Материал: Безопасность жизнедеятельности в экологически неблагоприятных условиях. Суровцев И.С., Борисов Ю.М
ного обоснования, выброс вредных веществ, рекомендуется находить по зависимостям массового выброса (пробегового выброса). Последние получены моделированием работы двигателей в режимах ездовых циклов, с большой продолжительностью холостого и принудительного холостого хода, резких разгонов и торможений. Однако точно определить количество вредных веществ (граммы на пикет, на километр дороги) двигателями внутреннего сгорания практически невозможно. Величина выбросов вредных веществ зависит от многих факторов: расхода топлива, коэффициента избытка воздуха α (отношение количества воздуха, присутствующего при сгорании к теоретическому количеству воздуха, необходимому для полного сгорания топлива), конструктивных параметров элементов двигателя, угла опережения зажигания, режима работы двигателя, частоты вращения вала двигателя, степени сжатия и формы камеры сгорания, особенностей процесса подготовки и сгорания смеси, технического состояния и др.
Основой для разработки практических методик расчёта выбросов, на наш взгляд, должны быть не статистические массовые показатели, а результаты моделирования режимов движения автомобилей с расчётом параметров топливовоздушной смеси и фактического выброса вредных веществ с отработавшими газами автомобилей.
Тот или иной режим работы автомобиля и двигателя водитель выбирает, анализируя технический уровень и эксплуатационное состояние дороги на данном участке, что определяет расход топлива, объёмотработавшихгазов, концентрациювредныхвеществвнихит.д.
1. Определения количества токсичных веществ, выделяемых автомобилем при движении в
режиметяговогоусилия. |
|
Коэффициент избытка воздуха α находим по эмпирической формуле для карбюраторных |
|
двигателей |
|
α = 0, 97 + R(0,0633 + R(0,2733 + R(-0,3733 - 3,0933R))), |
(1) |
где R = Н – 0,5; Н – относительная нагрузка двигателя. |
|
При известной степени открытия дросселя р и частоте вращения двигателя n относи-
тельная нагрузка определяется по формуле: |
|
H = NP / N, |
(2) |
где NP – мощность двигателя при частоте n и степени открытия дросселя, кВт; N – максимальная мощность при частоте n, кВт.
Мощность NP [2] находят по формуле
|
|
|
N |
|
|
|
n |
|
3 |
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n |
|
|
|
|
n |
|
|
(3) |
|||||||
|
|
|
N |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
ap n |
|
bp n |
|
cp n |
; |
|
|||||||||||||
|
|
|
|
max |
|
m |
m |
|
|
m |
|
|
|
|||||||||||
Коэффициенты а Р, b P, с Р определяют по таблице 1, мощность N – по той же формуле |
||||||||||||||||||||||||
при а Р = - 1,32; b Р = 1,62; с Р = 0,7. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 1 |
|||||
|
Коэффициенты аР, bP, сР для карбюраторных двигателей |
|
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
Коэффициенты |
|
|
Степень открытия дроссельной заслонки, % |
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
100 |
90 |
|
|
80 |
|
|
|
70 |
60 |
|
|
50 |
|
40 |
|
30 |
|
20 |
||||||
а Р |
-1,32 |
-1,32 |
|
-1,32 |
|
|
-1,32 |
-1,32 |
|
-1,3 |
|
-1,27 |
|
-1,25 |
|
-1,22 |
||||||||
b P |
1,62 |
1,6 |
|
|
1,57 |
|
|
1,48 |
1,38 |
|
1,21 |
|
1,0 |
|
0,66 |
|
0 |
|||||||
c Р |
0,7 |
0,7 |
|
|
0,7 |
|
|
|
0,7 |
0,7 |
|
0,71 |
|
0,73 |
|
0,78 |
|
0,82 |
||||||
Для дизелей (по формуле Н.Я. Говорущенко)
α = 2–Н. (4)
Эмиссию окиси углерода карбюраторными двигателями вычисляют по формуле
55
GCO |
4170 G 1 ,при 0,95 |
, |
(5) |
229 exp 18.3 0.95 G,при 0,95 |
где G – расход топлива, л.
Верхняя часть этой формулы соответствует теории двигателя, нижняя часть учитывает эмпирическую зависимость эмиссии окиси углерода.
Эмиссию окислов азота и углеводородов находят по зависимостям
GNO PNOG , |
(6) |
GCH PCH G , |
(7) |
где PNO , PCH – относительная концентрация соответственно окислов азота и углеводородов в
1 л отработавших газов.
Эмиссию токсичных веществ дизелями определяют по формулам вида
GCO,NO,сажа PCO,NO,сажаVГ , |
(8) |
гдеPCO,NO,сажа – относительные концентрации соответствующих токсичных веществ; VГ |
– |
объем отработавших газов, л.
Объем отработавших газов дизелей рассчитывают в соответствии с теорией двигателя
V |
RсмT |
(G G ) , |
(9) |
|
|||
Г |
р |
в |
|
|
|
|
|
где RСМ = 29,3; T – температура воздуха, градусы Кельвина; ρ – |
атмосферное давление, |
||
кг/м2; GB – количество воздуха, участвующего в сгорании, кг. |
|
||
Принимая Т = 300˚, находим |
880 G GB . |
|
|
VГ |
(11) |
||
Количество воздуха GB в соответствии с теорией двигателя |
|
||
|
GB 15 G . |
(12) |
|
2. При работе двигателя на холостом ходу (накат, торможение двигателем, остановка
на перекрестках и т.п.) количество токсичных веществ определяют по формулам при = 0,85.
При этом для карбюраторных двигателей |
|
GCO 0,63G , |
(13) |
GCH 0,084G , |
(14) |
GNO 0,055G , |
(15) |
Для дизелей |
|
GCO 0,0005G , |
(16) |
GNO 0,0018G , |
(17) |
Gсажа 0,0012G . |
(18) |
В таблице 2 показаны результаты расчета окиси углерода в отработавших газах по предлагаемому методу и экспериментальным данным. Можно отметить удовлетворительную сходимость расчетного метода с экспериментом и рекомендовать его к оценке проектных решений автомобильных дорог по токсичности отработавших газов.
56
Таблица 2 Расчет эмиссии окиси углерода (кг) при различных оборотах двигателя различной степени
открытия дросселя для автомобиля ЗИЛ – 130
Частота двигателя, об/мин |
n |
1125 |
1475 |
1825 |
2175 |
2525 |
2875 |
3075 |
|
1 |
|
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
Относительная частота |
n/nm |
0,35 |
0,46 |
0,57 |
0,68 |
0,79 |
0,9 |
0,96 |
|
Относительная |
мощность |
N/Nmax |
0,4 |
0,54 |
0,68 |
0,81 |
0,91 |
0,98 |
0,99 |
при =1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= 0,93 |
|
N/Nmax |
- |
- |
0,68 |
0,80 |
0,90 |
0,97 |
0,98 |
|
|
H |
- |
- |
1 |
0,99 |
0,99 |
0,99 |
0,99 |
|
|
α |
- |
- |
0,83 |
0,844 |
0,83 |
0,83 |
0,83 |
|
|
G |
- |
- |
26,5 |
30,6 |
34,5 |
38,4 |
38,4 |
|
|
GCO Р |
- |
- |
18,8 |
19,8 |
24,5 |
27,2 |
27,2 |
|
|
GCO Ф |
- |
- |
16 |
18 |
22,4 |
24 |
27 |
= 0,78 |
|
N/Nmax |
- |
0,52 |
0,67 |
0,78 |
0,87 |
0,93 |
0,93 |
|
|
H |
- |
0,974 |
0,985 |
0,975 |
0,967 |
0,965 |
0,949 |
|
|
α |
- |
0,866 |
0,83 |
0,864 |
0,874 |
0,876 |
0,894 |
|
|
G |
- |
19,9 |
25,2 |
28,9 |
32,3 |
35,3 |
36,8 |
|
|
GCO Р |
- |
11,1 |
15,7 |
16,4 |
17,0 |
18,3 |
16,3 |
|
|
GCO Ф |
- |
11,7 |
13,6 |
18 |
22,5 |
24 |
14,4 |
= 0,64 |
|
N/Nmax |
0,36 |
0,49 |
0,616 |
0,72 |
0,79 |
0,818 |
0,84 |
|
|
H |
0,95 |
0,914 |
0,906 |
0,889 |
0,868 |
0,849 |
0,818 |
|
|
α |
0,935 |
0,925 |
0,932 |
0,943 |
0,95 |
0,969 |
0,974 |
|
|
G |
15,2 |
18,7 |
23,1 |
26,8 |
30,4 |
32,3 |
33 |
|
|
GCO Р |
4,1 |
5,8 |
6,6 |
6,3 |
6,3 |
5,2 |
4,9 |
|
|
GCO Ф |
4 |
7,2 |
7 |
5 |
7,1 |
5 |
2,8 |
= 0,50 |
|
N/Nmax |
0,35 |
0,45 |
0,47 |
0,61 |
0,60 |
0,655 |
0,6 |
|
|
H |
0,875 |
0,851 |
0,826 |
0,79 |
0,749 |
0,697 |
0,663 |
|
|
α |
0,961 |
0,966 |
0,971 |
0,982 |
0,984 |
0,985 |
0,984 |
|
|
G |
14,3 |
17,8 |
20,7 |
23,2 |
25,2 |
27,4 |
28,2 |
|
|
GCO Р |
2,6 |
3,1 |
3,2 |
3,0 |
3,1 |
3,3 |
3,5 |
|
|
GCO Ф |
2,8 |
3,2 |
3 |
2,4 |
3,7 |
2,5 |
1,6 |
= 0,36 |
|
N/Nmax |
0,34 |
0,4 |
0,47 |
0,513 |
0,509 |
0,455 |
0,4 |
|
|
H |
0,786 |
0,749 |
0,698 |
0,633 |
0,56 |
0,472 |
0,404 |
|
|
α |
0,981 |
0,985 |
0,986 |
0,977 |
0,975 |
0,968 |
0,966 |
|
|
G |
12,2 |
14,8 |
17,6 |
19,2 |
20,6 |
21,3 |
22,2 |
|
|
GCO Р |
1,6 |
1,8 |
2,1 |
2,7 |
3,0 |
3,5 |
3,7 |
|
|
GCO Ф |
2,1 |
2,5 |
2,5 |
2,5 |
2,5 |
2,6 |
2,2 |
( GCO, p – расчетные значения, GCO,ф – результаты наблюдений, расход топлива G в кг)
3. При определении количества выбросов газообразных вредных веществ предлагается методика, учитывающая условия движения автомобиля в потоке, структуру парка автомобилей, их техническое состояние
mi JiQкмK1K2 K3KдвКтп , |
(19) |
где mi – количество выброса i-oro вида примеси в атмосферу, отнесённое к 1 км пройденного автомобилем пути; Ji – содержание i-гo вида вредной примеси в топливе, г/л, [2]; Qкм – расход топлива на 1 км пробега автомобиля, л/км; K1, K2 , K3 – коэффициенты влияния соот-
57
ветственно среднего возраста парка автомобилей, уровня технического состояния, природноклиматических условий; Kдв – коэффициент, учитывающий условия движения автомобиля;
Ктп – коэффициент, учитывающий тип покрытия.
4.Оптимизация проектного решения по минимуму токсичных веществ может основываться на обобщённом показателе токсичности. Обобщающий показатель токсичности – это общее количество вредных веществ с учётом их относительной ядовитости, которая определяется с учётом санитарных норм концентрации этих веществ.
Принимая токсичность окиси углерода за единицу [2], получают следующий ряд относительной токсичности веществ: 1:0,67:10:20. обобщённый показатель Т токсичности находят по эмиссии Р отдельных вредных веществ
n |
n |
n |
n |
|
Т Pj Pco, j 0,67 Pj Pcн, j 10 Pj PNO, j 20 Pj Pсж, j , |
(20) |
|||
j 1 |
j 1 |
j 1 |
j 1 |
|
где j – номер типа автомобиля, n -общее количество типов автомобилей, Pj |
– часть автомо- |
|||
билей j –го типа в составе потока; |
Pco, j , Pcн, j – соответственно эмиссии окиси углерода, угле- |
|||
водородов, окислов азота, сажи для автомобиля j –го типа, вычисляемые по формулам алго-
ритма расчёта эмиссии токсичных веществ.
Вариант проектного решения с меньшим значением Т экологически более безопасен. С целью повышения точности и достоверности транспортно-эксплуатационных характеристик автомобильных дорог при их проектировании предложено применять не статистические массовые показатели, а результаты моделирования режимов движения автомобилей с расчётом параметров топливовоздушной смеси и фактического выброса вредных веществ с отработавшими газами автомобилей. Рассчитанные с учетом этого принципа такие показатели, как скорость движения, расход топлива, токсичность и т.п., существенно повышают степень оптимизации проектных решений при вариантном проектировании дорог и организации
движения на них.
Библиографический список
1.Курьянов В.К. Организация дорожного движения в лесном комплексе. [Текст]: моногр. / В.К. Курьянов, Ю.И. Трофимов, О.В. Рябова, А.В. Скрыпников, З.Н. Нахаев, В.А. Морковин; ВГУ. – Воронеж, 2008.- 176 с.
2.Рябова О.В. Совершенствование методов оценки транспортно-экологических качеств автомобильных дорог [Текст] : моногр. / О. В. Рябова, А.В. Скрыпников, Е.В. Кондрашова; ВГЛТА.- Воронеж : ВГЛТА, 2005. – 277 с.
References
1.Kuryianov V. K. The traffic organization in a wood complex. [Text]: / V.K.Kurjanov, J.I.Trofimov, O.V.Ryabova, A.V.Skrypnikov, Z.N.Nahaev, V.A.Morkovin; VSU. – Voronezh, 2008.176 with.
2.Ryabova O.V. The improvement of the estimation methods of transport and environmental qualities of highways [Text]: monograph / O.V.Ryabova, A.V.Skrypnikov, E.V.Kondrashova; VSFTA .-Voronezh: VSFTA, 2005. - 277 р
58
УДК 625.768.5
Воронежский государственный |
Voronezh State University of Architecture |
|
архитектурно-строительный университет |
and Civil Engineering |
|
Д-р техн. наук, проф. кафедры проектиро- |
Professor of the Department |
of Road and |
вания автомобильных дорог и мостов |
Bridge Design T.V. Samodurova; |
|
Т.В. Самодурова; |
Postgraduate student of the |
Department of |
Аспирант кафедры проектирования авто- |
Road and Bridge Design A.S. Gasparyan |
|
мобильных дорог и мостов А.С. Гаспарян |
Russia, Voronezh, ph. +7(4732)71-52-02; |
|
Россия, г.Воронеж, тел.+7(4732)71-52-02; |
e-mail: tvs@vmail.ru |
|
e-mail: tvs@vmail.ru |
|
|
Т.В. Самодурова, А.С. Гаспарян
РАСЧЕТНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ДЛЯ ОЦЕНКИ БЕЗОПАСНОСТИ ДВИЖЕНИЯ ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ В ЗИМНИХ УСЛОВИЯХ
Обосновывается необходимость оценки безопасности движения при проведении работ по зимнему содержанию автомобильных дорог. Приведена методика обработки данных наблюдений метеостанций. Получен закон распределения интенсивности снегопадов в период проведения работ. Рассчитана метеорологическая дальность видимости при снегопадах различной интенсивности.
Ключевые слова: безопасность движения, интенсивность снегопада, закон распределения, метеорологическая дальность видимости.
T.V. Samodurova, A.S. Gasparyan
PARAMETERS FOR TRAFFIC SAFETY ESTIMATION IN WINTER PERIOD
Necessity of traffic safety estimation during the winter maintenance operations is justified. The paper considers the technique of meteorological data processing. The probability distribution for snowfall intensity has been obtained. Meteorological visibility distance for snowfalls of various intensity is calculated.
Keywords: traffic safety, snowfall intensity, probability distribution law, meteorological visibility distance.
Повышение риска возникновения дорожно-транспортных происшествий (ДТП) в зимний период обусловлено снижением сцепных качеств дорожного покрытия и видимости при выпадении осадков. При снегопадах и метелях значительные помехи в режимы движения транспортных потоков вносят также отряды снегоуборочной техники из-за:
-скорости движения, более низкой, чем средняя скорость транспортного потока,
-повышенных габаритов навесного оборудования,
-малых интервалов между машинами в отряде,
-расположения дорожных машин по всей ширине проезжей части дороги.
Основная цель проводимых исследований – оптимизация параметров технологиче-
ских схем организации работ по снегоочистке по условиям безопасности движения. Одна из задач исследования – оценка влияния параметров снегопадов на условия видимости.
Метели и снегопады сопровождаются ухудшением видимости. При изучении метеорологической дальности видимости Бачуриной А.А. были установлены наиболее информативные параметры - интенсивность снегопада и скорость ветра. Снижение видимости вызы-
© Самодурова Т.В., Гаспарян А.С., 2009
59