влияние

В допълнение към повишаване на активната и пасивната безопасност, камионите също трябва да стават все по-икономични в експлоатация. Това също се влияе значително от аеродинамиката.

Намаляващите запаси от петрол в света и непрекъснато нарастващият обем на камионните превози напоследък все повече влияят върху развитието на нови поколения камиони. В допълнение към повишаването на активната и пасивната безопасност, те трябва да бъдат по-икономични в експлоатация и също така по-екологични. Въпросът е главно за намаляване на разхода на гориво и количеството нежелани изгорели газове в отработените газове, особено азотни оксиди NOx, количеството твърди частици (сажди) и количеството въглероден диоксид CO2. В същото време трябва да се отбележи, че CO2 не е директен замърсител, а свързва кислород от въздуха, който след това липсва на хората, животните и растенията. Напоследък най-важното е да се намали количеството CO2, което може да се постигне само чрез намаляване на разхода на гориво. Какви са техническите възможности?

Ефективен транспорт на тон

В допълнение към намаляването на разхода на гориво в двигателя, спазването на принципите на икономично шофиране и подобряване на условията на движение по пътищата, спешно трябва да се намали и съпротивлението при шофиране, особено за най-често срещаните комбинации от полуремаркета. От какво зависи разходът на гориво на практика? Разходът на гориво в литри на 100 км е по-висок, колкото по-висок е специфичният разход на гориво на двигателя, толкова по-голяма е мощността и по-бавен автомобил. В малка степен консумацията също се увеличава с намаляването на специфичното тегло на горивото.

Днешните най-добри дизелови двигатели за камиони имат най-ниския специфичен разход на гориво от всички двигатели с вътрешно горене, 186 g/kWh (т.е. те консумират поне грамове гориво, за да развият един киловат на час) и постигат ефективност от 46%. По този начин по отношение на горивото този транспорт е относително евтин. Това следва и от практически пример: Ако днешният трактор с напълно натоварен полуремарке има общо тегло 40 т и консумира средно 30 л/100 км в самолета със скорост 85 км/ч, тогава той е по отношение на един тон от три четвърти литър дизел на 100 км. Това означава, че такъв двигател е в състояние да транспортира 1000 кг от общото тегло на автомобила на разстояние от 100 км в невероятните 0,75 л дизел, което - за да ви даде представа - съответства на половин голяма бутилка минерална вода . Дори някои нови трактори с полуремарке постигат разход на гориво от около 25 л/100 км при 85 км/ч. По този начин те се нуждаят само от 0,6 л дизел, за да транспортират 1000 кг общо тегло на разстояние от 100 км. Шофьорите на днешните леки автомобили могат само да мечтаят за такова потребление.

Къде са резервите?

С гореспоменатия нисък разход на гориво на двигателите на камиона, тяхната мощност се консумира по време на шофиране, за да се преодолее съпротивлението при шофиране. Това са съпротивлението на трансмисионния механизъм (от двигателя до задвижващите колела), съпротивлението при търкаляне, въздушното съпротивление, съпротивлението по наклон, съпротивлението срещу ускорение и сцеплението на полуремаркето или ремаркето.

Вече няма много възможности за намаляване на разхода на гориво на двигателите с вътрешно горене. Все още обаче има резерви при използването на хибридни задвижвания (комбинации от двигатели с вътрешно горене и електрически двигатели) при разпределението на стоки, особено в градовете. Тук, когато спирате с двигателя и спирачките, електрическата енергия се съхранява в батериите и след това се използва за захранване на автомобила.

Консумираната мощност за преодоляване на съпротивлението на трансмисионния механизъм е около 10% от общата мощност на двигателя. Тук ръчно задвижваните скоростни кутии с други компоненти на трансмисионната система имат относително висока ефективност от 90% с оптимален дизайн, върху който няма какво много да се подобри.

Съпротивлението при търкаляне зависи от стойността на коефициента на съпротивление при търкаляне на гумите и от общото тегло на автомобила. Поради високото налягане на напомпване на гумите за камиони, коефициентът им на съпротивление при търкаляне е около 0,006, което е 2,5 пъти по-малко, отколкото при леките автомобили, които имат значително по-ниско налягане на напомпване. Също така няма големи възможности за по-нататъшни технически подобрения. Интересното е, че при камионите налягането в гумите има много по-голям ефект върху съпротивлението при търкаляне и по този начин върху разхода на гориво, което се дължи на голямото му общо тегло. Друг интересен факт е, че тракторът с полуремарке с общо тегло 40 т трябва да преодолее съпротивлението при търкаляне от 2354 N, което консумира 55,6 kW мощност на двигателя.

Съпротивлението при изкачване зависи от изкачването на пътя и общото тегло на автомобила. Все още има някои възможности за намаляване на теглото на превозното средство, като се оптимизира конструкцията им и се използват по-леки материали.

Инерционното съпротивление по време на ускорението зависи от общото тегло на автомобила, но също и от въртящите му се маси (двигател, трансмисия и колела) и, разбира се, също и от необходимото ускорение, което се влияе от техниката на шофиране и плътността на движението.

Съпротивлението на теглене на полуремарке или ремарке се определя от подобни съпротивления на движение като теглещото превозно средство.

Потенциал за намаляване на въздушното съпротивление

Най-големите пропуски в намаляването на разхода на гориво обаче са в намаляването на въздушното съпротивление на полуремаркетата. Междувременно настоящите разпоредби на ЕС, които ограничават общата дължина на камионите до максимум 16,5 м, до голяма степен предотвратяват това. Това е така, защото двигателят консумира значително количество енергия, за да преодолее въздушното съпротивление. Тази мощност зависи главно от квадрата на скоростта на въздуха около превозното средство (в случай на безветрие) от скоростта на движение), от коефициента на въздушно съпротивление на превозното средство, от предната му повърхност, но също и от плътността на въздуха. Следователно, когато е студено, въздухът е с по-висока плътност, така че автомобилът трябва да „прониква“ с по-дебел въздух и следователно има по-голям разход на гориво.

Най-общо казано, колкото по-висока е мощността на двигателя, толкова повече гориво консумира. За интереса ще заявим, че днешните комплекти трактори с полуремарке имат коефициент на въздушно съпротивление от 0,6 до 0,8 и челна площ по-малка от 10 m2. Само за сравнение: днес пътническите автомобили имат коефициент на въздушно съпротивление от 0,25 до 0,45 и предна повърхност около 2 м2. След това, при разглеждана плътност на въздуха от 1,2 kg/m3, коефициент на въздушно съпротивление 0,8 и безветрена скорост 85 km/h, комбинацията трактор-ремарке има въздушно съпротивление 2,673 N и двигателят трябва да произвежда 63 kW до преодолейте го. При движение с 90 км/ч, въздушното съпротивление се увеличава до 3000 N, а необходимата мощност на двигателя до 75 kW. Положението е много лошо по време на попътен вятър. Например, ако вятърът се духа в обратна посока със скорост 40 km/h на ос с коефициент на въздушно съпротивление 0,8 при скорост на движение 90 km/h, въздушното съпротивление ще се увеличи до 6 255 N и необходимата мощност на двигателя до 226 kW.!

Промишлен изследователски проект

Поради тези причини производителите на трактори Daimler, Iveco и MAN, както и производителите на полуремаркета Kögel, Krone и Schmitz Cargobull, прекараха около година в изследователския проект на автомобилната индустрия, използвайки големия потенциал на въздухоустойчивост за намаляване на разхода на гориво на трактори.с ремарке. Съдействащата компания FluiDyna GmbH извърши всички числени изследвания и беше отговорна за изграждането на модели на аеродинамични тунели и за измерванията в тях.

Изследователската работа се фокусира върху оформянето на предната част на трактора, надлъжната стена на трактора и полуремаркето и задната част на превозното средство. Постоянният въздушен поток без загуби около автомобила, без да се откъсват въздушните струи, е от решаващо значение за ниско въздушно съпротивление. Също така е важно да се оформят предните закръгления, които не трябва да надвишават определен минимален радиус. При скорост на шофиране от поне 60 км/ч тя е по-малка от 118 мм.

При надлъжно оформяне на превозното средство е от интерес да се постигне плавен поток на въздуха около шасито на превозното средство. Това намалява енергията на потока в долната зона близо до автомобила, като по този начин намалява средната скорост на потока. Това от своя страна ще доведе до по-малко повишаване на обратното налягане в задната част на автомобила. Поради това са разработени различни подови и странични капаци, както и различни контури на покрива.

Зад ремаркето се създава кръгов вихър. Задното закръгляване разсейва въздушния поток зад превозното средство и увеличава разстоянието между кръговия вихър и задната част на превозното средство. По този начин зоната на вакуум, обозначена с кръгов вихър, има по-малък ефект върху основното налягане в задната част на ремаркето.

Изследването е извършено върху модел камион в мащаб 1: 2,5. Тази основна форма на превозното средство е използвана при числени и експериментални изследвания. Спойлерът на покрива на основния корпус на автомобила е проектиран така, че ъгълът му на регулиране да се свързва с горния ръб на ремаркето. За по-голяма простота не са взети под внимание нито сенници, направляващи плочи, нито трето огледало. Някои части на шасито, като например резервните колела, задвижващите компоненти и резервоарът обаче бяха взети под внимание, тъй като имаха специален ефект върху въздушния поток.

Разработването на полуремаркето беше фокусирано върху неговия под, тъй като товарното пространство на всички полуремаркета има сходна ширина 2,55 m. Подът на ремаркето включва по-специално надлъжни и напречни греди, както и две резервни колела. Поради реалността на потока около полуремаркето, страничните ръбове бяха наклонени под ъгъл от 45 градуса. Двата горни странични ръба бяха заоблени до радиус от 25 mm.

Аеродинамичните измервания бяха извършени във вятърния тунел Daimler AG в Щутгарт. Симулацията определя коефициента на въздушно съпротивление cx = 0,442 и стойността 0,424 е измерена в аеродинамичния тунел. Тази разлика може да се обясни с факта, че дължината на модела на превозното средство леко надвишава размерите на измервателната пътека на тунела.

Що се отнася до по-малко съпротивление

Както се очакваше, въздушното съпротивление на камиона в изследователския проект беше много по-ниско, отколкото при конвенционалните камиони, тъй като в него бяха пропуснати множество подробности, които биха повлияли неблагоприятно на потока. Установено е, че предната част на трактора причинява по-малко разкъсване на въздушните струи и зоните на обратен поток и съответно по-малки загуби на енергия. Особено условията за налягане около превозното средство са определящи за въздушното съпротивление, тъй като създават тиха удължена зона в предната част на превозното средство и предимно неутрално налягане отзад. В свободното пространство между шофьорската кабина и ремаркето имаше почти постоянно налягане. Това доведе до взаимно въздействие на натиска и сцеплението върху предната част на ремаркето и задната част на кабината. Поради значителната вихрова система над покрива на ремаркето, граничният слой в близост до равнината на симетрия е удебелен. Огледалната втулка създава силен дълъг страничен вихър, който също оказва значително влияние върху дебелината на граничния слой.

От предната страна на трактора те оцениха размера на радиусите на страничните ръбове на 20 до 150 mm. Според изчисленията много разкъсвания на въздушните струи могат да бъдат избегнати при скорост от 80 km/h, ако посочените радиуси са не по-малко от 88 mm.

Чрез удължаване на предната част на трактора с 500 mm, неговата геометрия може да бъде адаптирана, за да увеличи закръгляването на предната част на трактора. Тези мерки може да са намалили общото въздушно съпротивление. Чрез удължаване на предната част на автомобила страничните огледала придобиха особено значение. Те допринасят с десет процента за общото въздушно съпротивление. Още по-добър резултат би бил постигнат чрез подмяна на огледалата със система от камери.

Въздушното съпротивление значително ще намали поставянето на допълнителни капаци в задната част на автомобила. Симулациите на варианти на задния капак дават почти 10% по-малко въздушно съпротивление. По-специално, изследванията изненадващо показват, че най-кратките корици имат най-добри резултати. Долните капаци в задната част на превозното средство не са се подобрили, но представляват значителен риск автомобил да се блъсне отзад.

Закръгляването на концепцията за спускане на покрива започна с първата ос на полуремаркето с височина 4,0 м и стигна до височини 3,5 и 3,0 м. Това намалява въздушното съпротивление с 6,8% при 3,5 м и 10% при 3,0 м. Тези корекции могат да бъдат приложени на практика само ако загубата на товарно пространство е компенсирана от удължаването на превозното средство.

Заключителни бележки

Подобряването на аеродинамиката чрез оптимизиране на предната част на автомобила намалява въздушното съпротивление с 4,5%, което води до икономия на гориво от 1,3%. Мерките обаче са свързани със значителни технически разходи, което ги прави скъпи за прилагане на практика. Чрез оптимизиране на задната част на автомобила с капаци, поставени под ъгъл от 13 градуса, разходът на гориво е намален с 2,7%. При тази подредба превозното средство трябва да бъде удължено с 400 мм. Ако директивите на ЕС бяха адаптирани към това, като започнаха да строят по-дълги камиони, това би имало положително въздействие върху околната среда, както и върху икономиката на превоза на камиони. Поради това FluiDyna GmbH излезе с призив за въвеждането в експлоатация на комплекти с дължина 18,75 м и използването на камиони в системата EuroCombi. Миналата година автомобилите EuroCombi бяха допуснати до пътни изпитания в Германия и според техните поддръжници се очаква те да окажат значително влияние върху подобряването на околната среда и повишаването на ефективността на автомобилния транспорт през следващите десетилетия.

Изготвено в сътрудничество със списанието Камиони и бизнес.

Целта на всекидневника „Правда” и неговата интернет версия е да ви предоставя актуални новини всеки ден. За да можем да работим за вас постоянно и дори по-добре, ние също се нуждаем от вашата подкрепа. Благодарим за всяко финансово участие.