Definirea conditiilor de autopropulsare

Definirea conditiilor de autopropulsare

1.3.1Rezistenta la rulare. Alegerea marimii coeficientului de rezistenta la rulare.

Rezistenta 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 definita prin relatia:

unde:    R_r - este rezistenta la rulare

G_a cos a - componenta greutatii normala pe cale ;

Functie de tipul, caracteristicile si destinatia autovehiculului se recomanda alegerea valorilor din domeniile marcate in diagrama urmatoare:

Folosind relatia:

R_r = f * G_a* cos a [ N ]

si adoptand coeficientul rezistentei la rulare f din diagrama, f = 0,017 , pentru o cale de rulare orizontala ( cos a = 1 ), asfaltata, in stare buna (autoturism de mic litraj, pentru oras, ce ruleaza cu viteza maxima v_max = 125km/h), rezulta:

R_r = 0,018 * 45000= 810 N

1.3.2Rezistenta la panta si rezistenta totala a caii.

La deplasarea autovehiculului pe cai cu inclinare longitudinala, greutatea da o componenta ( R_p ) dupa directia deplasarii, data de relatia : R_p = G_a * sin a [ N ].

Aceasta forta este o forta rezistenta la urcarea rampelor ( de sens opus vitezei de deplasare ) si o forta activa la coborarea pantelor.

Pentru pante cu inclinari mici (a 17 ^o ) la care eroarea aproximarii : sin a = tg a este sub 5% panta se exprima in procente p% = tg a. In acest caz expresia rezistentei la panta este data de relatia :

R_p = G_a * p [ N ]

Alegerea unghiului de inclinare longitudinala a caii se face functie de tipul si destinatia automobilului.

1.3.3Rezistenta aerului. Alegerea marimii coeficientului de rezistenta

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 din spate a caroseriei, frecarea dintre aer si suprafetele pe langa care are loc curgerea acestuia, energia consumata pentru turbionarea aerului si rezistenta curentilor exteriori folositi pentru racirea diferitelor organe si pentru ventilarea caroseriei.

Pentru calculul rezistentei aerului se recomanda utilizarea relatiei :

R_a = 1/2 * r * C_x * A * v² [ N ]

Unde : r - densitatea aerului ; pentru conditii atmosferice standard ( p = 101,33 * 10^-3 [ N/m² ] si T = 288 ^oK ) densitatea aerului este r = 1,225 [ kg/m³ ] ;

Cx - coeficientul de rezistenta a aerului ;

A - aria sectiunii transversale maxime [ m² ] ;

V - viteza de deplasare a automobilului [ m/s ] ;

Notand produsul constant : 1/2 * r * C_x = K [ kg/m³ ] numit coeficient aerodinamic, rezistenta aerului este data de relatia:

R_a = K * A * v² [ N ] unde : K = 0,6125 * C_x kg/m³ ( conditii atmosferice standard ) ;

Aria transversala maxima se determina cu suficienta precizie cu relatia :

A = B * H [ m2 ] unde : B - ecartamentul autoturismului [ m ]

H - inaltimea autoturismului [ m ]

A = 1.610 * 2.3 = 3.7 m²

Pentru determinarea marimii coeficientului de rezistenta a aerului C_x , vom folosi metoda comparativa, conform literaturii de specialitate, analizand valoarea acestuia la solutiile similare propuse, si vom adopta o valoare medie. Cx = 0,45

Ra=N

Pentru cazul nostru adoptam a_max = 17 ^o ; rezulta R_p = 45000 * 0.2923 = 13153,5 N

1.3.4 Rezistenta la demarare. Alegerea marimii coeficientului de influenta

a maselor aflate in miscare de rotatie

Regimurile tranzitorii ale miscarii automobilului sunt caracterizate de sporiri ale vitezei (demaraje) si reduceri ale vitezei (franare). 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 vitezelor unghiulare de rotatie ale elementelor transmisiei si rotilor. Masa autovehiculului in miscare de translatie capata o acceleratie liniara, iar piesele aflate in miscare de rotatie, acceleratii unghiulare.

Influenta asupra inertiei in translatie a pieselor aflate in rotatie se face printr-un coeficient d , numit coeficientul de influenta a maselor aflate in miscare de rotatie.

Rezistenta la demarare este astfel data de relatia :

unde :

ma - masa automobilului [ kg ] ;

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

dv/dt = a - acceleratia miscarii de translatie a autovehiculului [ m/s² ].

Pentru calculul rezistentei la demarare este necesara cunoasterea marimii coeficientului de influenta a maselor aflate in miscare de rotatie. Ca metoda de alegere a marimii coeficientului de influenta a pieselor in miscare de rotatie, bibliografia de specialitate prezinta mai multe metode, cum ar fi utilizarea daca se dispune din studiul solutiilor similare a valorilor corespunzatoare a autovehiculului, cu caracteristicile cele mai apropiate.

Pentru exprimarea ei analitica se utilizeaza relatia de mai sus. In cazul franarii cu motorul decuplat asupra inertiei masei in translatie nu se manifesta influenta momentului masic de inertie al motorului. Ca urmare in relatia de mai sus I_m ==0

Deoarece rezistenta la rulare cat si rezistenta la panta sunt determinate de starea si caracteristicile caii de rulare, se foloseste gruparea celor doua forte intr-o forta de rezistenta totala a caii ( Ry ), data de relatia : Ry = Rr + Rp = Ga ( f cos a + sin a ) = Ga * y [ N ] unde : y - coef. rezistentei totale a caii ;

Pentru valorile adoptate anterior y = 0,018cos17 +sin17; y=0,309 unde Ry=450000,30957;    Ry=13931 N

1.3.5 Ecuatia generala de miscare a automobilului.

Cazuri particulare

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 a caii capata forma

F_{R max} = G_a * y_max = 45000 * 0,30957 = 13931 N

c)              deplasarea cu viteza maxima

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

F_{Rv max} = 45000 * 0,018+1/2 *1,225 * 3,7 * 0,45 * (125/3,6)² = 810+1229,5 = 2038,5N