СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТОВ КАТЕГОРИЙ УСЛОВИЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ
METHOD OF DETERMINING COEFFICIENTS OF CATEGORIES OF OPERATING CONDITIONS OF VEHICLES

Заявка на изобретение относится к эксплуатационному контролю состояния дорог, используемых транспортными средствами (ТС), и касается нормирования и определения количественных значений коэффициентов категорий условий эксплуатации (КУЭ) и коэффициентов корректирования периодичности технического обслуживания (ТО), пробега до капитального ремонта (КР) и трудоемкости текущего ремонта (TP).
Известно, что обеспечение безопасности движения ТС, безотказности в работе и долговечности на заданном уровне достигается соблюдением нормативов периодичности ТО, пробега до КР и трудоемкости TP в зависимости от изменяемых в процессе их эксплуатации дорожно-грунтовых условий.
В соответствии с [1, 2, 3] множество различных дорог по условиям движения (дорожному покрытию и рельефу местности) сгруппированы в пять категорий условий эксплуатации.
С учетом изменчивости и нестабильности характеристик дорог, нормативы периодичности ТО и пробега до КР и трудоемкости TP ТС заданы в I КУЭ и соответствуют условиям их эксплуатации по дорогам с цементобетонным и асфальтобетонным покрытием в равнинной, слабохолмистой и холмистой местности за пределами пригородной зоны.
В процессе эксплуатации ТС визуально, по субъективным оценкам определяют вид дороги (дорог), включенных по [1, 2, 3], в одну из пяти категорий условий эксплуатации с разным уровнем нагружения ТС с последующим переводом выполненного пробега по этой дороге (дорогам), через коэффициент корректирования, в I КУЭ.
Коэффициенты корректирования по источникам [1, 2, 3] представлены по КУЭ следующими значениями:
- по периодичности ТО и пробега до КР:
I-1,0; II-0,9; III-0,8; IV-0,7 и V-0,6;
- по трудоемкости TP:
I-1,0; II-1,1; III-1,2; IV-1,4 и V-1,5.
Принципиальный недостаток такой регламентации состоит в том, что дискретно заданные (не расчетные) коэффициенты корректирования КУЭ через интервал 0,1 не могут объективно представлять, с учетом их ступенчато-линейного характера, реальное изменение уровня нагружения транспортных средств при их эксплуатации, приводит на практике к ошибкам расчета пробега, приводимого в I КУЭ, и как следствие, снижению безотказности и долговечности (при перепробеге) или увеличению сверх нормативных трудозатрат на TP (при недопробеге).
Наиболее близким к предлагаемому является способ определения коэффициента суммарного сопротивления движению транспортного средства при его дорожных испытаниях [4], согласно которому при дорожных испытаниях перемещают транспортное средство по каждой j-ой (j=1…t) 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 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;
A
к
n - коэффициент пропорциональности, характерный для каждого типа транспортного средства и отражающей его конструктивные решения, при этом величину n по испытываемому колесному транспортному средству определяют по известному значению коэффициента сопротивления движению Ψ, соответствующему дороге с ровным твердым покрытием, равным 0,025, а  и  - по контрольному расходу топлива Q испытуемого транспортного средства и скорости, соответствующей контрольному расходу топлива,
j
Разработка способа [4] позволила перейти от субъективной оценки видов испытательных дорог к принципиально новой количественной оценке категорий этих дорог с помощью самого испытываемого транспортного средства через диапазон статистических значений коэффициента Ψ.
1
6
1
5
Недостаток известного способа, а также [5] через уровень нагружения Wj, связан со сложностью последующего его практического использования при определении обобщенного (среднеинтегрального значения) показателя  для каждой m-ой категории условий эксплуатации (I, II, III, IV, V), представленной совокупностью [2, 3] нескольких видов дорог в каждом комплексе дорожных покрытий (Д-Д), типов рельефа местности (Р-Р) и видов условий движения:
1) за пределами пригородной зоны (А);
2) в малых городах (до 100 тыс. жителей) и в пригородной зоне (Б);
3) в больших городах (более 100 тыс. жителей (В)), классификация которых, в соответствии с [2, 3], показана в таблице 1.
Задачей изобретения является определение количественных значений коэффициентов КУЭ и посредством последних - коэффициентов корректирования периодичности ТО и пробега до КР и трудоемкости TP с одновременным повышением их точности.
j
j
кj
Поставленная задача решается тем, что в способе определения коэффициентов корректирования нормативов ТО и TP и пробега до КР для каждой категории условий эксплуатации с разным уровнем нагружения ТС, при дорожной эксплуатации перемещают транспортное средство при различной его массе по каждой j-й дороге комплекса дорог с Дq-ым покрытием (q=1, 2, 3, 4, 5, 6) в ведущем неустановившемся режиме движения, определенным профилем и несущей способностью опорной поверхности; устанавливают по выполненному пробегу S, средним значениям расхода топлива  и скорости движения  и по известному значению n каждого транспортного средства по выражению (1) коэффициент суммарного сопротивления движению каждой j-й дороги Ψ, а по к-заездам - среднее значение коэффициента Ψ j-го вида дороги внутри каждого комплекса дорог с Дq-ым покрытием по выражению
где к - число заездов;
Дq
с учетом процентного распределения j-го вида дорог (5) внутри комплекса дорог с Дq-ым покрытием вычисляют значение коэффициента Ψ из выражения (3)
q
1
где S - количество j-x видов дорог внутри комплекса Ди границы его значений  или, например, для Д из выражения (4)
кj1
где Ψ - асфальтобетонная дорога;
кj2
Ψ - цементобетонная дорога;
кj3
Ψ - брусчатка;
кj1
Ψ - мозаика;
Д2
Д3
Д4
5
Д6
2
6
аналогичным (указанным) способом устанавливают средние значения коэффициентов Ψ, Ψ, Ψ, Ψ и Ψ дорог с Дq-ым покрытием (Д…Д) и границы их значений;
1
5
ip
на основе имеющихся статистических данных фиксируют наличие участков j-x дорог с уклонами i по рельефам местности Р-Р за пределами пригородной зоны X - региона и их относительную протяженность q;
jp
jp
max
экспериментально с помощью профилографа, при его перемещении по опорной поверхности всех j-ых дорог, устанавливают в границах Х - региона распределение вероятности уклонов всех j-ых дорог f(i) каждого типа рельефа местности раздельно с отметкой среднего значения уклона  (в процентах) в области его наибольшей вероятности f(i);
jp
Дq
1
3
отмечают порциональное (добавленное) значение ΔΨ коэффициента ΔΨ, определенное положительным уклоном i Дq-ой дороги (i=1, 2…, %), по всем рельефам местности (Р-Р) по зависимости
вычисляют полное значение коэффициентовс учетом уклонов дорог по выражению
jp
где ΔΨ - порциональное значение Ψ, определенное уклоном i j-й дороги;
ip
q - относительная протяженность участков всех j-x дорог с уклоном i по рельефам местности Р;
ip
l - распределение участков j-x дорог с уклоном i по рельефам местности (при ) с учетом их разной крутизны;
устанавливают распределение Дq-ых дорог  внутри каждой категории условий эксплуатации при  где q от 1 до 4-х (во II КУЭ - три, в III КУЭ - четыре, в I, IV и V по одной Дq-ой дороге);
вычисляют среднеинтегральное значение  каждой m категории условий эксплуатации по выражению (7)
и, наконец, по выражению (8) вычисляют значение коэффициентов корректирования периодичности ТО и пробега до капитального ремонта (КР) в каждой КУЭ с разным уровнем нагружения ТС
и по выражению (9) - значение коэффициента корректирования трудоемкости текущего ремонта А
Дq
ip
Сопоставительный анализ заявляемого решения с известным показывает, что при нормировании и определении количественных значений категорий условий эксплуатации (КУЭ) для корректирования периодичности ТО, пробега до КР и трудоемкости TP находящегося в эксплуатации ТС в условиях изменчивости и нестабильности характеристик дорог, определяемых визуально, по субъективным оценкам со ступенчато-дискретными значениями коэффициентов (1,0; 0,9; 0,8; 0,7 и 0,6), использование коэффициента суммарного сопротивления движению учитывает, помимо количественной оценки каждой j-й дороги по к-заездам, среднее значение коэффициента комплекса дорог с Дq-ым покрытием Ψ с учетом их процентного распределения в комплексе, среднеинтегральное значение коэффициента  включающее, дополнительно к указанному, порциальное значение коэффициента  определенное относительной протяженностью участков всех j-x дорог с уклоном i (q) и их распределением  по всем рельефам местности, а также определение коэффициентов корректирования периодичности ТО, пробега до КР и трудоемкости TP каждой категории условий эксплуатации с разным уровнем нагружения ТС путем последовательного деления коэффициента
на
На основании этого заявляемый способ соответствует критерию изобретения «новизна».
кj
q
jp
Совокупность последовательных операций, включающих определение коэффициента суммарного сопротивления движению каждой j-й дороги, а по к-заездам - среднего значения коэффициента Ψ j-го вида дороги, а с учетом их процентного распределения, определение среднего значения коэффициента Ψ внутри каждого комплекса дорог с Дq - покрытием, далее фиксируют наличие участков j-x дорог с уклонами i разной крутизны по рельефам местности Р1-Р5 за пределами пригородной зоны X - региона и вычисляют порциальное значение ΔΨ по рельефам местности, определенное уклоном i j-x дорог, устанавливают распределение Дq-ых дорог  внутри каждой категории условий эксплуатации, вычисляют среднеинтегральное значение  каждой m категории условий эксплуатации и в заключении вычисляют значения коэффициентов корректирования периодичности ТО, пробега до КР и трудоемкости TP в каждой КУЭ, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого решения критерию «существенные отличия».
1
1
6
S
Дq
iр
j
max
1
5
ip
Дqp
При реализации предложенного способа в конечном итоге определяют числовые значения категорий условий эксплуатации [1, 2, 3], и коэффициенты корректирования периодичности ТО, пробега до капитального ремонта и трудоемкости TP и каждой КУЭ через среднеинтегральное значение коэффициента суммарного сопротивления движению КУЭ, для чего транспортное средство перемещают в ведущем неустановившемся режиме по опорной поверхности представительного участка j-ой дороги равнинной местности (P); производят измерение суммарного расхода топлива в л/100 км; вычисляют реализованную среднюю скорость по пройденному пути и времени чистого движения; вычисляют коэффициенты пропорциональности n и суммарного сопротивления движению из расчетной зависимости (1); по результатам к заездов (не менее трех) вычисляют из расчетной зависимости (2) среднее значение коэффициента Ψкj каждой дороги внутри комплекса с Дq-ым покрытием (Д…Д); с учетом процентного распределения j-ых дорог (δ) внутри комплекса дорог с Дq-ым покрытием из расчетной зависимости (3) вычисляют среднее значение коэффициента Ψ каждого комплекса дорог с Дq-ым покрытием и границы их значений с занесением результатов расчета в таблицу 2; на основе статистических данных фиксируют наличие и относительную протяженность участков всех j-x дорог с уклонами i разной крутизны (q) и их распределение  по рельефам местности Р1-Р5 за пределами пригородной зоны X - региона с занесением результатов в таблицу 3; устанавливают среднее значение уклона в процентах всех j-ых дорог  соответствующее его наибольшей вероятности f(i), по всем рельефам местности (Р-Р) раздельно (Фиг. 1) и последующим занесением результатов в таблицу 4; по значению  и зависимости (5) вычисляют порциальное значение ΔΨ, определенное уклоном дорог, с занесением его также в таблицу 4; вычисляют по зависимости (6) полное значение коэффициентов Ψ с учетом уклонов дорог; по выражению (7) вычисляют среднеинтегральное значение  каждой m категории условий эксплуатации с учетом коэффициента  и по выражениям (8) и (9) вычисляют соответственно значение коэффициентов корректирования периодичности ТО и пробега до КР и корректирования трудоемкости текущего ремонта в каждой КУЭ.
Предлагаемый способ определения среднеинтегральных значений коэффициента суммарного сопротивления движению каждой КУЭ и коэффициентов корректирования периодичности ТО, пробега до КР и трудоемкости TP, например, с использованием автомобиля КАМАЗ-4310, реализован следующим образом.
1
Автомобиль КАМАЗ-4310 перемещают в ведущем неустановившемся режиме по сухой опорной поверхности трех участков цементобетонной дороги без уклонов (Д) в равнинной местности Х-региона территории РФ.
По выполненному пробегу 270 км, времени чистого движения 4,15 ч и суммарному расходу топлива 122,8 л вычисляют средние значения скорости движения и расхода топлива на 100 км пути, которые равны
Vcp = 270 км/4,15 ч Vcp = 65,0 км/ч
Qcp = 122,8 л/2,7 × 100 км Qcp = 45,5 л/100 км
1
При известном значении коэффициента n автомобиля КАМАЗ-4310, равного 0,05 по выражению (1) вычисляют коэффициент суммарного сопротивления движению цементобетонной дороги (ЦБА), входящей в состав комплекса дорог Дq-ым покрытием, в частности Д I КУЭ
По результатам 2-го заезда по цементобетонной дороги на втором участке установлено
По результатам 3-го заезда по ЦБД на третьем участке установлено
ЦБД
По выражению (2) вычисляют среднее значение Ψ
ЦБД
Ψ=0,038
j
Указанным способом устанавливают значение коэффициента Ψ на:
АБД
асфальтобетонной дороге Ψ=0,036;
Б
на дороге с покрытием из брусчатки Ψ=0,039.
Дорога с покрытием типа мозаика в Х-регионе в настоящее время отсутствует.
1
ЦБД
АБД
Б
Д1
При известном распределении дорог внутри комплекса с Д покрытием, равным δ-0,35; δ-0,6 и δ-0,05, по выражению (3) вычисляют значение Ψ
Д1
Т=0,038 0,35+0,036 0,6+0,039 0,05;
Д1
Т=0,03685.
Д1
Д1
После округления полученное значение принимают Ψ=0,037, а границы значений коэффициента Ψ из экспериментально полученных принимают равными:
Д1,
Полученные значения Ψи  заносят в таблицу 2.
Д2
Д3
Д4
Д5
Д6
Аналогичным образом находят среднее значение для Ψ=0,042; Ψ=0,046; Ψ=0,050; Ψ=0,065 и Ψ=0,087 с занесением их в таблицу 2.
ip
На основе имеющихся статистических данных фиксируют наличие участков j-x дорог с уклонами i и их относительную протяженность q в каждом типе рельефа местности за пределами пригородной зоны X - региона с занесением значений в числитель каждой строки таблицы 3, а их соотношение между собой в каждом типе рельефа местности (при ) заносят в знаменатель также таблицы 3.
1
1
2
3
Так, по дороге Д относительная протяженность участков j-x дорог с уклоном i в рельефе местности P составляет 0,08 в Р-0,18, Р-0,32, а их соотношение между собой:  и .
2
6
Аналогичным образом находят указанные значения параметров по дорогам Д-Д по каждой КУЭ отдельно с их занесением в таблицу 3.
1
jp1
jp1
max
1
Экспериментально, с помощью профилографа при его перемещении по участкам всех j-x дорог, например рельефа местности Р с уклоном i фиксируют значения уклонов в % и заносят в таблицу 5, далее на основе известных способов обработки значений случайных процессов промежуточные расчеты помещают в таблицу 6, на основе которых на фиг. 1 проводят построение графика f(i), по которому при f(i) находят среднее значение  уклона участков всех j-x дорог рельефа местности Р, равный 1,2% и заносят в таблицу 4.
2
3
4
5
Аналогичным образом находят средние значения уклонов по Р-2,3, Р-4,1, Р-5,8 и Р-8,5% с занесением значений в таблицу 4.
jp
1
2
3
4
5
По выражению (5) находят порциальное значение ΔΨ, соответственно равное по Р-0,012; Р-0,023; Р-0,041; Р-0,058 и Р-0,085.
ip
ip
ip
С использованием значений  (таблица 2), q и l (таблица 3) и ΔΨ (таблица 4) проводят вычисление  по зависимости (6) в каждой КУЭ
Далее по выражению (7) вычисляют среднеинтегральное значение  при  и
Далее по выражению (7) вычисляют среднеинтегральное значение  при
Далее по выражению (8) вычисляют значения коэффициентов корректирования периодичности ТО и пробега до капитального ремонта в каждой КУЭ:
И, наконец, по выражению (9) вычисляют коэффициенты корректирования трудоемкости текущего ремонта
q
jр
iP
ip
1
5
Способ определения коэффициентов категорий условий эксплуатации транспортных средств через среднеинтегральное значение коэффициента  каждой КУЭ, включающее, дополнительно к коэффициентам суммарного сопротивления движению каждой j-й дороги и комплекса дорог с Д-ым покрытием, порциальное значение коэффициента ΔΨ, определенное относительной протяженностью участков всех j-x дорог с уклоном i разной крутизны (q) и их распределением l по всем рельефам местности (Р-Р), путем последовательного деления коэффициента  на  обеспечивает по сравнению с известным заданием коэффициентов корректирования периодичности ТО и пробега до КР и трудоемкости TP (1,0; 0,9; 0,8; 0,7 и 0,6) следующие преимущества:
использование единого способа расчета коэффициентов корректирования периодичности ТО, пробега до КР и трудоемкости TP автотранспортных средств в трех ведомствах: Министерстве обороны, автомобильной отрасли и Росстандарте;
существенное повышение точности определения коэффициентов корректирования периодичности ТО, пробега до КР и трудоемкости TP в каждом, отдельно взятом регионе РФ при всестороннем учете многообразия дорог по их состоянию и размещению в различных рельефах местности, отличающихся между собой в различных регионах РФ;
реальное обеспечение безотказности и долговечности на заданном уровне за счет точного соблюдения указанных нормативов, создавая при этом существенный экономический эффект при эксплуатации миллионов образцов автотранспортных средств путем исключения как преждевременных отказов и повреждений, так и необоснованного увеличения трудозатрат при проведении ТО и TP;
1
5
формирование массива (банка данных) по средней крутизне участков дорог в различных рельефах местности (Р-Р), полученных на основе статистических обобщений, экспериментально выполненных измерений с помощью профилографа;
создание условий для разработки детального паспорта сети автомобильных дорог, в том числе грунтовых, с обязательным указанием наличия на некоторой части из них уклонов разной крутизны и протяженности в каждом регионе РФ.
1. ГОСТ 21624-81. Система технического обслуживания и ремонта автомобильной техники. Требования к эксплуатационной технологичности и ремонтопригодности изделий (Приложение 2: табл. 1, с. 8-9 и табл. 2, с. 9).
2. Положение о техническом обслуживании и ремонте подвижного состава автомобильного транспорта. - М.: Транспорт, 1986 (табл. 2.7, с. 25 и табл. 2.8, с. 26).
3. Приказ Министра обороны Российской Федерации, №300 от 25 сентября 2006 г. (табл. 1, с. 44-45).
4. Патент №2011955, G01М 17/00, 1994.
5. Патент №2090855, G01М 17/00, 1997.
где Д - дорожные покрытия:
1
Д - цементобетон, асфальтобетон, брусчатка, мозаика;
2
Д - битумо-минеральные смеси (щебень или гравий, обработанные битумом);
3
Д - щебень (гравий) без обработки, дегтебетон;
4
Д - булыжник, колотый камень, грунт и малопрочный камень, обработанные вяжущими материалами, зимники;
5
Д - грунт, укрепленный или улучшенный местными материалами, лежневое и бревенчатое покрытия;
6
Д - естественные грунтовые дороги; временные внутрикарьерные и отвальные дороги; подъездные пути, не имеющие твердого покрытия;
Р - тип рельефа местности (определяется высотой над уровнем моря):
1
P - равнинный (до 200 м);
2
Р - слабохолмистый (свыше 200 до 300 м);
3
Р - холмистый (свыше 300 до 1000 м);
4
Р - гористый (свыше 1000 до 2000 м);
5
Р - горный (свыше 2000 м).