badania symulacyjne układu napędowego samochodu ... · konstrukcje pojazdów u *ytkowych ......

ANDRZEJ SADOWSKI , BOGDAN ÓŁTOWSKI , TOMASZ KAŁACZY SKI , TOMASZ KOZŁOWSKI

BADANIA SYMULACYJNE UKŁADU NAP DOWEGO SAMOCHODU CI AROWEGO W PROGRAMIE LMS AMESIM

Streszczenie W pracy został przedstawiony problem określenia sprawności układu napędo-

wego pojazdu ciężarowego Star 266. Za pomocą oprogramowania LMS AMESim przygotowano model do badań symulacyjnych, utworzono schematy układu napędo-wego obiektu badań. Dla każdego elementu schematu nadano dostępne w literaturze parametry. Nadano obciążenia pochodzące od silnika i przeprowadzono symulację. Sprawność układu uzyskano poprze pomiar strat momentu obrotowego i prędkości obrotowej. Po przeprowadzonej symulacji dokonano prezentacji wyników w formie wykresów oraz tabeli. Za pomocą wzorów zaczerpniętych z literatury wykazano straty energii poszczególnych elementów wcześniej zbudowanych schematów. W końcowym etapie pracy dokonano analizy otrzymanych wyników.

Słowa kluczowe: układ nap dowy, badania symulacyjne, LMS AMESim

1. Wprowadzenie

Układ nap dowy jest jednym z wa niejszych układów w samochodach. Odpowiedzialny jest za przeniesienie momentu obrotowego oraz pr dko ci obrotowej na koła nap dowe. Coraz nowsze techniki in ynieryjne oraz ci gły rozwój przemysłu samochodowego pozwalaj nam na u ytkowa-nie jeszcze bardziej trwałymi, niezawodnymi, bezpieczniejszymi i wygodnymi maszynami stosowanymi na całym wiecie. Projektowanie bardzo skomplikowanych i nowoczesnych rozwi -za jest skutkiem dokładnych i prowadzonych w błyskawicznym tempie bada symulacyjnych. Dzi ki wykorzystaniu innowacyjnego oprogramowania zb dna staje si produkcja prototypów, po-niewa wszystkie badania wytrzymało ciowe, eksploatacyjne i inne wykonywane s w rodowisku wirtualnym. Za pomoc tych programów mo liwe jest wprowadzanie wszelkich zmian do projektu ju we wczesnej fazie konstruowania. Wskutek tych działa , producenci wprowadzaj na rynek co-raz to nowsze pojazdy projektowane w szybkim tempie, o bardzo wysokiej niezawodno ci.

Celem niniejszej pracy jest ocena stanu układów nap dowych pojazdów samochodowych oraz weryfikacj parametrów wpływaj cych na sprawno i wska niki pracy pojazdu.

185

2. Konstrukcje pojazdów u ytkowych

Samochody ci arowe i specjalne oraz autobusy cz sto okre lane s jako grupa samochodów u ytkowych. Dzi ki temu odró nia si te pojazdy od samochodów osobowych i ich pochodnych. Pojazdy ci arowe w zale no ci o przeznaczenia posiadaj du ró norodno budowy. Takie po-jazdy ze wzgl du na rodzaj nadwozia s okre lane jako:

• skrzyniowe – wyposa one w uniwersaln skrzyni ładunkow ,• furgony – pojazdy z zamkni t skrzyni ładunkow ,• wywrotki – pojazdy przeznaczone do przewozu materiałów sypkich z przechylan skrzynia

ładunkow ,• specjalizowane – ich nadwozie przystosowane jest przewozów ładunków w okre lony spo-

sób, np. cysterny, chłodnie lub wyposa one w urz dzenia dodatkowe tj. d wig, wozystra ackie itp.

Kryterium klasyfikacji mog by równie warunki eksploatacji: do jazdy po drogach utwardzo-nych lub pojazdy terenowe i uterenowione. Ró nice w tym przypadku wynikaj głównie z zastosowania silnika odpowiedniej mocy, konstrukcji ramy i zawieszenia, liczby kół nap dowych. Inne klasyfikacje to: ze wzgl du na mas całkowit , liczb osi jezdnych oraz wiele innych. Ogólna budowa pojazdów wynika z rozmieszczenia głównych podzespołów. Ró nice pomi dzy poszcze-gólnymi samochodami zale głównie od ich zastosowania, a dokładniej od rodzaju nadwozia, podwozia, kabiny liczby osi itp. Cz sto model podstawowy jest budowany w ró nych wersjach, np. na jednakowym podwoziu zmieniaj c tylko nadwozie [4,5,7].

Zasadniczo pojazd ci arowy składa si z nadwozia i podwozia. Nadwozie jest zespołem ele-mentów, które umo liwiaj monta , uło enie i przewóz ładunków. Nadwozie stanowi kabinkierowcy oraz nadwozie u ytkowe, które ma za zadanie zabezpieczy i pomie ci towar, aby ten nie utracił swoich wła ciwo ci podczas przewozu. Przewa nie montowane s skrzynie ładunkowe lub nadwozie specjalizowane albo specjalne. Podwozie natomiast stanowi rama, układ przeniesie-nia nap du, układ kierowniczy, układ hamulcowy, układ jezdny i zawieszenie. Rama jest najwa niejszym elementem pojazdu. Ł czy wszystkie elementy w konstrukcyjn cało . Najcz -ciej stosowane s ramy podłu nicowe, w której podłu nice o profilu cechowym s poł czone

poprzecznymi belkami. Daje to konstrukcji wysok wytrzymało na zginanie i skr canie. Cechy charakterystyczne poszczególnych grup pojazdów ocenia si na podstawie analiz tech-

nicznych, umo liwiaj cych porównanie wła ciwo ci technicznych lub parametrów techniczno – ekonomicznych pojazdów. Analizy te dostarczaj informacji o przydatno ci pojazdów do realizacji okre lonych zada transportowych i roboczych. Jako podstawowe parametry pojazdów u ytkowych podaje si : masa, wymiary zewn trzne, moc silnika, pr dko jazdy i no no podwozia. Na pod-stawie tych parametrów zostaje okre lona kategoria pojazdu, do której maj zastosowanie przepisy dopuszczaj ce pojazd do ruchu po drogach publicznych. Dla jednoznacznego interpretowania para-metrów technicznych ich definicje zostały znormalizowane.

Rozwój technologiczny pojazdów u ytkowych w ostatnich latach znacznie wzrasta. Rozwojowi temu sprzyjaj zmiany gospodarcze, polityczne, technologiczne a przede wszystkim wzrost konku-rencji pomi dzy producentami. Dzi ki temu powstaj coraz to nowsze rozwi zania konstrukcyjne wysokiej jako ci przy minimalizacji kosztów. Minimalizacja kosztów polega na zastosowaniu mo-dułowej budowy podzespołów oraz zmniejszeniu liczby komponentów. Dodatkowo nast puje normalizacja elementów i podzespołów, dzi ki temu zwi ksza to ich produkcj , dost pno oraz

Studies & Proceedings of Polish Association for Knowledge Management Nr 69, 2014

Andrzej Sadowski, Bogdan Żółtowski, Tomasz Kałaczyński, Tomasz Kozłowski Badania symulacyjne układu napędowego samochodu ciężarowego w programie LMS AMEsim

186

obni a cen . Normalizacji podlegaj wszelkie poł czenia cz ci maszyn, elementy instalacji elek-trycznych, ło yska, elementy spr yste, ogumienie, paski klinowe czy okładziny cierne. Wysokie koszty bada nad rozwojem powoduj koncentracj produkcji w du ych koncernach. Rywalizacja koncernów nap dza powstawanie nowych technologii, zwi kszenie asortymentu pojazdów wyko-nywanych cz sto według indywidualnych ycze klienta.

2.1. Układ nap dowy

Aby pojazd mógł si porusza energia mechaniczna uzyskana w silniku musi by przeniesiona na koła samochodu. Za podstawowy stan ruchu samochodu nale y uzna jazd wymuszon momen-tem obrotowym przekazywanym z silnika na koła nap dowe. Mechanizmy u yte do przeniesienia tej energii s nazywane mechanizmami przeniesienia nap du, a cały układ układem nap dowym. Składa si on z nast puj cych zespołów: silnik, skrzynia biegów, skrzynia rozdzielcza, wały nap -dowe i mosty nap dowe zawieraj ce w swojej budowie przekładni główn i mechanizm ró nicowy (dyferencjał). Własno ci układów nap dowych opisywane s poprzez rozmieszczenie kół w poje -dzie oraz przeło enie kinematyczne, dynamiczne i sprawno . Silnik spalinowy jest w stanie pracowa w ograniczonym zakresie pr dko ci obrotowej. Zakres obrotów silnika jest zbyt mały, aby uzyska odpowiedni rozpi to pr dko ci pojazdu od niskich pr dko ci samochodu podczas rusza-nia do uzyskania maksymalnej pr dko ci pojazdu. Warto momentu obrotowego musi by w stanie pokona opory ruchu, zale nie od rodzaju nawierzchni i pochylenia drogi, masy pojazdu, oporów powietrza. Dlatego konieczna jest zmiana przeło enia pr dko ci obrotowej i momentu obrotowego w układzie nap dowym. Uzasadnione jest wi c stosowane skrzyni biegów, skrzyni rozdzielczej oraz przekładni głównej.

Podstawowym parametrem ka dej przekładni z batej jest przeło enie, przy czym definiuje si : • przeło enie geometryczne – stosunek rednicy koła nap dzanego do rednicy koła nap -

dzaj cego,• przeło enie kinematyczne – b d cy stosunkiem pr dko ci obrotowej wału korbowego do

pr dko ci obrotowej kół nap dowych,• przeło enie dynamiczne – wyra a stosunek momentu obrotowego kół nap dowych do mo-

mentu obrotowego silnika.Kolejnym parametrem przekładni jest jej sprawno okre lana jako stosunek energii wykorzy-

stanej do energii doprowadzonej w tym samym czasie co przedstawiono na rys. 1. wyra ana jest jako współczynnik sprawno ci zawsze o warto ci 1, lub jako procentowa warto przekazywanej energii. Pozostała cz energii stanowi ródło strat.

187

Rys. 1. Schemat określający sprawność

ródło: opracowanie własne.

O warto ci strat energetycznych w przekładniach z batych decyduj : • cechy konstrukcyjne (liczba kół z batych przenosz cych nap d, parametry zaz bie , prze-

ło enia, liczba wałków, ło ysk i uszczelniaczy)• czynniki ruchowe (pr dko k towa wałków i przenoszony moment obrotowy)• czynniki eksploatacyjne (temperatura, ilo i wła ciwo ci smarne oleju – wpływaj ce na

straty hydrauliczne),Sprawno nap du stanowi iloczyn sprawno ci u ytecznej ηe silnika i sprawno ci ηpn układu

przeniesienia nap du (1).

pcn ηηη ⋅= (1) Natomiast sprawno układu przeniesienia nap du jest zale na od sprawno ci wszystkich jego

elementów i stanowi ich iloczyn [1,4,9] co przedstawia zale no (2): (2)

gdzie:

––– sprawno wałów nap dowych

sprawno mostów nap dowych

Strumie mocy przepływaj c przez ka dy z mechanizmów układu przeniesienia nap du zmniej-sza si , co spowodowane jest z wyst puj cymi tam oporami, przedstawia to rysunek 2 [3,8,11].



188

Rys. 2. Przemiany energetyczne w układzie napędowym


Sprawno układów nap dowych pojazdów ci arowych wynosi 0,8 – 0,9. W bardziej zło o-nych układach nap dowych, gdzie nap dzanych jest kilka osi sprawno układu nap dowego mo e nie przekracza 0,7, co oznacza, e niecałe 70% mocy silnika jest wykorzystywane do nap dzania pojazdu. Przeło enie w układzie nap dowym zmieniane jest przez skrzyni biegów, skrzyni roz-dzielcz i przekładni główn . Sprz gło w zasadzie nie zmienia przeło enia oprócz sytuacji, kiedy jest wł czane lub wył czane w celu sprz gni cia lub odł czenia silnika ze skrzyni biegów. Wtedy przeło enie sprz gła zmienia si w granicach od 0 do 1. W pojazdach u ytkowych przeło enie prze-kładni głównej wynosi 5 – 8. Skrzynia biegów pozwala uzyska nawet kilkana cie ró nych przeło e . Stosunek najwi kszego przeło enia do najmniejszego okre la si rozpi to ci przeło e . Im chcemy uzyska wi ksz rozpi to tym wi ksza liczba biegów. Wymagana rozpi to przeło-e wynika z konieczno ci zapewnienia szerokiego przedziału zmiany pr dko ci oraz siły p dnej na

kołach [4,6,10].

3. Obiekt bada

Obiektem bada jest układ nap dowy pojazdu ci arowego STAR 266 przedstawiony na ry-sunku 3. Pojazd ten jest przeznaczony do przewo enia ładunków i ci gni cia przyczepy, zarówno do u ytkowania po drogach o nawierzchniach utwardzonych jak i w trudnych warunkach tereno-wych. Jest to samochód ci arowy trójosiowy o du ym zakresie zastosowania, wyposa ona w 6-cylindrowy, wysokopr ny silnik typu 359 o mocy 150 KM. Posiada nap d na wszystkie trzy osie. Za przeniesienie nap du odpowiada 5-biegowa r czna skrzynia biegów, 2-przekładniowa skrzynia rozdzielcza oraz 3 mosty nap dowe. Dodatkowo samochód wyposa ony jest we wci gark mecha-niczn o sile uci gu 60 kN. Pojazd jest równie przystosowany do pokonywania brodów do 1,8 m oraz do zamontowania ró nych urz dze specjalnych [2,5].

Układ nap dowy pojazdu STAR 266 przenosi moment obrotowy z silnika na wszystkie 6 kół. ródłem nap du jest wspomniany wcze niej silnik, który jest w stanie wytworzy moment obrotowy

o warto ci 430 Nm. Za silnikiem znajduje si 5-stopniowa skrzynia biegów, przystosowana do od-bioru 450Nm. Zakres przeło enia wynosi od 8,47 na pierwszym biegu do warto ci 1 na biegu pi tym. Za przekazywanie momentu obrotowego na wszystkie 3 mosty nap dowe odpowiada spe-cjalnie zaprojektowana skrzynia rozdzielcza. Jest ona sterowana mechanicznie za pomoc d wigni

189

w kabinie kierowcy, zał czaj cej nap d przedniego mostu, gdy nap d mostu rodkowego i tylnego pozostaje w stałym zał czeniu. Skrzynia rozdzielcza posiada dwa przeło enia: szosowe 1:1 oraz terenowe 1:1,86 ułatwiaj ce prace w trudnych warunkach.

Rys. 3 Obiekt badań STAR 266


Wały nap dowe konstrukcji rurowej o rednicy 70 mm, wyposa one w dwa przeguby krzy a-kowe, dzi ki zastosowaniu teleskopowego poł czenia wielowypustu istnieje mo liwo zmiany ich długo ci. W konstrukcji układu nap dowego pojazdu STAR 266 wyst puje pi wałów nap do-wych:

• Wał nap dowy skrzynia biegów – skrzynia rozdzielcza,• Wał nap dowy skrzynia rozdzielcza – most przedni,• Wał nap dowy skrzynia rozdzielcza – most rodkowy,• Wał nap dowy skrzynia rozdzielcza – ło ysko po rednie,• Wał nap dowy ło ysko po rednie – most tylny.

Obiekt bada wyposa ony jest w trzy mosty nap dowe w których przekładnie główne z kołami z batymi sto kowymi o z bach łukowych i przeło eniu 1:6,33 oraz mechanizm ró nicowy z czte-rema kołami z batymi sto kowymi o zaz bieniu prostym Most rodkowy i tylny dodatkowo wyposa one s w urz dzenie blokuj ce mechanizm ró nicowy [2,5].

4. Badania symulacyjne układów nap dowych

Badania symulacyjne maj na celu rozwi zywanie wielu problemów natury technicznej, kon-struowanych obiektów oraz układów ju we wcze niej fazie projektowania. Wiele nowoczesnych programów komputerowych pozwala na tworzenie rozbudowanych modeli obliczeniowych. Bez problemu mo na w nich przeprowadza skomplikowane analizy statyczne i dynamiczne wszystkich komponentów lub całego układu w rodowisku graficznym i w interfejsie przyjaznym dla konstruk-tora. Prowadzenie bada symulacyjnych obiektów technicznych maj na celu równie optymalizacjwspółpracy skomplikowanych systemów mechanicznych, hydraulicznych, pneumatycznych, elek-tronicznych czy termicznych jeszcze przed stworzeniem prototypów. Poza tym badania symulacyjne pomagaj unikn bł dów projektowych oraz pozwala na badania rozwi za bardziej innowacyj-nych. Wiele programów słu cych do przeprowadzania bada symulacyjnych posiadaj zdolno



190

wymiany danych z programami typu CAD, CAM czy CAE. Dzi ki tej funkcji prowadzenie badastaje si jeszcze łatwiejsze.

Rys. 4. Badania symulacyjne w programie LMS VirualLab


Modelowanie układu nap dowego polega na zestawieniu odpowiednich elementów, które za-warte s bibliotekach programu. Biblioteki programu LMS AMESim zawieraj szeroki zakres wyboru dziedzin nauki. Wybieraj c odpowiedni komponent przeci gamy go na obszar roboczy pro-gramu. W ekranie roboczym ł czymy ze sob wszystkie elementy tak, aby ka dy z nich był całkowicie zwi zany z całym układem. Nast pnie nale y ka demu z podzespołów przypisa inter-pretacj fizyczn oraz okre li parametry. Okre lenie parametrów elementów pozwala okre li m.in. spr ysto elementów, mas , sprawno , opory ruchu, itp. Okre lanie parametrów odbywa si za pomoc odpowiedniego okna dialogowego. Nadanie komponentom odpowiedniej interpretacji fi-zycznej oraz parametrów pozwala przeprowadzi symulacj zbudowanej struktury. Podobnie jak przy budowaniu modelu, tak samo w przypadku symulacji musimy okre li jej parametry:

• Czas rozpocz cia symulacji;• Czas zako czenia symulacji;• Interwały generuj ce warto ci symulacji.

191

Rys. 5 Wykresy wykonane w aplikacji LMS AMESim


Przeprowadzenie symulacji umo liwia wykonanie wykresów parametrów poszczególnych ele-mentów, które nas interesuj . W celu wygenerowania wykresu nale y po symulacji wybra wartoparametru elementu i przesun go w obszar roboczy wykresu. Na obszar roboczy wykresu mo liwe jest naniesienie kilku parametrów. Takie działanie znacznie ułatwia porównywanie oraz analizotrzymanych wyników. Wykresy b d si automatycznie zmienia , gdy b dziemy konfigurowaparametry symulacji lub samych elementów [12,13].

4.1. Przedstawienie aplikacji wykorzystanych podczas bada

Aplikacja LMS AMESim jest oprogramowaniem słu cym do prowadzenia bada symulacyj-nych. Program posiada szeroki zakres bibliotek, co umo liwia prac w wielu dziedzinach nauki. Program ten umo liwia modelowanie oraz analiz prostych elementów, jak równie rozbudowanych systemów składaj cych si z wielu komponentów.

LMS AMESim oferuje kompletne zasoby do: • symulacji jednowymiarowych modeli (1D),• analizy wielu domen, inteligentnych systemów,• przewidywania ich interdyscyplinarnych osi gów.

Elementy modelu opisane s za pomoc zatwierdzonych modeli analitycznych ł cz cy m.in. elementy mechaniczne, pneumatyczne, elektryczne, hydrauliczne itp. Dzi ki czemu mamy dost p do wielu elementów bez konieczno ci ich projektowania od podstaw. Po utworzeniu modelu i zwi -zaniu wszystkich jego elementów, aplikacja umo liwia na przej cie do opisu ich parametrów a na ko cu do wykonania symulacji oraz analizy zachowania zbudowanego schematu.

Program składa si z paska narz dzi, pasków trybu pracy, ustawie symulacji i analiz. Dodat-kowo otwarte s równie okna udost pniaj ce bogate biblioteki cz ci, słu cych do budowy modeli.

W dolnej cz ci umieszczone jest okno kompatybilno ci elementów, które informuje czy dane elementu pasuj do siebie. Ma to celu odpowiednie dopasowanie komponentów do siebie oraz ich wzajemnych relacji podczas symulacji.



192

Rys. 6. Interfejs programu LMS AMESim

ródło: [5].

W menu programu, oprócz podstawowych funkcji, wyró nione s równie 4 funkcje procesu modelowania dowolnego układu:

• Modeling – umo liwia definiowanie ustawie aplikacji w fazie modelowania, dodawanieprostych rysunków oraz opisy do poszczególnych elementów, a tak e definiowanie inter-pretacji fizycznej komponentów.

• Settings – u ywane do nadawania parametrów elementów modelu.• Simulation – u ywane podczas symulacji. Pozwala na definicj parametrów symulacji,

uruchamianie symulacji oraz wybór symulacji (liniowe lub czasowe) w zale no ci od inte-resuj cych nas wyników analizy.

• Analysis – dost pna dopiero w trybie symulacji. Słu y do przeprowadzania analizy prze-prowadzonych symulacji i otrzymanych wyników, tworzenia wykresów orazwyszukiwania interesuj cych nas cech elementów po przeprowadzeniu symulacji.

Praca w programie AMESim składa si z 4 trybów, ka dy odpowiada za osoby etap tworzenia modelu do bada . Pierwszym trybem jest tryb tworzenia schematu modelu – Sketchmode.

W celu tworzenia modelu wybieramy elementy z bibliotek programu i przenosimy je w okno modelowania. Elementy mo na umieszcza w dowolnym miejscu okna, obraca w razie potrzeby. Orientacja cz ci jest wa na np. w przypadku masy obci aj cej i nale y nada jej odpowiedni zwrot. Komponenty w oknie modelowania ł czy si w portach. Poł czenie elementów jest mo liwe tylko wtedy, gdy porty przenosz zgodne wielko ci fizyczne.

Drugi tryb pracy to okre lanie interpretacji fizycznej – Submodelmode. W tym trybie dla ka -dego elementu układu wybieramy jedn z mo liwych interpretacji fizycznej. Je eli nie oznaczymy tej cechy dla komponentu program sam wystosuj dla niego domy ln interpretacj . Okre lenie tych cech jest bardzo wa ne, poniewa okre laj one jak poszczególne cz ci b d si zachowywały pod-czas przeprowadzania symulacji.

Kolejnym trybem jest okre lenie parametrów elementów – Parametermode. Przechodz c do tego trybu program sprawdzi poprawno zbudowanego układu. W trybie tym nale y przypisa dla elementów pocz tkowe warto ci dla przeprowadzenia symulacji np. pr dko obrotow dla silnika

193

itp. Wpisuj c bł dne warto ci program o tym nie informuje. Podobnie jak nie wpisuj c adnych warto ci, wtedy program sam zakłada warto domy ln co cz sto prowadzi do bł dnych wyników.

Ostatnim z trybów jest symulacja – Simulationmode. W aplikacji AMESim jest mo liwo wy-boru dwóch rodzajów aplikacji, symulacja przebiegów czasowych lub cz stotliwo ciowych. Poza tym w tym trybie nale y okre li parametry symulacji tj. czas pocz tku i ko ca symulacji oraz od-st py czasu, w których generowana b dzie próbka warto ci parametrów poszczególnych elementów. Wówczas mo na przeprowadzi symulacj . Program informuje o bł dach symulacji, je li współ-praca elementów jest niemo liwa w symulacji. Je li program nie zgłasza bł dów mo na przyst pido analizy zachowania komponentów, szukanych wielko ci fizycznych i utworzy interesuj ce nas wykresy.

4.2. Warunki realizacji bada oraz przyj cie kryteriów bada

Rozpatruj c układ nap dowy nale y pami ta o istnieniu strat mechanicznych w ka dym z pod-zespołów. Takie straty wyra a si momentem obrotowym na ostatnim elemencie układu do momentu obrotowego silnika, czyli za pomoc sprawno ci. Straty mechaniczne s sum strat wszystkich elementów układu nap dowego. Im wi cej elementów składowych układu nap dowego, tym wi ksze b d starty energii. W badaniach zajmowano si tylko stratami wyst puj cymi na wa-łach nap dowych i mostach nap dowych wraz z przekładni główn i dyferencjałem. Straty wprowadzone przez wały nap dowe s stosunkowo niewielkie w porównaniu do reszty elementów układu nap dowego. Najwi ksze jego straty wyst puj w przegubach. Ich wielko zale y od kon-strukcji przegubów, pr dko ci obrotowej, k ta załamania wału oraz rodzaju medium smaruj cego. W przekładni głównej, skrzyni rozdzielczej wyst puj straty w ło yskach i uszczelnieniach, straty hydrauliczne i oczywi cie starty tarcia w zaz bieniach kół z batych. Strat zale od pr dko ci i mo-mentu obrotowego. Straty hydrauliczne zale od ilo ci i lepko ci oleju przekładniowego oraz jego temperatury [4].

Nale y dokona pomiaru pr dko ci obrotowej oraz momentu obrotowego na wszystkich wałach nap dowych i mostach. W pierwszej kolejno ci dokonano zbudowania schematu nap du przedniej, rodkowej i tylnej osi we wcze niej wspomnianym oprogramowaniu komputerowym LMS AME-

Sim. W programie dokonano trzech osobnych symulacji dla pomiaru strat energii na podstawie pr dko ci obrotowej oraz trzech osobnych symulacji strat energii na podstawie momentu obroto-wego poszczególnych elementów. W badaniach przyj to znamionowe obroty silnika w przypadku obliczania strat energii na podstawie pr dko ci obrotowej poszczególnych elementów. Znamionowa pr dko obrotowa silnika wynosi 2000 obr/min. W badaniach strat energii na podstawie momentu obrotowego przyj to maksymalny moment obrotowy silnika wynosz cy 430 Nm. Symulacje zo-stan przeprowadzone na wszystkich przeło eniach skrzyni biegów, które wynosz :

• 1 bieg: 8,47;• 2 bieg: 4,68;• 3 bieg: 2,72;• 4 bieg: 1,59• 5 bieg: 1• wsteczny bieg: 7,87.



194

Skrzynia rozdzielcza została ustawiona w przeło eniu szosowym, czyli 1:1. Przekładnie główne wszystkich mostów nap dowych posiadaj przeło enie 1:6,33. Sprawno par kół z batych walco-wych w skrzyni rozdzielczej przyj to 0,98. Sprawno kół sto kowych w przekładniach głównych mostów nap dowych przyj to 0,96. Sprawno skrzyni biegów przyj to jako idealn , ze wzgl du na to, e badaniom poddano tylko wały i mosty nap dowe. Wychylenie przegubów i masy wałów nap dowych:

• wał skrzynia biegów – skrzynia rozdzielcza 18˚ i 16 kg,• wał skrzynia rozdzielcza – przedni most 35˚ i 18,8 kg,• wał skrzynia rozdzielcza – rodkowy most 35˚ i 16,2 kg,• wał skrzynia rozdzielcza – ło ysko po rednie 35˚ i 18 kg,• wał ło ysko po rednie – tylny most 16 kg i 35˚.Straty w ło yskach oraz w uszczelniaczach wybrano domy lne jakie sugerował program. Sprawno została obliczona dla elementu na ka dym przeło eniu skrzyni biegów. rednia aryt-

metyczna wszystkich sprawno ci b dzie traktowana jako wynik pomiaru. Ko cowe obliczenia b dmiały na celu ustalenie sumarycznych strat energii w całym układzie nap dowym pojazdu STAR 266 [6].

4.3. Modelowanie układu nap dowego w programie LMS AMESim

Za pomoc programu AMESim zostały utworzone schematy w celu przeprowadzenia badasymulacyjnych obiektu bada .

Rys. 7. Schemat napędu przedniego mostu napędowego


Tworzenie jednego schematu dla wszystkich trzech mostów nap dowych powodowało zbyt du e komplikacje w próbie odczytu warto ci badanych wielko ci. Warto ci szukanych wielko ci zostały umieszczone na wykresach oraz zapisane w formie tabel. Warto ci momentu obrotowego wału nap dowego skrzynia biegów – skrzynia rozdzielcza, wału nap dowego skrzynia rozdzielcza – przedniego mostu nap dowego oraz przedniego mostu nap dowego na pierwszym biegu zostały

195

umieszczone na osobnym wykresie, analogicznie wykonano to na pozostałych biegach, dla rodko-wego i tylnego mostu oraz dla symulacji na podstawie pr dko ci obrotowych elementów układu nap dowego.

5. Wyniki bada symulacyjnych

Poni ej przestawiono przykładowe wykresy oraz dane tabelaryczne, które sporz dzono podczas bada .

Rys. 8. Przykładowe wykresy momentu obrotowego na wale napędowym środkowego mostu z lewej dla biegu I z prawej na biegu III


Straty w układzie obliczono w stosunku do pr dko ci lub moment idealnego elementu, nato-miast straty w elemencie obliczono w stosunku do pr dko ci lub momentu elementu znajduj cego si bezpo rednio przed w ła cuchu rozchodzenia si energii w układzie. Moment idealny dla mo-stów jest iloczynem momentu obrotowego skrzyni biegów i przeło enia przekładni głównej.

Obliczenia zostały przedstawione w tabelach poni ej: Oznaczenia:

A – wał nap dowy skrzynia biegów – skrzynia rozdzielcza B – wał nap dowy skrzynia rozdzielcza – most przedni C – przedni most D – wał nap dowy skrzynia rozdzielcza – most rodkowy E – rodkowy most F – wał nap dowy skrzynia rozdzielcza – ło ysko po rednie G – wał nap dowy ło ysko po rednie – most tylny F – tylny most M.I – moment obrotowy idealny [Nm] M.Z – moment obrotowy zmierzony [Nm] P.I – pr dko obrotowa idealna [obr/min] P.Z – pr dko obrotowa zmierzona [obr/min] S.E – straty w danym elemencie [%] S.U – straty w układzie [%]



196

Rys. 9. Przykładowe tabelaryczne zestawienie wyników dla pomiarów momentu obrotowego na wale napędowym przednim dla biegu I z lewej oraz III z prawej


Na podstawie zebranych wyników z bada symulacyjnych pozyskano dane do okre lenia wiel-ko ci strat momentu obrotowego oraz pr dko ci obrotowej dla poszczególnych elementów układu nap dowego. W przypadku badania strat momentu obrotowego na wałach nap dowych ta strata jest nieznaczna, rednia wyniosła około 0,127 %. rednie straty momentu w skrzyni rozdzielczej wyno-sz około 6,67 %. Na ni szych biegach te straty s wy sze ni na biegach wy szych. Straty w przekładniach głównych s równe we wszystkich przypadkach i wahaj si w granicach 8,71 %. Najni sze rednie straty wyst piły na mo cie przednim 14,22.

Tab.1. Średnie straty momentu obrotowego


W przypadku bada strat pr dko ci obrotowej straty na wałach nap dowych s wi ksze niw przypadku strat momentu, wynosz rednio 1,8 %. Wraz ze spadkiem przeło enia w skrzyni bie-gów, spada równie warto strat pr dko ci na wałach nap dowych. Straty pr dko ci w skrzyni rozdzielczej podobnie jak w przekładni głównej s bardzo podobne na wszystkich biegach ok. 2,3 % dla mechanizmów w skrzyni rozdzielczej, a dla przekładni głównej wraz z dyferencjałem ok. 8,87 %. Najni sze straty pr dko ci odnotowywano na mo cie rodkowym – 12,35 %.

197

Tab.2. Średnie straty prędkości obrotowej


6. Podsumowanie

W pracy dokonano pomiaru strat momentu obrotowego i pr dko ci obrotowej w układzie na-p dowym w aplikacji in ynierskiej LMS AMESim. Dodatkowo została pokazana mo liwowprowadzenia, nowoczesnych programów do bada symulacyjnych, do procesów testowych pojaz-dów oraz innych projektów. Opisuje zalety oraz mo liwo ci stosowania takiego oprogramowania i obrazuje przebieg bada symulacyjnych układu nap dowego pojazdu ci arowego w takich apli-kacjach. Prowadzenie bada symulacyjnych znacznie ułatwia prac in ynierów. Poza tym prowadzi to minimalizacji kosztów. Tworzenie wirtualnych modeli obiektów technicznych zmniejsza zu ycie surowców naturalnych, przez co przyczynia si to do ochrony rodowiska.

Bibliografia

1. D bicki M.: Teoria samochodu, teoria napędu WNT, Warszawa 1976.2. Dział obsługi technicznej Fabryki Samochodów Ci arowych w Starachowicach, Star 266 –

Instrukcja obsługi, Wydawnictwa Przemysłu Maszynowego „WEMA”, Warszawa 1986.3. Galewski M., Modelowanie układów mechatronicznych dla kierunku Mechatronika,

Bydgoszcz.4. Jedli ski R. Podwozia Samochodów Podstawy Teorii i Konstrukcji. Wydawnictwo

Uczelniane Uniwersytetu Technologiczno-Przyrodniczego w Bydgoszcz 2007.5. Kałaczy ski T., Łukasiewicz M., Iwanowicz D., Opracowanie instrukcji modelowania

układów mechanicznych za pomocą programu LMS Image. Lab AMESim REV 11, Bydgoszcz 2012.

6. Lisowski M., Teoria ruchu samochodu – Teoria napędu, Wydawnictwo UczelnianePolitechniki Szczeci skiej, Szczecin 2003.

7. Łukomski Z., Pałacha R., Kukli ski Z., Zapłoty ski W., Naprawa samochodu Star 266,WKiŁ, Warszawa 1976.

8. Prochorowski L., uchowski A., Samochody ciężarowe i autobusy, WKiŁ, Warszawa 2004,9. Rychter T., Budowa pojazdów samochodowych, Wydawnictwo Szkolne i Pedagogiczne,

Warszawa 1984.



198

10. Sadowski A., ółtowski B., ”Badania sprawności złożonych układów napędowych”In ynieria i Aparatura Chemiczna 2012.

11. Siłka W. „Energochłonność ruchu samochodu” WNT, Warszawa 1997.12. Zaj c M., Układy przeniesienia napędu samochodów ciężarowych i autobusów,

Wydawnictwa Komunikacji i Ł czno ci, Warszawa 2003.13. ółtowski B., wik Z. Leksykon Diagnostyki Technicznej, Wydawnictwo Uczelniane

Akademii Techniczno-Rolniczej Bydgoszcz 1996.

SIMULATION RESEARCH DRIVE SYSTEM VEHICLE TRUCK IN THE LMS AMESim

Summary

The work was presented problem of determining the efficiency of the vehicle powertrain Star 266 truck using LMS AMESim prepared model test simulation dia-grams created powertrain testing facility. For each element of the schema given in the literature available parameters. It was given the load coming from the engine and a simulation was performed. The efficiency of the obtained support the measurement of loss of torque and rotational speed. After the simulation are made presentation of the results in the form of graphs and table. Using the formulas from literature energy loss demonstrated previously constructed of individual elements diagrams. In the final stage of the study analyzes the results.

Keywords: Drive system, Simulation studies, LMS AMESim

Andrzej Sadowski Bogdan ółtowski Tomasz Kałaczy ski Tomasz Kozłowski Zakład Pojazdów i Diagnostyki Instytut Eksploatacji Maszyn i Transportu Wydział In ynierii Mechanicznej Uniwersytet Technologiczno-Przyrodniczy w Bydgoszczy ul. Kaliskiego 7, 85-789 Bydgoszcz e-mail: [email protected], [email protected], [email protected]

badania symulacyjne układu napędowego samochodu ... · konstrukcje pojazdów u *ytkowych ......

Documents