Введение к работе
Актуальность диссертационной работы.
Среди совокупности потребительских свойств автомобилей показатели топливной экономичности и скоростных свойств всегда выделялись как одни из главных. Анализ литературных источников показал, что средний эксплуатационный расход топлива современных зарубежных магистральных автопоездов полной массой 38000 кг оценивается в среднем величиной 33 ...34 л/100 км. Средняя скорость в процессе их эксплуатации на дорогах Европы превышает 75 км/ч. Для отечественных магистральных автопоездов средний расход топлива изменяется от 46 до 50 л/100 км при средней скорости 57... 60 км/ч.
Ведущие зарубежные производители автомобильной техники для рынка магистральных тягачей России и стран СНГ разрабатывают так называемые «бюджетные» версии в ценовом диапазоне 65..75 тысяч евро. Средний расход топлива указанных седельных магистральных тягачей в составе автопоезда составляет 32...37 л/100 км. По информации АСМАП, удельный вес затрат на топливо и смазочные материалы в структуре суммарных эксплуатационных расходов доминирует над другими статьями и превышает 38 %.
Приведенные факты об отставании на 20...30 % отечественных автопоездов по показателям топливной экономичности от зарубежных аналогов и высокие удельные затраты на топливо и смазочные материалы свидетельствуют о важности и актуальности темы диссертационного исследования.
Цель работы: достижение требуемого рынком уровня показателей топливной экономичности и улучшение тягово-скоростных свойств магистрального автопоезда совершенствованием методов и комплексного критерия оценки эксплуатационной эффективности на стадии проектирования и доводки.
Методы исследований. Поставленная в работе цель достигается сочетанием теоретических и экспериментальных методов. С помощью теоретических методов разработаны: комплексный критерий оценки эксплуатационной эффективности; математические модели совмещенной многопараметровой характеристики двигателя и нагрузки на него со стороны внешней среды; уточненные формулы для определения сил сопротивления в трансмиссии и шинах; метод обоснования характеристики двигателя автопоезда. Путем использования этих методов выполнены расчеты контрольных расходов топлива и тяговых характеристик магистрального автопоезда при его комплектовании различными двигателями, шинами и трансмиссиями.
Экспериментальная часть работы заключалась в определении исходных данных и характеристик двигателей на соответствующих стендах, а также показателей скоростных свойств, топливной экономичности и эксплуатационной эффективности при проведении испытаний на дорогах общего пользования, на автополигоне ФГУП НИЦИАМТ (г. Дмитров) с использованием специального испытательного и измерительного оборудования.
Научная новизна работы заключается в следующем:
- разработана и теоретически обоснована с помощью теории размерностей
физических величин формула для расчета комплексного критерия оценки эксплуа
тационной эффективности автомобиля с двигателем внутреннего сгорания на ста
дии проектирования и доводки;
- усовершенствован метод оценки тягово-скоростных свойств и топливной
экономичности магистрального автопоезда с использованием разработанного ком
плексного критерия и уточненных математических моделей, учитывающих силы
сопротивления в шинах и трансмиссии и совмещенную с внешней нагрузкой мно-
гопараметровую характеристику двигателя;
- разработан метод расчета комплексного критерия оценки эксплуатационной
эффективности автомобиля с учетом движения на подъемах заданной крутизны;
- предложен расчетно -' экспериментальный метод обоснования характери
стики двигателя автопоезда и ее согласования с параметрами трансмиссии с ис
пользованием комплексного критерия оценки эксплуатационной эффективности.
Достоверность и обоснованность научных положений определяются: - корректным применением теории размерностей физических величин, математического моделирования с разработкой математических моделей совмещенной (с нагрузкой со стороны внешней среды) многопараметровой характеристикой двигателя, сил сопротивления в шинах и трансмиссии и использованием современных методов расчетов;
совпадением результатов расчетов и экспериментальных исследований, выполненных на стендах и в процессе лабораторно-дорожных испытаний;
теоретические разработки, практические рекомендации и основные выводы диссертации научно обоснованы, так как они явились логическим развитием и уточнением методов исследований параметров тягово-скоростных свойств, топливной экономичности и эксплуатационной эффективности, разрабатываемых в течение многих лет в отечественной и зарубежной практике.
Практическая ценность полученных результатов состоит в том, что:
- разработанный комплекс программных средств и методов испытаний по
зволил на стадии проектирования и доводки автомобиля оценить эффективность
различных вариантов сочетания двигателя, шин и трансмиссии, а также опреде
лить расчетные показатели тягово-скоростных свойств и топливной экономично
сти на дороге по ГОСТ 20306-90, ГОСТ Р 52280-2004 и ГОСТ 22576-90;
использованный метод определения комплексного критерия эксплуатационной эффективности позволил сформулировать обоснованные технические требования к силовому агрегату и главной передаче магистрального автопоезда;
разработанные математические модели и методы исследований использованы при согласовании характеристик двигателя с параметрами трансмиссии в процессе совершенствования конструкции других моделей автомобилей КАМАЗ и автобусов НЕФ A3.
Реализация результатов работы. Работа проводилась в соответствии с планами НИОКР ОАО «КАМАЗ», ОАО «НЕФАЗ» и кафедры «Двигатели внутреннего сгорания» по циклу «Автомобиле и тракторостроение» ГОУ ИНЭКА. Результаты исследований, а также комплекс программ внедрены в процесс разработки модификаций и перспективных автомобилей и двигателей производства ОАО «КАМАЗ» (г. Набережные Челны); при разработке модификаций и перспективных автобусов ОАО «НЕФАЗ» (г. Нефтекамск, Республика Башкортостан); при разработке специализированных автомобилей в ООО «РИАТ» и ООО «АВТОМАСТЕР» (г. Набережные Челны); при выборе коробок передач в СП «ZF-KAMA» для установки на автомобили КАМАЗ и адаптации двигателей производства СП «CUMMINS-KAMA» применительно к автобусам «НЕФАЗ».
Апробация работы. Основные положения работы и результаты исследований докладывались и обсуждались на Республиканской научно-технической конференции «Наука-Производству», посвященной 10-летию КамПИ, г. Набережные Челны, 1990 г.; научно-технической конференции «Автомобиль и техносфера», г. Казань, 2001 г.; III Международном технологическом конгрессе «Военная техника, вооружение и технология двойного применения», г. Омск, 2005 г.; Научно-технической конференции «Луканинские чтения. Пути решения энергоэкологических проблем в автотранспортном комплексе», МАДИ ГТУ, Москва, 2005 г.; Международном симпозиуме «Проектирование колесных машин», посвященном 175-летию МГТУ им. Н.Э. Баумана, г. Москва, 2005 г.; III Белорусском конгрессе по
теоретической и прикладной механике «Механика-2007», г. Минск, 2007 г.; III Конференции пользователей STAR-2008, г. Нижний Новгород, 2008 г.; Международной научно-технической конференции «Инновации в машиностроении», г. Минск, 2008 г.; MSC.Software VPD Conference, ЕМЕА-2009, г. Мюнхен, Германия, 2009 г.
Публикации. Материалы диссертационной работы представлены в 27 научных публикациях, в том числе 15 статьях по списку, рекомендованному ВАК, 9 тезисах научных докладов.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов и заключения, списка использованных источников и одного приложения. Общий объем работы 173 страницы, включая 172 страницы основного машинописного текста, содержащего 40 рисунков и 42 таблицы. Список использованных источников включает 113 наименований на 7 страницах. Приложение на 1 странице включает акт комиссии о реализации научных положений и основных результатов работы.
