Эволюция потребительских свойств автопоездов

Среди множества потребительских свойств грузовых автотранспортных средств (АТС) показатели топливной экономичности и скоростных свойств наряду с ценой и качеством всегда выделялись как одни из основных. Связано это с тем, что производство указанных АТС во всем мире растет с каждым годом, увеличиваются мощности их двигателей, возрастают скорости движения, а мировые запасы нефти неуклонно уменьшаются и близки к своему истощению

КАМАЗ с тентованным прицепом

Ограниченные ресурсы топлива, производимого из нефти, постоянный рост цен на неё, экологическая безопасность, национальное и международное законодательство и конкурентная борьба на рынках сбыта автомобилей требуют от их изготовителей пристального внимания к вопросам повышения топливной экономичности, которая не может рассматриваться в отрыве от скоростных свойств.

Для повышения указанных потребительских свойств реализуются различные конструкторско-технологические мероприятия, основными из которых являются:

  • применение турбонаддува с промежуточным охлаждением воздуха;
  • повышение давления впрыска топлива;
  • оптимизация рабочего процесса двигателя путем применения четырехклапанных головок и электронных систем регулирования;
  • уменьшение номинальной частоты вращения коленчатого вала двигателя до 1800…1900 мин-1 с одновременным ростом номинальной мощности;
  • применение шин с малыми гистерезисными потерями без ухудшения других свойств (тормозных, сцепных, устойчивости курсового движения);
  • установка обтекаемых кабин и дополнительных устройств, снижающих аэродинамическое сопротивление кабины и полуприцепа;
  • применение диагностических и электронных систем управления автомобилем («круиз-контроль», автоматические трансмиссии и т. д.);
  • использование в двигателе и агрегатах трансмиссии смазочных материалов с уменьшенной вязкостью и другие.

В пользу сказанного относительно характеристик двигателей свидетельствуют данные журнала “Lastauto Omnibus” (№ 4, 1996 г., см. рис. 1). В период с 1996 по 2005 г. информация дополнена авторами, а в последние годы подобные испытания, к сожалению, не проводятся. Отсюда делаем вывод, что в период с 1979 по 1996 г. мощность двигателей магистральных автопоездов увеличилась с 375 до 603 л. с., т. е. более чем в 1,6 раза. Максимальный крутящий момент при этом возрос с 1550 до 2700 Н•м — более чем в 1,74 раза. К настоящему времени существенного увеличения мощности и максимального крутящего момента двигателя этих автомобилей не отмечается, и, по-видимому, это разумный предел для этих показателей. Если же посмотреть на осредненные результаты сравнительных испытаний магистральных автопоездов, выполненных в различные годы по дорогам Германии на Штутгартском кольце (рис. 2, источник тот же), то увидим, что столь существенное увеличение мощности обеспечило возрастание скорости на 21,5% и снижение расхода топлива на 21% за тот же период времени.

На основе анализа представленной информации можно установить, что эксплуатационный расход топлива современных зарубежных магистральных автопоездов полной массой 38000 кг оценивается в среднем величиной 33...34 л/100 км. Среднетехническая скорость при этом превышает 75 км/ч. Несмотря на значительное снижение эксплуатационного расхода топлива, удельный вес его в суммарных затратах потребителя превалирует над остальными составляющими.

Об этом красноречиво свидетельствует (см. рис. 3, данные АСМАП) структура затрат по I полугодию

2005 г. на эксплуатацию магистральных тягачей в процессе доставки грузов по маршруту Россия — Германия — Россия. Мы видим, что затраты на топливо и ГСМ достигают 38,6%. В связи с неуклонным ростом цен на энергоносители не следует возлагать больших надежд в будущем на уменьшение этой составляющей.

Рассмотрим теперь основные технические характеристики автомобиля КамАЗ-5460. Автомобиль в 2001 г. выдержал приемочные испытания и серийно производится с того же года. На автомобиле-тягаче колесной формулы 4х2 установлен двигатель модели 740.50-360 номинальной мощностью 360 л. с. при 2200 мин-1 и максимальным крутящим моментом 1431 Н•м при 1500 мин-1. Двигатель автомобиля удовлетворяет экологическим требованиям EURO-2, поэтому имеет промежуточное охлаждение наддувочного воздуха. Коробка передач — модели ZF 16S151, 16-ступенчатая, с делителем и демультипликатором. Задний ведущий мост — двухступенчатый, с центральным редуктором и бортовой передачей. Передаточное отношение ведущего моста 5.11. Автомобиль-тягач комплектуется отечественными шинами размерности 315/80 R22.5 производства Ярославского шинного завода. Кабина тягача — со сверхвысокой крышей, трехместная, с двумя спальными местами. Полная масса автомобиля — 18000 кг, автопоезда — 40000 кг.

Эксплуатация автомобиля КамАЗ-5460 в составе автопоезда у потребителей в различных географических и климатических зонах показала, что его расход топлива в то время составлял 43…45 л/100 км, что на 8…10 л/100 км превышало показатели зарубежных автопоездов. Уступал он зарубежным аналогам и по величине среднетехнической скорости: 57…58 км/ч у КамАЗ-5460 и 61...64 км/ч — на российских дорогах и более 75 км/ч на дорогах Европы — у автомобилей- аналогов.

Естественно, это обстоятельство не могло устраивать разработчика, поэтому уже в 2003 г. начались работы, направленные на повышение конкурентоспособности базового (серийного) автомобиля. В результате этого были разработаны и изготовлены опытный образец автомобиля (далее по тексту он обозначен с индексом «О») и модернизированный автомобиль (с индексом «М»). Конструктивные отличия опытного и модернизированного образцов автомобилей от базового касались силового агрегата и трансмиссии (табл. 1) и более совершенной с точки зрения аэродинамики кабины последнего из грузовиков.

В процессе развития конструкции можно проследить явную тенденцию к увеличению номинальной мощности и максимального крутящего момента двигателя при одновременном снижении частоты вращения двигателя и уменьшению передаточного числа главной передачи. Изменилась и конструкция главной передачи — вместо двухступенчатой с бортовыми редукторами она стала гипоидной.

После изготовления образцов были проведены сравнительные испытания всех трех образцов в самых разнообразных (но одних и тех же!) условиях. Лабораторно-дорожные испытания с оценкой влияния шин различных производителей на потребительские свойства выполнены на динамометрической дороге Дмитровского автополигона. Эксплуатационные испытания проведены на маршрутах равнинного и горно-холмистого типов. Равнинных маршрутов было два. Первый: Набережные Челны — Уфа — Архангельское и обратно. Второй: Набережные Челны — Саратов — Астрахань — Брянск — Москва — Набережные Челны. Горно-холмистый маршрут пролегал в живописной местности Южного Урала: Серменево — Белорецк — Магнитогорск — Белорецк.

Результаты испытаний по оценке потребительских свойств трех автопоездов полной массой 38 тонн при движении в условиях горно-холмистой местности подтвердили правильность принятых решений (см. табл. 2). Там же отражено влияние импортных шин ф. «Мишлен» по сравнению с шинами Ярославского шинного завода (в обозначении которых присутствует буква «Я») на изменение среднетехнической скорости и эксплуатационного расхода топлива — именно тех показателей, которые в первую очередь интересуют потребителя.

Еще большая уверенность в правильности выбранной стратегии была обретена разработчиками после получения положительных результатов эксплуатационных испытаний АТС (см. табл. 3 и 4) на выбранных равнинных маршрутах, характерных для условий движения автомобилей подобного класса.

Полученные на динамометрической дороге автополигона результаты лабораторно-дорожных испытаний (см. табл. 5) базового автомобиля показали достаточно высокую эффективность импортных шин по снижению расхода топлива при их установке на тягаче и полуприцепе. Здесь и ниже приводятся не эксплуатационные расходы топлива, а контрольные. Они определяются в процессе движения с заданной постоянной скоростью по горизонтальной дороге при полной массе АТС 40 т.

Результаты лабораторно-дорожных испытаний двух других АТС (см. табл. 6) подтверждают положительное влияние благоприятного сочетания характеристик двигателя и трансмиссии на потребительские свойства, среди которых уже выделяются и динамические характеристики. Последние очень важны и для разработчика, и для потребителя, поскольку демонстрируют эффективность конструкторских решений и характеризуют поведение грузовика на трассе и его способность к быстрому разгону до заданной скорости и обгону попутного транспорта.

Не ускользнули из поля зрения исследователей и еще два важных параметра — данные о величинах максимальной скорости и пути выбега (наката) со скорости 50 км/ч. Первая из них определяет предельные возможности автопоездов при полной подаче топлива (полный «газ»), а путь выбега характеризует суммарную силу сопротивления движению: чем он больше, тем меньшее сопротивление испытывает АТС. Сама же суммарная сила для движения накатом по горизонтальной дороге складывается из трех составляю-щих: сопротивления качению шин, аэродинамического сопротивления и потерь в трансмиссии.

Выполненный комплекс научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ позволил коренным образом изменить потребительские свойства магистральных автопоездов КамАЗ в лучшую сторону.

Так, контрольный расход топлива при скорости 60 км/ч у базового автопоезда при установке импортных шин вместо отечественных уменьшился с 32,1 л/100 км до 28,4 л/100 км (13,0%) и с 41,0 л/100 км до 37,2 л/100 км (10,2%) при скорости 80 км/ч. Происходит это за счет снижения суммарного сопротивления движению, о чем свидетельствует возрастание пути выбега при установке импортных шин.

На автопоезде КамАЗ-5460О с гипоидным ведущим мостом и двигателем с уменьшенной частотой вращения и повышенным крутящим моментом при установке импортных шин контрольные расходы топлива составляют 26,3 л/100 км при скорости 60 км/ч и 33,4 л/100 км при скорости 80 км/ч, что уже на 22…22,7% меньше по сравнению с базовым автопоездом. Максимальная скорость при этом у автопоезда КамАЗ-5460О возросла на 2,7 км/ч, а время разгона до 80 км/ч сократилось почти на 5 секунд.

Наименьший контрольный расход топлива при скорости 80 км/ч (32,5 л/100 км) имеет третий автопоезд — КамАЗ-5460М. Это на 26,2% меньше, чем у серийного автопоезда. Автопоезд КамАЗ-5460М обладает и наивысшей максимальной скоростью, которая составляет 110,7 км/ч (у серийного — 103,3 км/ч), и наименьшим временем разгона до скорости 80 км/ч — 63,9 секунды против 82,8 у серийного.

Для потребителя гораздо важнее эксплуатационные показатели, а не результаты испытаний на полигоне, поэтому рассмотрим и их. Эксплуатационный расход топлива серийного автопоезда при установке отечественных шин на тягаче и полуприцепе в условиях горно-холмистой местности составляет 60,0 л/100 км, а среднетехническая скорость — 54,7 км/ч. Установка импортных шин «Мишлен» на тягаче позволяет уменьшить расход топлива автопоезда до 57,3 л/100 км.

Применение импортных шин на тягаче КамАЗ-5460О не приводит к улучшению топливной экономичности данного автопоезда. Зато более мощный двигатель с пониженной частотой вращения в сочетании с измененной трансмиссией обеспечивают снижение эксплуатационного расхода топлива почти на 13%. Последний показатель у автопоезда КамАЗ-5460М сопоставим с расходом топлива автопоезда КамАЗ-5460О, тогда как по величине среднетехнической скорости он выгодно отличается от двух других АТС.

Аналогичная тенденция улучшения потребительских свойств в процессе совершенствования конструкции в ее эволюционном развитии отмечается и при эксплуатации автопоездов на равнинных маршрутах. Так, эксплуатационный расход топлива на таких участках дорог у серийного автопоезда составил 41,0 л/100 км при средней скорости 63,5…70,0 км/ч. У второго автопоезда — КамАЗ-5460О — эти показатели составили 37,5 л/100 км при скорости 64,0…70,0 км/ч. Потребительские же свойства третьего из испытанных АТС в части среднетехнической скорости и расхода топлива — 35,3…36,5 л/100 км при скорости 66,5…72,5 км/ч — вплотную приближаются к соответствующим показателям зарубежных аналогов.

Таким образом, за счет уменьшения всех трех составляющих суммарного сопротивления движению — потерь в шинах, трансмиссии и улучшения аэродинамики — удалось снизить эксплуатационный расход топлива более чем на 16%. И, что не менее важно, одновременно получить выигрыш в разгонных характеристиках АТС.

С целью устранения существующего отставания в 1,0…2,0 л/100 км пути по расходу топлива от зарубежных аналогов в настоящее время проводятся предварительные испытания автомобиля КамАЗ-5490 с двигателем экологического уровня EURO-4 с повышенными до 185 кгс•м максимальным крутящим моментом и до 420 л. с. номинальной мощностью. Автомобиль-тягач оборудован гипоидным ведущим мостом, передаточное отношение которого равняется 3,36.

Д. Х. Валеев, главный конструктор ОАО «КАМАЗ»

В. С. Карабцев, главный специалист по испытаниям

Комментарии пользователей

Извините, но у Вас не достаточно прав для добавления комментария.

Авторизация