Научный журнал
Современные наукоемкие технологии
ISSN 1812-7320
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,940

МЕТОДЫ РАСЧЕТА ПОКАЗАТЕЛЕЙ НЕУСТАНОВИВШЕГОСЯ ДВИЖЕНИЯ ЛЕСОВОЗНЫХ АВТОПОЕЗДОВ С МЕХАНИЧЕСКОЙ ТРАНСМИССИЕЙ

Скрыпник В.И. 1 Кузнецов А.В. 1
1 ФГБОУ ВО «Петрозаводский государственный университет»
Лесотранспортные операции и затраты на их проведение оказывают существенное влияние на весь лесозаготовительный процесс и рентабельность работы предприятия. Решение инженерных задач на транспорте и определение технико-экономических показателей работы лесотранспортных машин приобретает особую значимость для повышения эффективности транспортно-переместительных операций. В работе обоснованы и выведены зависимости и определена методика расчетов показателей движения лесовозных автопоездов при неустановившемся и установившемся режимах движения. Разработанные методы расчетов учитывают все основные факторы, влияющие на показатели движения, и обладают большей точностью и достоверностью, чем традиционные методы, зачастую применяемые на лесотранспорте. Доказана достаточная точность и адекватность результатов расчетов предлагаемыми методами в сравнении с фактическими показателями, вследствие учета всех основных факторов, влияющих на показатели движения автопоездов. Выведенные зависимости и обоснованные методы позволяют решать широкий круг технико-экономических и инженерных задач при проектировании, планировании и эксплуатации лесотранспорта. Разработанная методика расчета позволяет определять фактические значения скорости и времени движения лесовозных автопоездов в различных режимах движения, определять их производительность, а также реальные технико-экономические показатели работы лесотранспортных систем; обосновывать оптимальный тип автопоезда и его режимы работы.
показатели движения
неустановившееся и установившееся движение
лесовозные автопоезда
механическая трансмиссия
1. Шегельман И.Р., Скрыпник В.И., Кузнецов А.В., Пладов А.В. Вывозка леса автопоездами. Техника. Технология. Организация. СПб.: ПРОФИКС, 2008. 304 c.
2. Алябьев В.И., Ильин Б.А., Кувалдин Б.И., Грехов Г.Ф. Сухопутный транспорт леса. М.: Лес. пром-ть, 1990. 416 с.
3. Бурмистрова О.Н., Король С.А. Определение оптимальных скоростей движения лесовозных автопоездов из условия минимизации расхода топлива // Вестник Московского государственного университета леса. Лесной вестник. 2013. № 1 (93). С. 25–27.
4. Курьянов В.К., Скрыпников А.В., Кондрашова Е.В., Морковин В.А. Модель режимов движения транспортных потоков на лесовозных автомобильных дорогах // Известия высших учебных заведений. Лесной журнал. 2014. № 2 (338). С. 61–67.
5. Макеев В.Н., Сушков С.И., Фурменко А.И., Солопанов М.С. Определение параметров, характеризующих движение лесовозных автопоездов по участку магистрали общего пользования // Лесотехнический журнал. 2013. № 3 (11). С. 70–75.
6. Рябова О.В., Скрыпников А.В., Никитин В.В., Ломакин Д.В. Факторы, определяющие движения лесовозных автопоездов в транспортных потоках // Научный журнал строительства и архитектуры. 2018. № 4 (52). С. 54–67.
7. Ларионов В.Я., Камусин А.А., Левушкин Д.М. Расчет средних скоростей движения лесовозного автотранспорта // Вестник Московского государственного университета леса. Лесной вестник. 2014. № 2. С. 138–142.
8. Шегельман И.Р., Скрыпник В.И., Кузнецов А.В., Васильев А.С. Математическое моделирование и оптимизация процессов автомобильного транспорта леса. Петрозаводск: Verso, 2018. 56 с.

В настоящее время лесотранспортные операции и затраты на их проведение оказывают существенное влияние на весь лесозаготовительный процесс и рентабельность работы предприятия. В этих условиях решение инженерных задач на транспорте и определение технико-экономических показателей работы лесотранспортных машин приобретает особую значимость для повышения эффективности транспортно-переместительных операций.

На протяжении долгого времени многими исследователями разрабатывались и совершенствовались методы тяговых расчетов для определения показателей движения лесовозных автопоездов. Значительный вклад в разработку подобных методов был внесен исследователями и учеными ЦНИИМЭ и других исследовательских и научных учреждений [1, 2]. Исследованиями в области повышения эффективности лесотранспортных операций и определения показателей и режимов движения лесовозных автопоездов в различных условиях эксплуатации занимались следующие специалисты и ученые: В.И. Алябьев, Б.А. Ильин, О.Н. Бурмистрова, В.К. Курьянов, А.А. Камусин, А.В. Скрыпников, С.И. Сушков и др. [3–6]. Разработкой и совершенствованием методов тяговых расчетов и моделированием движения лесовозных автопоездов – Б.И. Кувалдин, В.И. Скрыпник, И.Р. Шегельман и др. [1, 2, 7, 8].

Разработанные методы и программы [1, 7] использовались в Системе автоматизированного проектирования автопоездов, при проектировании лесотранспортных путей, при выборе оптимального типа автопоезда, при многовариантном проектировании и в учебном процессе. На основе расчетных экспериментальных исследований, в процессе которых определялись фактические и расчетные показатели движения, дана оценка точности и адекватности расчетных показателей движения (скорости и времени движения, пройденного расстояния, режимов движения и др.). Доказано, что обеспечивается достаточная точность и адекватность результатов в сравнении с фактическими показателями, вследствие учета всех основных условий, влияющих на показатели движения автопоездов.

В то же время в связи с появлением новых типов и моделей лесовозных автопоездов и необходимостью учета всех факторов, оказывающих влияние на их режимы движения, а также расширением круга решаемых задач и упрощения расчетов без снижения их точности полученные методы и зависимости тяговых расчетов требуют дальнейшего совершенствования и развития.

Цель исследования: разработать алгоритм и методику расчета для определения показателей неустановившегося движения лесовозных автопоездов с механической трансмиссией.

Материалы и методы исследования

При условии аппроксимации кривой тяговой характеристики в рабочем диапазоне двигателя семейством кривых вида

skripn01.wmf, (1)

где a и b – эмпирические коэффициенты для определения скорости движения, выведены зависимости, дающие возможность определять скорость в конце участка длиной S с учетом начальной скорости движения υ0.

Расчетные формулы имеют вид

skripn02.wmf (2)

skripn03.wmf (3)

где skripn04.wmf; ι – продольный уклон; G – вес автопоезда, кгс; S – пройденное расстояние, м; ω – коэффициент сопротивления движению; δ – коэффициент учета инерции вращающихся масс; Rв – радиус вертикальной кривой, м; skripn05.wmf; k – соответственно, коэффициент сопротивления воздушной среды для автомобиля; Δ – коэффициент, учитывающий дополнительное сопротивление от прицепов; Ω – лобовая площадь автомобиля, м2.

Формула (2) применяется для определения скорости движения автопоезда на вертикальных кривых. На прямолинейных в профиле участках последний член в формуле (2), т.е. skripn06.wmf, исключается, так как на прямолинейных участках Rв = ∞, следовательно, ρ равно 0.

Сформированы таблицы skripn07.wmf для всех передач КПП. При этом радиус кривой Rг принят равным 1000 м. При большем или меньшем значении Rг определяется по формуле skripn08.wmf

В таблице приведены значения ρ при движении автопоезда на базе МАЗ-6303-26.

С использованием таблиц значительно облегчается определение скорости движения (с работающим двигателем, торможением двигателя и моторным тормозом). Упрощаются расчеты при проектировании и решении технико-экономических задач на транспорте, при выборе различных типов автопоездов и т.д.

Результаты исследования и их обсуждение

Чтобы избежать формирования таблиц skripn09.wmf и упростить зависимости для определения υ, не снижая точности расчетов, зависимость для определения ρ на вертикальных кривых преобразуется исходя из следующих предпосылок.

Дифференциальное уравнение движения при аппроксимации тягового усилия от скорости движения имеет вид

skripn10.wmf (4)

В дифференциальном уравнении (4), решением которого является зависимость (6), обозначения те же, что и в формулах (2)–(3).

На заданном участке длиной S среднеинтегральное значение величины skripn11.wmf в диапазоне от 0 до S skripn12.wmf

Следовательно, уравнение (4) может быть представлено в виде

skripn13.wmf (5)

где skripn14.wmf.

Значения ρ при движении автопоезда на базе МАЗ-6303-26 в грузовом направлении с полной нагрузкой на 7 передаче КПП

S

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

ρ

1,278

5,138

11,54

20,479

31,941

45,91

60,382

81,334

102,775

126,633

S

100

120

130

140

150

160

170

180

190

200

ρ

152,95

181,71

212,875

246,45

282,41

320,76

361,47

404,53

449,93

497,67

 

В этом случае расчетная зависимость (5) упрощается.

skripn15.wmf (6)

Расхождение в результатах расчетов не превышает 0,08 %, т.е. по точности расчетов зависимости (6) и (2) фактически равноценны; в практических расчетах при отсутствии таблиц ρ предпочтительнее использовать зависимость (6).

На прямолинейных в профиле участках для определения скорости движения, А1 (так как Rв = ∞) не определяется в расчетах, а принимается значение A, принятое в формуле (2).

Для определения показателей движения на прямолинейном в профиле участке, исходя из формулы (2), при отсутствии ρ, выведена зависимость для определения расстояния S на прямолинейном в профиле участке, которое пройдет автопоезд при изменении скорости от υ0 до υк.

skripn16.wmf (7)

где skripn17.wmf

На вертикальных кривых исходя из зависимостей (1), (2) вывод расчетных формул для определения S невозможен.

При от υ0 до υк

skripn18.wmf (8)

где T – среднеинтегральное тяговое усилие на прямолинейном в профиле участке с уклоном, равным уклону в начальной точке вертикальной кривой.

skripn19.wmf skripn20.wmf

Среднеинтегральное тяговое усилие на прямолинейном в профиле участке при условии аппроксимации тягового усилия в заданном диапазоне зависимостью FT = А – Вυ2 определяется по формуле

skripn21.wmf (9)

На прямолинейных в профиле участках пройденное расстояние определяется зависимостью (7) или по формуле:

skripn22.wmf (10)

Таким образом, получены зависимости для решения прямой и обратной задачи тяговых расчетов.

При известном среднеинтегральном значении Т на прямолинейном в профиле участке:

skripn23.wmf (11)

На участках вертикальных кривых:

skripn24.wmf (12)

Так как, на первом этапе расчета, при определении скорости на вертикальной кривой до определения конечной скорости движения среднеинтегральное тяговое усилие в диапазоне скоростей υ0 – υк определить невозможно, задача решается в два этапа. Вначале по формуле (11) или (12) определяется скорость движения в конце участка при заданном тяговом усилии в начале участка и равномерном ускорении. Затем в диапазоне скоростей υ0 – υк определяется среднеинтегральное тяговое усилие по формуле (9). После этого по формулам (11) или (12) значение скорости уточняется с учетом величины среднеинтегрального значения Т и среднеинтегрального ускорения.

При расчетах по формуле (2) и (3) и по формулам (11) и (12) с использованием предлагаемой методики получены одинаковые результаты.

Для определения времени движения на прямолинейных в профиле участках ранее была выведена зависимость [1]:

skripn25.wmf (13)

В этом случае тяговое усилие с учетом сопротивления аппроксимируется линейной зависимостью, а не двучленным полиномом A – Bυ2, что приведет к снижению точности расчетов.

С целью повышения точности расчетов получено решение дифференциального уравнения в виде

skripn26.wmf (14)

Для повышения точности расчетов при определении времени движения в уравнении (14) целесообразно вместо правой его части принять среднеинтегральное значение T, полученное при определении скорости движения по формулам (9), (11), (12).

На прямолинейном в профиле участке:

skripn27.wmf (15)

На участках вертикальных кривых при расчетах t необходимо учитывать изменение сопротивления движению при непрерывных изменениях уклона на вертикальной кривой.

С учетом того, что среднеинтегральное значение изменения тягового усилия на участке длиной S при радиусе вертикальной кривой R (м) определяется по формуле skripn28.wmf, дифференциальное уравнение движения на вертикальной кривой имеет вид

skripn29.wmf (16)

Расчетная зависимость для определения времени на вертикальной кривой:

skripn30.wmf (17)

Следует отметить, что при известном среднеинтегральном тяговом усилии T можно определить время движения на участке вертикальной кривой, используя зависимость для решения дифференциального уравнения в виде

skripn31.wmf (18)

skripn32.wmf (19)

где skripn33.wmf, остальные обозначения те же, что и в формулах (7)–(9).

Если скорость движения определена с использованием зависимостей (1), (2), то определение времени движения на участке упрощается. Среднеинтегральное ускорение в этом случае определяется по формуле

skripn34.wmf (20)

где υ0 – скорость в начале движения на участке, м/сек; υ – скорость движения в конце участка.

Время движения определяется по формуле

skripn35.wmf (21)

На вертикальных кривых, на определенном расстоянии от начала движения скорости движения автотранспортных систем достигают экстремального значения – υэ (максимальное значение скорости при разгоне автопоезда в начале движения и минимальное при снижении скорости на вертикальной выпуклой кривой). В точке экстремума скорости вектор изменения скорости меняется на противоположный.

Расстояние до точки экстремума:

skripn36.wmf (22)

Значения ρ в зависимости от S приведены в таблицах приложения [1], а также могут быть рассчитаны по формуле, полученной в результате преобразования зависимости (3):

skripn37.wmf (23)

В формулах (22), (23): Sэ – расстояние до точки экстремума, м;

skripn38.wmf (24)

Так как в точке экстремума тяговое усилие, определяемое по формуле A – Bυ2, равно 0, то скорость в любой точке, находящейся на расстоянии Sэ от точки экстремума, определяется по формуле

skripn39.wmf (25)

Формула (25) получена путем преобразования зависимости (2), исходя из того, что в точке экстремума skripn40.wmf

При определении скорости движения на вертикальных выпуклых кривых ρ применяются со знаком «+», на вогнутых – со знаком «-».

Определив скорость в точке экстремума, легко определить скорость при движении в любой точке на вертикальной кривой с тем же начальным уклоном по зависимости

skripn41.wmf (26)

где Аэ – тяговое усилие в точке экстремума; υ – скорость в конце вертикальной кривой, м/с.

С использованием зависимостей (23), (26) легко определить скорость движения на любом расстоянии до точки экстремума, что значительно ускоряет построение уточненного графика движения лесовозных автопоездов. Для решения обратной задачи – определения расстояния пройденного автопоездом при изменении скорости от υ0 до υк – находится ρ по формуле (25).

При решении этих задач следует иметь в виду, что решение их указанным способом возможно лишь при наличии экстремальных значений скорости при заданных условиях.

Заключение

В работе обоснованы и выведены зависимости и определена методика расчетов показателей движения лесовозных автопоездов при неустановившемся и установившемся режимах движения. Разработанные методы расчетов учитывают все основные факторы, влияющие на показатели движения, и обладают большей точностью и достоверностью, чем традиционные методы, зачастую применяемые на лесотранспорте.

Выведенные зависимости и обоснованные методы позволяют решать широкий круг технико-экономических и инженерных задач при проектировании, планировании и эксплуатации лесотранспорта. В частности, приведенные зависимости можно использовать для определения скорости и времени движения лесовозных автопоездов в различных режимах движения и, как следствие, расчета их производительности и технико-экономических показателей при работе в различных природно-производственных условиях, а также для обоснования оптимального типа автопоезда при работе в конкретных условиях эксплуатации и его режимов работы.


Библиографическая ссылка

Скрыпник В.И., Кузнецов А.В. МЕТОДЫ РАСЧЕТА ПОКАЗАТЕЛЕЙ НЕУСТАНОВИВШЕГОСЯ ДВИЖЕНИЯ ЛЕСОВОЗНЫХ АВТОПОЕЗДОВ С МЕХАНИЧЕСКОЙ ТРАНСМИССИЕЙ // Современные наукоемкие технологии. – 2020. – № 6-2. – С. 288-292;
URL: https://top-technologies.ru/ru/article/view?id=38103 (дата обращения: 15.04.2024).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1,674