МЕТОДИКА ВЫБОРА АВТОТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ ПО УСЛОВИЯМ ПРЕОДОЛЕНИЯ ПОДЪЕМОВ В РАЗЛИЧНЫХ ДОРОЖНЫХ УСЛОВИЯХ ЭКСПЛУАТАЦИИ

THE METHOD OF SELECTION OF MOTOR VEHICLES ON THE CONDITIONS OF OVERCOMING OF LIFTINGS IN DIFFERENT ROAD CONDITIONS

Alexander Tolstikov

candidate of military Sciences, lecturer of the Department of Road service of The military Academy of logistics,

Russia, Saint Petersburg

АННОТАЦИЯ

В статье представлены предложения по выбору транспортных средств из имеющегося парка автотранспортного предприятия, на основании тягово-мощностных свойств. Исходя из мощностных характеристик двигателей внутреннего сгорания, коэффициентов сцепления колес с дорогой и сопротивления движению построены графики зависимости величин преодолеваемых уклонов от сил тяги, позволяющие произвести их оптимальный выбор.

ABSTRACT

The article presents suggestions for selecting vehicles from the existing fleet of motor transport companies, based on traction and power properties. Based on power characteristics of internal combustion engines, factors in grip and resistance to movement graphs of the dependence of the overcome biases from the forces of thrust, enabling them the optimum choice.

Ключевые слова: преодолеваемый подъем, скорость движения, подвижной состав, сила тяги на ведущих колесах, тягово-мощностная характеристика, автотранспортное предприятие, выбор.

Keywords: climb, speed, rolling stock, traction force on the driving wheels, traction and power characteristics, motor transport company, choice.

Анализ условий перевозок материальных средств в современных условиях показывает, что автотранспортные предприятия будут располагать минимально необходимым, а иногда достаточно разномарочным составом транспортных средств для полного решения задач по подвозу материальных средств. Это предопределяет трудности по выбору конкретных марок машин на этапе принятия решения по доставке грузов [1, с. 35].

В ходе деятельности автотранспортного предприятия необходимо учитывать, что работа автомобильной техники, особенно автопоездов, по перевозке материальных средств за городской чертой, может быть связана с плохими дорожными условиями, особенно при движении в условиях распутицы.

Наличие подъемов и спусков, движение автотранспорта в условиях бездорожья может привести к созданию ряда трудностей. К ним можно отнести: ограничения в проходимости, вследствие низких коэффициентов сцепления автомобильной техники с дорожным полотном, снижение устойчивости подвижного состава из-за разрушения дорожного полотна, повышение сопротивления качению колес при движении по неровностям автомобильных дорог [2, с. 631].

Указанные обстоятельства оказывают серьезное влияние на возможность доставки материальных средств в условиях сильнопересеченного рельефа местности по причинам снижения тяговых усилий двигателей автомобилей при буксировке прицепов и возрастании сил сопротивления движению.

При этом выводы о возможностях движения автопоездов из имеющегося парка машин в указанных дорожных условиях, с заданными скоростями, по сильнопересеченной местности производятся должностными лицами предприятия на интуитивном уровне с учетом имеющегося опыта, без использования существующего математического аппарата.

Поэтому немаловажная роль при планировании процесса доставки материальных средств автомобильным транспортом должна отводиться выбору подвижного состава с одинаковыми тактико-техническими характеристиками по скорости движения и возможностям преодоления уклонов.

Исследованиями установлено, что движение транспортных средств в различных условиях эксплуатации возможно лишь в том случае если сила тяги -  будет больше суммы силы сопротивления движению -  [1, с. 35-37, 2, с. 631-633].

                                                                          (1)

Движение транспортных средств возможно лишь до тех пор, пока не начнется пробуксовка ведущих колес, то есть сила тяги на ведущих колесах не превысит значение, при котором не будет происходить сцепление шин с поверхностью дороги. То есть формула (1) примет вид:

,                                                                     (2)

где  – сила тяги по сцеплению, Н.

Различные тягово-мощностные характеристики транспортных средств, состоящих на оснащении автотранспортных предприятий, оказывают значительное влияние на скорость их движения. Сила тяги на ведущих колесах непосредственно связана со скоростью движения, различна для разных моделей транспортных средств и ограничена силой сопротивления движению дороги, особенно в разнообразных дорожных условиях эксплуатации [3, с. 190-198].

При этом она непосредственно будет зависеть от мощностных свойств двигателя и передаточных чисел трансмиссии.

,                                                                (3)

где  – крутящий момент двигателя, ;

 – передаточное число трансмиссии;

 – динамический радиус колеса, м.

Динамический радиус колеса определяется по типу и размеру шин по формуле:

                                                              (4)

где  и  – соответственно посадочный диаметр колеса и ширина профиля шины, м;

 – коэффициент деформации шины,  = 0,09 – 0,14.

Текущее значение крутящего момента двигателя , соответствующее текущим значениям частот вращения , определяется по формуле:

,                                                                (5)

где  – текущее значение частоты вращения коленчатого вала при определяемой мощности двигателя, мин^-1.

Если известно максимальное значение мощности двигателя и частота вращения коленчатого вала при максимальной мощности, то ее текущее значение можно определить по эмпирической зависимости [3, с. 190-198]:

,                                (6)

где  – определяемая мощность двигателя при выбранной частоте вращения коленчатого вала, кВт;

a, b, c – эмпирические коэффициенты: для четырехтактного дизельного двигателя (a=0,53, b=1,56, c=1,09); для четырехтактного бензинового двигателя (a= b= c=1,0);

 – текущая частота вращения коленчатого вала двигателя, мин^-1;

 – частота вращения коленчатого вала двигателя при максимальной мощности, мин^-1.

Величины передаточных чисел коробки передач и раздаточной коробки, главной передачи выбираются исходя из технических характеристик транспортных средств.

Общий коэффициент полезного действия (КПД) трансмиссии будет определяться как произведение всех КПД последовательно установленных агрегатов (коробки передач, раздаточной коробки, главной передачи):

.                                                                (7)

Сила тяги на ведущих колесах ограничена силой сопротивления движению, которая будет складываться из:

                                                                 (8)

где  - сила сопротивления качению колес относительно дороги, Н;

 – сила сопротивления подъему, Н;

- сила сопротивления воздуха , Н.

При движении транспортного средства по наклонной дороге сила сопротивления качению -  будет определяться как:

,                                                                     (9)

где  – сила тяжести, действующая на автомобиль, Н;

 - коэффициент сопротивления качению колес относительно дороги (таблица 1);

 – величина угла наклона дорожного полотна, град.

Таблица 1.

Значения коэффициента сопротивления качению в зависимости от типа и состояния дорожного покрытия при скорости движения менее 15 км/ч

С увеличением скорости коэффициент сопротивления качению увеличивается. Для практических расчетов с достаточной точностью он может быть определен по следующей эмпирической зависимости:

,                                                               (10)

где  – коэффициент сопротивления качению колес относительно дороги при движении автомобиля со скоростью менее 15 км/час.

Сила сопротивления подъему - , направлена в сторону противоположную при движении на подъем, называется скатывающей силой и рассчитывается по формуле:

                                                                    (11)

Сила сопротивления воздуха -  учитывается на скоростях движения более 15 км/ч и определяется по формуле:

,                                                                  (12)

где  – коэффициент обтекаемости;

 – площадь лобового сопротивления автомобиля, м²;

 – скорость движения автомобиля, м/с.

Таким образом, скорость движения напрямую связана с силой тяги, которая ограничена силой сопротивления движению [3, с. 190-198]:

                      (13)

Так как скорость движения полностью загруженного автомобиля с прицепом из-за тягово-мощностных свойств ограничена, то значение величины  можно не учитывать.

Основным критерием выбора тягача для буксирования прицепа является сила тяги на крюке -, которая должна быть больше суммарного сопротивления движению прицепа с грузом в тяжелых дорожных условиях (при движении на подъем).

Сила тяги на крюке из условия сцепления ведущих колес с поверхностью качения при установившемся движении (без учета силы сопротивления воздуха) может выражаться из условия:

,                                       (14)

Таким образом, для выбора автомобиля-тягача по критерию силы тяги необходимо располагать достоверными данными о коэффициенте сцепления j и суммарном коэффициенте сопротивления дороги -y.

Условием буксировки прицепа (полуприцепа) является условие:

                                             (15)

где  – сила тяжести, действующая на прицеп, Н;

При больших значениях коэффициента сцепления ведущих колес автомобиля с поверхностью качения (особенно если в качестве тягачей используются автомобили высокой проходимости) максимальная величина силы тяги на крюке может быть ограничена тяговыми возможностями двигателя и трансмиссии автомобиля. В этом случае необходимо проверить достаточность силы тяги по двигателю при установившемся движении исходя из условия [3, с. 190-198]:

                                                 (16)

где  – сила тяги на крюке автомобиля-тягача по двигателю, определяемая из выражения:

                                               (17)

С учетом формул (16) – (17) условия достаточности силы тяги записываются следующим образом:

             (18)

При движении автопоезда на подъем максимальный преодолеваемый угол  при заданном сопротивлении качения будет рассчитываться:

                 (19)

Проведенные на основании вышеуказанных формул математические расчеты позволили составить графики значений углов преодолеваемых подъемов автопоездами при различных скоростях движения для некоторых типов дорожного покрытия (рисунок 1,2,3).

Анализ составленных графиков позволяет установить, что величины преодолеваемых уклонов варьируются в достаточно широких пределах, что связано с различными значениями силы тяги.

Рисунок 1. График значений углов преодолеваемых подъемов автопоезда в составе КАМАЗ-53501 с 2-П-10 при различных скоростях движения для асфальтобетонного покрытия

Рисунок 2. График значений углов преодолеваемых подъемов автопоезда в составе КАМАЗ-53501 с 2-П-10 при различных скоростях движения для укатанной сухой грунтовой дороги

Рисунок 3. График значений углов преодолеваемых подъемов автопоезда в составе КАМАЗ-53501 с 2-П-10 при различных скоростях движения для разбитой грунтовой дороги

Дорожные условия эксплуатации, ограничивают значения тяги на ведущих колесах, а в некоторых случаях и превышают ее, что напрямую связано с низкими значениями преодолеваемых уклонов.

Эти условия необходимо учитывать в работе должностных лиц автотранспортного предприятия при выборе транспортных средств, так как различные тактико-технические характеристики подвижного состава по разному влияют на возможность преодоления подъемов (спусков) особенно при его полной загрузке.

Таким образом, впервые разработанные на основании проведенных расчетов графики и составленная таблица 2, позволяют произвести оптимальный выбор подвижного состава, включаемого в состав автомобильных колонн, для заданных условий эксплуатации исходя из максимально возможного скоростного режима, способности преодоления уклонов (спусков) и свойств дорожного полотна по условиям силы тяги и сцепления колес с дорогой.

Таблица 2.

Общие данные об максимально возможных углах уклона и скоростных режимах движения автопоездов в различных дорожных условиях

Список литературы:

1. Чижонок В. Д. Выбор автотранспортных средств для перевозки грузов: Пособие для самостоятельной работы студентов по дисциплине «Технология и организация грузовых перевозок». – Гомель: БелГУТ, 2002. – 54 с.
2. Ширяев С.А. Транспортные погрузочно-разгрузочные средства: учебник для вузов/С.А. Ширяев, В.А. Гудков, Л.Б. Миротин - М.: Горячая линия - Телеком, 2007. - 850 с.
3. Инновационное развитие: потенциал науки и современного образования: монография / Под общей редакцией Г.Ю. Гуляева – Пенза: МЦНС «Наука и просвещение», - 2019. – 254 с.