7. Alegerea variantei de organizare a schimbatorului de viteze pe baza analizei calitatilor dinamice de tractiune a

autovehiculului de proiectat

7.1. Determinarea caracteristicii de tractiune, a caracteristicilor dinamice, caracteristicilor puterilor si caracteristicilor acceleratiilor,[2]

1. Caracteristica de tractiune - reprezinta dependenta fortei de tractiune (Ft), fata de viteza automobilului pentru toate treptele schimbatorului de viteze, motorul functionand la sarcina totala.

Construirea caracteristicii se face pe baza caracteristicii exterioare a motorului, pornind de la curba momentului efectiv, pe baza relatiilor:

[7.1.1]

2. Caracteristica dinamica - reprezinta dependenta factorului dinamic fata de viteza automobilului pentru toate treptele schimbatorului de viteze, motorul functionand la sarcina totala.

Este definite de factorul dinamic, exprimat prin realatia:

[7.1.2]

3. Caracteristica puterilor - reprezinta dependenta puterilor la roata fata de viteza automobilului pentru toate treptele schimbatorului de viteze, motorul functionand la sarcina totala.

[7.1.3]

unde: P - puterea motorului t - randamentul transmisiei.

4. Caracteristica acceleratiilor - reprezinta dependenta acceleratiei fata de viteza automobilului pentru toate treptele schimbatorului de viteze, motorul functionand la sarcina totala.

[7.1.4]

unde : - coeficientul de influenta al maselor in miscarea de rotatie.

Pe baza acestor formule s-au construit urmatoarele caracteristici :7.2. Analiza calitatilor dinamice de tractiune pentru cele 2 variante de organizare a transmisiei si alegerea celei mai adecvate

7.2.1. Analiza pe baza caracteristicii de tractiune

In general, intr-o treapta data, la viteza mica se obtine maximul fortei de tractiune, dupa aceasta valoare, forta de tractiune scade chiar daca viteza continua sa creasca. Conform recomandarilor [1], cu cat treapta este mai superioara, raportul de transmitere scade, rezultand cresterea vitezei si scaderea fortei de tractiune.

Pentru varianta cu 5 trepte, forta maxima de tractiune se obtine astfel : Tr I : Ftmax  = 752 daN la o viteza V = 27…28 km/h. Tr II : Ftmax = 457 daN la o viteza V = 46…47 km/h. Tr III : Ftmax = 328 daN la o viteza V = 65...66 km/h. Tr IV : Ftmax = 256 daN la o viteza V = 83…84 km/h. Tr V : Ftmax = 210 daN la o viteza V = 100…102 km/h.

In cazul variantei cu 6 trepte, avem:

Tr I : Ftmax  = 752 daN la o viteza V = 27…28 km/h. Tr II : Ftmax = 492 daN la o viteza V = 49…50 km/h. Tr III : Ftmax = 367 daN la o viteza V =65…66 km/h. Tr IV : Ftmax = 292 daN la o viteza V = 82…83km/h. Tr V : Ftmax = 243 daN la o viteza V = 99…100km/h. Tr VI : Ftmax = 210 daN la o viteza V = 116…117 km/h.

In figura 7.2.1.1.,si respectiv 7.2.1.2. sunt trasate pe langa curbele de tractiune corespunzatoare fiecarei trepte si rezistentele la inaintare. Astfel, pentru rezistenta aerului in cazul cand vantul bate din fata, intersectia se obtine in treapta a V-a in cazul variantei cu 5 trepte, si in treapta a VI-a in cazul variantei cu 6 trepte, obtinandu-se o viteza maxima de 191 km/h.Pentru cazul cand viteza vantului este nula intersectia se obtine in treapta a V-a si respectiv treapta a VI-a, avand o viteza maxima de 195 km/h, pentru ambele variante de etajare.In cazul cand vantul bate din spate, punctul de intersectie se afla in treapta a V-a la o viteza maxima de 197 km/h pentru varianta cu cinci trepte si in treapta a VI-a la o viteza maxima de 197 km/h pentru varianta cu sase trepte.Acestea sunt si variantele deplasari in treapta de priza directa. Analizand hiperbola ideala de tractiune (H.I.T) in cazul celor 2 variante de etajare se observa ca varianta cu 6 trepte prezinta o apropiere mai exacta de situatia reala. Se observa ca pt N = 5 tr gradul de acoperire este mai mic decat in cazul N = 6 tr ( ). Pentru viteza de deplasare in oras, cu viteza de 50 km/h, rezerva de putere mai mare se obtine utilizand treptele II si III, pt N = 5 tr, respectiv II, III si IV-a, pt N = 6 tr. La deplasarea in afara localitatilor, cu viteza de 90 km/h, treptele cu rezerva de putere mare sunt III si IV, pt varianta cu 5 tr, si respectiv IV si V-a, pt cea cu 6 tr. La deplasarea pe autostrazi, cu viteza de 130 km/h, rezerva de putere avem in treapta a V-a pt ambele variante.

7.2.2. Analiza pe baza caracteristicii dinamice

Dispunand numai de caracteristica de tractiune nu putem face aprecieri cu privire la performantele de tractiune ale autovehiculului de proiectat. Conform recomandarilor [2], la valori ridicate ale factorului dinamic se obtin calitati de tractiune superioare, si invers. Pentru o treapta oarecare s-a constatat ca la viteze mici D este relativ mare, creste si la viteza relativ mica capata o valoare maxima, apoi scade relativ cu viteza. Valorile maxime a factorului dinamic in fiecare treapta si viteza la care se obtine pt varianta de etajare cu 5 trepte:

Tr I : Dmax  = 0.410 [-] la o viteza V = 28…32 km/h. Tr II : Dmax = 0.246 [-] la o viteza V = 46…47 km/h. Tr III : Dmax = 0.172 [-] la o viteza V = 64…65 km/h. Tr IV : Dmax = 0.128 [-] la o viteza V = 83…84 km/h. Tr V : Dmax = 0.099 [-] la o viteza V = 85…88 km/h.

In cazul variantei cu 6 trepte, avem:

Tr I : Dmax  = 0.410[-] la o viteza V = 28…32 km/h. Tr II : Dmax = 0.268 [-] la o viteza V = 42…44 km/h. Tr III : Dmax = 0.196 [-] la o viteza V = 57…63 km/h. Tr IV : Dmax = 0.152 [-] la o viteza V = 70…74 km/h. Tr V : Dmax = 0.121 [-] la o viteza V = 75…87 km/h. Tr VI : Dmax = 0.099 [-] la o viteza V = 85…88 km/h.

Avand in vedere datele de mai sus se pot evidentia pantele maxime ce pot fi urcate de autovehicul corespunzator fiecarei treapte. Astfel, pt treapta I se poate urca o panta maxima de aproximativ 43%, in treapta II o panta de 24.5%, in treapta a III-a o panta de 17.5%, in treapta a IV-a o panta de 13%, iar pt treapta a V-a o panta de 10%, in cazul etajarii armonice cu 5 trepte. Pentru varianta cu 6 trepte obtinem: tr I – pmax = 43%, tr II - pmax = 27%, tr III - pmax = 20%, tr IV pmax = 15.3%, tr V pmax = 12%, tr VI pmax = 10%. In cazul vitezelor uzuale, cele la deplasarea in localitati si in afara lor, se obtin urmatoarele valori:a) etajare cu 5 trepte: D = 0.165 pt V = 50 km/h la deplasarea in treapta a III-a, D = 0.13 pt V = 90 km/h in treapta a IV-a si D = 0.08 pt V = 130 km/h in treapta a V-a;

b) etajare cu 6 trepte: D = 0.165 pt V = 50 km/h la deplasarea in treapta a III-a, D=0.12 pt V = 90 km/h in treapta a V-a si D = 0.08 pt V = 130km/h in treapta a VI-a.

7.2.3. Analiza pe baza puterii la roata

Pentru urcarea pantei utilizand treapta de priza directa trebuie folosita o putere de 85 kW la o viteza de 162 km/h. Panta drumului modernizat este invinsa de autovehicul la rularea in treapta a V-a, respectiv a VI-a la o viteza de 195km/h, adica viteza maxima impusa in tema, cu o putere de 79kW. Puterea necesara atingerii vitezelor uzuale la deplasarea in localitate, si in afara localitatilor este: de 42 kW in treapta a III-a la 50km/h, 51 kW in treapta a V-a la 90km/h si 73 kW in treapta a V-a la 130km/h, in cazul variantei cu 5 trepte. Pentru cea cu 6 trepte avem: 50 kW in treapta a III-a la 50km/h, 61 kW in treapta a V-a la 90km/h si 73 kW in treapta a VI-a la 130km/h. Analizand cele 2 caracteristici se observa ca in cazul variantei cu 6 trepte se atinge puterea maxima mai devreme in cazul treptelor II, III, IV fata de varianta cu 5 trepte, dar rezerva de putere pt cele 3 trepte este mai mare in cazul etajarii cu 5 trepte fata de cea cu 6 trepte.

7.2.4. Analiza pe baza caracteristicii acceleratiilor

Analizand cele 2 grafice se observa la viteze mici in treapta respectiva, acceleratia este relativ mica, creste odata cu viteza, astfel ca la o anumita viteza se atinge acceleratia maxima, apoi scade brusc. Se observa ca pe masura ce trecem intr-o treapta superioara curbele acceleratiilor se aplatizeaza. In prima treapa a schimbatorului de viteze (in ambele cazuri) este foarte mare in raport cu treapta a II-a, avand valoarea de 3.3 m/s2. La etajarea cu 5 trepte, in treapta a IV-a acceleratia devine nula la o viteza de 155km/h, precum si in treapta a V-a la o viteza de 162 km/h, dupa care avem valori negative ale acceleratiei pana la 195km/h, adica decceleratie.

La etajarea cu 6 trepte, in treapta a V-a acceleratia devine nula la o viteza de 158km/h, precum si in treapta a VI-a la o viteza de 162 km/h, dupa care avem valori negative ale acceleratiei pana la 195km/h, adica decceleratie.

7.2.5. Alegerea variantei optime de organizare a schimbatorului de viteze

Pentru alegerea variantei optime de organizare a Svse au in vedere recomandarile din literatura de specialitate [2], precum si analiza calitatilor dinamice de tractiune pentru cele 2 variante de organizare. Marirea numarului de trepte contribuie la marirea performantelor de tractiune in regim uniform. De asemenea, marirea numarului de trepte conduce si la marirea performantelor de demarare, dar produce complicatii constructive. Din analiza caracteristicii puterii la roata s-a aratat ca varianta cu 5 trepte este mai avantajoasa. Tinand cont de destinatia autoturismului, adica va circula in mare masura pe drumuri modernizate, varianta care va echipa autoturismul de proiectat este cea cu 5 trepte. In alegerea acestei variante s-au folosit si date de la modelele similare, unde schimbatoarele de viteze sunt cu 5 trepte.