Vucno dinamicke karakteristike motornih vozila

1

VUČNO DINAMIČKE KARAKTERISTIKE TRANSPORTNIH VOZILA

SA MEHANIČKIM PRENOSNICIMA

Mašinski fakultet Univerziteta u Beogradu

Katedra za motorna vozila – Predmet: Dinamika vozila

DINAMIKA VOZILAProf. dr Dragan Aleksendrić

S obzirom da je merilo funkcionalne sposobnosti transportnih vozila brzina kretanja, veze između vučno-dinamičkih karakteristika transportnih vozila i brzine vozila su neposredne i jednoznačne.

Vučno-dinamičke karakteristike transportnih vozila mogu da se analiziraju, procenjuju i predviđaju na različite načine. Posebno je prikladno da se za ovo koristi tzv. vučni dijagram ili dijagram vuče.

Dijagram vuče transportnih vozila predstavlja grafičku interpretaciju vučnog bilansa, odnosno ravnoteže vučnih sila i sila otpora, i to za sve moguće brzine kretanja vozila.

Jednačina ravnoteže vuče je definisana kao:

OPŠTE



22 1sincos

dM

d

ukp

rdtdvJ

gdtGdvGGfKAv

riMe

±±++= ααη

22 1sincos

dMoa rdt

dvJgdtGdvGGfKAvF ±±++= αα

Jednačina ravnoteže vuče predstavlja vezu spoljnih otpora i sila na obimu pogonskih točkova za neku datu brzinu.

2

Dijagram vuče



Jednačina ravnoteže vuče predstavlja vezu spoljnih otpora i sila na obimu pogonskih točkova za neku datu brzinu.

DIJAGRAM VUČE

22 1sincos

dMoa rdt


d

ompo r

iiMeF

η=

Prvo se nanosi otpor kotrljanju i otpor vazduha.

Kako otpor uspona ne zavisi od brzine, za različite vrednosti uspona se dobijaju krive koje su paralelne Rf+Rv.

Da bi se nacrtala zavisnost obimne sile na pogonskim točkovima Fo, neophodno je da se zna spoljna brzinska karakteristika motora i prenosni odnosi u sistemu za prenos snage. Tada je za bilo koju ugaonu brzinu obimna brzina jednaka:

om

ed

iirv ω

=

CMer

iiMeF

d

ompo ==

ηe

om

ed Cii

rv ωω1==

C i C1 su konstante za svaki stepen prenosa. Me i ωe odgovaraju istom režimu rada motora. Na taj način se dobija zavisnost Fo=f(v) za svaki stepen prenosa.


Dijagram vuče



Da bi se ocenila uspešnost rešenja sistema za prenos snage u vezi sa stepenom iskorišćenja snage motora, na dijagramu se nanosi tzv. hiperbola vuče, koja predstavlja odnos vučne sile i brzine kretanja za uslov Po=const.

Šrafirane površine na dijagramu označavaju zone u kojima se ne može iskoristiti puna snaga motora. Ukoliko su ove zone manje, menjački prenosnik sistema je uspešnije rešen.

Kako je obimna sila na pogonskim točkovima određena u zavisnosti od poznatih otpora kretanja, iz vučnog dijagrama može da se odredi tzv. višak vučne sile koji se može iskoristiti za savlađivanje ostalih otpora kretanju (uspona, ubrzanja, poteznica).

Time se omogućava analiza vučnih karakteristika na osnovu ovog dijagrama.

S obzirom da performanse vozila zavise od uslova prijanjanja, dijagram vuče je potpun kada se u njega unese i graničan uslov prijanjanja tj. vrednost maksimalne obimne sile na pogonskim kretačima.

wvfo FRRF ++=

ϕ⋅= MoMax ZFDINAMIKA VOZILA

Prof. dr Dragan Aleksendrić

3

Dinamička karakteristika



Osnov za analizu vučnih karakteristika vozila (sposobnost zaleta, ubrzanja, savlađivanje drugih otpora) je vrednost viška vučne sile. Međutim, samo na osnovu toga ne mogu da se donesu svi potrebni zaključci, posebno ako se radi o ubrzanju (savlađivanju različitih otpora kotrljanja) vozila.

Zbog toga se vučno-dinamičke karakteristike vozila analiziraju na osnovu izvedenih veličina, u funkciji od težine vozila.

Jedna takva izvedena veličina je DINAMIČKA KARAKTERISTIKA VOZILA. Ona predstavlja odnos razlike vučne sile i otpora vazduha prema ukupnoj težini vozila.

U izrazu za dinamičku karakteristiku su zastupljeni svi parametri koji karakterišu dinamička svojstva transportnih vozila.

Na slici je dat primer dijagrama dinamičke karakteristike za vozilo sa pet stepeni prenosa.

g

Rvv

Pe

G

Rvr

iiMe

GRvFoD d

m −=

−⋅⋅

=−

=

ηη 0

gdtdv

GgdtGdv

GfG

GRvFoD δψδαα

+=++

=−

=1)sincos(

GgdtGdvfGRvFo 1)sincos( δαα ++=−





U slučaju ravnomernog kretanja Dinamički faktor je jednak ukupnom koeficijentu otpora puta.

U cilju određivanja maksimalne brzine vozila, u dijagramu se nanose ukupni otpori puta, koji mogu da budu iznad, da seku, ili ispod krive dinamičkih faktora. Ako prava preseca krivu dinamičkog faktora u jednoj tački, tada je maksimalna brzina v1, na primer.

Ako prava preseca krivu u dve tačke, tada je maksimalna brzina v3, na primer, a ravnomerno kretanje može da se ostvari pri brzini v2 kao i pri v3.

U slučaju da se prava nalazi iznad krive dinamičkih karakteristika, tada kretanje nije moguće, odnosno može da se vrši sa usporenjem (zavisi od motora).

Maksimalni uspon:

ααααψ sinsin1sincos 2 +−=+== fD

2

22

11

sinf

fDfD+

+−−=α fD −≈αtan


4




Na osnovu dinamičke karakteristike može se vrlo uspešno analizirati uticaj ukupne težine, odnosno veličine korisnog opterećenja vozila na njegove vučno-dinamičke karakteristike vozila.

Jasno je da je za veću težinu D manje!, tj. dinamički faktor se umanjuje za onoliko puta koliko je povećana težina vozila.


Bilans snage



Pored dinamičkih karakteristika i drugih vidova ravnoteže sila, za analiziranje dinamičkih svojstava transportnih vozila često se posmatra i ravnoteža, odnosno bilans snage.

Pod ravnotežom snage transportnog vozila se podrazumeva jednakost koja pokazuje raspodelu snage motora na savlađivanje raznih otpora kretanju.

potauvftre PPPPPPP +±±++=

potauvope PPPPPPP +±±+==⋅ψ

η

vRvgdtGdvKAvvGP

poto +⋅±+⋅= δψ 3

Na slici je dat primer analize bilansa snage u cilju procene dinamičkih karakteristika vozila sa jednim stepenom prenosa.

Snaga P3 predstavlja višak snage koji se može iskoristiti za savlađivanje dopunskih otpora, kao što je povećanje ukupnog otpora puta ili ubrzanje vozila.

U slučaju ravnomernog kretanja, snaga na pogonskim točkovima Po se troši na savlađivanje ukupnog otpora puta i otpora vazduha.

Najveća brzina se postiže kada je snaga na pogonskim točkovima jednaka zbiru snaga utrošenih na savlađivanje ukupnog otpora puta i otpora vazduha.


5

Bilans snage



Dijagram ravnoteže snage za vozilo sa više stepeni prenosa – pri promeni stepena prenosa menja se i brzina kretanja vozila.


Karakteristike zaleta



Vrlo značajne karakteristike vučno-dinamičkih karakteristika transportnih vozila se odnose na osobine ubrzanja tj. zaleta vozila.

Ovo je posebno važno za slučaj polaska iz mesta, gde se kao značajan uticaj uzimaju karakteristike spojnice preko koje se snaga motora prenosi na ostale elemente u sistemu za prenos snage. Veliki uticaj ima i vozač, naročito u smislu promene prenosnih odnosa.

Velki uticaj ima i sam motor tj. njegove dinamičke karakteristike.

Karakteristike zaleta zavise i od same dinamičke karakteristike vozila kao i od broja i rasporeda prenosnih odnosa u sistemu za prenos snage.

Kao praktični pokazatelj karakteristika zaleta transportnih vozila obično se koriste veličine koje predstavljaju vreme potrebno da se dostigne određena brzina kretanja vozila ili put koji vozilo za to vreme pređe.

Da bi se eliminisao uticaj same spojnice (klizanje), obično se zalet posmatra od neke određene brzine kretanja, a ne pri polasku iz mesta.

22 1sincos

dMoa rdt


)()sincos( ψαα −=⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡−−

−== ∑ D

gGf

GRFo

gG

dtdva


6




Veličina ubrzanja zavisi od niza činilaca a pre svega od brzine kretanja vozila i prenosnog odnosa u sistemu za prenos snage.

)()sincos( ψαα −=⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡−−

−== ∑ D

gGf

GRFo

gG

dtdva

)( ψϕϕ −= DgGa

GZ

GRvFoD M ϕϕ

ϕ⋅

=−

=

gGZa M δψϕ

ϕ )( −⋅

=

ga δψϕϕ )( −=





Podaci o ubrzanju transportnih vozila ne pružaju dovoljnu sliku o karakteristikama zaleta. Neophodno je da se odredi vreme i put zaleta.

adtdv

=

dtdva

=1

∫∫ = 2

1

10

v

v

tdv

adtz

∫=2

1

1v

vz dva

t

vdtdS

=

∫=2

1

t

tz vdtS

Da bi se izvršilo integrisanje datih izraza za put i vreme zaleta, potrebno je da se poznaje analitička zavisnost brzine i ubrzanja, odnosno brzine i vremena.

Grafoanalitička metoda.Znajući dijagramsku zavisnost između brzine kretanja i ubrzanja vozila, može se nacrtati zavisnost brzine kretanja i recipročne vrednosti ubrzanja.

Ovaj dijagram omogućava da se putem grafičke integracije neposredno odredi vreme zaleta.

zva

tUU

A=

⋅


7




Zavisnost vremena zaleta od brzine kretanja može da se dobije planimetrisanjem pojedinih intervala brzine. Pri tome nije uzeto vreme potrebno da se vozilo pokrene iz mesta kao ni vreme potrebno za promenu stepeni prenosa.

Kao minimalna brzina obično se usvaja brzina koja odgovara minimalnoj ustaljenoj ugaonoj brzini motora pri potpuno otvorenom leptiru u prvom stepenu prenosa.


Uticaj prenosnih odnosa



Vučno dinamičke karakteristike vozila zavise se i od prenosnih odnosa u sistemu za prenos snage. To praktično znači da izbor prenosnih odnosa kako u menjačkom tako i u glavnom prenosniku treba da bude rukovođen ostvarivanjem potrebnih vučno dinamičkih karakteristika vozila.

Analiza uticaja prenosnih odnosa u glavnom prenosniku može da se sprovede preko dijagrama snage, za različite usvojene vrednosti prenosnih odnosa u glavnom prenosniku.

Osnovni zaključci na osnovu analize dijagrama snage za različite prenosne odnose u glavnom prenosniku su sledeći:

Maksimalna brzina kretanja vozila se ostvaruje pri prenosnom odnosu io3.

Interval promene maksimalne brzine vmax je raltivno mali. Ovo je važno jer pruža mogućnost da ne menajući mnogo veličinu maksimalne brzine kretanja vozila može da se utiče na dinamičke osobine vozila u cilju njihovog poboljšanja.

Prenosni odnos u gl. prenosniku i05 obezbeđuje velike rezerve snage u širokom području brzine kretanja i uz relativno malo smanjenje maksimalne brzine. Međutim, motor tada radi na visokom broju obrtaja što utiče na vek trajanja i potrošnju goriva.


8




Pored analize uticaja i0 na maksimalnu brzinu, potrebno je sprovesti analizu i u odnosu na maksimalno ubrzanje, maksimalnu dinamičku karakteristiku vozila i maksimalnu obimnu silu.

Prethodna analiza za određivanje maksimalne brzine vozila je zasnovana na tome da je prenosni odnos u poslednjem stepenu prenosa u menjačkom prenosniku 1.

Ako prenosni odnos u poslednjem stepenu prenosa nije 1:1, nego veći ili manji, onda se analizira ukupni prenosni odnos (proizvod prenosnih odnosa u glavnom prenosniku i menjačkom prenosniku u poslednjem stepenu prenosa).

U principu prenosni odnos u prvom stepenu prenosa može da se određuje na osnovu sledećih zahteva:

Da vozilo bude u stanju da savlada traženi maksimalni uspon,

Da vozilo ima mogućnost da se kreće nekom određenom minimalnom brzinom.

opeMax

dI iM

rGiη

ψ max= ϕooI FF ≤

oI

ed

iirv max

minω

= o

deI iv

rimin

maxω=





Poslednji stepen prenosa se najčešće određuje kao direktni (i=1). Ako se prenosni odnos u poslednjem stepenu prenosa razlikuje od jedinice, njegovu vrednost treba odrediti na osnovu analize prenosnog odnosa u glavnom prenosniku, odnosno ovako određenog ukupnog prenosnog odnosa. Sa određenim prenosnim odnosima u prvom i poslednjem stepenu prenosa pristupa se izboru ukupnog broja stepeni prenosa i svih ostalih prenosnih odnosa.

Kada se usvoji broj stepeni prenosa, prenosne odnose treba tako odabrati da se korišćenje vučne sile što više približi idelanoj hiperboli vuče.

Za izbor prenosnih odnosa postoji više preporuka. Jedan od najčešćih pristupa je da ugaona brzina, pri kojoj počinje zalet, bude u svakom stepenu prenosa ista i da odgovara ugaonoj brzini u prethodnom stepenu prenosa.

oII

ed

oI

ed

iir

iir 12 ωω

=

II

e

I

e

ii12 ωω

=

qii

ii

ii

IV

III

III

II

II

I

e

e ====1

2

ωω

Dobijeni prenosni odnosi preko geometrijskog reda se obično koriguju i to uglavnom iz dva razloga:

Zbog usklađivanjabroja zuba zupčanika i diktiranog osnog rastojanja.

Zbog potrebnog vremena za ostvarenje prelaza iz jednog u drugi stepen prenosa.

IIIIVIIIIIIII iiiiii111111

−=−=−


9




Kod terenskih vozila, koja se kreću po različitim putnim uslovima. Pogotovo kod vozila sa više pogonskih mostova, neposredno iza menjača se ugrađuje dopunski dvostepeni menjački prenosnik.

U cilju sagledavanja raspodele prenosnih odnosa, na slici su prikazani količnici prenosnih odnosa pojedinih stepena prenosa i prenosnog odnosa poslednjem stepenu prenosa za putnička vozila u zavisnosti od brzine kretanja vozila.

oII

ed

oI

ed

iir

iir 12 ωω

=

II

e

I

e

ii12 ωω

=


Automotive

Vucno dinamicke karakteristike motornih vozila