1. Введение
Регионы, обладающие ценными ресурсами, ископаемыми и сельскохозяйственными угодьями, имеют большое стратегическое значение, поэтому их освоение требует повышенного внимания. В связи с особенностями климатических условий в отдалённых регионах, возникают некоторые сложности в сфере транспортной логистики. Такая проблема выражается в отсутствии твердых дорожных покрытий, транспортных путей, что в конечном итоге приводит к потере работоспособности неприспособленной к трудным условиям эксплуатации техники. Таким образом, требуется применение эффективных мер по достижению высококачественной подготовки к эксплуатации транспортных средств для успешной реализации поставленных задач. Вследствие обеспечения подготовленного транспорта удастся обеспечить отдаленные районы всей необходимыми материально-техническими и бытовыми средствами [1], [2]. Налаживание транспортной инфраструктуры [3], [4] в регионах позволит обеспечить бесперебойную транспортировку продукции, которая необходима для успешного функционирования хозяйств на отдаленных территориях. Таким образом, следует предпринять действия по развитию транспортных комплексов и машин, которые смогут обеспечить работоспособную среду в экстремальных условиях. Модернизация существующих объектов транспортной инфраструктуры, а также создание новых транспортных средств позволит сделать благоустройство отдаленных регионов более эффективным. При этом важной задачей освоения региона остаётся соблюдение всех экологических норм, а также стандартов при эксплуатации техники [5].
2. Методы и принципы исследования
По мере развития технологических решений, инфраструктуры в целом и роста населения, как никогда раньше, требуется решение сложной задачи, а именно обеспечение экологической безопасности в техногенной среде обитания человека. В условиях повышенной концентрации вредных веществ от выбросов транспортными средствами с двигателями внутреннего сгорания следует разработать необходимые принципы безопасности. Одним из способов снижения вредных выбросов считается замена вида топлива, используемого для обеспечения работы транспортных средств. Одним из способов, который успешно развивается на сегодняшний день, является электрификация
[6][7][8]
Обеспечение экологичности окружающего мира является не единственной причиной снабжения сельскохозяйственных транспортных средств и автомобилей, а также транспортных средств специального назначения электрическими силовыми агрегатами. Так, например, в работе [9] провели исследования двигателей внутреннего сгорания и электрических двигателей. Данные, полученные в процессе расчётов, показали, что двигатели на электрической тяге позволяют достигать максимального крутящего момента на начальной стадии движения, что способствует быстрому набору необходимой скорости и извлечению наибольшего крутящего момента. Конструкция электрического двигателя устроена таким образом, что в нём практически отсутствуют трущиеся детали и узлы, а также механические переключения. Таким образом, передача крутящего момента происходит через редуктор, либо непосредственно напрямую к колёсам без воздействия дополнительных элементов.
3. Основные результаты
При проведении исследований было произведено сравнение скоростных характеристик двигателя внутреннего сгорания и электрического двигателя, применяемого на транспортном средстве (автомобиле). На графике (рис. 1) представлена скоростная характеристика дизельного двигателя «ISF3.8s5154 турбо» установленного на автомобиле ГАЗон NEXT, имеющий мощность 157 л.с. (115 кВт), при этом крутящий момент составляет 528 H*м [4].
График внешней скоростной характеристики дизельного двигателя
Анализируя результаты, отраженные на графике, можно сделать следующий вывод: двигатель затрачивает некоторое время, чтобы набрать необходимое количество оборотов коленчатого вала для достижения наиболее эффективного крутящего момента. В то время как двигателям внутреннего сгорания необходимо продолжительное время и дополнительное усилие для вращения коленчатого вала, электрические двигатели с самого начала работы позволяют обеспечить наиболее эффективные условия эксплуатации. Для сравнения, на рисунке 2 представлена скоростная характеристика электрического двигателя, установленного на автомобиль «Tesla model S» мощность которого составляет 310 кВт, а крутящий момент 601 H*м [5].
График внешней скоростной характеристики электрического двигателя
Сопоставив скоростные характеристики обоих двигателей, из графиков, которые представлены на рисунках 1 и 2, наблюдается заметное расхождение моментов и мощности. Так, например, у дизельного двигателя с возрастанием оборотов коленчатого вала происходит постепенное уменьшение крутящего момента и мощности, в то время как у электрического с увеличением скорости движения и вращения вала момент остаётся постоянным на протяжении некоторого времени.
Используя полученные результаты можно предположить, что при использовании электрического привода силового агрегата повышается эффективная работа всего механизма (транспортного средства).
4. Обсуждение
Сам процесс работы тепловых двигателей автомобилей можно описать как преобразование тепловой энергии, возникающей в процессе сгорания топливовоздушной смеси в цилиндрах, в механическую. У двигателя внутреннего сгорания количество циклов сгорания пропорционально частоте вращения вала, а также количеству сгоревшего топлива, вследствие чего на малых оборотах не развивается полная мощность. Процесс работы электрического двигателя можно описать как преобразование электрической энергии за счёт взаимодействия магнитных полей ротора и статора [10], [11]. Сам процесс происходит с большой скоростью, а скорость изменения поля в двигателе определяет индуктивность обмотки. Таким образом, можно сделать вывод, что электромагнитные процессы в электрическом двигателе происходят быстрее, чем газодинамические и химические в двигателе внутреннего сгорания. В сравнении с двигателями внутреннего сгорания, электрический двигатель вырабатывает больший крутящий момент в начале движения транспортного средства [12]. Кроме высоких тяговых показателей, электрический двигатель обеспечивает меньшее количество выбросов вредных веществ в атмосферу. Установка таких агрегатов положительно отражается на экологической безопасности и эксплуатационных характеристиках транспортных средств.
5. Заключение
Электрификация транспортных средств — востребованное направление для экологической безопасности. Применение электрических двигателей позволит заменить привычные двигатели внутреннего сгорания, что приведёт значительному сокращению концентрации выхлопных газов в атмосфере. Результаты исследований могут представлять интерес и использоваться для будущих исследований транспортных средств. Таким образом, модернизация конструкций и силовых агрегатов сельскохозяйственных транспортных средств и транспортных средств специального назначения является необходимым условием для повышения эксплуатационных характеристик и функциональности техники.