1

PAGE 22

1. NOIUNI INTRODUCTIVE

1.1. DEFINIIA, DESTINAIA I CLASIFICAREA AUTOMOBILELOR

Automobilul este un vehicul rutier, suspendat elastic, cu autopropulsie care se poate deplasa pe diferite categorii de drumuri i chiar pe terenuri fr drumuri. Automobilele sunt destinate pentru transportul persoanelor i al bunurilor, pentru tractarea unor vehicule fr, mijloace proprii de propulsie i pentru efectuarea de servicii speciale.[8];[4].

1) Automobilele destinate pentru transportul persoanelor se numesc autoturisme cnd au o capacitate de maximum opt locuri, autobuze cnd au o capacitate mai mare de opt locuri i automobile de performan.

Autoturismele se clasific dup forma caroseriei: cu caroserie nchis (berlin, cupeu, coach, sedan, limuzin. station); cu caroserie deschis (faeton, roadster) i cu caroserie decapotabil; i dup capacitatea cilindric a motorului (foarte mici cu cilindreea sub 600 cm3, mici cu cilindreea de 600. . . 1300 cm3, mijlocii cu cilindreea de 1300 ... 2500 cm3 i mari cu cilindreea peste 2500 cin3).

Autobuzele se clasifica dup numrul de locuri n: microbuze cu 8...14 locuri, mici cu 14...30 locuri, mijlocii 30...50 locuri i mari cu peste 50 locuri ; dup destinaie (urbane, suburbane, interurbane, autocare); dup forma caroseriei (deschise, nchise, etajate i articulate).

n categoria automobilelor de performan construite special pentru realizarea unor performane de vitez i demarare, intr automobilele sport i automobilele de curse.

2) Automobilele destinate transportului de bunuri se clasific n: autofurgonete (avnd caroseria nchis, cabina separat pentru conductor i greutatea util pn la 1000 daN), autofurgoane (autofurgonete cu greutatea util pn la 1500 daN), autocamionete (avnd platforma de ncrcare deschis i greutatea util sub 2000 daN). autocamioane.

Autocamioanele se clasific dup greutatea util astfel: normale (cu greutatea util 2000...4000 daN), grele (cu greutatea util 4000...10000 daN) i foarte grele (cu greutatea util peste 10000 daN).

3) Automobilele de traciune sunt destinate pentru tractarea remorcilor sau semiremorcilor, avnd denumirea de autotractoare.

4) Automobilele pentru servicii speciale sunt automobilele prevzute cu instalaii destinate altor operaii dect cele de transport, i anume: autocisterne, autosanitare, autofrigorifice, autoizoterm, autoatelier, autobasculant, automacara, autopompe etc.

Terminologia folosit n clasificarea automobilelor este cuprins n STAS 6689/1-74.

1.2. ALCTUIREA I ORGANIZAREA GENERAL A AUTOMOBILELOR

1.2.1. ALCTUIREA AUTOMOBILULUI

Automobilul este alctuit din mai multe ansambluri, subansambluri i mecanisme care pot fi mprite n urmtoarele grupe: motorul, transmisia, sistemul de conducere, sistemul de susinere i propulsie, caroseria i instalaiile auxiliare (elementele de pornire, semnalizare, control, ventilaie, nclzire i alte dispozitive auxiliare).[8];[5].

Motorul, care constituie sursa energetic a automobilului, transform energia chimic a combustibilului folosit n cldur n cazul motoarelor cu ardere intern(cele mai rspndite la automobilele actuale), care la rndul ei este transformat n energie mecanic necesar micrii automobilului. n cazul motoarelor electrice energia electric este transformat n energie mecanic necesar deplasrii automobilului.

Grupul motor cuprinde mecanismul motor compus din mecanismul biel-manivel i mecanismul de distribuie i instalaiile de alimentare, de ungere, de rcire, de aprindere i de pornire.

Alegerea motorului se face inndu-se seama de destinaia i condiiile de exploatare a automobilului. Automobilele sunt echipate n marea majoritate cu motoare termice cu aprindere prin scnteie, cu aprindere prin comprimare, cu gaze de butelie, cu generator de gaze, cu turbin de gaze i cu aburi i cu motoare electrice cu acumulatoare, cu pile de combustibil. Automobilele fabricate n Romnia snt echipate cu motoare cu aprindere prin scnteie (CARPAI, BUCEGI, T.V., M-461, ARO-210, DACIA 1100, DACIA 1300, DACIA 1310, LSTUN, OLTCIT, DACIA NOVA, DACIA SUPER NOVA, DACIA SOLENZA, TICO, MATIZ, CIELO) i cu motoare cu aprindere prin comprimare (ROMAN, DAC, ROCAR). n figura 1.1. este prezentat schematic clasificarea automobilelor dup urmtoarele criterii: destinaie, tipul motorului, tipul transmisiei, numrul de puni.

Fig.1.1. Modul de amplasare a motorului influeneaz construcia general a automobilului i poate fi realizat: n partea din fa (la majoritatea automobilelor), n partea mijlocie (la unele autobuze), n partea din spate (la unele autoturisme i autobuze) i ntre cabin i caroserie (la unele autocamioane).

Transmisia cuprinde: ambreiajul, cutia de viteze, transmisia longitudinal, angrenajul principal, diferenialul, arborii planetari.

Transmisia servete la modificarea, transmiterea i distribuirea momentului motor la roile motoare ale automobilului. n construcia de automobile se utilizeaz diferite tipuri de transmisii care influeneaz att asupra parametrilor constructivi, ct i asupra calitilor dinamice i de trecere ale automobilului. Acestea se pot clasifica astfel: transmisii mecanice, transmisii hidraulice, transmisii hidromecanice i transmisii electrice.[8].n funcie de numrul roilor motoare i ne motoare, automobilele pot fi realizate n diferite variante dup cum urmeaz: sau - automobil cu dou puni (prima cifr indic numrul total al roilor i a doua numrul roilor motoare), ,,- automobil cu trei puni,,,- automobil cu patru puni.

Grupul sistemelor de conducere este format din sistemul de direcie i sistemul de frnare. Sistemul de direcie are rolul de a asigura automobilului posibilitatea deplasrii pe traiectorii curbe i de a avea o manevrabilitate bun, iar sistemul de frnare asigur ncetinirea sau oprirea automobilului din mers, evitarea accelerrii la coborrea pantelor i imobilizarea automobilului oprit.

Grupul sistemelor de susinere i propulsie este format din suspensie, cadru (cnd este ansamblu distinct), puni i roi. Aceste sisteme asigura susinerea elastic a masei automobilului pe sol i transform micarea de rotaie n micare de translaie, n vederea deplasrii automobilului.

Caroseria reprezint suprastructura automobilului, n interiorul creia sunt prevzute spaii pentru transportul persoanelor, al mrfurilor sau pentru instalarea unor dispozitive.

Instalaiile auxiliare sunt formate dintr-o serie de mecanisme i dispozitive care au scopul de a mri productivitatea automobilului n exploatare, confortul i sigurana n circulaie.

n figura 1.2 este reprezentat schema general de amplasare a prilor principale la tipurile clasice de automobile.[5].

Motorul 1 constituie sursa de energie a automobilului i, de regul se monteaz n fa.

La unele autoturisme i autobuze, precum i la asiurile autopropulsate, motorul se monteaz n spate.

La unele autocamioane, motorul se monteaz sub cabin sau ntre cabin i caroserie, iar la unele autobuze sub podea ntre cele dou puni.

n prezent se folosesc aproape exclusiv motoare cu ardere intern.

Fig. 1.2.

Transmisia servete pentru transmiterea, modificarea i distribuirea cuplului motorului la roile motoare ale automobilului i cuprinde urmtoarele subansambluri: ambreiajul principal, cutia de viteze, cuplaje cardanice i de legtur, transmisia central, diferenialul i transmisia final.

Ambreiajul principal 2 servete la cuplarea i decuplarea motorului de transmisie, n vederea pornirii i opririi automobilului, precum i pentru schimbarea treptelor de viteze.

Cutia de viteze 3 permite modificarea vitezelor de deplasare i a forelor de traciune ale automobilului, mersul napoi i staionarea ndelungat cu motorul n funciune.

Transmisia cardanic 9, montat n general la automobile, transmite momentul de la cutia de viteze la puntea din spate.

Transmisia central 4 transmite cuplul motor la puntea din spate i particip la realizarea raportului total de transmitere.

Diferenialul 5 asigur rotirea roilor motoare cu turaii diferite, la deplasarea automobilului n curbe sau pe teren accidentat.

Transmisia final 6 se monteaz la unele automobile i are rolul de a mri raportul total de transmitere i de a asigura o anumit lumin (distana de la sol pn la punctul cel mai de jos al corpului automobilului).

Sistemul de rulare transform micarea de rotaie n micare de translaie. La automobilele (4x2), sistemul de rulare este format din roile motoare din spate 7 i roile de direcie din fa 8 (fig. 1.2.). La unele automobile, roile din fa sunt i motoare i de direcie transform micarea de rotaie n micare de translaie. La automobilele (4x4), toate roile sunt motoare i toate sau numai cele din fa sunt de direcie.

Caroseria este montat pe corpul sau asiul automobilului i este rezervat conductorului auto, pasagerilor sau mrfurilor transportate. La autocamioane, caroseria se compune din cabina conductorului i a nc 1-2 persoane i platforma (lada) pe care se aeaz bunurile transportate. Mecanismele de lucru i instalaii de confort. La unele automobile, sunt prevzute cu o serie de mecanisme de lucru ca priza de putere, roata de curea ridictorul hidraulic, dispozitivul de remorcare etc., cu ajutorul crora puterea motorului este utilizat pentru executarea unor lucrri.

Automobilele moderne sunt echipate cu instalaii i aparatur pentru asigurarea confortului, siguranei circulaiei i pentru controlul exploatrii din care fac parte: instalaia de nclzire i aerisire, aparatajul de bord, de iluminat, centuri de siguran etc.

Pa lng cerinele specifice (care vor fi prezentate n capitolele respective), ansamblurile, subansamblurile i mecanismele automobilelor trebuie s ndeplineasc urmtoarele condiii generale: s aib greutate redus i forme constructive simple; s necesite cheltuieli minime de fabricaie i exploatare; s aib fiabilitate ridicat; piesele i mecanismele componente s se monteze i s se demonteze uor, fr a necesita scule i dispozitive speciale; reglajele s fie simple; s aib un randament ridicat; acionarea mecanismelor s fie simpl i s necesite eforturi mici; s asigure o evacuare eficient a cldurii de la locurile de frecare; s se asigure o ungere bun a lagrelor i articulaiilor; s se asigure interschimbabilitatea pieselor i subansamblurilor; s satisfac toate prescripiile de tehnica securitii muncii; s funcioneze fr zgomot i vibraii; s polueze ct mai puin mediul ambiant; s asigure un aspect estetic automobilului.

1.2.2. SOLUII DE AMPLASARE A MOTOARELOR I A PUNILOR MOTOARE

Organizarea general a automobilului constituie modul cum se mbin locurile de amplasare a motorului i a punii motoare pe automobil.[8].

n cazul autoturismelor alctuirea i dispunerea echipamentelor de traciune este realizat n trei soluii dup cum urmeaz: soluia clasic" - motorul n fa i puntea motoare n spate (fig. 1.3); soluia totul n fa" - motorul i puntea motoare n fa (fig. 1.4); soluia totul n spate" - motorul i puntea motoare n spate (fig. 1.5).[8].

Soluia clasic este aplicat n general la autoturismele cu capacitate cilindric mare i prezint att avantaje ct i dezavantaje. Ca avantaje se pot meniona: o ncrcare mai judicioas a punilor; o mrire a posibilitii de intervenie la agregatele motor-transmisie i o uzur mai uniform a pneurilor, iar ca dezavantaje: reducerea stabilitii datorit ridicrii centrului de greutate, greutate aderent mai mic fa de soluia totul n spate i costuri mai ridicate.

n figura 1.3, a este prezentat schema de amplasare obinuit" a agregatelor, cu cutia de viteze dispus lng motor, n schema din figura 1.3, b cutia de viteze este grupat n cadrul punii din spate, variant care reduce din diferena de ncrcare a punilor fa i spate cnd automobilul este gol, iar n figura 1.3, c amplasarea cutiei de viteze nspre mijlocul automobilului este impus de condiii speciale de traciune.[8].

a

b

c

Fig.1.3.

Soluia totul n fa se aplic autoturismelor de concepie modern i prezint urmtoarele avantaje: permite o utilizare bun a volumului total al caroseriei, stabilitate mai bun n viraj, lipsa transmisiei longitudinale determin coborrea centrului de greutate al automobilului, simplificarea legturilor ntre motor i organele de comand.

Ca dezavantaje sunt urmtoarele: concentrarea funciunilor de traciune, frnare i direcie pe roile din fa conduce la o uzur mai rapid a pneurilor, la urcarea rampelor mari roile motoare se descarc dinamic, pierzndu-se din greutatea aderent i soluii constructive complicate i scumpe la puntea din faa.

Schema de amplasare a echipamentelor de traciune la soluia totul n fa" sunt prezentate n figura 1.4.

Amplasarea longitudinal a motorului (fig. 1.4, a) pe consola din fa asigur simplitate constructiv i buna accesibilitate la motor; amplasarea transversal a motorului (fig. 1.4, b) asigur construcii compacte pentru automobile mai scurte; amplasarea central a motorului (fig. 1.4, c) conduce la mrirea distanei ntre puni la lungimi totale reduse; amplasarea longitudinal a motorului deasupra punii fa (fig. 1.4, d) asigur o repartiie judicioas a sarcinii i accesibilitate la motor, dar se complic transmisia; amplasarea motorului alturi de diferenial (fig. 1.4, e) reduce nlimea capotei, dar complic transmisia i mrete distana ntre roile din fa.[8].

a

b

c

d

e

Fig.1.4.

Soluia totul n spate, datorit costurilor de realizare mai sczute, a cptat o utilizare destul de mare. Ca avantaje se menioneaz: la urcarea rampelor se ncarc dinamic roile motoare (ctigndu-se greutate aderent), coboar centrul de greutate al automobilului, n cazul impactului frontal se evit distrugerea grupului motor-transmisie, reducerea zgomotului n interiorul caroseriei, iar ca dezavantaje: legturile ntre grupul motor-transmisie i organele de comanda sunt lungi i complicate, stabilitate redus n viraj, n cazul impactului frontal grupul motor-transmisie se poate desprinde (prezentnd pericolul de a strivi persoanele din interiorul caroseriei), ncrcarea mai mare a roilor din spate imprim automobilului caracter supravirator (ceea ce determin instabilitate n mers).

n figura 1.5 sunt prezentate cteva variante de amplasare a motorului i transmisiei n spatele automobilului.

Amplasarea longitudinal a motorului pe consola din spate (fig. 1.5, a) asigur posibiliti de organizare judicioas a spaiului din interior; amplasarea transversal a motorului (fig. 1.5, b) reduce ntr-o oarecare msur instabilitatea n mers; amplasarea central a motorului n direcie longitudinal (fig. 1.5, c) permite o repartizare mai bun a sarcinii i se aplic la automobilele sport; amplasarea central a motorului n direcie transversal (fig. 1.5, d) ofer posibilitatea utilizrii motoarelor lungi cu numr mare de cilindri.[8].

a

b

c

d

Fig.1.5.

n cazul autobuzelor puntea motoare este ntotdeauna amplasat n spate, iar motorul poate fi dispus: n fa, (fig. 1.6, a) la mijlocul autobuzului sub podea (fig. 1.6, b) sau n spate (fig. 1.6, c).[8].

Fig.1.6.

Autobuzele cu motorul amplasat n fa, dei au avantajul comenzilor directe, datorit scprilor de gaze de la motor i a unui centru de greutate ridicat, se folosesc din ce n ce mai puin.

Amplasarea motorului la mijlocul autobuzului sub podea determin o repartiie mai bun a sarcinii pe puni i o cretere a stabilitii autobuzului prin coborrea centrului de greutate, dar micoreaz capacitatea de trecere i accesul la motor este ngreunat.

La autobuzele cu motorul dispus n spate se mrete suprafaa caroseriei destinat pasagerilor, se poate cobor centrul de greutate, daci o mbuntire a stabilitii, dar se complic sistemul de comand al motorului i al transmisiei, situate la distan mare de locul conductorului auto.n cazul autocamioanelor. i n acest caz puntea motoare (varianta 4x2) este ntotdeauna amplasat n spate, iar motorul este dispus: n faa cabinei (fig. 1.7, a), n cabin (fig. 1.7, b), ntre cabin i caroserie (fig. 1.7, c) sau ntre puni sub cadru (fig. 1.7, d).[8].

Fig.1.7.

Amplasarea motorului n faa cabinei permite o uurare a accesului la motor, dar reduce utilizarea lungimii totale i determin o amplasare a centrului de greutate spre puntea din spate, pe care o suprancarc dinamic.

Motorul dispus deasupra punii din fa, la unele autocamioane, duce la o utilizare mai raional a lungimii totale, la o vizibilitate mai bun i la o ncrcare dinamic mai judicioas a punilor, dar se reduce accesul la motor i necesit msuri speciale pentru izolare mpotriva gazelor i a zgomotului.

Prin deplasarea motorului spre spate, ntre cabina i caroserie sau ntre puni sub cadru se menine o vizibilitate bun, crete capacitatea cabinei dar se reduce posibilitatea de acces la motor i se micoreaz capacitatea de trecere a autocamionului, mai ales n cazul dispunerii motorului sub cadru (fig. 1.7, d).

1.3. PARAMETRII DE BAZ AI AUTOMOBILELOR

Parametrii principali ce caracterizeaz un automobil sunt: parametrii constructivi, dinamici i economici. Aceti parametri servesc pentru aprecierea obiectiv a calitilor diferitelor tipuri automobile i pentru a scoate n eviden dac acetia corespund condiiilor de lucru impuse de exploatare. Numai cunoscnd aceti parametri pot fi alese automobilele cele mai corespunztoare condiiilor de exploatare date.

1.3.1.PARAMETRII CONSTUCTIVI AI AUTOMOBILELOR

Parametrii constructivi fac parte din calitile tehnice generale ale automobilelor care determin gradul de adaptabilitate al acestora la anumite cerine de exploatare n condiii optime de securitate. confort i eficien economic. Cunoaterea iniial a parametrilor constructivi ajut pe proiectanii de automobile la efectuarea calculului de traciune si pot fi cuprini n urmtoarele grupe: dimensiunile principale, roile, greutatea i capacitatea de ncrcare a automobilului i capacitatea de trecere.[8];[5].

1.3.1.1. DIMENSIUNILE PRINCIPALE

Principalele dimensiuni ce caracterizeaz construcia unui automobil, n sensul STAS 6689/2-74, sunt urmtoarele: dimensiunile de gabarit, ampatamentul, ecartamentul, consolele, lumina sau garda la sol, razele i unghiurile de trecere. O parte din acestea, care caracterizeaz capacitatea de trecere a automobilului vor fi tratate. n cadrul paragrafului 1.3.1.4.[8].

Dimensiunile de gabarit (fig. 1.8) sunt: lungimea (A), limea (D), nlimea (Ha) i reprezint distanele maxime dintre dou plane verticale perpendiculare pe plan longitudinal de simetrie i tangente la partea din fa i din spate a automobilului, dintre dou plane verticale paralele cu planul longitudinal de simetrie i tangente la automobil de o parte i de alta a sa i respectiv dintre planul de baz i un plan orizontal tangent la partea superioar a automobilului gol.

Ampatamentul (L) este distana dintre axele geometrice ale punilor automobilului. n cazul automobilelor cu trei puni ampatamentul reprezint distana dintre axa punii din fa i jumtatea distanei dintre axele punilor din spate.

Ecartamentul roilor din fat (B1) i din spate (B2) reprezint distana dintre planele mediane ale roilor care aparin aceleiai puni.

Consolele din fa (l1) i din spate (l2) reprezint distana dintre planul vertical care trece prin centrele roilor din fat i punctul cel mai avansat al automobilului si respectiv distana dintre planul vertical care trece prin centrele roilor din spate i punctul cel mai din spate al automobilului.

Fig.1.8.

Dimensiunile principale care caracterizeaz construcia unui autocamion sunt cele artate n figura 1.9.[5].

Dimensiunile de gabarit sunt cele mai mari dimensiuni privind lungimea A, limea E i nlimea D, nnd seama i de dimensiunile cabinei sau caroseriei.

Ampatamentul L (baza sau distana dintre puni) este distana dintre axele geometrice ale punilor automobilului. La automobilele cu trei puni, ampatamentul se consider distana dintre axa geometric a punii din fa i jumtatea distanei dintre cele dou puni din spate. n acest caz se indic suplimentar i distana dintre cele dou puni din spate.

Ecartamentul (spate B i faa B1) reprezint distana dintre planele mediane ale roilor de pe aceeai punte. Pentru autovehiculele prevzute cu roi duble n spate, ecartamentul se d ca distana dintre planurile ce trec prin jumtatea distanelor celor dou roi de pe aceeai punte (fig. 1.9.).

Lumina C (garda la sol) este distana dintre sol i punctul cel mai de jos al corpului sau al asiului automobilului.

Fig. 1.9.

Consolele din fa F i din spate G (fig. 1.9) sunt distanele pe orizontal dintre axa de simetrie a punii din fa, respectiv din spate, pn la extremitatea din fa, respectiv spate, a automobilului. Aceste distane se mai numesc i depirile bazei.

Raz longitudinal de trecere ( (fig.1.9.) este raza unui cilindru convenional tangent la roile din fa, din pate i punctul cel mai de jos al saiului, punct situat ntre punile automobilului.

Raza transversal de trecere (1 este raza cilindrului tangent la cele dou roi de pe aceeai punte i la punctul cel mai de jos al automobilului, punct situat ntre roi.

Unghiurile de trecere din fa (1 i spate (2 (fig. 1.9.) sunt unghiurile determinate de sol i tangentele duse la roi prin punctele extreme inferioare din fa (1 i din spate (2.

nlimea platformei H (fig. 1.9.) este distana de la sol la suprafaa exterioar a podelei platformei autocamionului.

Dimensiunile platformei (lzii autocamionului) IxKxM (fig. 1.9.) sunt lungimea, limea i nlimea lzii, msurate n interiorul acesteia.

1.3.1.2. RAZELE ROII DE AUTOMOBIL

Roile de automobil sunt alctuite dintr-o jant metalic, pe care se monteaz o anvelop de cauciuc n interiorul creia se afl o camera (uneori lipsete) cu aer comprimat. Rigiditatea anvelopei este dat de raportul dintre creterea forei care acioneaz asupra pneului i deformaia determinat de aceast cretere. Rigiditatea depinde de materialul anvelopei, de construcia ei, de presiunea interioar a aerului din pneu i de duritatea suprafeei de sprijin.[8];[4].

Datorita rigiditii variabile, la o roat de automobil se deosebesc urmtoarele raze: raza nominal, raza liber, raza static, raza dinamic i raza de rulare.

Raza nominal (rn) a unei roi este raza cercului exterior al pneului (anvelop umflat) dedus prin calcul sau luat din tabelele ntreprinderilor productoare i din standardul de pneuri.

Deducerea prin calcul a razei nominale a unei roi are la baz notaiile marcate pe anvelop (STAS 626-84), care difer n funcie de presiunea interioar a aerului din pneu.

n cazul pneurilor cu presiunea interioar a aerului mai mare de 6 [daN/cm2], pe anvelop sunt marcate doua numere separate de semnul X (nmulit). Exemplu: 34 X 7 sau 950 X 350; primul numr indica diametrul exterior Du al anvelopei (fig. 1.10), iar al doilea limea profilului Bu, exprimate n inci (oli) sau milimetri. La pneurile cu presiunea sub 6 [daN/crn2], pe anvelop sunt marcate dou numere separate printr-o liniu orizontal. Exemplu: 600-16; 900-20 sau 250-508, n care primul numr reprezint, limea profilului anvelopei Bu, iar al doilea diametrul exterior d al jantei roii (fig. 1.10).

Marcarea anvelopelor se face prin indicarea simbolului, a numrului de pliuri echivalente (P.R.) i a numrului standardului respectiv. Exemplu: 600-16/6 P.R. STAS 626/1-71.

Pe baza notaiilor de pe anvelope se poate calcula diametrul jantei i al pneului cu relaiile:

(1.1)

ntre nlimea profilului pneului H i limea Bu exist relaia:

(1.2)

Limita inferioar se ntlnete la pneurile pentru autoturisme (n ultimul timp aceast limit a sczut), iar limita superioar la pneurile pentru automobilele grele de transport.

Fig.1.10.Raza liber (r0) a unei roi este raza cercului exterior al benzii de rulare a pneului la presiune normal msurat, fr nici un fel de. ncrcare i n stare de repaus.

Raza static (rs) a unei roi se definete ca fiind distana dintre centrul roii i suprafaa de sprijin, n cazul n care este ncrcat cu sarcina nominal i se afl n repaus.

Raza dinamic (rd) a unei roi este distana dintre centrul roii i suprafaa de sprijin n timpul micrii automobilului ncrcat cu sarcina nominal.

Raza dinamic depinde de o serie de factori ca: sarcina normal, presiunea interioar a aerului din pneu, elasticitatea materialului anvelopei, mrimea momentului la roat etc.

Se disting doua situaii: cnd asupra roii acioneaz momentul motor (cazul roii motoare) care produce o for tangenial i cazul cnd nu se aplic moment la roat (roata ne motoare).

n primul caz, sub aciunea unui moment Mr (fig. 1.11) va rezulta o deformare tangenial a pneului, care are ca efect o apropiere a centrului roii de suprafaa cii de rulare.

Mrirea diametrului roii, ca urmare a forei centrifuge, este mai mic dect micorarea acestuia, determinat de influena momentului motor.

Fig.1.11.

Reducerea razei dinamice odat cu creterea forei tangeniale la roat pentru diferite valori ale presiunii interioare a aerului din pneu se poate vedea n figura 1.12. n cazul roii ne motoare, creterea razei datorit forei centrifuge scade sensibil odat cu creterea presiunii interioare a aerului din pneu, iar pentru valorile nominale ale presiunii aceast cretere este nensemnat.

Raza de rulare (rr) este raza unei roi imaginare, ne deformabile, care ruleaz fr alunecri i patinri, avnd ns aceeai vitez de rotaie i de translaie cu a roii reale.

Dac notm cu S deplasarea centrului rotii n timpul unei rotaii, atunci raza de rulare rezult din relaia :

(1.3)

Folosirea noiunii de raz de rulare a roii de automobil este necesar la studiul micrii automobilelor, ntruct pneul fiind deformabil (n direciile radial i tangenial) face ca viteza de translaie a centrului roii s fie mai mic dect viteza corespunztoare razei libere r0 pentru aceeai turaie.

Raza de rulare depinde de sarcina normal pe roat, de presiunea interioar a aerului din pneu, de starea cii de rulare i ndeosebi de mrimea momentului aplicat roii.

Raza dinamic i raza de rulare, determinate experimental, se utilizeaz numai n calcule de mare exactitate, ntlnite n studii teoretice i cercetare tiinific. n lipsa datelor experimentale, raza de rulare se poate determina n funcie de raza liber a roii (r0) i de un coeficient de deformare :

(1.4)

Coeficientul de deformare are valori ntre 0,93...0,95, n funcie de presiunea interioar a aerului din pneu.

Fig.1.12. 1.3.1.3. GREUTATEA I CAPACITATEA DE NCRCARE A AUTOMOBILULUI

La automobile, n funcie de starea n care se gsesc, greutatea poate fi:

Greutatea automobilului n stare ne alimentat, fr scule i roat de rezerv (greutatea constructiv), este determinat de cantitatea de metale i materiale ce intr n construcia automobilului.[8].

Greutatea proprie a automobilului este greutatea automobilului alimentat cu combustibili, lubrifiani, lichide de rcire, prevzut cu roat de rezerv, i trus de scule.

Greutatea total a automobilului este greutatea proprie a automobilului la care se adaug sarcina maxim util i greutatea conductorului.

Greutatea automobilului reprezint suma greutii tuturor mecanismelor i agregatelor din construcia acestuia, precum i greutatea ncrcturii. Suma greutii mecanismelor i agregatelor automobilului reprezint greutatea proprie i se noteaz G0, iar greutatea ncrcturii prescrise reprezint greutatea util i se noteaz cu Gu. Greutatea total Ga se obine prin nsumarea celor dou greuti :

(1.5)

Greutatea util Gu se calculeaz cu relaiile:

- pentru autocamioane:

Gu = Gnc + 75n [daN]

(1.6 )

unde Gnc este greutatea ncrcturii, n. - numrul locurilor n cabina conductorului i se consider greutatea unei persoane egal cu 75 daN;

- pentru autobuze urbane:

Gu = 75(n1 + n2 + 2) [daN]

(1.7)

unde n1 este numrul de locuri pe scaune, n2 - numrul de pasageri n picioare;

- pentru autobuze interurbane:

Gu = 75(n + 1) + Gb [daN]

(1.8)

unde n este numrul de locuri pe scaune i Gb, - greutatea bagajelor;

- pentru autoturisme:

Gu = 75n +Gb [daN]

(1.9)

unde n este numrul de locuri i Gb, - greutatea bagajelor. Raportul dintre greutatea util i greutatea proprie se numete coeficient de utilizare a greutii automobilului G:

(1.10)

ntroducerea noiunii de coeficient de utilizare a greutii ofer posibilitatea de a compara diferitele tipuri de automobile (mai ales de autocamioane) ntre ele i de a cunoate construciile cele mai raionale (cu ct G este mai mare, cu att construcia este mai raional). Automobilele cu greutate total mai mic au coeficieni de utilizare a greutii de valori mai ridicate dect automobilele de tonaj mare. Calculnd greutatea util cu relaiile (1.61.9) i adoptnd pentru coeficientul. de utilizare a greutii G o valoare ntlnit la tipurile de automobile similare, putem calcula greutatea proprie G0, iar apoi cu relaia 1.5 se calculeaz greutatea totala a automobilului.

n tabelul 1.1 sunt prezentate valorile coeficientului de utilizare a greutii pentru autocamioanele i autobasculantele fabricate n Romnia.[8]

Greutatea total Ga este aplicat n centrul de greutate al automobilului iar repartiia ei pe punile din fa (G1) i din spate (G2) este funcie de coordonatele centrului de greutate (fig. 1.13).[5];[8].

n acest caz:

(1.11)

Fig.1.13.

Fig.1.14.

Coordonatele centrului de greutate n funcie de ampatamentul automobilului se determin cu relaiile:

rezult:

rezult:

(1.12)

n practic, repartizarea greutii puni i coordonatele centrului de greutate (a i b) se determin prin cntrirea succesiv (fig. 1.14), nti a automobilului n ntregime (Ga), apoi partea care revine punii din fat (G1) i partea care revine punii din spate (G2).

Tabelul 1.1. Coeficientul de utilizare a greutii pentru autocamioane i autobasculante

Tipul automobiluluiSarcina util, GU n daNGreutatea proprie,G0 n daNCoeficientul de utilizare a greutii automobilului

Tipul motorului utilizat

DAC 6135 R50004390/4420/44501,13/1,13/1,12Saviem 797-05

ROMAN R 8135 F6650/65005450/56001,22/1,16Saviem 797-05

ROMAN R 10215 F8900/82007100/78001,25/1,05D 2156 HMN8

ROMAN R 12135 DF11100/109007400/76001,50/1,43Saviem 797-05

ROMAN R 12135 DFAE1050075001,40Saviem 797-05

ROMAN R 12215 DF10600/104007900/81001,34/1,28D 2156 HMN8

IABS-116B-DAC 6135 RK550039501,39Saviem 797-05

ROMAN R 8135 FK650056501,15Saviem 797-05

ROMAN R 12215 DFK1050077001,36D 2156 HMN8

ROMAN R 19215 DFK16000100001,60D 2156 HMN8

Autotractor cu semiremorc tip 8 ARM 18500110440,76Saviem 797-05

Autotractor cu semiremorc tip 12 ATM 116000137001,16D 2156 HMN8

Determinarea nlimii centrului de greutate se face prin aezarea automobilului ntr-o poziie nclinat (fig. 1.15), avnd roile din fa sau din spate pe platforma unui cntar. Presupunnd c s-a cntrit partea de greutate ce revine punii din spate (G2) se face suma momentelor forelor n raport cu axa punii din fat i se obine:

EMBED Equation.3 (1.13)

Dup nlocuirea lui n relaia (1.13), se obine:

(1.14)

Rezult:

(1.15)

Rezult expresia nlimii centrului de greutate:

(1.16)

unde a este unghiul de nclinare a automobilului; r - raza roii automobilului; a - distana dintre puntea din fa i centrul de greutate al automobilului.

Fig.1.15.

n tabelul 1.2 sunt date valorile medii ale coordonatelor centrului de greutate pentru diferite tipuri de automobile.[8].

Tabelul 1.2. nlimea centrului de greutate h

Tipul de automobilnlimea hg a centrului de greutate n [m]

nencrcatencrcate

Autoturisme0,500,750,550,80

Autocamioane0,701,00,901,1

Autobuze0,701,20,81,3

1.3.1.4. CARACTERISTICILE GEOMETRICE ALE CAPACITII DE TRECERE A AUTOMOBILULUI

Capacitatea de trecere a unui automobil reprezint calitatea acestuia de a se putea deplasa pe drumuri rele i desfundate, precum i n teren natural fr drum i de a putea trece peste anumite obstacole verticale, anuri de diferite adncimi i limi, bltoace etc.[5];[8].

Capacitatea de trecere este diferit n funcie de tipul, construcia i destinaia automobilelor. Aceasta este mai redus la automobilele care circul pe drumuri bune cum sunt. autoturismele de ora, autobuzele urbane i interurbane i trebuie s fie destul de mare la autoturismele utilitare i variantele lor, la autocamioane i chiar la autobuzele uoare, care trebuie s circule pe drumuri ne pietruite i desfundate. Capacitatea de trecere cea mai mare o au automobilele de construcie special numite uneori tot-teren", care pot circula att pe drumuri desfundate, ct i n teren natural fr drum n orice condiii de ploaie, zpad, gheaa etc. Un automobil cu capacitatea de trecere mrit se refer pe de o parte la caracteristicile geometrice ale automobilului determinate de soluiile constructive ale ansamblului general i ale organelor sale componente i pe de alt parte la corespondenta dintre fora de traciune maxim pe care o poate dezvolta motorul la roi i aderena roilor motoare cu terenul. Caracteristicile geometrice ale automobilului, care i asigur acestuia posibilitatea de deplasare pe trasee de anumite grade de dificultate, sunt: lumina sau garda la sol, raza longitudinal de trecere, raza transversal de trecere, unghiurile de trecere din fa i din spate i razele de viraj.

Lumina sau garda la sol (c) reprezint distana vertical dintre partea cea mai de jos a asiului automobilului complet ncrcat i planul de sus-inere (fig. 1.16). Acest parametru reprezint nlimea maxim a obstacolelor care pot fi trecute de automobilul complet ncrcat fr s le ating. Partea cea mai de jos a asiului se gsete de obicei sub puntea din fa sau sub carcasa punii din spate n dreptul diferenialului. La unele automobile, partea cea mai joas poate fi baia de ulei a motorului (la unele autobuze la care motorul este amplasat la mijlocul autobuzului sub podea).

n tabelul 1.3 sunt date limitele ntre care variaz lumina pentru diferite tipuri de automobile.[8].

Tabelul 1.3. Valori ale grzii la sol pentru diferite tipuri de automobile

Tipul automobilului

Garda la sol n mm

Autoturism 4x2150220

Autoturisme 4x4210222

Autocamioane 4x2240270

Automobile cu capacitate de trecere mrit 4x4; 6x4; 6x6.260320

Automobile speciale cu capacitate mare de trecere400450

Raza longitudinal de trecere (q1) reprezint raza suprafeei cilindrice (fig. 1.16) tangent la roile din fa, roile din spate i la punctul cel mai de jos al automobilului, situat ntre puni. Raza longitudinal determin conturul proeminenei peste care poate s treac automobilul, fr s o ating cu punctele cele mai joase. Cu ct aceasta raz este mai mic, cu att capacitatea de trecere a automobilului este mai mare.

Fig.1.16.

n tabelul 1.4 snt date valorile razei longitudinale de trecere pentru diferite tipuri de automobile.[8].

Tabelul 1.4. Raza longitudinal de trecere la diferite tipuri de automobile

Tipul automobilului

Raza longitudinal de trecere n m

Autoturism cu capacitate cilindric mic2,53,5

Autoturism cu capacitate cilindric mijlocie3,55.5

Autoturism cu capacitate cilindric mare5,58,5

Autocamioane uoare2,53,5

Autocamioane mijlocii3,05,5

Autocamioane grele5,06,0

Autocamioane cu capacitate mare de trecere2,06,0

Raza transversal de trecere (t), reprezint raza suprafeei cilindrice tangent la punctul cel mai de jos din fa sau din spate i la suprafeele interioare ale pneurilor (fig. 1.17).

Aceast raz indic curbura drumului (sau a unor obstacole.) n plan transversal, peste care poate trece automobilul. Valori mici ale razei transversale determin capacitatea mrit de trecere a automobilului.

Fig.1.17.Unghiurile de trecere 1 n fa i 2 n spate sunt determinate de tangentele la pneul din fa, respectiv din spate i partea cea mai din faa, respectiv din spate a asiului sau caroseriei (fig. 1.18). La circulaia pe un drum accidentat i mai ales n situaia cnd automobilul urc sau coboar pe o proeminen, este posibil s ating drumul cu captul din fa sau cu cel din spate al automobilului. Probabilitatea este cu att mai mare cu ct este mai mic unghiul de trecere (fa i spate) i cu ct lungimea automobilului trece mai mult dincolo de roile din fa, respectiv din spate.

Fig.1.18.

n tabelul 1.5 sunt dale valorile medii ale unghiurilor de trecere 1 i 2 pentru diferite tipuri de automobile.[8].

Tabelul 1.5. Unghiurile de trecere la diferite tipuri de automobile

Tipul automobilului

(1(2

Autoturisme20301520

Autocamioane40602540

Autobuze1040620

Automobile cu capacitate mare de trecereminim 45minim 35

Razele de viraj ale automobilului caracterizeaz posibilitatea acestuia de a vira pe o suprafa ct mai redus la mersul cu vitez mic i cu volanul ntors la limita maxim a unghiului de bracare a roilor de direcie. Automobilele se pot gsi n astfel de situaii cnd se deplaseaz pe drumuri de limi reduse sau pe anumite ci nguste mrginite de obstacole verticale (drumuri forestiere, chei etc.). n acest caz, ca factor de apreciere se stabilete raza minim de viraj a automobilului, limea spaiului ocupat de automobil n viraj i derapajul acestuia n viraj. Se consider un automobil n viraj (fig. 1.19), la care roile de direcie sunt ntoarse la unghiul maxim admis de construcia automobilului. R1 este raza exterioar de viraj, minim posibil i poate fi determinat ca sum a razei de viraj R a roii exterioare din fa i a decalajului a al aripii n raport cu aceasta roat. Limea Av a spaiului ocupat de automobil n viraj este egal cu diferena dintre razele R1 i R2 i reprezint spaiul minim necesar pentru ntoarcerea automobilului. Razele de viraj cele mai mici se obin de automobilele la care toate roile sunt directoare.

Capacitatea de trecere mai este influenat de maniabilitatea i stabilitatea automobilului, de calitatea suspensiei i ndeosebi de raportul dintre fora de traciune i aderena solului, care vor fi tratate n capitolele urmtoare.

Prin capacitate de trecere se nelege calitatea automobilului de a se deplasa pe drumuri sau terenuri accidentale i de a trece peste obstacole.

Din punct de vedere al capacitii de trecere, automobilele pot fi: automobile obinuite i automobile cu capacitate mare de trecere.

Automobilele cu capacitate mare de trecere pot fi: pe roi, pe enile i pe semienile.

Automobilele pe roi cu capacitate mare de trecere sunt caracterizare de faptul c au toate roile motoare.

Autovehiculele pe enile sunt caracterizate printr-o aderen bun cu solul i prin presiuni specifice mici pe sol, fapt care le fac utilizabile pe terenuri accidentate.

Fig.1.19.

n funcie de condiiile de deplasare, capacitatea de trecere poate fi mbuntit prin urmtoarele msuri:

la automobile pe roi: prin folosirea pneurilor cu profil de traciune; prin folosirea pneurilor de joas presiune, prin folosirea lanurilor etc.;

Capacitatea de trecere a unui este caracterizat de urmtorii parametrii:

Presiunea specific pe sol, dat de raportul dintre greutatea total a automobilului i suprafaa de contact dintre pneuri i sol. Cu ct presiunea specific pe sol este mai mic, cu att autovehiculul se poate deplasa mai uor pe terenuri moi, pe zpad, nisip, etc.

La automobilele actuale, presiunea specific pe sol are valoarea ps((3,0...5,5)105 Pa.

Prin micorarea presiunii specifice pe sol, se mbuntesc calitile de traciune ale automobilului.[4].

Lumina. Acest parametru indic obstacole maxime peste care poate trece automobilul fr s le ating. Cu ct lumina este mai mare, cu att automobilul se poate deplasa mai uor pe terenuri accidentate, ns se nrutete stabilitatea, deoarece se ridic poziia centrului de greutate.

Raza longitudinal i raza transversal de trecere. Raza longitudinal de trecere este funcie de mrimea ampatamentului i de poziia punctului cu lumin minim. Cu ct raza longitudinal de trecere va fi mai mic, cu att capacitatea de trecere va fi mai mare. Raza transversal de trecere este funcie de ecartament i de punctul de lumin minim n plan transversal. Capacitatea de trecere a automobilului va fi cu att mai mare cu ct raza transversal de trecere este mai mic i cu ct distana de la punctul cel mai de jos la sol este mai mare. Un astfel de automobil va putea circula pe drumuri cu fgae adnci i cu partea central bombat.

Raza minim de viraj a autovehiculelor care este distana de la polul virajului pn la jumtatea punii din spate a automobilului, la un unghi de bracare maxim al roilor de direcie. Cu ct raza de viraj este mai mic, cu att capacitatea de trecere este mai bun.

Raza roilor tractoarelor sau automobilelor. Raza roilor influeneaz capacitatea de trecere a automobilului peste obstacole orizontale sau verticale.

La automobilele obinuite, cu o singur punte motoare, nlimea unui obstacol vertical peste care poate trece este(r fiind raza roilor),iar la automobilele cu mai multe puni motoare h ( r.

Limea canalului peste care poate trece un automobil, cu condiia ca marginile acestuia s fie suficient de rezistente, este b( 1,2r.

Numrul de roi motoare. Capacitatea de trecere a automobilului este mbuntit prin mrirea numrului de roi motoare. Un automobil cu toate roile motoare este caracterizat printr-o capacitate de trecere mai mare dect un automobil prevzut cu dou roi motoare.

Tot n grupa parametrilor constructivi mai intr: gama i numrul treptelor de viteze, tipul prizei de putere, tipul i parametrii sistemului de rulare etc.

1.3.2.PARAMETRII DINAMICI AI AUTOMOBILELOR

Caracteristica extern a motorului. Performanele dinamice ale automobilului depind de performanele dinamice ale motorului, puse n eviden prin caracteristica extern. Cunoscnd caracteristica externa a motorului, se pot stabili cei mai importani indici de exploatare a automobilului.[4].

Factorul dinamic al automobilului este determinat de raportul

(1.17)

n care: Fm este fora tangenial de traciune la roata motoare; Fa - fora de rezisten a aerului; Gt- greutatea total.

Factorului dinamic, dup cum rezult din relaia (1.1), reprezint fora tangenial de traciune specific disponibil la roat, care poate fi folosit pentru nvingerea rezistenelor la rulare, pentru accelerare i pentru urcarea pantelor.

Factorul dinamic D i modific valoarea n funcie de vitez, deoarece att Fm ct i Fa variaz n funcie de viteza de deplasare.

Variaia factorului dinamic n funcie de vitez se numete caracteristica dinamic a automobilului i este o diagram foarte important pentru aprecierea calitilor dinamice ale automobilelor.

Fora maxim de traciune este fora maxima dezvoltat la corpul automobilului care poate fi folosit pentru tractarea remorcilor sau semiremorcilor.

Viteza maxim a automobilului reprezint viteza real, n km/h, cu care se poate deplasa automobilul pe un drum orizontal, n condiii normale, la treapta superioar din cutia de viteze i cu sarcina maxim util.

Viteza teoretic a unui automobil se calculeaz cu relaia:

(1.18)

n care: rm este raza de rulare a roii motoare, n m; n-turaia motorului, n rot/min; it- raportul total de transmitere al automobilului.

Vitezele reale ale automobilului se determin experimental, nnd seama i de patinarea roilor.

Panta maxim este valoarea maxim a pantei, exprimat n grade sau n procente, pe care o poate urca automobilul cu sarcina maxim util. Acest parametru indic posibilitile automobilului de a nvinge rezistenele suplimentare ce apar la urcarea pantei i posibilitatea acestuia de a fi utilizat cu sarcin maxim pe drumuri cu decliviti.

De obicei, panta maxim se indic pentru fiecare automobil la treapta inferioar i la treapta superioar din cutia de viteze.

Stabilitatea automobilului reprezint capacitatea acestuia de a se deplasa pe pante, drumuri nclinate, curbe etc., fr a se rsturna sau derapa.

Stabilitatea automobilului se apreciaz n funcie de condiiile n care are loc deplasarea, viteza de deplasare, valoarea pantei, nclinarea transversal a drumului, razele de curbur ale drumului, precum i de anumii parametri constructivi ca: ecartamentul, ampatamentul, coordonatele centrului de greutate etc.

1.3.3.PARAMETRI ECONOMICI

Parametrii economici cei mai importani care caracterizeaz automobil sunt: costul iniial, amortismentul i cheltuielile de exploatare (consumul de combustibil i lubrifiani, consumul de pneuri, cheltuielile de ntreinere i reparaii, etc.)[4];[8].

Consumul de combustibil este cel mai important indice care caracterizeaz economicitatea automobilului i depinde de urmtorii factori: tipul, starea i puterea motorului montat pe automobil, construcia asiului, viteza de deplasare, ncrcarea, tipul i starea drumului etc.

La automobile cu destinaie special, consumul de combustibil se raporteaz la unitatea de suprafa prelucrat la diferite lucrri (l/ha), iar la automobile consumul de combustibil se raporteaz la 100 km parcuri (l/100 km)., la ton kilometru (l/t-km) , cltor kilometru (l/cltor-km) etc.

Durabilitatea automobilului reprezint calitatea acestuia de a funciona timp ndelungat fr defeciuni. Durabilitatea automobilului depinde de factori constructivi (calitatea suprafeelor de frecare, calitatea materialelor folosite pentru piesele solicitate puternic, felul ungerii, tipul filtrelor, etc.) i de exploatare (starea drumurilor sau terenurilor, condiiile climaterice, calitatea combustibililor i lubrifianilor, calitatea i punctualitatea reviziilor tehnice i periodice, calificarea conductorului etc).

2.DINAMICA autoDEPLAsrii automobilelor

2.1. DEFINIREA FORELE I MOMENTELE LA ROILE MOTOARE

n figura 2.1.este redat schema de principiu a automobilului cu transmisie mecanic. Motorul 1 dezvolt cuplul M la viteza unghiular de rotaie a arborelui cotit furniznd o putere P = M. Prin intermediul ambreiajului 2, care realizeaz cuplarea sau decuplarea comandat a motorului fa de transmisie, puterea se transmite la cutia de viteze 3. n cutia de viteze micarea de rotaie a arborelui cotit este demultiplicat sau multiplicat cu un raport de transmitere icv a crui valoare poate fi schimbat n trepte sau continuu. Transmisia longitudinal 4 face legtura ntre cutia de viteze i angrenajul principal 5, permind micri de oscilaie relativ a acestora. Angrenajul principal avnd un raport de transmitere constant i0 are rolul de a transmite micarea la roile motoare 6.[8].

Fig.2.1.

Datorit frecrilor ce apar ntre piesele componente ale transmisiei nu toat puterea P dat de motor ajunge la roile motoare ale automobilului. Dac se noteaz cu t randamentul total al transmisiei, puterea la roile motoare Pr este dat de relaia:

(2.1)

Viteza unghiular de rotaie a roilor motoare r se obine cunoscnd viteza unghiular , de rotaie a motorului i raportul total de transmitere it:

(2.2)

Cunoscnd puterea la roat Pr i viteza unghiular r de rotaie a roilor motoare se poate calcula momentul de antrenare a roilor motoare denumit moment la roat Mr cu relaia:

(2.3)

Dac se ine seama de relaiile (2.1) i (2.2) se obine pentru momentul la roat expresia:

de unde:

(2.4)

Pentru a explica rularea automobilului, n figura 2.2.este prezentat schema forelor i momentelor care acioneaz asupra roii motoare, considernd c att roata ct i solul sunt ne deformabile.

Fig. 2.2.

Din partea transmisiei, acioneaz la roata motoare momentul MR, dat de relaia (2.4), reprezentat prin cuplul a dou fore (F0,F0), care acioneaz la capetele braului egal cu raza roii motoare rm. Fora tangenial F0 creeaz reaciunea Fm, care se numete for de traciune la roat sau for motoare la roat, a crei valoare maxim Fm max este limitat de aderena cu solul sau cu drumul.

Din partea corpului automobilului, acioneaz reaciunea Fm, egal cu suma forelor de rezisten la naintare, echilibrat de fora de mpingere F0. Fora maxim de mpingere F0 max corespunde cuplului motor maxim al motorului.

Asupra roii motoare mai acioneaz i sarcina radial Qm, care include i greutatea proprie A roii motoare i care este echilibrat de reaciunea normal a solului Zm.

Fora tangenial de traciune la roat Fm se determin cu relaia:

(2.5)

2.2.DEFINIREA FOREI DE TRACIUNE I A FOREI LA ROAT

Pentru studiul echilibrului roii motoare se aplic metoda izolrii corpurilor (fig. 2.3). Se consider date momentul la roat Mr i fora de ncrcare pe roat Gr avnd punctul de aplicaie n centrul roii i direcia perpendicular pe calea de rulare.[8].

Separnd roata de ax trebuie nlocuit articulaia cu dou fore perpendiculare, una din ele fiind fora de ncrcare pe roat Gr i a doua fora de traciune Ft paralel cu calea de rulare. Fora de traciune F(reprezint fora de mpingere exercitat de ctre roata motoare asupra axului pe care este montat.

n figura 2.3, a fora de traciune Ft (este desenat ca fiind reaciunea osiei asupra roii, deoarece se efectueaz echilibrul rotii.

Separnd roata de sol se aplic asupra rotii reaciunea normal a cii de rulare Zr i o for de frecare X. n figura 2.3, b s-au reprezentat forele de aciune Zr i X ale roii asupra cii de rulare.

Fig.2.3.

Contactul dintre roat si calea de rulare are loc pe o zona de lungime l, prin urmare fora de contact Zr este rezultanta unor forte de presiune dintre anvelopa i cale. Datorit asimetriei repartiiei forelor de presiune pe lungimea l, fa de axa vertical Oy, fora rezultant Zr nu trece prin centrul roii O ci este deplasat n sensul vitezei de deplasare v cu distana a. Cauzele fizice ale acestei deplasri sunt studiate n paragraful 2.3.1 unde se trateaz rezistena la rulare.

Ecuaiile de echilibru ale roii motoare la deplasarea cu vitez uniforma a automobilului n raport cu sistemul de axe xOy sunt:

(2.6)

Din ecuaia de momente din (2.6) se deduce:

(2.7)

Se definete n mod convenional fora la roat Fr. fora rezultant a eforturilor de. frecare care, aplicat n suprafaa de contact cu solul, ar produce acelai moment motor la roat Mr, adic:

(2.8) Raportul este denumit coeficient de rezisten la rulare i se noteaz cu f. Cu aceste precizri relaia (2.7) se poate scrie, dac se ine seama i de ecuaiile de proiecii din (2.6):

(2.9)

unde s-a notat cu Rr expresia f Gr care are dimensiunea unei fore denumit rezisten la rulare.

Relaia:

(2.10)

arat c fora de traciune se poate exprima prin diferena dintre fora la roat i rezistena la rulare. Fora de traciune Ft este o for care se manifest n axul roii i produce mpingerea automobilului.

2.3. CINEMATICA ROILOR AUTOMOBILELOR

Roile automobilului n varianta 4x2 se clasific n roi motoare i roi conduse sau de direcie. La automobilele 4x4, toate roile sunt motoare, chiar dac sunt i de direcie.[4].

Automobilele actuale se construiesc cu roi cu pneuri, datorit urmtoarelor avantaje n comparaie cu celelalte tipuri: randament mai ridicat; presiunea pe sol este mai uniform, deoarece pneul se poate deforma mult; suprafaa de sprijin a pneului pe sol crete o dat cu creterea sarcinii pe roat, nu numai datorit deformrii cii de rulare, ci i datorit deformrii pneului, motiv pentru care presiunea pe calea de rulare se menine aproape constant prin creterea sarcinii; pneurile posed importante caliti de amortizare, fapt pentru care automobilele pe roi cu pneuri pot fi utilizate n transporturi pe diferite categorii de drumuri.

La roile cu pneuri, raza se modific n funcie de forele i momentele care acioneaz asupra lor i de condiiile de exploatare i se deosebesc:

raz liber r0 - raza roii asupra creia nu acioneaz nici un fel de sarcini;

raza static rS - raza roii n repaus, ncrcat numai cu sarcin radial Q;

raza dinamic - raza roii n micare, asupra creia acioneaz o sarcin radial i un moment (motor sau de frnare);

raza de rulare r (raza cinematic) - distana de la axa geometric a roii pn la axa instantanee de rotaie.

Raza de rulare se poate determina experimental, cunoscnd distana parcurs de automobil S i numrul de rotaii n efectuat de roat pe aceast distan, folosind relaia:

(2.11)

n studiul cinematicii roilor de automobil, n scopul explicrii calitative a fenomenelor, se consider c att roata ct i suprafaa pe care se rostogolesc sunt absolut rigide.

n acest caz, contactul ntre roat i sol se face dup o dreapt a crei proiecie n figura 2.4 este reprezentat prin punctul O1 i este axa instantanee de rotaie.

n realitate, att roata ct i solul sunt deformabile, iar contactul ntre ele se face pe o suprafa, denumit suprafa de sprijin a roii.

n funcie de condiiile concrete de rostogolire a roii, axa instantanee de rotaie poate ocupa diferite poziii.

n cazul cnd axa instantanee de rotaie I coincide cu punctul O1 (fig. 2.4 a), atunci suprafaa de sprijin a roii pe sol rmne imobil n timpul rostogolirii (rostogolirea ideal, fr patinare i fr alunecare).

Dac axa instantanee de rotaie I este plasat deasupra punctului de tangen O1, suprafaa de sprijin a roii se deplaseaz n sens invers deplasrii automobilului (fig. 2.4 b).

n acest caz, roata se rostogolete cu o patinare (, iar viteza real v a automobilului este mai mic dect viteza teoretic vt.

Patinarea roilor este un fenomen foarte important la tractoare.

Fig. 2.4.

Dac axa instantanee de rotaie I se afl sub punctul O1 (figura 2.4 c), suprafaa de sprijin a roii de deplaseaz n acelai sens cu deplasarea automobilului. n acest caz, roata se rostogolete cu alunecare, iar viteza real a automobilului vr este mai mare dect viteza teoretic vt.

Prin rostogolirea roii, traiectoria unui punct oarecare de pe ea este o cicloid. Considernd un punct aflat la distana r de axa geometric a roii (r fiind raza de rulare), ecuaiile cicloidei pot fi scrise sub forma:

(2.12)

n care: r este raza de rulare a roii; ( este viteza unghiular a roii i ( este unghiul de rotaie al roii; t este timpul.

Derivnd ecuaiile (2.12) n raport cu timpul i considernd c roata se rostogolete cu vitez unghiular constant

, se obin componentele paralel i normal la suprafaa drumului ale vitezei i punctului considerat

2.13)

Acceleraiile punctului considerat, n micare uniform sunt date de relaiile:

(2.14)

Acceleraia rezultant este dat de relaia

(2.15)

Din relaiile (2.15), rezult c acceleraia punctului considerat al roii care se rostogolete cu o vitez uniform are o valoare constant i este centripet.

2.4. DINAMICA ROILOR CONDUSE CU PNEURI

Rostogolirea roilor conduse poate avea loc n urmtoarele situaii:[4].

roi deformabile pe o suprafa rigid, cazul deplasrii automobilelor cu pneuri pe drumuri betonate sau asfaltate;

roi deformabile pe o suprafa deformabil, cazul cel mai tipic pentru automobile cu capacitate mare de trecere.

n continuare se analizeaz dinamica roii conduse cu pneuri care se rostogolete pe o suprafa deformabil, cazul cel mai general, care poate fi particularizat i pentru cellalt caz.

n cazul rostogolirii roii pe o suprafa deformabil, micarea roii se caracterizeaz prin existena unei suprafee de sprijin relativ mare i prin deformarea solului pe o anumit adncime. Suprafaa de contact ntre roat i calea de rulare (fig. 2.5) este format dintr-o poriune aproximativ cilindric (partea din fa) i poriunea din spate care poate fi considerat plan.

Dac rostogolirea roii are loc cu vitez constant pe un drum orizontal, asupra ei acioneaz sarcina Qd, care include i greutatea proprie a roii i fora de mpingere Fd din partea corpului automobilului (fig. 2.5).

Fig. 2.5.

Dac roata se deplaseaz cu o vitez neuniform (v(const.), asupra roii mai acioneaz fora de inerie Fjd, egal cu produsul dintre masa md a roii de direcie i acceleraia j a micrii , i momentul forelor tangeniale de inerie egal cu produsul dintre momentul de inerie al roii Jd n raport cu axa sa geometric i acceleraia unghiular (d a micrii de rotaie. Datorit acestor fore i momente, apar reaciuni normale ale solului. Rezultantele reaciunilor normale la cele dou suprafee dau rezultanta total Rd. Direcia acestei rezultante trece prin centrul roii, n cazul micrii uniforme (v=const.), deoarece forele Fd i Qd, fiind concurente n centru geometric al roii, nu dau moment n raport cu acest centru. n micarea accelerat a roii, reaciunea Rd trebuie s dea un moment egal cu Mjd i opus acestuia, i deci, direcia rezultantei Rd trece mai jos de axa geometric a roii, iar n micarea ncetinit aceast reaciune va trece mai sus de axa O.

Rezultanta total Rd se descompune n componenta orizontal Xd, care reprezint fora de rezisten la rulare a roii conduse, i componenta vertical Yd, care este echilibrat de sarcina pe roat Qd.

n cazul deplasrii roii cu o vitez neuniform pe un teren orizontal, ecuaiile de echilibru sunt:

(2.16)

(2.17)

(2.18)

n care: este momentul de rezisten la rulare a roii pe suprafaa drumului: ad - coeficientul de frecare la rulare, n uniti de luncgim; rd - raza dinamic a roii de direcie, n m.

Dac roata se rostogolete cu vitez constant pe un drum orizontal, ecuaiile de echilibru devin:

Din aceste relaii rezult:

(2.19)

sau

(2.20)

unde fd se numete coeficient de rezisten la rulare al roii conduse sau de direcie.

n cazul cnd reaciunea Xd, necesar rotirii roii, depete fora de aderen a roii cu solul, egal cu (Qd (unde ( este coeficient de aderen), roata nceteaz s se mai roteasc i se va deplasa prin alunecare.

nlocuind Xd din relaia (2.16) n relaia (2.18) i rezolvnd-o n raport cu Fd rezult:

nmulind ambele pri ale acestei ecuaii cu (d i nlocuind rd(d=v, se obine bilanul de putere al roii conduse:

(2.21)

n cazul deplasrii tractorului sau automobilului pe o pant de unghi (, relaia (2.21) va avea forma:

(2.22)

unde este puterea consumat pentru deplasarea roii, egal cu suma puterilor rezistente; Mrd(d - puterea consumat la rularea roii conduse; Mjd(d - puterea consumat pentru a imprima roii o micare de rotaie accelerat (n cazul decelerrii se consider cu semnul minus);

- puterea consumat pentru a imprima roii o micare de translaie accelerat (n cazul decelerrii se consider cu semnul minus); - puterea consumat pentru nvingerea pantei (se consider cu semnul plus cnd autovehiculul urc panta i cu semnul minus cnd coboar).

2.5. DINAMICA ROII MOTOARE CU PNEURI

n figura 2.6 este reprezentat schema forelor i momentelor exterioare care acioneaz asupra roii motoare cu pneu, care se rostogolete pe un drum orizontal deformabil.

n acest caz, asupra roii acioneaz forele Qm, Fm i momentul motor MR. Fora Qm reprezint sarcina radial care acioneaz asupra roii, inclusiv greutatea proprie a acesteia, iar fora Fm reaciunea forei de mpingere.

Aciunea drumului este reprezentat prin reaciunea total Rm i fora tangenial de traciune Fm, sau fora motoare la roat, care apare sub aciunea momentului MR.

Reaciunea total Rm se descompune, dup dou direcii perpendiculare, n componentele Xm i Ym, unde Xm reprezint fora de rezisten la rulare a roii motoare.[4].

n cazul unei micri neuniforme, asupra roii mai acioneaz fora de inerie Fjm, i momentul forelor tangeniale de inerie Mjm,, unde: mm este masa roii motoare; j este acceleraia unghiular a roii; Jm este momentul de inerie al roii n raport cu axa geometric.

Fig. 2.6.

Ecuaiile de echilibru ale roii motoare, n cazul micrii accelerate, sunt:

(2.23)

(2.24)

unde rm este raza dinamic a roii motoare

n cazul micrii uniforme (v=const.), ecuaiile (2.23) i (2.24) devin:

(2.25)

Din relaia (2.24) rezult valoarea forei tangeniale de traciune:

(2.26)

Se constat c, n cazul roii motoare, spre deosebire de roata condus, nvingerea momentului Mjm se face pe seama momentului motor MR, reducnd n mod corespunztor fora tangenial de traciune. De asemenea, se observ c, n cazul roii motoare, direcia reaciunii Rm va trece totdeauna prin axa geometric a roii.

La deplasarea cu vitez constant, fora tangenial de traciune a automobilului are valoarea:

(2.27)

Momentul motor la roat MR este dat de relaia:

(2.28)

n care: Mm este momentul motorului; itr este raportul total de transmitere la o treapt oarecare; (tr este randamentul transmisiei automobilului.

Din relaiile (2.25), dup unele nlocuiri i transformri, se obine bilanul de putere al roii motoare, pentru v=const.:

(2.29)

n care: vt este viteza teoretic a automobilului, corespunztoare deplasrii automobilului fr patinare, vt=rm(m, (m este viteza unghiular a roii motoare; v este viteza real a automobilului; Fm (vt-v) este puterea pierdut prin patinarea roii motoare; este puterea pierdut la rularea roii motoare; este puterea util transmis corpului automobilului.

Randamentul roii motoare, definit de raportul ntre puterea util, transmis asiului automobilului, i puterea consumat, este dat de relaia:

(2.30)

sau, folosond relaiile (2.25) se obine:

(2.31)

unde: Mrm = Xmrm este momentul de rezisten la rulare al roii motoare;

caracterizeaz pierderile la rularea roii motoare, adic la deformarea normal a solului; reprezint randamentul pierderilor la patinarea roii, adic pierderile la deformarea tangenial a solului.

Dac roata motoare nu patineaz, ((=1, iar raza de rulare r va fi egal cu raza dinamic rm.

Raza de rulare r a roii motoare poate varia de la 0 (patinare total) pn la valoarea razei dinamice rm (cnd nu exist patinare) i poate fi mai mare dect raza dinamic numai n cazul alunecrii roii motoare.

Coeficientul de rezisten la rulare fm al roii motoare este dat de raportul

(2.32)

ntruct rezultanta Rm trece totdeauna prin centrul roii, se poate scrie:

(2.33)

iar

(2.34)

unde am este coeficientul de frecare la rostogolire la roii motoare, n uniti de lungime.

Cu ct raza rm este mai mare, cu att coeficientul fm este mai mic i invers.

n calculele de traciune i dinamice se utilizeaz noiunea de coeficient de rezisten la rulare al ntregului automobil, dat de relaia:

(2.35)

n care: Ff este fora total de rezisten la rulare a ntregului automobil; G este greutatea automobilului.

Coeficientul de rezisten la rulare al ntregului automobil este influenat de urmtorii factori: diametrul i limea pneului, presiunea aerului din pneu, natura drumului etc.

n tabelul 2.1. se dau valorile coeficientului de rezisten la rulare f n funcie de presiunea aerului din pneu pentru diferite tipuri de drumuri la automobile.[4];[8].Tabelul 2.1.Valorile coeficientului de rezisten la rulare f n funcie de presiunea interioar a pneului.

Presiunea din pneu Coeficientul f de rezisten la rulare

N/m2Pe betonPe teren arat

70 ( 1030,0280,18

105 ( 1030,0230,21

140 ( 1030,0220,22

210 ( 1030,0160,22

280 ( 1030,0160,23

n tabelul 2.2 sunt indicate valorile coeficientului de aderen (, i de rezisten la rulare f pentru automobile.[4];[8].

Tabelul 2.3.Coeficienii de rezisten la rulare f i de aderen ( pentru automobile

Tipul i starea f ( pe suprafa

drumuriloruscatumed

Asfalt cu beton nou0,0160,80,6

Asfalt cu beton uzat0,0200,60,45

Drum cu piatr cubic0,0220,70,4

Drum cu pietri0,0250,50,55

Drum cu piatr de ru0,0300,70,4

Drum cu pmnt0,1500,60,4

Drum cu zpad btut0,0300,30,3

Drum cu nisip0,3000,60,7

2.6. PRESIUNEA PE SOL, PATINAREA I ADERENA ROILOR MOTOARE

Presiunea pe sol. Calitile de traciune dup aderen ale automobilelor, depind n mare msur de valoarea i distribuia presiunii pe suprafaa de contact a pneului cu solul.

O presiune prea mare a automobilului pe sol are ca efect deteriorarea structurii drumului.[4].

Caracterul distribuiei i valoarea presiunilor pe drum sunt influenate de: construcia i dimensiunile pneului, rigiditatea pneului (determinat de numrul de straturi) desenul acestuia, proprietile mecanice ale drumului, ncrcarea pneului, presiunea aerului din pneu etc.

Pentru un anumit tip de pneu, presiunea pe sol crete odat cu mrirea sarcinii, cu creterea presiunii aerului din pneu i cu creterea rigiditii.

n figura 2.7, este prezentat dependena dintre presiunea aerului din pneu pa i presiunea medie pe drum pm, pentru diferite sarcini pe roat.

La presiuni mici ale aerului, presiunea medie pe drum pm este mai mare dect cea a aerului pa.

Mrind presiunea aerului n pneu, presiunea medie pe drum crete, ns nu n aceeai msur ca presiunea aerului, ajungnd ca, la presiuni mari ale aerului n pneu, presiunea medie pe drum s fie mai mic dect cea a aerului.

Fig. 2.7.

n figura 2.8, a este prezentat caracterul aproximativ al epurei presiunilor pe drum, afnat pentru o roat cu pneu, din care rezult c unghiul la centru ( variaz n limitele unghiului de contact (1, iar valoarea presiunii aerului din pneu influeneaz foarte mult repartizarea pe sol. Reducerea presiunii aerului atrage dup sine creterea unghiului de contact (1 i n acest fel numrul proeminenelor care se afl simultan n sol crete, iar calitile de traciune se mbuntesc.

n fig. 2.8 b este reprezentat epura presiunilor pe un drum afnat pentru diferite fore de traciune. Valoarea maxim a presiunii pe drum, n mersul n gol (Ft(0) , este deplasat n fa n raport cu centrul roii, iar la creterea forei de traciune, valoarea maxim a presiunii pe drum crete i totodat se deplaseaz spre spate.

Fig. 2.8.

Presiunea pe drum are o distribuie ne uniform pe suprafaa de contact a pneului pe drum, avnd valoarea maxim n jurul centrului acestei suprafee.

Presiunea aerului din pneurile automobilului nu trebuie redus sub o anumit limit, stabilit prin norme. Presiunea aerului este limitat de deformaia radial admis a pneului, care caracterizeaz durabilitatea acestuia. La deplasarea pe drumuri cu mbrcminte tare, presiunea aerului din pneuri trebuie s fie mrit.

Patinarea roilor motoare. Transmiterea momentului motor la roile motoare ale automobilului pe drum afnat este nsoit de patinarea, mai mare sau mai mic, a roilor motoare. Mrimea patinrii este influenat de tipul i starea terenului sau drumului i de mrimea momentului transmis roilor motoare.

Pentru a asigura o aderen bun, pneurile roilor motoare sunt prevzute cu proeminene (nervuri) de diferite forme i dimensiuni. n procesul de rulare al roii motoare, contactul fiecrei proeminene a pneului cu solul ncepe n punctul A i se termin n punctul B (fig. 2.9). produsul dintre raza dinamic rm i unghiul de contact (1 (n radiani) este egal cu lungimea l a arcului de angrenare a fiecrui pinten (l(rm(1).

Fig. 2.9.Raportnd lungimea l la timpul de contact t al fiecrei proeminene cu solul, rezult viteza teoretic vt de deplasare a automobilului:

(2.36)

n cazul cnd exist o presare tangenial, a solului (l, raportul dintre lungimea l-(l i acelai timp de contact t d viteza real vr a automobilului.

(2.37)

Patinarea roilor motoare ale automobilului este dat de relaia:

(2.38)nlocuind n relaia (2.38) vitezele vt i vr din relaiile (2.36) i (2.37) rezult:

(2.39)

pentru analiza procesului de interaciune dintre roata motoare i sol, se consider c reaciunea orizontal total a solului, egal cu fora tangenial de traciune Fm este suma forei de frecare (Qm dintre roat i drum a forei de angrenare cu drumul ((Av, care reprezint reaciunea tangenial a solului asupra proeminenelor pneului afundate n sol, adic

(2.40)

n care: ( este coeficientul de frecare dintre pneu i sol; Qm -sarcina radial care acioneaz asupra roii motoare, n N; (-tensiunea orizontal medie, n N/m2; (Av - suma proieciilor tuturor proeminenelor pneului, care se afl la un moment dat n sol, pe un plan orizontal, n m2.

Reaciunea ((Av are un rol preponderent n cazul deplasrii automobilului pe un teren afnat, iar fora de frecare (Qm este important n cazul deplasrii automobilelor pe drumuri cu mbrcminte tare.

Tensiunea orizontal maxima solului (max poate fi exprimat n funcie de tensiunea ( din relaia (2.40):

(2.41)

unde ( este un coeficient ce depinde de repartizarea aciunii orizontale ntre proeminenele pneului.

Pe de alt parte, cu relaia , unde y este deformaia solului ,n cazul de fa se poate scrie:

(2.42)

de unde:

(2.43)

mprind ambele pri ale ultimei relaii cu l, rezult coeficientul de patinare al roilor motoare la deplasarea automobilului ntr-un regim stabil pe un teren orizontal:

(2.44)

La deplasarea automobilului ntr-un regim stabil pe un teren orizontal, se poate considera cu aproximaie c Fm-(Qm(Ft (fora de traciune util).

n aceste condiii, coeficientul de patinare devine:

(2.45)

Fig. 2.10.

Patinarea roilor motoare (, poate fi considerat proporional cu fora de traciune Ft pn la o anumit valoare Ft0 (fig. 2.10), dup care patinarea ncepe s creasc brusc cu creterea forei de traciune Ft. Patinarea roilor motoare depinde de valoarea forei de traciune Ft, de sarcina pe roat Qm, de tipul i starea drumului (solului) i de forma i dimensiunile pneului.

n unele cazuri, reprezentarea grafic a patinrii se face n funcie de coeficientul utilizrii aderenei automobilului (t, dat de raportul:

(2.46)

unde G( este greutatea aderent a automobilului (greutatea ce se repartizeaz pe roile motoare.

La automobilele 4x2, greutatea aderent este dat de relaia:

(2.47)

n care: (m este coeficientul de repartizare a greutii automobilului pe roile motoare; G - greutatea de exploatare a automobilului.

La automobilele 4x4, greutatea aderent este egal cu greutatea de exploatare, G((G, deoarece (m(1

n figura 2.11 este reprezentat influena dimensiunilor pneurilor roilor motoare asupra patinrii pentru o anumit suprafa de rulare a roii.

Fig. 2.11.

Pentru trasarea caracteristicii de traciune a automobilelor, STAS 6760-76 recomand ncercarea pe drumuri grele. Prelucrnd statistic valorile medii ale patinrii automobilelor la ncercarea pe drumuri grele, s-a ajuns la formule empirice, care dau valori foarte apropiate de cele experimentale. Una din aceste relaii este urmtoarea:

(2.48)

O alt relaie empiric, care d rezultate apropiate de cele experimentale, este urmtoarea:

(2.49)

unde ( este raportul dintre fora tangenial de traciune Fm i greutatea aderent

.Determinarea experimental a patinrii roilor motoare se face stabilind raza dinamic rm i raza de rulare r, folosind relaia:

(2.50)

Raza de rulare a roii motoare r se determin numrul mediu de rotaii n, al roii motoare efectuate n timpul parcurgerii de ctre automobil a unui spaiu S(100-200 m cu o anumit for de traciune. Din relaia S(2(rns se obine:

(2.51)Raza dinamic rm a roilor motoare se determin considernd c automobilul se deplaseaz n gol n regim stabil, pe un drum orizontal, iar roile motoare nu patineaz. Folosind aceeai distan S, din relaia S(2(rmn0, rezult:

, (2.52)

unde n0 este numrul mediu de rotaii efectuate de roile motoare la mersul n gol n timpul parcurgerii distanei S.

nlocuind r i rm n relaia (2.50), se obine:

, (2.53)

sau

(2.54)

Prin urmare, determinarea experimental a patinrii roilor motoare se face msurnd numrul de rotaii al roilor motoare n0 la deplasarea tractorului n gol n regim stabil i la mersul n sarcin ns pe o poriune de teren orizontal cu lungimea S.

Aderena roilor motoare. Aderena tractorului sau automobilului este un fenomen complex care cuprinde, n principal, frecarea dintre pneu i sol, angrenarea pintenilor (proeminenelor) pneului cu solul, fenomenul de ventuz etc. i este caracterizat de coeficientul de aderen al roilor motoare cu drumul sau solul, dat de raportul dintre fora tangenial de traciune Fm max admis de aderena cu solul i sarcina vertical pe roat Qm:

(2.55)

Prin Fm max se nelege valoarea maxim a forei de traciune la care patinarea automobilului este admisibil.

Din relaia (2.44), se obine:

(2.56)

unde (ad este patinarea admisibil a roilor motoare.

nlocuind Fm max din relaia (2.56) n relaia (2.55), se obine:

(2.57)Din relaia (2.57), rezult c aderena roilor motoare ( depinde de: patinarea admisibil, proprietile mecanice ale solului, coeficientul de frecare ( i de parametrii constructivi ai automobilului.

Coeficientul de aderen al roilor motoare variaz n limite foarte largi n funcie de natura i starea drumului sau solului, de uzura pneurilor, de presiunea aerului din pneu etc.

3. REZISTENELE LA NAINTARE ALE AUTOMOBILELOR CU ROI

Asupra automobilului cu roi acioneaz forele rezistente care se opun deplasrii. Acestea sunt rezistena la rulare a roii, rezistena aerului, rezistena la pant i rezistena la demaraj. Pentru a face bilanul forelor ce acioneaz asupra automobilului s-a reprezentat automobilul separat de roi. n acest scop articulaia de sprijin a axului pe roat a fost nlocuit cu dou fore, perpendiculare i anume reaciunea Zr a cii de rulare i fora de traciune Ft. Pentru simplificarea expunerii s-au considerat forele de traciune i forele rezistente la rulare concentrate la roata din spate a automobilului. Reprezentarea grafic a acestor fore i a punctelor lor de aplicaie se face n figura 3.1.[8].

Fig.3.1

S-au notat cu Z1 i Z2 reaciunile Zr ale cii de rulare asupra roilor din fa i din spate.

3.1 REZISTENA LA RULARE

Pneul de automobil ne fiind perfect elastic, energia consumat pentru deformare este mai mare dect energia cedat n timpul revenirii la forma iniial, diferena de energie transformndu-se n cldur (fenomen cunoscut sub numele de histerezis). Rezult c rularea pneului pe cale constnd dintr-o succesiune continu de deformri i reveniri ale acestuia se face cu un consum de energie care se manifest prin apariia unei forte rezistente ce se opune rulrii. n figura 3.2. este reprezentat procesul de deformare i revenire pentru un pneu prin studierea unui element ab.[8].

Fig.3.2..

La intrarea n contact n punctul B elementul ab ncepe s se comprime. Comprimarea maxim are loc n punctul A unde elementul elastic are o lungime a'b' iar revenirea complet se face n punctul C de ieire din contact. Dac se noteaz cu deformaia elementului ab i cu g - sarcina static, care ncarc elementul considerat, atunci reprezentarea grafic a funciei de dependen a celor doua mrimi este redat n figura 3.3. Comprimarea este descris de curba OAB i corespunde deplasrii pe poriunea BA din zona de contact a elementului elastic ab. Destinderea este descris de curba BCO' i corespunde deplasrii pe poriunea AC din zona de contact a elementului elastic ab. Se observ c cele dou curbe OAB i BCO' nu coincid. Pentru o aceeai deformaie este necesar la comprimare o for g2 mai mare dect fora g, care o exercita elementul elastic la destindere. De aici rezult c presiune de contact pe poriunea AB sunt mai mari dect presiunile de contact de pe poriunea AC a zonei de contact dintre pneu i cale. Rezultanta presiunilor de contact este aadar o for Zr al crui suport este deplasat cu o distana a n sensul de mers fa de axa vertical ce trece prin centrul roii. Reaciunea Zr da n raport cu centrul roii un moment rezistent la rulare a crui valoare este:

(3.1)

Aria cuprins ntre curbele OAB i BCO reprezint, la scar, energia consumat de pneu pentru o deplasare egal cu lungimea zonei de contact. Aceasta energie este cunoscut sub numele de energie pierdut prin fenomenul de histerezis i produce nclzirea pneului.

Fig.3.3.

Pentru a pune n eviden fora de rezisten la rulare se studiaz echilibrul roii ne motoare din figura 3.4.

Fig.3.4.

La deplasarea roii ne motoare este necesar o for de mpingere F paralel cu calea, exercitat de ax asupra centrului roii. Pentru a se roti cu viteza unghiular r dat de deplasarea cu viteza v, reaciunea X a cii de rulare trebuie sa fie orientat n sens invers deplasrii. Ecuaiile de echilibru sunt:

(3.2)

De aici se poate deduce expresia forei F necesara pentru deplasarea roii care n acest caz este egal cu rezistena la rulare.

(3.3)

Aceeai expresie pentru rezistena la rulare s-a obinut i din studiul echilibrului roii motoare efectuat anterior.

Pn aici s-a artat doar influena fenomenului de histerezis asupra rezistenei la rulare a pneului. n realitate exist o diversitate de factori care contribuie la apariia rezistenei la rulare. Astfel se menioneaz deformrile tangeniale ale anvelopei, frecarea superficial dintre banda de rulare i cale, deformarea drumului, efectul de ventuz produs de profilele cu contur nchis de pe banda de rulare.

Coeficientul de rezistent la rulare f determinat experimental prin ncercri pe cale nglobeaz toate aceste fenomene. Valorile medii ale coeficientului de rezisten la rulare pentru diferite categorii de drumuri sunt expuse n tabelul 3.1.[8].

Experiena arat ca acest coeficient de rezisten la rulare f depinde de presiunea de umflare a pneurilor i de viteza de deplasare ca n figura 3.5. Pentru calculul rezistenei la rulare se considera la toate roile un coeficient mediu de rezisten la rulare f putnd scrie pentru ntregul automobil:

Rr = f Ga

(3.4)

Relaia (3.4) este valabila la rularea automobilului pe drum orizontal unde Ga este fora normal de contact.

Pentru un drum n pant de unghi fora normal de contact este (fig. 3.1) Ga cos deci rezistena la rulare este dat de relaia:

(3.5)

Tabelul 3.1. Valorile medii ale coeficientului rezistenei la rulare f

Felul drumuluiStarea drumuluiCoeficientul rezistenei la rulare f

osea asfaltat betonatbun0,0100,014

satisfctoare0,0160,020

osea pietruitbun0,0200,025

mijlocie0,0300,040

Cale cu pavaj piatrbun0,0300,035

mijlocie0,0350,040

Drum de pmnt compactatuscat0,0350,050

umed0,0500,150

Drum cu zpadbttorit0,0250,030

puin adnc0,0700,100

Drum cu nisipuscat0,1000,300

umed0,0800,100

Puterea necesar pentru nvingerea rezistenei la rulare este:

Pr = Rr v

(3.6)

Efectund calculele n sistemul internaional se nlocuiete greutatea automobilului, Ga = ma g, n N, viteza n m/s i se obine puterea Pr n W.

Din relaia (2.12) se observa. c dac se nlocuiete Ga n N se obine rezistena la rulare Rr tot n N.3.2. REZISTENA AERULUI

Rezistena aerului este o for rezultant paralel cu calea de rulare, de sens opus vitezei relative a automobilului fa de aer i avnd un punct de aplicaie numit centru de presiune.

Cauzele fizice ale rezistenei opuse de aer la naintarea automobilului sunt repartiia inegal a presiunilor pe partea din fa i din spate a caroseriei, frecarea dintre aer i suprafeele pe lng care are loc curgerea acestuia, energia consumat pentru turbionarea aerului i rezistena curenilor interiori de, aer folosii pentru rcirea motorului i aerisirea cabinei.[4];[8].

n domeniul de viteze 0...300 m/s relaia care exprim rezistena aerului este:

(3.7)

unde [kg m3] este densitatea aerului. A [m2] - seciunea transversal de aria maxim a automobilului; vr [n/'s] - viteza relativ fa de aer, c (adimensional) - coeficient ce depinde de forma automobilului. Coeficientul aerodinamic se definete prin relaia:

K = c

(3.8)

i are dimensiunea fizic a unei densiti [kg/m3]. Rezistena aerului se va scrie deci sub forma:

(3.9)

unde evident Ra se obine n N. n tabelul 3.2 sunt redate valorile medii ale suprafeei seciunii transversale A i ale coeficientului aerodinamic K pentru diferite categorii de automobile.[8].

Dac automobilul se deplaseaz cu viteza v n timpul unui vnt care bate cu viteza vv dup aceeai direcie, atunci viteza relativ va fi vr = v vv. n cazul atmosferei linitite vv = 0 i vr = v deci rezistena aerului este n acest caz:

(3.10)

Puterea consumat pentru nvingerea rezistenei aerului este:

(3.11)

unde, dup cum am artat, vr este viteza relativ a automobilului fa de aerul nconjurtor i v este viteza de deplasare a automobilului n raport cu drumul. n cazul atmosferei linitite expresia puterii consumate pentru nvingerea rezistenei aerului este:

(3.12)

nlocuind K n kg/m3, A n m2 i v n m/s, se obine Pa n W.

Tabelul 3.2. Valorile medii ale suprafeei seciunii transversale A i ale coeficientului aerodinamic K

Tipul automobiluluiSuprafaa seciunii transversale A [m2]Coeficientul aerodinamic K [kg/m2]

Autoturisme de curse1,01,50,1220,147

Autoturisme sport1,52,00,1470,186

Autoturisme moderne cu caroserie nchis1,62,60,1860,34

Autoturisme cu caroserie deschis1,52,00,390,49

Autoutilitare 230,390,43

Autocamioane uoare 2,530,430,49

Autocamioane mijlocii 340,540,64

Autocamioane grele 450,640,73

Autobuz urban 4,56,50,290,43

Autocar 450,240,39

3.3. REZISTENA LA PANT

La deplasarea automobilului pe pant greutatea Ga al crei punct de aplicaie se afl n centrul de greutate Cg descompune dup dou direcii: una normal pe calea de rulare Ga cos i una paralel cu calea de rulare Ga sin . Componenta paralel cu calea de rulare se numete fora rezistent la panta atunci cnd automobilul urc panta, deoarece se opune deplasrii automobilului.[8]. Dac automobilul coboar panta, atunci componenta Ga sin devine for activ care contribuie la deplasarea automobilului. n consecin expresia rezistenei la pant este:

(3.13) unde semnul (+) se folosete la urcarea pantei iar semnul (-) la coborrea pantei.Puterea consumat sau primit de automobil la rularea pe pant va fi aadar:

(3.14)

3.4. REZISTENA LA DEMARAJ

La micarea accelerat a automobilului masa total ma a acestuia, n micare de translaie cu acceleraie a, se opune micrii cu o for de inerie, Fi = -ma a, iar piesele n micare de rotaie cu moment de inerie masic J i acceleraie unghiular se opun i cu un moment de inerie mI = - J. Dac se noteaz cu Rd fora rezistent total la demaraj, atunci expresia ei va fi:[8].

(3.15)

unde Rdt este fora de inerie datorit masei totale a automobilului aflat n micare accelerat de translaie i Rdr fora de rezisten produs de ineria tuturor pieselor n micare de rotaie. Rezistena la demaraj datorit maselor n micare de translaie Rdt se calculeaz cu relaia:

(3.16) unde ma este masa total a automobilului plus ncrctura.

Pentru calculul rezistenei la demaraj datorit maselor n micare de rotaie, se vor nlocui masele n rotaie cu o singur mas de translaie, numit mas redus mred dar care posed la viteza oarecare. v de deplasare a automobilului aceeai energie cinetic cu a maselor n rotaie. Dac se noteaz cu Ji - momentele de inerie masic ale pieselor n micare de rotaie ale transmisiei, inclusiv momentul de inerie masic redus al motorului la arborele cotit, cu i - viteza unghiulara de rotaie a acestora, cu ti - randamentul transmisiei pn la roile automobilului, cu Jr - momentul de inerie masic al unei roi i cu r - viteza unghiular a roilor motoare, relaia de echivalen este:

(3.17)

Randamentul ti, care afecteaz energia piesei oarecare n micare de rotaie. exprim faptul c nu toat energia acesteia poate ajunge la roile motoare, o parte pierzndu-se n transmisia respectiv prin frecri.

Relaia de legtur ntre viteza automobilului i vitezele unghiulare ale pieselor n micare de rotaie este:

(3.18)

unde iti este raportul de transmitere ntre piesa oarecare i i roile motoare. Dac se nlocuiesc relaiile (3.18) n (3.17) dup simplificri se obine:

(3.19)

Rezistena la demaraj datorit maselor n micare de rotaie va fi deci:

(3.20)

innd seama de relaiile (3.16), (3.19) i (3.30) relaia rezistenei la demaraj (3.15) devine:

(3.21) Dnd factor comun se obine:

(3.22)

unde s-a notat prin i rapoartele adimensionale:

(3.23)

Raportul reprezint influena pieselor n micare de rotaie al transmisiei, inclusiv momentul de inerie masic redus al motorului la arborele cotit asupra rezistenei la demaraj.

Raportul reprezint aceeai influent dar exercitat de roile automobilului.

Se definete coeficientul de influen a maselor n rotaie prin expresia:

(3.24)

Este evident c valoarea coeficientului de influen a maselor n rotaie se va modifica odat cu schimbarea treptelor de vitez datorit rapoartelor de transmitere diferite.

n tabelul 3.3 sunt date valorile orientative pentru coeficientul de influen a maselor n rotaie i momentele de inerie.[8].

Tabelul 3.3. Valorile orientative pentru coeficientul de inerie al maselor n micare de rotaie i momente de inerie

AutovehicululCoeficientul ( de calcul al influenelor maselor n rotaie

Momente de inerie []

Treapta IPriz directJmJr

Autoturisme1,401,070,6205,650

Autobuze1,771,060,4554,522

Autocamioane2,331,061,1657,654

Cu notaia (3.24) expresia rezistenei la demaraj este:

(3.25)

Puterea necesar la demaraj pentru viteza v de deplasare a automobilului este:

(3.26)

3.5. ECUAIA DE MICARE A AUTOMOBILULUI I BILANUL DE PUTERES-a artat c fora de traciune Ft se manifest n axul roii i produce deplasarea automobilului. n figura 3.1 este reprezentat un automobil n micare accelerat, urcnd pe o pant, sub aciunea forei de traciune Ft i a forelor rezistente de demaraj Rd, de pant Rp i de aer Ra. Ecuaia de echilibru dinamic dup direcia de micare este:[8].

Ft Rp Ra Rd = 0

(3.27)

Exprimnd fora de traciune Ft cu relaia:

(3.28)

i nlocuind-o n (3.27) se obine:

Fr Rr Rp Ra Rd = 0

(3.29)

unde fora la roat Fr se calculeaz cu relaia:

(3.30)

dedus din expresiile (2.4) i (2.8). S-a notat cu M momentul motorului,Mr - momentul la roat, it - raportul total de transmitere, t - rand