Gépjárművek vonóereje

Átírás

1 Gépjárművek vonóereje A gépjármű vonóerejének meghatározásához ismerni kell: a meghajtó motor jelleggörbéit, valamint a gépjármű erőátviteli szerkezetének jellemző adatait. 1

2 Gépjárművek vonóereje Az N motorteljesítményt a főtengely fordulatszám és a motorfőtengely által leadott forgatónyomaték segítségével számítással határozzák meg: N M ω M 2π n ahol: N - motorteljesítmény (kw) M - motor forgatónyomatéka (knm) w - szögforgás (rad/s) n - fordulatszám (ford/s) 2

3 Gépjárművek vonóereje A gépjármű menettulajdonságait erősen befolyásolja, hogy mekkora a legnagyobb motorteljesítmény és a gépjármű teljes súlya közötti arány. Ez az N max /Q érték a gépjármű rugalmasságát fejezi ki. Tehergépkocsiknál különösen tehergépkocsi szerelvényeknél az egységnyi súlyra eső teljesítmény jóval kisebb, így az ellenállások változására jóval érzékenyebbek, mint a személygépkocsik. 3

4 Gépjárművek vonóereje Az ellenállásokkal összemérhető (V) vonóerő a meghajtott kerekek kerületén ébred: M V t r ahol: V - vonóerő (kn) M t - meghajtott tengely nyomatéka (knm) r- meghajtott kerék sugara (m) 4

5 Adhéziós vonóerő A hasznosítható kerületi vonóerő azonban nem lehet nagyobb az adhéziós vonóerőnél (V adh ): V V f adh Q adh ahol: V adh - adhéziós vonóerő (kn) f - súrlódási tényező Q adh - meghajtott kerekekre jutó járműsúly (kn) 5

6 Adhéziós vonóerő Az adhéziós vonóerő egy részét a meghajtott kerekek gördülési ellenállásának legyőzésére kell fordítani, tehát a hasznosítható vonóerő: ' Vh Vadh Eg f Qadh w Qadh Qadh (f w) ahol: E g - meghajtott kerekek gördülési ellenállása w - gördülési ellenállás tényezője (f-w) vontatási tényező A vontatási energia kedvező hasznosítását a jó tapadást biztosító, kis gördülési ellenállást okozó pályaszerkezetek építése, fenntartása biztosítja. 6

7 Gépjárművek vonóereje A meghajtott kerék D átmérője ismert, így a sebességváltó-álláson belül a motor n fordulatszáma és a v kifejtett sebesség közötti összefüggés: 3600 D π v n C1i n 1000 u u i ahol: v - haladási sebesség (km/h), n fordulatszámnál 3600 a ford/s átszámítása ford/h-ra D - a kerék átmérője (m) 1000 átszámítás km-re u i ;u d - áttételek n - a motor fordulatszáma (ford/s) d 7

8 Gépjárművek vonóereje A v járműsebesség ismeretében olyan vonóerő-görbék számíthatók, amelyek az összes sebességváltó állásban megadják a V-v összefüggést. A ténylegesen kihasznált N motorteljesítményből a V vonóerő számítható: N V s V v 3,6 ahol: N - motorteljesítmény (kw) n fordulatszámnál V vonóerő (kn) s - sebesség (m/s) v sebesség (km/h) V N 3,6 v 8

9 Gépjárművek vonóereje Figyelembe kell azonban vennünk az erőátviteli rendszer h i hatásfokát, mely sebességváltóállásonként más és más érték lesz. Így: V η i N 3,6 v C 2i N v ahol: h i erőátvitel hatásfoka a sebességváltó-állástól függően C 2i h i *3,6 9

10 Gépjárművek vonóereje A vonóerő-sebesség összefüggés számítási menete a motor-jelleggörbék felhasználásával, sebességváltó-állásonként: A felvett n fordulatszámhoz számítjuk a v sebességet. A jelleggörbéről az n fordulatszámhoz tartozó N teljesítményt leolvassuk. Az N és a v adatokkal, számítjuk a V vonóerőt. Koordináta rendszerben sebességváltóállásonként ábrázoljuk az összetartozó V-v értékeket és megkapjuk a vonóerő-görbéket. 10

11 Gépjárművek vonóereje Ha a motorteljesítményt egy kb %-os kihasználással vesszük figyelembe, akkor egyetlen közelítő burkolóvonóerőgörbét kapunk. 11

12 Gépjárművek vonóereje A motor jelleggörbéiről levehető adatok segítségével megszerkeszthetők a gépjármű sebességváltó-állásonként változó, sebességtől függő üzemanyag-fogyasztási görbéi. 12

13 A vonóerő, a sebesség és az üzemanyagfogyasztás összefüggése A vonóerő alakjából az alábbi összefüggések állapíthatók meg: minél nagyobb a sebesség, annál kisebb a kifejthető vonóerő, az adott sebesség más sebességváltó-állásban is elérhető, meredek pálya emelkedési ellenállása 1., 2. sebességváltó-állás magas vonóerejével legyőzhető, de a fogyasztás erősen megnő. Ezért úttervezéskor kerüljük a tehergépkocsik által csak az 1., 2. sebességváltó-állásban legyőzhető hosszú, meredek szakaszokat. 13

14 Gépjárművek vonóereje 14

15 Gépjárművek üzemanyagfogyasztása az útpályától függően Az üzemanyag-fogyasztást az alábbi tényezők befolyásolják: a vezetési mód, az évszak és a hőmérséklet, a motor futásteljesítménye, beszabályozottsága, a jármű sebessége, a burkolat fajtája és állapota, a vízszintes ívek sugarai és az emelkedő nagysága. A tehergépkocsik üzemanyag-fogyasztása 3-4% emelkedő felett erősen növekszik. 15

16 Gépjárművek gumikopása az útpályától függően A gumiabroncs elhasználódása függ: a gyártmány minőségétől, a nyom beállításának pontosságától, a vezetési módtól, a burkolatfelület érdességétől, az emelkedők nagyságától, a kis sugarú ívek arányától. A meredek útszakaszok erősen fokozzák a gumiabroncs kopását. 8%-os emelkedőnél már 100%-al nő a kopás. 16

17 Gépjárművek gumikopása az útpályától függően Kis sugarú ívekben a centrifugális erő hatására fokozott mértékű gumikopás keletkezik, mivel a kormányzott kerék nem tiszta gördüléssel, hanem a szükséges túlkormányzás szöge miatt surlódva-csúszva gördül, a megfelelő iránytartás miatt. 17

18 Az útburkolat csúszásellenállása és szerepe az úttervezésben A burkolatfelület síkjában hosszirányú erők lépnek fel: fékezéskor, gyorsításkor és motorikus erő hatására történő haladáskor oldalirányú erők keletkeznek: az oldalszélerő, vagy a centrifugális erő hatására A kétirányú erőhatások gyakran egyszerre lépnek fel és így alakul ki a menetirányra ferde, de a burkolatfelületen ható eredő erő. A fellépő erőket az útburkolat felülete és a gumiabroncsok között ébredő súrlódási erő (Q*f) ellensúlyozza. 18

19 Az útburkolat csúszásellenállása és szerepe az úttervezésben A súrlódási tényező a burkolat és a gumiabroncs tulajdonságaitól, valamint egyéb tényezőktől függ. Az utat úgy kell megtervezni, hogy az alapul vett sebességgel haladó jármű a pálya minden részén biztonsággal közlekedhessen: a vezető egy hirtelen megpillantott akadály előtt határozott, nyugodt, de nem veszélyes fékezéssel megállíthassa a járművet (megállási látótávolság) minimális ívsugár betartása, vagy ha ez nem lehetséges a sebességcsökkentést táblával előjelezni 19

20 A hosszirányú és oldalirányú súrlódási tényező összefüggése A ferde irányú F eredő erő hosszirányú F 1 komponensét a Qf 1 súrlódási erőkomponens, az oldalirányú F 2 komponensét pedig Qf 2 súrlódási erőkomponens ellensúlyozza. A kielégítő biztonság megszűnik, ha F Q 1 f 1max F 2 Q f2max 20

21 A hosszirányú és oldalirányú súrlódási tényező összefüggése A hossz- és oldalirányú súrlódási tényező összefügg egymással: 125 km/h sebesség felett a súrlódási felület kör alakú: f fmax f1 125 km/h sebesség alatt a felület ellipszis: f ,92 fmax f1 21

22 A hosszirányú és oldalirányú súrlódási tényező összefüggése Az útpályát úgy alakítsuk ki, hogy A járművezetőknek soha se kelljen olyan hirtelen és olyan erősen fékeznie, hogy a rendelkezésére álló f max =f 1 súrlódást hosszirányban kényszerüljön teljesen kihasználni. Ez akkor kerülhető el, ha az útpálya minden részén elegendő hosszúságú megállási látótávolságot biztosítunk. Ívekben a megfelelő nagyságú sugarak és túlemelés alkalmazásával biztosítsuk, hogy a korlátozottan igénybevett f 1 hosszirányú súrlódás mellett megfelelő mértékű f 2 oldalirányú súrlódás maradjon. 22

23 Kismértékű csúszások hatása Az úttervezés, az építés és a forgalom szempontjából egyaránt fontos, hogy mekkora az útburkolat csúszásellenállása és milyen fő tényezők befolyásolják az f nagyságát. Általában kedvező súrlódási erőhatás csak ott van, ahol kismértékű elmozdulások, kismértékű csúszások történnek a gumiabroncs és a burkolat között. 23

24 Kismértékű csúszások hatása Hosszirányú súrlódáskor, fékezéskor a fékpofák súrlódása gátolja a kerekeket a forgásban. A gátlás mértéke a létrejövő százalékos körcsúszás, a slip függvényében adódik: slip% s - r ω 100 s s jármű haladási sebessége (m/s) r*w kerék kerületi sebessége (m/s) 24

25 Kismértékű csúszások hatása A legnagyobb súrlódás %-os slipnél következik be (f 1max ). A blokkolva fékezés tehát a súrlódási tényező nagyságát is kedvezőtlenül befolyásolja, de emellett a jármű oldalirányú stabilitása, azaz iránytartása is minimálisra csökken. A kihasznált f 1 súrlódási tényező 4 %-os slipnél adódik, ami jóval kisebb az f 1max értéknél. Így a fékezési lassulás kisebb és a jármű iránytartása is biztonságos. 25

26 Kismértékű csúszások hatása Oldalirányú súrlódásnál, az ívben fellépő centrifugális erőnél, súrlódási ellenállás oldalirányban csak akkor alakul ki, ha a kerék kissé túlkormányozva az érintőirányhoz képest egy ξ szögű ferde síkkal csúszva gördül. Az f 2 oldalirányú súrlódás kihasznált nagysága a kerékferdeségi szögtől függ. A mértékadónak tekintett közönséges vezetési módnál ösztönszerűen alkalmazott ξ= 4-5 hoz tartozó f 2 érték elég kicsi. 26

27 Száraz, nedves és vegyes súrlódás Száraz burkolatnál az f súrlódási tényező alig változik a sebességgel. Nedves, vízfilmmel borított burkolaton viszont a sebesség növekedésével jelentősen csökken az f súrlódási tényező. A csökkenés nagyobb mérvű a sima, zárt felületű burkolaton, kisebb mértékű a durva, mozaikos felületen. Esős, nedves burkolaton vízfilm alakul ki, és vegyes súrlódás lép fel. 27

28 Száraz, nedves és vegyes súrlódás A v (km/h) sebesség mellett a kerék alá torlódó vízék hidrodinamikai emelőereje Q v (kn), egyenes arányba nő a sebességgel: Q v =c*v. Ezen emelőerő miatt a víz-ék részben átveszi a kerék Q (kn) súlyát. Így tehát a teljes Q súlyra vonatkoztatva csak az f sz száraz súrlódásnál kisebb, f súrlódási tényező adódik. Ha a burkolat és a gumiabroncs felülete egyaránt sima, akkor egy kritikus sebességen felül felléphet az un. aquaplanning, a vízen csúszás rendkívül veszélyes állapota, amikor a gépkocsi kormányozhatatlanná, és fékezhetetlenné válik. 28

29 Nedves burkolaton a súrlódás csökken 29

30 Száraz, nedves és vegyes súrlódás A kritikus sebesség (v kr ) képlete : v kr 6,8 p ahol p a gumiabroncs belső nyomása. Ez az összefüggés rámutat arra a helytelen felfogásra is, hogy vizes úton a guminyomást csökkenteni kell. Ezzel a csúszásviszonyokat lényegesen lerontjuk, aminek súlyos baleset lehet az eredménye. 30

31 A burkolatfelület hatása a súrlódásra A súrlódási tényező nedves burkolaton történő csökkenése ellen jól bordázott, nem kopott, nem sima gumiabroncs használatával, elegendő oldalesésű pályaburkolattal (d>2,5%), a burkolatfelület érdességének (geometriai érdességének) helyes megválasztásával. lehet védekezni. Legkedvezőbbek a nagy makroérdességgel (0,1-5mm) és nagy mikroérdességgel (0,01-0,1mm) rendelkező burkolatok. 31

32 A burkolatfelület hatása a súrlódásra 32

33 A fékezés, a fékút és a megállási látótávolság A megállási látótávolság a biztonságos körülmények között végzett fékezés hatására megtett fékút nagysága. A fékút az a hossz, amelyet a jármű befut az akadály vezető általi észlelése és a jármű megállása közötti idő alatt. A fékút tehát két részből áll: cselekvési úthossz: az akadály megpillantásától a fékszerkezet üzembe helyezéséig tart, műszaki fékút: a fékberendezés működtetése és a jármű megállása között megtett út. 33

34 A fékezés, a fékút és a megállási látótávolság 34

35 A fékezés, a fékút és a megállási látótávolság Egy forgalmi sávos útnál a megállási látótávolság a két szembejövő jármű fékútja. Két forgalmi sávos útnál a megállási látótávolság a fékúttal egyenlő. Havas vagy jeges útpályán a megállási látótávolságnál figyelembe vett átlagos hosszirányú súrlódási tényező nem áll rendelkezésre. A biztonságos közlekedés a sebesség mérséklésével és a pályafelület érdesítésével teremthető meg. 35

36 A fékezés, a fékút és a megállási látótávolság 36

37 Mozgás köríves útpályán A járművet a köríves pályán a burkolat és a gumiabroncs között ébredő oldalirányú súrlódás, valamint kisebb mértékben a pálya ív közepe felé eső egyirányú dőlése (q%), a túlemelés miatt keletkező önsúlykomponens, mint centripetális erők tartják a köríven. 37

38 Mozgás köríves útpályán Az úttervezés számára alapvető fontosságú annak ismerete, hogy egy R sugarú körívben v sebességgel haladó gépkocsi biztonsága hogyan alakul, ezt milyen mértékben befolyásolja a túlemelés és az oldalirányú súrlódás. 38