Нефедов А.Ф., Высочин Л.Н. Планирование эксперимента и моделирование при исследовании эксплуатационных свойств автомобилей

Подождите немного. Документ загружается.

даточного числа трансмиссии

средней мощности

от

удельной

мощности

(в

Вт/Н), коэффициента сопротивления качению

пересеченности продольного профиля

П (в %о),

помехонасыщен-

ности

К (в

град/км), интенсивности движения

И (в

авт/ч).

Считая

эти

факторы переменными

кодируя

их

следующим

образом

_П —23,9,

_ / -

0,0265

__ И

300.

—

30.

^ X

} — ш XQ —~ , Хк —' "~~ •

17,3

0,0135

300 30

где

А —

показатель неоднородности транспортного потока, полу-

чаем интерполяционные формулы

для

определения перечисленных

показателей движения. Коэффициенты регрессии этих формул

указаны

табл. 5.5.- По данным этой таблицы можно судить

о ха-

рактере

степени влияния различных факторов

на

среднюю ско-

рость, расход топлива

среднее передаточное число трансмиссии.

Таблица

5-5

Коэффициенты регрессии интерполяционных формул,

описывающих зависимости, представленные

на

рисунках 5.1,

5.2, и 5.3

Коэф-

фици-

ент ре-

грессии

Ьъ

Ь\2

&13

Ьн

ср

КМ/Ч

44,60

-6,70

—4,20

-1,90

—7,60

—0,40

3,10

—0,60

—2,70

л/100 км

60,31

5,24

6,84

3,61

1,98

0,59

0,76

10,74

1,32

1.17

1,П

1,74

-0,25

0,22

"ср.

кВт

40,16

1,09

1.46

6,61

5,37

—2,99

2,43

0,75

Коэф-

фици-

ент

ре-^

грессии

*15

Й16

Ь%ъ

Ьт

&24

«34

^26

^46

^ср,

км/ч

1,2

0,60

1,30

0,90

«ср,

л/100 км

0,43

—1,44

т.ср

—0,28

0,34

0,17

0,15

"ср.

кВт

0,60

0,32

-0,92

0,10

1,74

0,26

—1,29

Погрешность определения показателей движения

по

интерпо-

ляционным формулам

данном случае

не

превышает

2%, в чем

можно убедиться, сопоставляя получаемые

по ним

результаты

с ре-

зультатами непосредственного моделирования, представленными

на упомянутых рисунках.

При

этом формулы дают возможность

определять показатели

при

любом сочетании переменных

преде-

лах

их

изменения

от

—-1

до +1.

Проверка адекватности полученных полиномиальных моделей

производилась принятым

статистическом анализе порядком

(см.

гл.

1).

Например, проверка адекватности модели

для

определения

среднего передаточного числа трансмиссии (табл.

5.5)

проводи-

лась следующим образом.

122

Дисперсии каждого опыта вычислялись по формуле (1.4), дис-

персия воспроизводимости — по формуле (1.6), дисперсия адекват-

ности — по формуле (1.8) и критерий Фишера — по формуле

(1.7).

В нашем случае дисперсия воспроизводимости а

=0,126, a

дисперсия адекватности G\ =0,24, что дает F=l,9. Это значение

меньше табличного (при имеющемся в нашем случае числе степе-

ней свободы и 5%-ном уровне значимости). Следовательно, мо-

дель адекватна.

Коэффициенты регрессии определялись по формуле (1.2), а их

2 ^

дисперсии —• по формуле а

<ьл

=-•-. В нашем случае дисперсия

коэффициентов регрессии равна 0,0039, что с учетом величины кри-

терия Стьюдента при 5%-ном уровне значимости дает довери-

тельный интервал

A6i

=F0,125.

Все коэффициенты модели, кото-

рые по абсолютной величине меньше 0,125, были приняты незна-

чимыми, а значимые коэффициенты указаны в табл. 5.7.

5.3. Нормирование показателей

движения автомобилей

с помощью полиномиальных моделей

В настоящее время при определении норм пробега (средней ско-

рости) автомобилей, расхода топлива и периодичности проведе-

ния технического обслуживания условия движения учитываются

весьма укрупненно, из-за чего рекомендуемые нормы скоростей

грузовых автомобилей в подавляющем большинстве случаев ниже

возможных скоростей.

Например, норма скорости при движении по загородным доро-

гам с усовершенствованным покрытием составляет 41 км/ч. В дей-

ствительности средняя скорость автомобиля ЗИЛ-130 на равнин-

ной дороге с таким покрытием равна 77 км/ч, а на холмистой —

58 км/ч и лишь при наиболее неблагоприятных условиях движе-

ния снижается до величины, определяемой нормой.

В связи с отсутствием научно обоснованных норм скоростей

и расхода топлива их рекомендуется находить для каждого марш-

рута опытным путем. Однако это требует больших трудовых и

денежных затрат и поэтому делается далеко не всегда. Кроме того,

предполагается, что опытное определение норм скоростей и рас-

хода топлива для конкретных маршрутов должно производиться

не централизовано, а отдельными АТП, что приводит к ненужному

дублированию этой работы. Чтобы избежать этого, предпринима-

лись неоднократные попытки разработать классификации условий

эксплуатации [15, 28 и др.], основанные на качественных призна-

ках. Рассмотрим, в какой мере предложенные классификации усло-

вий эксплуатации решают данную проблему.

Интерполяционная формула (5.5) была использована для на-

хождения показателей работы автомобиля ЗИЛ-130 при таких

123

численных значениях факторов, определяющих

эти

показатели,

которые соответствуют разным категориям эксплуатации

по

клас-

сификации, принятой

Положении

техническом обслуживании

и ремонте автомобилей [46].

В основу деления условий эксплуатации

на

категории поло-

жены технические категории дорог

типы покрытий. Кроме того,

укрупненно учитываются плотность движения (улицы небольших

городов отнесены

первой категории условий эксплуатации,

боль-

ших

— ко

второй)

пересеченность продольного профиля

(из

всех

дорог выделяются дороги, проходящие

горной местности).

Данная классификация является качественной,

и,

учитывая

классификационные признаки, следует полагать,

что

условия дви-

жения первой

второй категорий эксплуатации различаются толь-

ко качеством покрытия. Иначе говоря, классификация

не

является

достаточно определенной

и не

позволяет сказать,

что

пересечен-

ность продольного профиля, помехонасыщенность маршрута, коэф-

фициент сцепления

интенсивность движения

для

первой

второй

категорий эксплуатации изменялись

бы в

разных диапазонах.

В связи

этим уровни факторов, определяющие условия дви-

жения

для

первой

второй категорий эксплуатации, были при-

няты

соответствии

табл.

5.6.

Таблица 5.6

Диапазон изменения различных факторов, характеризующих

условия движения

для

различных категорий эксплуатации

Категория

эксплуата-

ции

Фактор

П, "/„„

То же,

и 0,045.

К, град/км

за исклк

авт/ч

0,015

0,025

чением /,

200

600

•

который

0,7

0,3

был при

кВт

т<

110,3

102,9

нят

0,025

Исходя

из

равновероятного распределения пробега автомоби-

лей

по

категориям эксплуатации

между возможными сочета-

ниями условий внутри каждой категории, были получены пред-

ставленные

на рис. 5.6

гистограммы распределения показателей

работы автомобиля ЗИЛ-130.

Из гистограмм видно,

что для

обеих категорий диапазон изме-

нения каждого показателя примерно одинаков,

средние значения

показателей

для

отдельных категорий различаются незначительно.

Следовательно, рассматриваемая классификация условий эксплуа-

тации

не

может быть положена

основу нормирования показа-

телей работы. Более дифференцированные классификации [15,28]

предполагают деление условий эксплуатации

основном также

124

по качественным признакам на 32 и 40 групп. Первая из этих

классификаций учитывает высоту расположения дороги над уров-

нем моря, тип продольного профиля, тип и состояние покрытия,

а вторая — предельную осевую нагрузку, техническую категорию

дороги и тип продольного профиля.

Благодаря разбивке возможных сочетаний условий эксплуата-

ции на большее количество групп, диапазон изменения показателей

движения для каждой

группы сужается в ряде

случаев в 2—3 раза по

сравнению с диапазоном

изменения того же пока-

зателя на гистограммах

рис.5.6.

Но из-за того, что

при разбивке дорог на

группы не учитываются

интенсивность движения и

извилистость дорог, диа-

пазон изменения показа-

телей во многих случаях

остается по-прежнему

сравнительно большим.

Вместе с тем средние

Рис.

5.6. Распределение средней

скорости, расхода топлива и

среднего передаточного чис-

ла трансмиссии автомобиля

ЗИЛ-130 для разных категорий

эксплуатации:

без штриховки — I категория; диа-

гональная штриховка — II катего-

рия; w

— математи-

ческие ожидания (с индексом «I»—

для первой категории, с индексом

, «2» — для второй категории).

Р%

cp2

50,6

км/ч

ср1

=5д,вкм/ч

(Ы

У7Л

-л

20 30 40 50 60 70 80

ср

,км/ч

Мер,

1^47,3

л/100 км

Qcf>,t=50,0 л/100 км

значения показателей работы для соседних групп различаются,

как и в предыдущем случае, незначительно, а для некоторых

групп — повторяются.

Таким образом, классификации условий движения, построен-

ные по качественным признакам, не могут быть использованы при

нормировании показателей работы.

С одной стороны, это объясняется тем, что классификационные

признаки не полностью характеризуют условия движения, в част-

ности, не учитывают интенсивность движения и помехонасыщен-

ность маршрута, а с другой — тем, что влияние одних и тех же

факторов на показатели движения разных автомобилей прояв-

ляется по-разному.

В табл. 5.7 указано место каждого фактора по силе его влия-

ния на показатели движения ряда автомобилей при разном соче-

тании факторов, учитываемых той или иной формулой или соот-

125

ветствующей таблицей коэффициентов. Как видим, в зависимости

от сочетания учитываемых факторов, технических параметров авто-

мобиля и общей обстановки движения один и тот же фактор

может быть как на первом, так и на последнем месте. Очевидно

также, что дальнейшее увеличение числа качественных классифи-

кационных признаков ведет к чрезмерной громоздкости классифи-

каций. Поэтому проблему нормирования показателей работы авто-

мобилей можно успешно решить только с помощью количествен-

ных измерителей условий движения, которые позволяют пользо-

ваться интерполяционными формулами.

Таблица 5.7

Последовательность расположения факторов по силе их влияния

на показатели движения различных автомобилей

Показатель

Средняя скорость

Расход топлива

Среднее передаточ-

ное число транс-

миссии

Автомобиль

ЗИЛ-130

ЗИЛ-164А

МАЗ-200

Автобус *

ЗИЛ-130

ЗИЛ-164А

МАЗ-200

Автобус **

ЗИЛ-130

ЗИЛ-164А

МАЗ-200

Фактор

"уд

°а W

* Для грузовых автомобилей полный вес, для автобуса пассажиронагруженность.

** По силе влияния на скорость длина перегона занимает первое место, по силе

влияния на расход топлива — третье.

Для практической реализации такого подхода к решению ука-

занной проблемы необходимо получить интерполяционные форму-

лы для автомобилей разных марок, обследовать дороги и опре-

делить количественные измерители условий движения по ним,

определить показатели движения автомобилей на конкретных

маршрутах, составить справочные таблицы с указанием показа-

телей движения автомобилей по каждому маршруту.

Внедрение научно обоснованных норм позволит значительно

повысить эффективность работы автомобилей за счет более пол-

ного использования их скоростных возможностей и упорядочения

всех элементов транспортного процесса.

Глава 6

ВЛИЯНИЕ УСЛОВИЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ

И КОНСТРУКТИВНЫХ ПАРАМЕТРОВ

НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ АВТОМОБИЛЬНЫХ

ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ

Как известно, критерием эффективности автомобильных транспорт-

ных средств являются приведенные затраты на перевозки, которые

определяются как сумма эксплуатационных затрат и годового

эффекта использования приведенных капитальных вложений

= S, +

(

**-

Ця)

ЮОкоп/ткм, (6.1)

где 5

— эксплуатационные затраты на перевозки, коп./ткм; Е —

отраслевой нормативный коэффициент экономической эффектив-

ности (принимается равным 0,1); /Свл — капитальные вложения,

необходимые для использования транспортного средства, руб.;

— ликвидная стоимость транспортного средства, которая обыч-

но составляет 10% от его первоначальной стоимости, руб.; W

—

среднегодовая производительность транспортного средства,

ткм/год.

Учитывая изложенную в работе [12] методику расчета

отдельных составляющих, получаем следующее выражение для

определения приведенных затрат на перевозки:

" - 7^Г^

+ ^Г (

з^

365+ KJ

+Ц

Н'

+9Ц

+ 9Z/„+ 25900АГ'/Г)Н-—

]

-—(К

лв

Но.

Н YQQ 1 JQQ +

\,9l

-\-K

коп/ткм, (6.2)

где Кем — коэффициент, учитывающий затраты на смазочные ма-

териалы (для автомобилей с карбюраторными двигателями при-

нимается равным 1,1, ас дизельными —

1,22);

— цена

топлива, коп./л; Q

— расход топлива, л/100 км; q — номинальная

грузоподъемность транспортного средства, т; у — коэффициент

использования грузоподъемности; (3 — коэффициент использова-

ния пробега; Н

— тарифная ставка водителя с начислениями,

коп./ч; Т

—время работы транспортного средства на линии; а

—

коэффициент использования транспортного средства; Кп — эмпи-

рический коэффициент, коп./м

; /

— габаритная длина транспорт-

127

кого средства, м; а

— габаритная ширина транспортного

средства, м; Ц

и Ц

— цена автомобиля (тягача) и прицепа

(полуприцепа), руб.; Я ЙЙ^ — нормы годовых отчислений на

восстановление стоимости соответственно автомобиля (тягача) и

прицепа (полуприцепа); К' — коэффициент, учитывающий наличие

прицепа (принимается равным

1,32);

К" — коэффициент, завися-

щий от грузоподъемности автомобиля (седельного автопоезда);

/Сдв — коэффициент, учитывающий стоимость запчастей (для

автомобилей с карбюраторными двигателями принимается рав-

ным 2,2, а с дизельными — 2,6); Я

— трудоемкость технического

обслуживания и текущего ремонта, чел.ч/1000 км; /Сч — тарифная

ставка ремонтного рабочего с начислениями, руб./ч; К

— коэффи-

циент дорожных условий; Ц

— цена шины с камерой и ободной

лентой, руб.; Я

— норма затрат на восстановление износа и

ремонт шин, %/1000 км; п

— количество шин на автомобиле или

автопоезде; Я

и Я'

— норма отчислений на капитальный ре-

монт соответственно автомобиля (тягача) и прицепа (полуприце-

па),

%/1000 км; K

— коэффициент, зависящий от осевой нагрузки

(для автомобилей с осевой нагрузкой 100 кН равен 3,15, а с осевой

нагрузкой 60 кН — 2,36).

Формула (6.2) включает следующие виды затрат (их место в

формуле легко определяется по наименованию величин, входящих

в тот или иной член формулы): С

— затраты на топливо; С

—

зарплата водителя; С

— накладные расходы; С

— затраты на

восстановление транспортного средства; C

— затраты, связанные

с капиталовложениями в подвижной состав и сооружения автомо-

бильного транспорта; С

т0

— затраты на техническое обслуживание

и текущий ремонт; С

— затраты на восстановление износа и

ремонт шин; С

— затраты на капитальный ремонт транспортного

средства; С&, — затраты, связанные с капиталовложениями в до-

рожное строительство; С

— дорожная составляющая затрат на

перевозки.

Так как затраты на погрузочно-разгрузочные работы при допу-

щении того, что среднее расстояние перевозки одной тонны груза

равно средней длине ездки с грузом, зависят только от длины

ездки и вида груза, то они в формулу (6.2) не в-ключены.

В соответствии с принятым порядком, при определении себе-

стоимости автомобильных перевозок, кроме затрат на погрузочно-

разгрузочные работы, не учитываются эффективность капитальных

вложений и дорожная составляющая. Поэтому формула для опре-

деления себестоимости будет иметь вид

" = Т^Г&р + ~ (Я,7>п 365+К

+Ц

Н'

) +

ЮОдтР

дв

Яо.рК

-г-

-^QQ—

+ loo -у коп./ткм.

Производительность транспортного средства, входящая в фор-

мулы (6.2) и (6.3) и являющаяся, кроме того, самостоятельным

10<7тР

128

критерием эффективности, определяется по формуле

__ <77^го

соТ

365а

г =

у ir г

_с^с—__^

ткм

год

, (

)

4р + (Чр^п.р

где /

гр

— длина ездки с грузом, км; о

ср

— средняя (техническая)

скорость, км/ч.

В ряде работ [15, 31] приводятся результаты анализа организа-

ционно-транспортных условий перевозок (грузоподъемности тран-

спортного средства q, коэффициентов использования грузоподъем-

ности у и пробега р, средней скорости »

ср

, времени простоя под

погрузкой и разгрузкой /

.р и длины ездки с грузом /

гр

) на произ-

водительность и себестоимость перевозок, однако без учета зави-

симости средней скорости и расходов на перевозки от условий и

режимов движения.

Ниже показано, что с помощью интерполяционных формул

можно анализировать зависимость критериев эффективности от

различных факторов в общем виде, то есть с учетом как назван-

ных выше показателей, так и условий движения, влияющих на

среднюю скорость, расход топлива и другие составляющие затрат

на перевозки.

6.1.

Влияние эксплуатационных факторов

на производительность и оптимизация полного веса автопоезда

по производительности

Для анализа влияния различных факторов на производительность

транспортного средства используем формулу часовой производи-

тельности, то есть формулу (6.4) без множителей Т

365а

. Подста-

вив в нее формулу (5.5), получим выражение для определения

производительности с учетом как организационно-транспортных

условий перевозок, так и различных факторов, определяющих ре-

жимы и условия движения.

Если переменной является грузоподъемность или полный вес

транспортного средства G

, то, учитывая коэффициент Ti

(отноше-

ние грузоподъемности q к полному весу G

), получаем

_ «=W.

—

Если же переменными являются все другие факторы (коэф-

фициент использования пробега р, длина ездки с грузом /

гр

, простой

под погрузкой-разгрузкой t

, пересеченность продольного профи-

ля П), то формула (6.4) приводится к виду

w=^±^. (6.6)

с + dx

График этой дробно-линейной функции (рис. 6.1) представляет

собой равностороннюю гиперболу у~=—, обладающую следующими

9-3133

129

свойствами: центр гиперболы с

с Ь\ , ad—be

—,

—

; параметр k

= ; если

d d &

>0, то график функции убывает, а если k

^.O —- возрастает;

при &п>0 в интервале

(—ос,—j

график выпуклый, а в интервале

_1_

-г + °°

вогнутый; при k<0 — наоборот.

В результате анализа параметров, определяющих вид кривой

W =

(x),

было установлено, что зависимость производительности

1л/

Рис,

6.1. График функции

у= — , характеризующей

зависимость производи-

тельности автомобиля

(приведенных затрат на

перевозки) от различных

факторов.

от пересеченности продольного профиля, помехонасыщенности до-

роги, интенсивности движения и коэффициента сопротивления

качению характеризуется выпуклой ниспадающей ветвью гипер-

болы, а от коэффициента сцепления и максимальной мощности

двигателя также выпуклой, но возрастающей ее ветвью (рис. 6.1).

При этом численные значения параметров, определяющих усло-

вия движения и работы, влияют лишь на положение начала ко-

ординат графика W—х относительно центра гиперболы или осей

асимптот и тем самым определяют участок гиперболы, характери-

зующий ту или иную конкретную зависимость. Причем расстояние

от начала координат этого графика до горизонтальной асимптоты

для данного автомобиля остается постоянным (отношение bjd не

изменяется). В зависимости от величины отношения cjd изменяется

расстояние от начала координат до вертикальной асимптоты, а в

зависимости от его знака — положение относительно той же

асимптоты (справа или слева).

Таким образом, по величине отношений bjd и cjd можно судить

о степени влияния того или иного фактора на производительность,

в том числе и факторов, характеризующих организационно-транс-

портные условия перевозок, влияние которых, как уже указано,

хорошо известно и здесь подробно не анализируется. Чем больше

130

bjd

меньше

cjd, тем

дальше

от

горизонтальной

ближе

верти-

кальной асимптотам находится начало координат графика

W—х и

тем сильнее влияет данный фактор

на

производительность,

так как

в этом случае зона

его

влияния характеризуется сильно падающим

или сильно возрастающим участком гиперболы.

В табл.

6.1

указана производительность автомобиля ЗИЛ-130

(номинальная нагрузка принята равной

40 кН) в

разных условиях

работы

движения.

При

этом лучшие условия работы характери-

зуются следующими показателями: у~1; Р=1;

/гр

км;

0,4ч,

а худшие

—

соответственно

0,5; 0,5; 10 км и 0,8 ч. Что

касается

легких

трудных условий движения,

то в

первом случае перемен-

ные

П, К, И, / в

формуле

(5.5)

находятся

на

уровне

—1,

пере-

менные

ф и

jVmax

на

уровне

+1. Во

втором случае наоборот: первая

группа переменных находится

на

уровне

+1, а

вторая

— на

уровне

—

Таблица

6.1

Производительность автомобиля ЗИЛ-130

при

разных условиях работы

и движения

Условия

работы

Лучшие

Худшие

Условия

движения

Легкие

Трудные

Легкие

Трудные

174,8

157,6

15,6

9,1

174,8

151,5

12,8

9,2

Фактор

174,8

160,2

12,6

9,1

174,9

160,8

12,0

9,2

<Р

174,8

154,0

9,3

9Д

^тах

130,8

114,0

11,4

6,8

Как видим, производительность этого автомобиля

при

указан-

ном изменении условий движения,

не

охватившем возможного

диапазона

их

колебаний, различается

пределах

до 40%, и это

следует учитывать

при

планировании

анализе работы автомо-

билей.

Переходя

рассмотрению влияния полного веса

на

производи-

тельность автомобиля (автопоезда), представим выражение

(6.5)

в следующем' виде:

Ь I

—ах

где

А = -, а = -,

= -.

b d

Анализ показал,

что в

этой формуле

а>0, 6>0, <:>0, d>0,

a>b

и c>d.

Вследствие этого

Л>0, а>1 и 0>1.

Кроме

юта,

всегда

а<|3.

131