Оценка приспособленности автомобилей к температуре окружающего воздуха в транспортно-технологическом обеспечении предприятий АПК

Для автомобильного транспорта характерно исключительное многообразие условий эксплуатации, широкий диапазон значений многих факторов внешней среды, таких как дорожные, природно-климатические и др. Однако при определении норм расхода топлива не учитывается различный уровень приспособленности грузовых автомобилей разных моделей к тем или иным условиям эксплуатации. Поэтому коэффициенты имеют одинаковые значения, не учитывающие дифференцированное влияние условий внешней среды на автомобили разных моделей. Недостаточное внимание к уровню приспособленности автомобилей ведет при их эксплуатации к дополнительным транспортным издержкам. Для Амурской области условия эксплуатации автомобилей характеризуются большими различиями, переменным характером многих факторов внешней среды [3], поэтому особый интерес вызывает исследование влияния температуры окружающего воздуха на расход топлива автомобилей различных моделей при перевозке грузов. Рассматриваемая проблема становится тем актуальнее, чем больше отклонения условий эксплуатации от стандартных и чем хуже приспособленность автомобилей к этим отклонениям.

Таким образом, для определения фактического расхода топлива на транспортных работах необходимо учитывать как конструктивные особенности различных автомобилей, так и влияние температуры окружающего воздуха на расход топлива при эксплуатации грузовых автомобилей.

Цель исследования. Установление закономерностей изменения показателей топливной экономичности автотранспортных средств в зависимости от температуры окружающего воздуха.

Для достижения поставленной цели предусматривается решение следующих задач:

• 1)    установить вид математической модели влияния температуры окружающего воздуха на удельный расход топлива грузовых автомобилей;

• 2)    разработать показатели приспособленности автомобилей к температуре окружающего воздуха по расходу топлива;

• 3)    экспериментально определить численные значения параметров математической модели для автомобилей КамАЗ-55102, КамАЗ-45143 и КамАЗ-65115.

Объекты и методы исследования. Для определения расхода топлива при различных температурах окружающего воздуха были проведены экспериментальные исследования работы автомобилей КамАЗ55102 с полуприцепом ОдАЗ-9770, КамАЗ-45143 с полуприцепом ОдАЗ-9770 и КамАЗ-65115 с полуприцепом ОдАЗ-9770 при выполнении перевозок сельскохозяйственных грузов на расстояние 60 км по дорогам с асфальтобетонным покрытием при следующих условиях: в=0,5; Q =20 т; у =1. Измерение расхода топлива проводилось с использованием навигационной системы ГЛОНАСС и GPS мониторинга транспорта при скоростном режиме (65 ± 2) км/ч [4].

Результаты исследования и их анализ. В рамках данного исследования для оценки топливной экономичности автомобилей целесообразно построить зависимости удельного расхода топлива автомобилей от температуры окружающего воздуха (рис.1).

-40 -35 -30 -25 -20 -15 -10 -5  0  5  10 15 20 25 30 35 40

Рис. 1. Зависимость удельного расхода топлива автомобилей КамАЗ-55102, КамАЗ-45143 и КамАЗ-65115 от температуры окружающего воздуха

Исходя из экспериментальных среднестатистических данных (рис.1), определим аналитические модели зависимости удельного расхода топлива q от температуры окружающего воздуха. Согласно экспериментальным данным, зависимости q=f(t) не имеют симметричный U-образный вид, поэтому целесообразно разбить температурный диапазон на два: -40 ºС; t 0 и t 0 ; 40 ºС. Исследования показали, что в рассматриваемых диапазонах температур влияние температуры окружающего воздуха на расход топлива грузовых автомобилей можно описать экспоненциальной моделью:

q = q^e⁵^- ^to ) ,                                                 (1)

где q – удельный расход топлива, л/(т·км); q 0 – наименьшее значение удельного расхода топлива, л/(т·км); 6- коэффициент возрастания 1/(°С); t - температура окружающего воздуха, °С; t o - оптимальная температура окружающего воздуха, ºС при наименьшем удельном расходе топлива.

Выясним физический смысл коэффициента возрастания <5. Обозначим интервал температур, при котором удельный расход топлива увеличивается в е раз, тогда

— = е ^5Дt = е ¹ ^ 5Д t = 1^5 = —.

Ч О                                              Д t

Следовательно, коэффициент возрастания является физической величиной, обратной температурному интервалу, в течение которого удельный расход топлива увеличивается в е раз.

Для оценки адекватности предлагаемой однофакторной математической модели выполним расчеты с использованием среднестатистических экспериментальных данных для автомобиля КамАЗ-55102.

Рис.2. Оценка моделирования влияния температуры окружающего воздуха на удельный расход топлива автомобиля КамАЗ-55102

Для предлагаемой однофакторной математической модели в интервале температур 5 ºС; 40 ºС достоверность аппроксимации составляет 0,99. В интервале температур -40 ºС ;0 ºС – 0,987 (рис. 2). Следовательно, для моделирования влияния температуры окружающего воздуха на удельный расход топлива автомобиля КамАЗ-55102 рекомендуем использовать следующие уравнения:

– в интервале температур 5 ºС; 40 ºС q = 0,0155е0'0 092 5(t“ 5);                                        (3)

– в интервале температур -40 ºС; 0ºС q = 0,0155е0'0 12 4(t“0).                                        (4)

Аналогичным образом, используя среднестатистические экспериментальные данные, получим зависимости расхода топлива от температуры окружающего воздуха для автомобилей КамАЗ-45143 и КамАЗ65115 в рассматриваемых диапазонах температур. Результаты расчетов сведены в таблицу.

Математическое моделирование влияния температуры окружающего воздуха на расход топлива

Автомобиль	Температурный интервал	Однофакторная математическая модель	Достоверность аппроксимации
КамАЗ-55102	(5ºС; 40 ºС)	q = 0,01551е°, 00925 ( t 5)	0,98
	(-40 ºС; 0 ºС)	Я = 0,01551 е° , 01242 ( t-0)	0,97
КамАЗ-45143	(5ºС; 40 ºС)	Я = 0,01545 е° , 0021 ( t 5)	0,98
	(-40 ºС; 0 ºС)	Я = 0,01565 е° , 00752 ( t-0)	0,96
КамАЗ-65115	(5ºС; 40 ºС)	Я = 0,01605 е° , 00428 (t 5)	0,97
	(-40 ºС; 0 ºС)	Я = 0,01621 е° , 0114 ( t-0)	0,99

Выводы. Проведя сравнение расходов топлива при низких и высоких температурах окружающего воздуха, можно отметить следующее. При эксплуатации грузовых автомобилей в условиях Амурской области низкие температуры окружающей среды приводят к большему увеличению удельного расхода топлива для автомобилей КамАЗ-55102 и КамАЗ-65115, чем для автомобиля КамАЗ-45143, при прочих равных условиях. Это объясняется повышением вязкости масла в трансмиссии, дополнительными затратами энергии на поддержание теплового режима автомобиля, изменением эксплуатационных характеристик шин. При высоких температурах наименьшее приращение удельного расхода топлива наблюдается для автомобиля КамАЗ-45143, наибольшее для КамАЗ-55102, о чем свидетельствует вариация параметров моделей приспособленности.

Использование полученных результатов исследования при планировании доставки грузов даст возможность наиболее точно определить пути снижения энергетических затрат [5], что позволит снизить транспортные расходы и, как следствие, повысить эффективность использования транспортных средств на предприятиях АПК.