Wydział Mechaniczny Politechniki Białostockiej Katedra Budowy i Eksploatacji Maszyn Instrukcja do zajęć laboratoryjnych z przedmiotu: POJAZDY SAMOCHODOWE Ćwiczenie nr: PS-11 Pomiar mas i wyznaczanie środków mas pojazdów Kod przedmiotu: MHBMS6005, MHBMN6005 Instrukcję opracował: dr inż. Konstanty Juziuczuk dr inż. Jarosław Czaban Białystok 016
ABORATORIUM POJAZDÓW SAMOCHODOWYCH CE ĆWICZENIA Celem ćwiczenia jest: pomiar mas składowych obciąŝających koła osi przedniej i tylnej pojazdu; wyznaczenie połoŝenia środka masy pojazdu z kołami o róŝnej średnicy na osi przedniej i tylnej; wyznaczanie połoŝenia środka masy pojazdu o jednakowych kołach na obu osiach; określenie wpływu wielkości i sposobu rozmieszczenia ładunku na zmianę połoŝenia środka masy pojazdu. SPIS TREŚCI 1. WPROWADZENIE...3 1.1. Określenie połoŝenia środka masy pojazdu o róŝnych kołach na osi przedniej i tylnej...3 1.1.1 PołoŜenie środka masy między osiami kół...3 1.1. PołoŜenie środka masy względem podłoŝa...4 1.1.3 Wyznaczenie kąta pochylenia pojazdu...5 1.. Określenie połoŝenia środka masy pojazdu o jednakowych kołach na obu osiach...5 1..1 PołoŜenie środka masy między osiami kół...5 1.. PołoŜenie środka masy względem podłoŝa...6. PRZEBIEG ZAJĘĆ ABORATORYJNYCH...6.1. Sprawdzenie wiedzy ogólnej...6.. Zapoznanie się z budową stanowiska...6.3. Warunki wykonania ćwiczenia...7.4. Przebieg pomiarów...7.4.1 Pomiar mas składowych...7.4. Pomiar dociąŝenia osi ( do określenia wysokości h środka masy)...7 3. OPRACOWANIE I ANAIZA WYNIKÓW POMIARÓW...7 4. WYMAGANIA BHP...8 5. SPRAWOZDANIE Z ĆWICZENIA...8 6. PYTANIA KONTRONE...8 7. ITERATURA...8 PROTOKÓŁ POMIAROWY...8 Instrukcja do zajęć laboratoryjnych
ABORATORIUM POJAZDÓW SAMOCHODOWYCH 1. WPROWADZENIE Zgodnie z PN-84/S-0014 mierzy się: masę własną pojazdu oraz jego maksymalną masę całkowitą. Dla obu tych wariantów wyznacza się teŝ masy składowe. W przypadku samochodów osobowych zaleca się dodatkowo pomiar masy samochodu z kierowcą i pasaŝerem zajmującym miejsce na przednim fotelu. Dla samochodów towarowo-osobowych pomiary wykonuje się przy dwóch wariantach obciąŝeń, tzn. z samym ładunkiem oraz z ładunkiem i balastami odpowiadającymi masom osób, zamocowanymi w miejscach siedzeń. Do obliczeń przyjmuje się model płaski pojazdu, tzn. reakcje nawierzchni Z1 i Z są sumami reakcji kół lewej i prawej strony pojazdu, np. Z1Z1+Z1P. W przypadku określania połoŝenia środka masy w stosunku do płaszczyzny środkowej pojazdu reakcje ZP i Z równe są odpowiednio: ZP ZPp + ZPt i Z Zp + Zt. 1.1. Określenie połoŝenia środka masy pojazdu o róŝnych kołach na osi przedniej i tylnej 1.1.1 PołoŜenie środka masy między osiami kół Rys.1. PołoŜenie środka masy S między osiami kół: 1- waga, - podstawka kompensacyjna, 3- kliny zabezpieczające (Juziuczuk i in., 011) Z równania momentów względem punktu O1 wyznaczyć moŝna połoŝenie środka masy pojazdu między osiami: m g 0 (1) Z 1 Z () m g 1 1 (3) Położenie środka masy między osiami kół Rys.. PołoŜenie środka masy S między kołami (Juziuczuk i in., 011) Instrukcja do zajęć laboratoryjnych 3
ABORATORIUM POJAZDÓW SAMOCHODOWYCH Z równania momentów względem punktu OP wyznaczyć moŝna połoŝenie środka masy pojazdu między kołami: Z 1 B m g B 0 (4) B B 1 Z B (5) m g B (6) B 1 1.1. PołoŜenie środka masy względem podłoŝa Rys.3. PołoŜenie środka masy względem podłoŝa (Juziuczuk i in., 011). Warunek równowagi dla układu przedstawionego na rys.3 ma postać: Z ' 1 c m g i 0 (7) ZaleŜności geometryczne: e (rt rp ) sinα (8) c cosα (rt rp ) sinα (9) d cosα (10) f k sinα (11) i d + f (1) Podstawiając zaleŝność (8 1) do równania (7) otrzymuje się warunek równowagi w postaci: stąd Z 1 t p ' [ cosα (r r ) sinα] m g [ cosα + k sinα] 0 (13) Z' [ cosα (r r mg sinα )sinα] mg cosα mg sinα 1 t p k (14) Instrukcja do zajęć laboratoryjnych 4
ABORATORIUM POJAZDÓW SAMOCHODOWYCH poniewaŝ mg Z1 (15) to (Z' Z' (r r ) 1 Z) 1 t p k mg tgα mg (16) Stąd wysokość h połoŝenia środka masy h k + (17) 1.1.3 Wyznaczenie kąta pochylenia pojazdu r t Rys.4. Wyznaczanie kata pochylenia pojazdu (Juziuczuk i in., 011) r rp tgβ (18) t stąd cos β x x cos β (19) (0) y + (rt rp sinγ x [y + (rt rp )cosβ (1) Stąd kąt pochylenia pojazdu α γ β () gdzie: y- wysokość [m] na jaką uniesiono koła jednej osi od podłoŝa 1.. Określenie połoŝenia środka masy pojazdu o jednakowych kołach na obu osiach 1..1 PołoŜenie środka masy między osiami kół PołoŜenie środka masy określa się z równania momentów (1) tak jak w pkt..1.1. Instrukcja do zajęć laboratoryjnych 5
1.. PołoŜenie środka masy względem podłoŝa ABORATORIUM POJAZDÓW SAMOCHODOWYCH Rys.5. Wyznaczanie środka masy samochodu (Juziuczuk i in., 011) Wysokość środka masy wyznacza się z warunku równowagi: ' mg[(h r ) sinα + cosα] Z cosα 0 (3) st 1 stąd wysokość środka masy ponad podłoŝem będzie: ' (Z1 Z1) h + rst (4) mgtgα Kąt pochylenia pojazdu określony jest zaleŝnością y tgα (5) y. PRZEBIEG ZAJĘĆ ABORATORYJNYCH Zajęcia laboratoryjne powinny przebiegać zgodnie z podaną niŝej kolejnością. Zmiana kolejności wykonywania poszczególnych zadań moŝliwa jest tylko po ustaleniu tego z prowadzącym zajęcia.1. 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 sprawdzianu pisemnego... Zapoznanie się z budową stanowiska Stanowisko do przeprowadzania pomiarów wyposaŝone jest w: - sprawne technicznie pojazdy (ciągnik uniwersalny, samochód), - wagi tensometryczne i podstawki najazdowe (kompensacyjne), - mostek tensometryczny, - wskaźnik siły WT-1, - przymiar liniowy o dokładności +/-mm, - obciąŝniki (balasty), - podnośnik hydrauliczny, Instrukcja do zajęć laboratoryjnych 6
ABORATORIUM POJAZDÓW SAMOCHODOWYCH.3. Warunki wykonania ćwiczenia Podczas pomiarów mas koła pojazdu powinny być ustawione do jazdy na wprost, nie zahamowane, silnik wyłączony, a dźwignia zmiany biegów ustawiona w połoŝeniu neutralnym. RóŜnica wskazań wag tensometrycznych dla lewej i prawej strony jednej osi nie powinna przekraczać +/-% masy waŝonej. Jeśli róŝnica ta jest większa naleŝy skorygować ustawienie wag..4. Przebieg pomiarów.4.1 Pomiar mas składowych a/ sprawdzić ciśnienie powietrza w ogumieniu kół pojazdów (ewentualnie uzupełnić do wartości zalecanych przez producentów), b/ sprawdzić połączenia wag z mostkiem tensometrycznym, wyzerować mostek, c/ podnośnikiem hydraulicznym unieść do góry tylną oś pojazdu i wstawić pod koła podstawki kompensacyjne (najazdowe). Opuścić tylną oś pojazdu, d/ unieść do góry, podnośnikiem, oś przednią pojazdu i wstawić pod koła wagi tensometryczne tak aby znak na płytach wag pokrywał się z płaszczyznami symetrii kół, opuścić oś przednią, e/ na wskaźniku siły odczytać obciąŝenie koła lewego i prawego przedniej osi pojazdu; wyniki zanotować, f/ przestawić wagi pod tylną oś pojazdu (wykonać pkt. c, d, e), g/ powtórzyć punkty c, d, e, f obciąŝając platformę skrzyni ładunkowej pojazdu balastem; masę balastu i miejsce jego ustawienia wskaŝe prowadzący zajęcia. UWAGA! Pomiary mas składowych uniwersalnego ciągnika rolniczego wykonać bez obciąŝenia zastępczego siedziska kierowcy, natomiast pomiary mas składowych samochodu wykonać z obciąŝeniem balastami miejsca kierowcy i pasaŝera na przednim fotelu..4. Pomiar dociąŝenia osi ( do określenia wysokości h środka masy) a/ podnośnikiem hydraulicznym unieść przednią oś ciągnika do góry, ustawić pod kołami przedniej osi podstawki kompensacyjne umieszczone na ramach o wysokości y; opuścić oś przednią, b/ unieść tylną oś ciągnika, podnośnikiem, do góry, ustawić pod kołami tylnej osi wagi tensometryczne zgodnie z pkt. 3.4.1.c, c/ na wskaźniku siły odczytać wartość obciąŝenia koła lewego i prawego osi tylnej; wyniki zanotować, d/ wykonać punkty a, b, c dla samochodu, e/ zmienić połoŝenie wag tensometrycznych i wykonać pkt. 3.4.1. c, d, e (wykonując pkt. c ustawić podstawki wraz z ramami o wysokości y f/ wykonać pkt. 3.4.. a, b, c, d, e (dla samochodu) obciąŝając platformę skrzyni ładunkowej pojazdu balastem (jak w pkt. 3.4.1. g). UWAGA! Pomiary dociąŝenia osi ciągnika wykonać bez obciąŝenia siedziska kierowcy balastem, dociąŝenia osi samochodu z balastem umieszczonym na miejscu kierowcy i pasaŝera. KaŜdy pomiar wykonać, co najmniej razy przy dwóch róŝnych kątach pochylenia pojazdu (wysokościach uniesienia). Postępując w taki sam sposób jak opisany w pkt.3.4.1 i 3.4. określić połoŝenie środka masy między kołami ciągnika i pojazdu samochodowego. 3. OPRACOWANIE I ANAIZA WYNIKÓW POMIARÓW Zestawić dane z pomiarów w tabeli; obliczyć wartości średnie obciąŝeń kół osi przedniej i tylnej na podstawie równań równowagi momentów (pkt. ); obliczyć współrzędne h, 1,, B1, B środka masy. Określić wpływ masy balastu i sposobu jego umieszczenia na skrzyni ładunkowej na współrzędne h, 1,, B1, B. Instrukcja do zajęć laboratoryjnych 7
ABORATORIUM POJAZDÓW SAMOCHODOWYCH 4. WYMAGANIA BHP Wykonanie pomiarów i przeprowadzenie badań (prób) wiąŝe się z niebezpieczeństwem i moŝliwością 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, które były podane do wiadomości. Ponadto, przy wykonywaniu prób z wykorzystaniem pojazdów naleŝy przestrzegać następujących postanowień: 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 przygotowania stanowiska przez prowadzącego zajęcia, c/ przy podnoszeniu osi pojazdów podnośnikiem hydraulicznym podnośnik ustawić w ten sposób, aby uniknąć przechyłu podnoszonych pojazdów na bok, d/ po ustawieniu którejkolwiek osi na ramie z podstawką zablokować te koła klinami, uniemoŝliwiając samoczynne staczanie się pojazdu, e/ obciąŝając pojazd balastami, zachować szczególną ostroŝność tak, aby nie uszkodzić dłoni czy teŝ stóp. UWAGA! Przy wykonywaniu badania (próby)zachować szczególna ostroŝność. 5. SPRAWOZDANIE Z ĆWICZENIA Sprawozdanie z ćwiczenia laboratoryjnego wykonywane jest jedno na grupę laboratoryjną. Musi ono zawierać: - stronę tytułową, - cel i zakres ćwiczenia laboratoryjnego, - przeprowadzone wymagane obliczenia, - wypełniony protokół pomiarowy, - wnioski. 6. PYTANIA KONTRONE 1. Wyprowadzić zaleŝność na połoŝenie środka masy dla pojazdu o rprt. Wyprowadzić zaleŝność na połoŝenie środka masy dla pojazdu o rp<rt 3. Wyjaśnić metodę wyznaczania środka mas metodą waŝenia 4. Wyjaśnić wpływ wysokości środka masy pojazdu na jego stateczność podłuŝną 5. Wyjaśnić wpływ rozstawu osi pojazdu na jego stateczność podłuŝną 7. ITERATURA 1. Reimpell J.: Podwozia samochodów, Podstawy konstrukcji, WKŁ 1995.. Dajniak H.: Ciągniki teoria ruchu i konstruowanie. WKiŁ, Warszawa 1985, 3. Bernacki H.: Teoria i konstrukcja maszyn rolniczych. Tom1, część I i II. PWRi, Warszawa 1981, 4. Arczyński St.: Mechanika ruchu samochodu. WNT, Warszawa1994, 5. Prochowski.: Pojazdy samochodowe. Mechanika ruchu. WKiŁ, Warszawa 005, 6. Wasiluk R.: Projekt systemu waŝenia pojazdów samochodowych na potrzeby aboratorium pojazdów. Praca dyplomowa, promotor Jarosław Czaban, Politechnika Białostocka Wydział Mechaniczny, 010. 7. Juziuczuk K., Kamiński Z., Czaban J., Szpica D.: ABORATORIUM POJAZDÓW Analiza funkcjonalna pojazdu oraz zagadnienia ruchu, Oficyna Wydawnicza Politechniki Białostockiej, Białystok 011. PROTOKÓŁ POMIAROWY Instrukcja do zajęć laboratoryjnych 8
Białystok, dn Wydział Mechaniczny Politechniki Białostockiej Katedra Budowy i Eksploatacji Maszyn specjalność: konstrukcja i eksploatacja maszyn i pojazdów PROTOKÓŁ POMIAROWY Ćwiczenie nr: PS_11 Pomiar mas i wyznaczanie środków mas pojazdów Tabela 1. Wyznaczanie połoŝenia środka masy ciągnika między osiami Nr pom 1 3 Średnia y0 y 0 mpl mpp mtl mtp mtl mtp Tabela. Wyznaczanie połoŝenia środka masy ciągnika między kołami Nr pom 1 3 Średnia y0 mpl mtl mpp mtp Dane: ; m. y.; r p. r t.; B. Tabela 3. Wyznaczanie środka masy pojazdu samochodowego bez obciąŝenia Nr pom 4 5 6 Średnia y0 y 0 mpl mpp mtl mtp mtl mtp Tabela 4. Wyznaczanie środka masy pojazdu samochodowego z obciąŝeniem Nr pom 7 8 9 Średnia y0 y 0 mpl mtl mpp mtp mtl mtp
Tabela 5. Wyznaczanie połoŝenia środka masy pojazdu samochodowego między kołami Nr pom 10 11 1 Średnia Dane: y0 mpl mtl mpp mtp ; m.; y.; r p r t.; B... data wykonania ćwiczenia podpis prowadzącego