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

Подождите немного. Документ загружается.

Несоответствие принимаемых разными авторами исходных

данных, характеризующих условия движения и организационно-

транспортные условия перевозок;

Недостаточно точный (чрезмерно приближенный) учет влия-

ния некоторых факторов (интенсивности движения, помехонасы-

щенности дороги) на показатели движения;

Недостаточно полный учет затрат на перевозки.

Относительно первой из этих причин следует указать, что ис-

пользование количественных характеристик условий движения и

типовых маршрутов обеспечивает сопоставимость результатов рас-

четов. При этом характеристики организационно-транспортных

условий перевозок целесообразно принимать на уровне их средних

значений, приведенных в работе [12].

Что касается второй из причин, то анализ показал, что попыт-

ка имитировать при расчетах движения влияние плотности транс-

портного потока и различных помех только величиной предельной

скорости не дает удовлетворительных результатов.

Наиболее существенной и в то же время легко устранимой

является третья причина. Необходимость полного учета затрат на

перевозки, в соответствии с типовой методикой оценки эффектив-

ности автомобильных транспортных средств, очевидна.

В частности, если при оптимизации удельной мощности не учи-

тывать накладные расходы, дорожную составляющую и капиталь-

ные вложения в строительство дорог, то оптимальная удельная

мощность получается значительно меньше, чем при полном учете

затрат. Особенность представленных на рис. 6.8 результатов рас-

чета состоит в, том, что оптимальная удельная мощность для

транспортных средств с карбюраторными двигателями оказывает-

ся меньше, чем с дизельными. Объясняется это, в первую очередь,

характером изменения затрат на топливо в зависимости от удель-

ной мощности и соотношением этих затрат в зависимости от вида

применяемого топлива. Расходы на топливо при возрастании

удельной мощности из-за более высокой цены на бензин растут

быстрее для автомобилей с карбюраторными двигателями, Это

приводит к сдвигу минимума суммы затрат влево, то есть в сто-

рону меньших удельных мощностей.

В заключение следует отметить, что вопрос об оптимальной

удельной мощности в практическом плане может рассматриваться

с точки зрения непосредственного варьирования мощности и с точ-

ки зрения варьирования полного веса.

Во втором случае удельная мощность является производным

показателем. Ее значения при этом значительно меньше тех, кото-

рые получаются при непосредственном варьировании мощности

(см.

удельные мощности в табл. 6.6 и на рис. 6.8). Например, при

сопоставимых условиях эксплуатации оптимальная удельная мощ-

ность для автомобиля с полным весом 240 кН при дальних пере-

возках по равнинным дорогам составляет 1 Вт/Н, а при работе с

прицепами — 0,48 Вт/Н (оптимальный полный вес для этого авто-

мобиля равен 500 кН). При этом приведенные затраты на перевоз-

152

ки в первом случае составляют 2,09 коп/ткм, а во втором —

1,43 коп/ткм.

Снижение суммарных затрат во втором случае достигает 31,6%

прежде всего за счет уменьшения затрат на топливо (на 60%),

на зарплату водителя (на 35%), накладных расходов, затрат на

техническое обслуживание и отчислений на капитальный ремонт

(на 50%). Остальные составляющие затрат снижаются либо не-

значительно (на 10—15%), либо совсем не снижаются.

Так как наиболее существенное снижение затрат во втором

случае происходит благодаря значительному увеличению грузо-

подъемности транспортного средства, то были сопоставлены за-

траты на перевозки для автомобиля с полным весом 240 кН и для

автопоезда, состоящего из автомобиля и прицепа и имеющего та-

кой же полный вес.

При этом для автопоезда меньше накладные расходы (на 20%),

затраты на техническое обслуживание (на 45%), но больше дорож-

ная составляющая и капиталовложения в дорожное строительство

(на 50%). Остальные затраты остались либо на прежнем уровне,

либо изменились незначительно. В результате суммарные затраты

оказались больше для автопоезда на 3,4% и составили

2,18 коп/ткм.

Рассматривая преимущества и недостатки сравниваемых транс-

портных средств, следует принять во внимание факторы, которые

пока не учитываются количественно при оценке эффективности

автомобилей, а именно: большая сложность вождения автопоездов,

большая напряженность работы их агрегатов и потери из-за по-

мех, которые они создают быстроходным транспортным сред-

ством.

Эти потери приводят к увеличению количества груза, находя-

щегося в состоянии транспортировки. Однако не имеется доста-

точно разработанной методики количественного учета этих потерь.

Поэтому при оценке эффективности использования тихоходных

транспортных средств необходимо обеспечивать максимальную

пропускную способность дорог при одновременном сохранении

средневзвешенной производительности и себестоимости перевозок

или приведенных затрат на заданном уровне.

Известно, что пропускная способность дороги зависит от ско-

рости движения транспортных средств и достигает максимума при

скоростях порядка 50—60 км/ч. Отсюда следует, что для обеспе-

чения высокой пропускной способности дороги необходимо, чтобы

все входящие в поток транспортные средства проходили все уча-

стки маршрута со скоростью порядка 50 км/ч. Анализ показал, что

удельные мощности, полученные путем непосредственной оптими-

зации, удовлетворяют этому требованию, в том числе и при дви-

жении автомобилей по холмистым маршрутам, а удельные мощ-

ности, соответствующие оптимальным полным весам, в ряде

случаев недостаточны для этого.

Теоретическое исследование и непосредственные расчеты пока-

зали, что влияние условий движения (пересеченности продольного

153

профиля, помехонасыщенности дороги, интенсивности движения

и др.) на производительность автомобильных транспортных

средств, себестоимость перевозок и приведенные затраты сопоста-

вимо с влиянием организационно-транспортных условий перевозок.

Поэтому нормирование средних скоростей, расхода топлива и зап-

частей, трудоемкости технического обслуживания необходимо про-

изводить не на основе укрупненных, в основном качественных,

характеристик условий движения, а с учетом предложенных в

четвертой главе количественных измерителей.

Методы математической теории эксперимента в сочетании с

методами моделирования эксплуатационных режимов движения

автомобилей и определения количественных измерителей условий

движения обеспечивают:

а) возможность учета влияния типа продольного профиля, изви-

листости трассы, типа и качества покрытия, интенсивности дви-

жения на показатели работы автомобильных транспортных средств

и на оптимальные значения их конструктивных параметров (пол-

ного веса, удельной мощности, передаточных чисел трансмиссии);

б) получение аналитических выражений для определения опти-

мальных значений полного веса автопоезда (G

om) по производи-

тельности и по затратам на перевозки с учетом условий движения,

организационно-транспортных условий перевозок и плановых нор-

мативов.

В зависимости от условий движения оптимальный полный вес

для данного автомобиля изменяется почти в два раза, а в зави-

симости от организационно-транспортных условий перевозок —

всего на 10—20%.

Оптимизация полного веса автопоезда по производительности

и по затратам на перевозки дает разные результаты. Оптимальный

полный вес автопоезда по критерию затрат примерно на 20%

меньше, чем по критерию производительности, и в большинстве

случаев соответствует работе автомобиля с одним-двумя прице-

пами. При одинаковых условиях движения и работы величина

Gaom зависит не только от максимальной мощности двигателя, но

и от передаточных чисел трансмиссии и величины нормативных и

стоимостных показателей. В частности, соотношения этих величин

для автомобилей ЗИЛ-130 и ЗИЛ-164 таково, что

для пер-

вого из них меньше, чем для второго.

Оптимальное значение удельной мощности для данного авто-

мобиля зависит почти в равной мере от условий движения, орга-

низационно-траспортных условий перевозок и от полноты учета

затрат на перевозки. Так как исследователи пользуются разными

исходными данными и по-разному определяют затраты на пере-

возки, то рекомендуемые ими оптимальные значения удельной

мощности не совпадают. В результате данного исследования при

оптимизации по величине приведенных затрат для условий дви-

жения, характерных для дальних и местных перевозок, получены

существенно большие значения оптимальной удельной мощности,

чем рекомендуемые другими исследователями (рис. 6.7 и 6.8). При-

154

чем для автомобилей с карбюраторными двигателями, вследствие

более высокой стоимости топлива, оптимальные удельные мощ-

ности меньше, чем для автомобилей с дизельными двигателями.

Наблюдающаяся в автомобилестроении тенденция повышения

удельной мощности грузовых автомобилей и автопоездов средней

и большой грузоподъемности для условий нашей страны является

экономически оправданной. Удельная мощность для транспортных

средств большой грузоподъемности порядка 0,6—0,75 Вт/Н соот-

ветствует минимуму приведенных затрат на перевозки.

Величина удельной мощности, рассчитанная путем непосредст-

венной ее оптимизации, в два раза и более превышает удельную

мощность, соответствующую оптимальному значению полного веса.

При этом затраты на перевозки в первом случае больше, чем во

втором, что объясняется разнохарактерностью влияния различных

факторов на отдельные виды затрат при изменении мощности дви-

гателя и при изменении числа прицепов.

Однако при равной грузоподъемности транспортные средства

с оптимальной удельной мощностью и с оптимальным полным ве-

сом в эксплуатации равноэффективны. Учитывая известные недо-

статки многозвенных автопоездов, связанные с их тихоходностью,

следует считать, что их применение оправдывает себя с двух точек

зрения:

а) дает возможность увеличить грузоподъемность транспорт-

ных средств, в том числе без превышения осевых нагрузок;

б) позволяет путем изменения состава автопоезда достигнуть

соответствия грузоподъемности транспортного средства либо раз-

мерам партий груза, либо условиям движения.

Так как зависимости критериев эффективности от полного веса

и мощности двигателя весьма пологи (в области оптимума кри-

терий изменяется, как правило, незначительно), в эксплуатации

зачастую трудно установить несоответствие этих параметров усло-

виям работы. В связи с этим важную роль приобретают расчетные

методы определения их оптимальных значений.

Предложенные интерполяционные формулы для определения

оптимальных значений удельной мощности и передаточного числа

главной передачи для автомобилей разной грузоподъемности обес-

печивают возможность предварительного выбора этих параметров

с учетом условий движения, вида перевозок и цены топлива без

проведения громоздких вариантных расчетов.

Существующие методы технико-экономической оценки автомо-

билей не предусматривают учета показателей режимов работы

агрегатов и сложности управления автомобильными транспортны-

ми средствами разных типов. Но так как это весьма желательно,

и соответствующие показатели в настоящее время могут быть по-

лучены как экспериментальным, так и расчетным путем, то необ-

ходимо совершенствовать саму методику оценки эффективности

с таким расчетом, чтобы можно было учитывать показатели режи-

мов работы агрегатов и сложность управления.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Автомобильные дороги общей сети CGCP. Нормы проектирования

(СНиП П-Д5-62). — В кн.: Строительные нормы и правила, ч. 2. М., Изд-во

литературы по строительству, 1964.

Адлер Ю. П., Грановский Ю. В., Маркова В. В. Планирование

эксперимента при поиске оптимальных условий. М., «Наука», 1971.

Адлер Ю. П. Введение в планирование эксперимента. М., «Металлур-

гия»,

1969.

А к о п я н Р. А. Рабочие процессы и теория прочности пневматической

подвески. Львов, Изд-во Львовского университета, 1970.

Андрианов В. Н. Автомобили грузоподъемностью 8—11 т и авто-

поезда на их базе. М., Изд-во НИИНАВТОПРОМ, 1971.

6. Ахмедов А. И. Анализ тяговых качеств автомобиля с помощью

ЭЦВМ. — «Автомобильная промышленность», 1963, № 9.

Б а б к о в В. Ф. [и др.]. Дорожные условия и режимы движения авто-

мобилей. М., «Транспорт», 1967.

8. Виру л я А. К- Проектирование автомобильных дорог, ч. 1., М., Авто-

трансиздат, 1961.

9. Блауберг И.В., Юдин Э. Г. Становление и сущность системного

подхода. М., «Наука», 1973.

10.

Бусленко Н. П. Математическое моделирование производственных

процессов. М., «Наука», 1964.

11.

Бухарин Н. А. [и др.]. Автомобили. М., «Машиностроение», 1965.

12.

Великанов Д. П. Эффективность автомобиля. М., «Транспорт», 1969.

13.

Великанов Д. П. Развитие метода оценки совершенства конструк-

ции автомобиля.

—

«Автомобильный транспорт», 1973, № 1.

14.

Вент цель Е. С. Теория вероятностей. М., «Наука», 1964.

15.

Г о в о р у щ е н к о Н. Я. Основы теории эксплуатации автомобилей.

Киев,

«Вища школа», 1971.

16.

Гольд Б. Ф. [и др.]. Основы прочности и долговечности автомобиля.

М., «Машиностроение», 1967.

17.

Дрю Д. Теория транспортных потоков и управление ими. М., «Транс-

порт», 1972.

18.

Единые нормы выработки и времени на вагонные автотранспортные и

складские погрузочно-разгрузочные работы. М., «Транспорт», 1970.

19.

Ермилов Ф. И. Влияние параметров горных дорог на эксплуатацию

автомобилей. — «Тр. конференции по теории и расчету автомобилей, работаю-

щих в горных условиях». Тбилиси, «Мацниереба», 1968.

20.

Закин Я. X. Эксплуатация грузовых автомобильных поездов. М., «Авто-

трансиздат», 1962.

21.

3 ими л ев Г. В. Теория автомобиля. М., Машгиз, 1959.

22.

И в а н о в В. Н., Г а в р и л о в А. А., О х а п к и н Н. И. Кибернетика

на автомобильном транспорте. М., «Высшая школа», 1971.

23.

И л а р и о н о в В. А. Эксплуатационные свойства автомобиля. М., «Ма-

шиностроение», 1966.

24.

К лычко в П. Д. Об определении оптимальной удельной мощности про-

ектируемого автопоезда. — «Автомобильная промышленность», 1961, № 11.

25.

К у л и к о в Н. К. Оценка приемистости автомобильного двигателя. —

«Автомобильная и тракторная промышленность», 1952, № 10.

156

26.

Лаптев С. А. Метод количественной оценки режимов работы авто-

мобиля и его механизмов. — «Автомобильная и тракторная промышленность»,

1952,

№ 4.

27.

Л а х н о В. П., Л а х н о Р. П. Автомобильные лесовозные поезда. М.,

Гослесбумиздат, 1961.

28.

Л а х н о Р. П. О типизации дорожных условий эксплуатации автомо-

бильного транспорта СССР. — «Тр. НАМИ», 1970, вып. 22.

29.

Л а х н о Р. П., Нифонтов Б. Н. Выбор числа ступеней и передаточ-

ных чисел силовой передачи автопоездов для междугородных грузовых перево-

зок. At, НИИНАВТОПРОМ, 1968.

30.

Левин Л. Методы решения технических задач с использованием АВМ.

М., «Мир», 1965.

31.

Лейдерман С. Р. Эксплуатация грузовых автомобилей. М., «Транс-

порт», 1966.

32.

Л и т в и н о в А. С. Особенности неустановившегося поворота автомо-

билей. — «Автомобильная промышленность», 1960, № 6.

33.

Лурье М. И. Мощность двигателя и параметры трансмиссии грузовых

автомобилей и автопоездов. М., Автореф. докт. дис, 1969.

34.

Максапетян Г. В. Надежность тормозных механизмов автомобилей.

Ереван, «Ойрстан», 1965.

36.

Мартин Ф. Моделирование на вычислительных машинах. М., «Совет-

ское радио», 1972.

36.

Мед вед ков В. И., Яр ко в В. Я- Применение ЭЦВМ для расчета

скоростного режима движения колесной машины. — «Автомобильная промыш-

ленность», 1968, № 3.

37.

М е т с о н Т. [и др.]. Организация движения. М., Автотрансиздат, 1960.

38.

Налимов В. В., Чернова И. А. Статистические методы планирова-

ния экстремальных экспериментов. М., «Наука», 1969.

39.

Налимов В. В. Новые идеи в планировании эксперимента. М., «Нау-

ка»,

1969.

40.

Н е ф е д о в А. Ф. Выбор рационального общего веса автопоезда. М.,

Автотрансиздат, 1961.

41.

Нефедов А. Ф. Влияние нагрузки и дорожных условий на режимы

работы автомобильного двигателя. — «Автодорожник Украины», 1965, вып. 1/19.

42.

Н и ф о н т о в Н. Б. Тенденции развития весовых и мощностных пара-

метров грузовых автомобилей. — «Автомобильный транспорт», 1972, № 1.

43.

Н ь

к о м б Т. П. Тепловой расчет автомобильных тормозов. — «Экс-

пресс информация «Автомобилестроение и автотранспорт», реферат № 48, М.,

Изд-цо ВИНИТИ, 1960.

44.

Островцев А. Н. Основные принципы построения классификации экс-

плуатационных условий. — «Автомобильная промышленность», 1971, № 12.

• 45. П а р цх а л а д зе Р. М. Основные эксплуатационные качества автомо-

билей, работающих в горных условиях. — «Тр. конференции по теории и

расчету автомобилей, работающих в горных условиях». Тбилиси, «Мацниере-

ба»,

1968.

46.

Положение о техническом обслуживании и ремонте автомобилей. М.,

Автотрансиздат, 1972.

47.

П р и х о д ь к о Л. С. Исследование влияния дорожных условий на ре-

жимы работы агрегатов автомобиля и их долговечность. Харьков, Автореф.

канд. дис, 1965.

48.

Ротенберг Р. В. Подвеска автомобиля. М., Машиностроение, 1972.

49.

С т а в и ц к и и А. И. Метод исследования динамики и топливной эконо-

мичности автомобиля при движении по дороге реального профиля. М., Автореф.

канд. дис, 1968.

50.

Т и х о м и р о в Е. Ф. Технико-экономическое обоснование мощности дви-

гателя автомобильного поезда. — «Автомобильная промышленность», 1965, № 3.

51.

Фомин А. В. [и др.]. Эксплуатационные качества автомобильных ди-

зельных двигателей. М., Автотрансиздат, 1961.

52.

а р о ф а с Д. М. Системы и моделирование, М., «Мир», 1967.

53.

X е й т Ф. Математическая теория транспортных потоков. М., «Мир»,

54.

X о р о ш и л о в Н. Ф. Научно-техническое обоснование новых норм при

проектировании автомобильных дорог. — В сб.: Материалы совещания по строи-

тельству автомобильных дорог. М., 1963.

55.

Ц и т о в и ч И. С. [и др.]. Блок-схемы для расчетов нагрузок в транс-

миссиях автомобилей, тракторов и тепловозов. Проблемная автомобильная ла-

боратория, Минск, 1969.

56.

Ш а л я г и н В. М. Характеристики автомобильного карбюраторного дви-

гателя на режиме свободного и принудительного холостого хода. — «Тр. ХАДИ»,

1962,

вып. 29.

57.

Шлыков Ф. М., Тетельбаум И. М. Электрическое моделирование

динамики электропривода механизмов, М.. «Энергия», 1970.

58.

Щуп л яков В. С. Колебания и нагруженность трансмиссии автомо-

биля. М., «Транспорт», 1974.

59.

С h e n с h a n n a P. Studies on dynamik behaviour of braking system. —

«Automob. e automob. ind.», 1972, № 5—6.

60.

Poppe Werner. Das Kraftfahrreug von morger-Reale Forderungen. —

«VDI-Zeitschrift», 1961, № 24.

61.

Saal С Relation Between Cross Weight of Motor Truck and Their

Horsepower, Public Roads, 1957, № 10.

62.

S a w h i 11 R. В., Firey I. C. Predicting fuel comsumption and travel

time of motor transport vehicles. Highway Res. Board Bull, 1962, № 334.

63.

45 tons and 360 h. p. in European Motor Transport, 1971, № 3432.

64.

The Europian truck of the future. Motor Transport, 1971, № 3438.

65.

Wilding Tony. Eleet. planning. Commercial Motor, 1971, № 3408.

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение 3

ГЛАВА 1

ПЛАНИРОВАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТА ПРИ ИССЛЕДОВАНИИ СЛОЖНЫХ СИСТЕМ .... 7

1.1. Выбор факторов и их отсеивание. Параметры оптимизации . . 7

1.2. Полный факторный эксперимент 9

1.3 Дробные реплики и их разрешающая способность .... 13

1.4. Оценка адекватности модели 16

ГЛАВА 2

ПРИНЦИПЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ НА ЭЛЕКТРОННЫХ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ МАШИНАХ 22

2.1.

Общее понятие о математическом моделировании процессов . . 22

2.2.

Моделирование на электронных аналоговых вычислительных ма-

шинах 25

2.3.

Моделирование на электронных цифровых вычислительных ма-

шинах 32

ГЛАВА 3

МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ РЕЖИМОВ ДВИЖЕНИЯ АВТОМОБИЛЕЙ И РАБОТЫ

ИХ ОТДЕЛЬНЫХ СИСТЕМ 38

3.1.

Общие предпосылки 38

3.2. Математическое описание отдельных фаз движения 43

3.3.

Свободное движение по прямолинейной дороге переменного про-

дольного профиля 53

3.4. Моделирование движения по кривым в плане 62

3.5.

Моделирование движения в транспортном потоке .... 69

3.6. Моделирование рабочих процессов некоторых систем автомобилей 74

ГЛАВА 4

КОЛИЧЕСТВЕННАЯ ОЦЕНКА ПЕРЕСЕЧЕННОСТИ ПРОДОЛЬНОГО ПРОФИЛЯ И ПОМЕХОНАСЫ-

ЩЕННОСТИ ДОРОГ. МОДЕЛИРОВАНИЕ И ТИПИЗАЦИЯ УСЛОВИЙ ДВИЖЕНИЯ АВТОМОБИЛЕЙ 85

4.1.

Измеритель пересеченности продольного профиля 85

4.2.

Измеритель извилистости и помехонасыщенности дороги в плане 94

4.3.

Моделирование и типизация условий движения 98

ГЛАВА 5

ВЛИЯНИЕ УСЛОВИЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ И КОНСТРУКТИВНЫХ ПАРАМЕТРОВ НА ПОКАЗАТЕЛИ

ДВИЖЕНИЯ АВТОМОБИЛЕЙ .109

о.1.

Исследование влияния различных факторов на показатели дви-

жения .... 109

5.2. Полиномиальные модели для исследования влияния условий эк-

сплуатации с учетом взаимодействия различных факторов . . . 116

159

5.3.

Нормирование показателей движения автомобилей с помощью

полиномиальных моделей 123

ГЛАВА 6

ВЛИЯНИЕ УСЛОВИЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ И КОНСТРУКТИВНЫХ ПАРАМЕТРОВ НА ЭФФЕКТИВ-

НОСТЬ АВТОМОБИЛЬНЫХ ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ 127

6.1.

Влияние эксплуатационных факторов на производительность и

оптимизация полного веса автопоезда по производительности . . 129

6.2. Влияние различных факторов на приведенные затраты и себестои-

мость перевозок. Оптимизация полного веса автопоезда по величине

затрат , 135

6.3.

Оптимизация удельной мощности и передаточного числа главной

передачи. Влияние различных факторов на оптимальную величину

этих параметров ....,,, 143

Список литературы 156

Александр Федорович Нефедов, Любовь Николаевна Высочин

ПЛАНИРОВАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТА И МОДЕЛИРОВАНИЕ

ПРИ ИССЛЕДОВАНИИ

ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ СВОЙСТВ АВТОМОБИЛЕЙ

Под редакцией кандидата технических наук

Александра Федоровича Нефедова

Издательское объединение «Вища школа»

Издательство при Львовском государственном университете

Редактор Т. К. Горелик, Технический редактор И. С. Куючко, Художествен-

ный редактор Н. Н. Чишко. Художник Н. К. Курило. Корректоры Е, В. Кар-

пенко,

О. А. Сусла.

Сдано в набор 26. 02 197Й г. Подписано к печати 5, VIII 1976 г. Формат

бумаги 60X90'/i6. Бумага типогр. № 2. Печ. л. 10. Уч.-изд. л. 10,49. Тираж

3900.

БГ 01348. Цена 1 руб. 14 коп. Зак. 3133.

Издательство издательского объединения «Вища школа» при Львовском

государственном университете, Львов, Университетская, 1.

Областная книжная типография Львовского областного управления по делам

издательств, полиграфии и книжной торговли, Львов, Стефаника, И.