авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ  БИБЛИОТЕКА

АВТОРЕФЕРАТЫ КАНДИДАТСКИХ, ДОКТОРСКИХ ДИССЕРТАЦИЙ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Методы снижения токсичности отработавших газов дизеля и теплонагруженности тормозной системы автомобилей при эксплуатации в горных условиях

1

На правах рукописи

МАЖИТОВ БАХРИДДИН ЖАМИЛОВИЧ МЕТОДЫ СНИЖЕНИЯ ТОКСИЧНОСТИ ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ ДИЗЕЛЯ И ТЕПЛОНАГРУЖЕННОСТИ ТОРМОЗНОЙ СИСТЕМЫ АВТОМОБИЛЕЙ ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ В ГОРНЫХ УСЛОВИЯХ Специальности: 05.04.02 - Тепловые двигатели 05.22.10 - Эксплуатация автомобильного транспорта

АВТОРЕФЕРАТ

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург 2011 2

Работа выполнена в ФГОУ ВПО «Санкт – Петербургский государственный аграрный университет» Научные руководители: доктор технических наук, профессор Салова Тамара Юрьевна доктор технических наук, профессор Турсунов Абдукаххор Абдусамадович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Ложкин Владимир Николаевич кандидат технических наук, доцент Бочков Александр Александрович

Ведущая организация: Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых

Защита состоится “29” апреля 2011г. в 12.30 часов на заседании диссертаци онного совета Д 220.060.05 при ФГОУ ВПО «Санкт – Петербургский государ ственный аграрный университет», 196601, Санкт – Петербург – Пушкин, Академи ческий проспект, д. 23, ауд. 2.529.

Факс (8-812) 465-05-05, электронный адрес: uchsekr@spbgau.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО «Санкт – Петербургский государственный аграрный университет»

Автореферат разослан “_” 2011 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук В.Я. Сковородин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования. Эксплуатация автомобилей в высокогор ных условиях во многом сложнее, чем на равнинной местности, горные дороги со стоят преимущественно из подъемов и спусков, протяженность которых достигает 20...30 км, углы продольных уклонов - до 10%. На характерных перевальных и предперевальных участках имеются многочисленные повороты малых радиусов, величина которых нередко составляет всего 8...12 м. В связи с этим в горных усло виях дизели работают преимущественно на неустановившихся режимах, при этом снижаются эффективные показатели дизеля по сравнению со сходственными уста новившимися режимами, возрастает дымность и токсичность выбросов, снижается моторесурс. В горных условиях эксплуатации, особенно на затяжных спусках с большим числом поворотов малых радиусов, наблюдается длительное использова ние двигателя в качестве тормоза, что приводит к повышению токсичности отра ботавших газов (ОГ). Однако ввиду малого тормозного момента, развиваемого двигателем, приходится длительное время использовать и рабочие тормоза, что сопровождается их перегревом и снижением эффективности работы, которые зача стую приводят к полным их отказам.

Таким образом, при эксплуатации автомобилей в горных условиях двигатель и тормозная система работают с нарушением их оптимальных тепловых режимов, наблюдается одновременно переохлаждение двигателя и чрезмерный перегрев тормозных механизмов.

Изложенное подтверждает, что тема диссертационного исследования является актуальной и направлена на решение научно-практической задачи, имеющей важное народнохозяйственное значение для Таджикистана.

Целью исследований является разработка методов снижения токсичности отработавших газов дизеля и теплонагруженности тормозной системы автомоби лей при эксплуатации в горных условиях.

Объект исследования и предмет исследований – мощностные показатели и токсичность ОГ дизеля Д-245.12;

процессы изменения теплонагруженности тор мозных механизмов автомобилей ЗиЛ-5301АО, ЗиЛ-130, ВАЗ-2108 при эксплуата ции в горных условиях.

Научную новизну представляют:

-математические модели изменения мощности, дымности и оксидов азота ОГ дизеля Д-245.12 автомобиля ЗиЛ-5301АО в горных условиях эксплуатации с уче том выполнении требований современных норм токсичности;

-алгоритм расчета и анализа показателей эффективности работы тормозных систем автомобилей с учетом изменения их координат центра масс в зависимости от уклона дороги;

-алгоритм и математическая модель оценки и проектирования тормозных си стем автомобилей из условия равной теплонагруженности тормозных механизмов передней и задней осей, позволяющие повысить эксплуатационную наджность автомобилей;

Практическая значимость -рекомендации по снижению токсичности ОГ дизелей при эксплуатации ав томобилей в горных условиях;

-рекомендации по оценке и прогнозированию эффективности тормозных си стем, по оценке параметров охлаждения и соблюдения равной теплонагруженно сти тормозных механизмов при эксплуатации автомобилей в горных условиях.

Реализация результатов исследований Материалы диссертации используются в учебном процессе при подготовке специалистов в области технической эксплуатации автомобилей Таджикским тех ническим университетом и Санкт-Петербургским государственным аграрным уни верситетом.

Апробация работы. Основные положения и результаты исследования доло жены, обсуждены и одобрены на IV межд. науч. техн. конф. «Проблемы качества и эксплуатации автотранспортных средств» АДИ Пензенского ГУАС 2006 г.;

XI межд. науч. техн. конф. «Актуальные проблемы управления качеством производ ства и эксплуатации автотранспортных средств» Владимирского ГУ, 2006;



IV межд. науч. техн. конф. «Проблемы эксплуатации и обслуживания транспортно технологических машин» Тюменского НГУ, 2006;

IV межд. науч. техн. конф.

«Повышение эксплуатационной эффективности транспортных, строительно дорожных машин и коммуникаций в горных условиях» Киргизского ГУСТА ИНТРАНСКОМ, Бишкек, 2006;

межд. науч. техн. конф. «Перспективы развития науки и образования в XXI веке», Душанбе, 2007, 2008, 2010;

межд. науч. техн.

конф. «Проблемы развития автомобильного транспорта на основе современных методов диагностирования» Ташкентского АДИ, 2007;

респ. конф. «Проблемы транспорта, новые технологии», Баку, 2008;

науч. конф. Санкт-Петербургского ГАУ, 2009, 2010, 2011;

международной конференции «Двигатель-2010», посвя щенной 180-летию МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва, 2010.

Публикации. Основные научные и практические результаты исследования опубликованы в 16 печатных изданиях.

На защиту выносятся основные положения диссертационной работы:

-математические модели оценки влияния горных условий эксплуатации авто мобилей на изменение мощности, дымности и оксидов азота ОГ дизеля Д-245.12;

-алгоритм и результаты определения показателей эффективности работы тор мозных систем, учитывающий изменение координат центра масс автомобиля при эксплуатации в горных условиях;

-алгоритм и модель оценки теплонагруженности тормозных механизмов в горных условиях эксплуатации автомобилей, позволяющие проектировать тормоз ные системы из условия равной теплонагруженности тормозных механизмов пе редней и задней осей по предложенным комплексам охлаждения тормозного меха низма, и повысить эксплуатационную наджность автомобилей;

-алгоритм оценки снижения температуры тормозных механизмов при тормо жении двигателем;

-количественная оценка предпочтительности выбора наиболее рациональной схемы тормозных систем при эксплуатации автомобилей в горных условиях.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, основных результатов и выводов, приложения и списка литературы. Со держит 165 страниц машинописного текста, 64 рисунков и 34таблиц. Библиогра фический список включает 185 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснованы актуальность темы и цель исследований, изложены научная новизна и практическая значимость работы, основные результаты иссле дований, выносимые на защиту.

В первой главе проведен анализ современного состояния автомобильно дорожного комплекса Республики Таджикистан. Результаты анализа факторов гор ной среды показали, что эксплуатация дизелей автомобилей в Таджикистане осу ществляется в экстремальных условиях. Только 25 % пути при выполнении одного рейса по горной дороге двигатель работает в оптимальном температурном режиме, остальной путь автомобиль следует с переохлажденным двигателем, что вызывает нарушение смесеобразования, неполноту сгорание топлива, и как следствие, уве личение расхода топлива в среднем на 10…15 % и повышение токсичности отра ботавших газов дизеля.

Результаты теоретических и экспериментальных исследований по снижению токсичности ОГ дизелей и теплонагруженности тормозных систем автомобилей отражены в работах Денисова В.Н., Зельдовича Я.Б., Звонова В.А., Варшавского И.Л., Кульчицкого А.Р., Лиханова В.А., Ложкина В.Н., Малова Р.В., Маркова В.А., Николаенко А.В., Патрахальцева Н.Н, Махалдиани В.В., Саловой Т.Ю., Двали Р.Р.,Нусупова Э.С.,Соцкова Д.В., Агабабова А.Г., Кадырова С.М., Турсунова А.А., Парцхаладзе Р.М., Леиашвили Г.Р., Браильчука П.Л., Смайлиса В.И. и многих дру гих.

На основании анализа современных исследований установлено, что в горных условиях эксплуатации дизели работают преимущественно на неустановившихся режимах, которые характеризуются снижением эффективных и экологических по казателей двигателя.





По результатам статистических данных выявлено, что на долю тормозных си стем приходится 47 % от общего количества дорожно-транспортных происше ствий по причине технической неисправности автомобилей. На затяжных спусках отвод теплоты в окружающую среду оказывается недостаточным и температура в тормозном механизме достигает недопустимо большой величины, до 400 …5000С, что существенно снижает коэффициент трения между накладками колодок и тор мозным барабаном и эффективность работы тормозных механизмов.

Во второй главе приведены исследования показателей работы дизелей и тор мозной системы при эксплуатации автомобилей в горных условиях.

Для горных дорог Республики Таджикистан характерны значительные про дольные уклоны, большое количество кривых участков – серпантин. Скорость движения автомобилей на горных дорогах в 2,0 … 3,0 раза ниже, чем в равнинных условиях, на подъемах и спусках движение автомобилей сопровождается длитель ным использованием низших передач.

В горных условиях эксплуатации средние значения нагрузки двигателя нахо дятся в пределах 40 … 80 % от номинального значения, а средние значения часто ты вращения коленчатого вала для всех условий находятся в интервале 1400 … 2200 мин-1. При этом с ухудшением условий эксплуатации автомобиля при усло вии сохранения значения частоты вращения коленчатого вала, необходимая по требная мощность двигателя обеспечивается за счет увеличения цикловой подачи топлива.

В горных условиях значения температуры окружающего воздуха изменяется в зависимости от высоты над уровнем моря. Так, для высоты 2000 … 3500 м над уровнем моря интервал изменения средней температуры находится в пределах 7 … 27 0С. Это приводит к снижению плотности воздушного заряда, поступающего в цилиндры дизеля, в связи с чем ухудшается наполнение цилиндров свежим заря дом и уменьшается коэффициент избытка воздуха, в результате чего ухудшаются основные показатели работы дизеля. А на неустановившихся режимах работы дви гателя, характерных для горных условий эксплуатации, снижение мощности со ставляет около 20 % с одновременным повышением токсичности ОГ дизеля.

Для изучения комплексного влияния горных условий эксплуатации автомоби лей на параметры работы дизеля разработан почти рототабельный план Бокса Бенкина второго порядка. За критерии оптимизации приняты значения мощности Y1, дымности – Y2, концентрации оксидов азота ОГ - Y3, при варьировании факто ров X1 – частоты вращения коленчатого вала в интервале значений 1400 мин-1 n 2200 мин-1;

X2 – нагрузки в интервале значений 0,4 Мк Мк 0,8 Мк;

Х3 – темпера туры окружающего воздуха в интервале значений 280 К Т300 К. Уравнения ре грессии в канонической форме имеют вид Y1(Ne) = f (n, Mк, Tв) X1 = X2 =0 (1) X3 = Y2(K) = f (n, Mк, Tв) X1 = X2 = 0 (2) X3 = Y3(NO) = f (n, Mк, Tв) X1 = X2 = 0 (3) X3 = Изучение свойств поверхностей (1 - 3) позволяет оценить комплексное влия ние условий эксплуатации и их особенностей на изменение параметров работы ди зеля (рисунок 7, 8), и определить зоны использования оптимальной мощности при минимизации экологических показателей.

Исследования динамики торможения автомобилей в горных условиях эксплу атации проводились с целью оценки показателей эффективности тормозной систе мы – тормозной динамики автомобиля (замедление j, тормозной путь S и время торможения t), полнота и оптимальность реализации которой связаны с конструк тивными возможностями и уровнем технического состояния в различных условиях эксплуатации.

Установлено, что на показатели эффективности тормозных контуров при экс плуатации автомобилей в горных условиях заметно влияет изменение координат центра масс.

(а) 1 -УАЗ-2206(j1);

2 - ВАЗ-2121(j2);

(б)1 - ЗиЛ 5301АО(j01);

2 - ВАЗ-2121(j01);

3 - ВАЗ-2121(j1);

4 - ЗиЛ5301АО(j1);

3 - ВАЗ-2121(j02);

4 - УАЗ-2206(j01);

5 - ВАЗ-2106 (j1);

6 - ВАЗ-2108(j1);

5 - 2106 (j01);

6 - 2108(j01);

7 - ВАЗ-2106 (j2);

8 - УАЗ-2206(j2).

7 - 2106 (j02);

8 - УАЗ-2206(j02).

Рисунок 1 - Оценка эффективности контуров тормозных систем( ji,j0i) автомобилей с полной (а) и частичной (б) нагрузками в зависимости от угла наклона По результатам исследований был разработан и реализован алгоритм опреде ления показателей эффективности работы тормозных систем, учитывающий изме нение координат центра масс автомобиля при эксплуатации в горных условиях.

Для автомобиля ВАЗ -2108 на уклоне =10о с полной нагрузкой эффективность контуров снижается на 48% а с частичной нагрузкой на 51% (рисунок 1).

Анализ полученных результатов показал, что для сравниваемых схем по пока зателю - степень снижения эффективности тормозных систем, наиболее предпо чтительным, для работы в горных условиях эксплуатации, является модернизиро ванный вариант двухконтурной тормозной системы (ЗиЛ-5301АО), обеспечиваю щий достаточно высокую эффективность торможения.

При длительном торможении в качестве оценочного показателя параметров однотипных тормозных механизмов предлагается брать соотношение температур в конце цикла торможения, значения которых зависят от поверхности охлаждения, скорости движения автомобиля и нагрузки. Анализ результатов исследований (ри сунок 2) показал, что тормоза задних колес автомобиля ЗиЛ-130 при выполнении требований, предусмотренных испытаниями I, нагреваются в пределе 250… С, а при испытаниях типа II - до 400…450 0С. Остаточная эффективность тормоз ной системы после проведения испытаний типа I составила 42 % величины, уста новленной при испытании типа 0, тогда как по международным требованиям она должна сохраняться в пределах 60 %. Остаточная эффективность тормозов после проведения испытаний типа II составила 48 %, тогда как по международным тре бованиям она должна сохраняться в пределах 75 %. Теплонагруженность тормозов автомобилей в горных маршрутах зависит, в основном, от скорости движения и параметров дороги.

Рисунок 2 – Результаты исследований температур тормозных механизмов Для оценки теплонагруженности тормозных механизмов автомобиля опреде лялись следующие параметры: тормозные силы на осях, коэффициент теплоотда чи, площадь охлаждения тормозных барабанов, масса переднего и заднего тормоз ного барабана, время торможения.

Алгоритм оценки теплонагруженности тормозных механизмов можно пред ставить следующей последовательностью:

-построение зависимостей Т1 = f(s), T2 = f(s) с целью идентификации матема тической модели;

-определение параметров: тормозные силы на осях;

коэффициенты теплоотда чи;

площади охлаждения тормозных барабанов;

массу переднего и заднего тормоз ных барабанов и время торможения.

Определение перечисленных параметров производилось с учетом условий торможения на спуске и конструктивных особенностей (при отсутствии регулиру ющих устройств) тормозных систем. Оценка и проверка теплонагруженности тор мозных механизмов осуществлялись по удельным показателям.

Удельная работа трения тормозных накладок определялась по формулам Rx1 V t0 Rx 2 V t q A1 q A ;

, (4) F2 H F1H где F1H – площадь тормозных накладок одного переднего тормозного механизма;

F2H – площадь тормозных накладок одного заднего тормозного механизма;

V средняя скорость движения автомобиля.

Для однотипных тормозных механизмов удельная работа трения накладок должны быть одинаковой q A2 B2 F1H 1. (5) q A1 B1 F2 H Удельные мощности трения для однотипных тормозных механизмов, также бу дет одинаковой. Тогда отношение удельных мощностей трения для однотипных тормозных механизмов равно qW 2 р02 р2 B2 Fтр, (6) qW 1 р01 р1 B1 Fтр и для передних и задних тормозных механизмов нерегулируемого привода (р =р02, р1 = р2) выполняется соотношение F В тр к, (7) F В тр где В1, В2 – комплексные параметры передних и задних тормозных механизмов.

По предложенному алгоритму была разработана модель оценки теплонагру женности тормозных механизмов. По результатам расчета при температуре тор мозных механизмов задней оси Т2 = 4200С (693 К) тормозной путь с начальной скорости 50 км составил 60м. При снижении температуры задних тормозных ч накладок до 300 0С (573 К) тормозной путь составит 48 м. Установлено, что для безопасной и наджной работы автомобилей ЗиЛ-130 тормозная система задних колс должна быть модернизирована с обеспечением одинаковой теплонагружен ности тормозных механизмов, что можно достичь двумя способами: модернизаци ей задних тормозных механизмов (увеличить площадь тормозных накладок с см2 до 1147 см2), что возможно на заводе-изготовителе;

снижением нагрузки на заднюю ось автомобиля за счт компоновки груза ближе к передней оси в условиях эксплуатации или ограничить грузоподъемность автомобиля.

Оценка снижения температуры тормозных механизмов была осуществлена при исследовании условий торможении двигателем автомобиля ЗиЛ-5301АО, при этом установлено, что температура задних тормозных механизмов при длительном торможении тормозными механизмами и двигателем на спуске с углом =60 и дли ной 6 000 м уменьшается с 1196 К до 572 К (рисунок 3). По результатам исследо ваний был разработан алгоритм оценки снижения температуры тормозных меха низмов при торможении двигателем.

Т, торможение только тормозными К механизмами 1000 рабочей тормозной системы 600 торможение тормозными механизмами и двигателем S, м 0 1000 2000 3000 4000 5000 Рисунок 3 – Изменение температур задних тормозных механизмов при торможении двига телем и торможении с отсоединенным двигателем автомобиля ЗиЛ-5301АО Для количественной оценки предпочтительности и выбора наиболее рациональной схемы тормозных систем предложен новый оценочный критерий – темп охлаждения тормозных механизмов, отражающий теплонагруженность тор мозных систем автомобилей в горных условиях эксплуатации.

В расчетах внешний контур реального тормозного механизма, имеющий не правильную форму, заменяется эквивалентным геометрическим телом правильной формы – цилиндром, тепловой расчет которого возможен на основе принципа ста бильности теплового потока - выравнивания в глубине тела теплового потока неза висимо от формы его поверхности.

При оценке приспособленности тормозных систем автомобилей к горным условиям эксплуатации по критерию темпу охлаждения, базовым значением при нимается его наибольшее значение - mmax, которое прямо пропорционально коэф фициенту температуропроводности a:

a mmax, (8) Kф где Кф – коэффициент, учитывающий форму тела (зависит от геометрической формы и размеров тела).

Темп охлаждения тормозных систем автомобилей, реализуемый в данных условиях эксплуатации, отличается от своего базового значения на величину по правки на приспособленность D, равной D=mmax - m.

Отношение величины поправки D к базовому значению темпа охлаждения mmax - коэффициент пропорциональности П, равный m m 1 m П max m, (10) max mmax показывает приспособленность автомобилей к горным условиям эксплуатации по темпу охлаждения тормозных механизмов. Полная приспособленность автомо биля к горным условиям эксплуатации по темпу охлаждения тормозных механизмов имеет место, когда П = 0, то есть когда тормозной механизм остывает с интенсивностью близкой к наибольшему значению m mmax. Полная неприспо собленность автомобиля П=1 наблюдается, когда тормозной механизм не охлажда ется m 0.

В третьей главе приводятся программа и методика исследований, которые предусматривали: исследование показателей эффективности тормозных систем в горных условиях эксплуатации;

исследование экологических и эффективных по казателей дизеля при работе на установившихся и переходных режимах, соответ ствующих горным условиям эксплуатации автомобилей.

Для проведения экспериментальных исследований выбраны: автомобильная дорога Душанбе- Худжанд с перевалами Анзоб, высота над уровнем моря которой составляет 3372 м, и Шахристан - высота н.у.м. 3370 м на маршруте Душанбе – Майхура (рисунок 4, 5), величина уклонов соответствует допустимой величине;

автомобиль ВАЗ-2108, передвижной лаборатории «Испытание автомобилей» ка федры «Эксплуатация автомобильного транспорта» Таджикского технического университета им академика М.С. Осими, оснащенный необходимыми контрольно – измерительными приборами и аппаратурой.

Для исследования токсичности ОГ и эффективных показателей был выбран дизель Д245.12 автомобиля ЗИЛ -5301, наиболее распространенного при эксплуа тации в горных условиях Таджикистана имеющего лучших показателей по эффек тивности тормозных систем. Исследования характеристик дизеля проводились в Санкт-Петербургском Автотранспортном и электромеханическом колледже на мо торном стенде КИ 2139, укомплектованного контрольно-измерительными прибо рами (рисунок 6).

В четвертой главе приведен совместный анализ и обобщение результатов теоретических и экспериментальных исследований.

Для оценки экологических показателей работы дизеля Д 245.12 были прове дены экспериментальные исследования в ходе которых определялись эффективные показатели дизеля и состав отработавших газов.

Анализ полученных результатов показал, что концентрация оксидов азота ОГ возрастает и достигает максимума при увеличении нагрузки до 0,6 … 0,8 от номи нальной. С ростом нагрузки дымность ОГ возрастает от 30 до 40 %, а концентра ция углеводородов в ОГ – до 160 ppm.

Для установленного интервала значений частоты вращения коленчатого вала, были проведены исследования влияния изменения температуры надувочного воз духа на показатели работы дизеля, в том числе токсичность ОГ.

В результате анализа моторных исследований установлено, что при темпера туре воздуха 7 0С дымность ОГ изменяется в пределах от 35 до 40 %, то есть нахо дится в области предела дымления, мощность двигателя уменьшается с 83 кВт/ч до 65 кВт/ч при увеличении расхода топлива с 8,7 до 11,8 кг/ч.

Анализ результатов исследований изменения токсичности ОГ и эффективных показателей дизеля, представленных в виде поверхностей отклика (уравнения 1 - 3) проводился графическим методом - сечением плоскостями для всех функций, в ка честве примера приведены два сечения (рисунок 7, 8).

В результате выполненных исследований обоснованы значения частоты вращения коленчатого вала при изменении нагрузки и температуры наддувочного возуда характерных для горных условий эксплуатации с учетом обеспечения норм токсичности ОГ. Миниммальные значения дымности и оксидов азота ОГ составляют 20 % и 400 ppm, соответственно, при работе дизеля с частотой враще ния 1800 мин-1, значение мощности составляет 36 … 65 % в зависимости от нагрузки.

По результатам исследований можно рекомендовать для горных условий экс плуатации автомобилей с учетом фактического использования мощности дизеля и минимизации выбросов оксида азота значение частоты вращения коленчатого вала n = 1800 мин-1.

На неустановившихся режимах работы дизеля значения дымности (К) и окси дов азота (NO) возрастает и достигает максимальных значений на скоростном ре жиме n = 2200 мин-1. При минимизации выбросов – К = 35 %, NO = 620 ppm, при условии сохранения эффективной мощности значение частоты вращения находит ся в диапазоне 1400 … 1600 мин-1.

Рисунок 4 - Схема трассы Душанбе – тон- Рисунок 5 - Характерный перевальный уча нель Анзоб сток автомобильной дороги Душанбе Худжанд Рисунок 6 – Функциональная схема дизельного стенда со специальным оборудованием и из мерительными приборами: Д – 245.12 – автомобильный дизельный двигатель;

ЭБМ– элек трическая балансирная машина;

ЭНУ– электрическое нагрузочное устройство;

ВМ– весо вой механизм для замера часового расхода топлива;

ОВ – охладитель воздуха;

РВ - расходо мер воздуха;

ЭТ –электронный тахометр;

BOSCH ESA 3.250– газоанализатор;

ПУ, ПУ2 – пульт управления;

УВО – управляющее воздействие оператора 50, 40,000-50, 40, 30,000-40, 30, 20,000-30, 20, 10,000-20, 10,000 1, 0,000-10, 0, 0, -1, -0, -0, -0, -0, -0, -0, 0, 0, 0, 0, 0, х Рисунок 7 – Двумерное сечение поверхности Y1 – изменение мощности дизеля Д 245.12 в зависимости от величины Х3 – температуры надувочного воздуха и Х2 – нагрузки в закодированных значениях при Х1=0 (n=1800мин-1) 80, 70,000-80, 70, 60,000-70, 60, 50,000-60, 50, 40,000-50, 40, 30,000-40, 30, 20,000-30, 20, -0, 10,000 10,000-20, -1, 0,000 0,000-10, -2, -1,2 -0,8 -0,4 -2, 0 0,4 0,8 1, Х Рисунок 8 – Двумерное сечение поверхности Y2 – изменение дымности ОГ дизеля Д 245.12 от величины Х3 – температуры надувочного воздуха и Х2 – нагрузки в закодированных значениях при Х1=0 (n=1800мин-1) При дорожных исследовании тормозной системы для значений координаты центра масс, определенных с учетом уклона дорог, были установлены изменения значений коэффициента сцепления от установившегося замедления.

По результатам исследований эффективности рабочей тормозной системы при различных значениях начальной скорости перед торможением (рисунок 9) установ лено, что при одном и том же усилии нажатия на педаль (160 Н) и при различных скоростях перед торможением (40,4 км/ч, 59,3 км/ч) на уклоне (=10о) тормозной путь автомобиля ВАЗ-2108 увеличивается на 50 %.

Тормозной путь запасной тормозной системы больше тормозного пути при торможении рабочей тормозной системой автомобиля ВАЗ-2108 на уклоне (=10о) на 42 %. Усилие нажатия на педали – 160 Н и начальная скорость перед торможе нием - 39,8 км/ч.

Рисунок 9 - Изменение тормозного пути от начальной скорости торможения:

1- расчетная;

2 - экспериментальная Расхождения значений основных показателей тормозных систем - тормозной путь, установившееся замедление, определенных по разработанному расчетно экспериментальному методу и полученных в дорожных исследованиях, составили а) для рабочей тормозной системы s=3,9% и j 2,1%;

б) для запасной тормозной системы s=2,3% и s=4%, то есть составили не более 5% С целью получения значений соотношения температур пар трения передних и задних тормозных механизмов при длительном торможении в дорожных условиях были проведены исследования изменения комплексных параметров тормозных ме ханизмов, результаты которых представлены на рисунке 10.

В исследованиях установлено, что максимальные значения комплексных па раметров тормозных механизмов на обеих осях были достигнуты одновременно, но при разных температурах: температура дискового тормоза равна 573 К, а для барабанного – 448 К. С увеличением теплонагруженности величина установивше гося замедления уменьшается приблизительно на 35 %, при постоянном давлении в приводе тормозов, по сравнению с максимальным замедлением. Для восстанов ления максимального замедления требовалось увеличить усилие на педали с 270 Н до 420 Н.

Исходя из изложенного следует, что передние тормозные механизмы излишне перегружены, в то время как температура задних тормозных механизмов не пре вышала 573К. Это привело к изменению соотношение тормозных сил по осям ав томобиля и опережающему блокированию задних колес при коэффициентах сцеп ления 0,6. Установлено, что тормозной путь увеличивается на 38 % по сравне нию с торможением с «холодными» тормозными механизмами из-за уменьшения комплексных параметров передних и задних тормозных механизмов (В1 = 4,8 см2, В2 = 2 см2).

Рисунок 10 – Изменение характеристик распределения тормозных сил при тепловом воздействии на пары трения: N1-10 – номера последовательных измерений при циклах торможения В пятой главе предложены рекомендаций по определению оптимальной пе риодичности планового ремонта элементов тормозных систем, и корректировке нормативов технической эксплуатации автомобилей с учетом нагруженности их агрегатов в горных условиях.

Основные результаты и выводы 1. На основе выполненных исследований дано новое решение важной научно практической задачи по снижению токсичности ОГ дизеля и теплонагруженности тормозной системы автомобилей при эксплуатации в горных условиях.

2. Предложенные математические модели, определяющие связь мощности, дым ности и оксидов азота ОГ дизеля Д-245.12 от частоты вращения коленчатого вала, нагрузки и температуры надувочного воздуха, позволяют установить предпочти тельные скоростные режимы работы дизеля Д-245.12 с учетом выполнения совре менных норм токсичности.

3. Анализ результатов исследований показал, что оптимальное использование мощности дизеля Д-245.12 при минимизации токсичности выбросов оксида азота и ограничении дымности К в горных условиях обеспечивается при частоте вращения коленчатого вала двигателя n=1800 мин-1. Для неустановившихся режимов работы дизеля при минимизации выбросов – К = 35 %, NO = 620 ppm с учетом сохранения эффективной мощности значение частоты вращения должно находиться в преде лах 1400 … 1600 мин-1.

4. На основе теоретических исследований процессов торможения автомобилей в горных условиях разработана алгоритм оценки эффективности работы тормозной системы с учетом изменения координаты центра масс в зависимости от уклона до роги. Расхождение значений основных показателей - тормозной путь, установив шееся замедление, определенных по разработанному методу и полученных в до рожных исследованиях, составляет до 5 %.

5. Разработаны алгоритм и модель оценки теплонагруженности тормозных механизмов в горных условиях эксплуатации автомобилей, позволяющие проекти ровать тормозные системы из условия равной теплонагруженности тормозных ме ханизмов передней и задней осей по предложенным комплексам оценки охлажде ния тормозного механизма, и повысить эксплуатационную наджность автомоби лей. Определено, что для автомобилей ЗиЛ-130 снижение теплового режима тор мозных систем можно обеспечить увеличением площади тормозных накладок с 879 до 1147 см2.

6. Предложен алгоритм оценки снижения температуры тормозных механиз мов при торможении с не отсоединенным двигателем. Установлено, что при тор можении двигателем автомобиля ЗиЛ-5301АО на участке протяженностью 6000 м с углом =6o и постоянной скоростью (Vа=8,33м/с) температура нагрева тормозных механизмов задних колес уменьшается с 1196К до 572К, что способствует увели чению срока службы тормозных накладок и улучшает эффективность тормозных систем.

7. Для оценки приспособленности тормозных систем к горным условиям экс плуатации и выбора наиболее рациональной их схемы предложен новый критерий - темп охлаждения тормозных механизмов автомобилей, отражающий уровень снижения их теплонагруженности в горных регионах.

Основные положения диссертации опубликованы:

Издания из перечня ВАК России 1. Мажитов Б.Ж. Модели оптимизации тормозных свойств автомобилей в горных условиях /А.А. Турсунов, Р.А. Давлатшоев, Б.Ж. Мажитов// Изв. АН РТ.

Отд. физ-мат, хим. и геол. наук. – 2007. – № 4,С. 86-95.

2. Мажитов Б.Ж. Особенности среды функционирования транспортных средств в горных условиях эксплуатации /Т.Ю. Салова, А.А.Турсунов, Б.Ж. Мажи тов//Изв.СПбГАУ.- 2009, №11,С. 230-236.

3. Мажитов Б.Ж. Методика оценки термонагруженности тормозных систем АТС в горных условиях эксплуатации/ Б.Ж. Мажитов// Изв. СПбГАУ.- 2010, №18,С. 230-236.

4. Мажитов Б.Ж.Оценка приспособленности тормозных систем автомобилей к горным условиям эксплуатации по темпу охлаждения тормозных механизмов/ А.А.Турсунов, Б.Ж. Мажитов//Изв.СПбГАУ.- 2010, №20.

Научные статьи 5. Мажитов Б.Ж. Оценка распределения тормозных сил по осям автомобилей в соответствии с требованиями Правил №13 ЕЭК ООН/А.А. Турсунов, Р.А.

Давлатшоев, Б.Ж. Мажитов// Матер. IV Межд. науч. техн. конф. «Проблемы качества и эксплуатации автотранспортных средств». –АДИ ПГУАС.-Пенза, 2006, С. 40-46.

6. Мажитов Б.Ж. Влияние горной дороги на безотказность автотранспортных средств/ А.А. Турсунов, Б.Ж. Мажитов, Низов О.С.// Матер. XI Межд. науч. техн.

конф. «Актуальные проблемы управления качеством производства и эксплуатации автотранспортных средств». ВлГУ.-Владимир, 2006,С. 92-94.

7. Мажитов Б.Ж. Эффективность рабочей тормозной системы автомобиля с регулятором тормозных сил в горных условиях эксплуатации / А.А. Турсунов, Р.А.

Давлатшоев, Б.Ж. Мажитов// Матер. IV Межд. науч. техн. конф. «Проблемы экс плуатации и обслуживания транспортно-технологических машин». ТюмНГУ. Тюмень, 2006, С. 39-41.

8. Мажитов Б.Ж. Повышение активной безопасности автомобилей в горных условиях эксплуатации /А.А. Турсунов, Р.А. Давлатшоев, Б.Ж. Мажитов// Матер.

IV Межд. науч. техн. конф. «Повышение эксплуатационной эффективности транспортных, строительно-дорожных машин и коммуникаций в горных условиях».- КГУСТА ИНТРАНСКОМ.- Бишкек, 2006, С. 73-76.

9. Мажитов Б.Ж. Проблемы повышения надежности и адаптационных свойств автотранспортных средств при эксплуатации в горных условиях / А.А. Турсунов, М.А. Абдуллоев, О.С. Низов, Р.А. Давлатшоев, Б.Ж. Мажитов, Ф.М. Махмудова// Труды КГТУ.- 2006. - № 4 / ИПЦ КГТУ.- Красноярск, 2006, С. 184-189.

10. Мажитов Б.Ж. Исследование тормозных свойств автомобиля при тепловом воздействии на пары трения тормозных механизмов / А.А. Турсунов, Р.А.

Давлатшоев, Б.Ж. Мажитов// Труды ТТУ, №3. Душанбе, 2007, С. 8-12.

11.Мажитов Б.Ж. Экспериментальное исследование тормозных качеств авто мобилей на перевальных дорогах Таджикистана / А.А. Турсунов, Р.А. Давлатшоев, Б.Ж. Мажитов //Матер. II Межд. науч. техн. конф. «Перспективы развития науки и образования в XXI веке», Душанбе, 2007, С. 204-206.

12. Мажитов Б.Ж. Оценка эффективности тормозных систем автомобилей в горных условиях эксплуатации / А.А. Турсунов, Р.А. Давлатшоев, Б.Ж. Мажитов // Матер. Межд. науч. техн. конф. «Проблемы развития автомобильного транспорта и основе современных методов диагностирования». ТАДИ. -Ташкент, 2007, С. 171 174.

13. Мажитов Б.Ж. Оценка эффективности рабочей тормозной системы авто мобиля с регулятором тормозных сил в горных условиях эксплуатации / А.А. Тур сунов, Р.А. Давлатшоев, Б.Ж. Мажитов//Матер. III Межд. науч. техн. конф. «Пер спективы развития науки и образования в XXI веке».ТТУ.- Душанбе, 2008, С. 123 126.

14. Мажитов Б.Ж. Теплонагруженность тормозных систем автомобилей в горных условиях / А.А.Турсунов, Б.Ж. Мажитов, С.Р. Назриев// Матер. респ. конф.

«Проблемы транспорта, новые технологии», Баку, С.120-126.

15. Мажитов Б.Ж. Оценка влияния параметров горной среды на энергетиче ские показатели энергоустановок транспортных машин / А.А.Турсунов, М.А. Аб дуллоев, А.М. Умирзаков, Б.Ж. Мажитов // Сб. науч. тр. Матер. науч. конф.

СПбГАУ, Санкт-Петербург,2009, С. 300-303.

16. Мажитов Б.Ж. Пути снижения теплонагруженности тормозов транспорт ных средств в горных условиях эксплуатации / Т.Ю. Салова, А.А.Турсунов, Б.Ж.

Мажитов //Сборник научных трудов. Сб. науч. тр. Матер. науч. конф. СПбГАУ, Санкт-Петербург,2010, С. 290-297.

17. Мажитов Б.Ж. Экспериментальное исследование тормозных качеств авто мобилей на перевальных дорогах Таджикистана / А.А. Турсунов, Б.Ж. Мажитов, Р.А. Давлатшоев//Матер. III Межд. науч. техн. конф. «Перспективы развития науки и образования», Душанбе, 2010, С. 153-155.

18. Мажитов Б.Ж. Методика оценки термонагруженности АТС в горных усло виях эксплуатации / А.А. Турсунов, Р.А. Давлатшоев, Б.Ж. Мажитов// Вестник КГУСТА, Бишкек, 2010, №2(28), с.19-22.

19. Мажитов Б.Ж. Влияния условий эксплуатации автомобилей на токсич ность выброса дизелей / Т.Ю. Салова, Б.Ж. Мажитов //Сборник научных трудов международной конференции Двигатель-2010,посвяшенной 180-летию МГТУ им.

Н.Э. Баумана, Москва, 2010, С. 261-265.

Мажитов Бахриддин Жамилович Методы снижения токсичности отработавших газов дизеля и теплонагруженности тормозной системы автомобилей при эксплуатации в горных условиях Автореферат Подписано в печать 26/03/2011 г. Формат 60 84 1/16. Бумага офсетная.

Ризография. Печ. л. 1,1. Тираж 100 экз. Заказ № Отпечатано с готового оригинал макета на полиграфической базе редакционно-издательского отдела ФГОУ ВПО «Санкт – Петербургский государственный аграрный университет», 196601, Санкт – Петербург – Пушкин, Академический проспект, д.

 

Похожие работы:





 
2013 www.netess.ru - «Бесплатная библиотека авторефератов кандидатских и докторских диссертаций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.