Технические науки/4.Транспорт

Техника ғылымдарының кандидаты Пернебеков С.С.

М.Әуезов атындағы Оңтүстік Қазақстан мемлекеттік университеті, Қазақстан

қоршаған ортаның, автомобильдермен тасымалдауды орындау барысындағы, ластануын бағалау әдістемесі

Көлік құралы адам өмірі мен денсаулығы үшін, оларды жол-көлік апаттарына қатыстырумен, қоршаған ортаны зиянды заттармен ластаумен, көліктік ыңғайсыздықтармен, табиғи ресурстарды пайдаланумен байланысты, жоғарғы қауіптілік көзі болып табылатындығымен бірге ол оң әлеуметтік-экономикалық және моральдық-психологиялық нәтижелерге қол жеткізуге мүмкіндік береді.

Зиянды заттардың меншікті (жүрілген жол бірлігіне – жүрістік, г/км) шығарылымдары, жанармай шығындары автомобильдердің қозғалысының әртүрлі кезеңдері үшін белгіленеді: екпіндету, тұрақты жылдамдықпен жүру, тежелу және бос жүріс кезінде. Жекелеген автокөлік құралдарының жанармай шығындары мен пайдаланылған газдардың зиянды шығарылымдарының меншікті шығындарын сандық тұрғыдан бағалау, негізіне автокөлік құралдарының қозғалысының дифференциалдық теңдеуін шешу жатқызылған, алгоритмді пайдалану арқылы жүргізілуі мүмкін.

Жазық кеңістіктегі автомобильдің қозғалыс теңдеуін келесі түрде жазуға болады

m^& x^& = – F_с + F_т, (1)

мұндағы F_с – қозғалысқа кедергі күштердің қосындысы; F_т= – жетекші біліктердегі тарту күштерінің қосындысы; n – автомобиль біліктерінің саны.

Автокөлік құралының көлденең х және тік жазықтықтардағы z, доңғалаққа келтірілген қозғалыс теңдеулер жүйесі:

, (2)

, (3)

мұндағы – жолдың көтерілу бұрышы; – білігіне келтірілген автомобиль салмағы; – доңғалақтың салмағы; – доңғалақты айналдыру жазықтығындағы инерция моменттерінің қосындысы; – доңғалақтың жол бетімен байланысқан орнындағы қозғалысқа кедергі күштерінің қосындысы; – доңғалақтың, z жазықтығындағы, жол бетімен байланысқан орнындағы қозғалысқа кедергі күштерінің қосындысы; – жетекші білікке келтірілген айналдыру моменті.

Теңдеулердің (2, 3), екпіндету күші деп аталатын сол жағы, масса, трансмиссияның беріліс сандары мен механикалық шығындар арқылы қозғалтқыштың иінді білігінің айналдыру моменті мен айналымдар санымен байланысқан, жетекші доңғалақтардың инерция моменттерімен анықталады. Қозғалтқыштың айналдыру моменті мен иінді білігінің айналдыру жиілігінің әрбір уақыт мезетіндегі мәндеріне, қозғалтқыштың жылулық күйі мен тұрақталған жұмыс режимдерінде жүргізілген тәжірибелер нәтижелерінде алынған көп параметрлі сипаттамалар өрісіндегі, жанармай шығынының, улы заттар концентрациясының белгілі бір мәндері сәйкес келеді.

Көп параметрлі сипаттамалар өрісіндегі, қозғалтқыштың меншікті жанармай шығынының белгіленген өрістердегі концентрациялары кезіндегі кері есепті қозғалыс теңдеуі (2) арқылы шығара отырып, автокөлік құралдарының жүрілген жолдың немесе орындалған көліктік жұмыстың әрбір бірлігіне келтірілген зиянды шығарылымдар шамасы мен жанармай шығынын бағалауға болады. Теңдеуді (3) автомобиль конструкциясы элементтері мен жолдың тегіссіздігі салдарынан пайда болатын тік жазықтықтағы тербелістерге қатысты есептей отырып, автомобиль қорабының тік тербелістерінің қарқындылығының амплитудасы мен шығарылатын тербелмелі акустикалық энергия арасындағы байланыстарды белгілеуге болады.

Келесі теңдеулерді (2, 3) бірге және автомобильдің жол бойындағы қозғалысы мен қозғалтқыштың жұмыс істеуі салдарынан орын алатын тік қозғалыстардың қосындысына қатысты шеше отырып, автомобильдің қозғалыс жайлылығын, ыңғайлылығын бағалауға болады, ал доңғалақтардың тербелмелі акустикалық шағылысуларын ескере отырып, жекелеген көлік құралының шуының деңгейін де анықтауға болады.

Автокөлік құралдарына келтірілген сыртқы күштер мен олардың моменттерінің жазық жүйелері үшін, олардың басқару доңғалақтарының, тура бағыттағы қозғалысқа сәйкес келетін, қалпында олардың ілгерілемелі қозғалу шарты қабылданады. Автомобиль, барлық бөлшектердің тізбекті қозғалыстағы массаларынан және бір мезгілде ілгерілемелі және айнымалы қозғалыста болатын бөлшектердің массаларынан тұратын, материалдық нүктелердің эквиваленттік механикалық жүйесімен алмастырылады. Жүйедегі нүктелер әрбір уақыт мезетінде, сырғанау бетіне паралель, тең ілгерілемелі қозғалысқа ие болады.

Автокөлік құралының автомобиль жолының бойымен v_а жылдамдығымен қозғалысы кезінде, автомобильді қозғалтушы барлық күштердің F_т қосындысы қозғалысқа кедергі күштерінің F_с қосындысынан кем болмайтындығын ескере отырып, біршама түрлендірулерден соң автокөлік құралдарының ілгерілемелі қозғалысының теңдеуі мынадай түрде берілуі мүмкін:

, (4)

мұндғы δ_айн – айналудағы массаларды есептеу коэффициенті; m_a – автокөлік құралының массасы; g – еркін түсу үдеуі; α_д – жолдың бойлық кескінінің еңістік бұрышы.

Механикалық трансмиссиялы автокөлік құралдары үшін (4) теңдеуін былайша жазуға болады:

(5)

мұндағы D_a – автокөлік құралының динамикалық факторы; y – қозғалыс кедергісінің коэффициенті.

Формуладағы (5) динамикалық фактор былай анықталады

, (6)

мұндағы М_е – қозғалтқыштың иінді білігіндегі айналдыру моменті: u_бқ, u_б – берілістер қорабы мен басты берілістің берілістер саны; η_үйк – трансмиссияның пайдалы әсер коэффициенті; r_к – дөңгелек радиусы; Ф – автокөлік құралының сүйірлік факторы.

Айналымдағы массаларды есептеуші коэффициент:

δ_айн = 1,04+( J_д u_бқ² u_б ² /m_a r_к²), (7)

мұндағы J_д – қозғалтқыш бөлшектерінің айналымдағы массаларының инерция моменті.

Қозғалысқа кедергі коэффициентін жуықтап, мына формула бойынша бағалаймыз

, (8)

мұндағы ƒ₀ – нөлге жақын қозғалыс жылдамдығы кезіндегі тербеліске кедергі коэффиценті; ƒ₁ – қозғалыс жылдамдығының артуына байланысты, тербеліске кедергінің өзгерісін анықтайтын коэффициент.

Автомобильдің жылдамдығы мен үдеуінің, жанармай шығынының, қозғалыс бағыттарындағы және қозғалыстың жеке кезеңдеріндегі зиянды заттардың шығарылымдарының лездік және интегралдық мәндері келесі берілген мәліметтер негізінде бағаланады – қозғалтқыштың жұмысының жүктемелік-жылдамдық режимдері, пайдаланылған газ құрамындағы компоненттердің концентрациясы (CO, C_xH_y, NO_x, CO₂, қатты бөлшектер), қозғалтқыштық стендте тәжірибе жүзінде алынған, көп параметрлі сипаттама өрісіндегі жанармай шығыны.

Бензиндік қозғалтқышты автокөлік құралдарының бос жүріс режиміндегі жанармай шығынын (г/сағ) бағалау үшін төмендегі формуланы пайдалануға болады

(9)

мұндағы П – қозғалтқыштың жеделдетілу деңгейін, бір мезетте жылулық, динамикалық жүктемелермен және материал сыйымдылығын бейнелейтін кешенді өлшеуіш, [кг·л/(кВт²·мин¹)]:

(10)

мұндағы m_м – меншікті масса, кг/кВт; N_e, n – қозғалтқыштың белгіленген қуаты мен иінді біліктің айналдыру жиілігі, мин^-1; V_h – қозғалтқыштың жұмыс көлемі.

П көрсеткіші бензиндік жеңіл автокөлік құралдары үшін - (0,2-0,3)10^-4, бензиндік қозғалтқышты автобустар үшін – (0,4-1,3)10^-4, жүк автомобильдері мен дизельдік қозғалтқышты автобустар үшін – (2,0-4,01)10^-4 құрайды.

Қозғалыс жылдамдығы v_а=const болатын жағдайлардағы жүрісті қалдықтарда автокөлік құралдарының қозғалысында тежеу және айдау фазаларының әсерін салыстыруға келесі коэффициенттер пайдаланылады:

, (11)

, (12)

мұндағы w_j – автокөлік құралының і тұрақты қозғалыс жылдамдығындағы екпіндеуі кезіндегі, жылдамдықтардың (0-i) аралығындағы және тежелу кезіндегі, жылдамдықтардың (i-0) аралығындағы, j-зиянды затының меншікті шығарылымы.

Бензинмен жұмыс жасайтын автокөлік құралдарында екпіндеу кезінде СО мен NO_x қалдықтары едәуір өседі, сонымен қатар қозғалтқыш литражының өсуімен коэффицентінің шамасы төмендейді. Жанармай шығыны мен С_хН_у шығарылымдары да артады (3,5-3,9 есе). Тежелу кезінде меншікті шығарылымдар шамасы 3-10 есе төмендейді.

Бензинмен жұмыс жасайтын қозғалтқыштарға қарағанда, газбен жұмыс жасайтын қозғалтқыштарда СО мөлшері төмен болады. Сығылған мұнай газдарын пайдалану NО_x және С_хН_у шығарылымдарының мөлшерін төмендетеді, ал сол уақытта сығылған табиғи газдарды пайдаланғанда осы заттардың меншікті шығарылымдарының өсуі байқалады. Ал жанармай ретінде газ бен дизельдік отын қоспасын пайдаланатын қозғалтқыштарды қолдану СО мен С_хН_у шығарылымдарының елеулі түрде өсуіне, бірақ қатты қалдықтар мен NО_x қалдығының төмендеуіне әкеледі. Дизельдік қозғалтқыштармен жұмыс жасайтын көлік құралдарына қарағанда, бензинмен жұмыс жасайтын іштен жану қозғалтқыштарымен жұмыс істейтін автобустар мен жүк автомобильдерінде СО қалдығы 5,4-6,5 есе үлкен. Алайда алдыңғыларының SO₂ мен NO_x қалдықтары (2,7...1,9 есе) көп болады.

Бензинмен жұмыс жасайтын қозғалтқыштары бар автокөлік құралдарының пайдалану жағдайларындағы жанармай (кг/100км) мен май Q_м (г/100км) шығындарын бағалауды төмендегі формула арқылы орындауға болады:

(13)

(14)

Жалпы зиянды шығарылымдардың деңгейі табиғи-климаттық факторларға, агрегаттардың техникалық жағдайына (тозу мен ақаулы жүйелер салдарынан реттеу параметрлерінің рұқсат етілген шамалардан өзгеше болуы) және т.б. байланысты болады. Төменгі температураларда (250 К) СО және С_хН_у шығарылымдарының өсуі байқалады, ал NО_x шығарылымдарының шамасы негізінен өзгермейді. Қозғалтқыштың ұзақ уақыт жұмыс жасауы барысында СО, С_хН_у шығарылымдары, күйелер шамасы 1,5-2 есе өседі, ал NО_x шығарылымдарының шамасы 25% дейін төмендейді. Қозғалтқыштардың техникалық жағдайының, көліктік жұмысты орындау барысындағы, зиянды шығарылымдардың шамаларына тигізетін әсерін есепке алмасақ, онда СО₂, СО, С_хН_у шығарылымдарының шамалары 1,2-2 есе, май шығыны 3 есе төмендетіледі, ал NO_x шамасы 1,1-1,6 есе жоғарылайды.

Әдебиеттер

1. Луканин В.Н., Трофименко Ю.В. Снижение экологических нагрузок на окружающую среду при работе автомобильного транспорта // Итоги науки и техники. ВИНИТИ, Автомобильный транспорт. – 1996. Т. 19.

2. Методика определения массы выбросов загрязняющих веществ автотранспортными средствами в атмосферный воздух. – М.: НИИАТ, 1987.