Повышение эффективности транспортно-технологического обеспечения АПК Амурской области тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.20.01, кандидат наук Кривуца, Зоя Федоровна

• Кривуца, Зоя Федоровна
• кандидат наук
• 2015

Оглавление диссертации кандидат наук Кривуца, Зоя Федоровна

Введение........................................................ 7

Глава 1. Транспортно-технологическое обеспечение АПК............. 13

1.1 Анализ использования транспортных средств в технологии

возделывания и уборки сельскохозяйственных культур............... 13

1.2 Роль автомобильного транспорта в транспортно-технологическом

обеспечении АПК................................................. 21

1.3 Использование автомобильного транспорта в международных и

межрегиональных перевозках....................................... 39

1.4 Методы и модели оптимизации транспортно-технологического

процесса......................................................... 45

1.5 Пути повышения тягово-сцепных свойств автомобилей............ 68

1.6 Выводы и задачи исследований................................. 82

Глава 2. Теоретическое обоснование транспортно-технологического обеспечения АПК.................................................. 85

2.1 Концепция формирования энергетических затрат в транспортнотехнологическом процессе......................................... 85

2.2 Энергетическая оценка транспортно-технологического обеспечения

производства сельскохозяйственных культур........................ 93

2.2.1 Энергетическая оценка технологического процесса перевозок

грузов сельскохозяйственного назначения по схеме «комбайн -автомобиль - заготовительный пункт».............................. 93

2.2.2 Энергетическая оценка технологического процесса перевозок грузов сельскохозяйственного назначения по схеме «заготовительный

пункт - автомобиль - потребитель»............................... 100

2.3 Пути снижения полных удельных энергозатрат за счет оптимизации

скорости движения............................................... 101

2.4 Оптимизация транспортно-технологического обеспечения при

3

внесении удобрений на поля.................................... 105

2.5 Выводы по второй главе..................................... 108

Глава 3. Повышение тягово-сцепных свойств автомобиля на

транспортных работах........................................... 109

3.1 Повышение тягово-сцепных свойств автомобиля за счет

перераспределения сцепного веса................................ 109

3.2 Влияние тросопневматических тягово-догружающих устройств на

тягово-сцепные свойства автомобиля............................. 114

3.3 Определение основных параметров тросопневматических тягово-

догружающих устройств.......................................... 119

3.4 Синтез тросопневматических тягово-догружающих устройств по

заданным геометрическим параметрам............................. 125

3.5 Динамический анализ дополнительно устанавливаемых

тросопневматических тягово-догружающих устройств............... 129

3.6 Исследование опорных реакций прицепных систем автопоездов с

дополнительно устанавливаемыми тросопневматическими тягово-догружающими устройствами...................................... 133

3.7 Выводы по третьей главе.................................... 150

Глава 4. Программа экспериментальных исследований.............. 152

4.1 Задачи экспериментальных исследований...................... 152

4.2 Объекты исследований и условия проведения экспериментальных

исследований................................................... 153

4.3 Средства измерений......................................... 159

4.3.1 Контрольные устройства................................... 161

4.3.2 Исполнительные устройства................................ 161

4.3.3 Сети передачи информации, используемые в системе ГЛОНАСС и

GPS............................................................ 161

4.3.4 Центральный сервер - спутниковой системы ГЛОНАСС и GPS

мониторинга транспорта......................................... 162

4

4.3.5 Программное обеспечение спутниковой системы ГЛОНАСС и GPS мониторинга транспорта......................................... 163

4.4 Методы контроля расхода топлива............................ 165

4.5 Методика проведения хронометражных наблюдений.............. 166

4.6 Методика определения коэффициента качения грузовых

транспортных средств........................................... 167

4.7 Методика применения тросопневматического тягово-догружающего

устройства на прицепных системах транспортных средств.......... 168

4.8 Методика экспериментальных исследований тягово-сцепных свойств

транспортных средств........................................... 170

4.8.1 Измерение тягового усилия................................ 172

4.8.2 Измерение дополнительной нагрузки на ведущие колеса

транспортного средства......................................... 174

4.8.3 Измерение частоты вращения ведущего колеса транспортного

средства....................................................... 176

4.9 Математическая обработка экспериментальных данных.......... 177

4.9.1 Оценка точности измерений................................ 177

4.9.2 Статистическая обработка экспериментальных данных........ 179

Глава 5. Влияние сезонных условий на процесс формирования энергетических затрат в транспортно-технологическом обеспечении

АПК............................................................ 183

5.1 Математическая модель влияния температуры окружающего

воздуха на энергетические затраты в транспортно-технологическом обеспечении АПК................................................ 183

5.2 Математическая модель влияния среднетехнической скорости

движения на энергетические затраты в транспортно-технологическом обеспечении АПК................................................ 190

5.3 Исследование влияния тросопневматического тягово-догружающего устройства на коэффициент сопротивления качению грузовых

5

автомобилей.................................................... 194

5.4 Результаты экспериментальных исследований по увеличению

проходимости колесных автопоездов с прицепными системами....... 203

5.5 Математическая модель влияния типа и категории дорог на энергетические затраты в транспортно-технологическом обеспечении

АПК............................................................ 207

5.6 Математическая модель влияния количества перевозимого груза на энергетические затраты в транспортно-технологическом обеспечении

АПК............................................................ 213

5.7 Многофакторные математические модели влияния условий

эксплуатации на энергетические затраты в транспортнотехнологическом обеспечении АПК................................ 217

5.8 Выводы по пятой главе...................................... 229

Глава. 6. Оценка энергозатрат в транспортно-технологическом обеспечении АПК................................................ 232

6.1 Анализ энергозатрат в транспортно-технологическом обеспечении с

использованием коэффициентов значимости........................ 232

6.2 Оптимизация энергозатрат в транспортно-технологическом

обеспечении по скорости движения транспортного средств......... 240

6.3 Пути снижения энергозатрат в транспортно-технологическом

обеспечении по массе перевозимого груза........................ 245

6.4 Оптимизация энергозатрат в транспортно-технологическом

обеспечении по типу и состоянию дорог.......................... 248

6.5. Оптимизация энергозатрат за счет рационального расположения

пунктов хранения удобрений..................................... 250

6.6. Определение оптимальных областей применения автомобилей

различных типоразмеров......................................... 255

6.7 Оценка транспортных потоков в транспортно-технологическом процессе....................................................... 258

6

6.7.1 Анализ транспортных потоков на нерегулируемом перекрестке... 258

6.7.2 Анализ транспортных потоков мостового перехода через р. Зея. 267

6.8 Экономическая оценка оптимизации использования транспортных

средств в АПК................................................... 275

6.9 Основные результаты и выводы................................ 303

Литература...................................................... 308

Приложение А. Патенты на изобретение............................ 346

Приложение Б. Свидетельства о государственной регистрации

программ для ЭВМ................................................ 351

Приложение В. Внедрение результатов диссертационной работы...... 355

7

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение эффективности транспортно-технологического обеспечения АПК Амурской области»

ВВЕДЕНИЕ

В технологии возделывания сельскохозяйственных культур транспортные работы в общем объеме составляют от 30-40 % всех затрат труда и свыше 40% затрат энергии предусматриваемые производством сельскохозяйственной продукции. Как показали исследования, объем грузоперевозок в последнее время возрастает. В 2014 году объем грузоперевозок автомобильным транспортом организаций всех видов экономической деятельности составил 30584,7 тыс. тонн, что на 9,4% превысило показатель за 2013 год. Это все объясняется увеличением производства продукции растениеводства и животноводства, а также объема перевозок строительных, скоропортящихся и наливных грузов.

Одним из основных недостатков сельскохозяйственного транспорта является его низкий технический уровень, а также неудовлетворительное состояние его производственной базы. Более 30% транспортных и погрузочных средств эксплуатируются сверх нормативного срока службы, а остальная часть приближается к этому состоянию. Как следствие, существенно ухудшаются показатели безопасности и экономической эффективности работы транспортных средств.

На эффективность использования транспортных средств оказывают существенное влияние следующие факторы: природно-климатические условия, скорость движения, тягово-сцепные свойства, энергетические показатели, грузоподъемность, расстояние перевозок и многие другие. Транспортная служба АПК стремиться отказаться от привлечения дополнительного транспорта путем совершенствования его структуры и внедрения более прогрессивных форм его использования, изыскания резервов снижения энергозатрат. Несмотря на значительный объем ранее проведенных исследований по повышению эффективности использования транспортных средств в сельскохозяйственном производстве, вопросы снижения энергозатрат не получили достаточного развития, учитывая современные тенденции АПК.

8

Наиболее перспективным направлением в этих условиях является повышение эффективности транспортно-технологического обеспечения АПК за счет оптимизации энергозатрат.

Цель и задачи исследований — оптимизация транспортнотехнологического обеспечения АПК за счет снижения полных удельных энергетических затрат.

Для решения данной цели определены следующие задачи исследования:

- изучить особенности природно-климатических условий и их влияние на эффективность транспортно-технологического обеспечения АПК Амурской области;

- выявить закономерности снижения полных удельных энергозатрат транспортных средств в зависимости от изменения технико-эксплуатационных показателей и условий эксплуатации;

- разработать математическую модель для оценки эффективности использования транспортных средств на основе снижения полных энергозатрат в процессе выполнения основных сельскохозяйственных работ;

- определить пути повышения эффективности применения транспортных средств в сложных естественно-производственных и дорожно-полевых условиях эксплуатации;

- провести экономическую и топливо-энергетическую оценку эффективности результатов исследований и разработать рекомендации по их использованию.

Объект исследования - технологический процесс транспортно-технологического обеспечения АПК на внутрихозяйственных и внехозяйственных перевозках.

Предмет исследования - закономерности, определяющие влияние изменения технико-эксплуатационных показателей и условий эксплуатации транспортных средств на полные удельные энергозатраты.

Научная новизна. Выявлены закономерности влияния изменения техникоэксплуатационных показателей, природно-климатических и дорожных условий на формирование полных энергозатрат транспортных средств при перевозке

9

грузов. Предложены способы повышения тягово-сцепных свойств транспортных средств в сложных дорожно-полевых условиях эксплуатации. Получена математическая модель по определению оптимального использования транспортных средств за счет минимизации полных удельных энергозатрат в транспортно-технологическом обеспечении АПК. Определены основные технологические, эксплуатационные, конструктивные и режимные параметры технических средств, обеспечивающих функционирование транспортнотехнологического обеспечения АПК.

Новизна математических моделей, программ и технических решений подтверждена 4 свидетельствами на программы для ЭВМ и 5 патентами РФ на изобретения.

Теоретическая и практическая значимость работы. Разработаны и проверены новые подходы к формированию внутрихозяйственных и внехозяйственных перевозок с.-х. грузов и технические решения, позволяющие более эффективно реализовывать транспортно-технологическое обеспечение АПК в различных условиях эксплуатации. Внедрены рекомендации производству и разработаны прикладные программы для оптимизации полных удельных энергозатрат при формировании транспортно-технологического обеспечения в инженерных и технологических расчетах, а также научных исследованиях.

Результаты теоретических и экспериментальных исследований одобрены и рекомендованы к внедрению экспертной комиссией по внедрению в агропромышленное производство научно-технических разработок и передового опыта Министерства сельского хозяйства Амурской области, Управлением государственного автодорожного надзора по Амурской области, Научнотехническим советом Амурской государственной зональной машиноиспытательной станции. Материалы исследований используются в ЗАОр агрофирмы «Партизан», ОАО «Пограничное», СК колхоза «Дим». Результаты экспериментальных исследований по снижения энергозатрат, улучшению тяговосцепных свойств транспортных средств внедрены в учебный процесс ФГБОУ В ПО ДальГАУ.

10

Методология и методы исследований. Исследования по теме диссертации выполнены в ДальГАУ в соответствии с научно-технической программой на 2011-2015гг. тема 15 - «Перспективная система технологий и машин для с.- х. производства Дальнего Востока» ФГБОУ ВПО ДальГАУ номер гос. Регистрации 01200503571.

Общей методологической основой проведенных исследований является применения комплексно-системного подхода, обеспечивающего всестороннее рассмотрение процесса оптимизации транспортно-технологического обеспечения АПК с учетом реальных взаимосвязей системообразующих параметров. В теоретических исследованиях использованы методы и законы прикладной механики, математики, теории статистики и вероятности, экономикоматематического моделирования.

Экспериментальные исследования проводились в реальных условиях эксплуатации сельскохозяйственной техники с использованием электронных приборов, тензометрирования.

Результаты исследований обрабатывались с помощью методов математической статистики.

Основные положения, выносимые на защиту:

- математическая модель оценки энергозатрат в транспортнотехнологическом обеспечении АПК;

- аналитические зависимости, позволяющие выявить влияние расстояния, времени и объёма грузоперевозок, типа и категории дорог, природноклиматических условий эксплуатации, тягово-сцепных свойств на процесс формирования энергетических затрат в транспортно-технологическом обеспечении АПК;

- способы повышения тягово-сцепных свойств транспортных средств в сложных дорожно-климатических условиях эксплуатации;

- система показателей, влияющих на полные удельные энергозатраты, характеризующих эффективность использования транспортных средств в конкретных технологических условиях перевозок;

11

- методика моделирования транспортно-технологического обеспечения АПК;

- математические модели и номограммы по обоснованию формирования транспортно-технологического обеспечения АПК на основе минимизации полных удельных энергозатрат с учетом различных условий эксплуатации транспортных средств.

Степень достоверности и апробация результатов. Достоверность полученных данных подтверждается сходимостью теоретических обоснований и экспериментальных показателей, определенных в реальных условиях эксплуатации транспортных средств.

Материалы и результаты диссертационного исследования были апробированы и получили одобрение на конференциях: XI Международной научно-практической конференции «Автоматизация и информационное обеспечение производственных процессов в сельском хозяйстве» (Москва, 2010г.), V Всероссийской научно-практической конференции «Аграрная наука в XXI веке: проблемы и перспективы» (Саратов, 2011г.), III Международной научно-практической конференции «Проблемы диагностики и эксплуатации автомобильного транспорта» (Иркутск, 2011г.), Международной научнопрактической конференции «Актуальные проблемы науки» (Тамбов, 2011г.), III Международной научно-практической конференции «Аграрная наука и образование на современном этапе развития: опыт, проблемы и пути их решения» (Ульяновск, 2011г.), Всероссийской научно-практической конференции «Повышение эффективности механизации сельскохозяйственного производства» (Чебоксары, 2011г.), II Всероссийской научно-практической конференции «Перспективы развития и безопасность автотранспортного комплекса» (Новокузнецк, 2011г.), Международной научно-практической конференции «Инновационное развитие агропромышленного комплекса и аграрного образования» (Улан-Удэ, 2011г.), Международной научно-практи-ческой конференции «Инновационные энергоресурсосберегающие технологии в АПК» (Москва, 2012г.), II Международной научно-практической конференции

12

«Инновационные технологии создания и возделывания сельскохозяйственных растений» (Саратов, 2012г.), XI Международной научно-практической конференции « Механики - XXI веку» (Братск, 2012г.), X Международной научно-практической конференции «Проблемы и достижения автотранспортного комплекса» (Екатеринбург 2012г.), VI Международной научно-практической конференции «Автомобильный транспорт Дальнего Востока - 2012» (Хабаровск, 2012г.), X Всероссийской научно-практической конференции «Проблемы и достижения автотранспортного комплекса» (Екатеринбург, 2012г.), Международной научно-практической конференции «Методы и средства повышения эффективности технологических процессов в АПК: опыт, проблемы и перспективы» (Ставрополь, 2013г.), III Всероссийской научно-практической конференции «Перспективы развития и безопасность автотранспортного комплекса» (Новокузнецк, 2013г.), Международной научно-технической конференции «Инновационное развитие АПК России на базе интеллектуальных машинных технологий» (Москва, 2014г.), совместных расширенных заседаниях НТС ФМСХ и кафедры транспортно-энергетических средств и механизации АПК ДальГАУ (2012-2015).

Публикации. Основные положения диссертации нашли отражение в 62 публикациях, из них: 20 - в журналах, входящих в перечень ВАК России, 1 -монографии, 1-в журнале базы Scopus. По результатам исследования в РОСПАТЕНТе зарегистрированы 4 программы для ЭВМ, 5 патентов на изобретение.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, шести глав, общих выводов, списка литературы, содержащей 344 наименований, в том числе 22 на иностранных языках, и приложений. Общий объем 362 с., 149 рисунков, 19 таблиц и 3 приложений с материалами результатов исследования.

13

ГЛАВА 1. ТРАНСПОРТНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ АПК

7.7 Анализ ислользоеаиия /яр#нс;!ор/илы.х срсЭс/нс с /лаүлоло^ии созйаяысанпя и угории сазьскохозяйс/иссинаьк

Для успешной реализации государственной программы развития сельского хозяйства на 2012-2020 гг, нацеленной на динамичное техническое перевооружение отрасли, необходимо внедрять в растениеводство систему технологий и машин, обеспечивающую выбор оптимальных зональных технологий с учетом агроландшафтного разнообразия условий, уровня интенсификации производства и финансово-экономического состояния сельхозтоваропроизводителей [39, 248, 249].

Адаптация системы технологий и машин в отрасли достигается решением следующих задач:

1. Экономическая: повышение производительности труда, оптимизация издержек, связанных с эксплуатацией техники и производством продукции;

2. 7схнолоамчсскоя.' отбор и экспертиза ресурсосберегающих технологий производства продукции, их адаптирование к зональным условиям и экологическим требованиям;

3. Техническая: связанная с эффективным подбором техногеннощадящих технических адаптеров с оптимальной полевой загрузкой по технологическим и техническим критериям;

4. 2?ременная: определение сроков разработки и действия системы технологий и машин [39].

При транспортно-технологическом обеспечении АПК в систему технологий и машин, в первую очередь, должны войти транспортные средства с высоким уровнем приспособленности к зональным и сезонным вариациям условий эксплуатации, что позволит в полной мере реализовать потенциальные качества, заложенные при проектировании и производстве.

14

Для Амурской области, как и для России в целом, транспорт является одной из крупнейших базовых отраслей экономики, важнейшей составной частью производственной инфраструктуры, удельный вес транспорта в структуре валового регионального продукта области составляет 22,2 %. В состав транспортного комплекса Амурской области входят объекты железнодорожного и автомобильного транспорта, внутренние водные магистрали, объекты гражданской авиации. Объем перевозок грузов по транспорту составил в 2014 году 86442,5 млн. тонн [19].

Приоритетным направлением государственной Транспортной стратегии РФ до 2030 года является создание условий для повышения эффективности использования автомобильного транспорта, то есть увеличения результативности его работы при экономном, рациональном расходовании трудовых, материальных и топливо-энергетических ресурсов [272].

В докладе заместитель Министра транспорта Российской Федерации на конференции "Региональные аспекты стратегии развития транспорта" подчеркивает, что «успешная реализация стратегической цели развития России -повышение качества жизни населения на основе динамичного и устойчивого экономического роста, обеспечения целостности, национальной безопасности и обороноспособности страны, создания прочного фундамента её конкурентоспособности на долгосрочную перспективу и рациональной интеграции России в мировую экономику - возможна только при условии устойчивого и эффективного функционирования транспортной отрасли как важнейшей составляющей производственной инфраструктуры страны». Поэтому развитие транспортного комплекса Амурской области приобретает особое значение как необходимое условие реализации инновационной модели экономического роста и занимает ведущее место в транспортно-технологическом обеспечении АПК.

Единое транспортное пространство Амурской области должно включать в себя сбалансированную систему транспортных коммуникаций, интегрированную систему товаротранспортной технологической инфраструктуры всех видов

15

транспорта и грузовладельцев, единые стандарты технологической совместимости различных видов транспорта, оптимизирующие их взаимодействие. При этом огромная роль должна отводиться снижению энергозатрат в транспортнотехнологическом обеспечении АПК, так как они являются важной составляющей эффективного развития Амурской области.

Эффективное функционирование всей системы агропромышленного комплекса призваны обеспечить подкомплексы, выполняющие обслуживающие функции. Транспортное обслуживание сельскохозяйственного производства является одной из главных транспортных услуг, характерная особенность, которой состоит в том, что она входит обязательным составным элементом всех других видов услуг, и обеспечивает производственные связи внутри отдельных отраслей и между ними [215,236,242,248,249,272].

Место автомобильного транспорта сельского хозяйства как базовой отрасли АПК определяется двойной ролью транспорта в материальном производстве. В сфере сельскохозяйственного производства автомобильный транспорт является составной частью обслуживаемых им производственных процессов возделывания и уборки сельскохозяйственных культур, состоящий из технологических, перевозочных и перегрузочных операций, поэтому выступает как тиехнолоамч^скмй. В сфере доставки груза потребителю автомобильный транспорт осуществляет связи между отдельными предприятиями,

объединениями, областями не только России, но и зарубежными предприятиями, поэтому выполняет роль связующего звена любого производственного потока.

Автомобильный транспорт является необходимым составным звеном технологического процесса возделывания и уборки сельскохозяйственных культур и, во многих случаях, составляет наиболее трудоемкую и энергоемкую часть этих процессов [151, 207, 326, 334]. Согласно данным, приведенным авторами [58, с. 16], на транспортные работы в сельском хозяйстве приходится около 30% всех затрат труда и свыше 40% затрат энергии. Доля транспортных расходов в себестоимости сельскохозяйственной продукции достигает 35-40%. В производственных процессах возделывания и уборки сельскохозяйственных

16

культур транспортные операции составляют: для зерновых культур 42-44%, сои -32-44%, картофеля-39-41%.

Режим функционирования транспортно-производственного процесса и сроки выполнения определяются одной из базовой технологической операции. По характеру выполняемых операций транспортно-технологические процессы могут быть разделены [57]:

- транспортно-распределительные процессы, при которых осуществляется транспортировка и распределение груза по площади поля (доставка и внесения семенного материала, удобрений);

- сборочно-транспортные процессы, при которых происходит сбор груза с площади полей и его дальнейшая транспортировка к местам переработки или хранения (уборка и вывоз урожая с полей).

При этом транспортно-технологические (производственные) процессы, выполняемые транспортным средством по отношению к сельскохозяйственным машинам или агрегатам (базовым), можно классифицировать как (рисунок 1. 1):

- однопозиционные однопоточные - одну базовую машину обслуживает одно транспортное средство;

- однопозиционные многопоточные - одну базовую машину обслуживает несколько транспортных средств;

- многопозиционные однопоточные - несколько базовых машин

обслуживается одним транспортным средством;

- многопозиционные многопоточные - несколько базовых машин

обслуживаются несколькими транспортными средствами.

17

Рисунок 1.1- Классификация транспортно-технологических процессов

Техническую основу транспортно-технологических процессов составляют технологические линии в сельскохозяйственном производстве. Транспортное средство, являющееся связующим звеном технологической линии, в значительной мере, определяет режим ее функционирования.

Эффективность и качество функционирования технологической линии напрямую зависит от транспортно-технологического обеспечения

18

производственного процесса. Примеры схем технологических линий уборки, перевозки и послеуборочной обработки сельскохозяйственной продукции в Амурской области, разработанные и исследуемые И.В. Бумбаром, В.В. Епифанцевым, А.М. Емельяновым, Б.И. Кашпура, В.Ф. Кузиным, А.Н. Панасюком, М.М. Присяжным, Ю.Н. Рубаном, М.О. Синеговским, В.Т. Синеговской, В.А. Тильбой, П.В. Тихончуком, О.В. Щегорец, С.В. Щитовым и другими в трудах [39,135, 161, 162, 261, 270], представлены на рисунке 1.2.

Рисунок 1.2- Технологическая поточная линия уборки, перевозки и послеуборочной обработки зерна

Под эффективностью транспортно-технологического процесса, согласно определению, предложенного В.А. Гоберманом [58, с. 84] следует понимать получение наилучшего, с учетом поставленной цели и принятого оценочного критерия, результата при осуществлении этого процесса - при наименьших затратах, вложенных для его достижения. Поэтому наиболее объективным критерием, независящим от конъюнктуры рынка и позволяющим достоверно определить затраты при транспортно-технологическом обеспечении производства сельскохозяйственной продукции, являются полные энергетические затраты.

19

Под качеством функционирования транспортно-технологического процесса понимается совокупность потребительских свойств, обуславливающих его пригодность, наилучшим образом удовлетворять потребности в соответствии с функциональным назначением процесса, и стабильно сохраняемых в регламентированных пределах в течение всего периода его выполнения в заданных (типовых) условиях эксплуатации.

Анализ трудов [13, 14, 15, 26, 27, 136, 155, 158, 160, 200, 244] позволяет определить основные факторы эффективного функционирования транспортнотехнологического процесса:

- сокращение длительности выполнения процесса, как за счет комплексной механизации технологических линий, так и за счет определенного совмещения по времени технологических, перевозочных и перегрузочных операций;

- поточность и непрерывность процесса доставки продукции сельского хозяйства точно в срок «от двери до двери»;

- ритмичность процесса, обеспечивающая синхронность технологических операций и транспортных услуг;

- адаптация процесса к природно-климатическим и дорожно-полевым условиям;

- высокий уровень конструктивной и эксплуатационной надежности технических средств транспорта.

Транспортные услуги являются основным продуктом транспортноэнергетических средств, поэтому качество их, в первую очередь, определяется качеством работы подвижного состава. Однозначно указать эксплуатационные свойства автомобиля, преимущественно определяющие показатель качества транспортных услуг, согласно исследованиям, проведенным в работе [57], представляется лишь условно, поскольку одинаковые эксплуатационные свойства могут оказывать тождественное влияние на различные показатели качества.

Проведенный А.Ю. Измайловым [157, с. 9] анализ транспортного обслуживания сельскохозяйственного производства показал, что

20

своевременность доставки груза потребителю составляет 73%-78%; доля простоя в общих затратах времени - 15%, это свидетельствует о неэффективности использования транспорта в агропромышленном комплексе.

Повысить эффективность перевозок сельскохозяйственных грузов в транспортно-технологическом процессе возможно не только за счет технологического совершенствования подвижного состава, технологических и погрузочно-разгрузочных машин, но и использованием прогрессивной технологии перевозки грузов. Одной из основных задач технологического процесса перевозок грузов является снижение энергозатрат, решить которую возможно за счет сокращения числа выполняемых операций, этапов процесса перевозки и внедрения энергосберегающих технологий [91, 92, 114, 136, 149, 156, 166,168,177,196,278,323,324].

В сельском хозяйстве технологический процесс перевозки грузов обладает специфическими особенностями, а составляющие его элементы характеризуются закономерностями, которые соответствуют условиям только этих перевозок. Операции, из которых складывается процесс перевозки, отличаются своей продолжительностью и являются неоднородными. При объединении некоторых операций создаются определенные этапы перевозочного процесса, каждый из которых выполняет свои задачи. При этом отдельные операции и этапы перевозочного процесса находятся в определенной зависимости друг от друга, так процесс погрузки предшествует транспортировке грузов. Поэтому процесс перевозки сельскохозяйственных грузов является многоэтапным и многооперационным: с технологической и экономической разнородностью операций. Необходимо отметить, что рассматриваемый процесс имеет циклический характер, поскольку транспортировка сельскохозяйственных грузов совершается повторяющимися производственными циклами, следующими один за другим. Ритм этих циклов определяется их частотой, которая, в свою очередь, зависит от средней продолжительности одного цикла. Комплекс этих циклов создает перевозочный процесс, направленный на обеспечение доставки груза «от двери до двери».

21

Решение задачи рационального использования подвижного состава в технологии возделывания сельскохозяйственной продукции предполагают необходимость разработки системы показателей, характеризующих эффективность использования транспортных средств именно в конкретных условиях эксплуатации. Применение системы показателей дает возможность выявить, на каких операциях перевозочного процесса происходят наибольшие энергетические потери транспортного средства, и определить резервы повышения эффективности использования подвижного состава [15].

7.2 7*#ль

,477/С

Важным направлением хозяйственной деятельности Амурской области является производство сельскохозяйственной продукции, в частности, зерновых культур и сои. Для возделывания данных культур разработаны технологии, отвечающие биологическим особенностям возделываемых культур, природным условиям зон земледелия. Как известно, получение высокого урожая во многом зависит от своевременного проведения основных сельскохозяйственных работ. При этом немаловажная роль отводится на долю автомобильного транспорта в доставке посевного материала и удобрений, а также вывоза убранного урожая и своевременной доставке сельскохозяйственной продукции потребителю.

Автомобильный транспорт является наиболее гибким и мобильным компонентом транспортной системы. Важнейшей отличительной особенностью современного отечественного парка автотранспортных средств является разномарочность, неоднородность и сильная изношенность. На дорогах Амурской области используется большое количество иномарок различных лет выпуска и разного технического состояния. Резко увеличилась интенсивность транспортных потоков, и соответственно, возросли нагрузки на подвижной состав и дороги.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Кривуца, Зоя Федоровна, 2015 год

- - -Г—

T,H

Рисунок 3.25 - Влияние силы натяжения гибких тросовых связей ТТДУ на силу опорной реакции У

150

J. 7 2?ЫбО()ы ЛО /Л/7С/ЛҺСЛ 27/r/C^?

1. Эффективность эксплуатация транспортных средств в Амурской области существенно зависит от состояния дорожного покрытия. При выполнении транспортных работ особенно в осенне-зимний период наблюдаются случаи резкой смены состояния дорог. На протяжении одной ездки дорожное покрытие может смениться от асфальта до гололеда. Это все накладывает специфические условия на эксплуатацию автомобильного транспорта, в виду того, что коэффициент сцепления резко меняется.

2. Для повышения эффективности транспортно-технологического обеспечения при сложных дорожных условиях разработано ТТДУ, позволяющее повышать сцепной вес на ведущих колесах автомобиля путем перераспределения его с колес прицепа, что позволит расширить диапазоны применения автомобилей.

3. Возможность увеличения нагрузки на ведущие задние колеса осуществляется за счет кратковременного перераспределения части веса приходящегося на прицеп. В то же время при повышении коэффициента нагрузки задних колес автомобиля необходимо учитывать, что увеличение напрямую влияет на управляемость, а, следовательно, на безопасность движения. Поэтому для перераспределения нагрузки необходимо использовать специальные устройства. Данные устройства включаются в работу только по мере снижения значения коэффициента сцепления колес с почвой. Таким образом, кратковременное использование вспомогательных ТТДУ при трогании с места и по бездорожью позволит сохранить режим движения автомобиля.

4. На основании проведенных теоретических исследований определены оптимальные геометрические параметры ТТДУ и режимы его работы.

151

5. При планировании транспортно-технологического обеспечения предлагается использовать коэффициент состояния дорог, который позволяет учитывать качество дорожного покрытия в реальных условиях эксплуатации.

6. Повысить касательную силу тяги при работе автомобилей в условиях бездорожья, временного ухудшения дорожного покрытия, предлагается за счет применения в прицепных системах дополнительно устанавливаемых устройств, что позволит сохранить значения показателей тягово-сцепных свойств, соответствующих оптимальным условиям эксплуатации.

152

4. /7РОГА4ЛЛМ4 Э7СС77ЕР77МЕ/77ИЛБ77А/А 77СС/7ЕДОЙЛ/777/7

4.7 Згг^лчм экслср/^ис///ла^ь//ь/д' г/сстсЭоеяг/п/7

В настоящее время с появлением в АПК автомобилей различной грузоподъемности в технологии производства работ по возделыванию с.х. культур, весьма актуальным остается вопрос снижения энергозатрат. Полученные во второй и третьей главе аналитические зависимости требуют проверки научным экспериментом. Также экспериментально необходимо определить ряд параметров, входящих в теоретические зависимости. Задачи экспериментальных исследований:

1. Установить влияние скорости движения транспортного средства на величину энергозатрат в транспортно-технологическом обеспечении АПК.

2. Исследовать транспортно - технологическое обеспечение АПК с использованием навигационных систем ГЛОНАСС и GPS.

3. Установить фактический расход топлива транспортных средств с учетом сезонной вариации условий эксплуатации.

4. Экспериментально определить фактические значения коэффициента сопротивления качению для различных типов и состояний дорожного покрытия.

5. Установить влияние тросопневматического тягово-догружающего устройство на тягово-сцепные свойства и энергозатраты транспортного средства.

6. Экспериментально определить численные значения параметров математических моделей влияния тягово-сцепных, дорожных, природноклиматических условий на энергозатраты транспортного средства.

7. Провести мониторинг транспортных потоков на нерегулируемом перекрестке

8. Провести экспериментальные исследования по загруженности мостового перехода через р.Зея.

153

9. Дать экономическую и энергетическую оценку эффективности использования автомобилей различных марок в реальных условиях эксплуатации.

4.2 Ойъбюиы нусдояия дробления

Объектами исследования были выбраны следующие виды транспорта:

1. Автомобиль КамАЗ -45143 (рисунок 4.1).

2. Автомобиль КамАЗ-45143 с прицепом НЕФ АЗ 8560-02

(рисунок 4.2).

3. Автомобиль ЗИЛ-ММЗ-554 (рисунок 4.3).

4. Автомобиль ГАЗ -5312 (рисунок 4.4).

Рисунок 4.1 - Автомобиль КамАЗ-45143

154

Рисунок 4.2. - Автомобиль КамАЗ-45143 с прицепом НЕФ АЗ 8560-02

Рисунок 4.3 - Автомобиль ЗИЛ-ММЗ-554

155

Рисунок 4.4 - Автомобиль ГАЗ-5312

При выполнении различных транспортных работ автомобили комплектовались серийными прицепами, обычно используемыми при выполнении сельскохозяйственных операций в Амурской области.

Экспериментальные исследования проведены в ЗАОр агрофирма «Партизан», ОАО «Пограничное», СК колхоза «Дим», ТОО "Славинское" ТОО в КФХ "Волошин В.К.", "Жуковин А.Т.", "Клейко В.А.", "Ковалев С.В." Ивановского района Амурской области (2009-2014 гг), Амурской государственной зональной машиноиспытательной станции 2010г.

Транспортные работы выполняемые в данных хозяйствах являются типичными для Амурской области при перевозке грузов с.х. назначения. Для проведения испытаний выбирались дороги наиболее часто используемые для транспортировки груза

- асфальтно-бетонные дороги (рисунок 4.5);

- гравийные дороги (рисунок 4.6);

156

- грунтовые дороги (рисунок 4.7);

- мостовой переход через р.Зея (рисунок 4.8);

- перекресток Т-образный (рисунок 4.9);

- перекресток X-образный (рисунок 4.10)

Рисунок 4.5 - Асфальтно-бетонная дорога

Рисунок 4.6 — Гравийная дорога

157

Рисунок 4.7 - Грунтовая дорога

Рисунок 4.8 — Мостовой переход через р. Зея

158

Рисунок 4.9 - Перекресток Т-образный

Рисунок 4.10- Перекресток X - образный

159

4. J

С целью выявления влияния тягово-сцепных, дорожных, природноклиматических условий на эксплуатационные показатели транспортных средств были проведены сравнительные испытания. При этом замерялись следующие параметры транспортных средств:

1. Скорость движения.

2. Грузоподъемность.

3. Передача автомобиля.

4. Расход топлива

5. Пройденный путь.

6. Время опыта.

Измерение выше перечисленных параметров проводилось с использованием бортового измерительного комплекса (БИК) навигационной системой ГЛОНАСС и GPS мониторинга транспорта. Навигационная система слежения ГЛОНАСС и GPS (рисунок 4.11) мониторинга транспорта предназначена для решения производственных задач предприятия по оптимизации и мониторинга работы автомобильного парка. Данная система слежения подвижного состава обеспечивает непрерывный мониторинг транспорта при небольших эксплуатационных расходах за счет использования современных технологий мобильной беспроводной связи и мобильного навигационного терминала. Спутниковые системы глобального позиционирования мониторинга автомобильного транспорта позволяют не только определять местонахождение, скорость движения транспортного средства, но и проводить контроль расхода топлива в режиме реального времени.

Глобальная Спутниковая Навигационная Система мониторинга транспорта - это аппаратно - программный комплекс, построенный на технологии «клиент - сервер» с применением WEB - технологий и

160

состоящий из:

- центрального навигационного сервера;

- рабочего места оператора;

- электронных растровых или векторных карт;

- навигационных терминалов или персональных трекеров.

Транспортные средства предприятия оснащаются автомобильным навигационным терминалом и датчиками, которые позволяют круглосуточно контролировать местоположение и технические параметры транспорта в режиме реального времени на карте. Весь объем навигационной и технической информации, получаемой от отслеживаемых транспортных средств, поступает на центральный сервер системы ГЛОНАСС и GPS мониторинга транспорта

Рисунок 4.11 - Структура системы ГЛОНАСС и GPS

161

Контрольными устройствами на транспортных средствах служат различного типа датчики и измерительные устройства, подключаемые к терминалу:

— Логические — контроль остановок, вход в определенные зоны, контроль допустимой скорости, подсчет пробега и прочие;

- Цифровые - датчики на открытие дверей, запуск двигателя, подъем кузова самосвала, спуска-подъема стрелы автокрана и пр.;

- Аналоговые - датчики температуры, веса, напряжения питания, уровня жидкости в баках (контроль расхода топлива), или цистернах, тахометр и пр.

4.3.2 З/слйлнкимльные ус/лропс/лса

Исполнительные устройства подключаются к терминалу через реле и служат для выполнения автоматических команд или команд, подаваемых оператором с диспетчерского пункта. Такими устройствами являются блокираторы двигателя, различного рода световые или звуковые сигнализации, элементы управления температурными режимами и прочее.

4.3.3 С<?лп/ л<у?<л)лчл л//^лр.ил/(лл, ислрльзуаиые с сис/ламе Л/7ОЗМСС л 67Ж

Для передачи информации от объектов мониторинга к центральному серверу Глобальной Спутниковой Навигационной Системы слежения ГЛОНАСС и GPS подвижных объектов могут использоваться различные сети связи. Выбор одной или нескольких сетей связи определяют такие факторы как зоны покрытия, скорость и объем передачи информации, виды связи

162

(передача данных, голосовая связь, короткие сообщения) и прочие.

Применение технологий передачи информации по сотовым сетям связи существенно повышает эффективность Спутниковой Системы ГЛОНАСС и GPS мониторинга транспорта в целом. Сотовые сети связи используются для передачи информации от объектов мониторинга, большую часть времени находящихся в пределах крупных населенных пунктов, центральных областей, освоенных районов и федеральных автотрасс, а также в местах, специально оборудованных сотовыми радиопередатчиками. При использовании терминалов GSM / GPRS в системе могут быть доступны все виды передачи информации, включая голосовую и видеосвязь.

4.3.4 2/^я/яра^ьнмй сердар - слууиннкодрн сис/иамы ГЖ7А4СС и

Сервер представляет собой - специальный компьютер с установленным операционной системой Linux, установленным серверным навигационным программным обеспечением и имеет подключение к сети Интернет с присвоенным постоянным IP-адресом (рисунок 4.12).

Рисунок 4.12 - Сервер

Универсальная архитектура Linux в сочетании с простыми алгоритмами работы и высокая пропускная способность сервера позволяет подключать к серверу до нескольких тысяч абонентских терминалов без снижения быстродействия системы в целом. Для повышения надежности

163

системы потоки данных могут дублироваться на другой аналогичный сервер системы мониторинга, выполняющий функции резервного.

Основные функции центрального сервера в Спутниковой Системе ГЛОНАСС и GPS мониторинга транспорта:

- Установление соединений с терминалом или персональным трекером;

- Подключение дополнительного оборудования для отправки текстовых сообщений водителю и команд оперативного управления;

- Прием и обработка поступающих от абонентских терминалов навигационных и телематических данных;

- Работа оператора/диспетчера в навигационной программе через WEB браузер;

- Работа администратора системы для подключения и администрирования объектов;

- Хранение информации в базе данных;

- Формирование отчетов по запросу пользователей.

77рл^иьмллл?<? лйлсллч^лил слуллшклсой сис/ламы л

СРХ ЛИМЛИЛЛрИЛЛ? Л%И?ЛСЛЛрЛИ1

Программное обеспечение предназначено для автоматизации работы операторов в чьи обязанности входит управление и контроль парком транспортных средств. Работа спутниковой системы ГЛОНАСС и GPS позволяет определить ряд очень важных показателей таких как скорость движения и расход топлива (рисунки 4.13, 4.14).

Основные функции программного обеспечения Спутниковой Системы ГЛОНАСС и GPS мониторинга транспорта:

- Оперативный контроль состояния транспортных средств на

164

основе поступающей информации;

- Отображение местоположения транспорта на карте;

- Регистрация происходящих плановых и неплановых событий;

- Просмотр истории перемещения транспортных средств;

- Просмотр отчетов о работе транспортных средств;

- Учет ГСМ;

- Ведение путевых листов;

- Контроль и учет времени работы водителей.

Рисунок 4.13 - Диаграмма расхода топлива

165

Ж39 M №80 ИИ !М9 №30 ИХ 1200 №№ 1ЖЙ МЖ НЛ И№

Рисунок 4.14 - Диаграмма скорости движения

Вся информация хранится в базе данных сервера системы мониторинга

транспорта, позволяя составлять отчеты, вести статистику, а также

анализировать работу транспорта.

4.4 Методы контроля р дюйм) л молл или

На отечественном рынке за последнее время появилось несколько типов систем контроля топлива. Один из распространенных вариантов контроля расхода топлива - использование дополнительных датчиков уровня топлива (ДУТ). Датчики монтируются на транспортное средство, измеряют текущий уровень топлива в баке и имеют высокую точность — порядка 1%. Наиболее распространенным типом датчиков уровня топлива являются емкостные датчики.

Принцип действия емкостного датчика уровня топлива основан на

166

измерении электрической емкости между двумя цилиндрическими пластинами при измерении уровня жидкости, в которую они помещены. Датчики способны измерять уровень любых не проводящих ток жидкостей, поэтому они могут быть использованы как на бензиновых, так и на дизельных транспортных средствах (рисунок 4.15.)

Рисунок 4.15- Датчик уровня топлива Достоинства и недостатки емкостных ДУТ: + высокая точность;

+ контроль заправок и слива топлива напрямую из бака;

+ высокая надежность т.к. нет движущихся деталей;

- сложность монтажа и сложность тарирования датчика.

4.5 Лйе/иойнкд лроно-ме/ирдкмснмх

С целью определения эффективности использования транспортных средств проводились дополнительные эксплуатационные испытания методом хронометражного наблюдения. Известно, что одним из основных методов при эксплуатационных испытаниях транспортных средств являются хронометражные наблюдения. Полученные результаты дают возможность провести сравнения по следующим параметрам: производительность в час времени движения, производительность в час чистого рабочего времени и за

f

167

смену, скорость движения, коэффициент использования времени движения, коэффициент использования времени смены, расход топлива на единицу перевезенного груза, приведенные затраты и т.д.

Основной и наиболее надежной формой наблюдения является сплошной хронометраж. Исходя из этого, хронометражные наблюдения проводились путем последовательной записи в специальный хронометражный лист всех элементов рабочих операций, которые выполняются водителем, обслуживающим персоналом и транспортным средством в процессе работы. Затраты рабочего времени шифруются по видам и суммируются в процессе обработки хронометражных листов.

При хронометраже работы транспортных средств хронометражист неотлучно находился на автомобиле в течение смены. Начиная от момента подхода водителя к машине, он заносил в наблюдательный лист все элементы времени смены в порядке их последовательности, а также все необходимое в соответствии с программой и нормой наблюдения.

Расход топлива учитывался по уровню в баке до и после заправки, а также перед началом и в конце работы хронометражист подсчитывал среднюю скорость движения, время работы, объём перевезенного груза.

С целью получения сравнительных данных, хронометражные наблюдения проводились с одним и тем же транспортным средством.

4.6ЛДелил)пкл ллдеЭелеппя лоэффл^лелл^л кллелля җузосых л%и?лсло%мллых срсЭс/ле

Для определения коэффициента сопротивления качению У при движении автомобиля по инерции на ровной дороге применялся метод разработанный профессором, Г.В. Зимелевым [134]. Сущность метода затухания заключается в следующем. На участке ровной горизонтальной дороги автомобиль разгонялся до некоторой скорости И/, после чего передача выключалась и скорость автомобиля, движущегося по инерции,

168

постепенно снижалась. При испытании фиксировалось время затухания Г движения, соответствующее изменению скорости от начальной скорости И/ до некоторой конечной скорости Қ,. Повторив испытания, выключив передачу при некоторых других скоростях Қ, определялось соответствующее время затухания в конкретных условиях движения

4.7 применения щросомне&мдмлинеекоео /няеоео-

успгройсимо /л/ лрн^еллыл: с//с/?ге.и/гс яс/лолоезйое

Увеличить проходимость колёсных автопоездов с прицепными системами при движении по дорогам с меняющимся состоянием дорожного покрытия возможно за счет установки на сцепном устройстве, раме, передней и задней колёсных осях, дышле прицепа тросопневматическое тягово-догружающее устройство (рисунок 4.16). При достаточно простой конструкции вспомогательное устройство обладает высокой надёжностью, удобством в обслуживании и эксплуатации.

Тросопневматическое тягово-догружающего устройство прицепных систем колесных автопоездов (рисунок 4.17) содержит гибкую тросовую силовую связь 1, которая проушиной зафиксирована в узле крепления сцепного устройства 2 прицепа 3, проходит через направляющие блоки 4 и 5, установленные на кронштейнах, расположенных на задней колёсной оси 6, раме 7 прицепа 3 и корректирующий талреп 8, и установлена в фиксатор верхнего плеча 9 вертикального кронштейно-шарнирного рычага 10, регулируемого пневморегулятором И, которые закреплены на площадке в центре передней колёсной оси 12 прицепа 3. Другая тросовая силовая связь 13 проушиной закреплена в средней части поперечины дышла 14 прицепа 3, вблизи поворотных шарниров, проходит через вваренный в поперечину дышла 14 прицепа 3 направляющий блок 15 с подшипником кручения 16 и также зафиксирована в фиксаторе нижнего плеча 17 вертикального кронштейно-шарнирного рычага 10, регулируемого пневморегулятором 11 и

169

передающего нагрузку прицепа 3 на сцепное устройство 18 и ведущие колёса буксирующего транспортного средства 19..

Рисунок 4.16 - Установленное тросопневматическое тягово-догружающее устройство на прицепе

Рисунок 4.17- Тросопневматическое тягово-догружающее устройство

170

При движении транспортного средства с прицепными системами по грунтам со слабой несущей способностью и увеличении величины буксования буксирующего транспортного средства водитель-оператор открывает кран пневмосистемы и подаёт сжатый воздух на пневморегулятор 11, который при выдвижении штока поворачивает вертикальный кронштейно-шарнирный рычаг 10, натягивает гибкую тросовую силовую связь 1 и 13, передавая нагрузку прицепа 3 через дышло 14 на сцепное устройство 18 и ведущие колёса буксирующего транспортного средства 19, увеличивая его тягово-сцепные свойства, что позволяет без пробуксовки передвигаться, производя сельскохозяйственные работы и транспортные перевозки при низкой несущей способности почв.

При отсутствии необходимости передвижения с подключенным тросопневматическим тягово-догружающим устройство прицепных систем колесных автопоездов оператором-водителем буксирующего транспортного средства кран пневмосистемы не открывается и сжатый воздух на пневморегулятор И не подаётся, соответственно нагрузка прицепа 3 на сцепное устройство 18 и ведущие колёса буксирующего транспортного средства 19 не перераспределяется.

4.Я Методика экспериментальных асслеЭаеанин тя^оео-сцелных ссойсип? ;прансмрр/иных среЭс/ш?

С целью выявления влияния тросопневматического тягово-догружающего устройства на тягово-сцепные качества транспортного средства были проведены сравнительные тяговые испытания. При этом замерялись следующие параметры:

1. Тяговое усилие на трос (рисунок 4.18).

2. Дополнительное усилие на ведущие колеса (рисунки 4.22-4.23).

3. Частота вращения ведущего колеса автомобиля (для определения теоретической скорости) (рисунок 4.24).

171

4. Время опыта.

Измерение выше перечисленных параметров проводилось тензометрической аппаратурой, состоящей из тензометрического датчика,

многоканального анализатора сигналов, персонального компьютера, пульта управления, счетчиков оборотов. Вся вышеперечисленная аппаратура была установлена на транспортном средстве с прицепом (рисунок 4.18). В кабине транспортного средства были установлены ноутбук с регистрирующей программой и пульт управления (рисунок 4.19).

Рисунок 4.18 - Измерение тягового усилия на ТТДУ

172

Ә*

%-ағ а},ЖЖЖ -;]/- в к w № о nj двнй й,

Й ражрпяЩ.Щ.Й.ШЗ S^

№№24.7Й №№27.3)9 №№29977 ЮЮ32439 №№34.394 №№.37.953 №№49113 №№42579 №№45.228 №№47.787 №№50.345

1врам,ЩЖССПт1

№ Эксперимент Ось Сим-. ! Миг )Меж9- К1.ЭМ- ! М, W- ! М.ПЖ4! Шэж-]К2.зж. К2.чжа] —

1 ' U4 Мемияимнкв.- В 0 W 'ЖЙЬ,! Я548

: й^Ы-МАМ NamtwLltct- Сщжгь В 0 м емйВ а ОД) ЙММЙ Я :

3 ; SttnoiLA Gwctb 0 Ж^ о м имм: а М) ИЮНЬ. S

* йО^АМ - еЛжж В^окжс в ж; о И 25 мтй Я ;

gMcnmp lH)

Рисунок 4.19 - Фрагмент отображения данных измерений в цифровом и графическом виде на экране персонального компьютера в режиме реального времени

4.&7 ^Тьмеренне ?мяаояо2# усилия

Для измерения тягового усилия создаваемого тросопневматическим тягово-догружающим устройством на прицеп транспортного средства использовалось тензометрическое звено. Тензометрический датчик тарировался перед началом испытаний, и в конце (рисунок 4.20).

173

Рисунок 4.20 - Тарировка тензометрического датчика на испытательном

стенде

174

Рисунок 4.21 - Измерения тягового усилия создаваемого тросопневматическим тягово-догружающим устройством на автомобиле КамАЗ-45143 с прицепом НЕФ АЗ 8560-02

4.&2 ^оиолншикльной ндҗузкы на

Для измерения дополнительной нагрузки на ведущие колеса транспортного средства с прицепом используются электронные автомобильные весы на тензодатчиках, что позволяет повысить точность и надежность всей системы взвешивания. Усилие от взвешиваемого транспорта на электронных автомобильных весах сначала поступает на тензометрические датчики и после преобразования в электрический сигнал, передается на электронный индикатор. Электронный индикатор, анализируя

175

сигнал, преобразует его в цифровой код и выдает информацию о массе груза на дисплей персонального компьютера (рисунок .4.22). Проводилось статистическое и поосное взвешивание транспорта (рисунок 4.23).

Рисунок 4.22 - Информация о весе груза на дисплее персонального

компьютера приходящегося на оси автомобиля

176

Рисунок 4.23 - Фрагмент взвешивания транспорта

4.&3 час/ио/им колеся

шрансиоршно^о сре^сипл/

Измерение частоты вращения ведущего колеса транспортного средства (рисунок 4.24) проводилось по методике, изложенной в работе [212].

При этом теоретическая скорость определялась по формуле

(4.1)

где - радиус качения ведущего колеса;

177

/ - время опыта;

77д. - частота вращения ведущего колеса автомобиля.

Рисунок 4.24 - Измерение частоты вращения ведущего колеса транспортного средства

4.9 ЛйииаидАиическдя эксисрил*ен*идлбнь*х Юдиных

4.9./ уиочммуин

При проведении эксперимента неизбежно встречается погрешности -случайные, систематические и грубые [320]. Для математической обработки и обоснованных выводов можно использовать лишь те результаты опытов, которые не содержат грубых и систематических односторонних ошибок.

178

На основании правил теории ошибок проводилась обработка полученных результатов прямых измерений [320].

1. Среднее арифметическое значение серии измерений

(4.2)

где X; - значение измеряемой величины;

л - число измерений.

2. Абсолютная погрешность отдельно взятого измерения

ДХ; = X — X;. (4.3)

3. Среднеквадратичная погрешность результатов серии измерений

л(л — 1) '

(4.4)

4. Коэффициент Стьюдента определяется по заданной надежности а и числа измерений л.

5. Абсолютная погрешность серии измерений

Дх = .Уд ' tg yt. (4-5)

6. Относительная погрешность результата измерений

Дх

Ел = -100%. (4.6)

7. Доверительный интервал измеряемой величины

X = (х + Дх). (4.7)

В соответствии с требованием правила теории ошибок измерялась погрешность косвенных измерений.

179

Таблица 4.1- Суммарные относительные ошибки прямых и косвенных измерений

Замеряемые величины Относительная ошибка, %

Дополнительное тяговое усилие на ТТДУ 3,2

Теоретическая скорость движения 4,4

Рабочая скорость движения 4,2

Масса груза 4,1

Масса транспортного средства 4,4

Расход топлива 1

Вес на ось 3,2

4.9.2 С/лл/лмс/ли*/ля лЬрл^о/лкл э яг л е///глгп л/ ля ь и ь/х ^лнных

На основании полученных экспериментальных данных производился выбор вида уравнений регрессии (параметризация математической модели). Наиболее часто встречаются следующие виды уравнений регрессии:

- линейное Ух = &о + bi - х;

- полиномиальное Ух = bo + bi - х + .-Ь/с-х";

- гиперболическое Ух = bo + bi/x;

- степенное Ух = Ьо-х^-...-х^;

- экспоненциальное Ух = 2"+ьх.

Для определения неизвестных параметров Ьо, Ьү, bp использовался метод

наименьших квадратов.

180

Методом дисперсионного анализа устанавливалось соответствие математической модели, выражающей зависимость между переменными и достаточностью включения в уравнение экспериментальных данных для описания искомых величин [287].

Основная идея дисперсионного анализа заключается в следующем

л п л

-Ӯ)2 = -ӯ)2 + - УхУ (4-8)

i=i i=i i=l

или (4.9)

где X - независимая переменная (признак-фактор); у — фактическое значение результативного признака; % - теоретическое значение результативного признака, найденного исходя из уравнения регрессии; ӯ - среднее значение; б — общая сумма квадратов отклонений зависимой переменной от средней; бя и бе * соответственно сумма квадратов, обусловленная регрессией, и остаточная сумма квадратов, характеризующая влияние неучтенных факторов.

Схема дисперсионного анализа имеет вид, представленный в таблице 4.3 (и - число наблюдений, w - число параметров при переменной х) [287]

Таблица 4.2 - Схема дисперсионного анализа

Компоненты дисперсии Сумма квадратов Число степеней свободы Средние квадраты

Общая л Q = ^(y;-y)2 i=l и-1 „2 Ц1(У;-Ӯ)2 Зобщ - и - 1

181

Факторная 71 <2н =^(у*,-ӯ)2 i=l ш „2 И1(Уг, * У)"

Остаточная 71 <?. = - У*У 1=1 и - ш-1 _ Х^1(у< * У*У и — m — 1

Средние квадраты и Sg представляют собой несмещенные оценки

дисперсии зависимой переменной и воздействием неучтенных случайных факторов и ошибок.

(Ж=1У;)2

При расчете общей суммы квадратов необходимо иметь в виду, что

71 71 71 Tt

Q = ^(У; * Ӯ)2 = У? * 2 у; + пӯ2 = у^ -i=l i=l i=l i=l

(4.10)

и

учитывая

- X^yf. у =----.

(4.11)

При отсутствии линейной зависимости между искомыми и экспериментальными данными случайные величины и Sg имеют %2 _ распределение соответственно с /и и л-ш-1 степенями свободы, а их отношение — F- распределение с теми же степенями свободы. Поэтому уравнение регрессии значимо на уровне а, если фактически определенное значение статистики

(4.12)

где ^,ki,kz * табличное значение Ғ-критерия Фишера-Снедекора, определенное на уровне значимости а при ш и и - ш-1 степенях свободы.

182

Таким образом, учитывая физический смысл величин и 5*g, значение F показывает, в какой мере регрессия лучше оценивает значение зависимой переменной по сравнению с ее средой.

В случае линейной парной регрессии /л=2 и уравнение регрессии значимо на уровне а, если

(4.13)

Для оценки тесноты связи вычисляется коэффициент достоверности

аппроксимации

(4.14)

Квадрат коэффициента достоверности аппроксимации характеризует долю дисперсии результативного признака у, объясняемую регрессией, в общей дисперсии результативного признака.

О качестве уравнения регрессии можно судить по средней ошибке

аппроксимации

4 =

1 у ]У; - Ух;

У'

-100%.

(4.15)

Средняя ошибка аппроксимации не должна превышать 8-10%.

183

ГЛАВА 5. ВЛИЯНИЕ СЕЗОННЫХ УСЛОВИЙ НА ПРОЦЕСС ФОРМИРОВАНИЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ЗАТРАТ В ТРАНСПОРТНОТЕХНОЛОГИЧЕСКОМ ОБЕСПЕЧЕНИИ АПК

3.7 ломала ал или ня

ли элср^/пннасниа змпрдмлы а л{рллслорлп/о/лаглолл2иласяол^ о^аслалалии Л777Г

Эффективность автомобильного транспорта зависит от условий эксплуатации, которые меняются по сезонам года. Особенно это характерно для автомобильного транспорта, который обслуживает предприятия АПК. При значительной сезонной вариации условий эксплуатации, существующие методы планирования и организации технологического процесса перевозок грузов не позволяют полностью реализовать потенциальное качество автомобилей, заложенное при проектировании и производстве [47, 251, 252, 307, 335]. Поэтому для решения задачи повышения эффективности работы автомобильного транспорта в различных, переменных условиях эксплуатации необходимо учитывать адаптивность транспорта к этим условиям. Для автомобильного транспорта характерно исключительное многообразие условий эксплуатации, широкий диапазон значений многих факторов внешней среды, таких, как: дорожные, природно-климатические и др. Однако при определении норм расхода топлива, которые непосредственно влияют на прямые энергозатраты транспортных средств, не учитывается различный уровень приспособленности грузовых автомобилей разных моделей к тем или иным условиям эксплуатации. Поэтому коэффициенты имеют одинаковые значения, не учитывающие дифференцированное влияние условий внешней среды на автомобили разных моделей. Недостаточное внимание к уровню приспособленности автомобилей ведет при их эксплуатации к дополнительным транспортным издержкам.

184

Научные основы методологии влияния условий эксплуатации на эффективность работы автомобильного транспорта разработаны в трудах Л.Г. Резника [251-256]. С помощью вводимых автором понятий «приспособленность», «адаптивность» разработаны методы оценки влияния условий эксплуатации на показатели качества транспортных средств и предложены модели приспособленности [255, с. 18-19].

Для Амурской области условия эксплуатации автомобилей характеризуются большими различиями, переменным характером многих факторов внешней среды [174], поэтому особый интерес вызывает исследование влияния температуры окружающего воздуха на расход топлива автомобилей различных моделей при перевозке грузов. Рассматриваемая проблема становится актуальнее, в тех случаях, когда наблюдается больше отклонения условий эксплуатации от стандартных и хуже приспособленность автомобилей к этим отклонениям.

Таким образом, для определения фактического расхода топлива на транспортных работах необходимо учитывать как конструктивные особенности различных автомобилей, так и влияние температуры окружающего воздуха на расход топлива при эксплуатации грузовых автомобилей.

Для определения расхода топлива при различных температурах окружающего воздуха проведены экспериментальные исследования на примере работы автомобилей КамАЗ-55102 с прицепом НЕФАЗ 8560-02, КамАЗ-45143 с прицепом НЕФАЗ 8560-02 и КамАЗ-65115 с прицепом НЕФАЗ 8560-02 при выполнении перевозок сельскохозяйственных грузов на расстояние 60 км по дорогам с асфальтобетонным покрытием при следующих условиях: 0=0,5; ^„=0,5 ч; %=20 т; у=1. Измерение расхода топлива проводилось с использованием навигационной системы ГЛОНАСС и GPS мониторинга транспорта при скоростном режиме (65+2)км/ч [103].

В рамках данного исследования построены зависимости расхода топлива от температуры окружающего воздуха (рисунок 5.1).

185

Рисунок 5.1 - Зависимость расхода топлива автомобилей от температуры окружающего воздуха

Исходя из экспериментальных среднестатистических данных (рисунок 5.1.), определим аналитические модели зависимости расхода топлива G от температуры окружающего воздуха. Согласно экспериментальным данным, зависимости не имеют симметричный U

— образный вид, поэтому целесообразно разбить температурный диапазон на два: (-40°С; ?о ) и (?% 40°С). Исследования показали, что в рассматриваемых диапазонах температур, влияние температуры окружающего воздуха на расход топлива грузовых автомобилей можно описать экспоненциальной моделью:

G = Сое"<С''°\ (5.])

где G — расход топлива, л/100 км; (7# — наименьшее значение расхода топлива, л/100 км; <5^— коэффициент возрастания 1/(°С); / - температура

186

окружающего воздуха, °C; /о - оптимальная температура окружающего воздуха при наименьшем расходе топлива,°C.

Выясним физический смысл коэффициента возрастания <5^. Обозначим Д?-интервал температур, при котором расход топлива увеличивается в «е» раз, тогда

А - g<W = gi _> А = 1 - -L. (5.2)

Следовательно, коэффициент возрастания 5; является физической величиной, обратной температурному интервалу, в течение которого расход топлива увеличивается в «е» раз.

Для оценки адекватности предлагаемой однофакторной математической модели выполним расчеты с использованием среднестатистических экспериментальных данных для автомобиля КамАЗ-55102 с прицепом НЕФ АЗ 8560-02.

Для предлагаемой однофакторной математической модели в интервале температур (5 °C; 40 °C) коэффициент достоверности аппроксимации составляет 0,97. В интервале температур (-40°С; 0°С) - 0,95, что свидетельствует об адекватности математической модели экспериментальным данным (рисунок 5.2.). Поэтому, для моделирования влияния температуры окружающего воздуха на расход топлива автомобиля КамАЗ-55102 с прицепом НЕФАЗ 8560-02 рекомендуем использовать следующие уравнения:

- в интервале температур (5° С; 40 °C)

С = 31g0,00925(t-5). (5 3)

- в интервале температур (-40°С; 0°С)

G =

(5.4)

187

Рисунок 5.2. - Оценка моделирования влияния температуры окружающего воздуха на расход топлива автомобиля

КамАЗ-55102 с прицепом НЕФ АЗ 8560-02

Аналогичным образом, используя среднестатистические экспериментальные данные, получены зависимости расхода топлива от температуры окружающего воздуха для автомобилей КамАЗ-45143 с прицепом НЕФ АЗ 8560-02 и КамАЗ-65115 с прицепом НЕФ АЗ 8560-02 в рассматриваемых диапазонах температур. Результаты расчетов сведены в таблицу 5.1.

Таблица 5.1 - Математическое моделирование влияния температуры окружающего воздуха на расход топлива

Автомобиль Температурный интервал Однофакторная математическая модель Достоверность аппроксимации

КамАЗ-55102 (5°С; 40 °C) С = 31е0.00925(С-5) 0,97

(-40 °C; 0 °C) С = 31e0,01242(t-0) 0,98

КамАЗ-45143 (5°С; 40 °C) G = 30,9е°'°°2^-=) 0,96

188

(-40 °C; 0 °C) С = зо,9е<юо752^-о) 0,95

КамАЗ-65115 (5°С; 40 °C) С = 31e0*00428(t-5) 0,97

(-40 °C; 0 °C) G = 31ео,ош('-") 0,96

Проведя сравнение расходов топлива при низких и высоких температурах окружающего воздуха, можно отметить следующее. При эксплуатации грузовых автомобилей в условиях Амурской области низкие температуры окружающей среды приводят к большему увеличению расхода топлива для автомобилей КамАЗ-55102 и КамАЗ-65115 чем для автомобиля

КамАЗ-45143 при прочих равных условиях. При высоких температурах наименьшее приращение расхода топлива наблюдается для автомобиля КамАЗ-45143, наибольшее для - КамАЗ-55102, о чем свидетельствует вариация параметров моделей приспособленности.

Для определения влияния температуры окружающего воздуха на

полные удельные энергетические затраты автомобиля при транспортировке груза преобразуем формулу (2.46), учитывая соотношение (5.1):

50

(5.5)

X (^ге + Ут^пвР) ТнЧҮҮтР '

Для примера построим график зависимости полных удельных

энергозатрат автомобиля КамАЗ-55102 с прицепом НЕФАЗ 8560-02 от

температуры окружающего воздуха в сравнении с графиком полных энергозатрат без учета рассматриваемого фактора в интервале температур (5

°C; 40 °C) (рисунок 5.3).

189

Рисунок 5.3 - Зависимость полных удельных энергозатрат транспортного средства от температуры окружающего воздуха

Таким образом, анализ установленных зависимостей показывает, что с повышением температуры окружающего воздуха полные удельные энергозатраты автомобиля при транспортировке грузов возрастают за счет увеличения расхода топлива в соответствии с экспоненциальным законом, а не являются величиной постоянной.

190

5.2 Мд/лелииинческля люЭель сл^дялня с/?с()лс/н(1хннческой ско^лслш JcMJ/С^ЛЛЯ //Л Э//^72^ЛИЧеСЯИе ЗЛЛ/ряМ/6/ С /7//7Л//С/Л?/?/Л//^-/7/СЛГ//ОЛ^//Ч^СКОЛ/ о^есиеченпп Л777С

Средняя техническая скорость движения транспортного средства является одним из существенных факторов, влияющих на уровень энергозатрат при выполнении перевозок. Анализ выполненных ранее исследований показал, что полные энергозатраты транспортного средства при увеличении скорости движения снижаются по гиперболической зависимости в случае выполнения одной ездки. Однако при этом не учитывалось влияние скорости движения на расход топлива. Расход топлива оказывает значительное влияние на прямые удельные энергетические затраты транспортного средства.

Таким образом, для определения полных удельных энергозатрат в технологическом процессе перевозки груза необходимо учитывать влияние среднетехнической скорости движения на расход топлива при эксплуатации грузовых автомобилей.

Для определения влияния среднетехнической скорости движения на расход топлива были проведены экспериментальные исследования на примере работы автомобилей КамАЗ-55102 с прицепом НЕФАЗ 8560-02 при выполнении перевозок грузов сельскохозяйственного назначения на расстояние 60 км по дорогам с асфальтобетонным покрытием при следующих условиях: Р=0,5; tns=0,5 ч; д=20 т; у=1. Измерение расхода топлива проводилось с использованием навигационной системы ГЛОНАСС и GPS мониторинга транспорта при скоростных режимах от 45 км/ч до 85 км/ч (рисунок 5.4) [103]. Температура окружающего воздуха (23±4) °C.

191

Рисунок 5.4 - Зависимость расхода топлива от среднетехнической скорости движения для автомобиля КамАЗ-55102 с прицепом НЕФ АЗ 8560-02

Для разработки математической модели влияния среднетехнической скорости движения на расход топлива воспользуемся среднестатистическими экспериментальными данными (рисунок 5.4), при этом в качестве аргумента выбираем интервал от 45 км/ч до 85 км/ч. Представленные экспериментальные данные показали, что в рассматриваемом диапазоне скоростей расход топлива грузовых автомобилей можно описать экспоненциальной моделью:

G = (5.6)

где (? — расход топлива, л/100 км; (?# — наименьшее значение расхода топлива, л/100 км; бу — коэффициент возрастания, ч/км; К- скорость движения, км/ч; % - скорость движения, при наименьшем расходе топлива, км/ч.

192

Физический смысл коэффициента возрастания Ду заключается в следующем. Обозначим А—интервал скорости, при котором расход топлива увеличивается в «е» раз, тогда:

— = = е* -> ДуАК = 1 -> Ду = -L.

Go AV

Следовательно, коэффициент возрастания Ду является физической величиной, обратной скоростному интервалу, в течение которого расход

топлива увеличивается в «е» раз.

Для оценки адекватности предлагаемой однофакторной математической модели воспользуемся среднестатистическими экспериментальными данными (рисунок 5.4). Коэффициент достоверности аппроксимации составил 0,96, что свидетельствует об адекватности предлагаемой однофакторной математической модели исходным данным. Следовательно, для моделирования влияния скорости движения на расход топлива автомобиля КамАЗ-55102 с прицепом НЕФАЗ 8560-02 при заданных условиях эксплуатации рекомендуем использовать следующие уравнение:

G = 3ie".°Mi32(v-45) (5.8)

Таким образом, для учета влияния скорости движения на расход

топлива, а соответственно на полные удельные энергетические затраты транспортного средства преобразуем выражение (2.46), учитывая формулу

(5.6):

X Gre + Ут^пвр)

ТнЧүҮтР

(5.9)

193

В рамках данного исследования построены зависимости полных удельных энергозатрат транспортного средства от среднетехнической скорости движения при заданных условиях эксплуатации (рисунок 5.5).

——— Полные энергозатраты с учетом изменения расхода топлива

- - Полные энергозатраты при постоянном расходе топлива Рисунок 5.5 - Зависимость полных удельных энергозатрат от среднетехнической скорости движения транспортного средства

Анализ установленных закономерностей (рисунок 5.5) показывает, что зависимость расхода топлива от среднетехнической скорости движения транспортного средства существенно влияет на полные удельные энергозатраты. При скоростном режиме транспортного средства до 60 км/ч фактические энергетические затраты ниже теоретических, за счет меньшего расхода топлива по сравнению со среднестатистическим значением, тогда как с увеличением среднетехнической скорости движения транспортного

194

средства приращение расхода топлива увеличивается по экспоненциальному закону, и, как следствие, ведет к росту энергозатрат.

ус/цройслмя ня коэффициент сонролшилелия кячели/о җузосых яеи7олтй//лей

Уборка сои в Амурской области завершается в начале ноября. Неблагоприятные погодные условия значительно влияют на потерю и сроки сбора урожая. Транспортная составляющая существенно сказывается на конечной цене сельскохозяйственной продукции из Приамурья, делая ее невыгодной для покупателей. В условиях Амурской области при перевозке сельскохозяйственных грузов, особенно в период с октября по декабрь наблюдаются случаи резкой смены состояния дорог, а их эксплуатация, в свою очередь, сильно зависит от сезонно-климатических условий. Поэтому при определении полных энергетических затрат автомобиля на транспортных работах необходимо учитывать тип и состояние дорог в конкретных условиях эксплуатации. Это особенно актуально для дорог с меняющимся коэффициентом сопротивления качению.

В теории автомобиля коэффициент сопротивления качению У является основным показателем, характеризующим тип и состояние дорожного покрытия, по которому движется автомобильный транспорт. Для совместного определения фактора обтекаемости ЛгҒ и коэффициента сопротивления качению У при движении автомобиля по инерции на ровной дороге применялся метод, разработанный Г.В. Зимелевым [134].

При проведении ходовых испытаниях автомобилей КамАЗ-45143 с прицепом НЕФАЗ 8560-02 при рекомендованном производителем давлении воздуха в шине были выбраны участки дороги протяженностью 0,8-1 км с постоянным коэффициентом сопротивления качению. Боковой ветер незначительный. Результаты эксперимента приведены в таблицах 5.2-5.4.

195

Таблица 5.2 - Изменения скорости движения автомобиля КамАЗ-45143 с прицепом НЕФАЗ 8560-02 при движении по инерции на дороге с асфальтобетонным покрытием (масса груза 19800 кг)

Дата: 20.10.2012 Температура: 2° С Начальная скорость Р/, м/с Время ?7-2, С Скорость р2, М/С Время /?-0, с Конечная скорость Ер, м/с

Погодные условия: снег, интенсивность снегопада не менее 0,4 мм/ч 20,8 120 11,4 241 0

Тип дороги: асфальтобетонная дорога. 19,4 120 10,3 226 0

Состояние покрытия: мокрая поверхность дороги (слой снега до 1 см). 15,3 60 7,3 127 0

Таблица 5.3 - Изменения скорости движения автомобиля КамАЗ-45143 с прицепом НЕФАЗ 8560-02 при движении по инерции на ровной дороге с гравийно-щебеночным покрытием (масса груза 19800 кг)

Дата: 21.10.2012 Температура: 0° С Начальная скорость Ту, м/с Время ?7-2, С Скорость м/с Время С Конечная скорость Ро, м/с

Погодные условия: снег, интенсивность 19,4 120 8,9 182 0

196

снегопада не менее 0,6 мм/ч.

Тип дороги: гравийнощебеночная дорога 16,7 90 6,7 139 0