POJAZDY SAMOCHODOWE. Badanie właściwości ruchowych pojazdów. Wydział Mechaniczny Politechniki Białostockiej Katedra Budowy i Eksploatacji Maszyn

Transkrypt

1 Wydział Mechaniczny Politechniki Białostockiej Katedra Budowy i Eksploatacji Maszyn Instrukcja do zajęć laboratoryjnych z przedmiotu: POJAZDY SAMOCHODOWE Ćwiczenie nr: PS-13 Badanie właściwości ruchowych pojazdów Kod przedmiotu: MHBMS26005, MHBMN26005 Instrukcję opracował: dr hab. inż. Zbigniew Kamiński Białystok 2016

2 CEL ĆWICZENIA Celem ćwiczenia jest: zapoznanie studentów z metodologią oceny właściwości ruchowych pojazdów i zespołów pojazdów, ze zwróceniem szczególnej uwagi na manewrowość. SPIS TREŚCI 1. WPROWADZENIE Wskaźniki oceny manewrowości pojazdu Specyfika eksperymentalnego i analitycznego wyznaczania wskaźników manewrowości Wyznaczanie wskaźników manewrowości dla zespołu pojazdów METODYKA POMIARÓW Sprawdzenie wiedzy ogólnej Zapoznanie się z poligonem badawczym Przebieg pomiarów WYMAGANIA BHP SPRAWOZDANIE Z ĆWICZENIA PYTANIA KONTROLNE LITERATURA... 9 PROTOKÓŁ POMIAROWY... 9 Instrukcja do zajęć laboratoryjnych 2

3 1. WPROWADZENIE 1.1. Wskaźniki oceny manewrowości pojazdu Pojazd powinien mieć moŝliwość istotnej zmiany kierunku ruchu na ograniczonej drodze. Jest to niezbędne podczas manewrowania w miejscach załadunku i wyładunku na niewielkich powierzchniach, na drogach miejskich charakteryzujących się duŝą ilością (około 70%) zakrętów pod katem 90º. Jazda po łukach odbywa się w tzw. korytarzach, czyli obszarach powstających podczas pokonywania przez pojazd określonej drogi i kreślonych przez najbardziej zewnętrzne (najbardziej wysunięte) punkty obrysu pojazdu przy uwzględnieniu zwisów, lub kreślone przez osie śladów kół zewnętrznych. Grupę właściwości, charakteryzujących moŝliwość pojazdu do zmiany swego połoŝenia (wg zadanego sposobu) na ograniczonej powierzchni w warunkach wymagających ruchu po trajektorii o duŝej krzywiźnie z niewielką zmianą kierunku, w tym i na biegu wstecznym, nazywa się manewrowością. Manewrowość moŝe być scharakteryzowana następującymi wskaźnikami oceny (rys.1): Minimalny promień zawracania pojazdu Rmin. Odległość od środka obrotu do osi śladu opony zewnętrznego koła przedniego przy maksymalnych kątach obrotu kół kierowanych. Zewnętrzny obrysowy (gabarytowy) promień zawracania R gab=rgabmax. Odległość od środka obrotu najbardziej na zewnątrz leŝącego punktu pojazdu (np. koło przednie, zderzak). Rgabmax=Rmin+ Wewnętrzny obrysowy (gabarytowy) promień zawracania R gab=rgabmin. Odległość od środka obrotu najbardziej wewnatrz leŝącego punktu pojazdu. Rgabmin=Rmin- Promienie Rmin (<12m), Rgabmax (<12,5m), Rgabmin (<5,3) charakteryzują powierzchnię niezbędna do manewrowania i skrętu pojazdu. Szerokość korytarza ruchu, szerokość samochodu wg śladów kół skrajnych =Bp. RóŜnica największego i najmniejszego promienia osi śladów koła najbardziej oddalonego i najbliŝszego środka zawracania. Gabarytowa szerokość korytarza ruchu =Bgab. RóŜnica zewnętrznego i wewnętrznego promienia obrysu pojazdu. i (<6,7) charakteryzują szerokość korytarza potrzebnego przy wykonywaniu duŝych skrętów takŝe moŝliwość ruchu w przejazdach o zadanej formy i wymiarach. Jednostkowa siła napędowa Fnj podczas zawracania. Niezbędną do zawracania siłę określa się jako stosunek siły na kołach napędzanych do siły cięŝkości podczas zawracania z promieniem minimalnym lub bliskim minimalnemu, a takŝe z minimalną stabilną prędkością vmin= 5 km/h. Im mniejsza jest jednostkowa siła napędowa, tym mniejsze jest obciąŝenie silnika podczas zmiany z ruchu prostoliniowego na krzywoliniowy z ostrym zawracaniem. Współczynnik wykorzystania siły przyczepności podczas zawracania. Współczynnikiem kµi pojedynczego mostu napędowego podczas zawracania określa się stosunek sumarycznej siły działającej na obwodzie kół do potencjalnej moŝliwej siły przyczepności kół. Im mniejszy jest ten stosunek, tym wyŝsza jest potencjalna moŝliwość pojazdu do wykonania ostrego zawracania, tym mniejsze prawdopodobieństwo utraty manewrowości. Siła na kole kierownicy Fk. Ten parametr jest mierzony przy płynnym skręcaniu kół kierowanych od poło- Ŝenia neutralnego do oporu w jedna i drugą stronę. ZłoŜoność realizacji kierowanego ruchu pojazdu na biegu wstecznym. Dla zespołu pojazdów przedkłada się dwa eksperymentalne wskaźniki manewrowości podczas jazdy na biegu wstecznym: długość drogi przejechanej przy unieruchomionym kole kierownicy do momentu złoŝenia się zespołu; liczba obrotów koła kierownicy na jednostkę drogi podczas kierowanego ruchu zestawu względem linii prostej. Instrukcja do zajęć laboratoryjnych 3

4 Wszystkie wskaźniki oceny manewrowości maja cząstkowy charakter i mogą być wykorzystane do porównawczej oceny jakościowej pojazdów ze względu na to kryterium. Ograniczający wpływ manewrowości na techniczna prędkość ruchu przejawia się szczególnie w warunkach jazdy miejskiej, a na prędkość eksploatacyjną w miejscach przeładunkowych, zazwyczaj wyróŝniających się małymi i niewygodnymi powierzchniami. Rys. 1. Obrysowe promienie zataczania samochodu [4] Przy zawracaniu z małymi prędkościami praktycznie nie występuje znoszenie boczne ogumienia, jeśli osie kół pojazdu przecinają się w jednym punkcie zwanym biegunem zataczania (punkt O na rys.2). Rys. 2. Schemat zawracania pojazdu podczas toczenia kół bez bocznego znoszenia [4] Związek między kątami skrętu kół kierowanych, przy którym zapewnione jest ich toczenie bez poślizgu określa się z trójkątów ONM i OPK: ctgθh=on/nm; ctgθb=op/pk. PoniewaŜ NM=PK=L; NP=MK=lo, to: lo ctgθ H ctgθb = L gdzie: θh, θb kąt skrętu koła zewnętrznego i wewnętrznego, lo rozstaw kół, L rozstaw osi. PowyŜsza zaleŝność jest realizowana przez mechanizm zwrotniczy polegający na połączeniu obu kół przednich trapezowym układem dźwigni. Układ ten, znany pod nazwa układu Jeanteaud lub Ackermana, acz- Instrukcja do zajęć laboratoryjnych 4

5 kolwiek niedoskonały, jest stosowany powszechnie od wielu lat ze względu na swa prostotę i dostateczna dokładność, z jaką spełnia wymagane warunki przy odpowiednim doborze kątów pochylenia ramion trapezu (rys.3). Zazwyczaj współrzędną x punktu E przyjmuje się w przedziale 0,7-0,9L. Dokładność kinematyki układu trapezowego sprawdza się graficznie (rys.3) lub analitycznie. Przy obliczeniach analitycznych, jako kierowalności pojazdu promień zawracania rozumie się odległość chwilowego środka obrotu od osi wzdłuŝnej samochodu. Na schemacie (rys.2) promień skrętu R jest równy odcinkowi OD. Ze związków geometrycznych wynika, Ŝe: 2R L ctgθ H + ctgθb = R = L tgθ gdzie: θ średni kąt skrętu kół kierowanych: 1 ctgθ = ctgθ + ctgθ 2 ( ) H B Wartości maksymalnych katów skrętu wynoszą: Dla samochodów cięŝarowych 39-41º, dla autobusów 50º, dla ciągników rolniczych 50-60º, dla samochodów osobowych 36-40º. Rys. 3. Schemat wyboru parametrów zwrotniczego mechanizmu trapezowego i schemat sprawdzenia mechanizmu trapezowego [4] 1.2. Specyfika eksperymentalnego i analitycznego wyznaczania wskaźników manewrowości Promienie zawracania przedniego zewnętrznego koła kierowanego Rmin i koła wewnętrznego Rwmin do najbliŝej połoŝonego bieguna zwracania określa się bezpośrednio na podstawie pomiaru śladów pozostawionych na równej poziomej, czystej i suchej drodze betonowej lub asfaltowej. Pojazd porusza się po okręgu z maksymalnie skręconymi kołami kierowanymi. Prędkość ruchu jest równa minimalnej ustalonej prędkości jazdy na biegu pierwszym i nie większa niŝ 5km/h. W celu określenia zewnętrznego Rgabmax i wewnętrznego Rgabmin obrysowego promienia zawracania wyznacza się rzuty pionowe na płaszczyznę ruchu najbardziej oddalonych od chwilowego środka obrotu punktów obrysu pojazdu. Mierzy się odległości zewnętrznych z i wewnętrznych w punktów obrysu nadwozia od śladów opon odpowiednich kół. Po eksperymentalnym wyznaczeniu tych parametrów określa się: - zewnętrzny obrysowy promień zawracania: R R + - zewnętrzny obrysowy promień zawracania: R gab max = min gab min = R w min - szerokość korytarza ruchu według śladów kół: '' Bk = Rmin = Rmin z w w Instrukcja do zajęć laboratoryjnych 5

6 - obrysowa szerokość korytarza ruchu: B gab = R R gam max gab min Minimalny promień zawracania przy prędkościach v 5km/h moŝe być wyznaczony z zaleŝności: L Rmin = sinθ H max gdzie: θhmax maksymalny kąt skrętu koła wewnętrznego. Dla pojazdu trzyosiowego minimalny promień zawracania wynosi: ( R + 0,5l ) 2 + ( L 0, C) 2 R o min = 5 gdzie: R promień skrętu samochodu (od bieguna do osi podłuŝnej), lo rozstaw kół, C rozstaw osi kół mostu środkowego i tylnego. Minimalny obrysowy promień zawracania Rgabmin oblicza się z uwzględnieniem zwisu nadwozia, czyli punktu najbliŝej chwilowego środka obrotu. Jednostkowa siła napędowa wynosi: F = R + f G / G nj ( x T 23) p gdzie: Rx wypadkowa siła reakcji podłoŝa w kierunku osi wzdłuŝnej, f współczynnik oporu toczenia, GT23 cięŝar ciągnika przypadający na oś środkową i tylną, Gp cięŝar pojazdu( ciągnika i przyczepy). Współczynnik wykorzystania przyczepności kół przy zawracaniu wylicza się oddzielnie dla kaŝdego mostu: R 2 2 xi + Ryi kµ = Rziµ gdzie: Ri składowe reakcji wzdłuŝnej, poprzecznej i pionowej, µ współczynnik przyczepności. Siłę na kole kierownicy mierzy się za pomocą specjalnego przyrządu podczas zawracania z małymi prędkościami. Jako wskaźnik przyjmuje się wartość średnią z dwóch pomiarów podczas zawracania w prawo i zawracania w lewo: Fk=Fkl+Fkp Wyznaczanie wskaźników manewrowości dla zespołu pojazdów Przy projektowaniu zespołu pojazdów minimalne i gabarytowe promienie zawracania wylicza się analitycznie lub wyznacza graficznie. Na rys.4 pokazano schematy skrętu zestawu pojazd ciągnący-przyczepa i pojazd ciągnący-naczepa. Środek obrotu zespołu pojazdów wyznacza się jako punkt przecięcia osi przednich i tylnych kół. W przybliŝeniu moŝna przyjąć, Ŝe oś na której leŝy punkt obrotu pojazdu trójosiowego przechodzi prze środek odległości między mostami tylnymi. PołoŜenie przyczepy (naczepy) ustala się następująco: ze środka sprzęgu kreśli się łuk o promieniu r1, równy odległości osi zaczepu od osi obrotnicy przyczepy lub tylnej osi naczepy. Do tego łuku prowadzi się styczną przechodząca przez środek obrotu. Punkt A stycznej jest środkiem osi przedniej (mostu) przyczepy lub osi naczepy. W celu znalezienia połoŝenia mostu tylnego przyczepy kreśli się łuk o promieniu r2 (rozstaw osi przyczepy, odległość przegubu od osi naczepy). Jeśli zespół posiada kilka przyczep, ich połoŝenie podczas zawracania określa się w analogiczny sposób. W celu zmniejszenia szerokości korytarza ruchu naleŝy zastosować większa liczbę osi kierowanych, co pokazano na przykładzie naczepy (rys.4-c). Instrukcja do zajęć laboratoryjnych 6

7 a) b) c) Rys.4. Schemat skrętu zespołu pojazdów z: a przyczepą dwuosiową, b naczepą, c naczepą z kołami kierowanymi [4] 2. METODYKA POMIARÓW Zajęcia laboratoryjne powinny przebiegać zgodnie z podaną niŝej kolejnością. Zmiana kolejności wykonywania poszczególnych zadań moŝliwa jest tylko po ustaleniu tego z prowadzącym zajęcia Sprawdzenie wiedzy ogólnej Warunkiem przystąpienia do zajęć jest wykazanie się wiedzą teoretyczną z zakresu tematu zajęć laboratoryjnych. Sprawdzenie wiadomości z zakresu tematu wykonywanego ćwiczenia odbędzie się na podstawie zaliczenia pisemnego po zakończeniu bloku tematycznego Zapoznanie się z poligonem badawczym Próby powinny być prowadzone na odcinku prostej, płaskiej i poziomej drogi, na której lokalne pochyłości nie powinny być większe niŝ 1,5% Przebieg pomiarów W trakcie ćwiczenia naleŝy przeprowadzić następujące czynności: - określić wymiary zespołu pojazdów ciągnik-przyczepa (średnice kół, rozstaw osi, rozstaw kół, maksymalne kąty skrętu, wymiaru gabarytowe nadwozia), - wyznaczyć eksperymentalnie geometryczne wskaźniki manewrowości pojedynczego pojazdu, - wyznaczyć parametry manewrowości pojedynczego pojazdu w sposób analityczno-wykreślny, - wyznaczyć eksperymentalnie geometryczne wskaźniki manewrowości zespołu pojazdów ciągnik przyczepa jednoosiowa, - wyznaczyć parametry manewrowości zespołu pojazdów ciągnik-przyczepa jednoosiowa metodą analitycznowykreślną - dokonać oceny manewrowości pojazdu. Instrukcja do zajęć laboratoryjnych 7

8 a) b) LABORATORIUM POJAZDÓW SAMOCHODOWYCH c) d) Rys..5 Wymiary niektórych typowych samochodów osobowych i cięŝarowych nieobciąŝonych oraz w róŝnych stanach obciąŝenia (wymiary w m): a samochód osobowy mały (masa samochodu wyposaŝonego 600kg); b samochód osobowy klasy średniej (1275kg); c furgon, d samochód cięŝarowy [4]: O, O1, O2, O3 środki masy odpowiednio samochodu nieobciąŝonego, ciągnika, naczepy, ładunku; warianty obciąŝenie pojazdu (w nawiasach podano sumaryczna masę): 1 kierowca (670 kg); 2 kierowca, pasaŝer na przednim siedzeniu i 70kg bagaŝu (810kg); 3 kierowca, 2 pasaŝerów i 70kg bagaŝu (950kg); 4 kierowca (1345kg); 5 kierowca, dwóch pasaŝerów na przednim siedzeniu i 70 kg bagaŝu (1555kg); 6 kierowca, 3 pasaŝerów na tylnym siedzeniu i 70kg bagaŝu (1625 kg) [4] Rys. 6 Podstawowe wymiary ciągnika siodłowego z naczepą (masa ciągnika 3600kg); O, O1, O2, O3 środki masy odpowiednio samochodu nieobciąŝonego, ciągnika, naczepy, ładunku; załadowany ciągnik z naczepą (18250kg) [4] 3. WYMAGANIA BHP Wykonanie pomiarów i przeprowadzanie badań (prób) wiąŝe się z niebezpieczeństwem i moŝliwości powstania wypadków. W celu zminimalizowania tego niebezpieczeństwa studenci i pracownicy zobowiązani są do przestrzegania ogólnych zasad BHP oraz do przestrzegania przepisów porządkowych i organizacyjnych obowiązujących w laboratorium pojazdów. Ponadto, przy wykonywaniu prób z wykorzystaniem pojazdów naleŝy przestrzegać następujących postanowień: Instrukcja do zajęć laboratoryjnych 8

9 a) studenci mogą, posługiwać się elementami wyposaŝenia laboratorium (pojazdem) tylko za zgodą i pod nadzorem prowadzącego zajęcia, b) studenci przygotowują stanowisko do badań (prób) i zgłaszają prowadzącemu zajęcia jego gotowość. Przystąpienie do badań (prób) jest moŝliwe po sprawdzeniu prawidłowości przy-gotowania stanowiska przez prowadzącego zajęcia, c) studenci wykonują, samodzielnie wszystkie czynności związane z przeprowadzeniem badań (prob). Kierowanie pojazdem samochodowym (ciągnikiem rolniczym) przez studenta jest moŝliwe tylko pod warunkiem, ze posiada on odpowiednie uprawnienia (odp. kat. prawa jazdy), d) studenci wykonujący badania (próby) ruchowe pojazdu mają obowiązek ściśle przestrzegać programu badania (próby i dbać o zachowanie bezpieczeństwa innych uŝytkowników drogi, na której odbywa się próba. Wszelkie odstępstwa od postanowień regulaminu Laboratorium pojazdów oraz przepisów BHP i porządkowych zawartych w niniejszej instrukcji będą skutkowały niedopuszczeniem do zajęć bądź usunięciem z zajęć. UWAGA: Przy wykonywaniu badania (próby) naleŝy zachować szczególną ostroŝność! 4. SPRAWOZDANIE Z ĆWICZENIA Sprawozdanie studenckie winno zawierać: - stronę tytułową - cel i zakres ćwiczenia laboratoryjnego - przeprowadzone wymagane obliczenia - wypełniony protokół pomiarowy - wnioski 5. PYTANIA KONTROLNE - Wskaźniki geometryczne manewrowości pojazdu, - Wskaźniki siłowe manewrowości pojazdu, - Wyprowadzić równanie Ackermana, - Badanie manewrowości na biegu wstecznym dla zespołu pojazdów, - Badanie manewrowości na biegu wstecznym dla pojedynczego pojazdu. 6. LITERATURA 1. Reimpell J.: Podwozia samochodowe. Podstawy konstrukcji. WKL, Warszawa 1997, 2. Arczyński St.: Mechanika ruchu samochodu. WNT, Warszawa 1994, 3. Orzełowski S.: Eksperymentalne badania samochodów i ich zespołów. WNT, Warszawa Juziuczuk K., Kamiński Z., Czaban J., Szpica D.: Laboratorium pojazdów: analiza funkcjonalna i zagadnienia ruchu. Oficyna Wydawnicza Politechniki Białostockiej, Białystok Fundowicz P., Radzimierski M., Wieczorek M.: Podwozia i nadwozia pojazdów samochodowych. WSiP, Warszawa PROTOKÓŁ POMIAROWY Instrukcja do zajęć laboratoryjnych 9

10 Białystok, dn Wydział Mechaniczny Politechniki Białostockiej Katedra Budowy i Eksploatacji Maszyn specjalność: konstrukcja i eksploatacja maszyn i pojazdów PROTOKÓŁ POMIAROWY Ćwiczenie nr: Badanie właściwości ruchowych pojazdów i zespołów pojazdów.. data wykonania ćwiczenia podpis prowadzącego