SAOBRAĆAJNI FAKULTETTRAVNIK

VUČNE KARAKTERISTIKESEMINARSKI RAD

Predmet: Dinamika vozila

Mentor: Student:

Travnik, 2014.

SADRŽAJ

1. UVOD................................................................................................................................. 1.

2. OSNOVNE KARAKTERISTIKE VOZILA................................................................ 2.

3. PERFORMANSE KRETANJA VOZILA................................................................... 4.

3.1. Otpor kotrljanja točka....................................................................................... 5.

3.2. Otpor vazduha.................................................................................................... 6.

3.3. Otpor uspona....................................................................................................... 7.

3.4. Otpor inercije...................................................................................................... 8.

4. OTPORI VUČE................................................................................................................. 8.

4.1. Dijagram vučne................................................................................................... 9.

5. VUČNA SILA NA TOČKU I BRZINA KRETANJA VOZILA................................... 9.

6. VUČNO BRZINSKE KARAKTERISTIKE POGONSKOG MOTORA................. 10.

7. UBRZANJE I PARAMETRI UBRZANJA................................................................... 13.

7.1. Vrijeme zaleta..................................................................................................... 14.

8. ZAKLJUČAK................................................................................................................... 17.

9. POPIS LITERATURE..................................................................................................... 18.

10. POPIS SLIKA I DIJAGRAMA..................................................................................... 19.

1. UVOD

Vozilo je veoma složena mašina ili mašinski sistem, sposobna da se kreće samostalno (motorno vozilo) ili uz pomoć neke druge mašine (priključno vozilo). Povećanja efektivnosti i efikasnosti eksploatacije vozila i voznog parka izučava nastavni predmet ”eksploatacija i održavanje vozila.''

Današnji stepen razvoja motornih vozila karakteriše se proizvodnjom vrlo širokog spektra različitih vrsta, tipova i kategorija vozila. Savremena vozila karakterišu se velikom složenošću mehanizama, koji se nalaze u njemu.

Karakteristike vozila se mogu podjeliti u četiri grupe : performanse, pouzdanost, ekonomičnost i bezbjednost. U ovom seminarskom radu obradit ćemo performanse – eksploataciono tehničke karakteristike vozila.

Skup svojstava koja su važna za obavljanje funkcije vozila u cijelom području predviđenih brzina vožnje:

vučne sile (savladavanje otpora vožnje), ubrzanje / usporenje, vreme potrebno za postizanje određene brzine, put potreban za postizanje određene brzine.

1

2. OSNOVNE KARAKTERISTIKE VOZILA

Kao što se karakteristike vozača bitno razlikuju, tako su i vozila koja koriste puteve i ulice međusobno različita. Na putevima se kreću vozila različitih veličina i vrsta, od najmanjih kompaktnih putničkih automobila do ogromnih dvostrukih ili trostrukih kombinacija vučnih i priključnih vozila. Operativne karakteristike ovih vozila i njihove performanse se takođ vrlo razlikuju, te saobraćajni planeri, inžinjeri i drugi stručnjaci moraju razmatrati ove činjenice pri planiranju, projektovanju i eksploataciji saobraćajnog sistema.

Podjelu vozila možemo izvršiti na više načina, zavisno od parametra koje uzimamo kao osnov za klasifikaciju (namjena vozila, način ostvarenja kretanja, vrsta pogona, vrsta primjenjenog goriva, način ostvarivanja kontakta točkova vozila i puta).

Jedan od osnovnih parametara koji uzimamo za klasifikaciju vozila je njihova namjena. Prema namjeni, vozila se grupišu u dvije osnovne grupe: putna i terenska vozila. Obzirom naužu namjenu, vozila djelimo na transportna, vučna i specijalna, uključujući i kombinacije ovih vozila.

Zahtjevi koji se postavljaju u odnosu na vozila uslovljeni su klasom i kategorijom vozila i oni se mogu svrstati u tri grupe:

1. opšti;2. eksplatacioni i3. zahtjevi vezani za bezbjednosti.

U grupi opštih zahtjeva u odnosu na vozila najznačajniji su:- vučno dinamička svojstva;- unifikacija sklopova i dijelova;- zadovoljavanje standarda i drugih zakonskih propisa;- mogućnost modifikacija bez velikih ulaganja;- aerodinamičnost, estetičnost i funkcionalnost karoserije;- funkcionalnost, ekonomičnost i kompaktnost gradnje i niski troškovi proizvodnje;- što povoljniji odnos ukupne i sopstvene mase;- pouzdanost u radu, otpornost na zamor, koroziju i habanje;- komfor sa aspekta vibracija, ventilacije, buke, upravljanja, grijanja;- dobra upravljivost i držanje pravca;- mali specifićni pritisak točkova na podlogu.

U grupu eksploatacionih zahtjeva u odnosu na vozila spadaju:- što niži troškovi korištenja;- što bolje iskorištenje nosivosti;- što veće srednje brzine kretanja;

2

- što manji troškovi održavanja;- minimalna potrošnja goriva i maziva;- minimalni broj mjesta i vremena za podmazivanje i podešavanje;- konstrukcija mehanizama i elemenata vozila koji eliminišu mogućnost pojave

neispravnosti pri rukovanju;- lak pristup svim mjestima za opsluživanje;- lakoća i brzina utovara i istovara;- lako sklapanje i rastavljanje sklopova pri opravkama.

U grupu zahtjeva vezanih za bezbjednost spadaju:- funkcionalnost, efikasnost i pouzanost sistema za kočenje i upravljanje;- visoka stabilnost kretanja u svim uslovima;- dobra upravljivost;- efikasan sistem za osvjetljenje puta i čišćenje vjetrobranskog stakla;- preglednost i vidljivost sa vozačkog sjedišta;- funkcionalnost signalnih uređaja;- udobnost i podesivost vozačkog sjedišta;- obezbjeđenje zaštitne zone za svakog putnika;- primjena sigurnosnih stakala;- konstrukcija školjke koja obezbjeđuje zaštitu putnika u slučajevima havarije i lako

napuštanje vozila;- konstruktivna rješenja karosorije koja štiti putnički prostor u slučaju sudara ili prevrtanja;- što manji uticaj vozila na okolinu i njegova što veća uočljivost u svim vremenskim

uslovima.

Navedeni zahtjevi su često u suprotnosti jedan sa drugim. Zbog toga se pri projektovanju vozila čine kompromisi u pogledu zadovoljena pojedinih zahtjeva. Kvalitet, a time i cijenu vozila određuje uspješnost optimizacije ovih zahtjeva. Kvalitet vozila najčešće se ocjenjuje preko: performansi, pouzdanosti, ekonomičnosti i bezbjednosti. Uspješnost izvršavanja osnovnih funkcionalnih zadataka vozila iskazuje se preko performansi.

Pouzadnanost je svojstvo vozila, koja se sastoji u njegovoj sposobnosti da radi bez pojave neispravnosti i da ispuni određene zadatke u datim uslovima konštenja.

Ekonomičnost obuhvata sve one komponente koje se odnose na ekonomsku opravdanost korištenja vozila.

Bezbjednost obuhvata komponente sigurnosti pri korištenju vozila sa stanovišta vozača i putnika ali i tereta koji se prevozi, kao i okoline. Bezbjednost obuhvata komponente sigurnosti pri korištenju vozila sa stanovišta vozača i putnika ali i tereta koji se prevozi, kao i okoline.

3

3. PERFORMANSE KRETANJA VOZILA

Na motorno vozilo koje se kreće djeluju različite sile otpora koje se moraju savladati vučnom silom. Vučna sila dolazi od motora i djeluje u smjeru kretanja vozila. Ova sila se pojavljuje kao reakcija obodnih sila točkova na mjestu dodira sa podlogom.Otpori koji se suprostavljaju kretanju vozila su:

otpor kotrljanja točka Rk; otpor vazduha Rv; otpor uspona puta Ru; otpor inercije Ri.

Slika 1. Sile koje djeluju na vozilo u pravcu kretanja

Dijagram 1. Otpor kretanja – uticaj nagiba podloge

4

Dijagram 2. Snaga otpor kretanja na horizontalnoj podlozi

3.1. Otpor kotrljanja točka

Iako otpor kotrljanja točka predstavlja sumarno dejstvo nekoliko različitih faktora, kao najvažniji i najdominantniji mora se posebno izdvojiti otpor histerezisa, čiji je mehanizam detaljnije obrađen u poglavlju o kotrljanju elastičnog točka po tvrdoj podlozi. U uobičajenim uslovima kretanja drumskih vozila, ovaj udeo čini ∼90% ukupnog otpora. Otpor histerezisa odlikuje se, ukratko, slijedećim osobinama:

nastaje usljed unutrašnjeg trenja zbog stalne promjene deformacijskog stanja usljed kotrljanja;

raste sa povećanjem radijalne deformacije pneumatika (porast pritiska u pneumatiku dovodi do smanjenja radijalne deformacije, pa samim tim i otpora kotrljanja);

postoji i kada je brzina kretanja jednaka nuli, odnosno na točak treba delovati nekom konačnom silom da bi se uopšte doveo u stanje kretanja;

vrijednost mu je za jedan širi dijapazon brzina gotovo konstantna ili raste veoma blago sa porastom brzine, dok za veće brzine ima nagliji porast, što utiče i na maksimalnu brzinu kojom neki pneumatik može trajno da se kreće bez oštećenja;

sa porastom temperature pneumatika otpor histerezisa opada (prisustvo otpora histerezisa dovodi do zagrevanja pneumatika, jer se unutrašnji otpori (trenje) pretvaraju u toplotne gubitke;

zbog toga u početku temperatura pneumatika raste, usled čega otpor histerezisa opada; nakon određenog vremena (∼30÷60 min.) toplotni bilans dostiže ravnotežu, tj. otpor kotrljanja i temperatura pneumatika se više ne menjaju);

5

proporcionalan je vertikalnom opterećenju točka i koeficijentu otpora kotrljanja (koji u uobičajenim uslovima iznosi ∼0,01÷0.02, odnosno sila otpora kotrljanja iznosi oko 1-2% u odnosu na vertikalno opterećenje točka).

Ostali uzroci koji prouzrokuju otpor kotrljanja su: otpor trenja u ležaju točka; otpor na neravnoj podlozi (povećava se dejstvo deformacije pneumatika tj. otpor

histerezisa!); tpor usmerenosti tj. bočnog klizanja („povođenja“) točka ; otpor istiskivanja sloja vlage ili nečistoća na podlozi; prilepljivanje pneumatika za vlažnu podlogu [Janković, zadaci]; tpor klizanja u kontaktnoj površini; na mekoj podlozi – otpor tonjenja točka i deformacije podloge.

Slika 2. Otpor kotrljanja točka

3.2. Otpor vazduha

Osnovni uzrok pojave sile otpora vazduha, je, kako je objašnjeno, razlika pritisaka na prednjoj i zadnjoj strani vozila, pri čemu je ova razlika uslovljena pre svega oblikom vozila. Zato sila otpora vazduha ima oblik:

FW = cw⋅A⋅pD – sila otpora vazduha, gde je:

cw – empirijski koeficijent otpora vazduha, koji zavisi od oblika vozila i određuje se ispitivanjem A [m2] – čeona površina vozila, tj. površina siluete vozila posmatrano u pravcu kretanja.

6

Slika 3. Otpor vazduha

Sila otpora vazduha predstavlja otpor kretanju tijela koje se kreće kroz vazdušnu sredinu, dakle silu kojom se vazduh suprotstavlja tom kretanju. Silu otpora vazduha prouzrokuju dve komponente:

otpor oblika (usled razlike u pritiscima);� otpor trenja.�

Kod objekata kao što su drumska vozila, koja se kreću po tvrdoj podlozi, otpor oblika je dominantan izvor porekla otpora vazduha. Uticaj oblika vozila na razliku pritisaka a time i na silu otpora vazduha iskazuje se preko koeficijenta otpora vazduha cw. Koeficijent otpora vazduha:

• zavisi od oblika vozila – može izrazito da se izmeni i za sasvim male promene detalja oblika.

Sila otpora vazduha: • proporcionalna je gustini vazduha i kvadratu brzine (tj. dinamičkom pritisku), otporu oblika i veličini čeone površine.

3.3. Otpor uspona

Nastaje pri kretanju vozila na podlozi pod uzdužnim nagibom, zbog razlaganja sile težine vozila na dve međusobno upravne komponente – normalnu na pravac kretanja (koja pritiska vozilo uz podlogu) i paralelnu s njim – otpor uspona, Fα.

7

Ukoliko je prisutna, ova sila često predstavlja dominantan otpor kretanju. Ukoliko se vozilo kreće niz nagib, tada je otpor „negativan“, tj. ova sila se ne suprotstavlja kretanju vozila već ga podstiče.

3.4. Otpor inercije

Prilikom ubrzavanja vozila, javlja se otpor inercije translatornog kretanja vozila, ali i otpori inercije rotacionih masa vozila (točkovi i komponente transmisije) čije rotaciono kretanje takođe treba ubrzati.

• Savladavanje otpora inercije translatornih masa F¿¿= m⋅a

• Savladavanje otpora inercije rotacionih masa

Savladavanje translatornog otpora inercije vrši se na račun obimne sile na točku. Pri ubrzavanju rotacionih masa, njihovi momenti inercije se savlađuju na račun pogonskog momenta motora. Zbog toga dolazi do smanjenja raspoložive obimne sile na točku, jer se deo pogonskog momenta potroši na savladavanje ovih unutrašnjih inercijalnih otpora.

4. OTPORI VUČE

Svakom kretanju vozila suprotstavljaju se određeni otpori. Otpori vuče dijele se na stalne i povremene.

Tipične vrijednosti faktora rotirajućih masa su: 1,15 ... 1,30 - za električne lokomotive; 1,06 ... 1,10 - za cijele vlakove, uključujući motorne vlakove.

Otpor uspona (W i) čini komponenta sile težine vozila paralelna s ravninom kolosijeka.

Otpor krivine (W r) nastaje prilikom prolaska vozila kroz krivinu i posljedica je krute veze osovine i kotača, te djelovanja centrifugalne sile. Zbog krute veze kotači svakog osovinskog sklopa imaju jednaku kutnu brzinu. U krivini vanjski i unutarnji kotač moraju proći različitu duljinu luka i zbog toga dolazi do proklizavanja i pri tome se zbog trenja javljaju sile reakcije koje se manifestiraju kao dodatni otpor kretanju vozila. Zbog djelovanja centrifugalne sile vijenac vanjskog kotača osovinskog sloga pritišće tračnicu i dolazi do trenja koje se također manifestira kao dodatni otpor kretanju vozila.

8

4.1. Dijagram vučne

F-v dijagram je vučna karakteristika vozila za koju susrećemo i naziv vučni pasoš. F-v dijagram prikazuje ovisnost vučne/kočne sile na obodima kotača o brzini kretanja vozila. Granice F-v dijagrama čine krivulje adhezije, najveće brzine i trajne snage.

Dijagram 3. Vučne sile

Na dijagramu su: Fa sila za ubrzanje, W i sila za savladavanje otpora uspona, W a sila za savladavanje otpora ubrzanja, W r sila za savladavanje otpora krivine i W O sila za savladavanje stalnih otpora vuče. Iz gornje slike je vidljivo da je ubrzavanje vozila moguće dok je vučna sila veća od zbroja svih otpora koji se opiru gibanju. Budući da su otpori vuče ovisni o brzini, dolazi se do zaključka da je gibanje vozila nejednoliko ubrzano.

5. VUČNA SILA NA TOČKU I BRZINA KRETANJA VOZILA

Kada se točku saopšti obrtni moment, kao horizontalna reakcija između točka i podloge, javlja se – usljed trenja tj. prijanjanja točka za podlogu – tangencijalna sila na točku. Kao što je poznato, dio obrtnog momenta dovedenog na pogonski točak "potroši" se na savladavanje sopstvenog otpora kotrljanja, a ostatak je na raspolaganju za realizaciju tangencijalne reakcije između točka i podloge, odnosno stvarnu silu vuče. U razmatranju vučnih performansi vozila, međutim, uobičajeno je da se u bilansu sila otpori kotrljanja svih točkova uzimaju objedinjeno, za sve točkove, a za pogonsku (vučnu, obimnu) silu na točku (FO) se tada usvaja računska veličina:

FO= MT

r D

9

Pošto je iTR=im∗iGP, slijedi:

FO=ηTR∗im∗iGP∗M

rD – vučna sila na točku u zavisnosti od obrtnog momenta motora M

Ukoliko se pogonski točak obrće ugaonom brzinom ωT, uz predpostavku da nema klizanja, brzina kretanja vozila će biti:v = r D∗ωT (v[ m /s ], r D [ m ], ωT [ rad /s ])

Uzimajući u obzir vezu između ugaone brzine ω u rad/s i broja obrtaja u minutu n, ωT = π∗nT

30,

zatim pošto je nT = n

iTR , i pretvarajući brzinu v u [ km /h ], dobija se:

v = 0,377 * r D*n

im∗iGP – brzina kretanja vozila u [ km /h ], u zavisnosti od broja obrtaja motora n

U gornjim relacijama n je broj obrtaja pogonskog motora, a nT broj obrtaja pogonskog točka u minutu.

6. VUČNO BRZINSKE KARAKTERISTIKE POGONSKOG MOTORA

Pogonske motore koji se koriste u motornim vozilima karakteriše niz različitih osobina, od kojih su najvažnije:

snaga i obrtni moment: maksimalne vrednosti i brzinska karakteristika; potreba za transmisijom; dimenzije, masa; energetska efikasnost (→ potrošnja goriva) i emisija (lokalna i globalna); način skladištenja pogonske energije i vreme dopunjavanja izvora energije; karakteristike i raspoloživost pogonskog goriva, način dobijanja i skladištenja; gustina energije i snage; autonomija vožnje; pouzdanost, vek trajanja, pogodnost za održavanje; udobnost, buka, vibracije itd.

10Za proučavanje uzdužne dinamike vozila, odnosno analize mogućnosti savladavanja otpora kretanja i energije koja je za to potrebna, karakteristike od prevashodnog značaja su:

brzinska karakteristika obrtnog momenta M (Nm), brzinska karakteristika snage P (kW), brzinska karakteristika specifične efektivne potrošnje goriva gE (g/kWh).

Obrtni moment motora se putem transmisije, uz transformacije (promene vrednosti momenta i broja obrtaja) prenosi do točka. Usled obrtnog momenta na pogonskom točku, u kontaktu sa podlogom dolazi do realizacije vučne sile koja se koristi za savladavanje otpora kretanja. Stoga je obrtni moment motora direktna mera za veličinu otpora tj. radnog opterećenja koje vozilo može da savlada. Snaga koju motor tom prilikom odaje, s obzirom na značenje ovog pojma u mehanici, predstavlja direktnu mjeru za brzinu kojom je trenutne otpore moguće savladati.

Zato snaga predstavlja mjerodavan parametar pri određivanju maksimalne brzine kojom se vozilo u nekim posmatranim uslovima može kretati. Specifična efektivna potrošnja goriva, gE, predstavlja količinu goriva u g (ili kg) potrebnu za odavanje 1kWh energije pri datom režimu rada i može se koristiti za izračunavanje ukupne potrošnje goriva na nekoj deonci puta, pod pretpostavkom da su poznati svi uslovi (brzina, nagib podloge itd.).

Idealna hiperbola vuče:

FOid = 3600∗PMAX∗ηTR

V

Dijagram 4. Idealna hiperbola vuče

Stvarne krive vuče u pojedinim stepenima prenosa:

FO = M∗im∗iGP∗ηTR

rD

v = 0,377∗rD∗n

im∗iGP

11

Dijagram 5. Krive vuče u pojedinim stepenima prenosa

Dijagram 6. Vučno – brzinska karakteristika

127. UBRZANJE I PARAMETRI UBRZANJA

Izračunavanje dinamičke karakteristike i ubrzanja:

D = FO−Fw

G - dinamička karakteristika

a = D−fδ * g – ubrzanje (m /s2¿

FW = 0,0473*cw*A*v2

f = 0,01+5,4*10−6*v+10−11*v4

δ = 1.03 + 0.0018 * iTR2

δ I = 1.03 + 0.0018 * (iGP∗i I)2

δ II = 1.03 + 0.0018 * (iGP∗i II)2

... itd.

Dijagram 7. Ubrzanje

137.1. Vrijeme zaleta

Dijagram 8. Vrijeme zaleta

t z = ∑ Δti - UKUPNO VRIJEM ZALETA

Dijagram 9. Prektično određivanje vremena zaleta

14

Dijagram 10. Određivanje puta zaleta

sz = ∑ Δs i - UKUPAN PUT ZALETA

Dijagram 11. Vrijeme i put zaleta

15

Dijagram 12. Zavisnost između vremena i puta zaleta

168. ZAKLJUČAK

Kroz seminarski rad možemo zaključiti da se svako vozilo razlikuje po svom obliku, po namjeni prijevoza, te po samim eksploataciono tehničkim karakteristikam. Eksploatacione karakteristike su i eksploatacioni zahtjevi koji se gledaju pri samom odabiru transportnih sredstava.

Pri svakom kretanju vozila djeluju određeni otpori oni mogu biti stalni i povremeni. Kroz navedeno možemo zaključiti da otpori zavise kojim djelom puta se vozilo kreće (savladavanje uspona, nizbrdica, te ravničasti djelovi puta). Otpori, vuča, te ubrzanje predstavljeni su dijagramima.

179. POPIS LITERATURE

I) Knjige, udžbenici, skripte1. Prof. dr. Mirsad F. Kulović, dipl.ing.,''Uvod u saobraćajno inženjerstvo'',

Travnik,2011.

II) Internet izvori http://drumskavozila.files.wordpress.com/2012/05/skripta-uputstvo-za-vucni-proracun-

saobracaj.pdf http://tkdv.files.wordpress.com/2012/03/seminarski-uputstvo-slajdovi.pdf http://tkdv.files.wordpress.com/2012/02/teorija-kretanja-drumskih-vozila-skripta.pdf http://www.scribd.com/doc/79661471/Vucna-karakteristika https://www.fer.hr/_download/repository/KDI_Josip_Ninic.pdf

1810. POPIS SLIKA I DIJAGRAMA

Slika 1. Sile koje djeluju na vozilo u pravcu kretanja............................................................. 4.

Slika 2. Otpor kotrljanja točka................................................................................................ 6.

Slika 3. Otpor vazduha............................................................................................................ 7.

Dijagram 1. Otpor kretanja – uticaj nagiba podloge............................................................... 4.

Dijagram 2. Snaga otpor kretanja na horizontalnoj podlozi................................................... 5.

Dijagram 3. Vučne sile........................................................................................................... 9.

Dijagram 4. Idealna hiperbola vuče....................................................................................... 11.

Dijagram 5. Krive vuče u pojedinim stepenima prenosa....................................................... 12.

Dijagram 6. Vučno – brzinska karakteristika......................................................................... 12.

Dijagram 7. Ubrzanje............................................................................................................. 13.

Dijagram 8. Vrijeme zaleta.................................................................................................... 14.

Dijagram 9. Prektično određivanje vremena zaleta............................................................... 14.

Dijagram 10. Određivanje puta zaleta................................................................................... 15.

Dijagram 11. Vrijeme i put zaleta.......................................................................................... 15.

Dijagram 12. Zavisnost između vremena i puta zaleta.......................................................... 16.

19