Proiect Dinamica Autovehiculelor [PDF]

Zitiervorschau

Universitatea “Lucian Blaga” din Sibiu Facultatea de Inginerie

PROIECT LA DISCIPLINA DINAMICA AUTOVEHICULELOR

Profesor coordonator: Prof. dr. ing. Racota Radu

Student: Radu Florin Ionut

Sibiu 2015

CUPRINS

1.STUDIUL SOLUTIILOR SIMILARE DE AUTOVEHICULE : 1.1 Organizarea generala; 1.2 Dimensiunile exterioare si ale capacitatii de trecere; 1.3 Masa si capacitatea de incarcare; 1.4 Tipul si parametrii motorului; 1.5 Parametrii transmisiei si caracteristicile pneurilor; 1.6 Caracteristici ale sistemelor automobilelor (directie,franare,suspensie,echipament electric si electronic,etc); 1.7 Performante de demarare si franare (viteza maxima,timpul si spatiul de demarare,timpul si spatiul de franare); 1.8 Consumul de combustibil.

2. CALCULUL DINAMIC AL AUTOMOBILULUI PROIECTAT : 2.1 Adoptarea dimensiunilor si caracteristicilor functionale pentru automobilul din tema; 2.2 Adoptarea modului de organizare a transmisiei si a amenajarii interioare si a autovehiculului din tema; 2.3 Adoptarea greutatii automobilului si stabilirea repartizarii acesteia pe punti 2.4 Alegerea pneurilor si determinarea razelor rotilor autovehiculului; 2.5 Calculul rezistentei la rulare,rezistentei aerului si a rezistentei la urcarea in rampa precum ecum si a puterilor necesare invingerii acestora, pentru diferite viteze de deplasare si pentru direrite inclinari ale rampei; 2.6 Calculul momentului ajuns la roata motoare; 2.7 Calculul reactiunilor normale ale caii de rulare asupra puntii automobilului pentru diferite inclinari ale rampei; 2.8 Trasarea caracteristicii exterioare a motorului cu care este echipat autovehiculul; 2.9 Determinarea raportului de transmitere al transmisiei principale; 2.10 Determinarea spatiului de demarare pana la viteza maxima; 2.11 Determinarea spatiului si timpului minim de franare pentru diferite viteze initiale; 2.12 Stabilirea marimilor caracteristice ale virajului; 2.13 Dotari specifice ale autovehiculului in raport cu destinatia sa; 2.14 Stabilirea unui itinerar intern/international de transport cu calcularea unor costuri.

1.STUDIUL SOLUTIILOR SIMILARE DE AUTOVEHICULE In tabelele de mai jos sunt prezentate caracteristicile si dotarile ale camioanelor in functie de performantele fiecaruia. Dimensiunile anvelopelor sunt pentru fiecare camion diferite in functie de gabaritul lor.Rotile au un rol foarte important deoarece asigura contactul cu calea de rulare,preiau greutatea intregului automobil,asigura legatura cu sasiul transformand miscarea lor de rotatie in miscare de translatie si amortizeaza o parte din oscilatiile produse de denivelarile drumului. De asemenea fiecare camion este echipat cu cel putin un sistem de franare controlat electronic (ABS/EBS/ESP),care mareste siguranta si care evita derapajele si blocarea rotilor in cazuri de urgenta. Performantele de demarare,franare si consumul sunt prezentate in tabel atat cu autocamionul incarcat,cat si descarcat Marca Greutate proprie[kg] Capacitate de incarcare[kg] Viteza maxima Dimensiuni (L x l x H) Numar axe Dimensiuni anvelope frontale Marimea anvelopelor anterioare Tip suspensie Putere motor Cutie de viteze Ampatament [m] Encartamentul [m] Sistem de franare Cilindree [cmc] Carburant Echipament electric Transmisie Directie Sistem de directie

Mercedes Benz 8880 9780 90 km/h 10.74mX2.49mX2.93m 2 295/80R22,5 315/70R22,5 Aer-aer 231 CP Manuala (6+1) 5.17 2 discuri 6374 diesel ABS, ESP Spate Hidraulica servo

Marca Greutate proprie[kg] Capacitate de incarcare[kg] Viteza maxima Dimensiuni (L x l x H) Numar axe Dimensiuni anvelope frontale Marimea anvelopelor anterioare Tip suspensie Putere motor Cutie de viteze Ampatament [m] Encartamentul [m] Sistem de franare Cilindree [cmc] Carburant Echipament electric Transmisie Directie Sistem de directie

Iveco 9730 5800 90 km/h 7.62MX2.31MX2.74M 2 385/65R22,5

Marca Greutate proprie[kg] Capacitate de incarcare[kg] Viteza maxima Dimensiuni (L x l x H) Numar axe Dimensiuni anvelope frontale Marimea anvelopelor anterioare Tip suspensie Putere motor Cutie de viteze Ampatament [m] Encartamentul [m] Sistem de franare Cilindree [cmc] Carburant Echipament electric Transmisie Directie Sistem de directie

Scania p 230 frigo 12500 13500 90 km/h 10.02mx2.55mx2.37m 2 365/75R22,5

Marca

Daf

315/70R22,5 Aer-aer 250 CP Mecanica 4.18 2 disc 6000 diesel ABS,ESP, EBS Spate Hidraulica Servo

315/65R22,5 Aer-aer 261 Manuala 6+1 5.5 1.9 discuri 8970 diesel ABS,ESP,EBS spate Hidraulica Servo

Greutate proprie[kg] Capacitate de incarcare[kg] Viteza maxima Dimensiuni (L x l x H) Numar axe Dimensiuni anvelope frontale Marimea anvelopelor anterioare Tip suspensie Putere motor Cutie de viteze Ampatament [m] Encartamentul [m] Sistem de franare Cilindree [cmc] Carburant Echipament electric Transmisie Directie Sistem de directie

7790 4200 90 km/h 7.79mx2.6mx2.45m 2 385/55R22,5 315/70R22,5 Aer-aer 230 CP Manuala (6+1) 4.1 2 discuri 6200 diesel ABS spate Hidraulica Servo

2. CALCULUL DINAMIC AL AUTOMOBILULUI PROIECTAT 2.1 Adoptarea dimensiunilor si caracteristicilor functionale pentru automobilul din tema Marca Greutate Putere motor [kw] Viteza maxima Dimensiuni (L x l x H) Tip osie Dimensiuni anvelope frontale Marimea anvelopelor anterioare Tip suspensie Dimensiune remorca Cutie de viteze Ampatament [mm] Encartamentul [mm] Sistem de franare Cilindree [cmc] Sistem de directie Echipament electric Transmisie Consum (+/- 2l)

Propriu / animals 9t 380 100 km/h 11.3mx2.4mx2.48m 3 385/65R22,5 385/65R22,5 Aer-aer Manuala 12 + 1 5600 2000 discuri 7200 Servo ABS,EBS spate 25/100 km

In functie de solutiile similare,pentru camionul proiectat s-au ales dimensiunile din tabel. De asemenea camionul este dotat cu 3 sisteme de franare controlate electronic,servo directie,suspensie cu perne de aer,computer de bord

2.2 Adoptarea modului de organizare a transmisiei si a amenajarii interioare si a autovehiculului din tema

Motorul autocamionului se afla sub cabina,iar puntea motoare se afla pe axa din spate.S-a ales aceasta metoda deoarece la aceasta metoda se pot pune motorizari mai puternice in general,iar transmisia cuplului motor la sol se realizeaza mai bine atunci cand ea se efectueaza pe puntea spate. In interior autovehiculul este dotat cu 1 pat pentru dormit,geamuri electrice,climatronic,computer de bord si diferite comenzi pentru sofer si pasagerul din dreapta

2.3 Adoptarea greutatii automobilului si stabilirea repartizarii acesteia pe punti

greutate gol[daN]

9000

Gu[daN]

23000

Ga[daN]

32000

a

2500

b

3000

g2

14545

g1

17455

Greutatea proprie se determina cu automobilul avand plinurile facute,roata de rezerva si cu trusa de scule dispuse la locul lor,dar fara persoane la bord. Greutatea utila reprezinta greutatea marfurilor incarcate si/sau greutatea pasagerilor. Greutatea totala a automobilului este limitata in scopul de a nu deteriora anvelopele,suspensi si chiar calea de rulare Ga = Go + Gu [daN] Ga – greutatea totala Go – greutatea proprie Gu – greutatea utila Forta de greutate a automobilului se repartizeaza pe cele doua punti sub forma G1 si G2.Deoarece Cg este centrul de greutate se poate forma un sistem de 2 ecuatii pe baza observatiilor.Suma celor doua forte de pe punti este egala cu greutatea automobilului,momentul static este egal. G1 = b/L * Ga G2 = a/L * Ga

Greutatea ce revine pe o roata se determina astfel: Gr = G1 / (i*n) i – numarul de punti n – numarul de roti pe punte

2.4 Alegerea pneurilor si determinarea razelor rotilor autovehiculului anvelopa Latime[mm] inaltime[mm] diametru [mm] diametru janta[cm} indice sarcina[kg/buc] indice viteza km/h model Pozitionare Masa anvelopa[g] Presiunea aerului [bar] Raza nominala(rn)[mm] Raza libera(ro)[mm] raza statica(rs)[mm] raza dinamica(rd)[mm] raza de rulare(rr)[mm] raza de lucru(rl)[mm]

315/60R22.5 MICHELIN 315 189 949.5 22.5 152 -> sarcina maxima 3550 kg/buc viteza maxima 100 XZA2 Energy directie 57.32 9 474,75 474,75 444,75 424,75

474.75 448.64

Atat in timpul stationarii autovehiculului cat si al deplasarii acestora anvelopele sufera deformatii radiale si tangentiale.Aceasta se datoreaza elasticitatii pneului.Ca urmare pot fi definite mai multe raze,enumerate in tabelul de mai sus. Raza nominala (rn) – raza inscrisa in stantardul de fabricare a acestei anvelope rn = D/2 = d+2H/2 Raza libera – raza rotii in stare neancarcata si in repaus (ro) Raza statica – este definita ca distanta de la centrul rotii pana la calea de rulare,roata fiind incarcata cu o forta,iar automobilul este in repaus (rs) Raza dinamica – se defineste in acelelasi conditii ca si cea statica doar ca in conditiile deplasarii automobilului (rd) -marimea acestei raze depinde de greutatea ce revine pe roata,presiunea aerului din anvelopa,elasticitatea materialului din care este confectionata anvelopa

Raza de rulare (rr) – raza unui cerc imaginar nedeformabil care se roteste si care parcurge (centrul sau) o distanta S egala cu lungimea cercului Raza de lucru (re) – utilizarea razei dinamice sau a celei de rulare se face doar in calculele de mare exactitate

2.5 Calculul rezistentei la rulare,rezistentei aerului si a rezistentei la urcarea in rampa precum si a puterilor necesare invingerii acestora,pentru diferite viteze de deplasare si pentru direrite inclinari ale rampei

αº

Rr[N] 0 5 10 15 20 25 30 35

Rα[N]

Rp[N]

5760. 00 5738. 08 5672. 49 5563. 73 5412. 63 5220. 33 4988. 31 4718. 32

Va[km/h]

0.00

0.00

0

27889.84

26.17

10

55567.42

104.69

20

82822.09

235.56

30

109446.45

418.77

40

135237.84

654.33

50

160000.00

942.23

60

183544.46

1282.48

70

Rr – rezistenta la rulare Rp – rezistenta in panta Ra – rezistenta aerului

Rezistenta la rulare in functie de α 7000 6000 5000 4000 Rr[n] 3000 2000 1000 0 0

5

10

15

20

25

30

35

30

35

º

rezistenta pantei in functie de α 200000 150000 Rp[n] 100000 50000 0

0

5

10

15

20

25

º

rezistenta aerului in functie de viteza 5000 4000 3000 Rα[N]

2000 1000 0 0

20

40

60

80

Va[km/h]

100

120

140

Rezistenta la rulare – pe timpul deplasarii automobilului,pneul acestuia sufera deformatii in contact cu calea de rulare,deformatii ce depinde de material,constructia si presiunea din pneu,dar si calea de rulare se deformeaza sub actiunea greutatii de pe roata,a structurii si rezistentei stratului superficial si a celui de sustinere a caii de rulare.Urmare acestor deformari se consuma o parte din energia dezvoltata de motor.Forta de rezistenta ce se opune deplasarii in acest caz se numeste forta de rezistenta la rulare. Rr = f * Ga * cos α [N] Rezistenta aerului - se manifesta datorita actiunii frontale a aerului.Ea poate fi reprezentata sub forma unei forte concentrate ce actioneaza la intaltimea ha fata de sol in centrul de presiune.Rezistenta aerului apare si ca urmare a diferentei de presiune intre partea din spate si fata a automobilului Se determina cu relatia: Ra = ½ *

* cx * A * (va)^2 [N]

Rezistenta pantei – in cazul automobilului ce se deplaseaza in rampa,greutatea se descompune in doua componente: una perpendiculara cu calea de rulare si alta paralela cu aceasta. Componente paralela cu calea de rulare Ga sin α trebuie invinsa de autombil atunci cand el se deplaseaza in rampa,deci ea constituie rezistenta rampei. Cand automobilul se deplaseaza in coborare,atunci componenta Ga devine forta activa. Rezistenta pantei se poate scrie : Rp = Ga sin α [N] ρ aer[kg/m3] cx A f hg

1,226 0,7 6,6 0,2 1550

2.6 Calculul momentului ajuns la roata motoare Se considera un automobil la care la un moment dat motorul produce un moment efectiv Me,o putere efective Pe si lucreaza la o turatie Mmot. Puterea si momentul astfel dezvoltate se transmit pana la rotile motoare ale automobilului. Marimile dezvoltate de motor se transimt astfel: -ambreiajul preia si transmite integral momentul dezvoltat la motor -cutia de viteze amplifica momentul produs in functie de treapta de viteze care este cuplata deoarce icv >1 -ruptor distribuitorul are si el un raport de transmitere prin intermediul caruia momentul ce iese din cutia de viteze este si el amplificat -transmisia principala amplifica din nou momentul produs cu raportul io Ca urmare la rotile motoare,daca se tine seama si de randamentul transmisiei se obtine: Mr = Me * icv * ird * io * ηt Me[Nm] icv >1 io

ηt Momentul la roata [Mr]

2500 6 7 0.95 99750

2.7 Calculul reactiunilor normale ale caii de rulare asupra puntii automobilului pentru diferite inclinari ale rampei Pentru determinarea reactiunilor drumului asupra automobilului se scriu ecuatiile de momente in raport cu punctele A si B. ∑ MB = 0 , L * Z1 – b Ga cos α + hg Ga sin α + hgRd +Mr1 + Mr2 + haRa = 0 Mr1 + Mr2 = a(Z1 + Z2) = f * Rd (Z1+Z2) = f * rd * Ga * cos α Deoarece Z1 + Z2 = Ga cos α

Z1 = b/2 * Ga cos α – hg/2 * Ga sin α – hg/2 Ra – f * rd/2 * Ga cos α – ha/2 * Ra ∑ MA = 0 , L * Z2 – b Ga sin α + hg Ga cos α – hg * Rd - Mr1 – Mr2 - haRa = 0 Z2 = hg/2 * Ga sin α + a/2 * Ga cos α + frd/2 * Ga cos α + ha/L * Ra + hg/L * Rd

Se observa ca reactiunile normale Z1 si Z2 depind de: -unghiul de inclinare al rampei -rezistenta aerului -regimul de deplasare prin intermediul rezistentei la demaraj

Deplasarea cu viteza redusa si constanta in rampa Alfa 0 5 10 15 20 25 30 35

Z1

Z2

25201 23967 22550 20961 19213 17317 15290 13145

21115 22173 23062 23776 24310 24659 24821 24795 Deplasarea cu viteza constanta pe un drum orizontal

Alfa 0

Z1

Z2

25201

20990

Stationare pe drum inclinat

Alfa 0 5 10 15 20 25 30 35

Z1

Z2

25263 24029 22613 21024 19275 17380 15352 13208

21053 22110 22999 23714 24247 24596 24758 24732

Stationare pe drum orizontal Alfa

Z1

Z2

25263

21053

0

2.8 Trasarea caracteristicii exterioare a motorului cu care este echipat autovehiculul Prin caracteristica exterioara a unui motor se inteleg curbele de variatie ale puterii efective (Pe),momentul efectiv (Me),consumului orar de combustibil (Ch) si a consumului specific de combustibil (Ce) obtinute in conditii de incarcare maxima a motorului,deci de doza maxima de combustibil injectata in functie de turatie.Aceasta caracteristica se obtine pe cale experimentala,pe standul motor prin cuplarea acestuia cu o frana electrica care simuleaza momentul existent. La o turatie data (nx),momentul efectiv dezvoltat de motor este egal cu cel rezistent (Mr).Mr se poate masura direct la frana electrica,ca urmare se obtine momentul efectiv.Se modifica apoi Mr,incat creste sau scade turatia motorului cand acesta dezvolta un alt Me. In felul acesta se determina momentul efectiv Mr pentru diferite turatii ale motorului. Puterea efectiva se determina prin calcul: Pe = Me * w [kW] Consumul orar de combustibil se determina prin masurarea timpului in care motorul consuma o anumita cantitate de combustibil: Ch = mc/t Consumul specific efectiv de combustibil:

Ce = 10^3Ch/Pe [g/kWh]

α β ϕ n min(regimul minim de turaţieverificare la funcţionare stabilă [rpm] Ke Ka Pemax[kW] n max(regimul de turaţie maximă lanp Mep[Nm] sarcină totală)[rpm] cep[g/kWh]

n

900

-0.026 3.192 -2.166Me[Nm] Pe[kw] 1801.0 2173

1000 1100 1200 1300 1400

211 0.74 241 1.15 270 297380 1900 322 2173 343460 360 373 379 380

1500 1600 1700 1800 1900

ce[g/kWh]

417 412 409 408 410

2290 2382 2447 2486 2499

413 418 426 435 446 460

2486 2447 2382 2290 2173

Moment efectiv in functie de turatie 2600 2500 2400 Me[Nm] 2300 2200 2100 2000 1300

1400

1500

1600

1700

n[rpm]

1800

1900

2000

Putere efectiva in functie de turatie 390 380 370 360 350 Pe [kW] 340 330 320 310 300 290 1300

1400

1500

1600

1700

1800

1900

2000

n[rpm]

2000 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 400

410

420

430

440

450

460

470

2.10 Determinarea spatiului de demarare pana la viteza maxima 2.11 Determinarea spatiului si timpului minim de franare pentru diferite viteze initiale Obiectivul acestui studiu este acela de a determina spatiul si timpul in care un automobil demareaza din staionare sau de la viteza minima in treapta I pana la viteza in treapta maxima sau viteza de 100 km/h.

Ecuatia de miscare a automobilului stabileste legatura intre forta la roata si toate rezistentele care se opun inaintarii automobilului.Evident definitia deplasarii unui automobil este: Fr = Rr + Rp + Ra + Rd Spatiul de demarare este spatiul parcurs de autovehicul pana la atingerea vitezei maxime sau vitezei de 100 km/h.Aceasta se determina pornind de la relatia de definitie a vitezei: V=ds/dt => ds = v * dt Spatiul minim de franare este un parametru de functionare al autombilului cu o foarte mare influenta asupra sigurantei circulatiei.Se determina pornind de la relatiile de definitie a vitezei si acceleratiei: v = ds/dt ; a = - dv/dt ,semnul – arata ca acceleratia este in scadere

viteza

timpul[s]

20 35 55 70 85 100

vmed

5 10 15 20 25 30

Sd[m/s]

10 27.5 45 62.5 77.5 92.5

14 38 63 87 108 128

Viteza in functie de timp (Vmediu) 120 100 80 viteza[km/h]

60 40 20 0 0

5

10

15

20

25

30

35

timp[s]

V [km/h]

Spatiul minim de franare pana la oprire V [m/s] Sf min [m]

5.56 9.72 15.28 19.44 23.61 27.78

2.00 6.14 15.16 24.55 36.20 50.10

0.72 1.26 1.98 2.53 3.07 3.61

spatiul minim de franare in functie de viteza 60 50 40 sfmin[m[ 30 20 10 0 0

5

10

15 v[m/s]

20

25

30

Spatiul de demarare in functie de Vmed 140 120 100 80 spatiu demarare[m]

60 40 20 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 viteza medie[km/h]

Timpul de franare in functie de viteza 4 4 3 3 tfmin[s] 2 2 1 1 0 0

5

10

15

20

25

30

v[m/s]

2.14 Stabilirea unui itinerar intern/international de transport cu calcularea unor costuri

Calcularea costuli itinerariului Pitesti(RO)-Salzburg(A)-pe un sens 109 Distanta Sibiu-Salzburg [km] 5 Consum carburant [l] 274 142 Pret carburant [Ron] 5.2 RON/l 4 150 Diurna sofer [RON] 0 Rovinieta Romania,pe zi [RON] 47 Tranzit Ungaria[RON]/sens[RON] 490 Achizitionare Go-box [RON] 134 Tranzit Austria ->Salzburg [RON] 333 392 Total RON/sens 8 Total euro /sens 893 785 Total Sibiu-Salzburg-Sibiu [ RON] 5