Gépjárművek vonóereje • A gépjármű vonóerejének meghatározásához ismerni kell: • a meghajtó motor jelleggörbéit, valamint • a gépjármű erőátviteli szerkezetének jellemző adatait.
1
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
Gépjárművek vonóereje • A gépjármű menettulajdonságait erősen befolyásolja, hogy mekkora a legnagyobb motorteljesítmény és a gépjármű teljes súlya közötti arány. Ez az Nmax/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
Gépjárművek vonóereje • Az ellenállásokkal összemérhető (V) vonóerő a meghajtott kerekek kerületén ébred: Mt V r ahol: V - vonóerő (kN) Mt- meghajtott tengely nyomatéka (kNm) r- meghajtott kerék sugara (m) 4
Adhéziós vonóerő • A hasznosítható kerületi vonóerő azonban nem lehet nagyobb az adhéziós vonóerőnél (Vadh):
V Vadh f Qadh ahol: Vadh - adhéziós vonóerő (kN) f - súrlódási tényező Qadh - meghajtott kerekekre jutó járműsúly (kN) 5
Adhéziós vonóerő • Az adhéziós vonóerő egy részét a meghajtott kerekek gördülési ellenállásának legyőzésére kell fordítani, tehát a hasznosítható vonóerő: ' Vh Vadh E g 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
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 i u d
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 ui;ud - áttételek n - a motor fordulatszáma (ford/s) 7
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:
Vv N V s 3,6 ahol: N V s v
N 3,6 V v
- motorteljesítmény (kW) n fordulatszámnál – vonóerő (kN) - sebesség (m/s) – sebesség (km/h) 8
Gépjárművek vonóereje • Figyelembe kell azonban vennünk az erőátviteli rendszer hi hatásfokát, mely sebességváltóállásonként más és más érték lesz. Így:
N 3,6 N V ηi C2i v v ahol: hi – erőátvitel hatásfoka a sebességváltó-állástól függően C2i – hi*3,6
9
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
Gépjárművek vonóereje
Ha a motorteljesítményt egy kb. 80-90%-os kihasználással vesszük figyelembe, akkor egyetlen közelítő burkolóvonóerőgörbét kapunk.
11
Gépjárművek vonóereje • A motor jelleggörbéiről levehető adatok segítségével megszerkeszthetők a gépjármű sebességváltó-állásonként változó, sebességtől függő üzemanyag-fogyasztási görbéi.
12
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
Gépjárművek vonóereje
14
Gépjárművek üzemanyagfogyasztása az útpályától függően • Az üzemanyag-fogyasztást tényezők befolyásolják: – – – – – –
az
alábbi
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
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
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
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
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
A hosszirányú és oldalirányú súrlódási tényező összefüggése • A ferde irányú „F” eredő erő – hosszirányú „F1” komponensét a „Qf1” súrlódási erőkomponens, – az oldalirányú „F2” komponensét pedig „Qf2” súrlódási erőkomponens ellensúlyozza. • A kielégítő biztonság megszűnik, ha
F1 Q f1max
F2 Q f 2max 20
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: 2 f 2 f max f12
– 125 km/h sebesség alatt a felület ellipszis: 2 f 2 0,92 f max f12 21
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 fmax=f1 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 „f1” hosszirányú súrlódás mellett megfelelő mértékű „f2” oldalirányú súrlódás maradjon. 22
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
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:
s - r ω slip% 100 s s– jármű haladási sebessége (m/s) r*w – kerék kerületi sebessége (m/s) 24
Kismértékű csúszások hatása • A legnagyobb súrlódás 10-15 %-os slipnél következik be (f1max).
• A blokkolva fékezés tehát a súrlódási tényező nagyságát is kedvezőtlenül befolyásolja, de emellett a jármű oldalirányú stabilitása, azaz iránytartása is minimálisra csökken. • A kihasznált f1 súrlódási tényező 4 %-os slipnél adódik, ami jóval kisebb az f1max értéknél. Így a fékezési lassulás kisebb és a jármű iránytartása is biztonságos. 25
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 „f2” oldalirányú súrlódás kihasznált nagysága a kerékferdeségi szögtől függ. A mértékadónak tekintett közönséges vezetési módnál ösztönszerűen alkalmazott ξ= 4-5°hoz tartozó „f2” érték elég kicsi. 26
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
Száraz, nedves és vegyes súrlódás • A v (km/h) sebesség mellett a kerék alá torlódó vízék hidrodinamikai emelőereje Qv (kN), egyenes arányba nő a sebességgel: Qv =c*v. Ezen emelőerő miatt a víz-ék részben átveszi a kerék Q (kN) súlyát. Így tehát a teljes Q súlyra vonatkoztatva csak az fsz 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
Nedves burkolaton a súrlódás csökken
29
Száraz, nedves és vegyes súrlódás • A kritikus sebesség (vkr) 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
A burkolatfelület hatása a súrlódásra • A súrlódási tényező nedves történő csökkenése ellen – – –
burkolaton
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 (0,010,1mm) rendelkező burkolatok. 31
A burkolatfelület hatása a súrlódásra
32
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
A fékezés, a fékút és a megállási látótávolság
34
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 látótávolság a fékúttal egyenlő.
megállási
• 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
A fékezés, a fékút és a megállási látótávolság
36
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
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
