Dinamica Autovehiculelor Rutiere Academic

5/28/2018 Dinamica Autovehiculelor Rutiere Academic

1/268

DAN DSCLESCU

DINAMICA AUTOVEHICULELOR

RUTIERE

EDITURA POLITEHNIUM

IAI - 2007


2/268

Editura POLITEHNIUM

a Universitii Tehnice Gh.Asachidin IaiBd. Dimitrie Mangeron, nr.67,RO-700050 Iai, RomniaTel/Fax: 40 232 231343

Editura Politehnium (fostGh.Asachi) este recunoscutdeConsiliul Naional al Cercetrii tiinificedin nvmntul Superior (CNCSIS)

Refereni:Prof. univ. dr. Alfred BRAIER

Universitatea TehnicGh. Asachi IaiConf. univ. dr. ing. Radu ROCA

Universitatea TehnicGh. Asachi Iai

Director editur:Prof. univ. dr. ing. Mihail VOICU

Redactor:

Ing. Elena MATCU-ZBRANCA

Tehnoredactare i culegere computerizat:Constantin MANOLACHE

Ctlin MANOLACHE

Coperta:

Ing. Angela MIHAI

Rspunderea pentru tot ceea ce conine prezenta carte aparinen ntregime autorului (autorilor) ei.Descrierea CIP a Bibliotecii Naionale a Romniei

DSCLESCU, DANDinamica automobilelor rutiere/ Dan DASCALESCU Iai: EdituraPolitehnium, 2005Bibliografie17x24, 260pg.,280ex.ISBN 973 621 135 5

531.3:629.33

Printed in Romania


3/268

1

1. INTRODUCERE

n categoria vehiculelor rutiere se includ automobilele,

motociclurile, vehiculele tractate i trenurile rutiere. n aceastcategorie nu sunt incluse tractoarele agricole.

Tipurile i terminologia vehiculelor rutiere sunt precizate nSTAS 6689/1 81.

Automobilul este definit drept un vehicul echipat cu un motorpentru propulsie (termic sau electric), avnd cel puin 4 roi, carenu circulpe ine i care servete pentru:

- transport de persoane sau diverse obiecte detaabile,- tractarea vehiculelor utilizate pentru transport de

persoane sau bunuri,- efectuare unor servicii speciale (autovehicule speciale).

n categoria autovehiculelor sunt incluse i troleibuzele,triciclele cu motor, motocicletele i motoretele.

Automobilele se clasific n : autoturisme, autobuze (naceast categorie sunt incluse i troleibuzele, vehiculele utilitarepentru transportul bunurilor), vehiculele speciale (vehiculepentru transportul autoturismelor, animalelor, autocisterne,

autospeciale pentru stingerea incendiilor, autoateliere,autolaboratoare, ambulane, autogunoiere, autovehicule pentrucurirea zpezii, autobetoniere, automacarale, autofurgoaneetc.), vehicule tractoare de remorc i vehicule tractoare desemiremorc.

Vehiculele tractate sunt acelea care nu posedmotor pentrupropulsie. Acestea pot fi utilizate de asemenea pentru transportde persoane, bunuri i pentru efectuarea de servicii speciale. naceast categorie sunt nglobate conform STAS 6689/1 81

(corespunztor standardului ISO 3833/1977) remorcile isemiremorcile.

Formaiile alctuite din unul sau mai multe vehicule tractatesunt numite ansamble de autovehicule. Acestea nglobeaztrenurile rutiere (automobil care tracteaz una sau mai multeremorci independente), trenuri rutiere de persoane (formatedintr-un autobuz i una sau mai multe remorci autobuz),


4/268

2

trenurile rutiere articulate, trenurile rutiere duble (vehicultractor cu ea urmat de o semiremorc i o remorc), trenurilerutiere mixte (formate dintr-un automobil pentru transportatpersoane i o remorc pentru transportat mrfuri) i trenurile

rutiere speciale (vehicul tractor i remorcspecial).Motoretele sunt vehicule cu 2 roi a cror vitezmaximestelimitatprin construcie la 50 [km/h], iar cilindreea motorului la50 cm3.

Motocicletele sunt autovehicule cu dousau trei roi a crormasnu depete 400 kg.

Prin masa autovehiculului (STAS 6689/387 corespunztorstandardului ISO 1176 1974) , se nelege masa corespunztoaregreutii vehiculului sau forei pe care o parte definita acestuia

o exercitpe un plan orizontal n condiii statice. Modul n carese definete masa unui vehicul este de asemenea precizat nstandardul sus menionat (masa proprie, masa totatalmaxim).

1.1Caracteristici dimensionale ale vehiculelorAceste caracteristici sunt stabilite n standardul STAS

6689/1 75 echivalent cu standardul internaional ISO 612 78.Pentru stabilirea dimensiunilor se ia n consideraie planullongitudinal median al autovehiculului.


5/268

3

Fig. 1.1

Principalele elemente dimensionale care se iau nconsideraie sunt

Lalungimea autovehiculului ,B limea autovehiculului ,

H nlimea autovehiculului ,L ampatamentul ,E ecartamentul (fa, spate sau al punilor intermediare) , unghiul de atac ,unghiul de degajare ,Re raza longitudinalde trecere ,Rt raza transversalde trecere ,C garda la sol (distana la sol de la punctul cel mai cobort alautovehiculului).


6/268

4

Fig. 1.2

n timpul efecturii virajului cu volanul rotit n poziiaextremse definesc urmtoarele diametre (raze) de viraj :

- diametrul maxim de viraj De (raza maxim de viraj2

ee

DR = ) care este diametrul cercului nfurtor al

dreptelor de intersecie a suprafeei solului cu planulmedian al roii directoare exterioare centrului de viraj (fig.1.2);

- diametrul minim de viraj Di (raza minim de viraj2

ii

DR= ) care este diametrul cercului nfurtor al

dreptelor de intersecie dintre planul solului i planulmedian al roii de direcie interioarvirajului.


7/268

5

Diametrele de gabarit la viraj sunt :

D1 - diametrul al celui mai mic cerc n interiorul cruia se aflproieciile tuturor punctelor vehiculului pe planul de sprijin;

D2-

diametrul celui mai mare cerc n exteriorul cruia se afl

proiecia tuturor punctelor autovehiculului pe planul desprijin.

Se poate scrie :

R1=Re+ a,

unde aestedecalajul aripii fade raza exterioarde viraj.DiferenaBv=ReRi se numetefia de gabarit, iarAv=

D1D2 este limea spaiului ocupat de autovehicul n viraj.

1.2 Unghiurile roilor de montaj ale roilor cu pneu

n scopul meninerii direciei de mers , roile de direcie suntmontate ntr-un anumit mod, determinat de o serie de unghiuride poziie a roii i pivotului. Aceste unghiuri sunt :

- unghiul de cdere al roii,-

unghiul de nclinare laterala pivotului fuzetei,- unghiul de fug,- unghiul de convergenal roilor.

Unghiul de cdere al roii (fig. 1.3) este unghiul pe care ilface o dreapt normal la suprafaa de rulare (N) cu planulmedian () al roii. O alt definiie a unghiului de cdere esteurmtoarea : - unghiul pe care l face axa fuzetei (A) cu o dreaptorizontal (H) situat n planul vertical care conine axa fuzetei.

Valoarea acestui unghi variazntre limitele = 0 2030.


8/268

6

Fig. 1.3 Fig.1.4

Unghiul de nclinare transversala pivotului (fig. 1.3) seobine prin proiecia pe un plan perpendicular pe planullongitudinal median al vehiculului a unghiului pe care l face cunormala la calea de rulare (N) axa real sau fictiv a pivotuluifuzetei. Distana d dintre centrul zonei de contact a pneului cusuprafaa cii de rulare i punctul C n care axa pivotuluiintersecteaz solul este denumit raz de pivotare pe calea de

rulare. Unghiulasiguro tendinde revenire a roii n poziia

de deplasare rectilinie. Valorile uzuale sunt cuprinse n limitele 3 80.Unghiul de nclinare longitudinala pivotului (fig. 1.4) este

format dintr-o normal la calea de rulare (V) din planullongitudinal de simetrie i proiecia direciei pivotului pe planullongitudinal de simetrie al autovehiculului.


9/268

7

Existena acestui unghi are ca efect de asemenea apariia uneitendine de a reduce roata n poziia de deplasare rectilinie.

Valoarea acestui unghi variaz n limitele = 0 50.La uneleautobuze grele acest unghi acest unghi poate avea valori negative,

ceea ce uureaz efectuarea comenzii de virare, ns reducestabilitatea.

Unghiul de convergenc este acela (fig. 1.5) pe care l facediametrul orizontal al roii cu un plan (Pe) paralel cu planullongitudinal median al vehiculului. Poate fi de asemenea definitca unghiul dintre planul vertical (V) care trece prin axa fusuluiroii i un plan (H) perpendicular pe planul longitudinal medianal vehiculului.

Convergena roilor este o noiune care permite mai uorcontrolul poziiei roilor i este exprimatprin diferena dintrebaza posterioarB(fig. 1.5) i baza anterioarAa trapezuluiisoscel ale crui vrfuri sunt determinate de extremitilecontururilor interioare ale jantelor situate ntr-un plan orizontalparalel cu calea de rulare.

Fig. 1.5


10/268

8

Convergena C = B A [mm]. n general, valoarea

convergenei este de 0 5mm la autoturisme i 8 10mm laautocamioane i autobuze. Convergena poate fi pozitiv(B>A)sau negativ (B < A). La viteze mari datorit forelor derezisten la rulare roile de direcie au tendina de a rula spreexterior, ca urmare n cazul convergenei pozitive roile dedirecie se vor poziiona paralel cu direcia de micare rectilinie.Unghiurile de convergen mari conduc la mrirea gradului deuzura pneurilor i la creterea consumului de combustibil.

1.3Determinarea nlimii centrului de masalautovehiculului

Coordonatele centrului de mas se determin n funcie devaloarea componentelelor G1i G2ale greutii Grepartizate pepunile autovehiculului (fig. 1.6), autovehiculul fiind asezat

orizontal i apoi nclinat.


11/268

9

Fig. 1.6

Fig. 1.7Componentelor G1i G2ale greutii Gse opun reaciunile

statice Z1 i Z2; componentelor G1 i G

2 cnd automobilul se

aeaza inclinat, cu roata din spate aezat pe un dispozitiv decntrire li se opun reaciunileZ1iZ

2.

Componenta G2 fiind determinat prin cntrire, autovehicululfiind aezat orizontal rezult:

21 GGG =

Ca urmareG

LGa

= 2 i

G

LGb

= 1 (1.1)

Pentru a determina nlimea centrului de greutate,automobilul se aeaz (fig. 1.7) nclinat cu un unghi i secntrete greutatea G2repartizatpe puntea din spate.

Scriind ecuaia de momente fade punctul O1rezult:

( ) 0sincoscos'2 = Sg rhGaGLZ sau


12/268

10

0sincoscos'2 = Sg rhGaGLG (1.2)n final rezult:

Sg rctgG

G

ah +

= 12

'

2

, (1.3)

unde G2i'

2

'

2 ZG = au fost determinate prin cntrire,

este unghiul msurat al nclinrii autovehiculului,rs raza statica roii.

1.4 Construcia pneurilor

Pneurile constituie partea elastic a roii fiind formatedintr-o anvelopi o camerde aer, care se monteazpe o jantmetalic. Pneurile i janta formeaz roata autovehiculului. Oseciune printr-un pneu montat pe janteste prezentatn figura1.8 :

a


13/268

11

b

Fig. 1.8


14/268

12

Carcasa pneului 1 (fig. 1.8 b) este format dintr-o serie destraturi de esturcare sunt numite straturi de cord . Straturilede cord pot fi confecionate din bumbac, mtase, vscoz, fibrede sticl, poliester, poliamidsau oel.

Firele de cord ale unui strat sunt orientate n sens opus fade cele ale stratului urmtor. Atunci cnd direcia firelor face un

unghi cu cercul median al anvelopei (fig. 1.8 c), pneurile senumesc diagonale, iar atunci cnd firele sunt dispuse meridional,pneurile sunt numite radiale(fig. 1.8 d) sau centurate.

Se numete pliu echivalent sau play-rating (simbolizat PR)cordul de bumbac care are o rezistenla ruperea firului de 90 N.

Brekerul 2 este un strat de protecie care are rolul de aprelua o parte din energia ocurilor la care este supus pneul ntimpul rulrii, i este format din dousau mai multe straturi decord inextensibil, situate sub banda de rulare 3 (fig. 1.8 b).Pneurile diagonale pot fi prevzute sau nu cu breker.

Flancurile au rolul de a proteja partea laterala carcasei ifac corp comun cu banda de rulare.

Taloanele constituie partea de fixare a anvelopei pe jant. ninteriorul acestora se gsesc fire de oel acoperite cu un strat decauciuc special fixate cu o fie de ntrire pe carcas, care

asigurfixarea pneului pe janta roii.Anvelopele au la interior la pneurile obinuite o camerdeaer prevzut cu o supap cu ventil, care strbate janta i careservete pentru umflarea pneului. Sunt utilizate deasemeneapneuri farcamerde aer.


15/268

13

T

abelul1.1

T

abelul1.2

Simbolul

B

C

D

E

F

G

J

K

L

M

N

P

Q

R

S

T

U

V

Categoria

devitez

[km/h]

50

60

65

70

80

90

100

110

120

130

140

150

160

170

1801

90

200

i 210

peste

210

Indicele

capacitii

desarcin

A,AB

B,B

R

C,CR

D,DR

E,ER

F,FR

G,GR

H,HR

J,JR

N,NR

L,LRM

,MR

N,NR

PR(pliuri

e

chivalente)

4

4

4

4

4

4

4

4

4

4

4

4

4

Presiune

interioar

[daN/cm

2]

2,2

2,2

2,2

2,2

2,2

2,2

2,2

2,2

2,2

2,2

2,2

2,2

2,2

GR[daN]

480

52

0

560

600

635

680

735

800

845

860

900

945

1000


16/268

Notarea pneului se efectueazconform STAS 626-64. Pe un pneuse inscripioneazmarca, dimensiunile, seria i data de fabricaie,nr. STAS, numrul de pliuri echivalente i presiunea maximadmisibil.

Dimensiunile pneurilor se noteazn funcie de presiunea de

lucru a pneului. Dac presiunea de lucru este mai mic de 6daN/cm2 pe pneu se noteaz limea pneului B i diametrulinterior d al jantei (de exemplu la automobilele Dacia seinscripioneaz155 - 13 undeB= 155 mm,d= 13 = 330mm ).

n cazul n care presiunea de lucru este mai mare de 6daN/cm2dimensiunile marcate suntDxB, undeDeste diametrulexterior al pneului.

Se noteaz de asemenea raportul 100B

H , unde H este

nlimea pneului (fig. 1.8 a). Pneurile radiale se noteazcuR.ntreprinderile care fabric pneuri au n unele cazuri

standarde particulare, care indic i alte caracteristici alepneurilor cum sunt categoria de vitez maxim (tabelul 1.1) iindicii capacitii de sarcin(tabelul 1.2).

Alegerea corecta categoriei de viteza pneului este foarte

important pentru prevenirea accidentelor. n funcie depresiunea aerului din pneuri, acestea se pot clasifica nurmtoarele categorii :

- pneuri de presiune nalt (Pi= 3 7,5 daN/cm2) care seutilizeazla autocamioane, autobuze, tractoare i remorci;

- pneuri de presiune joas (Pi= 1,3 3daN/cm2) care sefolosesc la autoturisme i autoutilitare;

- pneuri de presiune foarte joas (Pi= 0,3 1,3daN/cm2)care echipeaz autovehiculele care se deplaseaz peterenuri cu aderenredus.

1.5 Razele roii cu pneu

n timpul exploatrii dimensiunile pneurilor se modificdatorit solicitrii acestuia. Ca urmare raza pneului poate fiapreciatprin urmtoarele noiuni :


17/268

15

- raza nominal, raza liber, raza static, raza dinamici razade rulare.

Raza nominalrneste jumtatea diametrului D inscripionatpe pneu sau rezultdin dimensiunile inscripionate pe pneu :

22 dBrn

+= .

Raza liberr0este raza cercului median al pneului montat pejant, umflat la presiunea prescrissarcinii pe roat. n principiu

r0= rn.Distana dintre axul roii i suprafaa de sprijin atunci cnd

autovehiculul este ncrcat cu sarcina utilmaximconstructiv(autovehiculul are masa totalmaxim constructiv) se numete

razstaticrs.

Este considerat raz dinamic rd, distana dintre centrulroii i suprafaa cii de rulare cnd autovehiculul se deplaseaz

ncrcat cu sarcina utilmaxim.

Se definete ca raz de rulare rr , raza unui cerc imaginarcare are aceeai vitezde rotaie i translaie cu a roii reale carese deplaseazfralunecare sau patinare. Ca urmare :

230 S

nVVrRR

r === ,

unde veste viteza cu care se deplaseazroata,

Reste viteza unghiulara roii,Seste spaiul parcurs de roatla o rotaie,

nReste numrul de rotaii al roii.Raza de rulare poate fi apreciatempiric utiliznd relaia :

rr= r0unde este un coeficient (= 0,93 0,935 la pneurile de

joaspresiune,= 0,945 0,95la pneurile de naltpresiune).Roata rigid se comport din punct de vedere cinematic

similar cu roile cu pneu. Deosebirea esenialconstn faptul cpneul este deformabil , ceea ce modific valoarea vitezei dedeplasare a acestuia. Se consider c roata rigid i calea de

rulare nu suportdeformri n timpul rulrii.


18/268

16

1.6 Cinematica roilor rigide

n acest caz roata poate rula (fig. 1.9) cu rostogolire simpl,rostogolire cu patinare sau rostogolire cu alunecare.

Fig. 1.9

1.6.1 Rostogolirea simpl

Fig. 1.10

Traiectoria micrii unui punct de pe periferia roii n cazul


19/268

17

rostogolirii simple este o cicloida crei ecuaii sunt :

( ) ( )ttrrx sinsin == , (1.4)( ) ( )trrz cos1cos1 == ,

unde este unghiul de rotaie al razei OM realizat n timpul

deplasrii roii de la OlaA(fig. 1.10).Centrul instantaneu de rotaie se afl n punctul M (fig.

1.9a). Ecuaiile parametrice ale vitezei punctuluiMvor fi :

( ) ( ) cos1cos1 01 === Vtrdt

dxVx ,

sinsin 01 === Vtrdt

dzVz . (1.5)

Valorile extreme ale vitezei vor fi :0min=Vx pentru 0= , 012max VVx = pentru

= ,0min=Vz pentru 0= , 01max VVz = pentru

2

= .

Ecuaiile parametrice ale acceleraiei unui punct M altraiectoriei vor fi

sin22

2

== rdt

xdax , (1.6)

cos22

2

== rdt

zdaz .

Acceleraia rezultant (acceleraia centripet) are o valoareconstant

222 raaa zx =+= .Se remarcfaptul (fig. 1.9a) c VN= 2V01.


20/268

18

1.6.2 Rostogolirea cu patinaren cazul patinrii (fig. 1.9b) centrul instantaneu de rotaie se

deplaseaz n punctul I . Rostogolirea se produce dup un cerc

avnd raza r=02 I < r.

Traiectoria descrisde un punct de pe periferia roii este otrohoidscurtat.

Ecuaiile parametrice n acest caz vor fi

trtrrrx sinsin '' == , (1.7)

trrrrz coscos '' == .Ecuaiile parametrice ale vitezei devin

( )trrdt

dxVx cos' == , (1.8)

trdt

dzVz sin== .

Valorile extreme ale vitezei vor fi

rrxV += '02 max


21/268


22/268

20

nFeste numrul de rotaii efectuat de roatn timpul frnrii.Valoarea coeficientului de alunecare al pneului deformabil

frnat va putea fi calculat i cu relaia

( ) ( ) ( )0

010010

010010

01001 00

=

=

=

rr

T

r

r

r

r

V

Va

(1.15)Se remarc faptul c n cazul roii blocate prin frnare

0= , 0=TV i 00100=a .

1.7 Determinarea experimentala coeficientului depatinare a roilor motoare

Fig. 1.11

Coeficientul de patinare al roilor motoare aleautovehiculului este considerat egal cu cel al autovehiculului.Roile conduse patineaz puin i din acest motiv se poateconsidera n cazul acestora o valoare nul a coeficientului depatinare. Pentru msurtori se utilizeaz un dispozitiv numit

roata a V a, format n principiu (fig. 1.11) dintr-o roat debiciclet1 care se consider c este nedeformabili ruleaz cupatinare nul, i un contor 2 care permite determinareanumrului de rotaii efectuat de roata 1 n unitatea de timp.Numrul de rotaii nm ale roilor motoare se msoar cu unaparat prevzut cu cu sensor inductiv 3.

Viteza real a automobilului ntr-un interval de timp t vaavea valoarea :


23/268

21

t

nrv 55

2 =

, (1.16)

unde r5este raza roii dispozitivului (roata a V a),n5 este numrul de rotaii efectuat de aceast roat n

intervalul de timp t .Viteza teoreticde deplasare a autovehiculului vt va fi :

t

nrv mt

= 02

, (1.17)

unde r0este este raza libera roii motoare ,nm este numrul de rotaii efectuat de roata motoare n

intervalul de timp t .

Coeficientul de patinare al roilor motoare va aveavaloarea

( ) %1001%1000

55

=

=

mt

t

nr

nr

v

vv (1.18)

n cazul frnrii se va produce alunecarea autovehiculului.Valoarea coeficientului de alunecare va fi :

001001

00100

3030

10

01001

55

0

55

0

=

=

=

=

nr

nr

nr

nr

va

F

Ft

(1.19)

unde viteza teoreticn cazul frnrii va fi

30

0 Ft

nrV

=

, (1.20)

nF fiind numrul de rotaii efectuat de roile frnate, determinatcu sensorul 3.


24/268

22

2. CARACTERISTICILE DE TURAIE ALEMOTOARELOR TERMICE CU PISTON

Caracteristica de turaie poate fi trasat:- la sarcini pariale;- la sarcinplin, fiind numiti caracteristicextern;- la sarcinnul.

Prin sarcinse nelege puterea efectivPe livratde motorla arborele cotit la un regim funcional oarecare.

Prin ncrcare se nelege puterea rezistentPr opus laarborele motor.

DacPe = Pr motorul funcioneaz la regim constant saustabil. n cazul n care Pe Pr motorul funcioneaz n regim

variabil sau tranzitoriu.Este denumitputere efectivcontinuPec, puterea efectiv

maxim la care motorul funcioneaz la o turaie oarecare frca indicii tehnico-economici i uzura motorului s se modificetimp ndelungat (de ordinul a mii de ore).

Puterea maximPeidezvoltatde motor un interval de timpscurt (de ordinul orelor) fr ca indicii tehnico-economici iuzura sse modifice se numeteputere efectivintermitent.

Regimul de sarcin al motorului se poate aprecia prinintermediul coeficientului de sarcindefinit prin raportul:

ec

e

P

P= . (2.1)

n cazul in care 0=eP sau 0= motorul funcioneaz la

sarcinnul.Dac0 < Pe < Pecsau 0 < < 1motorul funcioneaz la

sarcini pariale.

La putere efectiv continu, Pe = Pec sau 1= , motorulfuncioneazla sarcinplin, pe caracteristica extern.

DacPec< PePeisau 1 < 1,2 (Pei1,2 Pec) motorulfuncioneazn suprasarcin.

Puterea nominal este puterea efectiv continu maximprecizat de firma constructoare, turaia corespunztoare fiinddenumitturaie nominal.


25/268

23

2.1 Caracteristica extern

Caracteristica de turaie la 1= (sarcin plin) caz n care

Pe = Pec este denumit caracteristic extern. Aceastcaracteristicpoate fi determinatexperimental pe stand pentruun motor existent. Pentru efectuarea calculelor dinamice ale unuiautovehicul caracteristica extern poate fi determinataproximativ prin calcule.

2.1.1 Caracteristica externa motoarelor cu aprindere prinscntei

Determinrile experimentale necesare trasrii caracteristicii

externe se efectueazmeninnd clapeta de acceleraie n poziiacomplet deschis la motoarele cu carburator sau meninndconstant la valoare maximdebitul de combustibil al pompei deinjecie, n cazul motoarelor cu injecie de benzini modificndpentru fiecare punct funcional determinat ncrcarea motorului.

Caracteristica extern la m.a.s reprezint (fig. 2.1) variaiaputerii efective Pe , a momentului efectiv M, consumului de

combustibil orar Ch i consumului specific efective

he

P

CC = , n

funcie de turaia motorului nn condiia alimentrii motoruluicu debitul maxim de combustibil.

Fig. 2.1


26/268

24

Poriunea din dreapta punctului de moment maximMmaxsenumete zon de stabilitate, deoarece n aceast zon creterea

ncrcrii poate fi compensat de creterea sarcinii. Poriuneadin stnga punctului Mmax este denumitzon de instabilitate,deoarece din aceast zon creterea ncrcrii nu poate fi

compensatde creterea sarcinii i motorul tinde sse opreasc.Domeniul D de exploatare a motorului este situat ntre o

turaie n1 puin mai mare dect turaia de moment maxim nmpentru ca motorul sfuncioneze n zona de stabilitate i o turaien2 puin mai mic dect turaia nominal nn pentru a evitauzurile intense care ar putea fi produse prin funcionarea laputerea nominalPn.

Turaia nmin este turaia minim la care motorul poate

funciona frntreruperi, iar turaia limitnleste turaia limitmaximla care motorului i este admis sfuncioneze, evitndu-se suprasolicitrile create de cretere a forelor de inerie cauzatde mrirea turaiei. Limitarea turaiei este asigurat dedispozitive limitatoare ataate carburatorului. La turaia ng

ntreaga putere a motorului este utilizat pentru nvingereapierderilor mecanice, Pe = 0, motorul funcionnd la regim demers n gol.

Se numete coeficient de rezerv al momentului motorraportul

[ ]00max100n

n

M

MMK

= .

Se definete coeficient de reducere a turaiei la suprasarcinraportul

[ ]00100n

Mnn

n

nnK

= .

Raportuln

Me

n

nK = este denumit coeficient de elasticitate.

Se numete coeficient de adaptabilitateraportul

n

aM

MK max= .

Coeficienii definii anterior se iau n considerare i n cazulmotoarelor diesel.


27/268

25

2.1.2 Caracteristica exterioara motoarelor diesel

n cazul motoarelor diesel caracteristica extern sedetermin meninnd tija de comand a pompei de injecie npoziia de alimentare cu debitul de combustibil maxim i

modificnd pentru fiecare punct funcional ncrcarea motoruluiprin intermediul unei frne cuplat cu motorul, care creeazncrcarea acestuia.

Pompa de injecie la motoarele diesel este echipat cu unregulator de turaie care intrn funciune atunci cnd motoruldepete turaia nominal, motorul funcionnd n acest cazdup caracteristica de regulator. Aspectul caracteristicii externela motoarele diesel este prezentat n figura 2.2 .

Fig. 2.2

Semnificaiile notaiilorM,Pe, Ch,Pn, n, sunt aceleai can subcapitolul 2.1.1 .

n general motoarele diesel care echipeaz


28/268

26

tractoarele se utilizeazla o turaie de exploatare ne> ngla carePe= (0,8 0,9)PnsauMe= (0,8 0,9)Mn.

2.1.3 Trasarea prin calcul a caracteristicii externe

Pentru efectuarea unor calcule dinamice, caracteristicaextern poate fi determinat cu aproximaie prin calcul. Pentrucalculul puterii efective att la motoarele cu aprindere prinscnteie ct i la motoarele diesel se poate utiliza relaia:

+=

32

nnn

nn

n

n

n

n

nPP , (2.2)

unde , i sunt coeficieni.

Valorile coeficienilor , i sunt prezentate n tabelul 2.1 .Tabelul 2.1

Tipul motorului

Motoare cu aprindere prin scnteie 1 1 1Motoare cu aprindere prin compresie n 2timpi

0,87 1,13 1

Motoare cu aprindere prin compresie n 4timpi

0,53 1,56 1,09

Valorile coeficienilor , i pot fi calculate i folosindrelaiile :

( )( )2

2

1

12

=

e

eae

K

KKK ,

( )( )21

12

=

e

ae

K

KK ,

( )211

=

e

a

K

K . (2.3)

La motoarele cu aprindere prin scnteie se pot utiliza relaiile :

( )22

1

32

+=

e

aee

K

KKK ,

( )22

1

23

=

e

ea

K

KK ,

( )( )21

2

+=

e

ae

K

KK . (2.4)

Pe bazstatisticpentru aprecierea valoriiKese recomandrelaia

.5,05,1 ea KK =


29/268

27

Momentul motor efectiv se poate calcula cu relaia

+=

2

nn

nn

n

n

nMM , (2.5)

sau cu relaia :

nPM e= 4,955 , (2.6)

unde unitile de msurutilizate pentru n,PeiMsunt [rpm],respectiv kw i daN m .

2.2 Caracteristicile de turaie la sarcini pariale

Determinarea punctelor funcionale necesare pentru

trasarea caracteristicilor la sarcini pariale la m.a.s. se realizeazmeninnd obturatorul n poziie constant la motoarele cucarburator sau meninnd constant debitul de combustibilconsumat de motor , la motoarele cu injecie de benzin.

Pentru obinerea unor puncte funcionale diferite semodificncrcarea motorului prin intermediul frnei cuplatcumotorul.

Fig. 2.3

n cazul m.a.c. se menine constantpoziia tijei de comanda pompei de injecie modificndu-se ncrcarea motorului pentrua obine diferite puncte funcionale. n figura 2.3a suntprezentate caracteristici la sarcini pariale pentru m.a.s. , iar nfigura 2.3b sunt prezentate caracteristici la sarcini pariale

pentru m.a.c. .


30/268

28

Se remarc faptul c la m.a.s. odat cu scdereacoeficientului de sarcin scade turaia la care se realizeazmaximul puterii i maximul momentului motor. Totodatconsumul de combusibil specific crete, minimul de consumspecific realizndu-se la turaii mai mici.

Scderea coeficientului de sarcin la m.a.c. nu modificturaia la care se realizeazmaximul puterii, acesta realizndu-sela o turaie aproximativ egalcu turaia nominalnn. Momentulmotor maxim la diverse ncrcri se realizeaz la turaiiaproximativ egale cu turaia de moment maxim nM.

Consumul specific minim, economic se realizeaz deasemenea la turaii aproximativ egale cu nn . Se conclude cmotorul diesel este mai avantajos n cazul exploatrii la sarcini

pariale comparativ cu m.a.s. .

2.3 Caracteristica de turaie la sarcina nul

Caracteristica de turaie la sarcinnul(fig. 2.4) reprezintvariaia consumului orar de combustibil n funcie de turaie,motorul nefiind ncrcat.

Fig. 2.4 Fig. 2.5

2.4 Comparaie ntre caracteristicile diferitelor tipuri demotoare care echipeazautovehiculele

Un motor ideal care sechipeze un autovehicul ar trebui sfuncioneze la putere constant, pentru a putea nvinge iechilibra toate ncrcrile aplicate la arborele motor. Acest motortrebuie slivreze o sarcinconstant .ctnMPe ==

n acest caz puterea este reprezentat printr-o hiperbol

echilater(fig. 2.5).


31/268

29

Un motor care are o caracteristicapropiatde a motoruluiideal este motorul de curent continuu cu excitaia n serie (fig.2.6).

Fig. 2.6

Acest motor este dezavantajat de faptul c bateriile dealimentare se descarc rapid, autonomia autovehiculului fiindredus.

ncrcarea bateriilor se efectueazntr-un interval de timp deordinul orelor, iar staiile de transformare a curentului alternativde la reea n curent continuu pentru ncrcarea bateriilor

reclaminvestiii costisitoare.

Fig. 2.7

Un motor care are de asemenea o caracteristiccresctoarea momentului la reducerea turaiei, dar liniar, (fig. 2.7) esteturbina cu gaze.

Turbinele cu gaze dei sunt compacte au randament mai micdect motoarele termice cu piston. Randamentul turbinelor cu


32/268

30

gaze se reduce n zona puterilor pariale i la turaii i puterimici. Totodatturbinele cu gaze sunt zgomotoase i poluantecomparativ cu motoarele termice cu piston. n marea majoritateautovehiculele se echipeazcu motoare termice cu piston.

Deoarece motoarele termice cu piston au o caracteristic

mult diferitde a motorului ideal, este necesarintroducereaunei cutii de viteze care realizeazadaptarea puterii produse demotor cu puterea rezistentopuspentru deplasareaautovehiculului. Motoarele termice cu piston oferavantajeleunui consum de combustibil specific redus, o putere specificmic, autonomie mare de deplasare, alimentare comodi ntimp scurt a rezervorului cu combustibil.


33/268

31

3. PARTICULARITI ALE PROCESULUI DEPROPULSIE A AUTOVEHICULELOR

Propulsia autovehiculului se realizeaz prin intermediultransmisiei i a sistemului de propulsie, care poate fi cu roi, cu

enile sau cu pernde aer. La autovehiculele rutiere sistemul depropulsie este format din roi cu pneuri.

3.1 Randamentul transmisiei

Datorit frecrilor n transmisie se produce o pierdere deputere Pt astfel nct puterea la roatPR este mai mic dectputerea efectiva motorului,

teR PPP = .Randamentul transmisiei teste definit prin raportul

e

t

e

te

e

Rt

P

P

P

PP

P

P=

== 1 .

Rezult ttRtR iMMMP == ; ,

undeMeste momentul motor,MReste momentul la roat,

este viteza unghiulara arborelui motor,Reste viteza unghiulara roii,

R

ti

= este raportul de transmitere al transmisiei.

Puterea pierdutn transmisiePtrse calculeazcu relaia( )PP ttr = 1 .

Randamentul transmisiei poate fi calculat cu relaia

TFotccdcvt = .

unde cveste randamentul cutiei de viteze(CV) (fig. 3.1),cdeste randamentul cutiei de distribuie(CD),tceste randamentul transmisiei cardanice(TC),0 este randamentul transmisiei principale, format din

roile dinate 1 i 2,TFeste randamentul transmisiei finale, formatdin roile

dinate 3 i 4.


34/268

32

Fig. 3.1

Limitele de variaie ale randamentelor componentelortransmisiei sunt prezentate n tabelul 3.1 .

Tabelul 3.1Componenta transmisiei Randamentul

priza direct 0,97 0,98Cutia de vitezecelelalte trepte 0,92 0,94

Cutia de distribuie 0,92 0,94Transmisia cardanic 0,99 0,995

simpl 0,92 0,94Transmisia principaldubl 0,90 0,92

3.2 Influene asupra randamentului transmisiei

Randamentul transmisiei este influenat de o serie de factori

constructivi i de exploatare.Factorii constructivi care influeneaz randamentultransmisiei sunt :

- gradul de precizie al execuiei organelor componente,- corectitudinea execuiei montajului prin respectarea

valorilor momentelor de strngere ale uruburilor i ajocurilor de montaj recomandate,

- rugozitatea suprafeelor pieselor care efectueaz micrirelative.


35/268

33

Factorii de exploatare care influeneaz randamentultransmisiei sunt calitatea lubrifianilor i temperatura acestora ntimpul funcionrii automobilului. La temperaturi joase alemediului exterior vscozitatea lubrifianilor crete ceea ce atragedupsine reducerea randamentului mecanic.

n cazul transmisiilor hidrodinamice, cu convertizorhidraulic la pierderile sus menionate se adaug pierderileconsumate pentru nvingerea rezistenelor hidraulice i celeproduse pentru acionarea pompelor auxiliare astfel nctrandamentul acestora este mai mic dect a celor mecanice. ntimpul rodajului pe distana D1 randamentul crete (fig. 3.2)datoritnetezirii asperitilor din fabricaie.

Fig. 3.2

Pe distana D2 randamentul rmne constant la o valoare t1pncnd ncepe uzura accentuata pieselor care se produce ntimpul parcurgerii distanei D3.

n aceastperioadcrete uzura datoritexploatrii i cresc

jocurile dintre organele componente, ceea ce are ca efectreducerea randamentului transmisiei.Dup efectuarea reparaiilor urmeaz o nou perioad de

rodaj pe distana D4 n timpul creia randamentul crete, dupcare randamentul rmne din nou constant o perioad defuncionare D5 dar la o valoare t2


36/268

34

Fig. 3.3 Fig. 3.4

Randamentul cutiei de viteze variazde asemenea (fig. 3.4)

cu momentul transmis i treapta de vitez n care funcioneazautovehiculul. Concomitent apare o tendin de mrire arandamentului transmisiei principale atunci cnd cretemomentul transmis i scade turaia de funcionare. Ca rezultat alcelor dou tendine contrarii se poate considera c randamentultransmisiei este acelai la deplasarea cu oricare din treptele devitez.

n tabelul 3.2 se prezint valorile medii ale randamentuluitransmisiei la diferite tipuri de autovehicule.

Tabelul 3.2Nr.crt.

Tipul autovehiculului Randamentultransmisiei

1. Autoturisme 0,922. Autocamioane 4x2 i autobuze

cutransmisie principalsimpl

0,90

3. Autocamioane 4x4 i autobuzecutransmisie principaldubl

0,85

4. Autocamioane cu trei puni 0,80Transmisiile hidrostatice i electrice au un randament mai

mic dect al transmisiilor mecanice datorit consumuluisuplimentar de energie al subansamblelor componente.


37/268

35

3.3 Dinamica roii cu pneuRoile de automobil pot fi - conduse i motoare.

Roile conduse se deplaseaz datorit unei fore exterioareaplicatla osie.

Roile motoare sunt acionate de transmisie, asupra osiei

acestora aplicndu-se un moment la roatMR . Att roileconduse ct i roile motoare pot fi frnate prin intermediulsistemului de frnare al automobilului.

3.3.1 Echilibrul roii motoare care ruleazuniform

Fig. 3.5

Studiul dinamicii roilor se efectueaz prin aplicareaprincipiului separrii forelor.

Asupra roii motoare(fig. 3.5) acioneazun moment la roatMRi urmtoarele fore :

- greutatea exercitatde osie asupra roii GR,- reaciunea soluluiZR la greutatea GRrepartizata pe roat

(sarcina pe roat),- fora de traciune Ftcare este fora pe care o exercitosia

asupra roii,- fora de reaciune a solului X care apare datoritaciunii

roii asupra acestuia a crei mrime depinde de aderenaroii la sol.


38/268

36

Asupra solului acioneazgreutatea exercitatde roatGRifora tangenialX.

n timpul deplasrii roii, reaciuneaZReste deplasatfade centrul roii cu o distana(fig. 3.6).

Fig. 3.6

Fora tangenialXse aplicla o distanrdfade centrulroii definitca raza dinamica roii.

Ecuaiile de echilibru de fore i momente sunt urmtoarele:

0= tFX ,

0= RR GZ ,

0=+ RRd MaZrX .

Rezult:

d

RRt

r

aZMXF

== .

Reaciunea tangenialXse va calcula cu relaia

d

R

d

R

r

aZ

r

MX = .

Fora perifericd

RR

r

MF = este denumitforla roat.


39/268

37

Raportuldr

af = este denumit coeficient de rulare, iar fora

Rr GfR = rezistena la rulare a roii.

Rezultrelaia rRRRt RFGfFF == .

n cazul rulrii roilor rigide, care practic nu se deformeaz,distana a poate fi considerat nul, astfel nct n acest caz

Rt FF = .

n cazul pneurilor de automobil, care sunt deformabile,rezistena la rulare rR sumeaz efectul deformrii pneului i alfrecrii dintre pneu i suprafaa cii de rulare.

3.3.2 Echilibrul roii motoare care se deplaseazaccelerat

Fig. 3.7

n acest caz asupra roii (fig. 3.7) acioneaz n modsuplimentar fa de cazul roii motoare care se deplaseaz cuvitezconstant, descris anterior o forde inerie

dt

dvmF RiR =

i un moment de inerie al roiidt

dIM RRiR

= ,

unde RI este momentul de inerie al roii n raport cu axa de


40/268

38

rotaie,

r

vR = este viteza unghiularde rotaie a roii.

Rezult:dt

dv

rdt

d

r

R 1=

.

n acest caz ecuaiile de echilibru vor fi :0= iRt FFX ,

0= RR GZ ,

0=++ iRRRd MMaZrX .

nlocuind valorile forelor iRF i ale momentului iRM

rezult

0=

dt

dv

mFX Rt ,0= RR GZ , (3.1)

0=++dt

dIMaZrX RRRRd

.

Fora tangenialX din zona de contact a roii cu solul secalculeazcu relaia

01

=

dt

dv

rrI

r

aZ

r

MX

rd

R

d

R

d

R ,

sau

dt

dv

rrIRFX

rd

RrR

=1

, (3.2)

Valoarea forei de traciune va fi

dt

dvmXF Rt = ,

sau

+

= R

rd

RRRt m

rrI

dtdvRFF . (3.3)


41/268

39

3.3.3 Echilibrul roii conduse care ruleazuniform

Fig. 3.8 Fig. 3.9

n acest caz, asupra roii acioneaz(fig. 3.8) fora dempingere a osiei n sensul deplasrii, ncrcarea pe roat RG ,

reaciunea normal la suprafaa cii de rulare RZ i reaciunea

paralel la direcia cii de rulare X. Asupra solului acioneazfora de apsare a roii RG i fora tangenial .

Ecuaiile de echilibru ale roii sunt :

.0

,0

,0

=

=

=

dR

RR

rXaZ

GI

FX

Rezult: rd

R R

r

aZXF === .

Se poate conclude c pentru deplasarea roii conduse cuvitez constant este necesar nvingerea doar a rezistenei larulare rR .


42/268

40

3.3.4 Echilibrul roii conduse care se deplaseazaccelerat

n acest caz (fig. 3.9) asupra roii acioneaz suplimentar ofor de inerie iRF i un moment de inerie jRM . Ecuaiile de

echilibru n acest caz vor fi :

.0

,0

,0

' =+

==

dt

dIrXaZ

GZ

FXF

RRdR

RR

iR

Utiliznd relaiile anterioare pentru calculul forei de inerie

iRF i a momentului de inerie iRM rezult

.01

,0

,0

'

'

=

=

=

dt

dv

rIrXaZ

GZdt

dvmXF

r

RdR

RR

a

Reaciunea tangenialXva avea valoarea :

dt

dv

rrIR

dt

dv

rrI

r

aZX

dr

Rr

dr

R

d

R

+=

+=11' .

Fora Faplicatde ctre osie roii va fi :

++=+=

rd

RRrRrr

Imdt

dvR

dt

dvmXF

1. (3.4)

3.3.5 Echilibrul roii frnate care se deplaseazuniform

n timpul deplasrii autovehiculul frnat se poate deplasauneori uniform. Asupra roii frnate acioneazosia cu o for

F(fig. 3.10) , ncrcarea normal la calea de rulare RG ,reaciunea normalla calea de rularezR , reaciunea tangeniala solului 'X i momentul de frnare fM produs de sistemul de

frnare.Ecuaiile de echilibru n acest caz vor fi :

.0

,0

,0'

=+

=

=

fdR

RR

MrXaZ

ZG

XF


43/268

41

Fig. 3.10

Rezult

d

f

r

d

f

d

Rr

MR

r

M

r

aZXF +=+== .

Fora de frnare la roateste d

f

fR r

M

F =

.

n final rezult

fRFRrXF +== . (3.5)


44/268

42

3.3.6 Dinamica roii frnate care se deplaseazcu vitezvariabil

Fig. 3.11.a

n cazul roii frnate care se deplaseaz decelerat cuambreiajul decuplat (fig. 3.11.a) apar n mod suplimentar fadecazul precedent fora de inerie a roii iRF i momentul de inerie

iRM ale cror valori au fost determinate n subcapitolul 3.3.2 .

Ecuaiile de echilibru n acest caz sunt :

.0

,0

,0

=+

=

=+

iRdRf

RR

iR

MrXaZM

GZ

FXF

Rezultvaloarea forei tangeniale

dt

dv

rrIRF

dt

dv

rrI

r

aZ

r

MX

dr

RrfR

dr

R

d

R

d

f

+=

+=

11.

(3.6)Fora de frnare Fse va putea calcula cu relaia (3.7)

+

+=

+== R

dr

RrfrR

ad

R

d

R

d

f

iR mrr

Idt

dvRF

dt

dvm

dt

dv

rrI

r

aZ

r

MFXF

11

(3.7)

unded

f

frr

MF = este fora de frnare la roat, cauzat de

momentul de frnare fM care acioneaz n suprafaa


45/268

43

de contact a pneului cu solul .Se remarc faptul c fora de inerie iRF i momentul de

inerie iRM tind s reduc efectul momentului de frnare fM

reducndu-se i fora de frnare Faplicatroii n lagr.n cazul n care frnarea se produce cu ambreiajul cuplat,

la roile motoare se transmite un moment :

+= fRRCRm Mdt

dIMM

' , (3.8)

unde MCReste momentul la mers n gol transmis roii motoare ,

trcCR iiMM = 00 ,

M0este momentul motor la mers n gol,

dt

dI R

este suma momentelor de inerie ale organelor

componente ale transmisiei care efectueaz micri de rotaiereduse la arborele roii motoare,

MfR este momentul cauzat de frecrile din motor itransmisie redus la arborele roii motoare.

Deoarece valorile momentului motor MCR i ale sumei de

momente dt

dI R

sunt mici comparativ cu valoarea momentului

MfR, se poate considerafRm MM ' .

Forele i momentele care acioneaz asupra unei roifrnate n cazul n care motorul este cuplat sunt reprezentate nfigura 3.11.b .

Fig. 3.11.b


46/268

44

n plus n acest caz fa de cazul cnd motorul este decuplat(fig. 3. 11.a) asupra roilor motoare acioneaz momentul MfRcauzat de forele de frecare din motor i transmisie redus laarborele roii. Ecuaiile de echilibru n acest caz vor fi :

.0'

,0

,0

=+

=

=+

miRdRf

RR

R

MMrXaZM

GZ

Xdt

dv

mF

Deoarece fRm MM ' se poate

scrie

.0=++ fRR

RdRf Mdt

dIrXaZM

(3.9)

Rezult

,

,

fm

dr

RrfR

d

fRR

d

R

d

R

d

f

Fdt

dv

rr

IRFX

r

M

dt

d

r

I

r

aZ

r

MX

+

+=

++=

(3.10)

unded

fR

fmr

MF = este fora de frnare la roat cauzat de

aplicarea momentuluiMfR .Fora F pe care o exercit osia asupra roii se va putea

calcula cu relaiile :

+++==

dr

RRfmrfRR

rr

Jm

dt

dvFRF

dt

dvmXF .

Frnarea cu motorul cuplat are ca avantaj faptul capariia momentului suplimentar de frnare la roat MfR

necesitun momentMfde frnare realizat de sistemul de frnaremai mic. Ca urmare a acestui fapt se reduce pericolul blocrii(imobilizrii roii) prin frnare la care se produce o alunecaretotal (100 %) a pneului i se evit pierderea stabilitiiautovehiculului.


47/268

45

3.3.7 Echilibrul roii conduse pe cale de rulare deformabil

n cazul deplasrii roii conduse cu vitez constant pe soldeformabil(fig. 3.12), apare reaciunea 1R din partea soluluideformat de profilul anterior al roii, suprafaa deformat fiind

considerat cilindric. Reaciunea 2R corespunde poriuniiconsiderate plana suprafeei de contact a roii cu solul.

Fig. 3.12

Cele doureaciuni se intersecteazn punctul 2O . Efectullor poate fi considerat egal cu al rezultantei , care trece princentrul roii. Reaciunea R se poate descompune n doucomponente, una normal RZ i alta tangenial X. Osia

mpinge roata cu o for F. Ecuaiile de echilibru n acest cazdevin :

.0

,0

,0

=

=

=

aZrX

ZG

XF

Rd

RR

Rezult

rR

d

R RfZr

aZX === .

Momentul de rezistenla rulare va avea valoareaRddrr ZrfrRM == .

n cazul n care roata condus se deplaseaz accelerat(fig.3.13) asupraroii conduse vor aciona n mod suplimentar forade inerie a roii iRF i momentul de inerie iRM . Ecuaiile de

echilibru n acest caz vor fi :


48/268

46

Fig. 3.13

.0

,0

,0

=

=

=

iRRd

iR

RR

MaZrX

XFF

ZG

undedt

dvmF Ri = i

dr

RR

RiRrr

dvI

dt

dIM

==

.

Rezult

dt

dv

rrIR

dt

dv

rr

I

r

aZX

dr

Rr

dr

R

d

R

+=

+=1

.

Fora de mpingere a roii Fva avea valoarea :

++=+=

dr

RRriRrr

Imdt

dvRFXF

1.

Momentele care acioneazn acest caz asupra roii va fi :

iRdiRiRdiRdrd MrFMrMrFrRrF ++=++= ,

unde rM este momentul rezistent la rulare. nmulind cu R obinem :

RiRRdiRRrRd MrFMrF ++= .Puterea necesardeplasrii accelerate a roii conduse va fi :

jRtRrR PPPP ++= ,

unde rPeste puterea rezistentla rulare,

tRP este puterea necesarpentru a se mri viteza micrii

de translaiea roii,

iR

P este puterea necesarpentru a mri viteza de rotaie a


49/268

47

roii.

3.3.8 Echilibrul roii motoare pe cale de rulare deformabil

Fig. 3.14

n cazul roii motoare care se deplaseazaccelerat pe unteren deformabil asupra roii acioneazreaciunea Fta osieiasupra roii, fora de inerie iRF , sarcina normal RG , reaciunea

normal RZ , rezistena la rulareRr, reaciunea solului mF

numitfortangenialde traciune, momentul motor la roat

RM i momentul de inerie al roii iRM .

Reaciunea solului R trece prin centrul roii, ca urmareaZrR Rdr = .

Ecuaiile de echilibru n acest caz sunt :

.0

,0

,0

=+

=

=

iRRdm

RR

rjRtm

MMrF

GZ

RFFF

Fora tangenialde traciune va avea valoarea :

d

iRR

m r

MM

F

= .Se poate scrie :

( ) RiRmtmRiRRdmRR MvFvvFMrFM ++=+= ,

unde vteste viteza teoretic

dRRt rrv = 0 .

ntruct

riRtm RFFF ++= ,


50/268

48

relaia anterioarpoate fi pussub forma

( ) iRrittPRiRiRttmRRR PPPPPMvXvFvFvvFMP ++++=++++==

unde RP este puterea la roat necesar pentru a realizadeplasarea accelerat,

( )vvFP tmp = este puterea pierdutprin patinarea roii,

tPeste puterea consumatpentru traciunea osiei

vFP tt = ,

itP este puterea necesar pentru mrirea vitezei de

translaie a roiivFP iRit = ,

rP este puterea consumatpentru nvingerea rezisteneila rulare

vXPr = ,

iRP este puterea necesar pentru mrirea vitezei de

rotaie a roiiRiRiR MP = .

n cazul deplasrii cu vitezconstant 0=itP i 0=iRP . Ca

urmare relaia de bilande putere devine

rtPR PPPP ++= .

Se poate defini randamentul roii motoare prin raportul :( ) ( )

,prtR

rR

RR

rm

tm

rm

tm

t

R

t

Rv

v

M

MM

M

vRF

vF

vRF

vF

vF

P

P

=

=

=

=

==

undeR

rRr

M

MM = este un factor care permite aprecierea

pierderilor la rulare prin deformarea solului,

=

== 11t

t

t

pv

vv

v

v este un factor care

caracterizeazpierderile prin patinare.


51/268

49

3.3.9 Fora de adereni aderena

Reaciunea X exercitatde calea de rulare asupra roii senumete for de aderen. Cnd roata se deplaseaz pe ci derulare dure, practic nedeformabile, fora de aderen este

determinatde frecarea produs ntre pneu i calea de rulare ide fenomenul de histerezis.Dac roata se deplaseazpe terenuri deformabile, fora de

aderen este determinat n principal de rezistena la rupere asolului i de grosimea stratului de sol deformat nsmai puin defrecarea pneului cu solul i de fenomenul de histerezis.

Pentru un pneu echipat cu un anumit tip de anvelop,ncrcat cu o greutate RG , presiunea interioarpneului a avnd o

valoarei

p , deplasarea avnd loc pe o anumit categorie de

drum, existo valoare maxim maxX a valorii forei de aderen.

Aceastformaximeste denumitaderen.Se numete coeficient de aderenraportul

RZ

Xmax= . (3.11)

3.3.10 Limitarea de ctre aderena forei i momentului la roat

n conformitate cu relaiile (3.1), (3.2) i (3.3) rezultvaloarea forei la roata motoare

dt

dv

rrIRXF

rd

RrR

++=1

(3.12)

i a momentului la roat

( )dt

dv

r

IRXrM

r

RrdR ++= . (3.13)

n cazul n care autovehiculul se deplaseaz uniform( 0=

dt

dv), iar reaciunea tangenialeste egalcu aderenaXmax,

rezultvalorile maxime posibile ale forei la roati momentuluila roat

( )fZRXF RrR +=+= maxmax , (3.14)

( ) ( )fZrRXrM RdRdR +=+= maxmax . (3.15)


52/268

50

Aplicarea la roile motoare a unor fore i momente la roatmai mari dect valorile maxime corespunztoare relaiilor (3.14)i (3.15) conduce la apariia fenomenului de patinare a roii pecalea de rulare.

n cazul traciunii cu o singur punte avnd un numr de

pneuri n, momentul maxim la roi limitat de aderenva fi( )fZrnM RdR += max .

Dac autovehiculul este dotat cu traciune integral,momentul maxim la roi limitat de aderenva fi

( ) cosmax

+= GfrM dR ,

unde este unghiul pantei pe care se deplaseazautovehiculul.Pentru ca autovehiculul s poat efectua deplasarea este

necesar ca sexiste relaiaMr< MRMRmax.

RezultRr rd< FR rdrd ZR(+ f) , (3.16)

sauRr< FRZR(+ f).

3.3.11 Limitarea de ctre aderena forei de frnare la roatcnd motorul este decuplat de la transmisie

n cazul roilor frnate cu motorul decuplat (paragraful3.3.6) cu micare decelerat din relaia (3.7) rezult valoareaforei de frnare la roat

.dt

dv

rr

IRXF

dr

RrfR

+= (3.17)

Valoarea maxim a reaciunii tangeniale a cii de rulareasupra roii fiind

RzX = max rezult c valoarea maxim admisibil a forei defrnare la roati a momentului maxim de frnare al roii vor fi

( ) ,maxmax dtdv

rr

IfZ

dt

dv

rr

IRXF

dr

RR

dr

drfR

+=

+= (3.18)

( )dt

dv

r

IfZrFrM

r

RRdfRdf +== maxmax . (3.19)

Pentru a nu se depi aderena i a nu se produce alunecri,for

a de frnare la roat

i momentul de frnare la roat

trebuie


53/268

51

sfie ncadrate ntre limitele :

0


54/268

52

0


55/268

53

autoaliniere. Mrimea acestui moment se calculeazcu relaiadYMst = . (3.33)

n figura 3.16 se reprezint o roat motoare care sedeplaseazuniform sub aciunea unui moment MR.

Fig. 3.15

Fig. 3.16

Reaciunea tangenial a cii de rulare este mai mic dectaderenaX


56/268

54

Acest lucru a condus la elaborarea conceptului cercului ielipsei de aderen. Conceptul cercului de aderenpresupune creaciunile X i Y sunt aplicate ntr-un acelai punct 0 i au orezultant tconsZR R tan== .

Cercul de aderen (fig. 3.17) este locul geometric alvrfului vectorului forei R a crei mrime este :

.maxmax22 YXYXR ==+=

Fig. 3.17

Conceptul cercului de aderen presupune c valoareacoeficientului de aderen este aceeai dup oricare direcie avectorului R . n majoritatea cazurilor practice L i ca

urmare a fost elaborat conceptul elipsei de aderen.n aceste concept se considercforeleXi Yse aplicntr-

un acelai punct 0 care este centrul unei elipse (fig. 3.18) avndsemiaxa mare RZX =max i semiaxa mic RL ZY =max .Ecuaia acestei elipse va fi :

.12

max

2

max

2

=+Y

Y

X

X (3.34)

Elipsa de adereneste locul geometric al vrfului vectorului R

care are o mrime variabil:


57/268

55

2222

LRZYXR +=+= .

Partea dreapt a cercului i a elipsei conin valorile R n

cazul cnd pneul este supus traciunii, iar n partea stng

valorileRpentru cazul cnd pneul este supus frnrii.

Fig. 3.18

n figura 3.19 se prezint relaia ntre unghiul de deviere

lateral, reaciunea transversal Y i fora tangenial Xpentru un pneu radial n cazul traciunii i frnrii. Pe aceeaifigurse reprezinti arcurile de aderenpentru = 1i =0,9.

Fig. 3.19


58/268

56

Fig. 3.20

n figura 3.20 sunt reprezentate n cadranul I elipse de

aderencare corespund la diferite valori 1


59/268

57

Considernd (fig. 3.21.a) un element '11 din materialulpneului care se deplaseazpe suprafaa de contact a pneului cusolul, aceasta va fi comprimat n timpul deplasrii de la a la b ise va destinde n timpul deplasrii de la b la c , variaia presiunii

normale np n i a efortului tangenial n zona de contact fiindneuniforme.

Coeficientul de patinare crete n suprafaa de contact dela a la c .

n figura 3.21.b se prezintvariaiile presiunii normale np ,

a efortului tangenial din suprafaa de contact i acoeficientului de alunecare a%n suprafaa de contact la un pneufrnat.

n figura 3.22 se reprezint variaia a deformaieielementului de pneu '11 n funcie de sarcina q care acioneaz

asupra acestuia la trecerea prin zona de contact. Curba ABreprezint variaia deformaiei atunci cnd elementul '11 parcurge zona de comprimare ab (fig. 3.21), iar curba BCreprezint variaia deformaiei atunci cnd elementul '11 parcurge zona de destindere bc .

Suprafaa ABCreprezint energiaconsumat de pneu nprocesul de comprimare

ntindere datoritfrecrii ntre particulelematerialului pneului ntimpul parcurgeriisuprafeei de contact a

pneului cu calea de rulare.Fig. 3.22 Energia consumat este

denumitenergie de histerezis.Rezistena la rulare se datorete energiei pierdute prin

histerezis cumulat cu energia consumat prin frecarea dintrepneu i calea de rulare i cu energia pierdut prin efectul deventuz produs de adnciturile practicate n banda de rulare.Energia de histerezis se transform n timpul rulrii n cldur

care nclzete materialul pneului.


60/268

58

3.4.2 Presiunea normalmedie pe suprafaa de contact

Presiunea normal pe suprafaa de contact variaz dupcum se arat n figurile 3.21.a i 3.21.b . Din acest motiv se ia n

considerare pentru calcule presiunea normalmedie :

t

Rm

A

GP = ,

unde tA este aria totala suprafeei de contact.

Deoarece banda de rulare posed canale, suprafaa efectivde contact cu solul eA este mai micdect suprafaa total.

Ca urmare se va defini o presiune medie efectiv:

e

R

me A

G

P = .

3.4.3 Variaia presiunii normale n timpul rulrii pneului

n figura 3.23 este prezentat variaia presiunii normale nsuprafaa de contact a pneului i calea de rulare (pata de contact)

n situaie static, iar n fig 3.24 n timpul rulrii.La o presiune interioardin pneu redus, (fig. 3.24.a) presiunea

normal dup direciile 1 i 2 este n mod accentuat mai marespre partea din fa a zonei de contact. Mrind presiuneainterioardin pneu, neuniformitatea variaiei presiunii scade fig.3.24.b devenind aproximativ simetric ca n cazul pneului

ncrcat static (fig. 3. 23) .

Fig. 3.23


61/268

59

Fig. 3.24

3.4.4 Caracteristica de rulare

Fora tangenial la roat este rezultatul nsumriiaciunilor eforturilor tangeniale x din suprafaa de contact i

se determincu relaia

dAXA

x= 0

.

Fig. 3.25


62/268

60

RaportulRZ

X= se numetefora tangenialspecific.

Legea de variaie a forei tangeniale specifice n funcie decoeficientul de patinare(fig. 3.25) sau alunecare este denumitcaracteristica de rulare a pneului.

Procesul de rulare se produce n 3 faze. n faza I - a numitpseudoalunecare, sub aciunea forei tangeniale X se producecomprimarea materialului pneului rezultnd o patinare saualunecare datoritdeformrii pneului.

Faza a II - a corespunde situaiei n care poriuni alepneului ncep s patineze n cazul traciunii sau s alunece pesuprafaa de contact (n cazul frnrii).

n aceast faz se produce alunecarea parial a pneului

n suprafaa de contact.n punctul fora tangenial specific M este maxim,valoarea acesteia fiind egal cu coeficientul de aderen

==RG

Xmaxmax .

n faza a III - a fora tangenial specific scade odat cucreterea patinrii sau alunecrii. n punctul N n carecoeficientul de patinare sau alunecare sunt 100 %, fora

tangenial aX este egal cu fora la care se produce patinareasau alunecarea total Raaa GFX == ,

unde a este coeficientul de frecare la alunecare sau patinare

total,

a

R

aa

G

X == . (3.35)

Valorile forei tangeniale specifice variazn funcie de :

-presiunea din interiorul pneului ip ,

- mrimea sarcinii normale pe roat RG ,- viteza de deplasare a autovehiculului v ,- caracteristicile i starea cii de rulare.


63/268

61

Fig. 3.26 Fig. 3.27

n figura 3.26 se reprezintcaracteristicile de rulare ale unuipneu la o vitez constantpe diferite ci de rulare, iar n figura3.27 modificarea caracteristicii de rulare cu viteza de deplasare aautovehiculului.

Se constatcvalorile forei specifice la rulare scad pe cilede rulare alunecare (zpad, ploi) i de asemenea scad pe msurce viteza de deplasare crete.

n figura 3.28.a se reprezint caracteristica de rulare ncazul unei roi frnate pentru un pneu 7,5-14 pe asfalt uscat iar

n fig. 3.28.b pentru beton uscat.

Fig. 3.28


64/268

62

n acest caz fora tangenialspecificde frnareR

fZ

X=

unde X este reaciunea tangenial a solului i se reprezint nfuncie de alunecarea a[%].

Curbele 1, 2, 3, 4 i 5 corespund unor viteze iniiale defrnare de 8, 16, 32, 64 i respectiv 96 km/h.

i n aceste cazuri ==R

fZ

Xmaxmax .

3.4.5 Coeficientul de aderen

Dupcum a fost anterior stabilit, coeficientul de aderensedefinete drept raportul dintre aderen(valoarea maxim afor

ei de aderen

)i reac

iunea normal

la calea de rulare

RZ

conform cu relaia (3.11). Coeficientul de aderen reprezintvaloarea maxim max a forei tangeniale specifice la roat(fig.

3.20) i se realizeaz n zona a II - a (fig. 3.25) la o anumitvaloare a patinrii sau alunecrii cuprins n general n limitele20 30 %.

Coeficientul de aderenla alunecare a reprezint(fig. 3.25)

fora tangenial specific n cazul n care alunecarea este de

100%. Dacse considerun element de suprafaunitar dA dinaria de contact a pneului cu calea de rulare, fora tangenial '

care ia natere n acest element va fin

x

p

='

unde x i np sunt efortul tangenial i respectiv presiunea

normaldin elementul de suprafaunitar dA .Coeficientul de aderen ' care ia natere n suprafaa

elementardA va fi egal cumax'

,

'

=max'

iar coeficientul defrecare la alunecare a' va fi reprezentat de a' , care reprezintvaloarea forei tangeniale specifice n cazul n care 00100=a ,

a' = a' .

S-a constatat pe bazde experiment cfora de aderenserealizeazca suma doucomponente : o forde adeziune i oforde histerezis.

Ca urmare valoarea forei tangeniale specifice ' este suma


65/268

63

' = '' hf + ,

unde 'f este o component datorit adeziunii, iar'

h

componenta datorithisterezisului.n figura 3.29.a se reprezint variaia componentelor forei

tangeniale specifice n funcie de viteza de alunecare a pneuluifade calea de rulare.n figura 3.29.b sunt reprezentate variaiile componentelor

tangeniale 'f i'

h pentru diverse categorii de drum.

Prima component f este determinat de frecarea ntre

pneu i asperitile cii de rulare, iar a doua h de energia de

histerezis datorit comprimrii i destinderii pneului n zona decontact.

Fig. 3.29.a Fig. 3.29.b

Fig. 3.29.cPresiunea normaldin suprafaa de contact influeneazde

asemenea (fig. 3.29.c) variaia componentelor 'f i'

h i implicit

valoarea forei tangenile specifice ' .n tabelul 3.1 se prezintvalorile coeficientului de aderen

pentru diverse ci de rulare.


66/268

64

Tabelul 3.1Valori medii ale coeficientului de aderen

Calea de rulare Coeficientul de aderen

Categoria Starea

Pneuri de

naltpresiune

Pneuri de

joaspresiune

Pneuri

pentruautovehiculecucapacitatede treceremrit

uscat 0,50 0,70 0,70 0,80(1,00)

0,70 0,80(1,00)

umed 0,35 0,45 0,45 0,55 0,50 0,60

Beton asfalt

umedmurdar

0,25 0,45 0,25 0,40 0,25 0,45

Piatrbolovani

uscat 0,40 0,50 0,50 0,55 0,60 0,70

uscat 0,50 0,60 0,60 0,70 0,60 0,70Piatrspart umed 0,30 0,40 0,40 0,50 0,40 0,55

uscat 0,50 0,70 0,60 0,75 0,50 0,60Calupuride lemn umed 0,30 0,40 0,40 0,50 0,50 0,60

uscat 0,40 0,50 0,50 0,60 0,50 0,60udat deploaie

0,20 0,40 0,30 0,45 0,35 0,50Drum depmnt

desfundat 0,15 0,25 0,15 0,25 0,20 0,30uscat 0,20 0,30 0,22 0,40 0,20 0,30Teren

nisipos umezit 0,35 0,40 0,40 0,50 0,40 0,50umezit pn

n stare deplasticitate

0,20 0,40 0,25 0,40 0,30 0,45Argilnisipoas

umezit pnla starea de

curgere

0,15 0,20 0,15 0,25 0,15 0,25

afnat 0,20 0,30 0,20 0,40 0,20 0,40Drum cuzpad bttorit 0,15 0,20 0,20 0,25 0,30 0,50Drum cugheaipolei

Temperaturaaerului sub00C

0,08 0,15 0,10 0,20 0,05 0,10


67/268

65

Valorile coeficientului de aderen sunt influenate decaracteristicile cii de rulare, caracteristicile pneului, coeficientulde alunecare sau patinare i de viteza de deplasare aautovehiculului.

3.4.6 Influena caracteristicilor suprafeei cii de rulare asupraaderenei

Valoarea coeficientului de aderen depinde de natura irugozitatea stratului superficial care acoper calea de rulare.Micorarea porozitii cauzat de excesul de ciment introdus ncompoziia liantului mbrcminilor de beton are ca efectreducerea coeficientului de aderen i a aderenei. Acest lucrueste valabil i n cazul suprafeelor din beton asfaltat.

Cile de rulare avnd suprafaa rugoasau o aderenmaimare dect cele netede. Aderena se reduce cnd pe suprafaa ciide rulare se afl praf sau nisip fin. O reducere considerabil acoeficientului de aderen se produce atunci cnd suprafaa ciide rulare este umedfiind expusploii.

n figura 3.30 se prezintvariaia coeficientului de aderenn cazul unei ci de rulare umeddin cauza ploii.

La nceputul ploii impuritile de pe osea se umezescformndu-se mzg ceea ce conduce la o reducere nsemnat avalorii coeficientului de aderen. Dupce ploaia curoseauacare se acoper cu o pelicul de ap coeficientul de aderensuport o uoar cretere. Dup ncetarea ploii coeficientul deaderen crete pe msur ce grosimea peliculei de ap scade,atingnd din nou valoarea iniialcnd oseaua devine uscat.

n timpul rulrii roii pe o osea umed, pe care grosimeapeliculei de apdepete 1,5 mm, pneul poate evacua pn la oanumitvitezapa dintre pneu i calea de rulare(fig. 3.31a).


68/268

66

Fig. 3.30

Fig. 3.31

La o anumitvaloare a vitezei de deplasare denumitvitezcritic, n partea din faa pneului se formeaz(fig. 3.31.b) opande appe poriunea fe . n partea din spate a pneului peporiunea hf se realizeazcontactul nemijlocit dintre pneu i

calea de rulare.Ca urmare aderena pneului scade. Mrind n continuare

viteza, sub pneu se formeazo peliculde ap(fig. 3.31.c), ceea ceconduce la dispariia aderenei i a posibilitii de manevrare aautovehiculului. Aceast situaie funcional nedorit a pneuluieste denumitacvaplanare.

Viteza la care se produce acvaplanarea se numete vitezcriticde acvaplanare.

Valoarea vitezei critice depinde de grosimea peliculei de ap,de profilul pneului i gradul de uzur al acestuia, de presiuneainterioardin pneu i de valoarea sarcinii pe roat.

3.4.7 Influena caracteristicilor pneului asupra coeficientului deaderen

Caracteristicile pneului care influeneaz valoareacoeficientului de aderen sunt profilul benzii de rulare,


69/268

67

rigiditatea materialului pneului, presiunea interioara pneului itipul constructiv (radial sau diagonal).

La pneurile la care banda de rulare este n stare bun,coeficientul de aderen poate fi cu 30 % mai mare dect lapneurile la care banda de rulare este uzat. Canalele profilate n

banda de rulare asigur evacuarea apei cnd autovehicululruleazpe drumuri umede, ceea ce conduce la mrirea aderenei.

Se poate meniona c la o vitezde deplasare de 90km/h,canalele din banda de rulare pot evacua pnla 3 4 litride appe secund. Rigiditatea pneului influeneaz asupra foreitangeniale de histerezis 'h i prin urmare asupra valorii

coeficientului de aderen. n cazul benzilor de rulare cuelasticitate ridicat, deformrile pneurilor devin mai mari, ceea

ce conduce la creterea forei tangeniale de histerezis'

h .Presiunea interioar a pneului are un efect considerabil

asupra valorii coeficientului de aderen. n cazul deplasrii pe ocale de rulare duri uscat, reducerea presiunii interioare dinpneu are ca efect mrirea suprafeei de contact i creterea foreitangeniale specifice de adeziune 'f , ceea ce contribuie la

creterea valorii coeficientului de aderen. n acelai timp cretens coeficientul de rezisten la rulare. Ca urmare presiunea

interioar din pneu poate fi redus pn la o limit la carevaloarea coeficientului de rezisten la rulare i implicitrezistena la rulare depesc o valoare admisibil.

n cazul deplasrii pe o cale de rulare dur i umed,mrirea presiunii interioare din pneu conduce la cretereacoeficientului de aderen datorit eliminrii apei de ctrecanalele benzii de rulare.

n cazul rulrii pe cale deformabil reducerea presiuniiinterioare din pneu are ca efect mrirea suprafeei de contact a

pneului cu solul i creterea interaciunii dintre pneu i sol i caurmare mrirea coeficientului de aderen.

Coeficientul de aderenrealizat la rularea pneurilor radialeeste mai mare dect la cele diagonale care au acelai profil idimensiuni deoarece suprafaa de contact la calea de rulare estemai mare i repartiia presiunii normale este mai uniform.Coeficientul de frecare la alunecare a este din acelai motiv mai

mare la pneurile diagonale dect la pneurile radiale.


70/268

68

3.4.8 Influena vitezei de deplasare a autovehiculului asupracoeficientului de aderen

Mrirea vitezei de deplasare a autovehiculului are ca efect

reducerea valorii coeficientului de adereni a coeficientului defrecare la alunecare a .

n figura 3.32 se prezint variaia cu viteza a coeficientuluide aderen funcie de viteza de deplasare pentru pneuriradiale (curba 1) i diagonale (curba 2) i variaia coeficientuluide frecare la alunecare a pentru pneuri diagonale (curba 3), i

radiale (curba 4).

Fig. 3.32

3.4.9 Influena coeficienilor de patinare i alunecare asupracoeficientului de aderen

Analiznd caracteristica de rulare (fig. 3.25) rezultcforatangenial specific depinde de coeficientul de patinare saualunecare. Valorile maxime ale coeficientului de aderen se

obin n general la valori de 20 30 % ale coeficientului depatinare sau alunecare.


71/268

69

4. REZISTENELE LA NAINTARE ALEAUTOVEHICULELOR

4.1 Rezistena la rulare

Deplasarea uniform a unei roi de pneu se realizeaz prinnvingerea unei fore rezistente numitrezistenla rulare.

Rezistena la rulare apare datorit deplasrii reaciuniiverticaleZRa cii de rulare (fig. 4.1) cu o distanafade axaroii datoritrepartiiei inegale a presiunii normalepn.

n figura 4.1 este prezentatvariaia presiunii normale dupo direcie longitudinaln suprafaa de contact.

Fig. 4.1

Valorile presiunii sunt mai mari n partea anterioar a

suprafeei de contact, ceea ce justific deplasarea reaciunii ZRcu distana a. Ca urmare asupra roii se exercitun moment derezistenla rulare :

Rrul ZaM = .Momentului de rezisten la rulare i corespunde o for

rezistentla rulare. n cazul unei roi motoare care se deplaseazcu vitezconstant


72/268

70

=d

R

d

R

r

aZ

r

MX

Rezult: rRd

rulR RF

r

MFX == , (4.1)

unde forad

rulr

r

MR = este rezistena la rulare.

Rezistena la rulare se opune deplasrii roii i se aplic nsuprafaa de contact a pneului cu solul. Dup cum s-a artat

anterior (paragraful 3.3.1) raportulR

r

d Z

R

r

a= este denumit

coeficient de rezistenla rulare.

Rezistena la rulare are valoarea fZr

aZR R

d

Rr == . (4.2)

La rulare pe ci dure rezistena la rulare este cauzat depierderile prin histerezis cumulate cu energia pierdut prinfrecarea ntre pneu i calea de rulare i cu pierderile cauzate deefectul de ventuzproduse de adnciturile practicate n banda derulare.

n cazul rulrii pe drumuri deformabile la aceste pierderi seadaugi pierderile de energie pentru deformarea solului.

Valoarea rezistenei la rulare depinde direct de variaiacoeficientului de rezistenla rulare.

Factorii care influieneaz coeficientul de rezisten larulare vor fi determinani pentru mrimea rezistenei la rulare.

4.2 Influene asupra coeficientului de rezisten la

rulareRezistena la rulare este proporional cu valoarea

coeficientului de rezistenla rulare.Factorii principali care influeneaz asupra valorii

coeficientului de rezisten la rulare sunt construcia pneului,viteza de deplasare, presiunea aerului n pneu, unghiul de deriv,mrirea momentului motor i particularitile cii de rulare.


73/268

71

4.2.1 Influena construciei pneului asupra coeficientului derezistenla rulare

Factorii constructivi care influeneaz valoareacoeficientului de rezisten la rulare sunt numrul de pliuri

echivalente, tipul anvelopei (radial sau diagonal), unghiul lacoroanal cordului, histerezisul cauciucului, materialul cordului,

raportulH

( nlimea / limea anvelopei ) i diametrul pneului.

Mrirea numrului de pliuri conduce la creterea energieipierdute prin frecare i a coeficientului de rezistenla rulare cuun procent mic. Pneurile radiale sunt caracterizate de uncoeficient de rezisten la rulare mai mic dect pneurilediagonale.

Creterea f a coeficientului de rezisten la rulare (fig.4.2) variaz aproximativ liniar n funcie de unghiul c al

direciei firelor de cord n raport cu tangenta la diametrulexterior maxim al pneului.

Compoziia materialului pneului este important deoarecedetermin valoarea lucrului mecanic pierdut prin histerezis,valoare care trebuie s fie ct mai mic. Componenta dehisterezis a rezistenei la rulare reprezint85 95[%], n timp ce

frecarea benzii de rulare cu suprafaa de rulare doar 2 15 [%],deci reducerea histerezisului este importanti poate fi realizat

n mod real n funcie de materialul cauciucului cu pn la 40[%].

Fig. 4.2

Materialele folosite pentru fabricarea firelor de cord suntbumbacul (efort admisibil la traciune mediu de 30 daN / mm2),vscoza (50 daN / mm2), nylonul (75 daN / mm2) i oelul (firele


74/268

72

au 0,1 0,2 mm diametru i rezistena admisibilla traciune de200 daN / mm2).

Coeficientul de rezisten la rulare are valori mai mari lapneurile avnd firele de cord din bumbac i n ordinedescresctoare ca valoare la pneurile avnd cordul fabricat din

vscoz, polistier. Coeficientul de rezisten la rulare are valorimai mari n cazul pneurilor la care raportul

B

Heste mai mic.

Concomitent cu mrirea diametrului pneului, coeficientul derezisten la rulare se reduce n cazul deplasrii pe terendeformabil.

4.2.2 Influena vitezei de deplasare asupra coeficientului derezistenla rulare

Viteza de deplasare influeneazasupra valorii coeficientuluide rezistenla rulare, dependena fiind prezentatn fig. 4.3 .

Faza I corespundevitezelor mici la carefenomenul de histerezis are ointensitate relativ mic.

n faza a II - a, cretereacoeficientului de rezisten larulare este aproximativliniar i depinde de naturamaterialului pneului. n faza aIII - a la viteze

Fig. 4.3 mai mari dect 80 km/h apar oscilaiidea lungul flancului pneului (fig. 4.4a.) i ulterior (fig. 4.4b.) i pedirecia conturului exterior (fig. 4.4b).


75/268

73

Fig. 4.4

Ondulaiile produse de energia acestor oscilaii au ca efectcreterea lucrului mecanic de histerezis.

De asemenea datorit ineriei masei poriunii din pneu careintr n contact cu calea de rulare i este deplasat spre axul derotaie al pneului se consum o cantitate de energie care secumuleazcu energia pierdutprin histerezis.

Ca urmare n faza a III - a creterea coeficientului derezistenla rulare devine exponenial.

Se numete critic viteza la care apar oscilaii la periferiapneului.

Datorit creterii lucrului mecanic prin histerezis pneul sepoate supranclzi i distruge. Ca urmare, la montarea unui tipde pneu pe jant trebuie verificat dac viteza maxim avehiculului este mai mic dect viteza maxim admisibil apneului indicatde marcajul special executat pe pneu.

n figura 4.5 se reprezintvariaia temperaturii aerului dinpneu funcie de viteza de deplasare a autovehiculului. nclzireapneului conduce (fig.4.9) la reducerea coeficientului de rezistenla rulare. De notat faptul c nclzirea excesiv a pneului poate

produce distrugerea acestuia i implicit la accidente.Fig. 4.5 Fig. 4.6


76/268

74

4.2.3 Influena presiunii din pneu asupra coeficientului derezistenla rulare

Mrirea presiunii aerului din interiorul pneului are ca efect

reducerea deformaiilor pneului i micorarea pierderilor prinhisterezis. Temperatura aerului crete n timpul rulrii, ceea ceare ca efect creterea aproximativ a presiunii din interiorulpneului duprelaia :

( )273

000

TTPPPi

+= ,

unde 0Pi 0T sunt presiunea i temperatura iniiala aerului,

iP i T sunt presiunea i temperatura dup intrarea

pneului n regim termic corespunztor deplasrii.Corelaia ntre presiunea intern iniial a pneului i

temperatura aerului din interiorul pneului la diferite viteze dedeplasare este prezentatn fig. 4.7 .

Fig. 4.7 Fig. 4.8

Pneul se nclzete att datorit fenomenului de histerezisct i datoritfrecrii benzii de rulare pe suprafaa de rulare.

n figura 4.8 este prezentat variaia coeficientului derezisten la rulare funcie de vitez la diferite presiuni aleaerului din pneu.

Coeficientul de rezisten la rulare crete concomitent cuscderea temperaturii aerului din mediul exterior datoritrcirii


77/268

75

materialului pneului i creterii lucrului mecanic de histerezis.Dac pneul se deplaseaz pe o cale de rulare deformabil,

este necesar reducerea pn la o anumit valoare optim apresiunii din pneu pentru ca suprafaa de contact a pneului cusolul sfie mriti presiunea medie pe sol sscadastfel nct

deformarea solului s fie redus i implicit s fie micoratcoeficientul de rezistenla rulare. Scderea presiunii interne subvaloarea optim are ca efect creterea deformaiilor pneului iimplicit creterea lucrului mecanic pierdut prin histerezis, ceea cedetermincreterea coeficientului de rezistenla rulare.

4.2.4 Influena unghiului de deriv

n cazul rulrii roilor cu deviere lateral (cazul roilor de

direcie sau al roilor ncrcate axial cu o for lateraldatoratvntului sau efectului unei fore centrifuge aplicatautovehiculului), coeficientul de rezisten la rulare cretedeoarece pneul este supus unor deformaii suplimentare care auca efect mrirea lucrului mecanic pierdut prin histerezis.

La valori mici ale unghiului de derivcoeficientul de rulare

2

0 +=Z

Cff r ,

unde 0f este coeficientul de rulare frdeviere lateral, este unghiul de deviere lateral[rad],Zeste reaciunea perpendicular pe suprafaa cii de

rulare asupra roii,

y

r

FC = este coeficientul de rezisten al pneului la

deviere lateral,

yF este fora lateralaxial.

4.2.5 Influena momentului motor aplicat roii

Creterea momentului aplicat roii motoare are ca efectmrirea deformaiilor acesteia i implicit creterea lucruluimecanic de histerezis, ceea ce conduce la creterea coeficientuluide rezisten la rulare. Coeficientul de rezisten la rulare poatefi calculat cu relaia :


78/268

76

+

=

c

Rc

Rc rz

Mrf

Mrf

21

, (4.3)

unde creste raza de rulare a unei roi conduse,

este coeficientul de elasticitate tangenial a pneului

[mm / daN m],RM este momentul la roat,

cf este coeficientul de rezistenla rulare al roii conduse.

4.2.6 Influena cii de rulare asupra coeficientului de rezistenlarulare

n timpul rulrii asupra pneului acioneazfore i momente

mai mari dect cele statice de pn la 1,6 ori i acesta este caurmare supus unor deformaii mai mari.Ca urmare cresc pierderile prin histerezis i coeficientul de

rezisten la rulare. nlimea medie a neregularitilor cii ( ch )

este important deoarece determin amplitudinea i energiaoscilaiilor autovehiculului n timpul deplasrii i ca urmarevalorile deformaiilor i coeficientului de rezisten la rulare alpneului.

Coeficientul de rezistenla rulare se poate calcula cu relaia28

min 10 vhff cs += , (4.4)

unde s este un coeficient (are valoarea 4 n cazul

autoturismelor i 5,5 n cazul autocamioanelor),

ch este indicatorul neregularitilor cii de rulare ale

crui valori sunt prezentate n tabelul 4.1,

minf este coeficientul de rezistenla rulare la vitezmicaproape nul.

Valorile indicatorului neregularitilor cii de rulare ( ch )Tabelul 4.1

Starea ciiNatura ciiExcelent Foarte

bunNesatisfctoare

Asfalt i beton 50 75 150 300

osea pietruit 200 230 400 800 900


79/268

77

osea cu pavaj depiatr

300500

1000

4.2.7 Calculul coeficientului de rezistenla rulare i a rezistenei

la rulare

Pentru calculul coeficientului de rezistenla rulare existoserie de relaii care iau n consideraie viteza de deplasare,presiunea aerului din pneu, sarcina nominal recomandat,presiunea nominalrecomandat, etc.

Dintre acestea pot fi utilizate relaiile mai simple :( )20 1 vKff += , (4.5)

unde ( )5

1054

=K h2

/ km2

sau relaia

03,29

6,3

64,0

4

10778,0

10202

ii P

v

Pf

+

=

, (4.6)

unde ip este presiunea aerului din pneu n daN / cm2, iar v n

km / h.Pentru calculele uzuale se consider o valoare medie a

coeficientului de rezisten la rulare a crei mrime depinde de

tipul cii de rulare (tabelul 4.2).

Tabelul 4.2Valorile medii ale coeficientului de rezistenla rulare

Natura cii Starea cii Coeficientul derezistenla rulare,f

bun 0,015 0,018osea de asfalt sau debeton satisfctoare 0,018 0,020

osea pietruit bun 0,020 0,025stare bun 0,025 0,030osea pavatcu hartoape 0,035 0,050

uscat-bttorit

0,025 0,035

dupploaie 0,050 - 0150

Drum de pamnt

desfundat 0,10 0,25Drum nisipos i uscat 0,10 0,30


80/268

78

umed 0,040 0,060

uscat 0,040 0,060

n stare plastic 0,100 0,260

Teren cu soi argilo-nisipos i argilos

n stare de

curgere

0,20 0,30

Drum cu ghea saughea

- 0,015 0,03

Drum cu zpad bttorit 0,03 0,05

Rezistena la rulare a unui autovehicul se calculeaz curelaia :

i

n

i

ir ZfR = =1

,

unde ifeste coeficientul de rezisten a unei roi notat cu

indicele i,

iZ este reaciunea normalla roata respectiv,

neste numrul roilor autovehiculului.Pentru calcul se poate lua n consideraie o valoare medie a

coeficientului de rezistenla rulare

n

fff

f

421 ...+++=.

ntruct = cosGZi , rezistena la rulare se poatecalcula pentru un autovehicul cu relaia :

cosGfRr = . (4.7)Puterea rezistentla rulare se calculeazcu relaia :

360

cos=

vGfPr , (4.8)

unde vse considern km/h, iar Gn daN.


81/268

79

4.3 Rezistena aerului

4.3.1 Cauzele apariiei rezistenei aerului

La suprafaa unui corp care se deplaseaz n aer (n caz

particular caroseria unui automobil) se formeazun strat limit(fig. 4.9) n care gradientul de vitez

dn

dv scade continuu. n

punctele a i b gradientul de vitezeste pozitiv i devine nuldn

dv

= 0 , n punctul c numitpunct de deprindere.ntr-un punct dsituat duppunctul c , gradientul de vitez

devine negativ, dn

dv

< 0 , iar presiunea n zona punctului dscade.Acest lucru are ca efect formarea unor cureni turbionari (fig.4.9) de sens contrar vitezei v .

Fig. 4.9


82/268

80

Fig. 4.10

n cazul deplasrii unui autovehicul diferena de presiunedintre zona situatnainte de punctele de desprindere a stratuluilimitde caroserie i presiunea din zona situatduppunctele dedesprindere creeaz o for rezistent care se opune deplasriiautovehiculului.

Acestei fore i se adaugrezistena creatde frecarea dintrep

Dinamica Autovehiculelor Rutiere Academic

Documents

Transcript of Dinamica Autovehiculelor Rutiere Academic