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.). 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.

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 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. Там же отражено влияние импортных шин Michelin 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 на выбранных равнинных маршрутах, характерных для условий движения автомобилей подобного класса.

Полученные на динамометрической дороге автополигона результаты лабораторно-дорожных испытаний 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 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.

Технические данные и экспертизу предоставлии Д. Х. Валеев, главный конструктор ОАО КАМАЗ b В. С. Карабцев, главный специалист по испытаниям ОАО КАМАЗ

Автор: Владимир Карабцев

Поделиться
Подпишись на Я.Н