CC BY
123
УДК 629.114:621.086
БАГАТОФАКТОРНЕ НОРМУВАННЯ ВИТРАТ ПАЛИВА АВТОМОБІЛІВ У РЕАЛЬНІЙ ЕКСПЛУАТАЦІЇ
Л.В. Крайник, професор, д.т.н., голова правління,
ВАТ «Укравтобуспром» (м. Львів), М.Г. Грубель, аспірант, Національний університет «Львівська політехніка»
Анотація. Запропонований оригінальний і очевидно методологічно найбільш точний та коректний підхід до диференційованого нормування експлуатаційної паливної економічності залежно від основних визначальних факторів - умов руху на базі багатофакторного планування експерименту та формування відповідної регресійної моделі. Проведена оцінка впливу цих факторів на фактичну лінійну витрату палива та ступінь корекції з традиційною методикою нормування паливної економічності вантажівок методами дорожнього експерименту та комп’ютерного моделювання руху на прикладі двох найбільш поширених вантажівок - ГАЗ-53 (ГАЗ-3307) та ЗІЛ-130 (ЗІЛ-4333).
Ключові слова: паливна економічність, умови експлуатації, нормування витрат палива.
Вступ
Дослідження оцінки паливної економічності та нормування експлуатаційних витрат палива автомобілями характерні для всього історичного періоду розвитку і розповсюдження автомобільної техніки і умовно їх можна розділити на дві групи:
- оцінка паливної економічності у взаємозв’язку з конструктивними параметрами та умовами руху автомобіля як геометричної бази для вдосконалення конструкцій і характеристик самих автомобілів [1- 8];
- оцінка взаємозв’язку лінійних витрат палива (в л/100км) конкретних моделей автомобілів і умов руху в реальній експлуатації та формування базових норм витрати і методики їх коректування залежно від основних експлуатаційних чинників [7 - 11].
Планова система народного господарства в колишньому СРСР, необхідність нормування витрат палива в бюджетних організаціях (муніципальних автопарках, армії і т.ін.) зумовили появу експлуатаційних чи лінійних
норм витрати палива конкретних моделей і в країнах ринкової економіки, характерним прикладом яких є і діюча в Україні нормативна база [12 - 13].
Екологічна і енергетична криза автомобілізації Європи та США в кінці 60-х - початку 70-х років зумовила появу законодавчої нормативної бази - так званих типових їздових циклів легкових автомашин для кількісної оцінки і нормування токсичних викидів в атмосферу [14 - 15], що зрештою почали використовуватись і для орієнтовної оцінки паливної економічності автомобілів. У ФРН узагальнюючим показником лінійної витрати палива легковими автомобілями набув так званий «Dritel-mix-kraffstoffver-brauch» за яким оцінка паливної економічності базується на середньому показнику витрат палива при швидкості руху 90 км/год. (так зв. федеральні дороги), 120 км/год. (типова швидкість при русі на автобанах) та при проїзді по типовому міському циклу руху (згідно з вимогами правила ЕСК ООН № 15 щодо нормування токсичних викидів у відпрацьованих газах)
п _ Q90 + Q120 + QECER ,1ПП
Q3 -------, л/100 км.
3,33
У США (де лінійна паливна економічність оцінюється інакше - в пройдених милях на 1 галон бензину) прийняте співвідношення у формуванні результуючого показника як суми питомих частин руху по типовому міському випробувальному циклу - 45% та міжміському циклу - 55%.
Зазначені оціночні показники відносяться до легкових автомашин і використовуються як оціночні параметри. Враховуючи домінуючу роль в обсягах збуту бензину і дизпалива вантажних автомобілів і автобусів, в СРСР у 1990 році був введений державний нормативний документ для оцінки витрат палива цих типів АТЗ на базі дорожніх випробувань -проїзду по типізованих їздових циклах, статистично наближених до найбільших типових умов експлуатації [16].
Отримані таким чином показники Qs можуть бути використані тільки як базові, бо в реальних конкретних умовах експлуатації реальні лінійні витрати палива суттєво відрізняються від базових, отриманих згідно з [16], цифр залежно від типу і стану доріг, величини фактичного завантаження автомобіля, організації руху і середніх швидкостей руху і т.ін. Ідеологія досліджень щодо покращення нормування паливної економічності в експлуатації базується на методології коректування базових лінійних форм в залежності від використання вантажності, умов руху (питомого співвідношення окремих фаз руху, статистики швидкісних режимів), типу і стану доріг, пори року і т. ін.
[7 - 11].
Мета та постановка задачі
У сучасній нормативній базі [12, 13] до так званих базових лінійних норм (методика яких, до речі, не є чітко визначеною і відображеною в нормативній базі галузі) передбачено понад 6 коректуючих поправок та 15 зі збільшення норм, що:
- з одного боку, підтверджує багатофактор-ність проблеми, яку практично неможливо звести до якоїсь однієї цифри, універсальної для всіх конкретних випадків;
- з іншого боку - вносить суттєві ускладнення і суб’єктивізм у квантифікацію норми із-за достатньо широкого діапазону поправочних коефіцієнтів і суб’єктивної їхньої фіксації.
На рис. 1 представлено узагальнену структуру розрахунку нормативної витрати палива Qн для базових категорій автомашин (М1 -легкові, М2, М3 - мікроавтобуси і автобуси, N - вантажівки).
Очевидно, як показує і аналіз робіт [1 - 4, 8, 9], що домінуючий вплив на формування лінійної витрати палива Qн (л/100 км) мають три фактори:
- швидкість руху автомобіля V,, км/год;
- маса автомобіля Ga, кг (в діапазоні від спорядженої до допустимої повної);
- тип і стан дорожнього покриття, що кількісно характеризується коефіцієнтом сумарного опору рухові (від асфальтобетону і матеріалів до ґрунтових доріг в доброму стані).
Для кількісної оцінки взаємозв’язку цих факторів з лінійною витратою палива Qs найбільш ефективно використати метод багатофакторного планування експерименту, що дозволяє мінімізувати кількість дослідів (визначається матрицею планування), і отримати регресійне рівняння кількісного взаємозв’язку зазначених досліджуваних факторів (V,, Ga, ¥) з вихідним параметром -витратою палива Qs (л/100 км) [17].
Рішення задачі
Для найбільш розповсюджених моделей вантажівок - ГАЗ-53А і ЗІЛ-130 - отримано такі регресійні рівняння взаємозв’язку:
Q - 26,7 + 3,1х1 + 2,97х2 + 3,8х3 +
2 2 (1) + 0,4х2 Чх3 + 4,1х1 + 0,7х2(л/100 км),
QS - 33,0 + 8,3х1 + 8,0х2 + 2,7х2 Чх3 +
+ 12,2х12 - 0,6х22 - 1,8х32 (л/100 км), (2)
де хі - подолані значення досліджуваних факторів перехід від яких до натуральних значень здійснюється згідно з:
ЗІЛ -130
34,5 Я,,*, ,ц>- 37,1 40,0 V шах (60 км год) 52,4 ^49,6^ іШ|
38,0 36,8 V її і п (30 км/год)
'ШШ 26,7 30,7 34,2
Асфальт Бруківка Грунтова Асфальт Бруківка Грунтова
зношена зношена
Рис. 3. Порівняльна оцінка залежності діапазону витрати палива завантажених автомобілів з мінімальною (30 км/год) та максимальною (60 км/год) швидкістю на різних типах доріг
ГДЗ53 V - 45 а - 5370 для Г АЗ-53 - х1 =———; х2 =
15
2000 ’
для ЗІЛ-130 - х3 =
¥ - 0,031 а - 7200
0,014
; Х 2 =
2500
з відповідними діапазонами зміни згідно з табл. 1.
Таблиця 1 Діапазони зміни досліджуваних умов руху
Кодовані значення, Хі V* км/год ГАЗ-53 Оа, кг ЗІЛ-130 Оа, кг ¥
+1 60 7370 9700 0,045
0 45 5370 7200 0,031
-1 30 3370 4700 0,017
Отримані результати дають можливість з достатньо статистичною точністю розрахувати лінійну витрату палива конкретної моделі автомобіля для будь-якого поєднання маси, швидкості руху, типу і стану дороги та дати кількісну оцінку впливу кожного з цих факторів на нормування витрати палива.
Існуюча нормативна база визначення лінійної витрати палива [12] є значно вдосконаленою у порівнянні з практикою 60 - 70-х рр. минулого століття [18], коли практично задавались базові значення Qн, незалежно від
ступеня завантаження автомобіля і враховувались тільки поправочні коефіцієнти роботи в зимовий період і т. ін.(поз. 6, 10-12, рис. 1). Врахування завантаження автомобіля кат. N (поз. 2, рис. 1) дозволяє більш точно кванти-фікувати реальну витрату Qн, додатково додається поправочний коефіцієнт (збільшення норми до 20% при русі на грунтових дорогах, п.10, рис. 1).
На рис. 2 наведено порівняння розрахунку лінійної норми витрати Qн (л/100 км) для обох моделей вантажівок ГАЗ і ЗІЛ в залежності від зміни завантаження Ga для діапазону швидкостей 30 і 60 км/год та руху на асфальтобетоні (¥=0,017) та добрій ґрунтовій дорозі (¥ =0,045).
На рис. 3 представлено паливно-швидкісні характеристики вантажівок ГАЗ-53 і ЗІЛ-130 на асфальтованій дорозі (категорії при русі без вантажу - нижня лінія та номінальному завантаженні - верхня лінія), отримані згідно
з діючою нормативною базою [12] та за результатами багатофакторних регресійних досліджень. Очевидно, що навіть з врахуванням завантаження автомобіля (чого раніше не було у попередніх нормативах) існуюче нормування не забезпечує достатньої точності і дозволяє відхилення більше, ніж на 30 - 50%, залежно як від швидкості руху (рис. 2), так і від типу та стану дороги
(асфальтобетон, бруківка чи ґрунтова дорога (рис. 3)).
Висновки
Фактори - швидкість руху, стан та тип дороги - є, практично, визначальними в формуванні лінійної витрати палива в реальній експлуатації, однак індиферентні для діючої практики нормування пального.
Домінуюча фінансова значимість затрат на пальне в сумарних експлуатаційних витратах обумовлює, на відміну від недавньої радянської практики нормування з нереальними на сьогодні цінами, необхідність більш чіткого диференціювання експлуатаційної витрати пального залежно від конкретних умов руху.
Література
1. Чудаков Е.А. Избранные труды: В 2-х т. -
М.: Изд-во АН СССР, 1961. - Т. 1. - 463 с.
2. Фалькевич Б.С. Теория автомобиля. - М.:
Машгиз, 1963. - 239 с.
3. Гащук П.Н. Энегретическая эффектив-
ность автомобиля. - Львов: Світ, 1992. -208 с.
4. Гащук П.Н. Энергопреобразующие систе-
мы автомобиля. Идентификация и анализ. - Харьков: РИО ХГАДТУ, 1998.
- 272 с.
5. Silka W. EnergocЫnnosc гиЛи samohodu.-
Warszawa. Wydavnictwo паикоуо -techniczne, 1997. - 144 р.
6. Рубец Д.А. Топливная экономичность
автомобиля. - М.: Машиностроение, 1966. - 63 с.
7. Конев Б.Р. Как экономить бензин при
эксплуатации автомобилей. - М.: Транспорт, 1966. - 117 с.
8. Діденко О.О., Юфест Г.Н. Нормування
витрати пального та мастильних матеріалів на автомобільному транспорті. -К.: Техніка, 1970. - 269 с.
9. Бутков П.П., Прокудин И.Н. Экономия
топлив и смазочных материалов при эксплуатации автомобилей. - М.:
Транспорт, 1976. - 136 с.
10. Карбанович И.И. Пути повышения эффективности использования топлива и смазочных материалов на автотранспорте. - Минск: Вишэйшая. школа, 1976. - 50 с.
11. Кривенко И.В., Савенко Г.Ф. Экономия топлив и смазочных материалов на автомобильном транспорте. - К.: Техника, 1981. - 166 с.
12. Норми витрат палива і мастильних мате-
ріалів на автомобільному транспорті. 2 редакція / ДП «Державтотранс НДІ проект». - К.:, 2004. - 72 с. (Затв. наказами Мінтрансу України від 17.12.2002 р. №893 та від 16.02.2004 р. №99).
13. Норми витрат пального, масел, мастил і спеціальних рідин при експлуатації, ремонті та консервації військової техніки й озброєння Збройних Сил України. - К.: Варта, 1999. - 272 с.
14. Orzelowski S. Eksperymentalne badania samohodow i ich zespolow WNT. Warshawa. - 1995. - 516 р.
15. Waters W.C. General purpose automotive vehicle perfomance and economy simulator. - SAE Paper. - 1972.
- №720043. - 12 p.
16. ГОСТ 2030306-90. Автотранспортные средства. Топливная экономичность. -М.: Госстандарт, 1990. - 26 с.
17. Теслюк Б.І., Токарь А.П., Грубель
М.Г. Багатофакторна оцінка паливної економічності автомобілів у
взаємозв’язку з умовами руху // Автотехніка, автобуси, вантажівки. -Львів: ВАТ Укравтобуспром. - 2006. -№1. - 67 с.
Рецензент: В.П. Волков, професор, д.т.н.,
ХНАДУ.
Стаття надійшла до редакції 14 травня 2007 р.
Рис.
1. Структура розрахунку нормативної витрати палива згідно з [12]: Нв - базова лінійна норма; S - пробіг, км; КЕ - сумарний корис. коефіцієнт; Нон - норма незал. обігрівача; Тон - час роботи обігрівача; НЖ - норма транспортної роботи; Ж - транспортна робота
а
Рис. 2. Паливно-швидкісні характеристики вантажівок ГАЗ-53 (а) та ЗІЛ-130 (б) при русі на асфальтовій дорозі зі спорядженою і повною масою та відповідні лінійні норми
