FTN Novi Sad
Teorija kretanja drumskih vozila
Katedra za motore i vozila
Vučno-dinamičke performanse vozila
Stepen korisnosti transmisije
Otpori transmisije – “unutrašnji” otpori kretanja
Šeme transmisije
POGON NAPRED
M
m+GP
POGON NAZAD
4X4
M
M
m
m
GP
R
KP
GP
Transmisija
= sistem
mehaničkih
prenosnika
KP
GP
M – motor, m – menjač, GP – glavni prenosnik, KP – kardanski prenosnik,
R – razvodnik snage
FTN Novi Sad
Teorija kretanja drumskih vozila
Katedra za motore i vozila
Vučno-dinamičke performanse vozila
Stepen korisnosti transmisije
Gubici snage u transmisiji: opšti oblik bilansa snage mehaničkih prenosnika
PUL = PIZL,UK!!!
PIZL,UK = PIZL,KOR + PIZL,GUB
OZNAČAVANJE: PIZL,KOR → PIZL
PIZL < PUL
PIZL = η⋅ PUL, η < 1
FTN Novi Sad
Teorija kretanja drumskih vozila
Katedra za motore i vozila
Vučno-dinamičke performanse vozila
Stepen korisnosti transmisije
η=
PIZL
PUL
PUL
PIZL
η
PIZL = PUL – PGUB
PRENOSNIK
kulonovog trenja, viskozni
PGUB Otpori
otpori
Primer:
η = 0.95
PIZL = 95 kW
PUL = 100 kW
PGUB = 5 kW
Zupčanici, ležajevi, zaptivni
pstenovi...
Stepen korisnosti sistema sačinjenog od više komponenata:
PUL
η1
η2
...
Ukupni stepen korisnosti transmisije
ηTR = η1 · η2 · η3 ... · ηn
ηn
PIZL
FTN Novi Sad
Teorija kretanja drumskih vozila
Katedra za motore i vozila
Vučno-dinamičke performanse vozila
Stepen korisnosti transmisije
IZVOR: WWW.RRI.SE
PUL
PIZL
MUL
MIZL
PIZL = PUL – PGUB
/n
(P = M⋅n / 9554)
MIZL = MUL – MGUB
FTN Novi Sad
Teorija kretanja drumskih vozila
Katedra za motore i vozila
Vučno-dinamičke performanse vozila
Stepen korisnosti transmisije
UTICAJNI FAKTORI:
η=
•Opterećenje
PIZL
PUL
•Brzina / broj obrtaja
•Temperatura
•Prenosni odnos
•Konstruktivne karakteristike
•Karakteristike materijala
•Karakteristike maziva
•Itd.
PRIMER (ZA III STEPEN PRENOSA,
PUTNIČKO VOZILO)
POJEDNOSTAVLJENJE PRI ANALIZI VUČNO-BRZINSKIH
PERFORMANSI (VUČNI PRORAČUN): η = CONST
FTN Novi Sad
Teorija kretanja drumskih vozila
Katedra za motore i vozila
Vučno-dinamičke performanse vozila
Stepen korisnosti transmisije
PRIMERI
IZVOR: WWW.RRI.SE
AUDI A4 2.0 MULTITRONIC
AUDI A4 3.0 QUATTRO
BMW 320 D
BMW 530i Automatic
BMW X5 Automatic
CITROEN BERLINGO 1,8
FIAT GRANDE PUNTO 1,4
HONDA ACCORD (’06.)
NISSAN PRIMERA 2.0 CVT
PEUGEOT 307
RENAULT MEGANE SPORT (’05.)
GOLF V 1,6
0,87
0,87
0,90
0,83
0,83
0,93
0,88
0,93
0,77
0,90
0,95
0,91
Gubici transmisije rastu, odnosno
ηTR opada, kada:
• je transmisija kompleksnija
(sadrži veći broj komponenata
– npr. vozila 4x4)
• se koriste pojedinačne
komponente nižeg stepena
korisnosti (frikcioni i
hidrodinamički prenosnici,
pužni parovi itd.)
FTN Novi Sad
Teorija kretanja drumskih vozila
Katedra za motore i vozila
Vučno-dinamičke performanse vozila
Stepen korisnosti transmisije
Stepeni korisnosti pojedinih komponenata transmisije
·
menjač
ηm = 0,94 – 0,98
·
kardanski prenosnik:
ηKP = 0,98 – 1
·
glavni prenosnik:
ηGP = 0,94 – 0,98
·
razvodnik snage:
ηR = 0,96 – 0,98
Ukupni stepen korisnosti transmisije:
ηTR = η1 η2 ... ηn
FTN Novi Sad
Teorija kretanja drumskih vozila
Katedra za motore i vozila
Vučno-dinamičke performanse vozila
Stepen korisnosti transmisije
M
m+GP
M
m
M
m
GP
R
POGON
NAPRED
POGON
NAZAD
KP
KP
4X4
GP
1. ηTR = ηm ηGP
~ 0,93
GP
2. ηTR = ηm ηGP ηKP 3. ηTR = ηm ηGP2 ηR ηKP
~ 0,9
~ 0,87
FTN Novi Sad
Katedra za motore i vozila
Teorija kretanja drumskih vozila
Vučno-dinamičke performanse vozila
Vrste pogonskih sistema
Motor SUS + menjački prenosnik
Elektromotor (eventualno sa menjačkim prenosnikom)
Hibridni pogon: Motor SUS + elektromotor ili KERS (hidraulika, zamajac...)
Itd.
Neke od značajnih karakteristika:
• Snaga i obrtni moment: maksimalne vrednosti i brzinska karakteristika
• Potreba za transmisijom
• Dimenzije, masa
• Energetska efikasnost (∼potrošnja goriva) i emisija
• Način skladištenja pogonske energije i vreme punjenja
• Karakteristike i raspoloživost pogonskog goriva, način dobijanja i skladištenja
• Gustina energije i snage
Predlog
• Autonomija vožnje
• Pouzdanost, vek trajanja, pogodnost za održavanje
teme za
• Udobnost, buka, vibracije
BSc
• Itd.
FTN Novi Sad
Teorija kretanja drumskih vozila
Katedra za motore i vozila
Vučno-dinamičke performanse vozila
Brzinska karakteristika motora
Zavisnost izlaznih parametara (P, M, gh...) od broja obrtaja motora n.
P = M⋅ω (W, Nm, rad/s)
2π rad = 360°
ω=
π ⋅n
30
M
P
P = M⋅n / 9554 (kW)
Kada je: broj obrtaja motora n=n1 ⇒
tada je: obrtni moment koji motor može da proizvede: M=M1
FTN Novi Sad
Teorija kretanja drumskih vozila
Katedra za motore i vozila
Vučno-dinamičke performanse vozila
Brzinska karakteristika motora
Kako razlikovati krivu snage od krive momenta?
P = M⋅ω
Moment mora imati maksimum na
manjem broju obrtaja nego snaga!
M
P
Pošto je P = M⋅ω moment ne može da raste nakon što je
snaga dostigla svoj maksimum!
FTN Novi Sad
Teorija kretanja drumskih vozila
Katedra za motore i vozila
Vučno-dinamičke performanse vozila
Radni režim motora – M ili P, n
Motor nema jednu vrednost za brzinu i snagu, nego se one menjaju u nekom intervalu!
Šta određuje snagu tj. moment i broj obrtaja motora?
M
NESTACIONARNO STANJE – menja se u vremenu!
RADNA TAČKA MOTORA
R=R(ω) – BRZINSKA
KARAKTERISTIKA. OTPORA
STACIONARNA RADNA TAČKA
M=M(ω) – BRZINSKA KAR. MOTORA
RADNA TAČKA OTPORA
ω
(=π⋅n/30)
FTN Novi Sad
Katedra za motore i vozila
Brzinska karakteristika motora
Kako se snima brzinska karakteristika?
1. Način određivanja radne tačke motora
Mora se znati karakteristika potrošača!
Ne može se razmatrati odvojeno!
2. Način snimanja brzinske karakteristike
KONSTANTAN POLOŽAJ!
Teorija kretanja drumskih vozila
Vučno-dinamičke performanse vozila
FTN Novi Sad
Teorija kretanja drumskih vozila
Katedra za motore i vozila
Vučno-dinamičke performanse vozila
Brzinska karakteristika motora
Spoljna karakteristika i parcijalne karakteristike
M (Nm)
MAX (100%)
80%
50%
30%
n (o/min)
v (km/h)
REGULACIJA BRZINE KRETANJA
FTN Novi Sad
Teorija kretanja drumskih vozila
Katedra za motore i vozila
Vučno-dinamičke performanse vozila
Brzinska karakteristika motora
Maksimalni broj obrtaja – delimično opterećenje
M (Nm)
Spoljna karakteristika
Linija koja spaja niz
parcijalnih karakteristika
pri maksimalnom broju
obrtaja
nMAX
n (o/min)
FTN Novi Sad
Teorija kretanja drumskih vozila
Katedra za motore i vozila
Vučno-dinamičke performanse vozila
Stabilnost radnog režima
Jo⋅
NESTABILNO
M
STABILNO
dω
=ΣMi
dt
ΣMi > 0 ⇒
R2=f2(n)
dω
>0
dt
MOTOR UBRZAVA
R1=f1(n)
ΣMi = 0 ⇒
dω
=0
dt
STACIONARNO STANJE
ΣMi < 0 ⇒
Kriva M=M(n)
n
dω
<0
dt
MOTOR USPORAVA
FTN Novi Sad
Teorija kretanja drumskih vozila
Katedra za motore i vozila
Vučno-dinamičke performanse vozila
Stabilnost radnog režima
NESTABILNO
M
ΔM
< 0 ⇒STABILAN REŽIM
Δn
STABILNO
Koeficijent stabilnosti:
R2=f2(n)
ΔM
Δn
R1=f1(n)
“Strmija” kriva
⇒
VEĆA STABILNOST
Kriva M=M(n)
n
Misli se na stabilnost broja
obrtaja → tj. u kojoj meri se
menja broj obrtaja pri promeni
spoljnog opterećenja!
FTN Novi Sad
Teorija kretanja drumskih vozila
Katedra za motore i vozila
Vučno-dinamičke performanse vozila
Idealna pogonska karakteristika - hiperbola
HIPERBOLA: M = P
M
ω
STABILNO
R3=f3(n)
R2=f2(n)
R1=f1(n)
ω
P=const
FTN Novi Sad
Katedra za motore i vozila
Teorija kretanja drumskih vozila
Vučno-dinamičke performanse vozila
Brzinske karakteristike elektromotora
Jednosmerni motor
INFORMATIVNO
Izvor: J. Larminie
BLDC motori → slična
karakteristika
(DC napajanje,
elektronska regulacija
promenljive frekvencije,
AC princip)
FTN Novi Sad
Teorija kretanja drumskih vozila
Katedra za motore i vozila
Vučno-dinamičke performanse vozila
Brzinske karakteristike elektromotora
INFORMATIVNO
Indukcioni motor
Zahteva AC napajanje (baterija → invertor)
Izvor: J. Larminie
FTN Novi Sad
Teorija kretanja drumskih vozila
Katedra za motore i vozila
Vučno-dinamičke performanse vozila
Prenos snage na pogonske točkove
PODSETNIK:
P = F⋅v = M⋅ω
PIZL = η⋅PUL
PARAMETRI SNAGE
PRENOŠENJE SNAGE OD MOTORA SUS DO POGONSKOG TOČKA
→
TRANSFORMACIJA PARAMETARA, UZ GUBITKE
Svrha: prilagođavanje parametara motora uslovima kretanja
FTN Novi Sad
Teorija kretanja drumskih vozila
Katedra za motore i vozila
Vučno-dinamičke performanse vozila
Prenos snage na pogonske točkove
ZA ZADATI REŽIM MOTORA (M,n)
TREBA ODREDITI FO I v
MOTOR:
M
TRANSMISIJA
MT
iTR, ηTR
n
PARAMETRI REŽIMA
RADA MOTORA
TOČAK:
MT → FO
nT → v
nT
PARAMETRI REŽIMA
KRETANJA VOZILA
Zavisnost (M,n)
Zavisnost (FO,v)
= Brzinska karakteristika motora
= Vučno-brzinska karakteristika vozila
FTN Novi Sad
Teorija kretanja drumskih vozila
Katedra za motore i vozila
Vučno-dinamičke performanse vozila
Prenos snage na pogonske točkove
1. Parametri snage pogonskog motora - ULAZ
POGONSKI MOTOR
P
M, n
P
P
M
M
n
FTN Novi Sad
Teorija kretanja drumskih vozila
Katedra za motore i vozila
Vučno-dinamičke performanse vozila
Prenos snage na pogonske točkove
2. Transformacija parametara snage u menjaču
MENJAČKI PRENOSNIK
M
Mm
Pm = P⋅ηm
Mm = im⋅M⋅ηm
n
nm =
im
i=
n1
n2
→ PRENOSNI ODNOS
im = i1, i2, i3, i4, ... – ZA SVAKI STEPEN PRENOSA →
ODGOVARAJUĆI PRENOSNI ODNOS
FTN Novi Sad
Teorija kretanja drumskih vozila
Katedra za motore i vozila
Vučno-dinamičke performanse vozila
Prenos snage na pogonske točkove
3. Transformacija parametara snage u glavnom prenosniku
GLAVNI PRENOSNIK
PGP = Pm⋅ηGP
Mm
MGP
MGP = iGP⋅Mm⋅ηGP
nGP =
iTR = iGP⋅im
→ UKUPNI PRENOSNI
ODNOS TRANSMISIJE
(za posmatrani slučaj)
nm
iGP
MGP = iGP⋅im⋅M⋅ηTR
MGP = iTR⋅M⋅ηTR
nGP =
n
iTR
Veći broj stepeni transformacije parametara snage i izvora gubitaka postoji kod:
•Kamiona, autobusa, traktora: dva ili tri menjačka prenosnika, bočni reduktor
•Vozila sa pogonom na više osovina: razvodnik snage
iTR = im1⋅im2⋅im3⋅iR⋅iBR⋅iGP
•Vozila sa hidrodinamičkim menjačem
FTN Novi Sad
Teorija kretanja drumskih vozila
Katedra za motore i vozila
Vučno-dinamičke performanse vozila
Prenos snage na pogonske točkove
Podsetnik: opšta koncepcija transmisije
iTR, ηTR
Izvor: Fahrzeuggetriebe
FTN Novi Sad
Teorija kretanja drumskih vozila
Katedra za motore i vozila
Vučno-dinamičke performanse vozila
Prenos snage na pogonske točkove
4. Transformacija momenta i broja obrtaja u vučnu silu i brzinu
Bezbočnog
bočnogred.:
red.:
Bez
GP
PPTT==PPGP
GP
MMTT==MMGP
GP
nnTT==nnGP
TOČAK
MT, nT
rD
PT = ηTR⋅ P = MT⋅nT = FO⋅v
MT = iTR⋅ ηTR⋅ M
nT =
FO, v
v = rD⋅ωT
n
iTR
MT
FO =
rD
PODSETNIK: Stvarna rezultanta je RX = FO – Ff!
NAPOMENA: v = rD⋅ωT, dakle i MT⋅nT = FO⋅v, važi kada se zanemari klizanje
pogonskog točka!
FTN Novi Sad
Teorija kretanja drumskih vozila
Katedra za motore i vozila
Vučno-dinamičke performanse vozila
Prenos snage na pogonske točkove
4. Transformacija momenta i broja obrtaja u vučnu silu i brzinu
MT, nT
rD
MT = iTR⋅M⋅ηTR
MT
FO =
rD
v → km/h !
nT =
iTR
v = rD⋅ωT
ωT =
FO, v
M⋅ im ⋅ iGP ⋅ηTR
FO =
rD
n
π ⋅ nT
30
0,377 ⋅ rD ⋅ n
v=
im ⋅ iGP
im⋅iGP = iTR – UKUPNI PRENOSNI ODNOS TRANSMISIJE
FTN Novi Sad
Teorija kretanja drumskih vozila
Katedra za motore i vozila
Vučno-dinamičke performanse vozila
Prenos snage na pogonske točkove
Testerasti dijagram – kinematička relacija između broja obrtaja
motora i brzine kretanja vozila u pojedinim stepenima prenosa
0,377 ⋅ rD ⋅ n
v = rD⋅ωT odnosno v =
im ⋅ iGP
⇒ linearna relacija između nT i v
FTN Novi Sad
Teorija kretanja drumskih vozila
Katedra za motore i vozila
Vučno-dinamičke performanse vozila
Prenos snage na pogonske točkove
Testerasti dijagram – kinematička relacija između broja obrtaja
motora i brzine kretanja vozila u pojedinim stepenima prenosa
Testerasti dijagram
250
v (km/h)
200
v=
150
0,377 ⋅ rD ⋅ n
im ⋅ iGP
100
50
0
0
1000
2000
3000
4000
5000
n (o/mim)
v = C⋅n
Viši stepeni prenosa: im Þ ⇒ C Ü
6000
7000
FTN Novi Sad
Teorija kretanja drumskih vozila
Katedra za motore i vozila
Vučno-dinamičke performanse vozila
“Preslikavanje” karakteristike sa motora na točak
M(n)
FO(v)
im = const
n
M⋅ im ⋅ iGP ⋅ηTR
FO =
rD
v
0,377 ⋅ rD ⋅ n
v=
im ⋅ iGP
VUČNO-BRZINSKA KARAKTERISTIKA
Jedina nezavisno promenljiva → n! (M = M(n) ⇒ FO = FO(n)!)
n ⇒ M
⇓
v
⇓
FO
FTN Novi Sad
Teorija kretanja drumskih vozila
Katedra za motore i vozila
Vučno-dinamičke performanse vozila
“Preslikavanje” karakteristike sa motora na točak
FO
VEĆE iTR
iTR↑ ⇒ FO ↑, v
↓
M
MANJE iTR
n
v
FO =
M⋅ im ⋅ iGP ⋅ ηTR
rD
v=
0,377 ⋅ rD ⋅ n
im ⋅ iGP
FTN Novi Sad
Teorija kretanja drumskih vozila
Katedra za motore i vozila
Vučno-dinamičke performanse vozila
Širina radnog intervala motora SUS
Izvor: Fahrzeuggetriebe
Širina radnog intervala motora SUS:
nMIN:nMAX ≅ 1:10 – Oto motor
nMIN:nMAX ≅ 1:6 – Dizel motor
Širina intervala brzina kretanja motornog vozila:
vMIN:vMAX ≅ 1:30
FTN Novi Sad
Teorija kretanja drumskih vozila
Katedra za motore i vozila
Vučno-dinamičke performanse vozila
“Preslikavanje” karakteristike sa motora na točak
Primer: i=3,42·1,38; rD=0,285m;
n→v
M→FO
160
140
2000
100
M⋅ im ⋅ iGP ⋅ η TR
F0 =
rD
80
60
40
Fo(N)
120
M(Nm)
2500
1500
INTERVAL BRZINE VOZILA
1000
ZA ODREĐEN PRENOSNI ODNOS
500
20
RADNI INTERVAL MOTORA
0
0
0
1000
2000
3000
4000
n(o/min)
5000
6000
7000
0
20
40
r ⋅ω
v= D
im ⋅ iGP
60
80
100 120 140 160 180 200 220
v (km /h)
FTN Novi Sad
Teorija kretanja drumskih vozila
Katedra za motore i vozila
Vučno-dinamičke performanse vozila
Idealna i stvarna pogonska karakteristika
≠
Dakle:
1) Nedovoljna širina radnog intervala motora SUS
2) Nepovoljan oblik karakteristike
(dve interpretacije istog problema – jedno proizilazi iz drugog)
FTN Novi Sad
Teorija kretanja drumskih vozila
Katedra za motore i vozila
Vučno-dinamičke performanse vozila
Karakteristika zajedničkog rada motora SUS i menjačkog prenosnika
FO
im ≠ const
im = iI
im = iII
M
im = iIII
im = iIV
n
v
FTN Novi Sad
Teorija kretanja drumskih vozila
Katedra za motore i vozila
Vučno-dinamičke performanse vozila
Karakteristika zajedničkog rada motora SUS i menjačkog prenosnika
FO(v)
FO(v)
≈
v
v
FTN Novi Sad
Teorija kretanja drumskih vozila
Katedra za motore i vozila
Vučno-dinamičke performanse vozila
Vučno-brzinska karakteristika
Raspoloživa vučna sila na točku u funkciji brzine kretanja vozila
im = iI
FO
im↑ ⇒ FO ↑, v
im = iII
M
im = iIII
↓
i1 > i2 > i3 > ...
im = iIV
n
v
VUČNO-BRZINSKA KARAKTERISTIKA – VUČNI DIJAGRAM
FO =
M⋅ im ⋅ iGP ⋅ ηTR
rD
v=
0,377 ⋅ rD ⋅ n
im ⋅ iGP
FTN Novi Sad
Teorija kretanja drumskih vozila
Katedra za motore i vozila
Vučno-dinamičke performanse vozila
Idealna hiperbola vuče
FO(v)
PT=FO⋅v
(W, N, m/s)
⇓
Idealna hiperbola:
hipotetička kriva obimne
sile za slučaj mogućnosti
iskorišćenja maksimalne
raspoložive snage motora
– Pmax u svim režimima
kretanja
P
PT =
(kW, N, km/h)
⇓
P = PMAX = const
FO =
v
PTMAX
Stvarna kriva P(v)
FOid
3600 ⋅ PMAX ⋅ η TR
=
v
FO ⋅ v
3600
3600 ⋅ PT
v
v
PT = PTMAX
FTN Novi Sad
Teorija kretanja drumskih vozila
Katedra za motore i vozila
Vučno-dinamičke performanse vozila
Idealna hiperbola vuče
Vučno-brzinska karakteristika
10000
9000
Primer
8000
7000
F (N)
6000
5000
4000
3000
2000
1000
0
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
v (km/h)
Važna osobina: idealna hiperbola tangira stvarne krive vuče u tačkama koje odgovaraju
broju obrtaja PMAX – tu je ispunjen uslov prema kom je idealna hiperbola definisana!
FTN Novi Sad
Teorija kretanja drumskih vozila
Katedra za motore i vozila
Vučno-dinamičke performanse vozila
Vučno-brzinska karakteristika
FO(N)
FO = (M(n)⋅im⋅iGP ⋅ηtr) / rD
FOid
im=iI
v = (0,377⋅rD⋅n) / im⋅iGP
100
300
Idealna hiperbola
90
250
FOI
80
70
200
60
50
150
40
100
30
20
50
10
0
0
FOII
1000
2000
3000
4000
5000
6000
0
7000
im=iII
im=iIII
FOIII
FOIV
FOV
im=iIV
im=iV
FOTP = Ff + FW
v (km/h)
VUČNI DIJAGRAM
FTN Novi Sad
Katedra za motore i vozila
Vučno-brzinska karakteristika
Vučno-dinamičke karakteristike vozila:
• Maksimalna brzina
• Mogućnost savlađivanja uspona
• Ubrzanje, vreme i put zaleta
Teorija kretanja drumskih vozila
Vučno-dinamičke performanse vozila
Download

Prenos snage i vučno-brzinska karakteristika