Parametrii de baza ai automobilelor

Parametrii de baza ai automobilelor

Prametrii principali ce caracterizeza aun automobil sunt: parametrii constructivi, dinamici si economici. Acesti parametrii servesc pentru apreciere obiectiva a calitatilor diferitelor tipuri de automobile si pentru a scoate in evidenta daca acestia corespund conditiilor de lucru de lucru impuse de exploatare. Numai cunoscand acesti parametrii pot fi alese automobilele cele mai corespunzatoare conditiilor de exploatare.

1. Parametrii constructivi ai automobilelor

Prametrii constructivi fac parte din calitatile tehnice generale ale automobilelor care determina gradul de adaptabilitate al acestora la anumite cerinte de exploatare in conditii optime de securitate, confort si eficienta economica. Cunoasterea initiala a parametrilor constructivi ajuta pe proiectantii de automobile la efectuarea calculului de tractiune si pot fi cuprinsi in urmatoarele grupe: dimensiunile principale, rotile, greutatea si capacitatea de incarcare automobilului precum si cea de trecere.[8];[5].

1.1.Dimensiunile principale

Principalele dimensiuni ce caracterizeaza constructia unui automobil  sunt urmatoarele:

dimensiuni de gabarit;

ampatamentul;

ecartamentul;

consolele;

lumina;

garda la sol;

razele;

unghiurile de trecere.

O parte din acestea, care caracterizeaza capacitatea de trecere a automobilului vor fi tratate in cadrul paragrafului 1.4.[8].

Dimensiunile de gabarit (fig. 1.8.) sunt:

lungimea (A);

latimea (D);

inaltimea(H_a);

Reprezinta distantele maxime dintre doua planuri verticale perpendiculare pe plan longitudinal de simetrie si tangente la partea din fata si din spate a automobilului, ditre doua plane verticale paralele cu planul longitudinal de simetrie si tangente la automobil pe o parte si de alta a sa si respectiv dintre planul de baza si un plan orizontal tangent la partea superioara a automobilului gol.

Ampatamentul (L) este distanta dintre axele geometrice ale puntilor automobilului. In cazul automobilelor cu trei punti ampatamentul reprezinta distanta dintre axa puntii din fata si jumatatea distantei distantei dintre axele puntilor din spate.

Ecartamentul rotilor din fata (B₁) si din spate (B₂) reprezinta distanta dintre planele mediane ale rotilor care apartin aceleasi punti.

Consolele din fata (l₁) si din spate (l₂) reprezinta distanta dintre planul vertical care trece prin centrele rotilor din fata si punctul cel mai avansat al automobilului si respectiv distanta dintre planul vertical  care trece prin centrele rotlor din spate si punctul cel mai din spate al automobilului.

Fig.1.8. Dimensiunile principale ale autoturismelor

Dimensiunile principale care caracterizeaza constructia unui autocamion sunt cele aratate in figura 1.9.[5].

Dimensiunile de gabarit sunt cele mai mari dimensiuni privind lungimea A, latimea E si inaltimea D, tinand seama si de dimensiunile cabinei sau caroseriei.

Ampatamentul L este distanta dintre axele geometrice ale puntilor automobilelor. La automobilele cu trei punti, ampatamentul se considera distanta dintre axa geometrica a puntii din fata si jumatatea distantei dintre cele doua punti din spate. In acest caz se indica se implica suplimentar si distanta dintre cele doua punti din spate.

Ecartamentul (spate B si fata B₁) reprezinta distanta dintre planele mediane ale rotilor de pe aceesi punte. Pentru autovehicolele duble prevazute cu roti duble in spate, ecartamentul se da ca distanta dintre planurile ce trec prin jumatatea distantelor celor doua roti de pe aceeasi punte (fig.1.9.)

Lumina C (garda la sol) este distanta dintre sol si punctul cel mai de jos al corpului sau al sasiului automobilului

Fig.1.9. Dimensiunile principale ale autocamioanelor

Consolele din fata F si din spate G(fig.1.9.) sunt distantele pe orizontala dintre axa de simetrie a puntii fata, respectiv din spate, pana la extremitatea din fata, respectiv spate a automobilului. Aceste distante se mai numesc si depasirile  bazei

Raza longitudinala de trecere ρ este raza unui cilindru conventional tangent la rotile din fata, din spate si punctul cel mai de jos al sasiului, punct situat intre puntile automobilului.

Raza transversala de trecere ρ₁ este raza cilindrului tangent la cele doua roti de pe aceeasi punte si punctul cel mai de jos al automobilului, punct situat intre roti.

Ungiurile de trecere din fata α₁ si spate α₂(fig.1.9.) sunt unghiurile determinate de sol si tangentele duse la roti prin punctele extreme inferioare din fata α₁ si din spate α_2.

Inaltimea platformei H (fig.1.9.) este distanta de la sol la suprafata exterioara a podelei platformei autocamionului.

Dimensiunile platformei (lazii autocamionului) IxKxM (fig.1.9.) sunt lungimea, latimea si inaltimea lazii masurate in interiorul acesteia.

1.2. Razele rotilor de automobil.

Rotile de automobil sunt alcatuite dintr-o janta metalica, pe care se monteaza o anvelopa de cauciuc in interiorul careia se afla o camera (uneori lipseste) cu aer comprimat. Rigiditatea anvelopei este data de raportul dintre cresterea fortei care actioneaza asupra pneului si deformatia determinata de acesta crestere. Rigiditatea depinde de materialul anvelopei, de constructia ei, de presiunea interioara a aerului din pneu si de duritatea suprafetei de sprijin.[8];[4].

Dtorita rigiditatii variabile la o roata de automobil se deosebesc urmatoarele raze: raza nominala, raza libera, raza statica, raza dinamica si raza de rulare.

Raza nominala (r_n) a unei roti este este raza cercului exterior al pneului (anvelopa umflata) dedusa prin calcul sau luta din tabelele intreprinderilor producatoare si din standardul de pneuri.

Deducere prin calcul al razei nominale a unei roti are la baza notatiile marcate pe anvelopa (STAS 626-84), care difera in functie de presiunea interioara a aerului din pneu.

In cazul pneurilor cu presiune interiora a aerului mai mare de 6[daN/cm²], pe anvelopa sunt marcate doua numere separate de semnul X (inmultit). Exemplu: 34x7 sau 950x350; primul numar indica diametrul exterior D_u al anvelopei (fig.1.10.), iar in al doilea latimea profilului B_u, exprimata in inchi (toli) sau milimetrii. La pneurile cu presiune sub 6 [daN/m²], pe anvelopa sunt marcate doua numere separate printr-o liniuta orizontala. Exemplu: 600-16;  900-20 sau 250-508, in care primul numar reprezinta latimea prfilului anvelopei B_u, iar al doilea diametrul exterior "d" al jantei rotii (fig.1.10.).

Matcarea anvelopelor se face prin indicarea simbolului, a numarului de pliuri echivalente (P.R.) si a numarului standardului respectiv.Exmplu: 600-16/6 P.R. STAS 626/1-71.

Pe baza notatiilor de pe anvelope se poate calcula diametrul jantei si al pneului cu relatiile:

d=D_U-2H;          D_U=d+2H. (1.1)

Intre inaltimea profilului pneului H si latimea B_U exista relatia:

                        (1.2)

Limita inferioara se intalneste la pneurile pentru autoturisme (in ultimul timp acesta limita a scazut), iar limita superiora la pneurile pentru automobilele grele de transport.

Fig.1.10. Dimensiunile rotilor.

Raza libera (r_o) a unei roti este raza cercului exterior al benzii de rulare a pneului la presiune normala masurata fara nici un fel de incarcare si in stare de repaus.

Raza statica (r_s) a a unei roti se defineste ca fiind distanta dintre centrul rotii si suprafata de sprijin in cazul in care este incarcata cu sarcina nominala si se afla in repaus.

Raza dinamica (r_d) a unei roti este distanta dintre centrul rotii si suprafata de spijin in timpul misxarii automobilului incarcat cu sarcina nominala,

Raza dinamica depinde de o serie de factori ca:

srcina normala;

presiunea interioara a aerului din pneu;

elasticitatea materialului anvelopei;

marimea momentului la roata etc.

Se disting doua situatii: cand asupra rotii actioneaza momentul motor (cazul rotii motoare) care produce o forta tangentiala si cazul cand nu se aplica moment la roata (roata nemotoare).

In primul caz, sub actiunea unui moemnt M_r (fig.1.11.) va rezulta o deformare tangentiala a pneului care are ca efect o apropiere a centrului rotii de suprafata caii de rulare.

Marirea diametrului rotii ca urmare a fortei centrifuge este mai mica decat micsorarea acestuia deterrminata de influenta momentului motor.

Fig.1.11. Raza dinamica a rotii.

Reducerea razei dinamice o data cu cresterea fortei tangentiale la roata pentru diferite valori ale prsiunii interioare a aerului din pneu se poate vedea in figura 1.12. In cazul rotii nemotoare cresterea razei datorita fortei centrifuge scade sensibil odata cu cresterea presiunii interioare a aerului din pneu, iar pentru valorile nominale ale prsiunii aceasta crestere este neansemnata.

Raza de rulare (r_r) este raza unei roti imaginare, nedeformabile, care ruleaza fara alunecari si patinari avand insa aceeasi viteza de rotatie si de translatie cu a rotii reale.

Daca notam cu S deplasarea centrului rotii in timpul unei rotatii atunci raza de rulare rezulta din relatia:

,           (1.3)

Folosirea notiunii de raza de rulare a rotii de automobil este necesara la studiul miscarii automobilelor, intrucat pneul fiind deformabil (in directiile radiala si tangentiala) face ca viteze de translatie a centrului rotii sa fie mai mica decat viteza corespunzatoare razei libere r_o pentru aceeasi turatie.

Raza de rulare depinde de sarcina normala pe roata, depresiunea interioara a aerului din pneu, de starea caii de rulare si in deosebi de marimea momentului aplicat rotii.

Raza dinamica si raza de rulare, determinate experimental, se utilizeaza numai in calcula de mare exactitate intalnite in studii teoretice si cercetare stiintifica. In lipsa datelor experimentale, raza de rulare se poate determina in functie de raza libera a rotii (r_o) si de un coeficient de deformare :

;           (1.4)

Coeficientul de deformare are valori intre 0,930,95, in functie de presiunea interioara a aerului din pneu.

Fig.1.12. Variatia presiunii din pneuri

Greutatea si capacitatea de incarcare a automobilelor

La  automobile in functie de starea in care se gasesc greutatea poate fi:

greutatea automobilului in stare nealimentata, fara scule si rota de rezerva (greutatea constructiva) este determinata de cantitatea de metale si materiale ce intra in constructia automobilului.[8];

greutatea proprie a automobilului este greutatea automobilului alimentat cu combustibil lubrifianti lichide de racire, prevazut cu raota de rezerva si trusa de scule;

greutatea totala a automobilului este greutatea proprie a automobilului la care se adauga sarcina maxima utila si greutatea conducatorului.

Greutatea  automobilului reprezinta suma greutatii tuturor mecanismelor si agregatelor din constructia acestuia precum si greutaea incarcaturii. Suma greutatii mecanismelor si agrefatelor automobilului reprezinta greutatea proprie si se noteaza G_o, iar greutatea incarcaturii prescrise reprezinta greutatea utila si se noteza cu G_u. Greutatea totala G_a se obtine prin insumarea celor doua greutati:

                (1.5)

Greutata utila G_u se calculeaza cu relatiile:

pentru autocamioane:

              (1.6)

unde: G_inc este greutatea incarcaturii,

n=numarul locurilor in cabina conducatorului si se considera greutatea unei persoane egala cu 75 [daN];

pentru autobuze urbane:

       (1.7)

unde: n₁ este numarul de locuri pe scaune,

n₂ este numarul de pasageri in picioare;

pentru autobuze interurbane:

       (1.8)

unde: n este numarul de locuri pe scaune,

G_b este greutatea bagajelor;

pentru autoturisme:

                (1.9)

unde: n este numarul de locuri,

G_b este greutatea bagajelor.

Raportul dintre greutatea utila si greutatea proprie se numeste coeficient de utilizare a greutatii automobilului :

    (1.10)

Introducerea notiunii de coeficient de utilizare a greutatii ofera posibilitatea de a compara diferitele topuri de automobile (mai ales de autocamioane) intre ele si de a cunoaste constructiile cele mai rationale (cu cat este mai mare, cu atat constructia este mai rationala). Automobilele cu greutate totala mai mica au coeficienti de utilizare a greutatii mai mari decat automobilele de tonaj mare.

Calculand greutatea utila cu relatiile (1.61.9) si adoptand pentru coeficientul de utilizare a greutatii o valoare intalnita la tipurile de automobile similare, putem calcula greutatea proprie G_o, iar apoi cu relatia (1.5) se calculeaza greutatea totala a automobilului.

In tabelul 1.1 sunt prezentate valorile coeficientului de utilizare a greutatii pentru autocamioanele si autobasculantele fabricate in romania.[8].

Greutatea totala G_a este aplicata in centrul de greutate al automobilului iar repartitia ei pe puntile din fata (G₁) si din spate (G₂) este in functie de coordonatele centrului de greutate (fig.1.13.).[5];[8].

In acest caz:

(1.11)

Fig. 1.13. Schema de calcul a greutatii totale a automobilelor.

Fig.1.14. Determinarea coordonatelor centrului de greutate.

Coordonatele centrului de greutate in functie de ampatamentul automobilului se determina cu relatiile:

                              (1.12)

In practica, repartizarea greutatii puntii si coordonatele centrului de greutate (a si b) se determina prin cantarirea succesiva (fig.1.14), intai a automobilului in intregime (G_a) apoi partea care revine puntii din fata (G₁) si partea care revine puntii din spate (G₂).

Tabelul 1.1 Coeficientul de utilizare a greutatii pentru autocamioane si autobasculante

Determinarea inaltimii centrului de greutate se face prin asezarea automobilului intro pozitie inclinata (fig.1.15), avand rotile din fata sau din spate pe platforma unui cantar. Presupunand ca s-a cantarit partea de greutate ce revine pintii din spate (G^'₂) se face suma momentelor fortelor in raport cu axa puntii din fata si se obtine:

                           (1.13)

Dupa inlocuirea lui in relatia (1.13) se obtine:

      (1.14)

Rezulta:

                                (1.15)

Rezulta expresia inaltimii centrului de greutate:

    (1.16)

Unde:   : este ungiul de inclinare al automobilului;

r: este raza rotii automobilului;

a: este distanta dintre puntea din fata si centrul de greutate al automobilului.

Fig. 1.15. Determinarea inaltimii centrului de greutate al automobilului.

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

Tabelul 1.2. Inaltimea centrului de greutate h.

1.4. Caracteristicile geometrice ale capacitatii de trecere ale automobilului.

Capacitatea de trecere a unui automobil reprezinta calitatea acestuia de a se putea deplasa pe drumuri rele si desfundate precum si in teren natural fara drum si de a putea trece peste anumite obstcole verticale, santuri de difeite adancimi si latimi, baltoace etc.[5];[8].

Capacitate de trecere este diferita in functie de tipul, constructia si destinatia automobilelor. Aceasta este mai redusa la automobilele car circula pe drumuri bune cum sunt: autoturismele de oras, autobuzele urbane si interurbane si trebuie sa fie destul de mare la autoturismele utilitare si variantele lor, la autocamioane si chiar la autobuzele usoare, care trebuie sa circule pe drumuri nepietruite si desfundate.

Ce mai mare capacitatea de trecere o au automobilele de constructie speciala numite uneori "tot teren", care pot circula atat pe drumuri desfundate cat si pe teren natural fara drum in orice coditii meteo (ploaie, ninsoare, gheata). Un automobil cu capacitatea de trecere marita se refera pe de o parte la caracteristicile geometrice ale automobilului determinte de solutiile constructive ale ansamblului general si ale organelor sale componente, iar pe de alta parte la corespondenta dintre forta de tractiune maxima pe care o poate dezvolta motorul la roti si aderenta rotilor motoare cu terenul. Caracteristicile geometrce ale automobilului, care ii asigura acestuia posibilitatea de deplasare pe trasee de anumite grade de dificultate sunt:

lumina sau garda la sol;

raza longitudinala de trecere;

raza transversala de trecere;

unghiurile de trecere din fata si spate;

rezele de viraj.

Lumina sau garda la sol (c) reprezinta distanta verticala dintre partea cea mai de jos a sasiului automobilului complect incarcat si planul de sustinere (fig.1.16).

Acest parametru reprezinta inaltimea maxima a obstacolelor care pot fi trecute de automobilul complet incarcat fara sa le atinga. Partea cea mai de jos a sasiului se gaseste de obicei sub puntea din fata sau sub carcasa puntii din spate in dreptul diferentialului

La unele automobile, partea cea mai joasa poate fi baia de ulei a motorului (la unele autobuze la care motorul este amplasat la mijlocul acestuia sub podea).

In tabelul sunt date limitele intre care variaza lumina pentru diferite tipuri de automobile[8].

Tabelul Valori ale garzii la sol pentru diferite tipuri de automobile

Raza longitudinala de trecere () reprezinta raza suprafetei cilindrice (fig.1.16) tangenta la rotile din fata, rotile din spate si la punctul cel mai de jos al automobilului situat intre punti. Raza longitudinala determina conturul proeminentei peste care poate sa treaca automobilul, fara sa o atinga cu punctele cele mai joase. Cu cat acesta raza este mai mica, cu atat capacitatea de trecere a automobilului este mai mare.

Fig. 1.16. Raza longitudinala de trecere

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

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

Raza transversala de trecere () reprezinta raza suprafetei cilindrice tangenta la punctul cel mai de jos din fata sau sin spate si la suprafetele interioare ale pneurilor (fig.1.17).

Aceasta raza indica curbura drumului (sau a unor obsatcole) in plan transversal, peste care poate trece automobilul. Valorile mici ale razei transversale determina capacitatea marita de trecere a automobilului.

Fig. 1.17. Raza transversala de trecere.

Unghiurile de trecere in fata si in spate sunt determinate de tangentele la pneul din fata, respectiv din spate si partea cea mai din fata, respectiv din spate a sasiului sau a caroseriei (fig.1.18). La circulatia pe un drum accidentat si mai ales in situatia cand automobilul urca sau coboara pe o proeminenta este posibil sa atinga drumul cu capatul din fata sau cu cel din spate al automobilului. Probabilitatea este cu atat mai mare cu cat este mai mic unghiul de trecere (fata si spate) si cu cat lungimea automobilului trece mai mult dincolo de rotile din fata, respectiv din spate.

Fig.1.18. Unghiurile de trecere din fata si din spate.

In tabelul 1.5. sunt date valorile medii ale unghiurilor de trecere si pentru diferite tipuri de automobile.[8].

Tabelul 1.5. Unghiurile de trecere la diferite tipuri de automobile.

Razele de viraj ale automobilului caracterizeaza posibilitatea acestuia de a vira pe o suprfata cat mai redusa la mersul cu viteza mica si cu volanul intors la limita maxima a unghiului de bracare a rotilor de directie. Automobilele se pot gasii in astfel de situatii cand se deplaseaza pe drumuri de latimi raduse sau pe anumite cai inguste marginite de obstacole verticale. In acest caz, ca fctor de apreciere se stabileste raza minima de viraj a automobilului, latimea spatiului ocupat de automobil in viraj si derapajul acestuia in viraj. Se considera un automobil in viraj (fig.1.19), la care rotile de directie sunt intoarse la unghiul maxim admis de constructia automobilului. R₁ este raza exterioara de viraj minima posibila si poate fi determinata ca suma razei de viraj R a rotii exterioare din fata si a decalajului al aripii in raport cu aceasta roata. Latimea A_v a spatiului ocupat de automobil in viraj este egala cu diferenta dintre razele R₁ si R₂ si reprezinta spatiul minim necesar pentru intoarcerea automobilului. Razele de viraj cele maimici se obtin de automobilele la care toate rotile sunt directoare.

Capacitatea de trecere mai este influentata de maniabilitatea si stabilitatea automobilului, de calitatea suspensie si in deosebi de raportul dintre forta de tractiune si aderenta solului, care vor fi tratate in capitolele urmatore.

Prin capacitatea de trecere se intelege calitatea automobilului de a se deplasa pe drumuri sau terenuri accidentate si de a trece peste obstacole. Din punct de vedere al capacitatii de trecere, automobilele pot fi:

automobile obisnuite;

automobile cu capacitatea mare de trecere care pot fi:

pe roti;

pe senile;

pe semisenile.

Automobilele pe roti cu capacitate mare de trecere sunt caracterizate de faptul ca au toate rotile motoare.

Autovehicolele pe senile sunt caracterizate printr-o aderenta buna cu solul si prin presiuni specifice mici pe sol, fapt care le fac utilizabile pe terenuri accidentate.

In functie de conditiile de deplasare capacitatea de trecere poate fi imbunatatita prin urmatorele masuri:

la automobilele pe roti:

prin folosirea pneurilor cu profil de tractiune;

prin folosirea pneurilor de joasa presiune;

prin folosirea lanturilor.

Fig.1.19. Virajul pe drumuri inguste, cheiuri

Capacitatea de trecere a unui automobil este aracterizata de urmatorii parametrii:

a)presiunea specifica pe sol, data de raportul dintre greutatea totala a automobilului si suprafata de contact dintre pneuri si sol. Cu cat presiunea specifica pe sol este mai mica cu atat aotovehicolul se poate deplasa mai usor pe terenuri moi, pe zapada, nisip etc. La automobilele actuale, presiunea specifica pe sol are valoarea p_s=(3,05,5)10⁵ [Pa]. Prin micsorarea presiunii specifice pe sol se imbunatatesc calitatile de tractiune ale automobilului.[4].

b) lumina, acest parametru indica obstacole maxime peste care poate trece automobilul fara sa le atinga. Cu cat lumina este mai mare, cu atat automobilul se poate deplasa mai usor pe terenuri accidentate insa se inrautateste stabilitatea deoarce se ridica pozitia cenrului de greutate.

c) raza longitudinala si raza transversala de trecere. Raza longitudinala de trecere este in functie de marimea ampatamentului si de pozitia punctului cu lumina minima. Cu cat raza longitudinala de trecere va fi mai mica cu atat capacitatea de trecere va fi mai mare. Raza transversala de trecere este in functie de ecartament si de punctul de lumina minima in plan transversal. Capacitatea de trecere a automobilului va fi cu atat mai mare cu cat raza transversala de trecere este mai mica si cu cat distanta de la punctul cel mai de jos la sol este mai mare. Un astfel de automobil va putea circula pe drumuri cu fagase adanci si cu partea centrala bombata.

d) raza minima de viraj a autovehicolelor, reprezinta distanta de la polul virajului pana la jumatatea puntii din spate a automobilului la un unghi de bracare maxim al rotilor de directie. Cu cat raza de viraj este mai mica cu atat capacitatea de trecere este mai buna.

e) raza rotilor tractoarelor sau automobilelor. Raza rotilor influenteaza capacitatea de trecere a automobilului peste obstacole orizontale sau verticale. La automobilele obisnuite cu o singura punte motoare, inaltimea unui obstacol vertical peste care poate trece este:, (r=raza rotilor), iar la automobile cu mai multe punti motoare r. Latimea canalului peste care poate trece un automobil cu conditia ca marginile acestuia sa fie suficient de rezistente este .

f) numarul de roti motoare. Capacitatea de trecere a automobilului este imbunatatita prin marire numarului rotii motoare. Un automobil cu tote rotile motoare este caracterizat printr-o capacitate de trecere mai mare decat un automobil prevazut cu doua roti motoare. Tot in grupa parametrilor constructivi mai intra:

gama si numarul treptelor de viteze;

tipul prizei de putere;

tipul si parametrii sistemului de rulare.etc.