DEFINIREA CONDITIILOR DE AUTOPROPULSARE - AUTOMOBIL

DEFINIREA CONDITIILOR DE AUTOPROPULSARE - AUTOMOBIL

Deplasarea autovehiculului in conditiile cerute de performante in ceea ce piveste dinamicitatea, consumul de combustibil, siguranta si confortul calatoriei, cerinte ce impun anumite reguli si elemente constructive, presupune cunoasterea influentelor exterioare ce se opun inaintarii autovehiculului.

Definirea conditiilor de autopropulsare, care precede calcul de tractiune, impreuna cu care conditioneaza performantele autovehiculului, cuprinde precizarea, functie de tipul, caracteristicile si destinatia autovehiculului, a cauzelor fizice pentru fortele de rezistenta ce actioneaza asupra autovehiculului, a factorilor specifici de influenta si stabileste relatiile analitice de evaluare cantitativa a acestor forte.

In procesul autopropulsarii autovehiculului, asupra acestuia actioneaza, dupa directia vitezei de deplasare, doua tipuri de forte:

forte active - fortele care au acelasi sens cu cel al vitezei de deplsare;

fortele de rezistenta - fortele care sunt de sens opus sensului vitezei de deplasare.

Fortele de rezistenta, cunoscute sub denumirea de rezistente la inaintare sunt urmatoarele:

rezistenta la rulare - este o forta ce se opune inaintarii autovehiculului si este determinata de fenomenele ce se produc la rularea rotilor pe calea de rulare;

rezistenta aerului - este o forta ce se opune inaintarii autovehiculului si este datorata interactiunii dintre autovehiculul in miscare si aerul considerat in repaus;

rezistenta pantei - este o forta dotorata inclinarii longitudinale a drumului si reprezinta o forta de rezistenta la urcarea pantelor, si o forta activa la coborarea pantelor;

rezistenta la demaraj - este o forta datorata inertiei autovehiculului in miscare si reprezinta o forta de rezistenta in timpul miscarii accelerate si do forta activa in regimul miscarii decelerate.

Miscarea autovehiculului, consecinta a actiunii asupra lui a fortelor active si de rezistenta poate fi:

miscare uniforma (cu viteza constanta);

miscare accelerata (viteza creste) - regim numit "regimul demararii";

miscare decelerata (viteza scade); aceste regim poate fi realizat prin rulare libera, cand regimul decelerat este datorat incetarii actiunii fortei de tractiune si prin franare, cand regimul decelerat este datorat actiunii fortei de franare dezvoltata la rotile automobilului.

Autopropulsare autovehiculului se datoreaza energiei mecanice primite de rotile motoare de la motorul autovehiculului si este posibila cand aceasta energie este in concordanta cu necesarul de momente si puteri pentru invingerea rezistentelor la inaintare. De aici rezulta ca deosebit de importanta in definirea conditiilor de autopropulsare cunoasterea, pentru fiecare din rezistentele la inaintare, a cauzelor fizice care le genereaza, a principalelor marimi si factori de influenta si a posibilitatilor de evaluare analitica,

1. Rezistenta la rulare

1.1. Generarea rezistentei la rulare

Rezistenta la rulare, R_r, este o forta cu actiune permanenta datorata exclusiv rostogolirii rotilor pe cale, si este de sens opus sensului de deplasare al automobilului.

Cauzele fizice ale rezistentei la rulare sunt:

deformarea cu histerezis a pneului;

frecarile superficiale dintre pneu si cale;

frecarile din lagarele butucului rotii;

deformarea caii de rulare;

percutia dintre elementele benzii de rulare si microneregularitatile caii de rulare;

efectul de ventuzare produs de profilele cu contur inchis de pe banda de rulare pe suprafata neteda a caii de rulare.

Intre cauzele amintite mai sus, in cazul autoturismelor - care se deplaseaza pe cai rigide, netede, aderente - ponderea importanta o are deformarea cu histerezis a pneului.

Ca urmare a modului de distribuire a presiunilor in pata de contact dintre pneu si cale cenrtul de presiune al amprentei este deplasat in fata centrului contactului cu marimea "a"(fig3.1.a).

a) b)

Fig. 1. Actiunea momentului de rezistenta la rulare asupra unei roti motoare

a) rezultanta fortelor din pata de contact "Z"; b) reducerea reactiunii normale Z (punctul O_p).

Din conditia de echilibru a rotii libere (roate care ruleaza sub actiunea unei forte de impingere R_r) apicand metoda izolarii corpurilor prin desfacerea legaturilor ei cu calea si automobilul, se obtine o forta tangentiala sub forma:

(1)

unde r_r este raza de rulare a rotii;

Z reactiunea normala dintre pneu si cale;

Notand produsul

(2)

care reprezinta momentul rezistentei la rulare (fig.3.1.b) expresia fortei datorate rostogolirii rotii pe cale devine:

Aceasta forta, generata de deplasarea suportului reactiunii normale fata de verticala centrului rotii de numeste rezistenta la rulare R_r si reprezinta forta cu care roata se opune deplasarii in sensul si directia vitezei automobilului.

Deoarece determinarea deplasarii "a" este dificila, ea fiind in acelasi timp o marime cu o valoare data pentru un pneu dat in conditii precizate de miscare, pentru calcul rezistentei la rulare este preferabila folosirea unei marimi relative, avand natura unui criteriu de similitudine, care permite extinderea utilizarii sale in conditii mai generale. Aceasta marime este coeficientul rezistentei la rulare f dat de relatia:

(4)

1. Factori de influenta asupra rezistentei la rulare.

Principalii factori care influenteaza rezistenta la rulare sunt:

viteza de deplasare a autovehiculului;

caracteristicile constructive ale pneului;

presiunea interioara a aerului din pneu;

sarcina normala pe pneu;

tipul si starea caii de rulare;

fortele si momentele aplicate rotilor.

Evaluarea prin experiment a unuia dintre factori nu este posibila deoarece toti parametrii de mai sus definesc pneul in timpul rularii lui.

1.3. Calculul rezistentei la rulare.

Se constata ca multitudinea de factori amintiti mai sus face dificila determinarea cu exactitate a coeficientului rezistentei la rulare in orice moment al rularii rotii, de accea apare necesitatea utilizarii unor relatii/seturi de relatii empirice pentru determinarea acestui coeficient. Exprimarea acestora este diversa prin numarul si calitatea marimilor de intrare.

1.4 Determinarea rezistentei la rulare

Rezistenata la rulare ( R_r ) este o forta cu actiune permanenta la rularea rotilor pe cale, de sens opus sensului deplasarii autovehiculului.

Cauzele fizice ale acestei rezistente la inaintare sunt: deformarea cu histerezis a pneului, frecari superficiale intre pneu si cale, frecarile din lagarele rotii, deformarea caii, percutia dintre elementele pneului si microneregularitatile caii, efectul de ventuza produs de profilele cu contur inchis pe banda de rulare etc.

Fata de cauzele determinate, rezistenta la rulare depinde de un numar mare de factori de influenta, printre care semnificativi sunt: constructia pneului, viteza de deplasare, presiunea aerului din pneu, fortele si momentele ce actioneaza asupra rotii.

In calculele de proiectare dinamica a autovehiculelor, rezistenta la rulare este luata in considerare prin coeficientul rezistentei la rulare f, care reprezinta

o forta specifica la rulare definitaprin relatia:

unde: R_r - este rezistenta la rulare ;G_a cos a - componenta greutatii normala pe cale ;

Pentru autobuzul de proiectat vom intocmi un tabel in care vom calcula rezistenta la rulare pentru diferite tipuri de drumuri si pentru diferite unghiuri de inclinare ale pantei.

Pentru calculul rezistentei la rulare se utilizeaza relatia:

[N]

G_a=18400 [N] - greutatea automobilului de proiectat;

f=0.018

- este expresia componentei greutatii autobuzului normala pe cale.

Avand in vedere ca autobuzul de proiectat este unul urban unghiul maxim a pe care il vom lua in calcul va fi de a=25^o si consideram pentru valorile urmatoare:

a

Determinarea rezistentei aerului.

Rezistenta aerului ( R_a ) reprezinta interactiunea, dupa directia deplasarii, dintre aerul in repaus si autovehiculul in miscare rectilinie. Ea este o forta cu actiune permanenta de sens opus sensului de deplasare a automobilului.

Cauzele fizice ale rezistentei aerului sunt:

repartitia inegala a presiunilor pe partea din fata si spate a caroseriei;

frecarea dintre aer si suprafetele pe langa care are loc curgerea acestuia;

energia consumata pentru turbionarea aerului;

rezistenta curentilor exteriori folositi pentru racirea diferitelor organe si pentru ventilarea caroseriei .

Pentru calculul rezistentei aerului se recomanda utilizarea relatiei:

[N]

unde r - densitatea aerului in conditii atmosferice standard, care ia valori intre 1,..2,2 kg/m³ .Pentru conditiile atmosferice standard ( p=101,3310^-3 [N/m²] si T=288^oK ) densitatea aerului are valoarea 1,225 kg/m³ ;

c_x - coeficientul de rezistenta al aerului;

A - aria sectiunii transversale maxime [m²];

v - viteza de deplasare a automobilului [m/s].

Aria transversala maxima se determina cu suficienta precizie cu relatia:

[m²]

Rezulta : A=13 m² .

3. Determinarea rezistentei pantei

Avand in vedere ca la deplasarea autovehiculului pe un drum cu inclinare longitudinala a, greutatea G_a se descompune dupa 2 directii, una perpendiculara pe planul drumului si una paralela cu acesta , componenta paralela cu calea de rulare se numeste forta rezistenta la panta deoarece se opune deplasarii autovehiculului cand acesta urca panta. Daca autovehiculul coboara panta atunci componenta devine forta activa care contribuie la deplasare autovehiculului .

Expresia rezistentei la panta este :

4. Determinarea rezistentei la demarare.

Rezistenta la demarare R_d, este o forta de rezistenta ce se manifesta in regimul de miscare accelerata a autovehiculului.

Ca urmare a legaturilor cinematice determinate in lantul cinematic al transmisiei dintre motor si rotile motoare, sporirea vitezei de translatie a autovehiculului se obtine prin sporirea vitezei unghiulare de rotatie ale elementelor transmisiei si rotilor. Masa autovehiculului in miscare de translatie capata o acceleratie liniara iar piesele in rotatie acceleratii unghiulare. Influenta asupra inertiei in translatie a pieselor aflate in rotatie se face printr-un coeficient d, numit coeficientul de influenta al maselor in miscare de rotatie.

Rezistenta la demarare este astfel data de relatia:

unde: m_a - masa autovehiculului [kg] ;

d - coeficientul de influenta al maselor aflate in miscare de rotatie;

- accelerarea miscarii de translatie a autovehiculului

5 Ecuatia generala de miscare a automobilului

Pentru stabilirea ecuatiei generale a miscarii, se considera autovehiculul in deplasare rectilinie, pe o cale cu inclinare longitudinala de unghi a, in regim tranzitoriu de viteza cu acceleratie pozitiva. Luand in considerare actiunea simultana a fortelor de rezistenta si a fortei motoare ( de propulsie ) din echilibru dinamic dupa directia miscarii, se obtine ecuatia diferentiala :

Functie de conditiile de autopropulsare a autovehiculului, in ecuatia de miscare se definesc mai multe forme particulare :

a)          pornirea din loc cu acceleratia maxima

In acest caz ecuatia generala de miscare capata forma particulara

unde : a_{1 max} - acceleratia in prima treapta a C.V.

b)         deplasarea pe calea cu panta maxima

Corespunzator conditiilor formulate anterior, coeficientul rezistentei specifice caii capata forma

F_{R max} = G_a y_max =184000.37=6903N

Unde

c)         deplasarea cu viteza maxima

Din conditia realizarii vitezei maxime pe o cale orizontala in stare buna se obtine forma