода к решению проблемы выбора конструктивных параметров автомобиля и его систем с применением разработанных методов, базирующихся на согласованности характеристик силовой установки и силового привода автомобиля, для обеспечения заданного уровня показателей эксплуатационных свойств. Достоверность результатов обеспечена подтверждением теоретических исследований диссертации результатами проведённых в соответствии с действующими стандартами испытаний автомобилей различных весовых категорий: Nissan L80.14, Mercedes L508D, IVECO Turbo-Daily 59-12, Tata 407, Aviа 21S, FAW CA 1041 K26L-11, ЗИЛ-433100, ЗИЛ-433360, ЗИЛ-432930, ЗИЛ-4329КО, ЗИЛ-436200, ЗИЛ-4362СО, Ford Cargo 1317, ЗИЛ-433180, ЗИЛ-5301ВЕ. Практическая ценность заключается в том, что созданный метод исследования энергетической и кинематической согласованности двигателя, трансмиссии и АТС позволяет получить на этапах проектирования и доводки заданный уровень показателей тягово-скоростных, топливно-экономических свойств и производительности АТС при сокращении сроков и материальных затрат. Реализация работы. Результаты работы использовались в процессе проектирования и доводки автомобилей АМО ЗИЛ, доводки двигателя ММЗ Д245.9Е3 на Минском моторном заводе, а также в учебном процессе подготовки инженеров по специальности автомобиле- и тракторостроение в МГТУ МАМИ и ГОУ МГИУ, что подтверждено соответствующими актами. Апробация работы. Основные положения работы докладывались и обсуждались на республиканских конференциях в Ташкентском политехническом институте в 1986г. и в Таджикском политехническом институте г.Душанбе в 1987г., на заседаниях НТО АМО ЗИЛ, на заседании кафедры “Автомобили” МГТУ МАДИ, на юбилейных конференциях МГТУ МАМИ, на расширенном заседании кафедры автомобилей и двигателей ГОУ МГИУ, на 71 международной научно-технической конференции ААИ в НГТУ им. Р.Е. Алексеева г. Нижний Новгород. Публикации. Основное содержание работы опубликовано в 31 научной работе, в том числе в одной монографии и в 17 публикациях в ведущих рецензируемых журналах списка ВАК РФ. Объём и структура работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, основных результатов и общих выводов, списка используемой литературы из 158 наименований. Общий объём работы составляет 329 страниц, из них основной текст работы изложен на 223 страницах, 28 рисунков на 28 страницах, список литературы на 14 страницах, 66 таблиц. Представлены четыре акта внедрения в приложении. ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обоснована актуальность, сформулирована цель, научная новизна и практическая ценность работы. Приводится краткая аннотация глав диссертации. В первой главе проведен обзор трудов отечественных и зарубежных авторов, посвященных проблемам формирования эксплуатационных свойств АТС. Особенно выделены работы в которых закладывалась теоретическая база экспериментальных и экспериментально-расчетных исследований топливно-скоростных свойств, производительности и эффективности АТС, авторами которых являются Е.А. Чудаков, Г.В. Зимелев, Б.С. Фалькевич, Д.П.Великанов, А.Н. Островцев, А.С. Литвинов, Я.Е. Фаробин, В.А. Илларионов, В.А. Петров, Х.А. Фасхиева, А.А. Токарев, А. Янте, Я. Таборек, В.В.Московкин, В.А. Петрушова, Н.Я. Говорущенко, П.П. Евсеев и др. В обзоре рассмотрены раздельные показатели, оценивающие топливную экономичность и скоростные свойства автомобиля, принятые в России и отмечается, что в США осредненные требования по топливной экономичности устанавливаются федеральным правительством и выражаются прямым показателем с размерностью миль/галлон. Приведены некоторые комплексные показатели: топливно-скоростной Ктс, производительность АТС, экономический фактор, удельная производительность, коэффициент эффективности работы автомобиля и некоторые другие. Анализируется подход различных авторов к понятию КПД автомобиля, и отмечается расхождения в подходе к пониманию полезной работы и полезной мощности. Приводятся некоторые определения эффективности автомобиля, показывающие отсутствие единой трактовки этого понятия. Для обеспечения высокой производительности и топливной экономичности используется следующая концепция: компоненты привода (двигатель и трансмиссия) нельзя рассматривать отдельно, т.к. их взаимное влияние на конечный результат очень высоко. Проводится анализ литературных источников о нормировании экологической безопасности в России, Европе и США. Рассматриваются основные тенденции развития конструкции автомобиля в целях обеспечения экологической безопасности, при этом модернизации подвергаются практически все основные системы автомобиля. Таким образом, была сформулирована научная задача, заключающаяся в прогнозировании эффективности, конкурентоспособности и экологической безопасности АТС на основании комплексного подхода к выбору и согласованию силовой установки и силового привода. Анализ литературных источников также позволил сделать следующие выводы: - в действующих государственных стандартах показатели топливных и скоростных свойств рассматриваются как раздельные; - комплексные показатели только косвенным образом отражают степень совершенства конструкции автомобиля; - для улучшения топливных и скоростных свойств автомобилей наряду с улучшением отдельных показателей, таких как топливная экономичность двигателя, сопротивление качению шин, аэродинамическое сопротивление и т.д., главным является достижение оптимальной согласованности характеристик двигателя трансмиссии и автомобиля в целом; - необходимо теоретическое обоснование согласования агрегатов, систем, их характеристик и АТС в целом; - нормирование экологической безопасности с течением времени ужесточается, в то же время требование технического прогресса и развитие экономики народного хозяйства требует повышения производительности и эффективности АТС, что достигается улучшением показателей скоростных и топливных свойств. Технические решения, направленные на развитие конструкции АТС в этих направлениях должны быть взаимно согласованы. На основании выводов из анализа литературных источников были сформулированы цели и задачи настоящей работы. Во второй главе анализируется оценка результатов транспортной работы. Делается вывод о том, что отдельные показатели, такие как максимальная скорость, средняя скорость движения, расход топлива не характеризуют в отдельности технический прогресс, хотя на него влияют. Количественная оценка транспортной работы автотранспортных средств должна производиться на основе комплексных критериев и нормируемых измерителей, отражающих закономерные связи основных факторов транспортной работы с параметрами и выходными характеристиками двигателя и силового привода автомобиля. Вводится новый комплексный критерий технико-экономической эффективности автотранспортного средства (АТС), который может использоваться как комплексный показатель топливно-скоростных свойств. Кт-ээ =  , ткм/л, (1)где ma – полная масса АТС, т; Gт средний часовой расход топлива, л/ч; V – средняя скорость движения, км/ч. На рисунке 1 представлена зависимость критерия технико-экономической эффективности от скорости установившегося движения автомобилей грузоподъемностью 4,5-8 тонн, а на рисунке 2 та же зависимость для малотоннажного автомобиля, оборудованного различными двигателями. В этой же главе дается анализ зависимости предлагаемого критерия от скорости неустановившегося движения по дороге с переменным продольным профилем, для автомобилей с различной грузоподъемностью, при работе в составе автопоезда и без прицепа. Приводится связь нового комплексного критерия с производительностью АТС, выраженная формулой: Кт-ээ=  , (2)где w производительность,  ;mсн – масса снаряженного автомобиля, т. Критерий технико-экономической эффективности объективно отражает производительность, тягово-скоростные свойства и топливную экономичность АТС, а также позволяет определить уровень его конкурентоспособности. Критерий Кт-ээ дает возможность через фактор скорости и энергетические затраты раскрыть причинно-следственные связи между выходными характеристиками АТС, двигателя, трансмиссии, шин и показателями топливно-скоростных свойств, что позволяет применять его при проектировании и доводке АТС. Для определения вышеуказанных связей рассматривается «топливно-энергетическое поле» двигателя, представляющее собой объединение показателей его нагрузочных характеристик. Это поле имеет зоны различий топливной и энергетической эффективности.  Рис. 1. Зависимость критерия технико-экономической эффективности от скорости установившегося движения автомобилей грузоподъемности 4,5 – 8 т В качестве меры эффективности топливно-энергетического поля двигателя вводится новая форма комплексного показателя, взаимно увязывающая параметры рабочего процесса двигателя. Показатель назван «механическим эквивалентом одного килограмма топлива» и определяется по формуле: Э =  , Втч/кг. (3) двигатель ММЗ Д-245.9 Е3 двигатель Рено MIDR04.02.26 двигатель CAT 3054 Рис. 2. Зависимость критерия технико-экономической эффективности от скорости установившегося движения автомобиля ЗИЛ-5301 с различными двигателями, грузоподъемности 3 т и mа = 6,95 т В этой формуле Ме, Нм – эффективный крутящий момент двигателя, развиваемый при частоте вращения коленчатого вала ω, сек-1 и часовом расходе топлива Gт , кг/ч. Механический эквивалент одного килограмма топлива связан с удельным эффективным расходом топлива ge, кг/кВтч и эффективным КПД двигателя ηе следующими формулами: Э =  ; Э =  ,где  низшая теплотворная способность топлива,  .«Топливно-энергетическое поле» отражает меру потенциальных возможностей двигателя и условия, при которых возможна максимально выгодная его реализация за счет взаимной согласованности характеристик двигателя, трансмиссии и АТС. Для удобства сопоставления прогрессивности конструкции двигателей различных фирм и моделей, а также наглядной демонстрации путей, которыми достигается прогрессивность конструкции , рассматриваются следующие целевые функции: gemin = f(n,u) минимальный удельный расход топлива; Эmах = f(n,u) максимальный механический эквивалент одного килограмма израсходованного топлива, где n – частота вращения коленчатого вала двигателя, мин-1;  – показатель уровня загруженности двигателя (0 u 1), представляющий собой отношение эффективного крутящего момента Ме, развиваемого двигателем для движения с заданной скоростью, к максимально возможному крутящему моменту Мв, который двигатель способен развить при частоте вращения коленчатого вала соответствующей скорости движения АТС.На рисунке 3 представлена целевая функция Эmах = f(n) для двигателей, краткая техническая характеристика которых приведена в таблице 1. Таблица 1 Техническая характеристика двигателей
Цифрами на графиках указана загрузка двигателей. Эти характеристики имеют принципиальное значение. Анализируя характеристики, представленные на рисунке 3, мы видим, что в зоне максимального крутящего момента и невысоких чисел оборотов, которые используются в основных режимах движения, максимальные значения механического эквивалента одного килограмма топлива для двигателей ОМ-422 и DEUTZ F6L-413F имеют существенно более высокие значения, чем у двигателя ЗИЛ-645, но с повышением частоты вращения разница уменьшается. Это связано с тем, что АТС с первыми двумя двигателями на 8090% пути используют именно эту зону с высоким механическим эквивалентом.  Рис. 3. Зависимость целевой функции Эmax от частоты вращения двигателей автомобилей средней и большой грузоподъёмности Двигатель ОМ-422 используется на автомобиле-тягаче, работающем в составе автопоезда полной массой 38 т. Двигатели DEUTZ F6L-413F и ЗИЛ-645 устанавливались на автомобили-тягачи, предназначенные для работы в составе автопоезда полной массы 23,5т. Используя функцию Эmах = f(n,u) можно определить наиболее привлекательные зоны топливно-энергетического поля двигателя в качестве рабочих. Таким образом, задаваясь в техническом задании полной массой АТС, скоростью движения (максимальной и средней по установленной трассе), расходом топлива и целевыми функциями |
Добавить документ в свой блог или на сайт
Похожие:
 | Рабочая программа Наименование дисциплины: основы конструкции автотранспортных... Основы конструкции автотранспортных средств: рабочая программа / авт сост. Ю. В. Михалев, спб.: Ивэсэп, 2012. – 15 с | | Выявление универсальных молекулярных механизмов изменения эксплуатационных... |
| Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Класс с использованием степ-платформы и дополнительного силового оборудования. Совмещение силовой и аэробной нагрузки. Средняя и... |  | «Смольный институт Российской академии образования» ЭР) автотранспортных средств (атс), предусматривающее формирование знаний и умений в области теоретических основ эр атс, управления... |
| Примерная программа дисциплины материаловедение и технология конструкционных... Современные способы получения материалов и изделий из них с заданным уровнем эксплуатационных свойств | | Курсовойпроек т (расчетно-пояснительная записка) по курсу «Прикладная... Рассмотрен расчёт и проектирование привода общего назначения, состоящего из двигателя, ременной передачи и одноступенчатого червячного... |
| Реферат пз : 61 с, 11 рисунків, 6 таблиць, 2 додатки, 13 джерел Виконано розрахунок І конструювання механічного привода у складі одноступеневого редуктора, пасової передачі, що забезпечує частоту... | | Пояснительная записка: Дисциплина «Механическая эксплуатация автотранспортных средств» Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования |
| Программа по дисциплине «Устройство автомобиля и организация эксплуатации... Предназначена для студентов специальности 190702. 65 «Организация и безопасность движения» | | Прогнозирование параметров дробления горных пород в условиях направленного... Оборудование: изображения гербов на листах, кроссворд, выставка литературы, энциклопедия, таблички, учебник по истории Саплина Е.... |
| Решение привода бумагоделательной машины предоставляет комбинации... Авв. Внимание сосредоточено на требованиях производителя бумаги устойчивым и надежным путем, с эффективной связью с другими системами... | | Решение проблем комплексной безопасности автотранспортных средств»... Конференция «Формирование научно-обоснованной технической политики через разработку технических регламентов» |
| Кривошипно-шатунный механизм Двигатели, установленные на большинстве автотранспортных средств, называются двигателями внутреннего сгорания, потому что процесс... | | Рабочая программа учебной дисциплины психология общения Рабочая программа учебной дисциплины может быть использована при подготовке специалистов по сервису, контролёров технического состояния... |
| Курсовая работа на тему: «Моделирование и прогнозирование инфляции... «Моделирование и прогнозирование инфляции на основе индекса потребительских цен в Великобритании в период 1993–2011 годов» | | Программа ежегодных занятий с водителями автотранспортных организаций... Ныне действующие учебный план и программа ежегодных обязательных 20-ти часовых занятий с водителями в автотранспортных предприятиях... |
