1. Введение

Строительная отрасль характеризуется высокой вероятностью возникновения производственного травматизма. Кроме того, объекты строительства на значительном удалении от стационарных лечебных учреждений. Оперативность в оказании медицинской помощи является главным условием в спасении жизни пострадавшего. В условиях, когда строительство ведется в тайге, горной местности или на заболоченных участках, единственным решением становится использование передвижного медицинского комплекса на шасси высокой проходимости.

Эффективность такого комплекса напрямую зависит не только от наполнения медицинским оборудованием, но и от способности транспортной базы преодолевать тяжелое бездорожье [1], [2], [3]. Целью данной работы является обоснование выбора автомобиля Урал-4320 в качестве платформы для медицинского модуля на основе расчета его мощностных характеристик.

2. Методы и принципы исследования

Крупные инфраструктурные проекты (строительство трубопроводов, дорог, ЛЭП, разработка месторождений) ведутся вдали от городов, где нет пунктов медицинской помощи. В условиях бездорожья и сурового климата стандартный автомобиль скорой помощи не сможет преодолеть сложные дорожные условия и обеспечить эффективную помощь [4], [5], [6], [7].

На сегодняшний день есть примеры использования реанимобилей на шасси Урал-4320 для оказания помощи на удаленных объектах.

В Челябинской области запущен комплекс на базе КАМАЗа (аналог Урала) для дежурства на трассах и обеспечения безопасности массовых мероприятий в труднодоступной местности [8], [9], [10].

Шасси Урал-4320 с колесной формулой 6х6 и системой регулирования давления в шинах позволяет медицинскому комплексу добираться до строительной площадки в условиях полного бездорожья, грязи или глубокого снега.

В работе применён аналитический метод расчёта тягово-скоростных свойств колёсного транспортного средства для расчета выбранного шасси.

Для оценки требуемой мощности двигателя, обеспечивающего полноценную работу медицинского комплекса и его транспортировки, был произведен ее расчет. На первом этапе была найдена величина

касательной силы тяги, которая находится из уравнения тягового баланса:

Fk =Ff+Fh+Fw+Fj

где:

Ff — сила сопротивления качению, определяется по формуле:

Ff=mag∙f∙cosα

Fh — сила сопротивления подъему с углом α:

Fh=mag∙sinα

Fw — сила сопротивления воздушной среды:

Fw=kw∙Aл∙v2

kw — коэффициент обтекаемости; k = 0,9 Н∙с2/м4, при малых скоростях сопротивлением воздуха можно пренебречь;

Aл — площадь миделя, м2

Fj — отношение колеи автомобиля к его высоте:

Fj = В∙Н

B= 2,5 м— колея автомобиля;

H = 3,5 м — высота автомобиля.

Подставив значения в уравнение выше, была определена максимальная сила тяги. Величина данной силы проверялась на условие сцепления с грунтом:

Fkmax Missing Mark : sub

≤ Fφ

где

Fφ — максимально реализуемая сцепная сила;

Расчет мощности двигателя производился с использованием следующей формулы:

Ne= ( ∙ v)/(1000 ∙ ηтр).

Полученные результаты расчетов приведены в таблице 1.

Для построения внешней скоростной характеристики двигателя использовался метод Лейдермана, рассчитаны зависимости мощности и удельного расхода топлива от частоты вращения коленчатого вала:

Ne = NeN (a(ne/neN)+b(ne/neN)2 – c(ne/neN)3)

ge = gemax (a0 - b0(ne/neN)+c0(ne/neN)2)

где:

Ne — эффективная мощность двигателя кВт;

ge — удельный эффективный расход топлива г/кВт·ч;

NeN — номинальная мощность двигателя, кВт;

neN номинальная частота вращения при максимальной мощности, мин-1;

gemax — удельный расход топлива при номинальной частоте, г/кВт∙ч;

a, b, c — коэффициенты, определяются расчетным путем либо выбираются из справочной литературы. Для автомобиля Урал-4320 эти коэффициенты составили: a = 0,53; b = 1,56; с = 1,09; a0 = 1,55; b0 = 1,55; c0 = 1.

Далее был произведен расчет крутящего момента (Нм) и максимального момента двигателя при максимальной мощности (кВт):

Ме = 9554(Ne/ne)

MNMissing Mark : sub = 9554

(Ne/nN)

Воспользовавшись методом Лейдермана, после проведенного расчета, получили основные значения величин внешней скоростной характеристики. Рассчитанные значения приведены в таблице 2.

По расчетным данным из таблицы 2 была построена внешняя скоростная характеристика автомобиля Урал-4320, оборудованного специализированным модулем в котором расположен медицинский пункт.

3. Основные результаты

Проведенные расчеты позволили установить, что базовое шасси

Урал-4320 полностью соответствует предъявляемым требованиям по оборудованию медицинского пункта.

Расчётная мощность двигателя по режимам:

При максимальной скорости (85 км/ч, асфальт, α=0°): 188,48 кВт

При максимальном дорожном сопротивлении (10 км/ч, грунт, α=10°): 143,291 кВт

При среднем режиме (50 км/ч, сухая грунтовая дорога, α=2°): 190,29 кВт

При максимальном ускорении (0,4 м/с², асфальт): 46,59 кВт

В режиме максимального дорожного сопротивления касательная сила тяги ограничена сцеплением:

Fkmax Missing Mark : sub

= Fφ= 39457,78 Н.

Сцепной вес принят как 65% от полной массы:

Gсц​=0,65 ⋅ ma ​⋅ g = 15470 ⋅ 0,65 ⋅ 9,81 = 98670,6 Н

Внешняя скоростная характеристика двигателя ЯМЗ - 238БК:

Максимальный крутящий момент: 1128 Н·м при 1400 мин⁻¹

Минимальный удельный расход топлива: 205,2 г/кВт·ч при 1550 мин⁻¹

Часовой расход на номинальном режиме: 46 кг/ч.

4. Обсуждение

Полученные результаты позволяют количественно оценить соответствие силовой установки условиям эксплуатации передвижного медицинского комплекса на базе шасси Урал-4320.

Наибольшая потребная мощность зафиксирована в среднем режиме, что обусловлено сочетанием подъёма (α=2°) и повышенного сопротивления качению (f=0,025) при скорости 50 км/ч. Этот режим наиболее вероятен для межпоселковых перевозок по грунтовым дорогам. Режим максимальной скорости требует менее 90% от номинальной мощности (213 кВт), что подтверждает наличие скоростного запаса для движения по асфальтированным трассам.

При движении по влажной грунтовой дороге с уклоном 10° (f=0,25, φ=0,4) касательная сила тяги полностью ограничена сцеплением шин с опорной поверхностью. Мощность 143,3 кВт при скорости 10 км/ч является достаточной, но дальнейшее повышение тяги невозможно без увеличения сцепного веса или улучшения коэффициента сцепления (например, применение блокировки дифференциалов или шин повышенной проходимости).

Полученные значения мощности и момента соответствуют заводским характеристикам ЯМЗ-238БК, что подтверждает корректность расчетов. Для медицинского комплекса с дополнительным оборудованием (кондиционер, генератор) рекомендуется запас по мощности не менее 10–15%, что выполняется (213 кВт против 190 кВт расчётных).

5. Заключение

На основе выполненных теоретических исследований автомобиля Урал-4320 с двигателем ЯМЗ-238БК применительно к передвижному медицинскому комплексу можно сделать следующие выводы:

Двигатель номинальной мощностью 213 кВт обеспечивает выполнение всех заданных эксплуатационных режимов — от движения по асфальту (85 км/ч) до преодоления подъёмов по влажному грунту (α=10°).

В наиболее тяжёлых дорожных условиях для повышения проходимости рекомендуется применение колёсных редукторов или шин низкого давления.

Силовая установка на базе двигателя ЯМЗ-238БК полностью соответствует условиям эксплуатации проектируемого передвижного медицинского комплекса как по мощностным, так и по тягово-сцепным характеристикам.

The additional file for this article can be found as follows: