В ЦНИИОМТП был проведен анализ существующего в отрасли парка САТС на предмет соответствия его реальным условиям эксплуатации.

Объектами для данного анализа были отобраны образцы САТС, работающие при перевозке строительных грузов в Московском транспортном регионе. Эти САТС изготавливались, как правило, по конструкторской документации ЦНИИОМТП или НПО Главмосавтотранса на заводах, подведомственных соответствующим министерствам.

Рассматривались автопоезда, сформированные на базе ЗИЛ, МАЗ, КамАЗ и КрАЗ, приспособленные к перевозкам инертных материалов, керамзита, железобетонных изделий, металла, леса и т. д., охватывающие все основные виды перевозок грузов строительства.

Анализ проводился на основе использования взаимосвязей дорожно - климатических и других эксплуатационных факторов с потенциальными свойствами автомобилей (автопоездов), в результате которых формируются численные значения измерителей эксплуатационных свойств АТС.

На рис. 1.1 приведена схема системной связи измерителей потенциальных свойств, дорожно - климатических факторов и критериев эксплуатационных свойств САТС, используемая при определении оптимальной полной массы путем математического моделирования движения САТС по заданному маршруту

Рис. 1.1 Структурная схема взаимосвязи параметров, свойств и условий эксплуатации САТС

Совершенно очевидно, если для каждой компоновочной схемы автопоезда существует оптимальная полная масса (М _{ап опт} .) при заданном движении по конкретному маршруту, отличающаяся от номинальной в большую или меньшую сторону, можно с уверенностью говорить о соответствии или несоответствие того или иного САТС условиям эксплуатации.

Используемая модель движения АТС учитывала ограничения скорости, интенсивность движения, влияние на режим движения продольных уклонов и плана дороги, средств регулирования, в первую очередь светофоров и дорожных знаков, так как ситуационные факторы: средства регулирования движения и изменяющиеся на маршруте от участка к участку ограничения скорости не позволяют САТС максимально использовать его потенциальные тягово - скоростные свойства, формирующие предельно возможную максимальную скорость движения, которая обусловливает, наряду с грузоподъёмностью, его максимальную производительность (W=q _н • v _ср ).

Установление оптимальной полной массы автопоезда проводилось по критерию "условной удельной производительности" путем математического моделирования на ЭВМ движения автопоездов каждого семейства (по типу тягача) и различного состава (по полной массе) на маршрутах разной сложности. При этом полная масса задавалась теоретически произвольным установлением величины для разных комбинаций автопоездов, либо путем формирования состава автопоездов с использованием реальных конструкций прицепных звеньев в разных сочетаниях и в разных количествах.

В целях установления соответствия существующих САТС условиям эксплуатации при перевозках грузов строительства "условную удельную производительность" для них достаточно определять графическим методом без аппроксимации оптимизационных кривых. Кривые зависимости W ¹ _Qs от М _ап строились, как минимум по 4-м точкам, соответствующим значениям полных масс автопоездов разного состава: W ¹ _Qs = f ( М _ап )

На Рис. 1.2 в качестве примера показаны кривые изменения условной удельной производительности для автопоездов с автомобилем - тягачом ЗИЛ-ММЗ-4502, эксплуатирующихся на загородных маршрутах с различным показателем сложности. Структура и расчёт показателя сложности маршрута - П _ψ будут приведены ниже.

1 - для маршрута с показателем сложности П _ψ =118,18;

2- П _ψ =122,01;3- П _ψ =131,68;4- П _ψ =138,69;5- П _ψ =147,96;

6- П _ψ =152,33; 7- П _ψ =155,84; 8- П _ψ =162,0

Рис. 1.2 Изменение условной удельной производительности автомобилей ЗИЛ для различных маршрутов в зависимости от полной массы

На Рис. 1.3 показаны кривые изменения условной удельной производительности для автопоездов с автомобилем - тягачом МАЗ-5551, эксплуатирующихся на городских маршрутах различной протяженности.

По результатам анализа протекания оптимизационных кривых можно сделать вывод, что каждый автомобиль - тягач (ЗИЛ, МАЗ) в сцепе с прицепными звеньями в различных комбинациях имеет общую оптимальную полную массу (полную массу автопоезда) в определенном интервале, отличающуюся по величине от штатного состояния в большей или меньшей степени.

На основании вышеизложенного следует, что САТС с автомобилями - тягачами ЗИЛ и МАЗ при использовании в Московском транспортном регионе при перевозках грузов строительства не соответствуют полностью условиям эксплуатации. Те же выводы оказались справедливы и для автопоездов типа КамАЗ и КрАЗ.

/ - для маршрута L ₁ =12 км;

2 - для маршрута L ₂ =26 км;

3 - для средне-типичного маршрута L ₃ =20 км

Рис 1.3 Изменение условной удельной производительности автомобилей МАЗ для различных городских маршрутов в зависимости от полной массы

На основе анализа и сравнительной оценки эксплуатационных свойств специализированных автопоездов для строительства при помощи расчётных показателей этих свойств, а также с учётом действующих стандартов, проектов стандартов и рекомендаций по показателям эксплуатационных свойств, сформулированы требования к эксплуатационным свойствам автопоездов, в виде рекомендуемых числовых значений их показателей. Анализ и сравнительная оценка выполнялись с использованием методики, предложенной Фаробиным Я.Е.

Общие положения методики в кратком изложении следующие.

При оценке качества САТС решающее значение имеет уровень их конструктивной эффективности. В свою очередь, уровень конструктивной эффективности определяется показателями эксплуатационных свойств, обеспечивающих их максимальную приспособленность к конкретным условиям эксплуатации.

В отечественной промышленности единых норм на эксплуатационные свойства АТС не существует. У части эксплуатационных свойств большинство показателей не нормировано, а измерители, критерии и показатели взаимно не увязаны, и поэтому действующее нормирование не представляет собой стройной системы.

Например, из 13-ти используемых в теории эксплуатационных свойств автомобиля оценочных показателей тягово-скоростных свойств (10 из них приводятся в различных ГОСТах) нормировано всего три, а показатели топливной экономичности не нормированы, хотя существуют государственные нормы расхода топлива, не имеющие достаточного научного обоснования.

Эксплуатационные свойства АТС проявляются по-разному в различных условиях эксплуатации. Условия эксплуатации в целом определяются дорожными, транспортными, природно-климатическими и социально - экономическими условиями, каждое из них характеризуется определенными факторами. Диапазоны изменения этих факторов велики, что затрудняет их классификацию.

При проектировании АТС его обычно рассчитывают на соответствие некоторым среднетипичным или экстремально тяжелым условиям. Однако, общепризнанных среднетипичных условий не существует и не имеется методики их установления. Но даже если бы они были официально определены, показатели эксплуатационных свойств АТС, рассчитанные в каких-либо стандартных (общепринятых) условиях, в любых других оказались бы не оптимальными.

Поскольку при проектировании обычно стремятся несколько повысить технические параметры и тягово - скоростные свойства, то есть принимают более тяжелые условия движения, чем средние типичные, образуется резерв между экстремальным значением полной массы АТС и ее значением на дороге с конкретным суммарным коэффициентом сопротивления движению. Этот резерв может быть реализован, например, использованием дополнительного прицепа или увеличением осности автопоезда. При этом значения тягово-скоростных свойств и нагрузки на агрегаты в основном сохраняются на требуемом первоначальном уровне.

Таким образом, правомерность понятий номинальная полная масса и перегрузка автомобиля - тягача становиться сомнительной. При этом можно обосновать понятие степени приспособленности САТС к условиям эксплуатации как "полное соответствие его потенциальных эксплуатационных свойств требуемому уровню в конкретных условиях эксплуатации".

Совершенно очевидно, что наиболее удобным техническим параметром, при изменении которого можно добиться максимальной приспособленности АТС к конкретным условиям эксплуатации, является полная масса, определяемая для каждого конкретного случая эксплуатации, если ставится задача обеспечения максимальной конструктивной и экономической эффективности процесса перевозки грузов.

При определении оптимальной полной массы АТС для конкретного маршрута, как уже было это проиллюстрировано ранее, наиболее правильно использовать комплексный показатель конструктивной эффективности - условную удельную производительность:

При определении оптимальной полной массы и выборе состава автопоезда, реализующего рациональную полную массу, как максимально приближенную к оптимальной величине, необходимо проверить соответствие тягово-скоростных свойств сформированной транспортной единицы действующим ограничениям.

В соответствии автопоезд должен:

- развивать максимальную скорость не менее 85 км/ч;

- иметь установившуюся скорость на подъёме с уклоном 3% и длиной 3 км, равную не менее 35 км/ч;

- преодолевать подъёмы не менее 18%.

Выполнение этих требований также зависит от конкретных условий эксплуатации, поэтому в каждом отдельном случае при оптимизации полной массы определенного автопоезда ограничения по тягово-скоростным свойствам могут быть соответствующим образом обоснованно скорректированы.

Для определения основных составляющих удельной производительности, а именно средней скорости движения (ν _cp ) и среднего расхода топлива (Q _S ), используется метод имитационного моделирования движения автопоезда на заданном маршруте с помощью ЭВМ.

При этом необходимо:

- определить характеристики маршрута.

- разработать программу на ЭВМ, моделирующую движение автопоезда.

- определить среднюю скорость и средний расход топлива на маршруте при варьировании полной массы автопоезда.

Рассчитать зависимость W _Qs = f(M _ап ) и определить оптимальную полную массу, соответствующую максимальной условной удельной производительности.

Подобрать состав автопоезда с полной массой, близкой к оптимальной с учётом требований к эксплуатационным свойствам АТС при соответствующей специализации.

Проверить автопоезд выбранного состава на соответствие показателей эксплуатационных свойств нормативным ограничениям, а также конкретным ограничениям, связанных с особенностями рассматриваемых маршрутов.

Одновременно с оптимизацией полной массы проводится сравнительная оценка и определение технического уровня рассматриваемых автопоездов по показателям эксплуатационных свойств, полученных на модели расчётным путем (тягово-скоростным свойствам, проходимости, устойчивости, управляемости и маневренности).

Для оценки технического уровня автопоездов используются среднестатистические значения показателей их эксплуатационных свойств, а для определения рекомендуемых числовых значений показателей эксплуатационных свойств перспективного автопоезда используются экстремальные числовые значения показателей. Поскольку показатели каждой группировки свойств почти всегда взаимосвязаны и взаимозависимы между собой, за экстремальные принимаются показатели, соответствующие автопоезду, который по совокупности всех показателей одной группировки свойств является лучшим среди сравниваемых. При несвязанных показателях экстремальные значения отдельных показателей определяются для разных автопоездов.

Реализация выше указанной методики показана в виде результатов исследования в Табл. 1.4 на примере САТС с кузовами типа "Площадки" ("Безбортовая платформа"), наиболее распространенном подвижном составе, работающем в строительстве.

Таблица 1.4

На основе оптимизации полной массы САТС могут разрабатываться требования к автомобилям - тягачам для строительства.

При этом в качестве основного параметра оптимизации, определяющего эффективность использования автомобиля - тягача в сфере строительства принимается условная удельная производительность. Два других параметра - средняя скорость движения и путевой расход топлива используются в качестве дополнительных.

Требования к автомобилям - тягачам, предназначенным для работы в составе специализированных автопоездов, устанавливаются путем подбора рациональных сочетаний величины полной массы САТС и численных значений различных параметров автомобилей - тягачей: мощности двигателя, передаточного числа главной передачи, усилия на крюке (на сцепном устройстве) и т.п., в зависимости от цели перевозки и вида перевозимого груза.

Последовательность определения рациональных сочетаний величины полной массы и передаточного числа главной передачи для различных условий эксплуатации рассмотрим на примере седельного автомобиля - тягача КамАЗ-5410.

КамАЗ-5410 на маршрутах с легкими условиями движения имеет практически одинаковую условную удельную производительность с передаточными числами 5,43, 5,94 и несколько меньшую при и _{г . п .} = 6,53 (рис. 1.4, кривая 1). Наибольшая условная удельная производительность обеспечивается из интервала передаточных чисел 5,0...6,0. Смещение эффективных значений и _{г . п .} в сторону больших величин объясняется наличием ускоряющей передачи в КП с передаточным числом и _в = 0,815. При движении на этой передаче требуется несколько большее значение передаточного числа главной передачи, особенно в тех случаях, когда имеет место усложнение дорожных условий на отдельных участках маршрута.

На следующем по сложности маршруте с П _ψ = 122,01 снижение величины рациональной полной массы приводит к расширению интервала эффективных значений и _{г . п .} за счет меньших величин. Но влияние этого снижения М _{а рац .} оказалось на этот раз не столь существенным, так как появилась возможность с меньшей дискретностью обеспечивать автомобиль необходимой тяговой силой на ведущих колёсах. Интервал передаточных чисел на этом маршруте изменяется от 3,5 до 6,0.

1 -Пψ= 118,18; 2- Пψ = 122,01; 3- Пψ = 131,68; 4- Пψ = 136,41; 5- Пψ = 139,95;6- Пψ = 147,96;7- Пψ = 152,33; 8 - Пψ = 162,38

Рис. 1.4 Изменение условной удельной производительности автомобиля КамАЗ-5410 рациональной полной массы для различных маршрутов в зависимости от передаточного числа главной передачи

Дальнейшее снижение полной массы на следующих маршрутах ведет к смещению интервала эффективных и _{г.п .} в сторону меньших значений примерно от 3,1 до 4,5 (кривые 3,4, 5).

На маршрутах с Пψ > 140 величина рациональной полной массы достигает своего минимального эффективного значения, примерно 25 т, и по мере увеличения сложности дорожных условий происходит смещение интервала эффективных значений передаточных чисел главной передачи в сторону больших величин.

На маршрутах с Пψ > 160 условная удельная производительность КамАЗ-5410 становится практически одинаковой для всех существующих передаточных чисел, а затем, судя по динамике изменения, преимущественно перейдет к и _{г . п .} = 6,53 и 7,22. В Табл. 1.5 для маршрута с показателем сложности Пψ = 162,38 представлены значения средней скорости движения, расхода топлива и условной удельной производительности автомобиля КамАЗ-5410 с полной массой 25,9 т для различных значений и _{г . п .}

Таблица 1.5

Эксплуатационные показатели автомобиля КамАЗ-5410 (М _а = 25,9 т) на маршруте с Пψ = 162,38 для различных значений передаточного числа главной передачи

Данные Табл. 1.5 получены моделированием движения этого АТС на ЭВМ.

Табл. 1.6 позволяет выбрать в зависимости от сложности маршрута рациональное сочетание полной массы автомобиля КамАЗ-5410 и значения передаточного числа главной передачи.

Таблица 1.6

Рациональное сочетание полной массы, передаточного числа главной передачи автомобиля КамАЗ-5410 для маршрутов различной сложности