iii. osnovni vidovi kretanja u iii. osnovni vidovi kretanja u prirodi u prirodi su sva kretanja...

Download III. OSNOVNI VIDOVI KRETANJA U III. OSNOVNI VIDOVI KRETANJA U PRIRODI U prirodi su sva kretanja zivotinja

Post on 10-Sep-2019

6 views

Category:

Documents

2 download

Embed Size (px)

TRANSCRIPT

  • III. OSNOVNI VIDOVI KRETANJA U PRIRODI

    U prirodi su sva kretanja zivotinja prilagođena kretanju po besputnim terenima i savlađivanju prepreka različitih vrsta, te otuda toliko različitih načina kretanja u prirodi. Ona se stoga i pobrinula da za kretanje po različitim vrstama terena, potrebna snaga bude približno jednaka, bez obzira o kakvom se kretanju radi. Kako se iz slike III.1 vidi, potrebna snaga je manje - više jednaka, bez obzira da li je kretanje po mekom ili tvrdom tlu [4]. Takođe se uočava znatno odstupanje u potrebnoj snazi samo za vrste kretanja gde je podizanje težišta evidentno (skakanje ili puzanje gusenice, koja kontinualno podiže i spušta telo).

    Činjenica je da kotrljanje, kao poseban vid kretanja ne spada u grupu “prirodnih” kretanja. Iz tih razloga je u predstavljenoj slici kotrljanje izdvojeno u posebnu podtabelu.

    U odnosu na hodanje, kao najsavršeniji vid kretanja sa aspekta potrebne snage, kretanje vozila sa točkovima pokazuje znatna odstupanja, kada se radi o kretanju po mekom terenu, u odnosu na krute i tvrde podloge. Guseničari, takođe spadaju u grupu kretanja kotrljanjem, kao točak, s tim što oni nose beskrajnu traku, koju polažu ispred sebe i točak se po njoj kotrlja.

    Slika III. 1 Utrošak snage za razne vidove kretanja, pri brzini od 32 km/h

  • III. 1 SILE OTPORA KRETANJU VOZILA U najopštijem slučaju sile otpora koje dejstvuju na vozilo u kretanju mogu se podeliti na unutrašnje i spoljašnje sile otpora. Pod unutrašnjim silama otpora podrazumavaju se sve sile koje dejstvuju pri prenosu snage od motora do točka, kako inercione tako i sile trenja elemenata transmisije. Stoga se ove sile otpora i zovu unutrašnjim silama. Njihovo dejstvo se može sa dovoljnom tačnošću aproksimirati stepenom korisnosti transmisije, tako da će se u daljem razmatranju uzimati kao efektivna sila vuče, ona koja se dobija na pogonskim točkovima vozila. Spoljašnje sile otpora se mogu podeliti na: - Sile otpora pri kretanju vozila iz mesta - Sile otpora pri stacionarnom i nestacionarnom kretanju III.2 Sile otpora pri kretanju vozila iz mesta Sile otpora pri kretanju vozila iz stanja mirovanja (pokretanje vozila iz mesta) zavise od stanja kolovoza, pneumatika i mase vozila, a potiču od plastičnih i elastičnih deformacija podloge, elastičnih deformacija točkova i inercionih sila kao sile otpora ubrzanju. U principu ove sile se ne uzimaju pri proračunu ukupnih sila kao otpori kretanju, s obzirom da su sile pri kretanju vozila na višim brzinama u principu sile otpora vetra uvek više, dok su pri mirovanju iste jednaki nuli. Sile i momenti otpora pokretanju vozila iz mesta su posebno važni kod proračuna spojnice, pogotovu kod teretnih i vučnih vozila. III. 3 Spoljašnje sile otpora pri kretanju vozila Kretanju vozila ustaljenom brzinom suprotstavljaju se sledeće sile - sile otpora pri kotrljanju Rf - sile otpora vazduha Rv - sile otpora pri usponu Rα - sila otpora vuče prikolice Rp

    Slika III.2 Sile otpora koje dejstvuju na vozilo u kretanju Međutim pri kretanju nestacionarnom brzinom, gore navedenim silama priključuje se i

    - sila inercije (Ri),

  • koja zavisno od vrste nestacionarnog kretanja (usporenje ili ubrzanje) ima smer uvek suprotan od trenutnog režima kretanja.

    III.3.1 Sila otpora kotrljanju Rf Sila otpora kotrljanju točka po kolovozu zavisi pre svega od vrste točka i vrste i kvaliteta kolovoza. U tom smislu razikuju se oblici kotrljanja prikazani na slici III.3. Prilikom kretanja vozila neravnomernom brzinom, na primer prilikom ubrzanja ili usporenja, istom se suprotstvaljaju još i sile inercije Ri., koje nastaju mao proizvod mase vozila i ubrzanja odnosno usporenja.

    Slika III.3 Oblici kretanja točka po tlu S obzirom da ovaj udžbenik nema svrhu da izlaže materiju iz teramehanike kao ni kretanja guseničara po tlu, te će se u daljem razmatrati samo uobičajen način kretanja vozila po kolovozu, za koga u principu važi slučaj kotrljanja elastičnog točka po tvrdom kolovozu (slika III.3.c). U takvom slučaju smatra se da se točak sa pneumatikom elastično deformiše, stvarajući "otisak" u tlu, pri čemu se sila reakcije na težinu izmešta iz centra točka (slika III.4) u pravcu kretanja zbog deformacije pneumatika i pojave gubitaka od histerezisa pneumatika.

    Slika III.4 Otpor kretanju elastičnog točka po tvrdom tlu

    Reakcije tla od težine Gt za slučaj prikazan na slici 1 su Xt (horizontalna) i Zt (vertikalna).

    Jasno je da se tangencijalna sila Xt može nalaziti u granicama 0 t tX Z μ≤ ≤ ⋅

  • pri čemu je μ koeficijent prianjanja točka o kolovoz, koji se sa dovoljnom tačnošću može uzeti da je jednak koeficijentu klizanja. Prema slici III.4, ima se da je

    d f t f d

    eF r Z e F X Z r

    ⋅ = ⋅ → = = ⋅ (3.1)

    pri čemu se odnos e/rd smatra koeficientom otpora kotrljanju "f". Iz jednačine 1 se vidi da sile F i Xt obrazuju spreg sila koji se uravnotežava momentom otpora kotrljanju f tM Z e= ⋅ (3.2) tako da iz bilansa sila na točku sledi

    ff t t t d d

    M eF R Z Z f G f r r

    = = = = ⋅ = ⋅ (3.3)

    Kako je sila reakcije na težinu Zt = Gt, to se ima da je otpor kotrljanju f tR G f= ⋅ (3.4) U opštem slučaju, uzimajući da se vozilo kreće na usponu (slika III.2), sila otpora kotrljanju je: cosfR G f α= ⋅ ⋅ (3.5) Pri tome su članovi jednačina: F [N] Horizontalna "gurajuća" sila G, Gt [N] Težina vozila, odnosno Gt težina koja pada na jedan točak e [m] Ekscentričnost sile otpora rd [m] Dinamički poluprečnik točka f [- ] Koeficijent otpora kotrljanju točka α [0] Nagib uspona Merenja otpora kotrljanja su pokazala velika rasipanja rezultata zbog velikog broja uticajnih faktora(opterećenje točka, kvalitet kolovoza, kvalitet pneumatika i slično), tako da se za tačnija izračunavanja koeficijenta otpra kotrljanju koristi izraz 20 1 2 ...

    n nf f f v f v f v= + ⋅ + + + (3.6)

    Za praktična izračunavanja dovoljno je uzeti samo prva tri člana, tako da je konačni izraz za koeficijent otpora kotrljanju

    ( )20 1f f a v= + ⋅ (3.7)

  • pri čemu su f0 [-] Koeficijent otpora kotrljanju za brzine do 60 km/h a [-] Konstanta, koja iznosi oko (4÷5)10 -5 v [km/h] Brzina kretanja vozila Prosečne vrednosti koeficijenta otpora kotrljanju mogu da se usvoje u sledećim realcijama: za kvalitetan asfaltni kolovoz f0 = 0,01 do 0,02 makadamski kolovoz f0 = 0,015 do 0,04 zemljani kolovoz f0 = 0,04 do 0,2 Radi bližeg pojašnjenja na slikama III.5 i III.6 prikazana su samo dva od brojnih uticajnih faktora. Na primer: koeficijent otpora kotrljanju opada sa porastom pritiska u pneumaticima i sa većim opterećenjem točka, što se objašnjava manjim deformacionim radom u samom pneumatiku i manjim unutrašnjim trenjima između slojeva pneumatika.

    Slika III.5 Zavisnost koeficijenta otpora kotrljanju od opterećenja točka i pritiska u pneumaticima

    Slika III.6 Zavisnost koeficijenta otpora kotrljanju od brzine kretanja za različite tipove radijalnih pneumatika

  • Jasno je da se maksimalna vrednost otpora kretanju, sila Xtmax, ima kao atheziona sila između točka i kolovoza, odnosno max maxt f tX R G μ= = ⋅ (3.8) odnosno isto toliko može da iznosi i maksimalna sila vuče, bez obzira na obrtni moment koji se ostvaruje na pogonskim točkovima, odnosno max max maxf t ptF R X G μ= = = ⋅ (3.9) s obzirom da za uslov čistog kotrljanja mora da postoji zavisnost f μ≤ , pri čemu je "Gpt" težina koja pada na pogonske točkove vozila. Naravno, za vozila sa pogonom na svim točkovima, težina koja pada na pogonske točkove je sinptG G α= ⋅ . Maksimalna vrednost koeficijenta pranjanja točka o kolovoz u principu se smatra da je jednaka koeficijentu klizanja odnosno proklizavanja točka po kolovozu, koje se imaju u relacijama: za kvalitetan suvi asfaltni kolovoz μ = 0,6 do 0,8 (0,9) za mokri asfaltni kolovoz μ = 0,4 do 0,6 makadamski kolovoz μ = 0,4 do 0,6 zemljani kolovoz μ = 0,1 do 0,4

  • III.3.2 Sila otpora vazduha Rv

    Kako će se kasnije u tački III.3.6 (analiza otpora) videti, otpori vazduha, odnosno vetra zauzimaju značajno mesto, tako da se u današnje vreme obliku vozila, bplje rečeno aerodinamičnosti posvećuje posebna pažnja, kao jednom od značajnih faktora koji utiču na potrošnju goriva i dinamičko ponašanje vozila na putu. Posebna pažnja se takođe posvećuje i konstrukciji oblika bočnih površina, s obzirom da sila bočnog vetra ne dejstvuje u težište površine, već u metacentar iste, tako da od međusobnog položaja težišta vozila i metacentra bočne površine, dosta zavisi kakva će biti stabilnost vozila na bočni vetar. Pravac sile otpora vazduha zavisi takođe i od pravca prirodnog strujanja vazduha odnosno pravca vetra. Rezultujuća brzina vazdužne struje ima se kao 2 2 2 cosvv v w v w τ= + + ⋅ ⋅ (3.10) gde su - v [m/s]; [km/h] brzina kretanja vozila - w [m/s]; [km/h] brzina vetra - τ [ 0 ] - ugao koga zaklapa smer vetra sa smerom kretanja vozila ukoliko vetar duva u "čelo", to jest τ = 00, te je rezultujuća brzina v