Способ определения мощности двигателя транспортного средства при заданных полной массе, средней скорости движения и показателе категории испытательной дороги
METHOD FOR DETERMINING POWER OF VEHICLE ENGINE WHEN SETTING GROSS MASS, AVERAGE VEHICLE SPEED AND TEST ROAD CATEGORY

Изобретение относится к области испытаний транспортных средств (ТС), а именно эксплуатационному контролю ТС и касается определения мощности двигателя при заданных полной массе, средней скорости движения и количественного значения показателя категории испытательной дороги.
При выборе транспортной базы заказчик первоначально ориентируется на существующий ряд ТС по базовому параметру - классу грузоподъемности (полной массе) с учетом обязательного требования по средней скорости движения в заданных дорожных условиях, а в случае их отсутствия - на натурные эксперименты с использованием метода последовательных приближений к заданным требованиям, сопровождающиеся большими трудозатратами и временем на их проведение, при этом выбор ТС затягивается, а мощность двигателя всегда будет на какую-то величину больше или меньше от необходимой для реализации средней скорости на j-й дороге с заданным значением коэффициента категории дорог [1].
j
j
Наиболее близким к предлагаемому является способ определения коэффициента суммарного сопротивления движению ψ ТС при его дорожных испытаниях [2], согласно которому при дорожных испытаниях перемещают транспортное средство по каждой j-й (j=1…n) опорной поверхности в ведущем неустановившемся режиме движения, определенном профилем и несущей способностью данной опорной поверхности, определяют средний расход топлива  двигателя и среднюю скорость движения , а коэффициент суммарного сопротивления движению ψ - количественный показатель категории дороги определяют по выражению
где  - средний расход топлива на j-й опорной поверхности, л/100 км;
- средняя скорость движения на j-й опорной поверхности, км/ч;
n - коэффициент пропорциональности, характерный для каждого типа транспортного средства [2].
Разработка способа [1,2] позволила оценивать виды испытательных дорог с использованием количественных показателей, принятых в ОТ 37.001.520-96 [1] в качестве норматива.
Задачей изобретения является определение мощности двигателя ТС при заданной средней скорости движения на j-й дороге.
j
Поставленная задача решается тем, что в способе определяют коэффициент суммарного сопротивления движению на j-й дороге ψ [2], согласно которому при дорожных испытаниях перемещают ТС при полной массе по каждой j-й (j=1…n) дороге в ведущем неустановившемся режиме движения, определенном профилем и несущей способностью опорной поверхности;
А
q
определяют коэффициент пропорциональности n по известному значению коэффициента сопротивления движению ψ, соответствующему дороге с ровным твердым покрытием, равным 0,025 для колесных машин, а  и  - по контрольному расходу топлива q испытываемого ТС и скорости, соответствующей контрольному расходу топлива, V
A
q
а при ψ=0,025 и V=60 км/ч
j
по выражению (1) и (3) определяют среднее значение расхода топлива ТС  относительно категории дорог, определяемых показателем ψ и средней скоростью движения на j-й дороге
П
На основе представительной статической выборки по испытаниям полноприводных ТС разных классов грузоподъемности в объеме 148 образцов устанавливают единое для всех ТС среднее значение показателя к, выражающего отношение контрольного расхода топлива ТС к его полной массе q/M в диапазоне 2,5-28,0 т, равное 0,00175 (с коэффициентом корреляции 0,969);
П
j
П
по выражению (4) при q=кM определяют расчетную зависимость расхода топлива , л/100 км, дополнительно к указанным (ψ и ), в функциональной зависимости и от полной массы ТС, М
переводят эксплуатационной расход топлива в л/100 км в параметры расхода топлива двигателя по его характеристике в кг/ч
где  - средний часовой расход топлива, кг/ч;
- средняя скорость движения, км/ч;
3
ρ - плотность топлива, г/см;
далее определяют среднее значение мощности двигателя, л.с, затрачиваемое на движение ТС в заданных дорожных условиях с заданной скоростью движения по выражению
yd
где q - минимальный удельный расход топлива двигателя ТС на частоте, соответствующей его максимальному крутящему моменту, в кг/л.с.ч;
окончательно устанавливают среднее значение мощности двигателя с учетом коэффициента использования мощности двигателя на различных видах испытательных дорог
где  - коэффициент, выражающий отношение средней мощности двигателя, затрачиваемой на j-й дороге к ее номинальному значению.
Значение  может быть установлено как непосредственно через затрачиваемую на движение мощность двигателя при испытаниях ТС, так и по часовому расходу топлива, значение которого имеет близкую к линейной зависимость с затрачиваемой мощностью двигателя.
П
j
yd
Сопоставительный анализ предложенного технического решения с известным показывает, что при эксплуатационном контроле ТС, в зависимости определения среднего расхода топлива использован новый характерный для всех транспортных средств показатель к, выражающий отношение контрольного расхода топлива ТС к его полной массе при высокой степени корреляции статистической выборки, что приводит эксплуатационный расход топлива в зависимость от полной массы М, средней скорости движения  и значения категории испытательной дороги ψ а перевод эксплуатационного расхода топлива в л/100 км на расход в кг/ч через минимальный удельный расход топлива q в кг/л.с.ч, заданный с учетом достигнутого уровня совершенства системы питания топливом, позволяет вычислить затраты мощности двигателя в л.с.на движение ТС по j-й опорной поверхности.
И, наконец, по известным значениям в % затрат мощности двигателя на перемещение ТС на каждой j-й дороге определяют мощность двигателя. На сновании этого можно заключить, что предложенный способ соответствует критерию «новизна».
A
q
j
Совокупность последовательных операций, включающая определение из выражения (1) среднего расхода топлива  на j-й дороге, представление из выражения (2) коэффициента пропорциональности n зависимостью 1,5/q при ψ=0,025 и V=60 км/ч, определение среднего расхода топлива ТС по выражению (4) относительно категории дорог через ψ и средней скорости движения , определение среднестатистического значения показателя к, определение расчетной зависимости среднего расхода топлива  в л/100 км по выражению (5), перевод эксплуатационного расхода топлива в л/100 км на расход топлива в кг/ч по выражению (6), определение значения средней мощности двигателя в л.с, затрачиваемое на движение ТС в заданных дорожных условиях с заданной скоростью движения по выражению (7), на основе экспериментальных исследований и многочисленных испытаний ТС вычисляют среднестатистическое значение показателя  и окончательно устанавливают среднее значение мощности двигателя по выражению (8), позволяет сделать вывод о соответствии предложенного способа критерию «изобретательский уровень».
j
При реализации предложенного способа в конечном итоге определяют среднее значение мощности двигателя ТС полной массой Мп при заданной средней скорости двигателя (на уровне нормативного требования) и категории испытательной дороги по значению ψ.
В качестве примера для решения целевой задачи приняты исходные данные:
П
- полная масса изделия М=28,0 т;
М
- размокшая грунтовая дорога (по ОСТ 37.001.520-96 [1]) с ψ=0,24;
- средняя скорость движения - 18 км/ч. Расчеты выполняют в последовательности:
по выражению (5) вычисляют средний расход топлива, предварительно приняв среднестатистическое значение показателя к, равное 0,00175
по выражению (6) вычисляют средний расход топлива в кг/ч
yd
по выражению (7) определяют среднее значение мощности двигателя ТС, затрачиваемое на движение в заданных условиях, при значении q, равном 0,148 кг/л.с.ч
М
из статистического ряда данных по видам дорог устанавливают среднее значение коэффициента использования мощности двигателя на различных видах дорог, который применительно к размокшей грунтовой дороге со значением ψ=0,24 равен ;
по выражению (8) окончательно устанавливают применительно к указанным условиям среднюю номинальную мощность двигателя ТС полной массой 28,0 т
Для сравнения приведены средние значения коэффициента  при использовании испытательных дорог по [1]:
ГУ
- грунтовая дорога удовлетворительного состояния (ГУ) ,  при V=43 км/ч;
A
- дорога с твердым покрытием (А) при малой интенсивности движения (не более 80 авт/ч) с , при V=65,0 км/ч;
СД
СД
СД
- скоростная дорога (СД) НИЦИАМТ ФГУП «НАМИ» с ψ=0,025, R=0,97 при V=100 км/ч.
Выполненные расчеты значения  по указанным алгоритмам на выбранных дорогах составили:
ГУ - при средней скорости 43,0 км/ч - 446 л.с;
А - при средней скорости 65,0 км/ч - 458 л.с;
СД - при средней скорости 100 км/ч - 489 л.с.
При сопоставлении полученных результатов с расчетным  на размокшей грунтовой дороге, равный 490 л.с, может быть принят как наиболее представительный.
Использование предлагаемого способа определения мощности двигателя при выборе транспортного средства из существующего ряда или при его проектировании при заданных полной массе, средней скорости движения (по требованию заказчика) на j-ом виде испытательных дорог обеспечивает по сравнению с используемым по аналогам образцов ТС следующие преимущества: повышение точности определения первоначальной (базовой) мощности двигателя, сокращение времени и снижение трудозатрат при проектировании ТС, что существенно облегчает работу конструктора за счет возможности согласования параметров двигателя с режимом работы ТС, определенном средней скоростью движения и дорожными условиями.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1 ОСТ 37.001.520-96. Категории испытательных дорог. Параметры и методы их определения. - Введ. 1997-07-01. - М.: «Дорожный транспорт», ТК 56, 1997.
2 Патент на изобретение RU №2011955 C1 G01М 17/00 от 30.04.1994 г., Бюл. №8.