teoria, calculul si constructia tab (vol 1)

ACADEMIA TEHNIC MILITAR

Conf. dr. ing. MARIN MARINESCU

TEORIA, CALCULUL ICONSTRUCIA

TRANSPORTOARELORBLINDATE

VOL. 1

EDITURA ACADEMIEI TEHNICE MILITAREBUCURETI - 2006

IPREFAvol. 1

A putea considera c, o dat cu apariia acestui manual, amncheiat o etap important din munca desfurat pe parcursul ultimilorzece ani, de cnd predau cursul Calculul i construcia autovehiculelormilitare cu roi la studenii din specializarea Ingineri de Blindate,Automobile i Tractoare. Materialele strnse n acest interval de timp,experiena acumulat la clas, rezultatele cercetrii tiinifice, sugestiilei propunerile studenilor i cursanilor, precum i ale colegilor, au fost deun real folos n sistematizarea i mbogirea cursului, pe care ani de zilel-am avut sub form de manuscris i nu m-am decis s-l public, dindorina de a-l moderniza i completa. Vine totui un moment n careacumularea trebuie s conduc la un salt calitativ i am considerat c arfi momentul ca, dup aproape treizeci de ani, s apar n edituraAcademiei Tehnice Militare un curs cu aplicabilitate la toateautovehiculele cu roi. Pentru c ce snt transportoarele blindate, dac nutot autovehicule cu roi, echipate cu sisteme speciale i care nglobeazrealizri de vrf n domeniul agregatelor i echipamentelor componente,pe lng cele strict specifice?

Ar fi, totui, o mare greeal s cred c, o dat cu ncheiereaacestui capitol profesional, nu mai este nimic de fcut. Chiar n timp celucram la acest manual am introdus elemente de noutate. Mai mult, amrevenit de nenumrate ori asupra unor capitole pe care le consideramncheiate i, sincer s fiu, chiar i n acest moment consider c a mai fiputut aduga ceva, doar din dorina de a fi mai detaliat, mai analitic. nfine, am reuit s-mi nfrnez aceast dorin, caracteristic oricruicadru didactic.

Manualul se adreseaz, n primul rnd, studenilor din specializareaIngineri de Blindate, Automobile i Tractoare dar poate fi studiat i dectre cursanii din nvmntul postuniversitar, deoarece conine multeelemente de noutate, pe care acetia nu le-au parcurs atunci cnd eraustudeni ai Academiei Tehnice Militare, ele aprnd ulterior absolviriiinstituiei. De asemenea, manualul poate fi consultat, ca bazbibliografic unitar i fundamental, de ctre toi specialitii dindomeniul militar sau civil, interesai de problematica autovehiculelor curoi n general, i de a transportoarelor blindate cu roi, n special.

Din dorina de a asigura unitatea structural a cursului, prima partea acestui volum trateaz problemele specifice dinamicii autovehiculelor

Motto: Orice lucru tehnic din lumea care nenconjoar a existat, mai nti, n minteaunui inginer sau a unui tehnician

Prof. univ. dr. ing. Mihai GORIANU

II

cu roi, cu aplicabilitate n domeniul transportoarelor blindate, precum ielemente de organizare general. Am considerat necesar acest lucru attpentru a asigura ncadrarea transportorului blindat n clasa de vehiculecrei i aparine ct i pentru a sublinia specificitatea acestuia n cadrulclasei.

Dup aceast prim parte, n cea de a doua este tratatproblematica de calcul organologic al componentelor transmisieitransportoarelor blindate. Agregatele transmisiei au fot tratate pe rnd,cursul avnd, din acest punct de vedere, o structur devenit clasic. Unelement de noutate, care de obicei nu este tratat la cursurile despecialitate din alte universiti, este introducerea calculului cutiilor deviteze planetare i a circulaiei puterii pe dou circuite din transmisiileechipate cu cutii de viteze planetare. De regul, chiar i n AcademiaTehnic Militar, aceste cutii de viteze erau tratate la cursul Calculul iconstrucia autovehiculelor militare cu enile. Amploarea tot mai marepe care a luat-o echiparea transportoarelor blindate cu cutii de vitezeplanetare (datorit avantajelor incontestabile pe care acestea le introduc,mai ales ntr-o combinaie cu un hidroconvertizor) m-a determinat s letratez din perspectiva automobilistului. Evident c i problematicahidroagregatelor i regsete locul n curs. Mai mult, cum exist otendin confirmat nc de mult timp n acest sens, snt tratateproblemele legate de automatizarea transmisiei, att pe agregate ct i nansamblu.

Inevitabil, pornind de la condiia transportorului blindat,componentele transmisiei responsabile de asigurarea unei capacitimaxime de progresiune n teren, au fost tratate pe larg. Astfel, traciuneaintegral cu ntregul ei cortegiu de sisteme, beneficiaz de un spaiugeneros n cadrul manualului.

n sperana c acest nou manual va rezolva problema lipsei dedocumentaie n domeniu i cu convingerea c studenii acesteispecialiti vor beneficia de avantajele pe care el le va aduce, menionezc rmn n continuare deschis oricrei sugestii de mbuntire, astfelnct, n sperana unei ediii revzute i adugite, ele s poat completacele tratate n aceast lucrare.

mi permit s mulumesc anticipat tuturor celor vor promova astfelde sugestii, observaii, i de ce nu, critici.

Autorul

Cuprins

1

CUPRINS

1. Introducere............ ..................................................................................................5

2. Organizarea general a transportoarelor blindate ...................................................92.1 Carcasa blindat .......................................................................................102.2 Agregatul energetic...................................................................................112.3 Transmisia ................................................................................................122.4 Suspensia .................................................................................................132.5 Sistemul de frnare....................................................................................142.6 Sistemul propulsie.....................................................................................142.7 Sistemul de direcie...................................................................................152.8 Sisteme i comenzi de acionare .............................................................162.9 Echipamente speciale...............................................................................162.10 Armament ...............................................................................................17

3. Dinamica transportorului blindat ............................................................................193.1 Rezistenele la naintare ...........................................................................193.2 Reaciunile cii de rulare asupra roilor autovehiculului ............................21

3.2.1 Reaciunile normale n plan longitudinal......................................213.2.1.1 Cazul autovehiculului cu dou puni motoare ................223.2.1.2 Cazul autovehiculului cu mai multe puni motoare.........24

3.2.2 Reaciunile normale n plan transversal ......................................273.2.2.1 Stabilitatea lateral n staionare ...................................283.2.2.2 Stabilitatea lateral la deplasarea n curbe....................29

3.3 Ecuaia general de micare a transportorului blindat ..............................303.4 Determinarea performanelor dinamice.....................................................32

3.4.1 Determinarea funciilor analitice .................................................323.4.2 Determinarea vitezei maxime......................................................343.4.3 Determinarea timpului i spaiului de demarare ..........................343.4.4 Cazul autovehiculelor echipate cu transmisii hidromecanice ......35

3.5 Maniabilitatea transportorului blindat ........................................................373.6 Oscilaiile transportorului blindat ...............................................................38

3.6.1 Studiul oscilaiilor unui autovehicul considerat ca un sistem cu unsingur grad de libertate..............................................................383.6.1.1 Oscilaii libere ................................................................383.6.1.2 Oscilaii forate...............................................................413.6.1.3 Parametri pentru aprecierea calitilor suspensiei .........43

3.6.2 Studiul oscilaiilor unui autovehicul considerat ca un sistem cudou grade de libertate..............................................................45

3.7 Dinamica frnrii transportorului blindat.....................................................503.7.1 Parametrii capacitii de frnare...................................................51

3.7.1.1 Determinarea deceleraiei .............................................513.7.1.2 Influena repartiiei forelor de frnare pe puni asupra parametrilor capacitii de frnare ......................523.7.1.3 Repartizarea forei de frnare.........................................60

3.7.2 Aspecte ale aderenei roii pe calea de rulare .............................65

Cuprins

2

4. Ambreiaje mecanice ..............................................................................................694.1 Construcia ambreiajelor mecanice cu discuri...........................................694.2 Parametrii principali ai ambreiajelor mecanice cu discuri..........................71

4.2.1 Coeficientul de siguran ........................................................714.2.2 Presiunea specific 0p ...............................................................724.2.3 Lucrul mecanic specific de patinare l .........................................724.2.4 Creterea de temperatur pe timpul ambreierii t .....................73

4.3 Calculul ambreiajului mecanic...................................................................734.4 Calculul mecanismului hidraulic de comand ...........................................76

5. Hidroagregate. Transmisii hidromecanice .............................................................795.1 Hidroambreiaje..........................................................................................805.2 Hidroconvertizoare....................................................................................825.3 Conlucrarea hidroconvertizorului cu motorul.............................................845.4 Etajarea transmisiilor hidromecanice ........................................................87

6. Cutii de viteze. Cutii de distribuie..........................................................................916.1 Cutii de viteze cu arbori cu axe fixe (paraleli) ...........................................91

6.1.1 Calculul roilor dinate..................................................................926.1.1.1 Determinarea numrului de dini i definitivarea rapoartelor de transmitere .............................................936.1.1.2 Calculul danturii la ncovoiere........................................946.1.1.3 Calculul danturii la tensiuni de contact ..........................966.1.1.4 Verificarea danturii la oboseal .....................................97

6.1.2 Calculul arborilor .........................................................................996.1.2.1 Determinarea schemei de ncrcare i calculul reaciunilor ...................................................................1006.1.2.2 Calculul arborilor la ncovoiere i torsiune ...................1026.1.2.3 Verificarea canelurilor la strivire...................................1036.1.2.4 Verificarea rigiditii la ncovoiere ................................103

6.1.3 Alegerea rulmenilor ..................................................................1046.1.4 Calculul sincronizatoarelor ........................................................107

6.1.4.1 Calculul forei de cuplare .............................................1096.1.4.2 Verificarea la uzur......................................................1116.1.4.3 Calculul fixatoarelor .....................................................1126.1.4.4 Calculul unghiului de blocare.......................................113

6.1.5 Calculul dispozitivului de fixare a treptelor.Sisteme de acionare mecanic ..............................................1156.1.5.1 Calculul dispozitivului de fixare a treptelor...................1156.1.5.2 Dispozitivul de blocare a treptelor................................117

6.2 Cutii de viteze planetare .........................................................................1176.2.1 Elemente de teoria mecansimelor planetare elementare ..........117

6.2.1.1 Calculul rapoartelor relative de angrenare...................1186.2.1.2 Distribuia momentelor i puterilor exterioare ideale....1196.2.1.3 Calculul modulului danturilor .......................................119

6.2.2 Circulaia puterii pe circuite paralele .........................................1206.2.2.1 Transmisii cu diferenial la ieire..................................1216.2.2.2 Transmisii cu diferenial la intrare ................................125

6.2.3 Parametrii cutiilor de viteze planetare .......................................128

Cuprins

3

6.2.3.1 Ecuaia cinematic general........................................1306.2.3.2 Funcionarea CVP cu dou grade de mobilitate ..........1326.2.3.3 Calculul cinematic al CVP cu dou grade de mobilitate ........................................1336.2.3.4 Calculul momentelor de torsiune .................................134

6.2.4 Sinteza schemei cinematice a CVP ..........................................1366.2.4.1 Formarea mecanismelor planetare elementare...........1376.2.4.2 Eliminarea mecanismelor planetare necorespunztoare......................................................1396.2.4.3 Eliminarea soluiilor incomplete i imposibile...............1406.2.4.4 Construirea schemei cinematice..................................142

6.2.5 Soluii constructive pentru componentele CVP .........................1426.2.6 Transmisii hidromecanice cu CVP ............................................1446.2.7 Controlul electronic al transmisiilor............................................146

6.3 Cutii de distribuie ...................................................................................149

7. Transmisii cardanice............................................................................................1537.1 Cinematica transmisiei cardanice ...........................................................1537.2 Cinematica transmisiei bicardanice.........................................................155

7.2.1 Determinarea momentului de calcul al transmisiei cardanice....1567.2.2 Calculul arborilor longitudinali ...................................................1577.2.3 Calculul articulaiei cardanice....................................................159

8. Puni motoare nedirectoare .................................................................................1638.1 Angrenajul de unghi ................................................................................164

8.1.1 Determinarea momentului de calcul ..........................................1658.1.2 Precizri privind calculul de rezisten i dimensionare

a grupurilor conice...................................................................1678.1.3 Calculul arborelui pinionului de atac..........................................167

8.2 Diferenialul .............................................................................................1678.2.1 Aspecte ale circulaiei de putere. Necesitatea diferenialului.....167

8.2.1.1 Circulaia de putere n plan transversal .......................1688.2.1.2 Circulaia de putere n plan longitudinal.......................171

8.2.2 Caracteristica mecanismului diferenial cu frecareintern mrit ..........................................................................174

8.2.3 Construcii de difereniale cu frecare mrit ..............................1758.2.4 Calculul diferenialului fr frecare mrit al punii motoare......180

8.2.4.1 Calculul roilor dinate ..................................................1808.2.4.2 Calculul axului sateliilor ..............................................181

8.3 Arborii planetari.......................................................................................1838.4 Reductoare de roat. Butucul roii...........................................................184

8.4.1 Reductoare de roat .................................................................1848.4.2 Butucul roii ...............................................................................187

8.5 Calculul carterului punii motoare............................................................187

9. Puni motoare directoare .....................................................................................1899.1 Calculul fuzetei........................................................................................1899.2 Calculul articulaiilor fuzetei i a prghiilor suspensiei .............................191

Bibliografie................. ..............................................................................................198

Cuprins

4

Capitolul 1 - Introducere

5

CAPITOLUL 1INTRODUCERE

Transportoarele blindate reprezint o necesitate a cmpului delupt modern, deoarece permit deplasarea n terenuri neamenajate cuviteze ridicate, dovedindu-i utilitatea mai ales n aciunile ofensive. Prinurmare, ele snt echipate cu motoare puternice, ce furnizeaz puterispecifice ridicate, adic o bun dinamicitate a acestor autovehicule. Nun ultim instan, problema polurii mediului a fost ridicat i nconstrucia acestor autovehicule.

Un agregat important al transportoarelor blindate cu roi lreprezint transmisia. i aceasta a cunoscut o evoluie spectaculoas ntimp, n prezent devenind aproape o necesitate ca ea s fie realizat nconcepie hidromecanic, datorit avantajelor incontestabile pe care leintroduce. Cerinele impuse transmisiei au fost cristalizate n lucrrilediferiilor autori [6, 18, 19, 23, 28, 29, 31, 34, 40]:

necesitatea deplasrii autovehiculului n teren greu, pe ci derulare neamenajate, folosind traciunea integral, pentru autiliza ntreaga greutate ca greutate aderent;

utilizarea diferenialelor transversale i longitudinale cuprecdere de tip autoblocabil, pentru a permite mecanicului-conductor s acorde mai mult atenie deplasrii n cmpul delupt i mai puin atenie comenzilor autovehiculului;

automatizarea schimbrii etajelor n transmisie i echipareaautovehiculului cu transmisii hidromecanice cu hidroconverti-zoare de cuplu (hidrotransformatoare);

utilizarea unor motoare puternice, cu cupluri mari, pentru arealiza puteri specifice ridicate n vederea obinerii uneidinamiciti sporite;

asigurarea propulsiei pe ap; reducerea nivelului de zgomot i vibraii n scopul meninerii

capacitii de lupt a personalului mbarcat; accesibilitate ridicat pentru operaiunile de mentenan,

fiabilitate sporit, simplitate constructiv, interschimbabilitatecu piese i componente ale industriei de autovehicule civile.

Toate transportoarele blindate dispun de traciune integral. n ceprivete propulsia pe ap a transportoarelor blindate amfibii, aceasta serealizeaz fie cu jet de ap (propulsie reactiv), fie cu elice n curentliber.

Suspensiile i sistemele de propulsie au evoluat i ele o dat cucreterea rolului transportoarelor blindate n operaiunile de lupt.Suspensiile snt obligatoriu independente iar sistemele de propulsie au


6

diferite faciliti pentru mrirea capacitii de progresiune, din care, celmai deosebit este sistemul de reglare din mers a presiunii din pneuri.

Pe lng organele necesare progresiunii, fiind o main de lupt,transportorul blindat este echipat cu o multitudine de sisteme specifice.Cele mai importante sisteme snt:

Sistemul de arm. Este foarte diversificat, poate fi vorba de ungrup de mitraliere de calibru ridicat, tunuri cu tragere rapid decalibre reduse, sisteme de rachete etc. De asemenea, nfuncie de destinaia vehiculului, pe autoasiurile diferitelortransportoare se pot monta staii radar, radioreleu sau pot fipuncte mobile de comand, autosanitare, vehicule deevacuare-reparaii etc.

Sistemul de iluminare-observare i de navigaie terestr. Acestsistem permite deplasarea vehiculului i observarea cmpuluide lupt utiliznd aparatur de vedere pe timp de noapte de tipactiv sau pasiv. Sistemul de navigaie terestr permitecunoaterea poziiei i deplasarea pe diferite itinerariiprestabilite n condiiile coordonrii cu alte fore n cmpultactic;

Sisteme de singere a incendiilor de la bord; Sisteme de protecie NBC.

Evoluia tipurilor de conflicte militare a atras, inevitabil, i evoluiatransportorului blindat. Canalizarea eforturilor comunitii internaionalen lupta mpotriva terorismului a condus la specializarea acestor vehiculedar i la mrirea ariei lor de utilizare. Pe de alt parte, noua aliniere nblocuri militare nsoit de reducerea substanial a bugetelor alocateaprrii au atras o serie de noi concepte n privina construcieitransportoarelor blindate [23]:

Grad nalt de mobilitate; Adaptabilitate constructiv la o arie larg de utilizri; Grad nalt de tipizare, modularizare i uniformizare

constructiv; Capacitate ridicat de aciune att n mediu urban ct i n

teren neamenajat; Pre redus de achiziie i costuri reduse de exploatare i

suport logistic.Termenul de vehicul blindat de lupt este definit de tratatul CFE1

privind reducerea cantitativ a armamentelor convenionale din Europaca fiind un vehicul autopropulsat, cu protecie blindat i cu capacitatede deplasare n orice teren.

1 Tratatul cu privire la forele armate convenionale n Europa, semnat la Paris la 19 noiembrie 1990.


7

n categoria vehiculelorblindate de lupt sunt inclusetransportoarele blindate detrupe, vehiculele blindate delupt ale infanteriei i vehiculelede lupt cu armament greu.

Transportorul blindat detrupe (fig. 1.1 i 1.2) este unvehicul blindat de lupt careeste conceput i echipat stransporte o grup de infanteriegata de lupt i care, de regul,este narmat cu un armamentintegrat sau organic, cu uncalibru mai mic de 30 mm.

Vehiculul blindat de luptal infanteriei este conceput iechipat pentru a transporta ogrup de infanterie pentru lupt.El asigur posibilitatea pentrulupttori de a executa foc dininteriorul vehiculului i estenarmat cu un tun cu calibrul decel puin 20 mm i, uneori, cu oinstalaie de lansare arachetelor antitanc (fig. 1.3).

Vehiculul de lupt cuarmament greu e un vehiculblindat de lupt, cu un tun decel puin 75 mm, cntrind cel

puin 6 tone i care nu cade sub incidena definiiilor transportoruluiblindat de trupe, vehiculului blindat de lupt al infanteriei sau tancului delupt.

Fig. 1.1 Transportorul amfibiu blindat Fuchs

Fig. 1.2 Transportorul amfibiu blindat Grizzly

Figura 1.3 Transportorul Pandur 6x6

Fig. 1.4 Vehiculul de lupt cuarmament greu

Panhard ERC 90 F4 Sagaie


8

n concluzie, transportorul blindat cu roi, n variant mfibie sau nu,reprezint un mijloc modern de lupt, cu faciliti de mobilitate i puterede foc importante, fiind, poate, cel mai versatil sistem de arm. Aceastversatilitate decurge din posibilitile de a face fa att operaiunilor dinconflictele majore, ct i, mai ales, n posibilitatea executrii de operaiunireduse n timp i spaiu, de asigurare a zonelor de conflict, de patrularei de meninere a pcii.

Cel puin imaginile televizate din zonele de conflict, precum iexperiena acumult de forele militare romne dislocate n diferite zonede conflict de pe glob, pot sta mrturie acestor afirmaii.

Capitolul 2 - Organizare general

9

CAPITOLUL 2.ORGANIZAREA GENERAL

A TRANSPORTOARELOR BLINDATE

Organizarea general a transportorului blindat este dictat denecesitatea de a obine caracteristicile tehnico-tactice optime. Prinorganizarea general a unui astfel de produs se determin n foartemare msur greutatea de lupt, dimensiunile de gabarit, capacitatea deprogresiune, volumele interioare i destinaiile acestora, sistemul dearm etc.

n principiu, principalele compartimente ale transportoarelorblindate cu roi snt:

- compartimentul agregatului energetic, unde se regsete motoruli o parte a transmisiei;

- compartimentul de lupt, unde se afl posturile de lupt iservantul armamentului principal al vehiculului;

- compartimentul de conducere, unde se afl postul de conducerei cel al comandantului autovehiculului de lupt.

n general, divizarea pe aceste compartimente duce la un raportvolumetric de 2/3 din volumul interior total n favoarea compartimentelordestinate desantului i postului de conducere, compartimentul energeticocupnd 1/3 din volumul total.

Dispunerea acestora depinde de modul n care a fost conceputautovehiculul. Figura 2.1 prezint cele dou variante de baz, acesteaputnd fi uor modificate, n funcie de mai muli parametri de detaliuconceptual.

Se poate observa c exist, practic, dou variante de baz, una lacare motorul este dispus la partea din fa a carcasei blindate i una lacare motorul este dispus n partea din spate a acesteia. Ambele variante,ca orice soluie tehnic, prezint avantaje i dezavantaje.

a) Soluia cu motorul dispus n partea din fa a carcasei blindateprezint urmtoarele avantaje: protecie suplimentar a

M

T

C L M+T

T

C L

(a) (b)Fig. 2.1 Variantele de baz ale organizrii generale a transportoarelor blindate

a - motorul dispus n partea din fa a carcasei blindate; b - motorul motorul dispus n partea din spatea carcasei blindate


10

echipajului la lovituri frontale, simplitatea mecanismului dedirecie, a mecanismelor de comand ale motorului, aleprincipalelor agregate ale transmisiei, asigurarea desantrii prinpartea din spate, protejnd desantul de focul inamic. Soluia areurmtoarele dezavantaje: creterea regimului termic din interiorulautovehiculului, nrutirea cmpului vizual al mecaniculuiconductor i al comandantului autovehiculului prin retragereaposturilor ocupate de acetia, suprancrcarea punilor fa cuafectarea asietei de plutire la transportoarele amfibii (tendinspre asiet negativ), complicarea transmiterii fluxului de puterectre propulsorul pe ap (de asemenea, n cazul transportoareloramfibii), micorarea unghiului de atac etc. Totui, aceast soluieeste din ce n ce mai folosit, deoarece permite utilizarea acestorvehicule i pentru alte destinaii.

b) Soluia cu motorul dispus n partea din spate a carcasei blindateprezint urmtoarele avantaje: mbuntirea condiiilor de lucruale echipajului, creterea cmpului vizual al mecaniculuiconductor i al comandantului, creterea unghiului de atac,funcionarea n plutire cu asiet pozitiv n cazul transportoareloramfibii blindate, i, de asemenea n cazul acestora, acionareapropulsorului pe ap este mult mai simpl. Totui, exist idezavantaje, din care se amintesc: desantul este obligat scoboare lateral din transportor, fiind mult mai expus foculuiinamic, protecia frontal a echipajului n cazul unei lovituri estemai sczut, comenzile agregatului energetic snt mai complexe,dispunerea elementelor propulsorului pe ap complicdispunerea agregatului energetic etc.

Mai trebuie amintit c exist i transportoare blindate ale crorproductori au optat pentru poziionarea agregatului energetic la mijloculcarcasei blindate, dar acestea snt rezultatul unor concepte mai vechi. nprezent, soluia a fost abandonat iar transportoarele respective snttreptat scoase din nzestrare. Dezavantajele snt majore: mrirea silueteivehiculului, separarea compartimentului de conducere de cel aldesantului, necesitatea unei izolri foarte bune a compartimentuluienergetic de celelalte dou compartimente etc.

2.1 CARCASA BLINDAT

Carcasa blindat a transportoarelor este o construcie din plcimetalice de blindaj, sudate ntre ele, acestea avnd rareori structurstratificat. Construcia este etan, limitnd ptrunderea aerului iaerosolilor din mediul n care se desfoar aciunile precum i a apeiatmosferice sau a celei din mediul de plutire (n cazul transportoarelor


11

amfibii). Configuraia acesteia este dictat de conceptul de organizaregeneral, de modul de dispunere a organelor, a echipajului, de nivelul deprotecie asigurat i de limitarea greutii proprii. Studiile efectuate ndomeniu [1] i literatura de specialitate arat c, n general, masacarcasei blindate reprezint aproximativ 2535% din masa total delupt a transportorului blindat.

n general, blindajul acestor vehicule este proiectat s reziste laloviturile armamentului uor de infanterie, tras de la orice distan.Trebuie fcut ns observaia c partea frontal a carcasei blindate estemai substanial, ajungnd la grosimi de 1015 mm, pe cnd prilelaterale pot avea grosimi mai reduse, chiar jumtate din valoarea priifrontale. n fine, n cazul transportoarelor amfibii blindate, carcasa va fiastfel conceput nct s asigure o bun flotabilitate i stabilitate, precumi deplasri n mediul de plutire cu rezistene minime la naintare.

Carcasa blindat dispune de deschideri prevzute cu obloane cudiferite destinaii: accesul ehipajului, al desantului, acces la diferiteorgane i agregate, ventilaie, propulsorul pe ap, ambrazuri de tragere,aparatur de vedere i observare etc. dar i orificiile corespunztoareturelei sau armamentului principal ori turela comandatului (atunci cndeste prevzut). Construcia carcasei este influenat i de modalitateade dispunere a desantului n interior: cu banchet central i aezareaoamenilor spate n spate ori cu scaune dispuse pe pereii carcaseiblindate i aezarea oamenilor fa n fa. Cea de a doua soluie areimpedimentului poziionrii incomode a desantului atunci cnd executfoc cu armamentul din dotare prin ambrazurile carcasei blindate, darconfer avantajul unei mai bune disponibilizri a spaiului interior.

Tedina, normal de altfel, de a micora nlimea silueteivehiculului, conduce la compactizarea pe vertical a carcasei blindate,dar silueta general nu poate fi redus foarte mult, deoarece acest tip deautovehicule necesit grzi mari la sol.

2.2 AGREGATUL ENERGETIC

n partea de nceput a capitolului au fost prezentate soluiile celemai frecvent folosite de plasare a agregatului energetic, precum iavantajele i dezavantajele respectivelor soluii. Trebuie subliniat nc odat faptul c n prezent exist o tendin general a constructorilor detransportoare blindate de a dispune agregatul energetic n partea din faa carcasei blindate. Principalele motive snt legate de securitateadebarcrii-mbarcrii desantului i de posibilitatea modulizriiconstructive, astfel nct produsul de baz, cu mici modificri de tipmodular, s poat fi destinat i altor aplicaii.


12

Totui, dac s-a optat pentru o dispunere n spate a agregatuluienergetic dar se dorete accesul desantului prin partea din spate avehiculului, unele transportoare, puine la numr, au prevzut un coridorde acces, care duce la montarea dezaxat a agregatului energetic.Aceast soluie realizeaz dezideratul accesului prin spate dar conducela dezaxarea centrului de greutate al autovehiculului, cu rezultatenegative asupra stabilitii laterale, mai ales la traversarea pantelor saula plutirea n mediul lichid (cazul transportoarelor amfibii).

2.3 TRANSMISIA

Este evident c modalitatea de oganizare i dispunere atransmisiei este strns legat de poziionarea motorului. Tot aici trebuiefcut precizarea c exist soluii de transportoare care au doumotoare. Acestea snt, n general, de producie ruseasc iar soluia anceput s fie abandonat mai ales din raiuni de sincronizare afuncionrii. Pentru aceast soluie, transmisia este compus din douseturi de componente independente. Astfel, pentru un produs 8x8, unmotor va aciona dou puni iar alt motor celelalte dou puni. Soluia cudou motoare prezint avantajul posibilitii continurii deplasrii, cuparametri evident inferiori, i cu un singur motor, n cazul scoateriiceluilalt din funciune. Dar, aa cum s-a artat, dificultile legate desincronizarea funcionrii celor dou linii au fcut ca soluia s fieabandonat.

Soluiile de transmisie n aval de cutia de viteze snt multiple. Ceamai frecvent dispunere este cea n I(fig. 2.2 a), n lungul axei longitudinale aautovehiculului. Principalul dezavantajeste constituit de reducerea grzii la soldatorit existenei diferenialelor.

O alt variant de dispunere esten H (fig. 2.2 b), fluxurile de putere fiindtransmise prin zonele laterale alecarcasei blindate. Aceast soluiereduce nlimea autovehiculului dar eaa fost folosit preponderent n cazulsoluiei cu dispunerea motorului n

centrul carcasei blindate. Dac este folosit n cazul dispunerii motoruluila unul din capetele carcasei blindate, prezint dezavantajul imposibilitiifolosirii prea multor repere deja existente n fabricaia de serie aautovehiculelor civile.

n ceea ce privete componena organologic a transmisiei, ea are,de asemenea, o larg diversitate. Soluiile cu cutie de viteze normal

Fig. 2.2 Scheme de organizare atransmisiei

a - transmisie n I; b - transmisie n H


13

(mecanic, n trepte, cu arbori paraleli) au reprezentat, pn nu de mult,cvasitotalitatea opiunilor. Din ce n ce mai mult ns, ele au cedat loculcutiilor de viteze planetare, echipate cu hidroconvertizoare. Se pare caceast opiune va deveni preponderent datorit avantajelorincontestabile oferite: automatizarea schimbrii etajelor, simplificareaconducerii prin simplificarea comenzilor cu redirecionarea atenieimecanicului conductor spre observarea cmpului de lupt, imposibilitateacalrii motorului, uurarea efortului depus n conducere, alegerea dectre calculatorul de bord a treptei celei mai adecvate n raport curezistenele la rulare, optimizarea regimurilor de funcionare a motoruluietc.

Cum traciunea este exclusiv integral, n structura transmisiei sntprevzute cutii de distribuie cu difereniale longitudinale autoblocabile(mai rar) sau cu blocare comandat. Punile au de cele mai multe oridifereniale autoblocante dar exist i soluii de puni cu diferenialetransversale cu blocare comandat.

2.4 SUSPENSIA

Suspensia transportoarelor blindate es te de tip independent, avndca elemente elastice bare de torsiune, arcuri n foi sau diferite combinaiiale acestora. Unele modele beneficiaz i de suspensii pneumatice saupneumohidraulice, controlate electronic. Toui, aceste soluii nu snt prearspndite, i aceasta din trei motive: costuri de fabricaie i deexploatare foarte ridicate, complexitate mare i fiabilitate redus. Estens de ateptat ca suspensia hidropneumatic s capete n viitor orspndire din ce mai mare, deoarece permite ajustarea grzii la sol imodificarea continu a caracteristicilor elastice i de amortizare n raportcu calitatea suprafeei pe care se ruleaz.

Elementul de amortizare este n construcie telescopic (de celemai multe ori provine din fabricaia civil, cu unele modificri adusecaracteristicii de amortizare), hidraulic sau hidropneumatic. El lipsete,cel puin n forma clasic, la autovehicule echipate cu suspensiihidropneumatice.

Fig. 2.3 Transportorul amfibiu blindat B33 Zimbrul


14

2.5 SISTEMUL DE FRNARE

Dinamica ridicat a aciunilor de lupt presupune nu numaidemaraje considerabile sau viteze ridicate de deplasare ci i posibilitateade a opri pe distane mici i n condiii de securitate. Nu trebuie uitat nicifaptul c uneori este necesar i deplasarea pe drumuri amenajate, ncondiii de trafic civil, caz n care existena unui sistem de frnare eficacei fiabil este strict necesar i reglementat prin lege. n fine,desfurarea aciunilor de lupt n teren impune existena unormecanisme de frnare de roat etane, care s nu permit accesulimpuritilor n interior i compromiterea calitii garniturilor de frnare nfuncionare.

Prin urmare, construciile actuale au sisteme de frnare cucomand pneumatic (cel mai frecvent) sau cu comand pneumo-hidraulic (din ce n ce mai rar), obligatoriu servoasistate (innd cont demasele mari ale autovehiculelor) i din ce n ce mai des prevzute cusisteme de antiblocare a roilor la frnare (ABS).

Mecanismele frnelor de roat snt cu disc sau cu tambur. Frnelecu disc prezint avantajul gabaritului redus la aceeai eficacitate a frnriicu cele cu tambur, o accesibilitate n mentenan mai ridicat i costuride producie i exploatare mai mici. Totui, principalul lor dezavantaj,nlturat n cazul etanrii, l constituie sensibilitatea ridicat laptrunderea de impuriti ntre suprafeele de frecare. Etanarea loratrage, totui, mrirea costurilor de fabricaie i, implicit, a preului.

Soluia frnei pe transmisie mai este, uneori, utilizat pentrusistemul frnei de parcare. Totui, ea a nceput s fie abandonat,deoarece nu asigur ntotdeauna imobilizarea autovehiculului pe pantamaxim abordabil, mai ales dac acesta are mase ridicate.

2.6 SISTEMUL PROPULSIE

Fiind prin excelen autovehicule de teren, transportoarele blindatesnt echipate cu pneuri cu destinaie special. Acestea permitprogresiunea pe terenuri de diferite caliti. Presiunea pe calea de rulareeste mic, din raiuni lesne de neles. Cele mai multe transportoare aun echipare sisteme de reglare din mers a presiunii din pneuri. Prinaceasta se realizeaz dou deziderate importante. n primul rnd,modificarea presiunii din pneuri permite modificarea suprafeei petei decontact cu solul i deci, a presiunii specifice, lucru deosebit de util ncazul traversrii de zone de teren cu portan redus. n al doilea rnd,dirijnd un debit constant de aer ctre un pneu perforat, se evitimobilizarea vehiculului. Evident c acest lucru este posibil n anumite


15

limite, un debit prea mare de scpri neputnd fi compensat de ctrerezerva de aer a vehiculului.

Al doilea sistem de propulsie, caracteristic transportoarelor amfibii,este cel din mediul de plutire. Astfel, exist trei mari soluii de propulsiepe ap:

- Propulsorul cu jet de ap, la care apa, absorbit din mediul deplutire, este antrenat de ctre o elice activat de motorul autovehicululuiprintr-o transmisie proprie i care funcioneaz ntr-un tunel, apoi esteejectat spre exteriorul tunelului, realizndu-se o propulsie reactiv.Tunelul, elicea i orificiul de admisie i evacuare ale tunelului snt plasatesub nivelul apei. De cele mai multe ori, zona de lucru a elicei are formaunui ajutaj convergent-divergent, pentru a mri viteza de curgere a apein aval de ea i a mri, prin aceasta, randamentul deplasrii. n tunellucreaz o singur elice sau dou, montate n tandem i cu rotire nsensuri opuse, pentru a-i compensa reciproc momentele reactive.

- Propulsorul cu elice n curent liber, asemntor celui utilizat lavapoare, la care elicea se afl n curent liber. Dezavantajul principal alacestui tip de propulsor pe ap este dat de posibilitatea lovirii ideteriorrii elicei de ctre corpuri aflate n mediul de plutire. Elicea poatefi unic, plasat la partea din spate, pot fi dou elici montate una lngalta sau n tandem, cu rotiri n sensuri opuse, sau pot fi n numr par,montate n lateralele carcasei blindate.

- Utilizarea roilor pe post de zbaturi, soluie rar datorit eficieneifoarte reduse a deplasrii.

n general, viteza la deplasarea pe ap n cazul transportoareloramfibii trebuie s fie cuprins ntre 9 i 12 km/h.

n mod corespunztor, mersul napoi pe ap se realizeaz fie prinschimbarea sensului de rotire al elicelor, fie, n cazul propulsiei cu jet deap, prin obturarea orificiului de ieire a apei i direcionarea ei princanalizaii care au gurile de debuare orientate spre partea din fa acarcasei blindate.

2.7 SISTEMUL DE DIRECIE

Principial, sistemul de direcie al transportoarelor blindate esteasementor cu cel al autocamioanelor de mare tonaj. De remarcatexistena mai multor puni directoare, dispuse n partea din fa saufa-spate (mai rar), ori a direciei integrale (i mai rar). Ca i n cazulsistemului de frnare, sistemul de direcie este obligatoriu servoasistat,de cele mai multe ori hidraulic. Se poate spune c acest sistembeneficiaz, n construcie, de cele mai multe componente destinate iproduciei civile.


16

n cazul transportoarelor amfibii se pune problema guvernrii peap. Din acest punct de vedere, guvernarea se realizeaz cu ajutorulunor crme. n funcie de soluia constructiv adoptat pentru propulsorulpe ap, exist mai multe variante de guvernare, astfel:

- n cazul utilizrii propulsorului cu jet de ap, guvernarea se faceprin orientarea jetului de ap. Crma, montat la ieirea din tunelulhidrodinamic, orienteaz jetul de ap, comanda fiind asigurat de lavolanul vehiculului. Punerea crmei este nsoit i de bracajul roilor dedirecie, efectul de virare fiind sporit de ctre acestea;

- n cazul elicilor montate n curent liber (n exteriorul carcaseiblindate), guvernarea se poate face fie prin montarea, de asemenea, acrmei n curent liber, fie prin orientarea elicei propriuzise (ca la brcilecu motor). n cazul n care elicilele, n numr cu so, snt montate laexteriorul carcasei blindate, de o parte i de alta a acesteia, guvernarease poate realiza prin modificarea turaiei elicilor de pe o parte, dar soluiaeste prea complicat i necesit o eventual acionare electric aacestora;

- n fine, dac propulsia pe ap se face exclusiv prin antrenarearoilor (efect de zbaturi), i guvernarea se face tot exclusiv prin bracarearoilor. Soluia este rar ntlnit datorit randamentului sczut al acestuitip de propulsie, care nu poate asigura dect viteze reduse de deplasare.Trebuie totui menionat c roile se vor roti n permanen iar efectul lorde zbaturi i aduce aportul n cazul propulsoarelor cu jet de ap.

2.8 SISTEME I COMENZI DE ACIONARE

Pentru a asigura comenzile la distan ale diferitelor sisteme imecanisme, transportoarele blindate dispun de acionri electrice,hidraulice, pneumatice sau combinaii ale acestora.

Astfel, comanda frnelor este servoasistat pneumatic, comandadireciei este servoasistat hidraulic, acionarea clapetelor propulsoruluicu jet de ap i a plcii sparge-val este realizat electro-hidraulic,pneurile pot avea reglaj din mers a presiunii interioare, comanda cutieide viteze automate se realizeaz electrohidraulic, blocarea diferitelordifereniale se face electric, electropneumatic sau electrohidraulic etc.

Agentul de lucru este produs de pompe hidraulice de naltpresiune sau de compresoare de aer, antrenate fie direct de ctre motor,fie de prize de putere plasate n diferite puncte ale transmisiei.

2.9 ECHIPAMENTE SPECIALE

Echipamentele speciale din dotarea transportoarelor blindate sntdestinate realizrii misiunilor pentru care acestea au fost desemnate.


17

Prin aceasta, caracteristicilor tehnico-tactice ale transportorului le sntaduse mbuntiri importante. Unele dintre ele au fost deja amintiteanterior n calitate de componente suplimentare ale sistemelorcaracteristice oricrui automobil: sistemul de reglare din mers a presiuniidin pneuri sau sistemul de propulsie i guvernare pe ap. Pe lngacestea se pot aminti:

- Troliile, destinate autoscoaterii sau evacurii altor autovehiculempotmolite sau avariate;

- Sisteme de viziune speciale, pentru observarea i conducerea petimp de noapte sau cu vizibilitate sczut, de tip activ (cu iluminare ninfrarou) sau pasiv (prin termoviziune);

- Sisteme de stingere automat a incendiului de la bord;- Sisteme de filtroventilaie i de condiionare a aerului din

compartimentele ocupate de personal;- Sisteme de detectare i stabilire a gradului i tipului substanei de

infectare exterioar cu produse NBC;- Mijloace de comunicare pentru coordonarea aciunilor de lupt;- Sisteme de navigaie terestr, ajungnd pn la utilizarea GPS.

2.10 ARMAMENT

n privina armamentului, pe transportoarele blindate se monteazo larg varietate de sisteme de arm. Transportoarele aa-zis clasiceau ca armament principal o mitralier de calibru mare, destinat nimiciriiforei vii i tehnicii uoare descoperite i a celei adpostite n spateleunor blindaje sau acoperiri uoare. Calibrele acestor mitraliere snt njurul valorii de 14,5 mm. Ca armament auxiliar, se folosete o mitralierde calibrul 7,62 mm, jumelat cu mitraliera de 14,5 i, uneori, o mitraliersuplimentar de 12,7 mm, de obicei pentru foc antiaerian.

Totui, capabilitile transportoarelor blindate au determinatspecialitii n domeniul armamentului s monteze pe acestea tunuri de lacalibre mici, de 30 mm i pn la calibre mari, de exemplu de 120 mm.Este adevrat c gurile de foc mari, cu calibre peste 80 mm, fac catransportoarele ce le poart s devin mai degrab autotunuri, primindmisiunile specifice acestora. Prin urmare, nu se mai poate vorbi de untransportor blindat. Mai mult, ele nu pot fi amfibii iar tragerile cu acesteguri de foc se fac n condiii speciale, necesitnd unele msuri privindmbuntirea stabilitii autovehiculului purttor.

Pe transportoarele blindate se mai pot monta sisteme de racheteantiaeriene sau antiterestre, dirijate sau nu, arunctoare de mine, tunuriautomate de mic calibru i cu caden mare de tragere.

Transportoarele blindate pot fi folosite ca vehicule purttoare ipentru alte categorii de fore ale armatei. Astfel, ele pot fi puncte mobile


18

de comand i observare, staii radio i radioreleu, centre computerizatede coordonare ale aciunilor de lupt, vehicule de recunoatere icercetare, ambulane, vehicule ale trupelor de geniu sau NBC i, nu nultimul rnd, vehicule cu destinaie logistic, cum ar fi vehicule blindatepentru aprovizionarea de lupt sau tractoare de evacuare.

Modulizarea constructiv permite utilizarea aceluiai autoasiu debaz, pe care se pot monta module interschimbabile, transformndprodusul n categoria de vehicul de lupt dorit.

Capitolul 3 - Dinamica transportorului blindat

19

CAPITOLUL 3DINAMICA TRANSPORTORULUI BLINDAT

Transportoarele blindate, ca autovehicule cu roi, au o dinamic afuncionrii identic cu cea a oricrui automobil. Prin urmare, n acestcapitol se va face doar o scurt trecere n revist a elementelor generalede dinamic i se va pune accent doar pe particularitile dinamicecaracteristice unui autovehicul special cum este transportorul blindat.

3.1 REZISTENELE LA NAINTARE

Rezistenele la naintare, aa cum snt redate n literatura despecialitate [18, 41], snt reprezentate de:

- rezistena la naintare a roilor pe calea de rulare rR ;- rezistena aerului aR ;- rezistena datorit pantei R , care este for rezistent la urcarea

unei rampe sau activ la coborrea unei pante;- rezistena dinamic dR , care este for rezistent la demarare

sau activ la frnare.Prin nsumarea acestor rezistene se obine rezistena global la

naintarea autovehiculului.a) Rezistena la rulare se determin cu expresia:

cosar fGR = (3.1)n care:

f - coeficientul de rezisten la rulare, determinat pe caleexperimental i redat n literatura de specialitate, pentru diferitecategorii de suprafee de rulare;

aG - greutatea autovehiculului; - unghiul pantei pe care se deplaseaz autovehiculul.Unii autori [41] au condus analizele mai departe i au determinat

pe cale experimental variaia coeficientului de rezisten la naintare cuviteza automobilului, dup o lege monoton cresctoare. Totui, aceastvariaie este relativ redus i se manifest numai la viteze de peste 50km/h. Prin urmare, calculele practice o pot neglija. De asemenea,coeficientul de rezisten la rulare variaz n raport i cu ali parametri,cum ar fi presiunea interioar din pneu, sarcina radial pe pneu,caracteristicile constructive ale pneului i momentul aplicat roii.

b) Rezistena aerului, n cazul general, corespunztor deplasriioricrui corp ntr-un mediu fluid pe direcia axei sale longitudinale (notatcu x), se determin cu relaia:


20

2vAcR xa = (3.2)n care:

xc - coeficientul longitudinal de form a autovehiculului; [kg/m3] - densitatea mediului fluid (a aerului, n acest caz); A [m2] - aria suprafeei frontale a autovehiculului; v [m/s] - viteza de deplasare.Introducnd valorile n unitile de msur meninate mai sus,

rezistena aerului se obine n [N]. Pentru uurarea calculelor, relaiaanterioar, n cazul nlocuirii cu xcK = , devine:

2KAvRa = (3.3)n care coeficientul K [m3/kg] este numit coeficient aerodinamic i esteredat valoric n literatura de specialitate [18, 41], pentru diferite categoriide autovehicule.

Fora lateral datorat vntului, pentru autovehicule grele cum snttransportoarele blindate i care se deplaseaz[, n general, cu vitezereduse, este neglijat n calculele curente. Ea devine important ladeplasarea pe ap a transportoarelor amfibii blindate, cnd estecoroborat cu fora transversal a valurilor.

c) Rezistena datorat pantei este rezultatul componenteiparalele cu panta a greutii autovehiculului, fiind o for rezistent laurcare i activ la coborre:

sinaGR = (3.4)d) Rezistena dinamic este o for ce se opune micrii n cazul

accelerrii, i are acelai sens cu micarea la frnare. n compunerea eise regsesc dou elemente ineriale: o prim component se datoreazmasei totale aflate n micare neuniform de translaie iar o altcomponent este datorat ineriei pieselor aflate n micare de rotaie,din care cea mai mare pondere o au roile autovehiculului. Relaiageneral de calcul, care ia n discuie ambele componente, cea derotaie fiind redus prin metode energetice, tot la o inerie de translaie,este:

++= 2221

r

rTm

r

Tad r

II

r

idtdvmR

ii (3.5)

n care: [ ]kgma - masa total a autovehiculului; [ ]2s/m

dtdv - acceleraia autovehiculului;


21

iTi - raportul total de transmitere n treapta i a transmisiei;

[ ]mrr - raza de rulare a roii; mI - momentul de inerie al tuturor pieselor motorului aflate n

micare de rotaie sau reduse, prin metode energetice, la omicare de rotaie;

iT - randamentul total al transmisiei n treapta i n care este

cuplat; rI - momentul de inerie al unei roi.Se face observaia c momentele de inerie ale celorlalte piese

aflate n micare de rotaie (spre exemplu, organele transmisiei) au fostneglijate, aportul lor fiind nesemnificativ n raport cu cel al pieselormotorului i cu momentele de inerie ale roilor.

Relaia (3.3) mai este scris i sub forma:

dtdvmR ad = (3.4)

n care s-a fcut notaia 22

2

1r

rTm

r

T

r

II

r

ii

i ++= , cunoscut i subdenumirea de coeficient al influenei maselor de rotaie i furnizat valoricde literatura de specialitate pentru diferite categorii de agregateenergetice (motor-transmisie). Se poate observa c acesta variaz de lao treapt de viteze la alta, iar n cazul transmisiilor hidromecanice are oexpresie mult mai complex.

3.2 REACIUNILE CII DE RULAREASUPRA ROILOR AUTOVEHICULULUI

3.2.1 Reaciunile normale n plan longitudinal

Reaciunile normale ale cii asupra roilor autovehiculelor au rolfoarte important asupra aderenei lor cu calea, cu implicaii n demarajuli frnarea autovehiculului i asupra stabilitii acestuia.

Aceste reaciuni snt determinate de repartiia static a maseiautovehiculului pe roi, repartiie care depinde de poziia centrului degreutate i de nclinarea cii de rulare.

n timpul micrii tranzitorii a autovehiculului, reaciunile normale imodific mrimea datorit factorilor dinamici ce intervin n diversecondiii.


22

3.2.1.1 Cazul autovehiculului cu dou puni motoare

Pentru analizaacestui caz se faceapel la cazul general,conform figurii 3.1,considernd, pentrunceput, autovehicululn repaos. Asupra luiacioneaz greutatea

aG i reaciunilenormale ale cii derulare. Pentru adetermina expresiileacestora, se scriuecuaiile de momentefa de punctele decontact cu calea derulare, A i B.

Forma reaciunilor normale, pentru acest caz, este dat deecuaiile:

+=

=

Lha

GZ

Lhb

GZ

gas

gaf

sincos

sincos

(3.5)

unde semnificaiile mrimilor care intervin snt conform figurii amintite.n stare dinamic, conform aceleiai figuri i nlocuind cu expresiile

forelor care intervin, reaciunile normale ale cii de rulare capt forma(neglijnd rezistena aerului):

++=

=

Ldtdvhm

Lha

GZ

Ldtdvhm

Lhb

GZ

gagas

gagaf

sincos

sincos

(3.6)

Literatura de specialitate [18, 21, 48] introduce i aa-numiiicoeficieni de ncrcare dinamic pe puni, ale cror expresii nu vor mai firedate n continuare, ei avnd importan mai mare n calcululorganologic al punilor autovehiculelor cu mase mari i variaii importanteale acestora (de exemplu, autocamioane).

a b

L

hg

RrsRrf

XsXf

Zf

Zs

CG Rd

Gacos

GasinGa

B

A

Ra

v

Fig. 3.1 Forele care acioneaz asupra unui automobiln cazul general


23

Cum s-a fcut ipoteza c autovehiculul are traciune integral, lademarajul maxim (cnd roile ambelor puni ating simultan limita deaderen, aceeai la ambele puni) fora maxim de traciune este datde suma forelor maxime de aderen de la roile celor dou puni i areexpresia:

cosGF amaxt = (3.7)Scriind ecuaia de momente fa de centrul de greutate i neglijnd

rezistena aerului, se pot obine expresiile celor dou reaciuni normale lacalea de rulare, dup prelucrri succesive:

+=

=

cosL

hLaGZ

cosL

hLbGZ

gas

gaf

(3.8)

Trebuie fcut meniunea c, n aceste relaii, produsul ghf . a fostneglijat, avnd valori mult mai mici dect mrimile a i respectiv b cu carear fi trebuit nsumat [18, 41]. De asemenea, a fost neglijat rezistena larulare.

n cazul frnrii la limita de aderen, aprut simultan i la aceeaivaloare la toate roile, se poate folosi tot figura precedent, cu meniuneac rezistena la demaraj i reaciunile tangeniale i schimb sensurile.Astfel, fora maxim de frnare are expresia:

cosGF amaxf = (3.9)Scriind, i n acest caz, ecuaia de momente fa de centrul de

greutate, se obin reaciunile normale la calea de rulare (n aceleaiipoteze ca n cazul precedent):

=

+=

cosL

hLaGZ

cosL

hLbGZ

gas

gaf

(3.10)

n calculul sistemului de frnare, este util determinarea coeficientulde repartiie a forei de frnare ntre cele dou puni [14, 41] careconduce la expresiile: fff FF = i ( ) ffs FF = 1 . n aceste relaii, ffF i

fsF reprezint fora de frnare dezvoltat la puntea fa, respectiv spate,iar fF este fora total de frnare. Valoarea optim a coeficientului derepartiie este cea corespunztoare situaiei n care ambele puni ajung


24

la blocare simultan, iar aceasta se determin prin calculul raportului

forelor de frnare de la cele dou puni, g

g

s

f

fs

ff

hahb

ZZ

FF

+=== 1 , de

unde:

Lhb g += (3.11)

care ilustreaz dependena coeficientului de repartiie de valoareacoeficientului de aderen i de poziia centrului de greutate.

3.2.1.2 Cazul autovehiculului cu mai multe puni motoare

La transportoarele cu mai multe puni, toate motoare i cususpensii independente, determinarea reaciunilor normale n condiii demicare este mai dificil, deoarece numrul reaciunilor normale ale ciide rulare este mai mare dect numrul ecuaiilor de echilibru dinamic.Pentru ridicarea nedeterminrii, n afara ecuaiilor exterioare de echilibru,trebuie luate n discuie i condiiile de echilibru ale forelor ce provoacdeformarea elementelor suspensiei [18, 21]. Figura 3.2 prezint cazulgeneral de deplasare a unui transportor blindat 8x8.

Schema de calcul admite c suspensia are caracteristica elasticliniar, iar caroseria ocup poziia II-II sub influena forelor imomentelor exterioare, ce face unghiul cu poziia I-I a carcasei nstare liber, paralel cu calea de rulare.

Ra

haf1

fn

I

I

II

II

hg

Fd

Ft1Z1

Rf1

FtnZn

Rfn

l1

ln

a

Gacos

Gasin

Fig. 3.2Forele care acioneaz asupraunui automobil cu mai multe

puni motoare, n cazul generalal deplasrii pe o pant de

unghi


25

Ecuaia de echilibru pe direcia de deplasare (n ipoteza csuspensia se deformeaz dup direcia normal la calea de rulare) seexprim prin relaia:

==

+++=n

ii

n

iadai ZfsinGFRX

11 (3.12)

iar pe direcia normal la cale are forma:

cosGZ an

ii =

=1(3.13)

n relaiile de mai sus, pentru cele n puni, forele iX i tiF sntparalele cu calea i reprezint rezistenele la naintare i respectiv forelede traciune, n timp ce iZ snt reaciunile normale la calea de rulare.Coeficientul de rezisten la rulare a fost notat cu f , fora de inerie cu

dF iar momentele de rezisten la rulare au fost neglijate. De asemenea,aF reprezint rezistena aerului. Unele lucrri [21] mai introduc, pentru

generalizare, i o for la crligul de remorcare.Prin scrierea ecuaiei de momente fa de centrul petei de contact

cu solul al roilor punii din fa, se obine [18, 21]:

AlZn

iii =

=2(3.14)

n care ( ) aagad hRhsinGRcosaGA +++= (notaie fcut pentrusimplificarea calculelor ulterioare).

Notnd cu ik constanta elastic a ansmablului suspensiei (inclusivpneul) pentru puntea i , se poate scrie expresia reaciunilor normale lacalea de rulare:

iii zkZ = (3.15)n care iz este sgeata suspensiei pe puntea i .

Conform figurii 3.2, tglzzi 11 += , iar expresia anterioar devine:( )tglzkZ iii += 1 (3.16)

iar suma (3.13) se poate scrie desfurat:( ) ( ) ( ) cosGtglzk...tglzk...tglzkzk annii =++++++++ 1121211sau grupnd termenii i rescriind restrns:

= =

=+n

ia

n

iiii cosGlktgkz

1 21 (3.17)


26

iar relaia (3.14) devine:

= =

=+n

i

n

iiiii Alktglkz

2 2

21 (3.18)

Folosind aceste ultime dou relaii, se pot determina parametrii 1zi tg :

2

22

2

1

22

2

1

=

===

==n

iii

n

iii

n

ii

n

iii

n

iiia

lklkk

lkAlkcosGz

(3.19)

2

2

2

2

2

1

21

=

===

==n

iii

n

iii

n

ii

n

iiia

n

ii

lklkk

lkcosGkAtg

(3.20)

Utiliznd relaiile (3.19) i (3.20), relaia (3.16) care d expresiageneral a reaciunilor normale iZ devine:

2

22

2

1

2222

2

+

=

===

====n

iii

n

iii

n

ii

n

iiia

n

iii

n

iii

n

iiia

ii

lklkk

lkcosGkAllkAlkcosGkZ

(3.21)

Cum, n mod obinuit, rigiditatea tuturor elementelor suspensieieste aceeai, respectiv kkkk ni ===== ......1 , relaia de mai sus devine:

2

22

2

222

2

+

=

==

===n

ii

n

ii

n

iii

n

iii

n

iia

i

lln

lnlAlllcosGZ

(3.22)

Pentru a putea utiliza convenabil relaia anterioar, se va lua ndiscuie termenul A [21]:


27

Conform (3.12), rezistena la accelerare are expresia:

++=

==

n

iiaa

n

iid ZfsinGRXR

11 sau, innd cont de proiecia forelor

normale pe calea de rulare (3.13), ( )[ ] cosfsinGRXR aani

id ++= =1

.

nlocuind cu expresia, astfel obinut, a rezistenei la accelerare ntermenul A , i fcnd observaiile c ahf g


28

n cazul real, aceti factori acioneaz de cele mai multe ori,concomitent, dar n calcule influena lor se analizeaz separat, urmnd afi aplicat principiul superpoziiei efectelor atunci cnd se doresc calculeprecise.

3.2.2.1 Stabilitatea lateral n staionare

Literatura de specialitate [18] definete sigurana n staionare ca fiind raportul dintre momentul stabilizator i momentul de rsturnare,conform fig. 3.3 i relaiei (3.26).

py

a

py

a

hB

FG

hF

BG

212 == (3.26)

n care yF este fora lateral, ph este nlimea centrului de presiune iarB este ecartamentul.

Momentul de stabilizare scade cu nclinarea transversal i seanuleaz cnd verticala centrului de greutate trece prin punctul decontact al roii dinspre piciorul pantei, unghiul maxim fiind dat de

ghBarctg

2max= , caz n care sigurana n staionare devine nul, 0= .Totui, stabilitatea n staionare este dat i de aderena lateral a

pneurilor ayy GF , a crei depire conduce la deraparea lateral avehiculului.

Mai trebuie, ns, menionat faptul c rsturnarea, dac apare, eava fi ntotdeauna precedat de derapare, cu excepia cazurilor n care nzona petei de contact cu solul a roilor dinspre piciorul pantei nu exist oproemine ce se constiuie ntr-un punct de sprijin care s favorizezersturnarea.

hp

Fy

CGCP

hg

Zs Zd

Ga

BZs

Zd

CP

hp

Fy

Ga

Fig. 3.3 Stabilitateastatic pe o cale derulare orizontal ipe una nclinat cu

unghiul


29

3.2.2.2 Stabilitatea lateral la deplasarea n curbe

La deplasarea pe ocurb de raz R cu vitezatangenial v , apare o forcentrifug a crei expresiegeneral este dat de

Rv

gGF ac

2= . Pe msur ce

fora centrifug crete, vaaprea mai nti o derapare,atunci cnd ea atinge saudepete valoarea adereneilaterale conform relaiei:

ayDa

cD GRv

gGF =

2 (n care

indicele D corespundere fenomenului de derapare) sau cnd vitezadepete limita

RgvD = (3.27)pe o cale de rulare cu nclinare transversal nul. n cazul unei ci cunclinare transversal (supranlare exterioar virajului), autovehicululva derapa atunci cnd rezultanta vectorial a greutii proprii i a foreicentrifuge va forma cu verticala unghiul + (unde arctg= - unghiulde aderen). n acest caz, limita vitezei de derapare este:

( ) += tgRgvD (3.28)Trebuie fcut observaia c relaiile anterioare snt valabile n

ipoteza c fora centrifug este repartizat pe roi n acelai raport ca isarcinile pe punte i c asupra roilor nu mai acioneaz nici o alt for.n caz contrar, se procedeaz mai nti la repartizarea forei laterale peroi i se determin pentru fiecare roat condiia deraprii.

Autovehiculul se rstoarn pe o cale orizontal atunci cnd foracentrifug produce un moment de rsturnare mai mare sau cel puin egal

cu cel de stabilitate, 2

2 BGhRv

gGhF agRagcR = sau cnd viteza depete

limita:

max2tgRg

hgRBv

gR == (3.28)

hg

CG

B

Ga

RD

RR

FcD FcR

Fig. 3.4 Stabilitatea dinamic la deplasarea nviraj pe o cale de rulare nclinat cu unghiul


30

i nu a derapat mai nainte. n relaiile anterioare, indicele R a fost folositpentru rsturnare.

Pe o cale cu supranlare lateral, vehiculul se rstoarn atuncicnd rezultanta vectorial a forei centrifuge i a greutii trece prinpunctul de contact al roii exterioare virajului cu calea, nainte de a se

produce deraparea. Din fig. 3.4 rezult 2RcR

a

vgR

FGtg == iar

( )Bh

tg g2=+ , de unde 2

RvgRtg = . Viteza limit de rsturnare va fi, prin

urmare, prin prelucrri succesive [18, 41]:

tgBhtghB

Rgvg

gR

+=2

2(3.29)

Trebuie fcut observaia c relaiile anterioare snt valabile nipoteza c fora centrifug este repartizat pe roi n acelai raport ca isarcinile pe punte i c asupra roilor nu mai acioneaz nici o alt for.n caz contrar, se procedeaz mai nti la repartizarea forei laterale peroi i se determin pentru fiecare roat condiia deraprii.

3.3 ECUAIA GENERAL DE MICAREA TRANSPORTORULUI BLINDAT

Pentru determinarea performanelor oricrui autovehicul seutilizeaz ecuaia general de micare a acestora. Relaia de calcul,cunoscut sub aceast denumire, se obine prin utilizarea expresiilordiferitelor fore ce acioneaz pe direcia de micare, aa cum au foststabilite la 3.1 i schema de ncrcare din fig. 3.1, n care tsf FXX =+este fora de traciune:

( )[ ]2KAvcosfsinGFGg

dtdv

ata

+= (3.30)

sau, notnd cu ( ) 2KAvcosfsinGR a += suma tuturor rezistenelorla naintare:

( )= RFGgdtdv ta (3.31)Pornind de la aceast relaie general, scris sub forma (3.30),

literatura de specialitate definete mai multe caracteristici cu ajutorulcrora se pot determina performanele autovehiculelor. Cele maiimportante snt:


31

caracteristica de traciune, ce se poate trasa grafic cu ajutorulrelaiei:

( ) 02 =

+++dtdv

gGKAvcosfsinGF aat

(3.32) caracteristica dinamic, ce se poate trasa grafic cu ajutorul

relaiei:

dtdv

gsincosf

GRFD

aat ++== (3.33)

Cu aceste caracteristici se pot determina vitezele maxime,acceleraiile maxime i pantele maxime abordabile pentru fiecare etaj altransmisiei, precum i timpul i spaiul de demaraj ale autovehiculului[18, 21, 41].

n cazul n care autovehiculul este echipat cu o transmisiemecanic, n trepte, expresia forei de traciune este dat de relaia

Tr

Timt r

iMF = , n care: mM - momentul motorului la plin admisiune; Tii - raportul total de transmitere n etajul i ; rr - raza de rulare a roii motoare; T - randamentul global al transmisiei.

Dac autovehiculul este echipat cu transmisie hidromecanic(ceea ce implic existena unui agregat hidrodinamic i a unei cutii deviteze n trepte, de obicei n construcie planetar), ecuaia general demicare a autovehiculului devine:

( )= RFGgdtdv ta '' (3.34)n care:

=

+

+++=n

j r

r

ah

hhTM

r

TM

a r

I

Ggk

dvdiviII

r

iGg j

ii

12122

2

1' - coeficientde influen a maselor aflate n micare de rotaie;

iTMi - raportul de transmitere al seciunii mecanice a

transmisiei;

iTM - randamentul seciunii mecanice a transmisiei (de obiceidiferit de la treapt la treapt, datorit construciei planetare acutiei de viteze);


32

1I - momentul de inerie al pieselor solidare cu pompahidroagregatului;

2I - momentul de inerie al pieselor solidare cu turbinahidroagregatului;

hi - raportul de transmitere al hidroagregatului, variabil n modcontinuu n funcionare ;

P

Th M

Mk = - raportul de transformare al hidroagregatului, caraport dintre momentul la turbina i respectiv momentul lapompa acestuia, variabil n mod continuu n funcionare;

jrI - momentul de inerie al roii j a autovehiculului;

hTMr

TMmt kr

iMF

ii ='

3.4 DETERMINAREA PERFORMANELOR DINAMICE

Performanele dinamice ale oricrui autovehicul snt cele carecaracterizeaz calitile n deplasare ale acestuia. Cnd se discutdespre ele, literatura de specialitate face referin la viteza maxim,acceleraii, timp i spaiu de demaraj, timp i spaiu minim de frnare, ila consumul de combustibil. n general, acest ultim parametru este maidificil de determinat, deoarece este necesar cunoaterea caracteristiciide consum specific, livrat de fabricantul motorului, iar parametriicapacitii de frnare se determin foarte uor [18, 21, 41].

Pentru determinarea performanelor exist mai multe metode.Computerele au fcut ca metoda analitic s fie n exclusivitate aplicat,aadar, ea va fi pe scurt prezentat n continuare.

3.4.1 Determinarea funciilor analitice

Se scrie ecuaia diferenial de micare a automobilului sub forma:

( )= RFGgdtdv ta i se stabiliesc relaii analitice pentru fora detraciune i rezistenele la naintare n funcie de viteza de deplasare aautovehiculului.

Suma rezistenelor la naintare, ca funcie de vitez, areexpresia ( ) 2cossin KAvfGR a ++= iar fora de traciune estecorelat de momentul motor prin expresia T

r

Tmt r

iMF = , legtura dintre


33

turaia motorului i viteza dedeplasare fiind dat de

Tinv 1

30= . Se cunoate, din

specificaia motorului, curbade moment la plinadmisiune sau poate firidicat la bancul de probe(conform fig. 3.5). Sefolosete tronsonul de curbdintre punctele A i B, carese aproximeaz cu parabolacare trece prin aceste doupuncte, avnd maximul npunctul A corespunztormomentul maxim. Punctul B corespunde momentului la care putereamotorului este cea nominal. Ecuaia acestei parabole este de forma

kxy 22 = , conform noului sistem de coordonate, iar 2k este distana

focal AF . Prin urmare, coordoantele unui punct oarecare C de peparabol vor fi MMx maxm = i 1nny = . Cu acestea, relaia paraboleice trece prin punctul A devine:

( )21nnpMM maxm = (3.35)Se determin parametrul p punnd condiia ca parabola s treac

i prin punctul B, adic:

( )21nnMM

pnom

nommmaxm

= (3.36)

iar expresia forei de traciune, trecnd de la turaia motorului la viteza de

deplasare cu ajutorul relaiei Ti

nv 130= , i de la momentul motor la fora

de traciune cu relaia TrT

mt riMF = , devine:

2222

3030230 vri

ripvv

ri

rip

riv

ripMF T

rT

rT

crTrT

rT

TrT

crrT

maxmt

+

=

(3.37)

Mm

Mm max

nnomn

A

B

x

y

C(x,y)

FM

nmn1

Mm nom

Fig. 3.5 Caracteristica motorului la plin admisiune


34

n care s-a notat cu crv viteza corespunztoare turaiei 1n de momentmaxim (viteza critic [18]). Mai mult, dac se fac notaiile:

ariv

ripM T

rT

crrT

maxm =

230

bvri

rip crT

rT

rT =

2302

cri

rip T

rT

rT =

230

atunci ecuaia devine:2vcvbaFt ++= (3.38)

Cu aceast expresie a forei de traciune, nlocuind n ecuaia

general de micare scris sub forma ( )= RFGgdtdv ta i grupndtermenii, se obine:

( ) ( )[ ]2vKAcvbGaGg

dtdv

aa

++= (3.39)Fcnd notaiile [41] QGa a = , Sb = i TKAc = ea devine:

( )2TvSvQGg

dtdv

a++= (3.40)

3.4.2 Determinarea vitezei maxime

La viteza maxim 0=dtdv iar rdcina real, pozitiv i maxim a

ecuaiei (3.40), reprezint viteza maxim a autovehiculului, n [m/s].

3.4.3 Determinarea timpului i spaiului de demarare

Timpul de demarare este intervalul de timp necesar ca automobiluls-i mreasc viteza de deplasare ntre dou valori prestabilite, iarspaiul de demarare e acel spaiu parcurs de autovehicul n acest timp.

Ecuaia (3.40) are rdcinile 1v i 2v . Cu ajutorul lor, trinomul degradul doi din parantez se mai poate scrie i sub forma

( )( )212 vvvvTTvSvQ =++ , deci ecuaia general de micare aautovehiculului va avea noua form de exprimare:


35

( )( )21 vvvvGgT

dtdv

a= (3.41)

n aceast ecuaie se separ variabilele i se aplic integrarea,

obinnd timpul de demarare ( )( ) == nvvanttd vvvv dvTgGdtt 0 210 . n fine,integrnd, se obine expresia final a timpului de demarare:

( )( )( )( )( )n

nad vvvv

vvvvlnvvTg

Gt

= 201021

21

(3.42)

Cum

nn

vv vvvv

n 2

1lnlim2

nseamn c i timpul de demaraj tinde

spre infinit pe msur ce viteza de deplasare tinde spre viteza maxim.Prin urmare, timpul de demaraj se determin numai pn la o vitez de90% din viteza maxim.

Pentru calcularea spaiului de demarare se face schimbarea de

variabil ds

vdvdtds

dsdv

dtdv == i utiliznd relaia (3.41) se obine:

( )( )21 vvvvvdv

TgGds a =

(3.43)

care, integrat pe intervalul [ ]ds,s 0 , va da ( )( ) = nvvad vvvv vdvTgGs 0 21 .n fine, integrnd relaia anterioar se obine expresia spaiului dedemarare sub forma:

( )

= 02

22

011

121 vv

vvlnvvvvvlnv

vvTgGs nnad

(3.44)

3.4.4 Cazul autovehiculelor echipatecu transmisii hidromecanice

Datorit proceselor de alunecare relativ dintre pompa i turbinahidroagregatului, determinarea timpului i spaiului de demaraj n cazulacestor autovehicule comport dificulti suplimentare. Demarajulcuprinde dou faze, prima dintre ele fiind de obicei neglijat, deoarecealunecrile relative foarte mari din hidroagregat fac dificil determinareaprecis a acestor parametri. De aceea, de obicei, n aceste cazuri, vitezade la care se pornesc determinrile este de aproximativ 510 km/h.Ecuaia general de micare pentru aceste autovehicule are forma (3.34)


36

iar fora de traciune este dat de hiTMriTM

mt kri

M'F = . Rezistenele lanaintare au aceeai form cu cea corespunztoare autovehiculelor cutransmisii clasice (evident c nu depind de soluia constructiv atransmisiei).

Coeficientul ' de influen a maselor aflate n micare de rotaie, edat de relaia

=+

+++=

n

j r

jr

ah

hhiTM

r

iTM

a r

I

Ggk

dvdiviII

r

i

Gg'

12122

2

1 . Maiconvenabil, ns, n desfurarea calculelor ar fi s se lucreze cu

derivata TP

dndn , unde Pn este turaia pompei hidroagregatului iar Tn este

cea a turbinei. Cunoscnd c TMr

T irv= , derivnd n raport cu timpul

cele dou turaii (folosind schimbarea de variabil pentru turaia pompei

dtdv

dvd

dtd PP = ) i fcnd raportul lor, se obine

TM

rP

T

Pir

dvd

dd = . Se

cunoate ns c TMhr

hTP iirvi == care prin difereniere conduce la

( )hhr

TMP divdvir

id += . nlocuind cu aceast relaie n raportul

diferenialelor vitezelor unghiulare se obine T

Phh

T

Pdndn

dvdivi

dd =+= . n

consecin, relaia lui ' devine:

=

+

++=

n

j r

r

aTM

r

TM

T

Ph

a r

I

Gg

riI

dndnkI

Gg j

122

2

211' (3.45)

Cu expresiile forei de traciune, a coeficientului de influen almaselor n micare de rotaie determinate mai sus i cu ajutorulcaracteristicii adimensionale a hidroagregatului (pentru determinarea

raportului T

Pdndn ) se pot determina viteza maxim, spaiul i timpul de

demaraj conform metodologiei prezentate la autovehiculele echipate cutransmisii clasice. Se poate face aproximaia satisfctoatre c, pentru

autovehiculele echipate cu hidroambreiaj (cazuri destul de rare), 0=T

Pdndn

iar coeficientul ' se va modifica corespunztor.


37

3.5 MANIABILITATEA TRANSPORTORULUI BLINDAT

Maniabilitatea oricrui autovehicul reprezint proprietatea acestuiade a se nscrie i de a se menine cu uuin pe traiectoria comandatde ctre conductorul su, indiferent dac deplasarea este rectilinie saucurbilinie. Maniabilitatea n deplasarea rectilinie presupune viteze ridicatei luarea n considerare a elasticitii transversale a pneurilor, careconduce la fenomenul de deriv a pneurilor n prezena unor foretransversale. Ea nu face obiectul acestei prezentri, care se va ocupanumai de elemente ale maniabilitii n viraj.

Pentru studiul maniabilitiin viraj se face apel la schemadin figura 3.6, care reprezintvirajul unui automobil cu doupuni, din care cea din fa esteviratoare. Schema se poateextinde cu uurin i laautomobilele cu mai multe puniviratoare, indiferent de numruli poziia lor pe autovehicul.

Pentru ca automobilul sse nscrie corect n viraj estenecesar ca roile de direcie sexecute deplasarea pe traiectoriicirculare, concentrice, n jurul centrului instantaneu de viraj O. Condiiaeste exprimat prin ei > .

Din triunghiurile OMP i ONQ se determin:

OPL

OPMPtg i == i OQ

LOQNQtg e ==

de unde rezult condiia de virare corect, fcnd aproximaia Bb :

LB

LOPOQctgctg ie == (3.46)

Razele de viraj se vor determina cu relaiile:

tgLR

tgLR

tgLR

ee

ii === ;; (3.47)

unde 2

ei += este unghiul mediu de viraj.

e iRi

R

Re

B

bL

M N

P Q

O

Fig. 3.6 Schemavirajului

automobilului


38

3.6 OSCILAIILE TRANSPORTORULUI BLINDAT

n deplasarea lor, autovehiculele snt supuse la o multitudine deocuri i oscilaii care provin de la calea de rulare i de la soluiaconstructiv a suspensiei. Suspensia va fi cu att mai mult solicitat cuct este vorba, prin excelen, de autovehicule de teren.

Principalele micri oscilatorii pe care le efectueaz un automobilsnt:

- Oscilaii n jurul axei longitudinale sau oscilaii de ruliu;- Oscilaii n jurul axei transversale sau oscilaii de tangaj;- Oscilaii n lungul axei verticale sau oscilaii de sltare.Aceast enumerare nu elimin toate posibilitile de micare n

raport cu numrul total de grade de libertate ale sistemului dar micrileprezentate snt cele mai importante. Mai mult, unele din cele omise dinenumerare dar posibile teoretic, snt interzise prin construciaelementelor de fixare a suspensiei la corpul autovehiculului.

Pentru rezolvarea complet a tuturor ecuaiilor de micare estenevoie de un sistem complex i de un volum de calcul care nu estejustificat mai ales n faza preliminar de proiectare. Prin urmare, se valucra cu un sistem simplificat, cu numai dou grade de libertate (fa de18, care ar rezolva integral problema unui autovehicul cu dou puni [1])iar pentru nceput se va trece n revist studiul oscilaiilor unui sistemoscilant cu un singur grad de libertate.

3.6.1 Studiul oscilaiilor unui autovehiculconsiderat ca un sistem cu un singur grad de libertate

3.6.1.1 Oscilaii libere

Micarea corpului are loc pe vertical, dupaxa z. Poziia I corespunde strii libere a arcului,poziia II corespunde strii comprimate cu sgeata

0z sub influena greutii suspendate gmG 2= iarpoziia III este o poziie curent de oscilaie. nsistemul de fore mai apar fora de inerie iF i foraamortizorului aF . Masa 1m corespunde maselornesuspendate (roile, punile i parteanesuspendat a componentelor suspensiei). Oanaliz precis a sistemului presupunea luarea nconsiderare a masei nesupsendate i ar duce laconcluzia c, cu ct masa nesuspendat ar fi maimic n raport cu cea suspendat, cu att influena

m2

II

III

I

G+kz+Fa

G-Fi

z0

v

k2

m1

k1

c

z2

z1

Fig. 3.7 Schema de calcul


39

ei asupra comportamentului suspensiei ar fi mai puin important. Dinaceste considerente, n mod obinuit, masa suspendat se neglijeaz ncalcule, cu att mai mult cu ct i rigiditatea 1k a pneurilor este substanialmai mare dect a elementului elastic. n acest caz, sistemul simplificatpoate fi interpretat ca avnd un singur arc, de rigiditate echivalent

21

21kk

kkk += , arcurile fiind montate n serie.Considernd z sgeata sistemului simplificat echivalent, innd cont

c fora amortizorului este o funcie liniar de vitez sub forma dtdzcFa =

(unde c este coeficientul de amortizare vscoas), mprind ecuaia cu

masa echivalent m i fcnd notaiile 2=mc (factorul de amortizare) i

2=mk (ptratul pulsaiei proprii) atunci ecuaia de echilibru a sistemului

din fig. 3.7 se scrie, sub form diferenial:

02 222

=++ zdtdz

dtzd (3.48)

iar ecuaia ei caracteristic are soluiile 222,1 =r .n cazul = , coeficientul de amortizare vscoas devine

coeficient critic de amortizare, rezultnd din relaia mk

mccr === 2

,

adic mkmccr 22 == . Cnd amortizorul are coeficientul de amortizarecritic, amortizarea oscilaiilor va fi cea mai rapid. n mod uzual,amortizoarele au coeficieni de amortizare care ndeplinesc relaia

crcc 3,0...2,0= . Pulsaia proprie a unui astfel de sistem amortizat este

dat de relaia 2

2 11

==

crcc , unde s-a notat cu

crcc=

raia de amortizare.n cazul n care 022


40

iar = se numete coeficient de aperiodicitate i caracterizeaz

mrimea relativ a rezistenei amortizorului.Frecvena oscilaiilor se determin cu relaia:

22

22 == (3.49)iar perioada oscilaiei cu relaia:

22

21

==T (3.50)

relaie care arat c amortizoarele micoreaz frecvena oscilaieisistemului, efectul crescnd cu , adic cu constanta c a amortizorului

=mc

2 .

Pentru determinarea constantei A din soluia ecuaiei diferenialese pune condiia la limit: pentru 00 =t elongaia este nul, i deci 0=Aiar ecuaia devine:

tsinBez t = (3.51)Semnul negativ al exponentului arat c oscilaia se amortizeaz

cu att mai rapid cu ct , adic c , este mai mare. Raportul a douamplitudini succesive este

21 e

zzd

ii == iar logarimul lui natural

2122

==dln (3.52)

(n care s-a nlocuit cu relaia lui ) se numete decrement logaritmic alamortizrii. Din aceast ultimrelaie se poate scrie

dln2241

1

+= , ecuaie ce permite

determinarea coeficientului deaperiodicitate atunci cnd secunoate decrementul logaritmic,posibil a fi determinat pe caleexperimental prin msurarea adou amplitudini succesive a

z

z1

z2

2=T

T/4

t

Fig. 3.8 Oscilaii amortizate


41

sistemului amortizat. n fig. 3.8 este redat variaia elongaiei unui sistemoscilatoriu amortizat cu un amortizor hidraulic.

Valoarea lui d nu trebuie s fie prea mare (prin urmare, a lui c )deoarece amortizorul s-ar comporta ca un rigid iar corpul autovehicululuiar prelua ocuri mari la denivelri. La transportoarele moderne, pe primaperioad de oscilaie, amorizorul preia aproximativ 9298% din energiatransmis prii suspendate, ceea ce corespunde unui decrementlogaritmic n limitele 3,722,4 [18].

Pentru determinarea constantei B de integrare din soluia ecuaieioscilaiei se pune condiia ca elongaia 1z s apar dup un sfert deperioad ( 4/T ) de la 00 =t . Cu aceasta, (3.51) devine:

tsinezzt

=

2

1 (3.53)

Derivnd succesiv aceast ultim ecuaie, se obine: Viteza deplasrii verticale:

( )tsintcosezdtdz t

=

2

1 (3.54)

Acceleraia deplasrii verticale:

( )[ ]tcostsinezdt

zd t

21 22122

+=

(3.55)

3.6.1.2 Oscilaii forate

Ecuaia diferenial a oscilaiilor forate ale unui sistem cu un singur

grad de libertate este ptsinFkzdtdzc

dtzdm 02

2=++ , n care termenul din

dreapta red forma sinusoidal a unei fore excitatoare (spre exemplu,denivelrile cii de rulare). Procednd similar cazului anterior i mprindtermenii cu masa m se obine forma:

02 222

=++ tpsinqzdtdz

dtzd (3.56)

unde m/Fq 0= . Ecuaia caracteristic are aceeai form cu a ecuaiei(3.48) i, neglijnd frecrile interne ale elementului elastic, are rdcinile

ir == 222,1 , unde 222 = .


42

Soluia ecuaiei difereniale (3.56) este de forma 21 zzz += , n care1z este soluia ecuaiei difereniale omogene iar 2z este soluia

particular a ecuaiei difereniale neomogene. Cu alte cuvinte, prininterpretarea sensului fizic al acestor soluii, 1z reprezint oscilaiaproprie a sistemului iar 2z este oscilaia forat a sistemului.

Oscilaia proprie a sistemului este dat tot de relaia( )tBtAez t sincos += , tratat anterior, cu parametrii caracteristici

deja analizai (pulsaie, perioad, frecven). Aceast relaie mai poate fiscris i sub forma:

( ) += tsinez tA1 (3.57)n care 22 BA +=A i

BAtg =

Oscilaia forat are expresia:ptsinDptcosCz +=2 (3.58)

de unde, prin derivare se obin:

ptcosDpptsinCpdt

dz +=2 (3.59)

ptsinDpptcosCpdt

zd 2222

2= (3.60)

nlocuind cu ultimele trei relaii n (3.56), se obine:( ) ( )++++ ptcosdptsinCpptsinDptcosCp 22

( ) ptsinqptsinDptcosC =++ 2Procednd la identificarea expresiilor membrilor din stnga i din

dreapta acestei ecuaii, rezult sistemul:

( )( )

==

02

222

22

DpCp

qCpDp

care, prin rezolvare, furnizeaz expresiile termenilor C i D. Cu acesteexpresii se nlocuiete n ecuaia oscilaiei forate (3.58) i aceastadevine: ( )( ) ( ) ptpp qpptpp qpz cos42sin4 2222222222

222

+

+= (3.61)

care se mai poate scrie i sub forma:


43

( )ptsinz2 =B (3.62)n care 22 DC +=B iar

DCtg = .

Prin urmare, micarea forat a sistemului va fi reprezentat deecuaia:

( ) ( )++= pttez t sinsin BA (3.63)Aceast ultim ecuaie arat c

micarea rezultat este o oscilaie censumeaz dou micri oscilatoriiparalele, de pulsaii diferite: oscilaiaproprie i oscilaia perturbatoare.Rezultatul este o oscilaie nearmonic(fig. 3.9) ntreinut. Se poate observa c,n timp, oscilaia proprie se amortizeaz,rmnnd numai oscilaia forat. Se potrecunoate: oscilaia proprie de elongaie

1z , oscilaia forei petrurbatoare deelongaie 2z i n fine, oscilaia ntreinuta crei elongaie este suma celorlaltedou.

Studiul poate continua considerndautovehiculul ca un sistem cu dou gradede libertate, cte un grad de libertatepentru fiecare punte - dac autovehiculular avea dou puni sau mai multe dar reducndu-le la dou puniechivalente. Astfel, se pot lua n discuie i oscilaiile de tangaj. Dacsuspensiile la nivel de punte snt independente, pentru a putea surprindei oscilaiile de ruliu, sistemul va avea cel puin patru grade de libertate,oscilaiile vor fi cuplate iar rezolvarea lui devine din ce n ce mai dificil.Literatura de specialitate [18, 41] ofer metode de rezolvare i pentruaceste cazuri.

3.6.1.3 Parametri pentru aprecierea calitilor suspensiei

Pentru aprecierea calitilor unei suspensii i compararea uneiaaparinnd unui produs cu cea aparinnd altuia, snt propui mai muliparametri de apreciere [18]: frecvena oscilaiei, amplitudinea, viteza,acceleraia i viteza de variaie a acceleraiei deplasrii verticale.

- Frecvena depinde de valoarea sgeii statice a suspensiei, fiindcu att mai mare cu ct sgeata static este mai redus (rigiditate maimare a elementului elastic); frecvenele pe care organismul uman le

z1

z=z1+z2

t

t

t

z2

Fig. 3.9 Oscilaii forateamortizate


44

poate suporta fr probleme snt cele corespunzatoare mersului pe jos(obinuit, pn la alergare, la care organismul este perfect adaptat) fiindcuprinse n gama 13 Hz.

- Amplitudinea 0z a oscilaiei depinde de neregularitile cii derulare i de caracteristicile suspensiei;

- Viteza maxim se determin cu relaia 0max

2 zdtdz = ;

- Acceleraia maxim se determin cu relaia 202

max2

24 z

dtzd = i

este un parametru care permite aprecierea efectelor fiziologiceneplcute. Valorile mari ale acceleraiei presupun apariia fenomenuluide vibraii cu efecte negative asupra esuturilor osoase i musculare, dari o influen negativ asupra componentelor mecanice aleautovehiculului. Valorile mici, nsoite de amplitudini mari ale oscilaieiconduc la rul de main (similar rului de mare), greuri, dureri de cap,chiar leinuri.

- Valoarea maxim a variaiei acceleraiei se determin cu relaia3

03

max3

38 z

dtzd = i este considerat de unii autori [18] ca fiind

parametrul principal de apreciere a calitilor unei suspensii, fiind asimilatinfluenei variaiei presiunii apei asupra organismului.

Ali autori [41] consider c efectul fiziologic asupra organismuluitrebuie discutat corobornd frecvena oscilaiei cu acceleraia acesteia,ntr-un singur parametru numit energia oscilaiei.

Cel mai utilizat criteriu este cel bazat pe energia specific aoscilaei calculat prin analogie cu intensitatea percepiei semnaluluisonor,

0log10

EE= n care E este energia specific (energia oscilaei pe

unitatea de mas

teoria, calculul si constructia tab (vol 1)

Documents