ХАРКІВСЬКИЙ національний АВТОМОБІЛЬНО-ДОРОЖНІЙ УНІВЕРСИТЕТ

НЕМІР А-К.А. НАвАЙСЕХ

УДК 629. 113. 004

підвищення ефективності функціонування автобусів

У іорданії з урахуванням енерГоекологічних вимог

Спеціальність 05.22.20 - Експлуатація та ремонт засобів транспорту

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Харків – 2003

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана на кафедрі системотехніки і діагностики транспортних машин Харківського національного автомобільно-дорожнього університету Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор Варфоломєєв Володимир Миколайович, професор кафедри системотехніки і діагностики транспортних машин Харківського національного автомобільно-дорожнього університету

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор Д’яченко Василь Григорович, Національний технічний університет “Харківський політехнічний інститут”, професор кафедри двигунів внутрішнього згоряння;

кандидат технічних наук, доцент Шаша Ігор Костянтинович, Національний університет внутрішніх справ, м. Харків, професор кафедри тактико-спеціальної підготовки

Провідна установа: Східноукраїнський національний університет ім. В. Даля, кафедра “Автомобілі”, Міністерство освіти і науки України, м. Луганськ

Захист відбудеться “18” лютого 2004 р. о 14 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д .059.02 при Харківському національному автомобільно-дорожньому університеті за адресою: 61002, Україна, м. Харків, вул. Петровського, 25

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Харківського національного автомобільно-дорожнього університету за адресою: 61002, Україна, м. Харків, вул. Петровського, 25

Автореферат розісланий “15” січня 2004 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради,

кандидат технічних наук, доцент Наглюк І.С.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Одним з найбільш важливих резервів підвищення ефективності функціонування рухомого складу автотранспорту є поліпшення його паливної економічності та екологічної безпеки.

Недоліками діючої методики нормування витрат палива є те, що вона не враховує у явному вигляді змінних режимів руху; спрощено ураховуються атмосферно-кліматичні умови; не враховується вплив дорожніх умов на норму додаткової витрати палива на 100 ткм та ін.

Відбувається також загрозливе забруднення навколишнього середовища. Питома вага автомобільного транспорту в погіршенні екологічної обстановки у великих містах світу вже складає понад 60 % і кількість токсичних речовин продовжує зростати. При вирішенні цієї проблеми кращими є ті напрямки, реалізація яких супроводжується економією палива та інших матеріальних ресурсів. Відомі технічні рішення для зниження шкідливих речовин у відпрацьованих газах двигунів звичайно пов’язані зі зміною їх конструкцій (це потребує значних витрат) або застосуванням допоміжних дорогих пристроїв для нейтралізації шкідливих речовин (їх установка на автомобіль часто супроводжується погіршенням економічності двигуна). У зв’язку з цим доцільно насамперед впливати на ті фактори, які дозволяють знизити шкідливі викиди автомобілями (і, відповідно, витрату палива) при виконанні транспортної роботи.

Одним з напрямів підвищення паливної економічності та екологічної безпеки автомобілів є використання на практиці раціональних режимів руху. Це дозволяє розглядати виконану дисертаційну роботу, направлену на підвищення ефективності технічної експлуатації автомобілів за рахунок економії палива і зниження токсичності, актуальною.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами.

Робота виконувалася у відповідності з науковим напрямком кафедри системотехніки і діагностики транспортних машин (експлуатації автомобільного транспорту) ХНАДУ (ХАДІ); бюджетними науково-дослідними роботами “Розробка та впровадження методів і устаткування для забезпечення оптимальної експлуатації та екологічної безпеки автомобілів” (тема №16-53-92, реєстраційний №0193U035904), “Теоретичні основи нової концепції системи профілактичного обслуговування та ремонту транспортних колісних машин” (тема №05-53-98, реєстраційний №0198U002523), тематичний план “Екологічно чиста енергетика і ресурсозберігаючи технології”; “Теорія управління технічним станом транспортних машин на основі діагностичної інформації” (тема №05-53-01).

Мета і задачі дослідження.

Мета дослідження – розробка науково-обгрунтованих рекомендацій щодо підвищення паливної економічності та екологічної безпеки транспортних машин шляхом використання оптимальних режимів їх руху на маршрутах.

Для досягнення поставленої мети вирішені такі задачі: – 

обгрунтування критеріїв оцінки ефективності функціонування автобусів з урахуванням вимог, які до них пред’являються;

– розробка математичних моделей для визначення раціональних режимів руху автобусів з урахуванням енергетичних і екологічних вимог;

–

Об’єкт дослідження – процес оперативного і довгострокового планування та керування економічністю і екологічністю машин.

Предмет дослідження – ефективність автобусних перевезень з урахуванням енергетичних і екологічних вимог.

Методи дослідження – в роботі використовуються аналітичні й експериментальні методи досліджень, що базуються на принципах системного аналізу з використанням основних положень планування експериментів, математичної статистики, теорії масового обслуговування та статистичних випробувань.

Наукова новизна одержаних результатів:

розроблена методика визначення раціональних швидкісних режимів транспортних машин, яка відрізняється від діючої більш точним урахуванням їх конструктивних особливостей та експлуатаційних факторів і використанням в якості критерію техніко-економічного ККД; вперше розроблена методика нормування витрати палива автобусів з урахуванням виконання транспортної роботи; запропонована методика періодичного і оперативного аналізу впливу техніко-експлуатаційних показників на групову норму витрати палива.

Практичне значення одержаних результатів: – 

створена науково-методична основа розробки раціональних режимів руху транспортних машин з урахуванням енергетичних і екологічних вимог;– 

розроблена методика інженерного розрахунку режимів руху машин при оптимізації їх паливної економічності та екологічної безпеки;– 

розроблена методика визначення доцільності використання причепів до автобусів.

Особистий внесок здобувача. Безпосередньо автором: – 

розроблені математичні моделі оптимізації швидкісних режимів руху автобусів на маршрутах для забезпечення паливної економічності та екологічної безпеки; – 

проведені розрахунково-теоретичні дослідження з визначення режимів руху автобусів з урахуванням умов їх експлуатації; – 

розроблена програма і методика та проведені експериментальні дослідження щодо визначення середніх швидкостей руху автобусів на маршрутах.

Апробація результатів дисертації.

Основні положення дисертаційної роботи доповідалися та обговорювалися на засіданнях кафедри системотехніки і діагностики транспортних машин, на щорічних науково-технічних конференціях ХНАДУ (в період з 1999 по 2003 р.), на V-й міжнародній науково-технічній конференції “Автомобільний транспорт: проблеми і перспективи” (м. Севастополь, 2002 р.), на 2-й міжнародній науково-практичній конференції “Проблеми технічного сервісу сільськогосподарської техніки” (м. Харків, 2003 р.).

Публікації. Матеріали дисертаційної роботи надруковані в 5 наукових працях, в тому числі 4 статті в спеціальних виданнях, які входять до переліку ВАК України.

Структура і обсяг дисертації. Дисертація складається з вступу, чотирьох розділів, висновків, списку використаних джерел і додатків. Повний обсяг дисертації складає 193 сторінки. Робота містить 41 ілюстрацію обсягом 21 сторінка, 42 таблиці обсягом 14 сторінок; список використаних джерел містить 120 найменувань на 13 сторінках; 2 додатки на 17 сторінках. Обсяг основного тексту дисертації становить 176 сторінок.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ роботи

У вступній частині обгрунтовано актуальність і новизну теми, дано загальну характеристику роботи, сформульовано мету і задачі дослідження, викладено положення, що визначають наукову новизну і практичне значення роботи.

У першому розділі наведено короткий аналітичний огляд існуючих рішень економії паливно-енергетичних ресурсів і поліпшення екологічної безпеки. Відзначається, що автомобільний транспорт у Іорданії здійснює більш як 80 % внутрішніх і міжнародних перевезень вантажів і пасажирів. Однак при організації перевезень є недоліки, серед яких відсутність диференційованого (залежно від зміни дорожньої ситуації) нормування руху автобусів на маршрутах. Це призводить до перевитрати палива і створює складну екологічну проблему.

У більшості робіт не приділяється увага такій важливій проблемі, як комплексна оцінка швидкісних якостей та паливної економічності автомобіля. В той же час зміна деяких його параметрів має протилежний вплив на ці якості. Раціональне використання палива на автомобільному транспорті багато в чому може бути забезпечене при врахуванні різних факторів, які впливають на експлуатаційні якості автомобілів, а також при удосконаленні методів розрахунку показників їх паливної економічності.

Діюча в теперішній час методика нормування витрати палива багато в чому емпірична, вона в основному базується на розрахункових сталих режимах, статистичних даних і дуже приблизно ураховує багатовид умов функціонування автомобілів.

Частиною загальної проблеми, пов’язаної з удосконаленням конструкції автомобілів, підтриманням їх в технічно справному стані, економією палива, поліпшенням дорожньої мережі та організації руху транспортних машин, є їх токсичність. Вона багато в чому залежить від швидкісних і навантажувальних режимів роботи автомобілів.

Другий розділ присвячено обгрунтуванню методологічного підходу до вирішення поставлених задач дослідження.

Проблему забезпечення високої паливної економічності та екологічної безпеки автомобільних перевезень необхідно вирішувати комплексно, на основі принципів системного підходу до розгляду взаємопов’язаних напрямків і впливаючих факторів. В якості основної класифікаційної ознаки (критерію), що дозволяє кількісно і якісно оцінювати умови експлуатації рухомого складу, прийнята середня технічна швидкість, з якою транспортний засіб має можливість рухатися в цих умовах. Вплив зовнішнього середовища на показники роботи автомобіля показано на рис. 1 ( – річна продуктивність автомобіля; , , , , , і – витрати відповідно на заробітну плату водіїв, паливно-мастильні матеріали, на шини, профілактичне обслуговування та ремонт автомобілів, амортизаційні відчислення, накладні витрати і на дороги; – кількість загиблих у ДТП; – витрата палива; – викид шкідливих речовин; – строк служби автомобіля до капітального ремонту; А, Д і Т – відповідно атмосферно-кліматичні, дорожні та транспортні умови.

В процесі удосконалювання автобусних перевезень змінювалися і критерії їх ефективності. Частіше за все використовувалися продуктивність праці, трудомісткість, собівартість продукції, прибуток, інтегральні критерії витрат і ефекту, енергетичні критерії.

Відома формула продуктивності автобуса в пас.-км/рік не ураховує ті обставини, що зміна технічної швидкості, в свою чергу, впливає на цей показник через пробіг і трудомісткості технічних дій. У зв’язку з цим доцільно ураховувати взаємовплив параметрів шляхом заміни показників коефіцієнта випуску автобусів на лінію, технічної швидкості, довжини маршруту і сумарного часу зупинок автобуса на проміжних та кінцевих пунктах відповідними залежностями:

, (1)

де , , , , – відповідно кількість робочих днів за рік, час в наряді, місткість автобуса, коефіцієнти використання місткості та пробігу; – витрати часу за організаційними причинами; – середня швидкість руху автобуса; – коефіцієнт втрат часу на виконання -х робіт (обслуговування, ремонт, усунення відмов при роботі на ін.).

При розробці аналітичних методів нормування витрати палива необхідно установити функціональний зв’язок між вхідними змінними і змінними стану автомобіля. Для цього за основу доцільно використовувати рівняння витрати палива проф. Говорущенка М.Я.:

л/100км, (2)

де i – індикаторний ККД двигуна; A, B, C – постійні коефіцієнти для даної моделі автомобіля; – середнє передаточне число коробки передач; – середня швидкість автомобіля, км/год.; – вага автомобіля, Н; – коефіцієнт дорожнього опору; – фактор обтічності автомобіля, Нс2м-2.

Для оцінки впливу автобусів на навколишнє середовище за кількісну міру забруднення повітря беруть значення концентрацій шкідливих речовин. Найбільш точна математична модель для цих розрахунків – проф. Говорущенка М.Я.:

, (3)

де – молекулярна маса токсичних речовин, г; – густина палива, г/см3; , , – постійні коефіцієнти для різних токсичних речовин; – процент використання потужності; і – постійні для даного карбюратора коефіцієнти.

Для економічної оцінки використання автобусів на маршрутах з урахуванням енергетичних і екологічних вимог запропонована часткова собівартість:

, (4)

де і – відповідно витрати на паливо і екологічна складова, коп./пас.-км; – витрати палива за відповідний період, л; – вартість 1 л палива, грн; – сумарна транспортна робота за той же період, пас.-км; , – коефіцієнти, які враховують атмосферно-кліматичні умови (температуру повітря та висоту над рівнем моря); , – відповідно основна норма витрати палива для порожнього автобуса в л/100 км і додаткова норма за перевезення пасажирів в л/100 пас.-км; – норма збору за даний вид палива, грн/т; , , –коефіцієнти коректування.

Для аналізу роботи автобуса запропонований в якості критерію техніко-економічний ККД:

, (5)

де – тариф за перевезення пасажирів; – кількість перевезених пасажирів.

Знаючи характер зміни швидкості руху автобуса залежно від сумарного дорожнього опору (для автобуса Toyota Coaster Standard Roof ), можна визначити аналогічну залежність і продуктивності в пас./доб.:

. (6)

Значний вплив на швидкість руху, продуктивність, витрату палива, строк служби та інші показники ефективності використання автобусів впливає ступінь рівності покриття дорог. З урахуванням залежності ( – ступінь рівності дороги) продуктивність автобуса Toyota

. (7)

На нерівних дорогах, внаслідок значного зниження швидкості автобуса, потужність двигуна, яка витрачається на подолання опорів дороги і повітря, буде зменшуватися, а запас потужності зростати. Для визначення процента використання потужності двигуна під час руху нерівними дорогами застосовуємо таку формулу:

%, (8)

де  – максимальна потужність двигуна при повному відкритті дросельної заслінки, кВт;  – ККД трансмісії.

Залежність від ступеня нерівності дороги для автобуса Toyota

%. (9)

Характер зміни вказаних показників від якості дороги наведено на рис. 2.

Рис.2. Графік зміни швидкості руху, процента використання потужності та продуктивності автобуса Toyota Coaster Standard Roof залежно від сумарного дорожнього опору і рівності покриття дороги S

Підвищити експлуатаційні показники автобусів можливо за рахунок використання на визначених маршрутах причепів. В якості критерію для оцінки ефективності роботи автобусів без причепа і з причепом доцільно застосовувати величину загального ККД (відповідно і ):

; (10)

, (11)

де – поздовжній уклон дороги, %;  – коефіцієнт врахування обертових мас; , – відповідно прискорення автобуса без причепа і з причепом; –вага причепа, Н; – коефіцієнт опору кочення по дорозі; – нижча теплота згоряння, кДж/кг; і – витрати палива відповідно одиночного автобуса і автобуса з причепом, л/100 км.

. (12)

У третьому розділі побудовані математичні моделі витрати палива і розрахунку викидів токсичних речовин в атмосферу для моделей автобусів, що розглядаються, та розроблені нормативи витрати палива до них.

На основі положень теорії двигунів визначена залежність індикаторного ККД від коефіцієнта надлишку повітря (). Математичні моделі витрати палива для автобуса Toyota при змінних значеннях передаточних чисел коробки передач , швидкості його руху , сумарних дорожніх опорах при спорядженій масі і повній масі мають вигляд:

;

. (13)

При необхідності визначення витрати палива при конкретних значеннях їх можна виразити через середню швидкість автобуса (для Toyota ). Установлена залежність індикаторного ККД від коефіцієнта сумарного дорожнього опору і швидкості руху. Для автобуса Toyota:

; . (14)

;

. (15)

Для визначення залежності витрати палива від дорожнього опору при відповідних значеннях індикаторного ККД, сталої швидкості руху автобуса (Va=40 км/год.) і середніх значеннях для спорядженої та повної маси для даної швидкості (=0,79, =0,88) використовуємо формулу (2) і отримуємо (для автобуса Toyota):

;

.

В основі визначення нормативів щодо витрати палива повинна лежати його точна математична модель з урахуванням єдиної класифікації умов роботи автобусів, в якій дорожні та транспортні умови кількісно оцінюються середньою швидкістю їх руху. Це зумовлено тим, що існує безпосередня залежність між швидкістю руху автомобіля, дорожньо-транспортними умовами і витратою палива.

При вираженні і через швидкість автобуса рівняння (13) придатні для визначення норм витрати палива для автобуса Toyota (табл. 1. В таблиці наведені також рівняння для автобуса Mercedes-Benz O 302C).

Таблиця 1

Рівняння норм витрати палива для автобусів

Автобус | Маса автобуса

споряджена | повна

Mercedes-Benz О 302 C

Toyota Coaster Standard Roof

Додаткову норму витрати палива для автобусів в л/100 пас.-км можна визначити за формулою

, (16)

де 75 – маса одного пасажира, кг.

Загальна норма витрати палива з урахуванням перевезених пасажирів

л/100 км. (17)

Результати розрахунків індикаторного ККД і норм витрати палива залежно від швидкості руху автобуса Toyota наведені на рис. 3.

В табл. 2 наведені розрахункові дані для автобуса Toyota. Значення середніх швидкостей та сумарного дорожнього опору прийняті з урахуванням нової класифікації умов функціонування машин.

Таблиця 2

Розрахункові норми витрати палива для автобуса

Toyota Coaster Standard Roof

Категорія умов експлуатації | Розрахункові значення | Но.с,

л/100 км | Нд,

л/100 пас.-км | Загальна норма Н, л/100 км

, км/год.

1 | 0,013 | 60 | 11,91 | 0,100 | 13,89

2 | 0,017 | 47 | 12,10 | 0,131 | 14,70

3 | 0,021 | 38 | 13,30 | 0,162 | 16,51

4 | 0,025 | 32 | 14,89 | 0,193 | 18,71

5 | 0,031 | 26 | 17,57 | 0,239 | 22,31

Рис.3. Графік зміни індикаторного ККД і норм витрат палива автобуса Toyota при спорядженій та повній масі залежно від швидкості руху

Аналітичне рівняння нормування витрати палива за визначений період (наприклад, за робочий день), яке враховує пройдений шлях, виконану транспортну роботу, дорожні, транспортні та атмосферно-кліматичні умови функціонування автобусів, можна подати в такому вигляді:

л, (18)

де і – відповідно основна і додаткова норми витрати палива для -ої категорії умов експлуатації (категорія визначається за середньою швидкістю руху автобуса на маршруті за період, що розглядається); , – сумарний пробіг автобуса в км і виконана транспортна робота в пас.-км за той самий період.

Для визначення кількості шкідливих викидів з відпрацьованими газами розроблені математичні моделі за окремими компонентами, які враховують конструктивні особливості автобусів і техніко-експлуатаційні показники їх роботи. Приклад математичної моделі для автобуса Toyota з повним навантаженням по діоксиду азоту на основі рівняння (3) має вигляд:

г/км. (19)

Четвертий розділ присвячено експериментальним дослідженням. Для їх проведення в дорожніх умовах і за допомогою обчислювальної техніки розроблені відповідні програми та методики.

Для оцінки впливу різних експлуатаційних факторів на величини витрат палива і викидів шкідливих речовин у відпрацьованих газах автобусів, визначення характеру цих залежностей і установлення діапазону зміни значень цих показників був виконаний машинний експеримент на ПЕОМ ІВМ РС/АТ.

Зміна витрати палива в л/100 км для автобуса Toyota з повною масою залежно від ступеня рівності дорожнього покриття в см/км розглядаємо за допомогою формул ; ; . В першому випадку приймаємо змінними значення , і , в другому - значення індикаторного ККД приймаємо сталим ( як середнє розрахункове значення за табл.3), а =1, у третьому - =1 при змінних значеннях інших показників.

Для першого випадку за рівнянням (2)

;

для другого випадку

;

для третього випадку

.

Таблиця 3

Результати розрахунків Va і Q від S

S, см/км | 0 | 200 | 400 | 600 | 800

Va, км/год. | 65 | 55 | 45 | 35 | 25

0,012 | 0,015 | 0,018 | 0,023 | 0,032

0,271 | 0,273 | 0,276 | 0,281 | 0,289

16,30 | 16,95 | 18,06 | 20,91 | 26,96

18,01 | 17,57 | 17,4 | 18,65 | 22,49

18,65 | 18,06 | 17,68 | 18,61 | 21,81

Аналіз результатів машинного експерименту показав, що при погіршенні дорожніх умов (збільшенні показань поштовхоміра) витрата палива спочатку знижується, а потім зростає. Це пов’язане зі зменшенням швидкості на нерівній дорозі і збільшенням тертя в двигуні та опору повітря на високих швидкостях і вказує на необхідність врахування типу покриття та його стану при нормуванні витрати палива.

Витрата палива на рівній дорозі при русі автомобіля з високою швидкістю приблизно однакова з витратою палива на дорозі з великою кількістю нерівностей при русі з низькою швидкістю. Однак це справедливо в тому випадку, коли на дорогах з різним ступенем рівності покриття середньозважена величина залишається постійною ( =1). Насправді при збільшенні кількості нерівностей в окремих випадках при переїзді великих нерівностей доводиться вмикати знижені передачі. Це призводить до того, що середньозважена величина трохи підвищується і витрата палива також збільшується. Крім того, при розрахункова величина витрати палива в порівнянні з іншими випадками знижується на рівних дорогах і збільшується на ділянці високих значень . Усе це свідчить про те, що при нормуванні витрати палива необхідно враховувати тип покриття і його стан.

При русі автомобіля з різними швидкостями по одній дорозі, з постійним значенням величини , вираження (2) для автобуса Toyota має вигляд:

;

.

У автобуса з повним навантаженням у порівнянні зі спорядженою масою витрата палива зменшується через збільшення індикаторного ККД приблизно на 6 %, через збільшення ККД трансмісії приблизно на 10 % (через коефіцієнт С).

Основне збільшення витрати палива автобусів пов’язане з підвищенням їх маси. Завантаження автобусів при цьому істотно впливає тільки при середніх швидкостях їх руху (30…60 км/год.), при швидкостях 80…100 км/год. цей вплив незначний, а при 90 км/год. витрати палива і приблизно однакові.

Це свідчить про те, що в умовах роботи автобусів в місті доцільно, крім основної норми, враховувати також і додаткову з урахуванням транспортної роботи. Результати розрахунків норм витрати палива автобуса Toyota при врахуванні їх місткості, ступеня завантаження пасажирами і використання пробігу, а також кількості діоксиду азоту в залежності від швидкості наведені на рис. 4.

Результати розрахунків значень процента використання потужності N1, коефіцієнта надлишку повітря й індикаторного ККД для автобуса Mercedes зі спорядженою та повною масою для різних швидкостей руху наведені в табл. 4.

Завантаження автобусів пасажирами по-різному відбивається на кількості викидів шкідливих речовин. Із зростанням швидкості руху відношення кількостей СО у автобусів і постійно збільшується (з 1,267 до 1,42), вуглеводнів СН – зменшується (з 1,187 до 1,082), відношення кількостей NO2 і – зменшується (з 1,129 до 1,005). В той же час у автобуса Mercedes по СН, навпаки, збільшується.

Рис.4. Графік зміни норм витрати палива і викидів NO2 автобусом Toyota при спорядженій масі (1), повному навантаженні (2) і з урахуванням транспортної роботи (3)

Таблиця 4

Результати розрахунків N1 , і для автобуса Mercedes

, км/год. | 20 | 30 | 40 | 50 | 60 | 70 | 80 | 90 | 100

16,6 | 17,3 | 18,8 | 21,1 | 24,6 | 29,6 | 36,1 | 44,5 | 55,0

21,3 | 21,9 | 23,2 | 25,3 | 28,5 | 32,9 | 38,8 | 46,3 | 55,7

4,03 | 3,99 | 3,92 | 3,79 | 3,62 | 3,38 | 3,09 | 2,75 | 2,38

3,79 | 3,76 | 3,69 | 3,58 | 3,44 | 3,23 | 2,98 | 2,68 | 2,36

0,471 | 0,472 | 0,475 | 0,479 | 0,485 | 0,491 | 0,496 | 0,500 | 0,498

0,480 | 0,481 | 0,483 | 0,486 | 0,489 | 0,495 | 0,498 | 0,500 | 0,498

Таким чином, не можна давати однакові рекомендації обом моделям автобусів для зниження токсичності з усіх шкідливих речовин. Наприклад, якщо зниження СО в обох автобусів можна досягти за рахунок збільшення навантаження за рахунок пасажирів і підвищення швидкості руху (так само і СН у Toyota), то зниження NO2 (і СН у Mercedes) забезпечується при зменшенні навантаження автобусів. Для останнього випадку швидкісний режим має визначені оптимальні величини: по NO2 у Toyota =50 км/год. (для спорядженого автобуса і з повним навантаженням), по СН у Mercedes =70 км/год, по NO2 у Mercedes 60 км/год.для спорядженого автобуса і 70 км/год. для автобуса з повним навантаженням.

Використання коефіцієнта корисної дії для порівняння роботи одиночного автобуса () і автобуса з причепом () показало, що використання причепів дозволяє підвищити їх ККД, незважаючи на зростання при цьому витрати палива (рис. 5). При збільшенні швидкості руху з 20 до 70 км/год. відношення витрат палива і ККД зменшується, однак для воно незначне, а для істотно.

Кількість викидів шкідливих речовин при використанні причепа з автобусом Toyota на прикладі діоксида азоту NO2 вираховується за таким рівнянням (отримано на підставі формули (3)):

г/км. (20)

Аналіз розрахункових даних показує, що кількість викидів NO2 в автобуса з причепом вища, ніж в одиночного автобуса, однак їх співвідношення із зростанням швидкості руху (після 30 км/год.) зменшується. Мінімальна кількість NO2 в одиночного автобуса Toyota відповідає =50 км/год., в автобуса з причепом у діапазоні =20...90 км/год. мінімум спостерігається при 90 км/год.

У відповідності з розробленою методикою проведено дослідження режимів руху автобусів візуальним методом на 12 міських і 15 приміських маршрутах Харкова і області, які обслуговувалися автобусами ЛАЗ-695, ЛіАЗ-677, Ікарус-260 і Ікарус-280. Аналіз даних показав: основна питома вага від сумарного часу рейсу припадає на рух (у зимовий період: у будній день – 69,9 %, вихідний день – 71,2 %; в літній період відповідно 71,0 і 72,3 %).

Особливості конструкції автобусів, їх техніко-експлуатаційні показники, а також специфічність маршрутів (рельєф, стан покриття вулиць, кількість проміжних зупинок, інтенсивність руху) відбиваються на співвідношенні різних видів швидкостей руху – технічної , сполучення й експлуатаційної (табл. 5).

Таблиця 5

Співвідношення швидкостей руху автобусів

Автобуси | Маршрути | Співвідношення швидкостей руху

ЛАЗ-695 | 1, 5, 26 | 1,11…1,25 | 1,35…1,59 | 1,14…1,27

ЛіАЗ-677 | 24, 33, 57 | 1,21…1,27 | 1,42…1,53 | 1,18…1,26

Ікарус-260 | 7, 13, 39 | 1,24…1,27 | 1,44…1,71 | 1,15…1,36

Ікарус-280 | 11, 38, 52 | 1,16…1,21 | 1,30…1,40 | 1,10…1,15

Дослідження щодо визначення оптимальних швидкостей руху автобусів з урахуванням паливної економічності та екологічної безпеки за допомогою відповідних часткових собівартостей і техніко-економічного ККД показали, що і за цими критеріями значення оптимальних швидкостей руху автобусів, що розглядаються, близько збігаються зі швидкостями мінімальних витрат палива і викидів шкідливих речовин (рис. 6).

ВИСНОВКИ

Економічний ефект від збільшення експлуатаційної (або технічної) швидкості за рахунок скорочення часу рейсу вираховується за формулою

, (21)

де – умовний річний економічний ефект, грн; – собівартість 1 пас.-км, коп.; – процент зниження собівартості; – обсяг транспортної роботи на приміських автобусних маршрутах за рік, пас.-км.

При збільшенні швидкості руху на 10 % і зниженні при цьому собівартості перевезень на 0,67 % річний економічний ефект по 15 приміських маршрутах складає 249535 грн.

Таким чином, швидкість є важливим резервом підвищення ефективності роботи автобусів. Сучасні автобуси мають достатньо високі динамічні якості та спроможні при хорошій організації дорожнього руху досягти високих швидкостей у різних умовах їх експлуатації.

1. Діючі нормативи і методики розрахунку витрати палива та викидів токсичних речовин автомобілів засновуються на недосконалій класифікації умов їх експлуатації і не враховують їх непостійність в просторі та часі.

В дисертації наведені теоретичні узагальнення і нове рішення наукової задачі підвищення паливної економічності та зниження токсичності автомобілів за рахунок оптимізації режимів їх руху на маршрутах.

2. В якості методологічної основи рішення питань підвищення паливної економічності та екологічної безпеки розглядається взаємозв’язок підсистем технічної експлуатації транспортних машин і елементів комплексу “Автомобіль – водій – зовнішнє середовище”.

3. В якості головного критерію оцінки умов функціонування автобусів прийнята їх середня технічна швидкість, яка не враховується в діючих нормах пробігу, при нормуванні витрати палива і розрахунку викидів токсичних речовин.

Для аналізу і оцінки ефективності роботи автобусів запропоновані критерії – часткова собівартість з урахуванням енергетичних та екологічних вимог і техніко-економічний ККД.

4. Розроблені математичні моделі витрати палива і шкідливих викидів з відпрацьованими газами, в яких усі елементи зовнішнього середовища функціонування автобусів оцінюються кількісно середньою швидкістю їх руху, враховані конструктивні особливості машин і техніко-експлуатаційні показники їх роботи.

5. За допомогою цих моделей установлені залежності продуктивності автобусів і використання потужності їх двигунів від різних дорожніх факторів.

При розрахунку загальної норми витрати палива для автобусів пропонується застосовувати додаткову норму, яка враховує їх транспортну роботу.

6. Результати машинного експерименту показали, що математичні моделі правильно відображають закономірності зміни вихідних параметрів роботи автобусів від різних факторів, які характеризують їх конструкцію, умови випробувань; підтвердили необхідність розробки уточнених нормативів паливної економічності та екологічної безпеки.

7. Рекомендації щодо оптимальних швидкостей руху автобусів, що розглядаються, з мінімізації витрати палива, викидів шкідливих речовин і собівартості пасажирських перевезень практично мало відрізняються.

Остатковий вибір оптимальної швидкості руху з екологічної безпеки слід робити з урахуванням ступеня небезпеки окремих шкідливих речовин і типу двигуна.

8. Підвищити експлуатаційні показники автобусів можна за рахунок використання на визначених маршрутах причепів. Коефіцієнт корисної дії автобусів при цьому збільшується на середніх швидкостях руху в 2…4 рази.

9. Виконані теоретичні та експериментальні дослідження використовуються в навчальному процесі під час практичних занять, дипломних і магістерських робіт з дисциплін “Системотехніка транспорту” та “Використання експлуатаційних матеріалів і економія паливно-енергетичних ресурсів”.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ АВТОРОМ ПРАЦЬ

ЗА ТЕМОЙ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Немир Науайсех. Оценка топливной экономичности автобусов // Вісник СНУ ім. В. Даля. – №10 (56). – 2002. – С. 186-189.

2. Немир Науайсех. Анализ методов оценки эффективности эксплуатации автомобилей // Автомобильный транспорт: Сб. научн. трудов. – Вып. 9. Харьков, ХНАДУ, 2002 – С. 71-74.

3. Варфоломеев В.Н., Науайсех Немир. Методика разработки нормативов расхода топлива для транспортных машин / Вісник ХДТУСГ. – 2003. – Випуск 17. Харків. – 2003. – С. 167-171 (здобувач запропонував нову методику визначення норм витрати палива з урахуванням їх транспортної роботи).

4. Варфоломеев В.Н., Немир Науайсех. Повышение топливной экономичности и экологической безопасности при автобусных перевозках // Автомобильный транспорт: Сб. научн. трудов. – Вып. 12 , Харьков, ХНАДУ, 2003. – С.33-36 (здобувач розробив математичні моделі витрати палива і кількості шкідливих речовин для автобусів і визначив їх зміну при впливі експлуатаційних факторів).

5. Науайсех Немир. Анализ методов нормирования скоростей движения транспортных машин // Материалы V-ой Междунар. научно-техн. конф. “Автомобильный транспорт: проблемы и перспективы”. – Севастополь: СевГТУ. – 2002. – С. 184-189.

АНОТАЦІЯ

Немір А-К.А. Навайсех. Підвищення ефективності функціонування автобусів у Іорданії з урахуванням енергоекологічних вимог. – рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.22.20 – Експлуатація та ремонт засобів транспорту. – Харківський національний автомобільно-дорожній університет Міністерства освіти і науки України, Харків, 2003.

Дисертація присвячена питанням економії паливно-енергетичних ресурсів і поліпшення екології навколишнього середовища шляхом використання уточнених нормативних матеріалів і оптимальних режимів руху транспортних машин. В роботі обгрунтовані критерії оцінки ефективності роботи автобусів, запропоновані заходи щодо вирішення паливної та екологічної проблеми, розроблені методики визначення нормативних значень витрати палива. Розроблені моделі для індивідуального підходу з розрахунку нормативів витрати палива для конкретних марок транспортних машин. Проведено комплекс експериментальних досліджень для визначення впливу різних експлуатаційних факторів на нормативи витрати палива і кількість викидів різних шкідливих компонентів відпрацьованих газів автомобілів.

Ключові слова: економія палива, нормативи, екологічна безпека, швидкість руху, математичні моделі.

АННОТАЦИЯ

Немир А-К.А. Навайсех. Повышение эффективности функционирования автобусов в Иордании с учетом энергоэкологических требований. – Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.22.20 – Эксплуатация и ремонт средств транспорта. – Харьковский национальный автомобильно-дорожный университет Министерства образования и науки Украины, Харьков, 2003.

Диссертация посвящена вопросам экономии топливно-энергетических ресурсов и улучшения экологии окружающей среды путем использования уточненных нормативных материалов и оптимальных режимов движения транспортных машин.

Дана характеристика транспортного комплекса Иордании и Амманского региона. Выполнен анализ факторов, влияющих на расход топлива и токсичность отработавших газов, методов оценки топливной экономичности и нормирования расхода топлива автомобилей.

Приведены теоретические предпосылки для обоснования нормативов расхода топлива. Они базируются на единой методике классификации дорожных и транспортных условий, комплексе автомобиль – водитель – внешняя среда.

Обоснован комплекс критериев и математических моделей для оценки концентрации загрязняющих веществ в воздухе (количество выбросов вредных веществ в г/км), топливной экономичности и экологичности конкретных автобусов (частичные себестоимости по расходу топлива и экологии), анализа работы автобуса (технико-экономический КПД), обоснования целесообразности использования на определенных маршрутах прицепа к автобусу (КПД автомобиля).

Разработаны методики определения нормативных значений расхода топлива для конкретных моделей автомобилей с учетом их конструктивных особенностей, эксплуатационных условий работы и режимов движения, а также расчетов выбросов токсичных веществ.

В предложенных математических моделях все элементы внешней среды функционирования автобусов оцениваются количественно средней скоростью их движения. Это обусловлено непосредственной зависимостью между скоростью движения транспортного средства, дорожно-транспортными условиями и расходом топлива.

При расчете общей нормы расхода топлива для автобусов предлагается применять дополнительную норму, учитывающую их транспортную работу, а для управления расходом топлива – проводить как периодический, так и оперативный анализ.

Проведен анализ результатов машинного эксперимента по установлению зависимости показателей работы автобусов от различных конструктивных и эксплуатационных факторов.

Статистические исследования средних скоростей движения на маршрутах показали, что повысить их можно за счет сокращения времени оборотного рейса путем ликвидации части промежуточных остановочных пунктов. Фактические значения времени рейса и его составляющих величин отражают сложившиеся на маршрутах дорожно-транспортные и природно-климатические условия.

Экспериментальные исследования подтвердили целесообразность использования в качестве основного интегрального показателя, характеризующего постоянно меняющееся многообразие элементов внешней среды, средней скорости автобуса.

Результаты исследований применяются в учебном процессе ХНАДУ.

Ключевые слова: экономия топлива, нормативы, экологическая безопасность, скорость движения, математические модели.

ABSTRACT

Nemir A-K.A. Nawaiseh. Raising efficiency of bus operation in Jordan taking into acount of energy and ecology requirements. – Manuscript.

The thesis for a candidate’s degree (engineering sciences) on speciality 05.22.20 – Maintenance service of transport facilities. – Kharkiv National Automobile and Highway University. Ministry of Education and Science. Ukraine, Kharkiv, 2003.

The thesis is dedicated to problems of fuel and energy resources economy and environmental ecology improvement by means of corrected specification material application and optimum conditions of vehicular movement.

Criteria of estimates of bus operation efficiency are substantiated in this work, measures on solving fuel and ecology problems are proposed. Methods of specification values determination of fuel consumption have been developed.

Models for individual approach by design of fuel consumption norms for concrete makes of transport vehicles have been developed. The complex of experimental research for effect determination of different operating factors on fuel consumption norms and a quantity of different harmful components ejections of vehicular exhaust gases has been done.

Key words: economy of fuel, specifications, ecological, security, movement velocity, mathematic models.

Підписано до друку 19.12.2003 р.

Видавництво ХНАДУ, 61002, м. Харків-МСП, вул. Петровського, 25