Технические науки/ 4. Транспорт

С.С.Пернебеков, А.С.Джунисбеков, Т.К.Саматаев

Южно-Казахстанский государственный университет им. М.Ауезова, г.Шымкент, Казахстан

влияниЕ УСЛОВИЙ ДВИЖЕНИЯ транспортного потока на состав отработавших газов АВТОМОБИЛЕЙ

Мерой токсичности автотранспортного источника является величина пробегового выброса загрязняющих веществ. В результате баланса между выбросом веществ и их расходом в воздухе устанавливаются какие-то концентрации. Выброс служит одновременно и мерой загрязнения воздуха, если известна закономерность изменения расхода.

Специфической особенностью автотранспортных потоков является то, что их выброс складывается из дискретных выбросов отдельных автомобилей и эта величина – переменная в пространстве и времени. Пусть автотранспортный поток в самом простом виде представляет совокупность автомобилей одного типа с равными параметрами, движущихся друг за другом на одинаковом расстоянии с какой-то постоянной скоростью. Величина его выброса на участке дороги длиной Х постоянна и будет равна

, (1)

где W – выброс загрязняющих веществ одним автомобилем на единицу длины, г/м; d₀ – расстояние между автомобилями, м.

Если такой источник включает автомобили разного типа и они будут двигаться опять же с постоянной скоростью, то величина выброса будет представлять некоторую случайную функцию. Если типы следующих друг за другом автомобилей образуют марковскую цепь N состояний, то распределение расстояний между автомобилями зависит от их типов

; ; . (2)

Плотность вероятностей состояний этого процесса . Тогда есть ожидаемое количество автомобилей j-го типа, следующих за автомобилями i-го типа на расстоянии .

Общее среднее расстояние между автомобилями в таком потоке равно

, м; (3)

, м. (4)

где – вероятность того, что за автомобилем i-го типа следует автомобиль j-го типа; – доля автомобилей i-го типа в потоке.

Для обычного случайного стационарного процесса плотность вероятностей равна

. (5)

Можно считать, что выброс каждым автомобилем – последовательность случайных величин, распределение которых зависит от типа автомобиля и скорости движения. В этом случае средняя величина выброса одним автомобилем

, (6)

и выброс автотранспортным потоком равен

, (7)

или

. (8)

Таким образом, для автотранспортного потока даже такого упрощенного вида будут иметь место флуктуация выброса, величина которых определяется значением , . Эти флуктуации тем больше, чем больше разнороден состав потока и чем больше диапазон изменения расстояния , что зависит от величины и частоты изменения скорости.

Следовательно, выброс автотранспортного источника, как мера загрязнения воздуха, зависит в первую очередь от таких параметров системы дорожного движения, как интенсивность и состав. В реальных условиях движения к тому же и скорость не может быть постоянной, она меняется в широких пределах и часто, особенно в городских условиях. Ее изменение, кроме того, приводит и к вариации выброса W. Следовательно, в значительной степени определяется режимом движения. Это соображение основано на том, что при изменении режима движения имеет место вариация плотности автотранспортного потока и соответствующее изменение режимов работы двигателей, что обуславливает, конечно, и вариацию W.

Под режимом работы двигателя следует понимать совокупность определенной развиваемой на валу мощности и определенной частоты вращения коленчатого вала двигателя. При движении транспортного потока двигателя автомобилей совершают работу, и при этом происходит выброс загрязняющих веществ, в значительной степени зависящий от величины этой работы. Выброс какого-либо загрязняющего вещества транспортным источником в зависимости от совершаемой двигателями работы может быть представлен в виде

(9)

где – выброс загрязняющего вещества двигателем автомобиля i-го типа в единицу времени, г/ч; – эффективная мощность двигателя, кВт; – максимальная мощность двигателя, кВт; – минимальная мощность двигателя, кВт; – минимальная и максимальная частоты вращения коленчатого вала, об/мин; – коэффициент полезного действия трансмиссии;

– суммарная работа, выполненная всеми двигателями автомобилей i-го типа в интервале режимов на участках дороги «Х».

Удельная токсичность двигателя зависит от его конструктивных особенностей – поршневые, газотурбинные, двигатели внешнего сгорания, роторные двигатели и т.д. В большей степени величина определяется типом смесеобразования и видом используемого топлива – дизели, карбюраторные, двигатели, работающие на газообразном топливе. Безусловно, удельная токсичность может быть снижена за счет применения средств уменьшения токсичности (нейтрализаторы), регулирования процессом смесеобразования, регулировок приборов топливной системы и поддержания хорошего технического состояния двигателя и автомобиля. Именно на этом основана эффективность всех технических мероприятий, направленных на уменьшение выброса и, следовательно, загрязнения воздуха.

Если в процессе движения будут иметь место изменения скорости, сила тяги изменяется на величину и тем больше, чем больше ускорение. Соответственно будет изменяться и величина выброса источником и параметры ездового цикла. К ним, наряду со скоростью, временем движения на отдельных режимах и некоторых других, относится ускорение, характеризующее неравномерность движения. Следовательно, изменение выброса, по сравнению с его значением при движении с постоянной скоростью, несомненно, связано с ускорением автомобилей.

В городских условиях время движения автомобилей с постоянной скоростью составляет менее 10% от общего. Это позволяет сделать вывод, что выброс автотранспортного источника в этих условиях существенным образом зависит от режима движения. Параметры режима движения, характеризующие процесс системы дорожного движения, формируются в свою очередь под влиянием множества факторов, действующих на эту систему. Подавляющее большинство этих факторов имеет стохастическую природу и обусловлены наличием на дорогах различных водителей, отличием технического состояния и динамических качеств автомобилей, изменением дорожных и метеорологических условий. Кроме того, значительное влияние на характеристики режима движения оказывает наличие средств организации движения и методы этой организации.

Таким образом, анализ факторов, определяющих загрязнение воздуха автотранспортным источником, позволяет разделить их на такие группы:

1.Факторы, определяемые метеорологическими условиями.

2.Факторы, обусловленные участниками, дорожными условиями и организацией движения.

3.Факторы, обусловленные техническими параметрами автомобилей и их двигателей.

Исходя из приведенного анализа, можно отметить, что влияние условий движения на загрязнение воздуха проявляется через обусловленное организацией движения соотношение установившихся и неустановившихся режимов в ездовом цикле и вытекающей отсюда степени неравномерности. Методы и средства управления движением, таким образом, в основном определяют формирование вида ездового цикла источников.

Оперативные показатели изменения выброса, следовательно, по своей структуре должны в наибольшей степени отражать ту его часть, которая обусловлена видом цикла, быть универсальными, чтобы достоверно и количественно оценивать разные циклы, иметь широкий диапазон изменения.

Литература

1. Безуглая Э.Ю. Чем дышит промышленный город. – Л.: Гидрометеоиздат, 1986.–258 с.

2. Козлов Ю.С., Меньшова В.П., Святкин И.А. Экологическая безопасность автомобильного транспорта: Учебное пособие. – М.: Агар, 2000.–210 с.

3. Байтекова А.И., Шабанова С.В. Источники загрязнения объектов окружающей среды. – Оренбург, 2003.–48 с.