ABSTRAKT SUMMARY. Key words: speedway, speedway motorcycle, engine, acceleration

ABSTRAKT

ABSTRAKT Cílem této bakalářské práce je zajistit co nejlepší akceleraci plochodrážního motocyklu po výjezdu ze zatáčky a rovinku projet za co nejkratší čas. Důraz je kladen na optimální využití výkonové charakteristiky s vhodnou volbou zpřevodování motocyklu.

Klíčová slova: plochá dráha, plochodrážní motocykl, motor, akcelerace

SUMMARY The aim of this bachelor work is to find out the best acceleration of the speedway motorcycle after exit of the curve and pass straight part as fast as possible. The requirement is for using optimal of power characteristic with optimal gearbox set-up of motorcycle.

Key words: speedway, speedway motorcycle, engine, acceleration

Bibliografická citace: HORTOVÁ, P. Momentová charakteristika motoru plochodrážního motocyklu. Brno: Vysoké učení technické v Brně, Fakulta strojního inženýrství, 2007. 40 s. Vedoucí bakalářské práce Ing. František Pražák, Ph.D

strana

7

ČESTNÉ PROHLÁŠENÍ

ČESTNÉ PROHLÁŠENÍ Prohlašuji, že tuto bakalářskou práci Momentová charakteristika motoru plochodrážního motocyklu jsem napsala samostatně pod vedením Ing. Františka Pražáka, Ph.D. s použitím uvedené literatury.

V Brně 18.Května 2007 …………………………… Petra Hortová

strana

9

PODĚKOVÁNÍ

PODĚKOVÁNÍ Tímto bych chtěla poděkovat mému vedoucímu bakalářské práce Ing. Františkovi Pražákovi, Ph.D. za jeho odborné vedení, cenné rady a připomínky.

strana

11

ÚVOD

1 ÚVOD

1

1.1 Problematika a návrh řešení

1.1

Závody na ploché dráze jsou velmi oblíbeným sportem především v České republice, Polsku, Norsku, Dánsku, Švédsku, Rusku a hlavně ve Velké Británii. Trochu v jiném ražení jsou tyto motocykly populární v USA a v Austrálii. Severské evropské země preferují tento sport na ledě. V závodě jsou na motocykl kladeny rozdílné požadavky jako rychlá akcelerace na dráze při startu, vysoká rychlost na rovince a v zatáčce udržovat motorku stále ve skluzu. Při splnění těchto požadavků lze dosáhnou těch nejlepších výsledků. Právě skluz zadního kola zde hraje velkou roli. Skluzu se významně využívá při průjezdu zatáčkou, kde motocykl projíždí zatáčku tzv. driftem. Naopak je negativním prvkem na rovinkách oválu. Vzhledem k těmto faktorům není rozhodující co nejvyšší výkon motoru, ale dostatečný výkon v širokém rozsahu otáček. Správného využití otáček lze správným zvolením převodových stupňů. K nalezení optimálního zrevidování a ideálních výkonnostních vlastností si vytvoříme matematický výpočet. Program Excel se zdá být vhodným aparátem pro výpočet a nalezení vhodného řešení této problematiky.

strana

13

SPECIFIKACE ZÁVODŮ PLOCHÉ DRÁHY

2 SPECIFIKACE ZÁVODŮ PLOCHÉ DRÁHY 2.1 Technická specifikace motocyklu Motory pro motocykly ploché dráhy jsou z výhradně vybavené jednoválcovým čtyřdobým motorem o objemu 500ccm, chlazený vzduchem se dvěma sacími a dvěma výfukovými ventily. Výkon motoru se pohybuje okolo 50 kW při 11000 ot./min a s váhou necelých 150 kg dosahuje zrychlení shodné s automobily Formule 1. Díky krátkému zdvihu snáší přetáčení do vysokých otáček a má plošší výkonovou křivku. Jako palivo je zde používán metylalkohol, jenž umožňuje získat vysoký výkon motoru. Jelikož plochodrážní motocykly nemají převodovku, je zde žádán příznivý průběh točivého momentu, umožňující dobrý start, průjezd zatáčkou a vysokou akceleraci po výjezdu ze zatáčky. Pohon klikového hřídele je přiveden k zadnímu kolu přes předlohovou hřídel pomocí dvou řetězových převodů. Konstrukce motocyklu je uzpůsobena pro jízdu smykem v levotočivých zatáčkách, na dráze ze zrnitého povrchu. Motocykl nemá brzdy [1]. Jako příklad je zde uveden motor vyráběný firmou JAWA Divišov model 889-10108 [2], která se řadí mezi světové špičky ve výrobě těchto speciálních motocyklů.

Obr. 2-1 Motor model 889-10-108 [2]

strana

14


Technická data motoru [2]: Motor Chlazení Obsah Vrtání x zdvih Kompresní poměr Max.výkon Max.otáčky Palivo Hmotnost

čtyřventilový jednoválec 1xOHC vzduchem 493cm3 90x77,6mm 13,5-16:1 48-51kW 11 000min-1 methanol 28-30kg

2.2 Závod

2.2

Dráhy jsou dlouhé od 260 do 425 metrů a jsou poměrně úzké, po stranách ohraničené mantinely. Povrch drah je hliněný, břidlicový nebo antukový. Většinou se závod skládá ze čtyř jezdců na čtyři kola. V některých zemích jezdí i šest jezdců, ale jsou to výjimky. Obvykle sestávají z dvaceti jízd, týmových nebo pro jednotlivce. Důraz je kladen na týmové soutěže, nejkvalitnější jsou v Británii, Česku, Polsku a Švédsku [1].

Obr. 2-2 Závod ploché dráhy [3]

strana

15


2.3 Historie ploché dráhy Jízda na ploché dráze je velmi vzrušující forma motocyklových závodu. Je dnes celosvětovým sportem přitahujícím velké množství příznivců v mnoha zemích světa. Vyskytl se již ve dvacátých letech minulého století v Severní Americe, ale oficiálně je uznán až v australském městě Brisbane roku 1920 na dráze určené pro koňské dostihy. Brzy se tento sport záhy rozšířil do Británie kde se v roce 1928 uskutečnil v High Beech v hrabství Essex první plochodrážní závod. Vzhledem k lepším podmínkám se Británie brzy stala centrem tohoto sportu a konají se zde nejpopulárnější závody s nejlepšími světovými jezdci. Dodnes nejlepší jezdci všech národností závodí nejenom v Británii, ale tento sport je populární také v dalších zemích, zejména pak ve Švédsku a v Polsku [1]. První závod u nás se konal na Letné roku 1928. A o rok později se jel závod v Pardubicích známý jako Zlatá přilba, který si v této době budoval pověst jednoho z nejvýznamnějších závodů v Evropě a stal se také prémiovým závodem motocyklů JAWA. Na travnaté dráze dostihového závodiště dvoukilometrového oválu se dosahovalo nejvyšších rychlostí. V této době ovšem nezávodili plochodrážní speciály v takové podobě v jaké je známe ze současnosti. Šlo spíše o upravené silniční motocykly. Ale opravdová plochá dráha, tedy na škvárovém oválu, smykem na ploché dráze kolem 400 metrů, byla až roku 1932, kdy se jel první ročník memoriálu Jiřího Kristiána Lobkowicze. Jenž se jel na první „škvárovce” v Československu. Po válce se obnovila jak Zlatá přilba, tak i závody na škváře. Na počátku padesátých let nebylo kde jezdit a situace se zlepšila až po postavení dráhy kolem hřiště Ramo ve Svítkově a vybudováním stadionu. První mezinárodní závod se zde jel v roce 1954 a od té doby zde ovál funguje nepřetržitě. Větší rozkvět nastal a až v sedmdesátých letech, kdy se začali pořádat i závody mistrovství světa. Roku 1973 se poprvé jel juniorský závod před Zlatou přilbou. Jak vzrůstal význam organizační, zlepšoval se i vzhled areálu. Letos je tomu již 41 let kdy se rozhodlo o přestavbě lehkoatletického stadionu na Markétě vzhledem ke špatným povětrnostním podmínkám pro atlety. A byl tento stadion přidělen „ plošinářům “. Vyrostl zde plochodrážní stadion kde se každoročně odehrává řada domácích i mezinárodních závodů[4,5].

strana

16

JÍZDNÍ PARAMETRY MOTOCYKLU

3 JÍZDNÍ PARAMETRY MOTOCYKLU

3

3.1 Parametry motocyklu

3.1

Jízdní vlastnosti, tedy v našem případě pouze akcelerace, závisí velkou měrou na hmotnosti vozidla, rozložení hmotnosti, poloze těžiště, hmotnostních momentech setrvačnosti, výkonové charakteristice motoru a zpřevodování od klikové hřídele motoru k zadnímu kolu.

3.1.1 Hmotnost motocyklu Při vážení musí stát motocykl na váze ve vodorovné poloze tak, aby se součet hmotností připadající na přední nápravu mp a zadní nápravu mz rovnal celkové hmotnosti motocyklu m. Motocykl vážíme včetně jezdce, kde je důležité přibližně dodržet posez jezdce jako za jízdy.

3.1.1

l lz

lp

T=mg

Váha

mp

mz

Obr. 3-1 Zjištění těžiště motocyklu v podélném směru

Celková hmotnost motocyklu je pak dána rovnicí m = mz + m p

(1)

strana

17


3.1.2 Vodorovná poloha těžiště Z hmotnosti motocyklu, kde připadá na přední nápravu hmotnost mp a zadní nápravu hmotnost mz lze vypočítat délková poloha těžiště. Z obr.3-1 plyne vzorec vzdálenosti těžiště od zadní nápravy

lz =

mp m

⋅l =

mp m p + mz

mp

⋅l =

mz

1+

⋅l

mp

(2)

mz

Vzdálenost těžiště od přední nápravy

lp =

mz mz ⋅l = ⋅l = m m p + mz

1+

1 mp

⋅l

(3)

mz

Součet vzdáleností lp a lz se rovná rozvoru l. l = l p + lz

(3)

3.1.3 Výšková poloha těžiště Výška těžiště se zjistí obdobně jako u minulého výpočtu s tím rozdílem, že jedno kolo spočívá na váze a druhé je zvednuto do určité výšky H1. Tímto se vozidlo nakloní o úhel υ1. Opět je nutné vážit motocykl i s jezdcem v jeho jezdecké poloze.

strana

18


l lz lp

h01

mg υ1

lzcosυ υ1 H1 h0sinυ υ1

rstat

mp1

l cosυ υ1

Obr. 3-2 Zjištění výšky těžiště vážením zvednutého motocyklu

V tomto stavu statická rovnice rovnováhy momentů vzhledem k ose přední nápravy zní m p1 ⋅ l ⋅ cosν 1 − m ⋅ (h01 ⋅ sinν 1 + l z ⋅ cosν 1 ) = 0 (4) kde hmotnost připadající na přední kolo m p1 se vypočítá se vzorce

m pl =

m ⋅ h01 m ⋅ h01 l ⋅ tgν 1 − m ⋅ z = ⋅ tgν 1 − m p l l l

(5)

Pak okamžitá hmotnost připadající na přední kolo m p1 při naklonění o úhel υ1 se určí z výrazu m p1 = m p + ∆m p (6) Okamžitá hmotnost připadající na zadní kolo m z1 při naklonění o úhel υ1.

m z1 = m z + ∆m z

(7)

strana

19


Přírůstek hmotnosti na přední kolo ∆m p . ∆m p = m p1 − m p =

m ⋅ h01 ⋅ tgν 1 l

(8)

Zjistíme-li přírůstek hmotnosti ∆m p , pak můžeme určit kolmou vzdálenost h01, viz obr.3-2. ∆m p l h01 = ⋅ (9) m tgν 1 Pro výpočet výšky těžiště je nutné znát úhel ν1 , který lze jednoduše vyjádřit pomocí výšky H1.

1 − sin 2 υ1 l 2 − H 12 H1 = sin υ1 = , sin υ1 = l sin υ1 H1

(10)

Hodnota h01 se určí vztahem h01 =

∆m p m

⋅

l ⋅ l 2 − H12 H1

(11)

Pro vyloučení chyb vzniklých měřením přírůstků hodonot ∆mp se využívá několik poloh motocyklu určené úhlem ν1. Hodnoty ∆mp se vynesou v závislosti na tgν1 do diagramu [6].

Obr. 3-3 Kontrolní diagram k určení výšky těžiště motocyklu [6]

strana

20


Zjistíme směrnici přímky, kterou proložíme výsledky měření (úhel β) a kolmou vzdálenost těžiště od spojnice středů přední a zadní nápravy určíme ze vztahu

h0 =

∆m p m

⋅

l l = ⋅ tgβ tgν m

(12)

Výška těžiště se určí h = h0 + rstat

(13)

Kde rstat je vzdálenost středu kola od opěrné roviny.

3.2 Aspekty ovlivňující jízdní vlastnosti

3.2

3.2.1 Jízdní odpory Každé vozidlo, tedy i plochodrážní motocykl, musí překonávat jízdní odpory. Jízdními odpory se rozumí všechny síly působící proti pohybu vozidla.

3.2.1

-V našem případě musíme uvažovat odpor vznikající vlivem vzduchu tzv. vzdušný odpor.

Vzdušný odpor Tato síla, jak lze tuto veličinu také nazývat, proudí kolem horní části motocyklu a ve spodních se snaží protlačit mezi motocyklem a povrchem tratě. V tomto místě nastává víření vzduchu. OV = c x ⋅

ρ 2

⋅ S x ⋅ vr

2

(14)

v r = v protože pro výpočet uvažujeme vždy bezvětří.

Obr. 3-4 Obtékání motocyklu proudem vzduchu

strana

21


Dále musíme uvažovat odpory vzniklé deformací pneumatiky a nerovnostmi tratě.

Odpor valivý Princip tohoto odporu spočívá v tom, že při jízdě v přední části stopy dochází ke stlačování obvodu pneumatiky do roviny vozovky a v zadní části se obvod opět vyrovnává do kruhovitého tvaru. Síly potřebné ke stlačení pneumatiky jsou větší, než síly jímž působí pneumatika na trať při navrácení do původního tvaru. Toto je způsobeno vlivem ztrát, které se v pneumatice mění v teplo. V důsledku, že v přední části stopy vznikají větší měrné tlaky, je výslednice sil předsunuta před svislou osu kola. Z Newtonova zákona akce a reakce vyplývá, že reakce vozovky ZK je stejně velká jako zatížení kola.

ZK

ZK

e ZK

ZK

MfK Obr. 3-5 Moment valivého kola Mfk

Z obr.3-5 Jednoznačně plyne, že zde vzniká silová dvojice nebo-li moment MfK působící proti otáčení kola. M fK = Z K ⋅ e (15)

strana

22


ZK

ZK

OfK ZK

ZK

Obr. 3-6 Moment valivého odporu kola Mfk a valivý odpor kola na volně se valícím kole

Tento moment vyvolá vodorovnou reakci OfK, kterou nazýváme valivý odpor kola jak je naznačené na obr.3-6. e O fK = Z K ⋅ = Z K ⋅ f K (16) rd Valivý odpor motocyklu je dán součtem valivých odporů předního a zadního kola.

O f = ∑ O fK i = ∑ Z Ki ⋅ f Ki = O fP + O fZ i

(17)

i

Mezi další odpory patří odpor stoupání a odpor zrychlení rotačních částí. Jelikož motocykl jezdí pouze po rovině, odpor stoupání se zanedbává. Odpor zrychlení rotačních částí však zanedbatelný není. K dispozici však máme výkonovou charakteristiku motoru, která je naměřená na zadním kole. Tudíž tato charakteristika zahrnuje odpor zrychlení rotačních součástí včetně mechanických ztrát. Hnací síla motocyklu potřebná k překonání jízdních odporů je v rovnováze se všemi jízdními odpory

FK = O f + OV = f ⋅ G + c x ⋅

ρ

2

⋅ S x ⋅ vr

2

(18)

strana

23


Obr. 3-7 Jízdní odpory v závislosti na rychlosti [7]

3.3 Přenos hnací síly 3.3.1 Prokluz kola Prokluz kola je ovlivněn hnacím momentem MK. Pokud je tento moment příliš velký, dochází k tomu, že reakce mezi kolem a vozovkou HK je větší než maximální HKmax. Poté dochází ve stopě k prokluzování. Velikost skluzu kola je do jisté míry také ovlivněno součinitelem skluzové přilnavosti, který se mění s povrchem vozovky [7].

Obr. 3-8 Skluzová charakteristika pneumatiky [7]

Skluz je definován jako rozdíl rychlostí mezi kolem a rychlostí motocyklu.

s=

v − vk vk

(19)

3.3.2 Překlápění motocyklu Při zrychlování motocyklu se přední kolo odlehčuje a zadní kolo je přitěžováno. Hledáme zde okamžik kdy je přední kolo nadzvednuto těsně nad zemí a nastává

strana

24


nejlepší akcelerace. Při zvedání předního kola dochází k tomu, že těžiště motocyklu se zvedá a posouvá se blíže k zadnímu kolu. Tento jev vede k nestabilitě motocyklu vzhledem k překlopení. Z obr.3-9 vyplývá, že optimální akcelerace je při nepatrně zvednutém předním kole. Jedná se o graf který popisuje jak velké zrychlení motocyklu může být při přesunu těžiště při zvedání motocyklu. Pokud se poloha těžiště rovná nule, znamená to že těžiště je přesně nad zadním kolem. Z obr.3-9 také vyplývá že poloha těžiště by měla být co nejvíce vzdálena od zadního kola. To je známý jev, že jezdci motocyklů si lehají na nádrž motocyklu, tak aby se jim motocykl nezvedal a dosáhly tak maximální akcelerace.

minimální zrychlení [m/s2]

12 10 8 6 4 2 0 0

100

200

300

400

500

600

poloha těžiště [mm]

Obr. 3-9 Závislost polohy těžiště na akceleraci motocyklu

Naopak při zpomalování motocyklu se tento děj obrátí a nastává zatížení předního kola a odlehčení zadního kola. Pro náš případ tento stav neuvažujeme.

strana

25

VSTUPNÍ PARAMETRY MOTOCYKLU

4 VSTUPNÍ PARAMETRY MOTOCYKLU Vstupní parametry motocyklu, které byly použity do výpočtu byly dodány přímo firmou Jawa Divišov, a.s.:

• • •

Dynamický poloměr kola Čelní plocha motocyklu včetně jezdce Součinitel vzdušného odporu

rd =0,33m Sx=1,5m2 cx=0,4

Některé parametry musely být odměřeny. Hmotnost motocyklu byla získána včetně jezdce (Luboš Tomíček). Výška těžiště je stanovena podle rovnice 13, respektive podle kapitoly 4.

• • • • • • • •

Hmotnost motocyklu včetně jezde Rozvor kol Hmotnost na předním kole Hmotnost na zadním kole Hmotnost na zadním kole při zvednutí předního kola o 0.45m Vzdálenost těžiště od zadní nápravy Výška těžiště Převody - počty zubů (obr. 4-1)

m=143kg l=1.030m mp=60kg mz=83kg mz1=90kg lz=0,558m h=0,6m z1=16-18 z2=44 z3=13-16 z4=52-65

Zuby řetězového převodu můžeme v daném rozsahu během výpočtu libovolně měnit. Jiné důležité konstanty jsou dány zemskými podmínkami, jiné se museli odhadnout (součinitel valení a prokluzu):

• • • •

strana

26

Gravitační zrychlení Měrná hmotnost vzduchu Součinitel prokluzu Součinitel valení

g=9,81m/s ρ=1,18kg/m3 fPROK=0,8 fVAL= 0,08


z2

z4

z1

z3

Obr. 4-1 Schéma řetězového převodu

4.1 Výkonová charakteristika motoru

4.1

Průběh kroutícího momentu byl zadán pouze pomocí bodů (obr.4-2). Jedná se o vnější charakteristiku motoru, naměřenou s plně otevřenou škrtící klapkou. Abychom mohli určit jakoukoliv hodnotu kroutícího momentu pro zadané otáčky, je nutné průběh kroutícího momentu popsat rovnicí závislou na otáčkách. Zadané body proložíme polynomem 2.řádu, popsané rovnicí:

M k= −0,0065n 2 + 1,5984n − 46,01

(20)

Hnací charakteristiky motoru 55

Mk [Nm]

50

45

40

35

30 5000

6000

7000

8000

9000

10000

11000

n [min-1] y = -2E-06x2 + 0,0266x - 46,01

Obr. 4-2 Závislost kroutícího momentu na otáčkách

strana

27


4.2 Jízdní parametry motocyklu na dané trati Akceleraci motocyklu budeme sledovat pouze na rovince, tedy po výjezdu ze zatáčky. Zde jezdec jede s otevřenou škrtící klapkou, tzv. jede na plný plyn. Jak ukazuje obr.4-3, budeme hledat co nejkratší čas na daném úseku l. Pro ukázkový výpočet zvolíme parametry:

• • •

Počáteční rychlost při výjezdu ze zatáčky Délka rovinky Parametry vozovky (definované prokluzem)

v

0

Obr. 4-3 Schéma zkoumané dráhy

4.3 Výpočet hmotnosti a polohy těžiště motocyklu m p = 60kg

zatížení přední nápravy

m z = 83kg l = 1330mm rd = 330mm H 1 = 780mm m z1 = 90kg

zatížení zadní nápravy rozvor kol dynamický poloměr kola výška zatížení zadní nápravy při nakloněni o úhel υ1

4.3.1 Celková hmotnost motocyklu

m = m z + m p = 83 kg + 60 kg = 143 kg

strana

28

v0=60km/hod l=50m s=1


4.3.2 Poloha těžiště

4.3.2

Vodorovná poloha těžiště - Vzdálenost těžiště od zadní nápravy

lz =

mp mz + m p

⋅l =

60kg ⋅ 1330mm = 558mm 83kg + 60kg

- Vzdálenost těžiště od přední nápravy lp =

mz 83kg ⋅l = ⋅ 1330m = 772mm mz + m p 83kg + 60kg

-Zkouška: l = l p + l z = 772mm + 558mm = 1330mm Výšková poloha těžiště -Přírůstek hmotnosti na zadní kolo ∆m z

∆m z = m z1 + m z = 90kg − 83kg = 13kg -Úhel υ. sin υ1 =

H1 780mm = ⇒ υ = 35°54' l 1330mm

-Vzdálenost těžiště h01 od spojnice středů zadního a předního kola h01 =

∆m z l 13kg 1330mm ⋅ = ⋅ = 167 mm m tgυ 143kg tg 35°54'

-Výška těžiště h

h = h01 + rd = 167 mm + 330mm = 617,7 mm

4.4 Výpočet akcelerace motocyklu

4.4

Na začátku si vypočteme celkový převod, který plyne ze zadaných počtů zubů.

ic =

z2 ⋅ z4 z1 ⋅ z 3

(21)

strana

29


Dále je zadána první vstupující veličina tj. počáteční rychlost (tzn.rychlost, kterou motocykl vyjíždí ze zatáčky) v0 . Z rychlosti motocyklu vypočítáme obvodovou rychlost kola vk.

v k = v0 ( s skluz + 1)

(22)

Otáčky na kole.

n=

vk 2π ⋅ rd

(23)

Převedeme na otáčky motoru n.

n = n k ⋅ ic

(24)

Z toho vyplývá kroutící moment na kole přepočtený z převodového poměru.

M = M k⋅ic

(25)

Z těchto hodnot vyjádříme zrychlení na kole aK.

aK =

M k_k rd ⋅ m

(26)

Skutečné zrychlení kola s uvažováním jízdních odporů.

a K _ SKUT = a K −

(c X S X ρ

v2 + mg ⋅ f VAL ) 2 m

(27)

Zrychlení amax, kdy dochází k nadzvednutí kola.

a max =

lz ⋅ g h

(28)

Z této veličiny vytvoříme podmínku, aby zde nedocházelo ke zvedání předního kola při zrychlování motocyklu.

a K _ SKUT < a max

(29)

Rychlost v1 stanovíme zpětnou vazbou na vypočtené hodnoty tzn.

v1 = v0 + a 0 K _ SKUT ⋅ t

strana

30

(30)


Dráha je dána ze vzorce

s1 = v ⋅ t +

1 a K _ SKUT t 2 + s 0 2

(31)

Rychlost v1 zpětně použijeme do výpočtu jako rychlost v do rovnice 22 a výpočet opakujeme až do doby, kdy motocykl ujede zadanou rovinku, tedy l .

V závěru z těchto hodnot vytvoříme grafy akceleračních schopností motoru motocyklu. Zakreslíme využití kroutícího momentu, respektive výkonu na otáčkách motoru (obrázky 16, 17, 18; kapitola 5). Vzhledem k měnícím se počtům zubů, se nám budou měnit i zakreslené charakteristiky, čímž vyhodnotíme ideální parametry vhodné pro danou trať.

strana

31

OPTIMALIZACE AKCELERAČNÍCH SCHOPNOSTÍ MOTOCYKLU

5 OPTIMALIZACE AKCELERAČNÍCH SCHOPNOSTÍ MOTOCYKLU Aby se dosáhlo co nejlepšího výkonu na motoru, musí se využít vhodné výkonové charakteristiky motoru. Není zde jen důležité mít co nevyšší výkon na motoru, ale pro jízdu po rovince využít otáčkově oblast maximálního výkonu. Charakteristiku motoru lze doladit jen nepatrně (změnou délky sacího a výfukového potrubí, nastavení předstihu). Optimální využití charakteristiky lze pak už jedině správným zvolením převodových stupňů. Nejvýhodnější je naladit motocykl tak, aby při výjezdu ze zatáčky měl dostatek výkonu, tedy dostatečné zrychlení, které by umožnilo lehce zvednout přední kolo a tedy přenést veškerou váhu na zadní kolo. Tím trakční schopnost mezi zadním kolem a vozovkou je maximální. Daný problém řešíme pro úsek 50m tratě, kdy jezdec v okamžiku vyjetí ze zatáčky potřebuje dosáhnout co nejvyšší akcelerace. Z výpočtů jsme získali jednak průběh využití výkonu motoru obr.5-2 a také průběh rychlosti na dané trati obr.5-1. Vzhledem k měnícím se počtům zubů jsou zde znázorněné využité charakteristiky motoru obr.5-3,5-4.

Závislost rychlosti na dráze

67

rychlost [km/hod]

65

63

61

59

57

55 0

5

10

15

20

25 dráha [m]

Obr. 5-1 Závislost rychlosti na dráze

strana

32

30

35

40

45

50


60

Vykon P Kroutici moment 50

Mk vyuz P vyuz

Mk [Nm]

30

P [kW]

40

20

10

0 0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

16000

n [min-1]

Obr. 5-2 Graf charakteristiky motoru z1=17, z2=44, z3=14, z4=52, čas projetí tratě 50m – 2.56 sec

60

50

Mk [Nm]

30

P [kW]

40

20

10

0 0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

16000

n [min-1]


strana

33


60

50

Mk [Nm]

30

P [kW]

40

20

10

0 0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

n [min-1]


strana

34

14000

16000

ZÁVĚR

6 ZÁVĚR

6

Hlavním úkolem této bakalářské práce bylo optimální naladění plochodrážního motocyklu s danou výkonovou charakteristikou motoru pro dané parametry tratě. Zaměření naladění motocyklu bylo pouze pro jízdu po rovince přímo po výjezdu ze zatáčky. Možností pro optimální nastavení motocyklu je nejsnadnější změnou převodového poměru na primárním a sekundárním převodu. Jinou možností je změna výkonové charakteristiky, která lze přímo při závodě nastavit změnou délky výfukového a sacího potrubí nebo nastavením zapalování. Pro optimální naladění motocyklu byl vytvořen výpočtový program v aplikaci Microsoft Excel. Program umožňuje vložit základní parametry motocyklu (výkonovou charakteristiku motoru, základní rozměry motocyklu, součinitele odporů atd.) a parametry tratě (výjezdová rychlost ze zatáčky, součinitel prokluzu kola atd.). Výstupem programu je pak grafické znázornění využití výkonové charakteristiky motoru pro danou rovinku a závislost rychlosti motocyklu na dráze, respektive na čase. Již z několika simulací, kde se zadávaly různé charakteristiky motoru, se ukázalo, že není podstatné mít co nejvyšší výkon, ale je dobré mít dostatečný výkon po celou rovinku v rozsahu využívaných otáček. Vysoký výkon motoru vede ke zvedání motocyklu, čímž musí jezdec reagovat ubráním plynu a to vede ke zpomalení motocyklu. V případě optimálního naladění motocyklu pomocí změny převodového poměru, se ze simulací ukázalo, že plocha výkonu v závislosti na využívaných otáčkách má být co největší. Zmíněný program na výpočet simulace motocyklu na ploché dráze je přiložený na CD.

strana

35

OBSAH

7 OBSAH 7.1 Obsah ABSTRAKT ČESTNÉ PROHLÁŠENÍ PODĚKOVÁNÍ 1 ÚVOD 1.1 Problematika a návrh řešení 2 SPECIFIKACE ZÁVODŮ PLOCHÉ DRÁHY 2.1 Technická specifikace motocyklu 2.2 Závod 2.3 Historie ploché dráhy 3 JÍZDNÍ PARAMETRY MOTOCYKLU 3.1 Parametry motocyklu 3.1.1 Hmotnost motocyklu 3.1.2 Vodorovná poloha těžiště 3.1.3 Výšková poloha těžiště 3.2 Aspekty ovlivňující jízdní vlastnosti 3.2.1 Jízdní odpory 3.3 Přenos hnací síly 3.3.1 Prokluz kola 3.3.2 Překlápění motocyklu 4 VSTUPNÍ PARAMETRY MOTOCYKLU 4.1 Výkonová charakteristika motoru 4.2 Jízdní parametry motocyklu na dané trati 4.3 Výpočet hmotnosti a polohy těžiště motocyklu 4.3.1 Celková hmotnost motocyklu 4.3.2 Poloha těžiště 4.4 Výpočet akcelerace motocyklu 5 OPTIMALIZACE AKCELERAČNÍCH SCHOPNOSTÍ MOTOCYKLU 6 ZÁVĚR 7 OBSAH 7.1 Obsah 7.2 Seznam obrázků 8 SEZNAM POUŽITÝCH ZKRATEK A SYMBOLŮ 9 SEZNAM POUŽITÝCH ZDROJŮ

strana

36

7 9 11 13 13 14 14 15 16 17 17 17 18 18 21 21 24 24 24 26 27 28 28 28 29 29 32 35 36 36 37 38 40

OBSAH

7.2 Seznam obrázků Obr. 2-1 Motor model 889-10-108 [2] Obr. 2-2 Závod ploché dráhy [3] Obr. 3-1 Zjištění těžiště motocyklu v podélném směru Obr. 3-2 Zjištění výšky těžiště vážením zvednutého motocyklu Obr. 3-3 Kontrolní diagram k určení výšky těžiště motocyklu [6] Obr. 3-4 Obtékání motocyklu proudem vzduchu Obr. 3-5 Moment valivého kola Mfk Obr. 3-6 Moment valivého odporu kola Mfk a valivý odpor kola na volně se valícím kole Obr. 3-7 Jízdní odpory v závislosti na rychlosti [7] Obr. 3-8 Skluzová charakteristika pneumatiky [7] Obr. 3-9 Závislost polohy těžiště na akceleraci motocyklu Obr. 4-1 Schéma řetězového převodu Obr. 4-2 Závislost kroutícího momentu na otáčkách Obr. 4-3 Schéma zkoumané dráhy Obr. 5-1 Závislost rychlosti na dráze Obr. 5-2 Graf charakteristiky motoru z1=17, z2=44, z3=14, z4=52, čas projetí tratě 50m – 2.56 sec Obr. 5-3 Graf charakteristiky motoru z1=17, z2=44, z3=16, z4=55, čas projetí tratě 50m – 2.49 sec Obr. 5-4 Graf charakteristiky motoru z1=18, z2=44, z3=16, z4=52, čas projetí tratě 50m – 2.44 sec

7.2

14 15 17 19 20 21 22 23 24 24 25 27 27 28 32 33 33 34

strana

37

SEZNAM POUŽITÝCH ZKRATEK A SYMBOLŮ

8 SEZNAM POUŽITÝCH ZKRATEK A SYMBOLŮ m [kg] mp [kg] mz [kg] ∆mp [kg] ∆mz [kg] mp1 [kg] mz1 [kg] l [mm] lz [mm] lp [mm] rd [mm] H1 [mm] h [mm] vr [m.s-1] v [m.s-1] Sx [m2] ρ [kg.m-3] cx fK e [mm] ZK [N] MfK [N.m-1] OV [N] OfK [N] OfP [N] OfZ [N] FK [N] g [m.s-1]

- celková hmotnost motocyklu - zatížení přední nápravy - zatížení zadní nápravy - přírůstek hmotnosti na přední kolo - přírůstek hmotnosti na zadní kolo - zatížení přední nápravy při naklonění o úhel υ - zatížení přední nápravy při naklonění o úhel υ - rozvor kol - vzdálenost těžiště od zadní nápravy - vzdálenost těžiště od přední nápravy - dynamický poloměr kola - výška - výška těžiště - náporová rychlost - rychlost motocyklu - čelní plocha - měrná hmotnost vzduchu - součinitel vzdušného odporu - součinitel valivého odporu kola - předsunutí reakce vozovky - reakce vozovky - moment valivého odporu kola - vzdušný odpor kola - valivý odpor kola - valivý odpor předního kola - valivý odpor zadního kola - min.hnací síla - gravitační zrychlení ϑ - součinitel rotačních částí -2 & & ( x) max [m.s ] - max.dovolené zrychlení MK [Nm] - kroutící moment motoru MK_K [Nm] - kroutící moment na kole P [kW] - výkon motoru n [s-1] - otáčky motoru nk [s-1] - otáčky kola s [m] - dráha motocyklu v0 [m.s-1] - počáteční rychlost vk [m.s-1] - rychlost kola aK [m.s-2] - zrychlení kola aK_SKUT [m.s-2] - skutečné zrychlení kola sSKLUZ - skluz fPROK - součinitel prokluzu z1 - počet zubů z2 - počet zubů

strana

38

SEZNAM POUŽITÝCH ZKRATEK A SYMBOLŮ

z3 z4 ic

- počet zubů - počet zubů - celkový převodový poměr

strana

39

SEZNAM POUŽITÝCH ZDROJŮ

9 SEZNAM POUŽITÝCH ZDROJŮ [1] PLOCHÁ DRÁHA –[online][citace 10.4.2007] URL: < http://www.grs-lbc.cz/cze_sport_plocha_draha.php > [2] JAWA Divišov, a.s. – technické údaje a foto [online] [citace 10.4.2007] URL: < http://www.jawa.cz/ > [3] FOTOAPARAT.CZ –foto [online][citace 10.4.2007] URL: < http://www.fotoaparat.cz/ > [4] JAWA Moto spol. s r.o. –[online][citace 10.4.2007] URL: < http://www.jawa.as/ > [5] SPEEDWAYINFO CZ –[online][citace 10.4.2007] URL: < http://www.speedwayinfo.cz/ > [6] VLK F.: Dynamika motorových vozidel, 1vydání, Brno: Nakladatelství a zasilatelství vlk 2000, 243s. ISBN 80-238-5273-6. [7] VLK, F., Teorie a konstrukce motocyklů 1., 1 vydání, Brno: Nakladatelství a vydavatelství ©František Vlk, 2004. 355 s. ISBN: 80-239-1601.

strana

40

ABSTRAKT SUMMARY. Key words: speedway, speedway motorcycle, engine, acceleration

Recommend Documents