Bilantul de tractiune si de putere al autovehiculelor

Bilantul de tractiune si de putere al autovehiculelor

Bilantul de tractiune, respectiv de putere al autovehiculelor, reprezinta echilibrul tuturor fortelor si a puterilor care actioneaza asupra acestora la miscarea rectilinie, pe un drum oarecare, avand admisia totala a motorului.

Bilantul de tractiune si caracteristica de tractiune a autovehiculelor

Bilantul de tractiune al autovehiculului este dat de echilibrul tuturor fortelor care actioneaza asupra acestuia la miscarea rectilinie, pe un drum oarecare, avand admisia totala a motorului. Deci, forta totala la roata obtinuta prin insumarea fortelor tangentiale de la toate rotile motoare, echilibreaza suma tuturor rezistentelor la inaintare inclusiv rezistenta la demarare.

In aceasta situatie ecuatia bilantului de tractiune este:

(4.90)

sau daca inlocuim fortele de rezistenta cu expresiile stabilite mai inainte, se obtine:

(4.91)

unde: F_tc se inlocuieste in functie de cazurile concrete (autovehicul cu remorca, cu semiremorca sau cu masini de lucru).

Reprezentand grafic relatia 4.91, se obtine diagrama bilantului de tractiune pentru o treapta de viteza functie de viteza de deplasare a autovehiculului, figura 4.22.

Fig. 4.22. Bilantul de tractiune al autovehiculului pentru o treapta de viteze: a-autovehicul singular; b-autovehicul in agregat cu remorca, semiremorca sau masini de lucru.

Deoarece forta la roata F_R echilibreaza totdeauna suma fortelor de rezistenta la inaintare, inseamna ca la un regim la care autovehiculul se deplaseaza cu viteza v_a1, segmentul a, b reprezinta forta disponibila pentru accelerare, capabila sa invinga forta de rezistenta la demarare pentru regimul respectiv. Punctul c in care curba fortei la roata intersecteaza curba sumei fortelor de rezistenta la inaintare si forta disponibila pentru accelerare este egala cu zero, caracterizeaza regimul la care autovehiculul trece de la o miscare accelerata la una uniforma, a carei acceleratie este egala cu zero. Rezulta deci, ca punctul c determina viteza maxima a autovehiculului v_a la admisia totala a motorului. La o admisie partiala a motorului forta la roata devine F_R (linie intrerupta), iar punctul de intersectie, d, determina noua viteza maxima v_amax care poate fi obtinuta in aceste conditii.

Fig. 4.23. Caracteristica de tractiune a

autovehiculului.

Caracteristica de tractiune a unui autovehicul este data de curbele de variatie ale fortei la roata F_R in functie de viteza de deplasare a acestuia, V_a, pentru fiecare treapta de viteza, lucru aratat in figura 4.23.

Pentru studiul performantelor autovehiculului pe un anumit drum, caracterizat de un unghi de inclinare a si un coeficient de rezistenta la rulare f, caracteristica de tractiune se poate completa si cu variatia fortelor de rezistenta la rulare pentru cazurile concrete de deplasare (autovehicul singular, cu remorca, cu semiremorca sau cu masini de lucru).

Caracteristica de tractiune se utilizeaza atat la studiul performantelor autovehiculului cat si la studiul posibilitatilor de trecere de la o treapta la alta, in timpul deplasarii.

Bilantul de putere al autovehiculelor

Bilantul de putere al autovehiculelor reprezinta echilibrul dintre puterea la roata, P_R, si suma puterilor necesare invingerii rezistentelor la inaintarea acestora.

In cazul cel mai general, ecuatia bilantului de putere al autovehiculelor poate fi scrisa sub urmatoarea forma:

(4.92)

unde: P_e este puterea efectiva a motorului; h_tr este randamentul intregii transmisii; P_r este puterea necesara invingerii rezistentelor la rulare; P_p este puterea necesara invingerii rezistentei la urcarea pantei; P_a este puterea necesara invingerii rezistentei aerului; P_d este puterea necesara invingerii rezistentei la demarare; P_tc este puterea de tractiune la carlig, consumata pentru invingerea rezistentelor remorcilor, semiremorcilor sau masinilor de lucru; P_d este puterea pierduta prin patinarea rotilor motoare; P_agr este puterea necesara pentru antrenarea masinilor agricole sau remorcilor active prin priza de putere.

Relatia poate fi particularizata pentru cazurile concrete intalnite (autovehicul singular, cu remorca, cu semiremorca, cu masini de lucru sau masini antrenate prin priza de putere).

Legatura dintre forta si putere este data de urmatoarele relatii:

(4.93)

unde: v_a este viteza de deplasare a autovehiculului; F este forta. Daca nu se utilizeaza sistemul international de unitati de masura, spre exemplu daca se utilizeaza forta in daN si viteza in km/h, expresiile puterii exprimate in kW sau CP sunt:

. (4.94)

Tinand cont de relatiile 4.93 si folosind expresiile fortelor de rezistenta la inaintare determinate in subcapitolele anterioare, pentru elementele bilantului de putere, pot fi scrise urmatoarele relatii:

Puterea consumata pentru invingerea rezistentelor la rulare

(4.95)

unde: f este coeficientul de rezistenta la rulare; v_a este viteza de deplasare a autovehiculului; G_a este greutatea totala a autovehiculului; a este unghiul pantei.

Puterea necesara invingerii rezistentei la urcarea pantei:

(4.96)

Puterea necesara invingerii rezistentei aerului, care nu se ia in considerare la autovehiculele agricole (tractoare):

(4.97)

unde: c_x este coeficientul de forma pe directia de deplasare; S este suprafata sectiunii transversale a autovehiculului.

Puterea necesara invingerii rezistentei la demarare:

(4.98)

unde: d este coeficientul maselor in miscare de rotatie; g este acceleratia gravitationala; dv_a/dt este acceleratia in miscare de translatie a autovehiculului.

Puterea de tractiune la carlig, care se ia in consideratie numai la autovehiculele care lucreaza in agregat cu remorci, cu semiremorci sau cu masini de lucru:

(4.99)

unde: F_tc este forta de tractiune la carlig care se calculeaza in functie de situatia concreta (autovehicul cu remorci, cu semiremorci sau cu masini de lucru).

Puterea pierduta prin patinarea rotilor motoare care se ia in consideratie in general numai la autovehiculele agricole (tractoare):

(4.100)

unde: P_R este puterea la rotilor motoare; h_d este randamentul patinarii.

Puterea necesara antrenarii masinilor agricole sau remorcilor active prin priza de putere, care se ia in consideratie numai la autovehiculele agricole (tractoare):

(4.101)

unde: M_p este momentul la arborele prizei de putere: w_p este viteza unghiulara a prizei de putere: h_p este randamentul transmisiei prizei de putere

Particularizand ecuatia bilantului de putere in cazul autovehiculului singular, obtinem:

(4.103)

sau, avand in vedere relatiile 4.95.4.98:

(4.104)

Fig.4.24. Bilantul de putere al autovehi- Fig.4.25 Bilantul de tractiune al tractorului in

culului singular. coordonate F,v_a.

Curbele de variatie ale puterii efective a motorului, puterii la roata si a celorlalte puteri necesare invingerii rezistentelor la inaintare in functie de viteza de deplasare a autovehiculului sau de turatia motorului, reprezinta graficul bilantului de putere, care este aratat in figura 4.24 (autovehicul singular).

Diferenta dintre curbele puterii efective a motorului P_e si puterii la roata motoare P_R, reprezinta puterea pierduta pentru invingerea rezistentelor de frecare din transmisia autovehiculului P_tr, adica:

(4.105)

La o viteza v_a1, respectiv turatia n₁, diferenta dintre curba puterii la roata P_R si curba sumei puterilor necesare invingerii rezistentelor la inaintare (segmentul a, b) reprezinta puterea disponibila pentru accelerare P_d. Punctul c, in care se intersecteaza curba puterii la roata cu curba sumei puterilor necesare invingerii rezistentelor la inaintare pentru o treapta de viteza, unde puterea disponibila pentru accelerare este egala cu zero, determina viteza maxima a autovehiculului v_amax, pentru conditiile concrete de exploatare, respectiv, turatia maxima a motorului n_max in conditiile date de deplasare. Particularizand pentru treapta de viteza maxima si drum orizontal de calitate buna se obtine viteza maxima a autovehiculului.

In cazul unui tractor care lucreaza fara priza de putere si neglijand puterea consumata pentru invingerea rezistentei aerului ecuatia bilantului de putere va avea forma:

La deplasarea autovehiculului pe un drum orizontal intr-un regim stabilizat de miscare, relatiile 4.106 are urmatoarea forma:

(4.107)

In figura 4.25 este reprezentat bilantul de putere al tractorului, in cazul functionarii fara priza de putere si neglijand rezistenta aerului, avand pe ordonata vitezele, iar pe abscisa fortele. Deoarece puterea este data de produsul dintre forta si viteza, diferitele puteri din diagrama bilantului de puteri vor fi reprezentate prin dreptunghiuri la anumite scari.

Puterea efectiva a motorului este data de dreptunghiul ale carui laturi sunt viteza teoretica v_t si forta de tractiune teoretica F_teor, care ar putea fi obtinuta numai in cazul cand nu ar exista pierderi in transmisie, adica:

(4.108)

In figura 4.26 bilantul de putere al tractorului este reprezentat grafic in functie forta de tractiune la carlig, in cazul in care tractorul lucreaza pe un teren orizontal intr-un regim stabil de miscare fara priza de putere. Se considera ca tractorul are o transmisie progresiva care permite sa se incarce motorul la puterea nominala P_n prin variatia automata a vitezei in functie de sarcina. Pe acelasi grafic s-a trasat si curbele patinarii d, coeficientul de rezistenta la rulare f si vitezei teoretice v_t functie de forta de tractiune la carlig. Curbele patinarii d si a coeficientului de rezistenta la rulare f se traseaza, folosind datele obtinute experimental sau relatiile empirice de calcul. Curba de variatie a vitezei teoretice v_t functie de forta de tractiune la carlig se traseaza folosind relatia:

(4.109)

Graficul bilantului de putere in functie de forta de tractiune la carlig se traseaza in felul urmator: pe ordonata la o scara convenabila se aseaza puterea nominala P_n care este constanta in functie de forta de tractiune la carlig si deci va fi reprezentata printr-o paralela la abscisa. La o incarcare constanta a motorului, pierderile in transmisie vor fi constante, care scazute din puterea nominala P_n ne da puterea la roata P_R. Daca din puterea la roata se scad puterile pierdute prin patinare P_d si la rulare P_r, determinate cu relatiile stabilite mai inainte, se obtine curba puterii fortei de tractiune P_tc, care la o alta scara va reprezenta si variatia randamentului de tractiune h_T. Curba P_tc=f(F_tc) sau curba h_T=f(F_tc), corespunzatoare incarcarii constante a motorului si a unei reglari continue a vitezelor functie de forta de tractiune la carlig, poarta denumirea de caracteristica potentiala de tractiune, din care rezulta ca tractorul poate functiona cu un randament de tractiune ridicat, numai intr-un anumit interval al fortelor de tractiune. Limitele acestui interval depinde de forma caracteristicii potentiale de tractiune.

Fig. 4.26. Bilantul de putere al tractorului Fig. 4.27.Bilantul de putere al tractoru-

functie de forta de tractiune la lui functie de viteza reala de

carlig. deplasare.

Graficul bilantului de putere al tractorului in functie de viteza reala de deplasare a acestuia v_a este reprezentat in figura 4.27. Pe acelasi grafic este reprezentata si variatia fortei de tractiune la carlig F_tc in functie de viteza, folosind relatia:

(4.110)

Deci, se poate scrie:

(4.111)

de unde:

. (4.112)