До недавнего времени не было аналитической методики, позволяющей выбирать оптимальный состав автопоезда применительно к конкретным условиям эксплуатации с учетом ограничений, накладываемых эксплуатационными свойствами АТС, дорожными и ситуационными факторами.

Отсутствие четкой научной обоснованности в выборе технических параметров и в первую очередь грузоподъемности и полной массы проектируемых АТС приводит к тому, что эксплуатационные свойства современных АТС, особенно специализированных, не обеспечивают оптимально всю совокупность возможных условий эксплуатации. Вероятность же их полного соответствия конкретному случаю перевозочной деятельности весьма мала, что приводит для большинства случаев конкретной эксплуатации к недоиспользованию потенциальной производительности АТС. Это происходит прежде всего потому, что при создании специализированных автопоездов обычно используют в качестве тягачей грузовые автомобили общетранспортного назначения или седельные автомобили-тягачи, технические параметры которых выбирают при проектировании с учетом совокупности всех вероятных условий эксплуатации, в то время как использование этих АТС отличается конкретными, специфическими условиями, которые значительно отличаются от средневероятных условий, взятых за основу при проектировании автомобилей. Кроме того, сохранение большинства технических параметров базовых моделей автомобилей при их переделке в специализированные не оставляет неизменными эксплуатационные свойства АТС, что нельзя не учитывать при установлении грузоподъемности для специализированного автопоезда.

Теоретически возможность выбора оптимальной грузоподъемности для автопоездов при использовании их в заданных дорожных условиях (движение -по заданному маршруту) доказывается следующим образом. В качестве основного технического требования к автопоезду при данной постановке задачи можно принять необходимость обеспечения максимальной производительности при наименьшем расходе топлива. Основным определяющим параметром при этом может быть удельная производительность предложенные проф. Я. Е. Фаробиным в качестве критериев оптимизации при выборе полной массы АТС для конкретной трассы.

Применение моделирования позволяет еще на этапе предпроект-ной стадии создания АТС предсказать поведение автопоезда в реальных условиях работы, что исключает необходимость в непроизводительных затратах на создание нерациональных АТС. Кроме того, на модели можно варьировать параметрами самих АТС и воздействием на них окружающей среды в широких пределах, что позволяет в конечном итоге произвести оптимизацию АТС по Определенной совокупности параметров.

Принимая математическое моделирование в качестве основного метода для решения задачи, необходимо: – провести формализацию характеристик движения АТС по заданному маршруту с двумя выходными параметрами — средней скоростью движения и расходом топлива; – задать характеристики маршрута движения; разработать программу, моделирующую движение АТС; провести расчеты средней скорости движения и расхода топлива на ЭВМ для конкретных АТС на заданном маршруте; – провести оптимизацию состава автопоезда путем анализа полученных оптимизационных кривых.

На основе совместной работы НИИГлавмосавтотранса и МАДИ под научным руководством проф. кафедры автомобилей, д-ра техн. наук Я. Е. Фаробина была разработана и реализована при разработке перспективного типоразмерного ряда автопоездов-самосвалов аналитическая методика выбора оптимального по полной массе состава автопоезда при заданных параметрах автомобиля-тягача и дорожно-транспортных условий.

Оптимальный состав автопоезда по данной методике выбирают при последовательном решении следующих задач.
1. На основе анализа измерителей транспортных и дорожных факторов, характеризующих эксплуатационные условия, определяют характеристики типичных маршрутов движения автопоездов в качестве входных параметров в математическую модель, а также необходимые предельные значения показателей тягово-скоростных свойств, проходимости и топливной экономичности автопоездов и обоснованно выбирают комплекс критериев названных свойств, позволяющих оценить совершенство конструкции автопоездов и степень их соответствия конкретным условиям эксплуатации.
2. Разрабатывают математическую модель движения автопоезда по типичным маршрутам с учетом ограничений, налагаемых на среднюю скорость движения автопоезда его эксплуатационными свойствами и специфическими условиями эксплуатации.
3. Анализируют полученные с помощью ЭВМ расчетные зависимости средней скорости движения, путевого расхода топлива, условной удельной производительности и удельного расхода топлива от полной массы исследуемого автопоезда.

Стремление АТП к широкому применению большегрузных автопоездов объясняется хотя бы таким простым примером: были просчитаны показатели эффективности автопоездов различного состава, выполненные на базе тягачей ЗИЛ, МАЗ, КрАЗ и КамАЗ с реально используемыми в перевозках Главмосавтотранса самосвальными прицепами, и расчеты показали, что, например, для трех автопоездов с тягачом типа МАЗ с различной полной массой выработка на один автопоезд при заданных грузоподъемностях 14,5 т; 19,5; 26,5 т соответственно возрастает на 51,0%, 43 и 34%.

Какой же автопоезд следует применять в качестве оптимального, учитывая современные требования к показателям его эксплуатационных свойств? Рассмотрим данный вопрос на примере разработки в НИИГлавмосавтотрансе перспективного типоразмерного ряда самосвальных прицепных автопоездов, выполненной с использованием описанной выше методики. Как уже было изложено, оценки эксплуатационных свойств автопоездов и выбор наиболее эффективных конструкций производятся применительно к конкретным условиям, в которых предполагается их использование.

В начале разработки типоразмерного ряда автопоездов-самосвалов были исследованы основные факторы транспортных и дорожных условий эксплуатации самосвального парка в Москве. Такое исследование было выполнено с целью установления характеристик типичных маршрутов движения прицепных автопоездов-самосвалов Главмосавтотранса при перевозках насыпных — навалочных грузов.

Эта цель обусловила следующие основные этапы исследования: – установление перечня грузов, при перевозках которых следует рассматривать маршруты движения автопоездов в городе; – определение протяженностей типичных маршрутов движения автопоездов-самосвалов; – установление вероятностных характеристик типичных маршрутов по углам наклона продольного профиля дороги; – определение численных значений параметров некоторых ситуационных факторов на типичных маршрутах движения самосвальных автопоездов. К типичным маршрутам относят маршруты движения подвижного состава на постоянно действующих связях (отправитель груза — получатель груза) с наиболее вероятными значениями расстояний перевозки.

Был определен общий перечень грузов, которые можно перевозить в самосвальных открытых платформах. Эти грузы выделили из укрупненной номенклатуры, поименованной в принятой Глав-мосавтотрансом форме оперативной и плановой отчетностях по перевозочной деятельности. Затем из этого перечня были выделены грузы, имеющие объемную массу меньше 1,0 т/м3, которые относятся к группе легковесных грузов и требуют для своей перевозки специфический подвижной состав с кузовами увеличенного объема.

Как было установлено, из пяти номенклатур навалочных грузов только две — полужидкие грузы (товарный бетон, раствор) и инертные материалы (песок, щебень, гравий) — могут транспортироваться с широким использованием автопоездов-самосвалов. Ограничения применения автопоездов, например на перевозках глины и грунта, связаны с тяжелыми дорожными условиями в местах добывания и погрузки этих грузов. Ограничения на перевозках асфальтовой массы связаны со специфическими условиями разгрузки

автотранспорта, а именно: асфальтоукладчики, применяемые в дорожно-строительных управлениях Москвы, не могут принимать одновременно (за одну разгрузку) более 8 т груза. Кроме того, их конструкция позволяет разгружаться автомобилям-самосвалам лишь с кузовами, опрокидывающимися назад, в то время как автопоезда-самосвалы выполняют, как правило, с кузовами бокового опрокидывания.

Проведя ретроспективный анализ изменения объемов перевозок за 10 лет по каждому из отобранных грузов, установили, что объемы перевозок навалочных грузов в Москве имеют тенденцию к постоянному росту, а это находится в прямой связи с увеличивающимися в столице масштабами строительства жилых и коммунально-бытовых зданий, спортивных сооружений, с усовершенствованием дорог и с рядом мероприятий по благоустройству города. Таким образом была определена на перспективу возможность применения при перевозках этих грузов автопоездами-самосвалами увеличенной грузоподъемности.

Затем для установления окончательного перечня грузов, при перевозках которых следует рассматривать типичные маршруты движения самосвальных автопоездов в городе, определили ограничения, накладываемые на грузоподъемность и состав транспортных единиц партионностью доставки грузов. Анализ партионности вози-мости, т. е. количества груза, перевозимого единицей подвижного состава за одну поездку, был проведен с использованием в качестве источника сбора и обработки информации специальной схемы помесячного учета технико-эксплуатационных показателей АТП, которая делается регулярно вычислительным центром (ВЦ) Главмос-автотранса.

Учитывая, что схема хранится в АТП Главмосавтотранса только в течение двух лет, для получения достаточного количества точек наблюдения в виде единицы отсчета были приняты не годовые, а месячные данные. Способ расшифровки схемы был предложен разработчиками темы «Комплексное исследование по оптимизации структуры парка подвижного состава и размещения АТП Главмосавтотранса».

По обработанным данным определили, что линейной связи между партионностью перевозок и длиной груженой ездки не выявлено, ибо коэффициент линейной корреляции между этими величинами по рассматриваемым грузам rte достигал значения 0,8…1,0, которое является условием таковой связи; значительных колебаний средней величины партионности по обоим грузам в зависимости от времени года не отмечалось, а колебания значений средней величины длины груженой ездки отмечались лишь на перевозках инертных материалов, что не является ограничением использования автопоездов.

Перевозки инертных материалов и товарного бетона (и раствора) автомобильным транспортом относятся к разряду массовых перевозок, при которых, как известно, величина партии груза ограничивается лишь предельной грузоподъемностью автомобиля или автопоезда, определяемой прочностью и устройством дорог. Учитывая специфические условия эксплуатации подвижного состава в таком крупном промышленно развитом регионе, как Москва, был рассмотрен вопрос, ограничивается ли величина партии груза технологией грузообразующего процесса или количеством груза, которое требуется завозить в грузопоглощающую точку. Проведенными исследованиями установлено, что с достаточной степенью надежности, обоснованной большим объемом экспериментальной выборки (1000…

4000 наблюдений) из заявок клиентуры на перевозку данных грузов (при доверительной вероятности 0,95…0,99), размах колебаний величины заявленного к единовременному завозу груза составляет: по товарному бетону от 7,9 до 220 т, по щебню и гравию от 16 до 800 т, по песку от 41,25 до 990 т. При этом наибольшему количеству заявок соответствует размер партии груза по товарному бетону 7,9 т; 15,84; 30 т; по щебню и гравию 80 т; 96; 160 т; по песку 82,5 т; 99; 165 т.

По заявкам на перевозку раствора определили наиболее распространенные значения величин единовременного потребления этого груза, которые составили 1,89 и 2,78 т.

На основании изложенного сделали вывод, что партионность как фактор транспортных условий эксплуатации АТС при перевозках всех отобранных и рассмотренных грузов, кроме строительного раствора, не накладывает каких-либо ограничений, не зависящих от параметров самого подвижного состава, на широкое использование автопоездов.

Рассчитали среднее расстояние перевозки инертных грузов в Москве. На основании математической обработки отобранных по маршрутам данных установили, что распределение значений расстояний перевозки подчиняется нормальному закону распределения с математическим ожиданием l=19,178 км и средним квадратичным отклонением а=8,832 км.

С помощью интеграла Лапласа, представляющего собой аппроксимирующую функцию нормального закона распределения, была рассчитана вероятность появления pj значений расстояний перевозки U в интервале от /i = 12,6 до /2=25,8 км, которая оказалась равной 0,5467.

Полученный результат говорит о том, что в половине всех случаев протяженность маршрутов движения автопоездов при перевозках инертных грузов в Москве будет находиться в интервале от 12,6 до 25,8 км. Совокупность значений протяженностей маршрутов в упомянутом интервале может служить основой для выбора типичных маршрутов.

Затем были рассмотрены дорожные условия эксплуатации как важнейшего фактора, формирующего спектр нагрузочных и скоростных режимов работы механизмов автомобилей. При проведении исследований дорожных условий одной из главных задач является выбор маршрутов. В данной работе основой такого исследования было 80 маршрутов, упомянутых выше. Из них экспертным путем специалистами НИИГлавмосавтотранса и Мосстройтранса были отобраны 20 маршрутов, которые были затем расписаны ВЦ Глав-мосавтотранса и по которым были, определены значения углов наклона продольного профиля (спуски, подъемы в ). При определении использовались материалы, полученные в Мосгоргеотресте ГлавАПУ Мосгорисполкома. Было установлено, что на исследуемых маршрутах углы наклона продольного профиля не превышают 4,5.

Для каждого маршрута был установлен закон распределения плотности углов наклона продольного профиля как суммы длин одинаковых уклонов при движении в противоположных направлениях, который, как оказалось, соответствует нормальному закону распределения.

Согласно ГОСТ 22576—77, скоростные характеристики автомобилей и автопоездов определяются на дорогах с плотностью распределения углов наклона продольного профиля, близкой к плотности распределения нормального закона.

Таким образом, выбранные маршруты можно применять при математическом моделировании для расчета и оценки тягово-скорост-ных свойств автопоездов-самосвалов,-а их характеристики использовать в качестве входных параметров в модель движения автопоездов-самосвалов.

Так как длины участков маршрутов с уклонами 4,5%, как правило, не превышали 319 м, было установлено, что при использовании автопоездов различного состава с существующими в Глав-мосавтотрансе самосвальными прицепами требование стандарта Vmax=30 км/ч на подъеме 3% также не является ограничением.

Обследования АТП Москвы показали, что протяженность маршрутов самосвальных АТС при движении по дорогам с твердыми типами покрытий составляет 90%, а протяженность маршрутов по дорогам без твердых типов покрытий всего 10% (в основном за счет подъездных путей на строитёльных объектах и в некоторых пунктах погрузки). Это позволило сделать вывод, что основной объем перевозок навалочных грузов в Москве осуществляется по дорогам с твердыми типами покрытий, допускающими нагрузки через одну ось Юти через две спаренные оси 18 т, и что ограничения по типам дорожных покрытий для широкого применения большегрузных автопоездов, как правило, отсутствуют.

Основными ситуационными факторами, оказывающими влияние на режимы движения автопоездов-самосвалов по городским маршрутам, являются: количество и режим работы светофоров на каждом маршруте, административные ограничения скорости, повороты (развороты), нерегулируемые перекрестки и интенсивность движения транспортного потока.

Для количественной оценки характеристик дорожных условий непосредственному замеру подвергались три показателя: интенсивность, плотность и скорость транспортного потока. Замеры производились на наиболее напряженных участках маршрутов с 9.00 до 10.00 ч утра.

Итак, городские условия эксплуатации характеризуются частыми изменениями направления движения, стабильностью состояния проезжей части, невысокой средней технической скоростью движения. По экспериментальным данным, средняя техническая скорость движения грузовых автомобилей на улицах Москвы равна 26…28 км/ч. Практически в условиях городского движения повышенные скорости не могут быть в большинстве случаев реализованы, что связано в первую очередь с административным ограничением максимальной скорости автотранспорта до 60 км/ч, а также с пропускной способностью и интенсивностью транспортного потока на улицах и дорогах города. Влияние мощности двигателя в этих условиях незначительно.

Оптимальная полная масса автопоезда для каждого типа авто-мобиля-тягача устанавливалась по условной удельной производительности W’Q путем математического моделирования движения автопоезда по заданному типичному городскому маршруту на основе решения (интегрирования) дифференциальных уравнений движения и расхода топлива.

Разработанная модель движения автопоезда учитывает характеристику дороги в виде последовательных участков с постоянными показателями. Расчеты по каждому участку состоят из двух основных этапов определения режима движения автопоезда в зависимости от дорожных условий и начальной скорости, а также вычисления параметров движения, времени прохождения данного участка маршрута, конечной скорости на участке и расхода топлива.

Модель реализована в программе, написанной на языке ФОРТРАН-4. Время реализации на ЭВМ ЕС-1022 модели движения одного автопоезда по типичному городскому маршруту протяженностью 20 км со 100 просчетами составляет 25…30 с. Одновременно с перечисленными выше параметрами программа производит расчет оценочных показателей тягово-скоростных свойств и показателя проходимости — коэффициента сцепной массы для каждого из рассчитываемых вариантов автопоездов различного состава. Оценка тягово-скоростных свойств исследуемых вариантов автопоездов производилась сравнением показателей этих свойств, вычисленных расчетно-аналитическим путем, с соответствующими значениями.

После расчета оптимальных параметров и отбора по тягово-ско-ростным свойствам перспективного типоразмерного ряда авто-поездов-самосвалов оценивалась экономическая эффективность допустимых (расчетных и существующих) вариантов прицепных автопоездов-самосвалов. Оценочные экономические показатели работы автопоездов рассчитывались для городского маршрута длиной 19,2 км — среднего значения расстояния перевозки сыпучих грузов в Москве.

Анализ показателей экономической эффективности позволил сделать следующие выводы.

1. Для автомобилей типа ЗИЛ наилучшим является типоразмер № 2, с применением которого по сравнению с существующим в перевозках автопоездом (типоразмер № 1) производительность W возрастает на 17,2% при одновременном снижении себестоимости перевозок на 10,7%. Размер годового экономического эффекта от применения данного типоразмера на 1270 руб. больше, чем от применения типоразмера № 1 (по сравнению с одиночным автомобилем-самосвалом).

2. Для. автомобилей типа МАЗ наилучшим является типоразмер № 10, с применением которого по сравнению со штатным автопоездом (типоразмер № 9) производительность возрастает на 28,1 % при снижении себестоимости перевозок на 14,8%. Размер годового экономического эффекта от применения нового типоразмера на

2774 руб. больше, чем от применения штатного автопоезда. При этом можно рекомендовать для этого автопоезда на автомобиле-тягаче заменить двигатель ЯМЭ-236 на ЯМЭ-238 (большей мощности), что несколько повысит тягово-скоростные свойства автопоезда.

3. Для автомобилей типа КрАЗ рекомендуется автопоезд грузоподъемностью 24,0 т, учитывая его высокую производительность и размер экономического эффекта по сравнению с одиночным автомобилем-самосвалом КрАЗ-256Б, равным 1412 руб. (на единицу подвижного состава).

4. Наилучшим автопоездом с тягачом типа КамАЗ является типоразмер № 8 (по минимуму приведенных затрат С„). Следует отметить, что большая стоимость тягача и повышенные эксплуатационные расходы существенно снижают его конкурентоспособность

Однако, учитывая перспективу поступления в Главмосавтотранс автосамосвалов КамАЗ-5511, можно сделать вывод о необходимости их переоборудования на боковую разгрузку для более эффективного использования в составе автопоездов с параметрами типоразмера № 8.

Таким образом, на основе анализа оценочных показателей тя-гово-скоростных свойств и экономической эффективности автопоездов-самосвалов был рекомендован перспективный ряд типоразмеров прицепных самосвальных автопоездов для перевозок сыпучих грузов (в основном нерудных материалов) в условиях Москвы.