1. VU^NA DINAMI^NOST MOTORNOG VOZILA

Tehnika eksploatacija vozila

2 Kona dinaminostZ

naaj kone dinaminosti rastao je paralelno sa rastom srednje brzine kretanja. Kod transportnih vozila, poveanje proizvodnosti rada zavisi, u velikoj meri, od poveanja srednje brzine kretanja u datim putnim uslovima. Jedan od uslova za poveanje srednje brzine jeste obezbeivanje mogunosti za brzo zaustavljanje vozila. To znai da je vuna dinaminost transportnih vozila uslovljena konom dinaminou, odnosno da su pouzdani i efikasni koni sistemi uslov poveanja srednje brzine kretanja. Znaaj kone dinaminosti je veoma veliki i u odnosu na bezbednost u savremenim uslovima saobraaja. Sve vee brzine kretanja i sve vei broj vozila na putevima zahtevaju od svakog uesnika u saobraaju da se bre prilagodi nastalim situacijama. Vreme i put zaustavljanja vozila postaju sve manji, a brzine kojima se ulazi u proces koenja sve vee.

Poseban znaaj kona dinaminost ima pri kretanju u uslovima smanjene vidljivosti (kretanje nou, magla, kia). U ovim uslovima treba posebnu panju posvetiti brzini kretanja, jer poveanje brzine takoe utie na smanjenje vidljivosti, odnosno na smanjenje rastojanja na kome voza moe da zapazi prepreku na kolovozu i koi. Uticaj brzine kretanja na smanjenje vidljivosti objanjava se vibracijama vozila i svetlosnog snopa po povrini puta. Prema tome, u ovakvim uslovima brzinu kretanja treba odreivati prema duini zaustavnog puta koja je direktno zavisna od vidljivosti i ne moe biti vea od nje.

Kod transportnih vozila kona dinaminost je od velikog znaaja u uslovima estog zaustavljanja. Kada se transportni rad vri na kratkim rastojanjima prevoza robe i putnika (gradski saobraaj, graevinski radovi i sl.) srednja brzina koju je mogue ostvariti (kao i proizvodnost rada transportnog sredstva), bitno zavisi od kone dinaminosti.

2.1 Proces koenja motornih vozilaU procesu koenja uopte, vri se transformacija kinetike energije vozila u toplotnu preko trenja u konom mehanizmu i na povrini dodira izmeu pneumatika i kolovoza. Ova toplota prelazi na okolinu i u energetskom smislu predstavlja gubitak koji se ne moe nadoknaditi u daljem kretanju vozila. Koenje je uvek praeno nepovratnim gubicima energije, pa se moe rei da svako koenje istovremeno znai i poveanje potronje goriva.

Koenje vozila moe da se ostvari na razliite naine:

koenje pomou konih sistema koji prvenstveno deluju na tokove;

koenje motorom koje se koristi kao pomono koenje na duim nizbrdicama;

koenje dejstvom spoljnih otpora (Rf, Rv, Ru);

koenje kombinacijom pomenutih naina.

Koni sistemi se dele na mehanike, hidraulike i pneumatske prema nainu prenosa sile. Najrasprostranjeniji su hidrauliki i pneumatski kod kojih je pritisak u sistemu proporcionalan sili na pedali konice. Sa druge strane, moment koenja je proporcionalan pritisku u konom sistemu, pa se moe napisati da je:

gde je:Pk - pritisak u konom sistemu,Kp - koeficijent proporcionalnosti.

Koeficijent Kp zavisi od velikog broja faktora i razliit je kod razliitih vozila. Meutim, kod jednog odreenog vozila koeficijent Kp se moe smatrati konstantnim. Rezultat delovanja momenta koenja je pojava kone sile Fk u oblasti dodira pneumatika i puta:

Kona sila Fk moe da raste do vrednosti tangencijalne reakcije podloge, odnosno dok ova ne dostigne svoju maksimalno moguu vrednost u datim uslovima, vrednost sile prianjanja.

Koni sistemi savremenih vozila mogu da ostvare momente odnosno sile koenja koje su znatno vee od sile prianjanja u uslovima kretanja po suvom asfaltu ili betonu. Zbog toga, pri ekstremnom koenju esto dolazi do blokiranja i klizanja vozila po putu. U samom procesu koenja mogue je razlikovati dve faze. U prvoj fazi izmeu konih obloga i doboa (diska) deluje sila trenja klizanja, a izmeu pneumatika i puta u zoni dodira deluje sila trenja mirovanja. U drugoj fazi, posle blokiranja tokova izmeu konih obloga i doboa (diska) deluje sila trenja mirovanja, a izmeu pneumatika i puta u zoni dodira deluje sila trenja klizanja. To znai da se posle blokiranja tokova ceo toplotni ekvivalent kinetike energije vozila (podrazumeva se natovareno vozilo) prenosi na okolinu na mestu dodira izmeu pneumatika i puta. Ova toplota dovodi do porasta temperature pneumatika i njegovog omekavanja to smanjuje koeficijent prianjanja. Na osnovu toga, moe se rei da je najvei efekat koenja u momentu koji neposredno prethodi blokiranju tokova, jer je tada mogue ostvariti najvee vrednosti konih sila.

Ako se zna da se maksimalne vrednosti sile prianjanja x za kretanje po suvom asfaltu ili betonu kreu izmeu 0,8 - 0,9 izlazi da bi maksimalna vrednost ukupne kone sile u tim uslovima mogla da iznosi 80 - 90% ukupne teine vozila.

2.2 Jednaina kretanja u procesu koenjaNa narednoj slici (Slika 22) dat je opti sluaj delovanja svih sila u procesu koenja. Horizontalne komponente u odnosu na ravan puta su:

Ftm - sila trenja u motoru svedena na pogonske tokove

Fxx - sila trenja u transmisiji.

Ako uzmemo da se koenje vri samo dejstvom konog sistema, to znai da je motor iskljuen, moemo napisati da je Ftm=0. Zbog naglog smanjenja brzine kretanja u procesu koenja moe se uzeti da je Fv=0. Sila trenja u transmisiji Fxx u odnosu na silu koenja je zanemarljivo mala, pa se takoe moe uzeti da je Fxx=0. Uz ova uproavanja moe se napisati jednaina:

ili zamenom:

gde je - koeficijent dejstva obrtnih masa vozila.

Opti izraz jednaine kretanja pri koenju:

Slika 22. Sile koje deluju na teretno vozilo u procesu koenja

2.3 Izmeritelji kone dinaminosti transportnih vozilaKao izmeritelji kone dinaminosti koriste se usporenje, put i vreme koenja. Njih je mogue posmatrati u sluaju koenja samo pod dejstvom konog sistema to znai da je motor aktiviranjem spojnice odvojen od transmisije odnosno tokova, a mogue ih je analizirati i u sluaju koenja zajednikim dejstvom konog sistema i motora. U ovom drugom sluaju, poveanje usporenja do koga bi dolo konim delovanjem motora, nije znaajno zbog delovanja inercije zamajca. ta vie u odreenim uslovima moglo bi doi i do smanjenja usporenja u odnosu na koenje sa odvojenim motorom. Znaaj korienja motora pri koenju nije dakle u tome to bi se na taj nain poveale vrednosti pokazatelja kone dinaminosti, ve u injenici da se time tedi koni sistem, smanjuje troenje i poveava trajnost. Korienje motora pri koenju korisno je kod dugakih spustova, ali i na putevima sa manjim vrednostima koeficijenta prianjanja. U takvim uslovima poveava se poprena stabilnost vozila zbog ravnomernije raspodele konih sila na pogonske tokove. U vezi sa tim, posmatrae se pokazatelji kone dinaminosti u sluaju koenja pod dejstvom konog sistema sa odvojenim motorom. Tada ukupna kona sila treba da savlada silu inercije vozila. Sa konom silom pri tome sadejstvuju spoljni otpori R (otpor puta) i Rv (otpor vazduha). Polazei od jednaine kretanja moe se napisati da je usporenje:

Vidi se da je usporenje proporcionalno konoj sili i spoljnim otporima, a obrnuto proporcionalno teini vozila i inerciji obrtnih masa. Najvei uticaj ipak ima kona sila. Njena veliina zavisi od konstrukcije i tehnikog stanja konog sistema, kao i od pritiska koji se u njemu razvija u procesu koenja. Veliina usporenja koju je mogue ostvariti u realnim uslovima odreena je i uslovima prianjanja izmeu pneumatika i puta. Najvea vrednost kone sile u optem sluaju, za date uslove prianjanja, odreena je izrazom:

Odavde sledi da je najvee usporenje:

Ako je put bez nagiba (=0) i ako se zanemari uticaj otpora vazduha zbog smanjenja brzine (Rv=0) moe se napisati da je:

Ako se uzme da je (1, a da je g(10m/s2, kao i da je x znatno vei od fx, moe se zakljuiti da je najvea vrednost usporenja koju je mogue ostvariti koenjem na svim tokovima jednaka:

To znai da je na dobrom i suvom asfaltnom ili betonskom putu mogue ostvariti maksimalno usporenje od oko 8m/s2. Ovako velike vrednosti usporenja izazivaju neprijatan oseaj kod putnika, kao i poveano troenje konica i pneumatika. U normalnim uslovima koenja vrednost usporenja se kree oko 2m/s2, dok se vrednosti vee od 4,5m/s2 realizuju samo u izuzetnim sluajevima.

Iz poslednjeg izraza za bmax vidi se da, ukoliko se u procesu koenja ne menja koeficijent prianjanja x i vrednost najveeg usporenja ostaje konstantna, to znai da ne zavisi od brzine (Slika 23).

Pri tome je pretpostavljeno da se u procesu koenja potpuno koristi sila prianjanja na svim tokovima. Meutim, poznato je da se potpuno iskorienje sile prianjanja na svim tokovima moe ostvariti samo ako su u procesu koenja kone sile proporcionalne vertikalnim reakcijama podloge na svakoj od osovina vozila. Za vertikalne reakcije se, opet, zna da se menjaju pri maloj promeni usporenja zbog prenoenja osovinskih optereenja. Sledi da bi se i kone sile na pojedinim osovinama morale da menjaju u skladu sa promenama osovinskih optereenja, jer je jedino u tom sluaju mogue puno iskorienje sile prianjanja na svim tokovima. U realnim uslovima, tehnika reenja konih sistema nisu u mogunosti da menjaju vrednosti konih sila po osovinama u skladu sa promenom osovinskih optereenja. To je razlog to se pri ispitivanjima dobijaju vrednosti za maksimalno usporenje koje su manje od vrednosti po izvedenoj formuli. Zbog toga je i uveden koeficijent efikasnosti koenja koji izraava razlike teoretskih i stvarnih vrednosti usporenja. Prema tome, izraz za najvee vrednosti usporenja bio bi:

Ovaj koeficijent je predloio D.P. Velikanov i to za putnike automobile Ke=1,2-1,3, a za teretne i autobuse Ke=1,6-1,8. Treba rei da ovaj koeficijent gubi znaaj, tj. dobija vrednost Ke=1 ukoliko se koenje izvodi u uslovima malog koeficijenta prianjanja (x < 0,4).

Vreme koenja vozila je drugi izmeritelj kone dinaminosti. On se odreuje reavanjem jednaine kretanja po usporenju.

Slika 23. Zavisnost usporenja, preenog puta i vremena koenjaod brzine pri konstantnom koeficijentu prianjanja

Na osnovu grafikog integriranja krive b=f(va) mogue je nai usporenje za nekoliko vrednosti brzina. Isto tako, mogue je odrediti i srednje usporenje u svakom intervalu brzina.

Preko izraza:

mogue je nai prirast vremena t za svaki interval, a njihova suma daje ukupno vreme koenja.

U realnim uslovima kretanja vozila od znaaja je vreme koje protekne od trenutka kada je voza uoio prepreku na putu do trenutka zaustavljanja.

Na narednoj slici (Slika 24) dat je oscilogram na kome se vide promene brzine i usporenja u vremenu, tokom procesa koenja vozila. Sa C - C obeleen je trenutak u kome je voza uoio opasnost. Prema dijagramu, ukupno potrebno vreme za zaustavljanje je

Sva parcijalna vremena koja sainjavaju ukupno potrebno vreme za zaustavljanje odreuju se eksperimentalno, osim vremena tk koje je mogue odrediti i analitiki.

Ako se pretpostavi da se u intervalu tu vozilo kree se usporenjem koje je jednako polovini maksimalnog usporenja (zbog skoro linearnog karaktera poveanja usporenja) moe se napisati da je prirast brzine

Brzina na poetku punog koenja sa maksimalnim usporenjem je onda:

Slika 24. Promene brzine i usporenja u vremenu tokom koenja teretnih vozilaLegenda:tr -vreme reakcije vozaa [s]ta -vreme koje protekne od trenutka delovanja na papuicu konice do trenutka kad pone dejstvo konog sistema [s]tu -vreme prirasta usporenja [s]tk -vreme punog koenja [s]

Kako se vozilo u vremenskom intervalu tk kree jednoliko usporeno bmax, to e se brzina v1 linearno smanjivati do vrednosti v1=0, odnosno do zaustavljanja vozila

Odavde sledi:

a zamenom v1:

Ukupno potrebno vreme za zaustavljanje vozila je:

Vremenski intervali tr , je tzv. subjektivno vreme koje zavisi od vozaa, dok vremenski interval ta i tu zavise od konstrukcije i tehnikog stanja konog sistema. Ova dva vremenska intervala esto se nazivaju i vremena odziva. U literaturi se suma tih vremenskih intervala, koje nije mogue analitiki odrediti ve samo snimanjem raspodela moguih vrednosti, oznaava jednakim simbolom i prikazuje zajedno. Zbog toga je mogue napisati da je:

gde je:

Ako se proces koenja vozila odvija tako da kone sile na svim tokovima dostiu jednovremeno svoje maksimalne vrednosti, tj. vrednosti maksimalnih sila prianjanja, onda je mogue ostvariti i maksimalne vrednosti usporenja:

Odavde sledi i izraz za minimalno potrebno vreme za zaustavljanje vozila:

Uzimajui u obzir koeficijent efikasnosti koenja sledi:

Zaustavni put vozila je trei i najvaniji izmeritelj kone dinaminosti. Odreuje se grafikim integriranjem krive t=f(v), uz pretpostavku da se vozilo kree jednoliko usporeno. Kriva t=f(v) deli se na intervale brzine i za svaki interval odreuje se prirast puta s na osnovu:

Ako se pretpostavi da se u vremenskom intervalu tu (Slika 24) vozilo se kree jednoliko usporeno, usporenjem koje je jednako bsr=0,5bmax, tada je preeni put u tom intervalu vremena:

Put koji vozilo pree u intervalu promene brzine kretanja od brzine va (pri kojoj je voza primetio opasnost) do brzine v1 (brzina na poetku vremenskog intervala punog koenja sa b=bmax), dat je izrazom:

U vremenskom intervalu tk, vozilo se kree sa konstantnim usporenjem bmax sve do potpunog zaustavljanja. Preeni put u tom intervalu je:

Zaustavni put ili put koji vozilo pree od trenutka u kome je voza uoio opasnost do potpunog zaustavljanja mora da uzme u obzir i preeni put u vremenskom intervalu tr i ta (Slika 24). To je period vremena u kome jo nije poeo da dejstvuje koni sistem, pa se vozilo kree brzinom va. Prema tome, zaustavni put je dat izrazom:

Ako se u ovom izrazu zameni v1 i uzme da , dobija se konani izraz za zaustavni put so.

U sluaju potpunog iskorienja sile prianjanja na svim tokovima, mogue je na osnovu jednaine kretanja pokazati da je put koenja sk:

U ovim uslovima i zaustavni put moe da se izrazi jednainom:

Ako i kod izraunavanja puta koenja sk i zaustavnog puta so uzmemo u obzir koeficijent efikasnosti konica, onda e gornji izraz imati oblik:

U literaturi mogu se nai razliite vrednosti za koeficijente efikasnosti konica po vrstama vozila:

laka vozila Ke ( 1,2, preko 1,3, do 1,44 teretna i autobusi Ke ( 1,3 - 1,4, preko 1,6 - 1,8, pa sve do 2,0 - 2,44Kao to se vidi, vrednosti se znatno razlikuju, pa je potrebno izvriti merenje u konkretnim uslovima i dobiti raspodelu moguih vrednosti ovog koeficijenta za praktinu upotrebu.

2.3.1 Raspodela konih sila na osovine vozila

Za ocenu efikasnosti konog sistema transportnog vozila nuno je voditi rauna o uzetim pretpostavkama bilo kod analitikog odreivanja maksimalno moguih vrednosti usporenja, bilo kod eksperimentalnog odreivanja vrednosti specifine kone sile kao pokazatelja kod ispitivanja na probnim stolovima. Maksimalno mogua vrednost usporenja dobija se uz pretpostavku da e u procesu koenja kone sile na tokovima jednovremeno dostii vrednost odgovarajuih sila prianjanja, to u realnim uslovima nije lako postii, osim naravno, na klizavim putevima sa malim vrednostima koeficijenta prianjanja. Sa druge strane, ispitivanja na probnim stolovima ne mogu da obezbede jednake uslove pri koenju u poreenju sa uslovima koji vladaju kod stvarnog koenja na putu. Kao to je poznato u procesu koenja dolazi do promene vrednosti normalnih reakcija puta Zp i Zz zbog dejstva sile inercije vozila Fa. Veliina ovih promena kod jednog vozila proporcionalna je veliini usporenja i to u smislu poveanja vrednosti normalne reakcije Zp na prednjoj osovini, a smanjenja na zadnjoj osovini Zz u odnosu na vrednosti osovinskih optereenja Gp i Gz kod vozila koje stoji. Isti sluaj je bio i kod ubrzanja vozila, samo to je tada dolazilo do rastereenja prednje osovine, a dodatnog optereenja zadnje osovine, isto tako proporcionalnog veliini ubrzanja. Zbog toga su i uvedeni pojmovi koeficijenta promene reakcije:

gde su:

Zn - vrednost normalne reakcije

Gn - odgovarajua vrednost vertikalnog statikog optereenja osovine vozila.

Vrednosti ovih koeficijenata su prema Artamanovu, Ilarionovu i Morinu:

Kod ubrzavanja vozila: mrp=0,65 - 0,70 i mrz=1,20 - 1,35

Kod usporavanja, odnosno koenja: mrp=1,50 - 2,00 i mrz=0,50 - 0,70

Kod koenja vozila na horizontalnom putu ovi koeficijenti dati su kao funkcija koeficijenta prianjanja i poloaja teita:

Slika 25. Koenje teretnog vozila na horizontalnom putu

Da bi se postigla maksimalna efikasnost konog sistema nuno je razmotriti sve faktore koji odreuju mogunosti za puno iskorienje sile prianjanja na svim tokovima u procesu koenja. U tu svrhu razmatrae se sluaj koenja vozila na horizontalnom putu, otpora vazduha i inercije obrtnih masa. Tada se moe napisati (Slika 25)

X = 0:

Y = 0:

M(A) = 0:

Odavde slede izrazi za normalne reakcije podloge:

Ako je uslov za puno iskorienje sila prianjanja, proporcionalnost izmeu tangencijalnih i normalnih reakcija puta sledi:

Iz ove jednaine izvodi se zakljuak da e kod razliitih intenziteta koenja (razliite vrednosti usporenja b) i odnos izmeu tangencijalnih reakcija biti razliit ili ako je taj odnos stalan, onda se puno iskorienje prianjanja u procesu koenja moe da ostvari samo pri jednoj odreenoj vrednosti usporenja b. Kod svakog drugog usporenja u tom sluaju mora doi do blokiranja ili prednjih ili zadnjih tokova, to znai da puno iskorienje sila prianjanja na svim tokovima nije mogue. Ako se zna da realizovane kone sile na tokovima ne mogu biti vee od vrednosti tangencijalnih reakcija, odnosno sila prianjanja, moe se napisati da su u sluaju punog iskorienja prianjanja:

Iz ovih jednaina se vidi da su vrednosti tangencijalnih reakcija linearne funkcije usporenja. Grafiki se mogu prikazati pravama koje na ordinati odsecaju vrednost G1x, odnosno G2 x, a imaju nagib (Slika 26 i Slika 27). Sa druge strane, kone sile su proporcionalne pritisku u konom sistemu, pa se moe napisati da su:

Fkp = Kpp . pkFkz = Kpz . pkgde suKpp i Kpz - koeficijenti proporcionalnosti izmeu konih sila i pritiska u konom sistemu.

Uz ranije pomenute uslove (zanemarivanje sila otpora i inercije obrtnih masa) moe se napisati jednaina kretanja pri koenju po kojoj se sili inercije vozila suprotstavljaju kone sile:

Fa = Fkp + Fkz

Odavde sledi da je:

Kone sile, prema tome, mogu se izraziti jednainama:

Zavisnost konih sila od usporenja na osnovu ovih jednaina moe biti grafiki prikazana kao prave koje prolaze kroz koordinatni poetak sa nagibom i (Slika 26 i Slika 27).

Kod putnikih automobila raspored teina je takav da su osovinska optereenja u statikom stanju priblino ista. U procesu koenja dolazi do rastereenja zadnje osovine i dodatnog optereenja prednje osovine koje je proporcionalno veliini usporenja, pa se zato kod lakih automobila koioni sistemi konstruiu tako da su koni momenti na prednjim tokovima vei za 20-40% od konih momenata na zadnjim tokovima. Zato je prava Fkp iznad prave Fkz.

Slika 26. Raspodela konih sila po osovinama u zavisnosti od usporenja(putnika vozila)

Slika 27. Raspodela konih sila po osovinama u zavisnosti od usporenja(teretna vozila i autobusi)

Kod teretnih vozila i autobusa optereenje zadnje osovine je vee od optereenja prednje, pa se i koni sistemi projektuju tako da su koni momenti na zadnjoj osovini vei. Zbog toga je prava Fkz iznad prave Fkp.

Isprekidane prave tangencijalnih reakcija prikazuju sluaj koenja na putu sa malim koeficijentom prianjanja xhs, kao to moe nastupiti i izvesno poveanje kone sile Fkp ako je hp