• Nie Znaleziono Wyników

Badania symulacyjne układu napędowego samochodu ciężarowego w programie LMS AMESim

N/A
N/A
Protected

Academic year: 2021

Share "Badania symulacyjne układu napędowego samochodu ciężarowego w programie LMS AMESim"

Copied!
15
0
0

Pełen tekst

(1)

TOMASZ KAŁACZYēSKI , TOMASZ KOZŁOWSKI

Streszczenie

W pracy został przedstawiony problem określenia sprawności układu napędo-wego pojazdu ciężaronapędo-wego 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 napĊdowy, badania symulacyjne, LMS AMESim 1. Wprowadzenie

Układ napĊdowy jest jednym z waĪniejszych układów w samochodach. Odpowiedzialny jest za przeniesienie momentu obrotowego oraz prĊdkoĞci obrotowej na koła napĊdowe. Coraz nowsze techniki inĪynieryjne oraz ciągły rozwój przemysłu samochodowego pozwalają nam na uĪytkowa-nie jeszcze bardziej trwałymi, uĪytkowa-niezawodnymi, bezpieczuĪytkowa-niejszymi i wygodnymi maszynami stosowanymi na całym Ğwiecie. Projektowanie bardzo skomplikowanych i nowoczesnych rozwią-zaĔ jest skutkiem dokładnych i prowadzonych w błyskawicznym tempie badaĔ symulacyjnych. DziĊki wykorzystaniu innowacyjnego oprogramowania zbĊdna staje siĊ produkcja prototypów, po-niewaĪ wszystkie badania wytrzymałoĞciowe, eksploatacyjne i inne wykonywane są w Ğrodowisku wirtualnym. Za pomocą tych programów moĪliwe jest wprowadzanie wszelkich zmian do projektu juĪ we wczesnej fazie konstruowania. Wskutek tych działaĔ, producenci wprowadzają na rynek co-raz to nowsze pojazdy projektowane w szybkim tempie, o bardzo wysokiej niezawodnoĞci.

Celem niniejszej pracy jest ocena stanu układów napĊdowych pojazdów samochodowych oraz weryfikacjĊ parametrów wpływających na sprawnoĞü i wskaĨniki pracy pojazdu.

(2)

2. Konstrukcje pojazdów uĪytkowych

Samochody ciĊĪarowe i specjalne oraz autobusy czĊsto okreĞlane są jako grupa samochodów uĪytkowych. DziĊki temu odróĪnia siĊ te pojazdy od samochodów osobowych i ich pochodnych. Pojazdy ciĊĪarowe w zaleĪnoĞci o przeznaczenia posiadają duĪą róĪnorodnoĞü budowy. Takie po-jazdy ze wzglĊdu na rodzaj nadwozia są okreĞlane jako:

• skrzyniowe – wyposaĪone w uniwersalną skrzyniĊ ładunkową, • furgony – pojazdy z zamkniĊtą skrzynią ładunkową,

• wywrotki – pojazdy przeznaczone do przewozu materiałów sypkich z przechylaną skrzynia ładunkową,

• specjalizowane – ich nadwozie przystosowane jest przewozów ładunków w okreĞlony spo-sób, np. cysterny, chłodnie lub wyposaĪone w urządzenia dodatkowe tj. dĨwig, wozy straĪackie itp.

Kryterium klasyfikacji mogą byü równieĪ warunki eksploatacji: do jazdy po drogach utwardzo-nych lub pojazdy terenowe i uterenowione. RóĪnice w tym przypadku wynikają głównie z zastosowania silnika odpowiedniej mocy, konstrukcji ramy i zawieszenia, liczby kół napĊdowych. Inne klasyfikacje to: ze wzglĊdu na masĊ całkowitą, liczbĊ osi jezdnych oraz wiele innych. Ogólna budowa pojazdów wynika z rozmieszczenia głównych podzespołów. RóĪnice pomiĊdzy poszcze-gólnymi samochodami zaleĪą głównie od ich zastosowania, a dokładniej od rodzaju nadwozia, podwozia, kabiny liczby osi itp. CzĊsto model podstawowy jest budowany w róĪnych wersjach, np. na jednakowym podwoziu zmieniając tylko nadwozie [4,5,7].

Zasadniczo pojazd ciĊĪarowy składa siĊ z nadwozia i podwozia. Nadwozie jest zespołem ele-mentów, które umoĪliwiają montaĪ, ułoĪenie i przewóz ładunków. Nadwozie stanowi kabinĊ kierowcy oraz nadwozie uĪytkowe, które ma za zadanie zabezpieczyü i pomieĞciü towar, aby ten nie utracił swoich właĞciwoĞci podczas przewozu. PrzewaĪnie montowane są skrzynie ładunkowe lub nadwozie specjalizowane albo specjalne. Podwozie natomiast stanowią rama, układ przeniesie-nia napĊdu, układ kierowniczy, układ hamulcowy, układ jezdny i zawieszenie. Rama jest najwaĪniejszym elementem pojazdu. Łączy wszystkie elementy w konstrukcyjną całoĞü. NajczĊ-Ğciej stosowane są ramy podłuĪnicowe, w której podłuĪnice o profilu cechowym są połączone poprzecznymi belkami. Daje to konstrukcji wysoką wytrzymałoĞü na zginanie i skrĊcanie.

Cechy charakterystyczne poszczególnych grup pojazdów ocenia siĊ na podstawie analiz tech-nicznych, umoĪliwiających porównanie właĞciwoĞci technicznych lub parametrów techniczno – ekonomicznych pojazdów. Analizy te dostarczają informacji o przydatnoĞci pojazdów do realizacji okreĞlonych zadaĔ transportowych i roboczych. Jako podstawowe parametry pojazdów uĪytkowych podaje siĊ: masa, wymiary zewnĊtrzne, moc silnika, prĊdkoĞü jazdy i noĞnoĞü podwozia. Na pod-stawie tych parametrów zostaje okreĞlona kategoria pojazdu, do której mają zastosowanie przepisy dopuszczające pojazd do ruchu po drogach publicznych. Dla jednoznacznego interpretowania para-metrów technicznych ich definicje zostały znormalizowane.

Rozwój technologiczny pojazdów uĪytkowych w ostatnich latach znacznie wzrasta. Rozwojowi temu sprzyjają zmiany gospodarcze, polityczne, technologiczne a przede wszystkim wzrost konku-rencji pomiĊdzy producentami. DziĊki temu powstają coraz to nowsze rozwiązania konstrukcyjne wysokiej jakoĞci przy minimalizacji kosztów. Minimalizacja kosztów polega na zastosowaniu mo-dułowej budowy podzespołów oraz zmniejszeniu liczby komponentów. Dodatkowo nastĊpuje normalizacja elementów i podzespołów, dziĊki temu zwiĊksza to ich produkcjĊ, dostĊpnoĞü oraz

(3)

obniĪa cenĊ. Normalizacji podlegają wszelkie połączenia czĊĞci maszyn, elementy instalacji elek-trycznych, łoĪyska, elementy sprĊĪyste, ogumienie, paski klinowe czy okładziny cierne. Wysokie koszty badaĔ nad rozwojem powodują koncentracjĊ produkcji w duĪych koncernach. Rywalizacja koncernów napĊdza powstawanie nowych technologii, zwiĊkszenie asortymentu pojazdów wyko-nywanych czĊsto według indywidualnych ĪyczeĔ klienta.

2.1. Układ napĊdowy

Aby pojazd mógł siĊ poruszaü energia mechaniczna uzyskana w silniku musi byü przeniesiona na koła samochodu. Za podstawowy stan ruchu samochodu naleĪy uznaü jazdĊ wymuszoną momen-tem obrotowym przekazywanym z silnika na koła napĊdowe. Mechanizmy uĪyte do przeniesienia tej energii są nazywane mechanizmami przeniesienia napĊdu, a cały układ układem napĊdowym. Składa siĊ on z nastĊpujących zespołów: silnik, skrzynia biegów, skrzynia rozdzielcza, wały napĊ-dowe i mosty napĊnapĊ-dowe zawierające w swojej budowie przekładniĊ główną i mechanizm róĪnicowy (dyferencjał). WłasnoĞci układów napĊdowych opisywane są poprzez rozmieszczenie kół w pojeĨ-dzie oraz przełoĪenie kinematyczne, dynamiczne i sprawnoĞü. Silnik spalinowy jest w stanie pracowaü w ograniczonym zakresie prĊdkoĞci obrotowej. Zakres obrotów silnika jest zbyt mały, aby uzyskaü odpowiednią rozpiĊtoĞü prĊdkoĞci pojazdu od niskich prĊdkoĞci samochodu podczas rusza-nia do uzyskarusza-nia maksymalnej prĊdkoĞci pojazdu. WartoĞü momentu obrotowego musi byü w stanie pokonaü opory ruchu, zaleĪnie od rodzaju nawierzchni i pochylenia drogi, masy pojazdu, oporów powietrza. Dlatego konieczna jest zmiana przełoĪenia prĊdkoĞci obrotowej i momentu obrotowego w układzie napĊdowym. Uzasadnione jest wiĊc stosowane skrzyni biegów, skrzyni rozdzielczej oraz przekładni głównej.

Podstawowym parametrem kaĪdej przekładni zĊbatej jest przełoĪenie, przy czym definiuje siĊ: • przełoĪenie geometryczne – stosunek Ğrednicy koła napĊdzanego do Ğrednicy koła

napĊ-dzającego,

• przełoĪenie kinematyczne – bĊdący stosunkiem prĊdkoĞci obrotowej wału korbowego do prĊdkoĞci obrotowej kół napĊdowych,

• przełoĪenie dynamiczne – wyraĪa stosunek momentu obrotowego kół napĊdowych do mo-mentu obrotowego silnika.

Kolejnym parametrem przekładni jest jej sprawnoĞü okreĞlana jako stosunek energii wykorzy-stanej do energii doprowadzonej w tym samym czasie co przedstawiono na rys. 1. wyraĪana jest jako współczynnik sprawnoĞci zawsze o wartoĞci ޒ 1, lub jako procentowa wartoĞü przekazywanej energii. Pozostała czĊĞü energii stanowi Ĩródło strat.

(4)

Rys. 1. Schemat określający sprawność ħródło: opracowanie własne.

O wartoĞci strat energetycznych w przekładniach zĊbatych decydują:

• cechy konstrukcyjne (liczba kół zĊbatych przenoszących napĊd, parametry zazĊbieĔ, prze-łoĪenia, liczba wałków, łoĪysk i uszczelniaczy)

• czynniki ruchowe (prĊdkoĞü kątowa wałków i przenoszony moment obrotowy)

• czynniki eksploatacyjne (temperatura, iloĞü i właĞciwoĞci smarne oleju – wpływające na straty hydrauliczne),

SprawnoĞü napĊdu stanowi iloczyn sprawnoĞci uĪytecznej ηe silnika i sprawnoĞci ηpn układu przeniesienia napĊdu (1).

p c

n

η

η

η

=

(1)

Natomiast sprawnoĞü układu przeniesienia napĊdu jest zaleĪna od sprawnoĞci wszystkich jego elementów i stanowi ich iloczyn [1,4,9] co przedstawia zaleĪnoĞü (2):

ߟ

ൌ ߟ

ή ߟ

௦௕

ή ߟ

௦௥

ή ߟ

ή ߟ

௠௡ (2)

gdzie:

Ꮈ•Ȃ•’”ƒ™‘ä©•’”œ¸‰Ïƒ Ꮈ•„–•’”ƒ™‘ä©•”œ›‹„‹‡‰×™ Ꮈ•”–•’”ƒ™‘ä©•”œ›‹”‘œ†œ‹‡Ž…œ‡Œ Ꮈ™– sprawnoĞü wałów napĊdowych ᎸȂsprawnoĞü mostów napĊdowych

StrumieĔ mocy przepływając przez kaĪdy z mechanizmów układu przeniesienia napĊdu zmniej-sza siĊ, co spowodowane jest z wystĊpującymi tam oporami, przedstawia to rysunek 2 [3,8,11].

(5)

Rys. 2. Przemiany energetyczne w układzie napędowym ħródło: opracowanie własne.

SprawnoĞü układów napĊdowych pojazdów ciĊĪarowych wynosi 0,8 – 0,9. W bardziej złoĪo-nych układach napĊdowych, gdzie napĊdzazłoĪo-nych jest kilka osi sprawnoĞü układu napĊdowego moĪe nie przekraczaü 0,7, co oznacza, Īe niecałe 70% mocy silnika jest wykorzystywane do napĊdzania pojazdu. PrzełoĪenie w układzie napĊdowym zmieniane jest przez skrzyniĊ biegów, skrzyniĊ roz-dzielczą i przekładniĊ główną. SprzĊgło w zasadzie nie zmienia przełoĪenia oprócz sytuacji, kiedy jest włączane lub wyłączane w celu sprzĊgniĊcia lub odłączenia silnika ze skrzynią biegów. Wtedy przełoĪenie sprzĊgła zmienia siĊ w granicach od 0 do 1. W pojazdach uĪytkowych przełoĪenie prze-kładni głównej wynosi 5 – 8. Skrzynia biegów pozwala uzyskaü nawet kilkanaĞcie róĪnych przełoĪeĔ. Stosunek najwiĊkszego przełoĪenia do najmniejszego okreĞla siĊ rozpiĊtoĞcią przełoĪeĔ. Im chcemy uzyskaü wiĊkszą rozpiĊtoĞü tym wiĊksza liczba biegów. Wymagana rozpiĊtoĞü przeło-ĪeĔ wynika z koniecznoĞci zapewnienia szerokiego przedziału zmiany prĊdkoĞci oraz siły pĊdnej na kołach [4,6,10].

3. Obiekt badaĔ

Obiektem badaĔ jest układ napĊdowy pojazdu ciĊĪarowego STAR 266 przedstawiony na ry-sunku 3. Pojazd ten jest przeznaczony do przewoĪenia ładunków i ciągniĊcia przyczepy, zarówno do uĪytkowania po drogach o nawierzchniach utwardzonych jak i w trudnych warunkach tereno-wych. Jest to samochód ciĊĪarowy trójosiowy o duĪym zakresie zastosowania, wyposaĪona w 6-cylindrowy, wysokoprĊĪny silnik typu 359 o mocy 150 KM. Posiada napĊd na wszystkie trzy osie. Za przeniesienie napĊdu odpowiada 5-biegowa rĊczna skrzynia biegów, 2-przekładniowa skrzynia rozdzielcza oraz 3 mosty napĊdowe. Dodatkowo samochód wyposaĪony jest we wciągarkĊ mecha-niczną o sile uciągu 60 kN. Pojazd jest równieĪ przystosowany do pokonywania brodów do 1,8 m oraz do zamontowania róĪnych urządzeĔ specjalnych [2,5].

Układ napĊdowy pojazdu STAR 266 przenosi moment obrotowy z silnika na wszystkie 6 kół. ħródłem napĊdu jest wspomniany wczeĞniej silnik, który jest w stanie wytworzyü moment obrotowy o wartoĞci 430 Nm. Za silnikiem znajduje siĊ 5-stopniowa skrzynia biegów, przystosowana do od-bioru 450Nm. Zakres przełoĪenia wynosi od 8,47 na pierwszym biegu do wartoĞci 1 na biegu piątym. Za przekazywanie momentu obrotowego na wszystkie 3 mosty napĊdowe odpowiada spe-cjalnie zaprojektowana skrzynia rozdzielcza. Jest ona sterowana mechanicznie za pomocą dĨwigni

(6)

w kabinie kierowcy, załączającej napĊd przedniego mostu, gdy napĊd mostu Ğrodkowego i tylnego pozostaje w stałym załączeniu. Skrzynia rozdzielcza posiada dwa przełoĪenia: szosowe 1:1 oraz terenowe 1:1,86 ułatwiające prace w trudnych warunkach.

Rys. 3 Obiekt badań STAR 266 ħródło: opracowanie własne.

Wały napĊdowe konstrukcji rurowej o Ğrednicy 70 mm, wyposaĪone w dwa przeguby krzyĪa-kowe, dziĊki zastosowaniu teleskopowego połączenia wielowypustu istnieje moĪliwoĞü zmiany ich długoĞci. W konstrukcji układu napĊdowego pojazdu STAR 266 wystĊpuje piĊü wałów napĊdo-wych:

• Wał napĊdowy skrzynia biegów – skrzynia rozdzielcza, • Wał napĊdowy skrzynia rozdzielcza – most przedni, • Wał napĊdowy skrzynia rozdzielcza – most Ğrodkowy, • Wał napĊdowy skrzynia rozdzielcza – łoĪysko poĞrednie, • Wał napĊdowy łoĪysko poĞrednie – most tylny.

Obiekt badaĔ wyposaĪony jest w trzy mosty napĊdowe w których przekładnie główne z kołami zĊbatymi stoĪkowymi o zĊbach łukowych i przełoĪeniu 1:6,33 oraz mechanizm róĪnicowy z czte-rema kołami zĊbatymi stoĪkowymi o zazĊbieniu prostym Most Ğrodkowy i tylny dodatkowo wyposaĪone są w urządzenie blokujące mechanizm róĪnicowy [2,5].

4. Badania symulacyjne układów napĊdowych

Badania symulacyjne mają na celu rozwiązywanie wielu problemów natury technicznej, kon-struowanych obiektów oraz układów juĪ we wczeĞniej fazie projektowania. Wiele nowoczesnych programów komputerowych pozwala na tworzenie rozbudowanych modeli obliczeniowych. Bez problemu moĪna w nich przeprowadzaü skomplikowane analizy statyczne i dynamiczne wszystkich komponentów lub całego układu w Ğrodowisku graficznym i w interfejsie przyjaznym dla konstruk-tora. Prowadzenie badaĔ symulacyjnych obiektów technicznych mają na celu równieĪ optymalizacjĊ współpracy skomplikowanych systemów mechanicznych, hydraulicznych, pneumatycznych, elek-tronicznych czy termicznych jeszcze przed stworzeniem prototypów. Poza tym badania symulacyjne pomagają uniknąü błĊdów projektowych oraz pozwala na badania rozwiązaĔ bardziej innowacyj-nych. Wiele programów słuĪących do przeprowadzania badaĔ symulacyjnych posiadają zdolnoĞü

(7)

wymiany danych z programami typu CAD, CAM czy CAE. DziĊki tej funkcji prowadzenie badaĔ staje siĊ jeszcze łatwiejsze.

Rys. 4. Badania symulacyjne w programie LMS VirualLab ħródło: opracowanie własne.

Modelowanie układu napĊdowego polega na zestawieniu odpowiednich elementów, które za-warte są bibliotekach programu. Biblioteki programu LMS AMESim zawierają szeroki zakres wyboru dziedzin nauki. Wybierając odpowiedni komponent przeciągamy go na obszar roboczy pro-gramu. W ekranie roboczym łączymy ze sobą wszystkie elementy tak, aby kaĪdy z nich był całkowicie związany z całym układem. NastĊpnie naleĪy kaĪdemu z podzespołów przypisaü inter-pretacjĊ fizyczną oraz okreĞliü parametry. OkreĞlenie parametrów elementów pozwala okreĞliü m.in. sprĊĪystoĞü elementów, masĊ, sprawnoĞü, opory ruchu, itp. OkreĞlanie parametrów odbywa siĊ za pomocą odpowiedniego okna dialogowego. Nadanie komponentom odpowiedniej interpretacji fi-zycznej oraz parametrów pozwala przeprowadziü symulacjĊ zbudowanej struktury. Podobnie jak przy budowaniu modelu, tak samo w przypadku symulacji musimy okreĞliü jej parametry:

• Czas rozpoczĊcia symulacji; • Czas zakoĔczenia symulacji;

(8)

Rys. 5 Wykresy wykonane w aplikacji LMS AMESim ħródło: opracowanie własne.

Przeprowadzenie symulacji umoĪliwia wykonanie wykresów parametrów poszczególnych ele-mentów, które nas interesują. W celu wygenerowania wykresu naleĪy po symulacji wybraü wartoĞü parametru elementu i przesunąü go w obszar roboczy wykresu. Na obszar roboczy wykresu moĪliwe jest naniesienie kilku parametrów. Takie działanie znacznie ułatwia porównywanie oraz analizĊ otrzymanych wyników. Wykresy bĊdą siĊ automatycznie zmieniaü, gdy bĊdziemy konfigurowaü parametry symulacji lub samych elementów [12,13].

4.1. Przedstawienie aplikacji wykorzystanych podczas badaĔ

Aplikacja LMS AMESim jest oprogramowaniem słuĪącym do prowadzenia badaĔ symulacyj-nych. Program posiada szeroki zakres bibliotek, co umoĪliwia pracĊ w wielu dziedzinach nauki. Program ten umoĪliwia modelowanie oraz analizĊ prostych elementów, jak równieĪ rozbudowanych systemów składających siĊ z wielu komponentów.

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

Elementy modelu opisane są za pomocą zatwierdzonych modeli analitycznych łączący m.in. elementy mechaniczne, pneumatyczne, elektryczne, hydrauliczne itp. DziĊki czemu mamy dostĊp do wielu elementów bez koniecznoĞci ich projektowania od podstaw. Po utworzeniu modelu i zwią-zaniu wszystkich jego elementów, aplikacja umoĪliwia na przejĞcie do opisu ich parametrów a na koĔcu do wykonania symulacji oraz analizy zachowania zbudowanego schematu.

Program składa siĊ z paska narzĊdzi, pasków trybu pracy, ustawieĔ symulacji i analiz. Dodat-kowo otwarte są równieĪ okna udostĊpniające bogate biblioteki czĊĞci, słuĪących do budowy modeli.

W dolnej czĊĞci umieszczone jest okno kompatybilnoĞci elementów, które informuje czy dane elementu pasują do siebie. Ma to celu odpowiednie dopasowanie komponentów do siebie oraz ich wzajemnych relacji podczas symulacji.

(9)

Rys. 6. Interfejs programu LMS AMESim ħródło: [5].

W menu programu, oprócz podstawowych funkcji, wyróĪnione są równieĪ 4 funkcje procesu modelowania dowolnego układu:

Modeling – umoĪliwia definiowanie ustawieĔ aplikacji w fazie modelowania, dodawanie prostych rysunków oraz opisy do poszczególnych elementów, a takĪe definiowanie inter-pretacji fizycznej komponentów.

Settings – uĪywane do nadawania parametrów elementów modelu.

Simulation – uĪywane podczas symulacji. Pozwala na definicjĊ parametrów symulacji, uruchamianie symulacji oraz wybór symulacji (liniowe lub czasowe) w zaleĪnoĞci od inte-resujących nas wyników analizy.

Analysis – dostĊpna dopiero w trybie symulacji. SłuĪy do przeprowadzania analizy prze-prowadzonych symulacji i otrzymanych wyników, tworzenia wykresów oraz wyszukiwania interesujących nas cech elementów po przeprowadzeniu symulacji.

Praca w programie AMESim składa siĊ z 4 trybów, kaĪdy odpowiada za osoby etap tworzenia modelu do badaĔ. Pierwszym trybem jest tryb tworzenia schematu modelu – Sketchmode.

W celu tworzenia modelu wybieramy elementy z bibliotek programu i przenosimy je w okno modelowania. Elementy moĪna umieszczaü w dowolnym miejscu okna, obracaü w razie potrzeby. Orientacja czĊĞci jest waĪna np. w przypadku masy obciąĪającej i naleĪy nadaü jej odpowiedni zwrot. Komponenty w oknie modelowania łączy siĊ w portach. Połączenie elementów jest moĪliwe tylko wtedy, gdy porty przenoszą zgodne wielkoĞci fizyczne.

Drugi tryb pracy to okreĞlanie interpretacji fizycznej – Submodelmode. W tym trybie dla kaĪ-dego elementu układu wybieramy jedną z moĪliwych interpretacji fizycznej. JeĪeli nie oznaczymy tej cechy dla komponentu program sam wystosujĊ dla niego domyĞlną interpretacjĊ. OkreĞlenie tych cech jest bardzo waĪne, poniewaĪ okreĞlają one jak poszczególne czĊĞci bĊdą siĊ zachowywały pod-czas przeprowadzania symulacji.

Kolejnym trybem jest okreĞlenie parametrów elementów – Parametermode. Przechodząc do tego trybu program sprawdzi poprawnoĞü zbudowanego układu. W trybie tym naleĪy przypisaü dla elementów początkowe wartoĞci dla przeprowadzenia symulacji np. prĊdkoĞü obrotową dla silnika

(10)

itp. Wpisując błĊdne wartoĞci program o tym nie informuje. Podobnie jak nie wpisując Īadnych wartoĞci, wtedy program sam zakłada wartoĞü domyĞlną co czĊsto prowadzi do błĊdnych wyników. Ostatnim z trybów jest symulacja – Simulationmode. W aplikacji AMESim jest moĪliwoĞü wy-boru dwóch rodzajów aplikacji, symulacja przebiegów czasowych lub czĊstotliwoĞciowych. Poza tym w tym trybie naleĪy okreĞliü parametry symulacji tj. czas początku i koĔca symulacji oraz od-stĊpy czasu, w których generowana bĊdzie próbka wartoĞci parametrów poszczególnych elementów. Wówczas moĪna przeprowadziü symulacjĊ. Program informuje o błĊdach symulacji, jeĞli współ-praca elementów jest niemoĪliwa w symulacji. JeĞli program nie zgłasza błĊdów moĪna przystąpiü do analizy zachowania komponentów, szukanych wielkoĞci fizycznych i utworzyü interesujące nas wykresy.

4.2. Warunki realizacji badaĔ oraz przyjĊcie kryteriów badaĔ

Rozpatrując układ napĊdowy naleĪy pamiĊtaü o istnieniu strat mechanicznych w kaĪdym z pod-zespołów. Takie straty wyraĪa siĊ momentem obrotowym na ostatnim elemencie układu do momentu obrotowego silnika, czyli za pomocą sprawnoĞci. Straty mechaniczne są sumą strat wszystkich elementów układu napĊdowego. Im wiĊcej elementów składowych układu napĊdowego, tym wiĊksze bĊdą starty energii. W badaniach zajmowano siĊ tylko stratami wystĊpującymi na wa-łach napĊdowych i mostach napĊdowych wraz z przekładnią główną i dyferencjałem. Straty wprowadzone przez wały napĊdowe są stosunkowo niewielkie w porównaniu do reszty elementów układu napĊdowego. NajwiĊksze jego straty wystĊpują w przegubach. Ich wielkoĞü zaleĪy od kon-strukcji przegubów, prĊdkoĞci obrotowej, kąta załamania wału oraz rodzaju medium smarującego. W przekładni głównej, skrzyni rozdzielczej wystĊpują straty w łoĪyskach i uszczelnieniach, straty hydrauliczne i oczywiĞcie starty tarcia w zazĊbieniach kół zĊbatych. Strat zaleĪą od prĊdkoĞci i mo-mentu obrotowego. Straty hydrauliczne zaleĪą od iloĞci i lepkoĞci oleju przekładniowego oraz jego temperatury [4].

NaleĪy dokonaü pomiaru prĊdkoĞci obrotowej oraz momentu obrotowego na wszystkich wałach napĊdowych i mostach. W pierwszej kolejnoĞci dokonano zbudowania schematu napĊdu przedniej, Ğrodkowej i tylnej osi we wczeĞniej wspomnianym oprogramowaniu komputerowym LMS AME-Sim. W programie dokonano trzech osobnych symulacji dla pomiaru strat energii na podstawie prĊdkoĞci obrotowej oraz trzech osobnych symulacji strat energii na podstawie momentu obroto-wego poszczególnych elementów. W badaniach przyjĊto znamionowe obroty silnika w przypadku obliczania strat energii na podstawie prĊdkoĞci obrotowej poszczególnych elementów. Znamionowa prĊdkoĞü obrotowa silnika wynosi 2000 obr/min. W badaniach strat energii na podstawie momentu obrotowego przyjĊto maksymalny moment obrotowy silnika wynoszący 430 Nm. Symulacje zo-staną przeprowadzone na wszystkich przełoĪeniach skrzyni biegów, które wynoszą:

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

(11)

Skrzynia rozdzielcza została ustawiona w przełoĪeniu szosowym, czyli 1:1. Przekładnie główne wszystkich mostów napĊdowych posiadają przełoĪenie 1:6,33. SprawnoĞü par kół zĊbatych walco-wych w skrzyni rozdzielczej przyjĊto 0,98. SprawnoĞü kół stoĪkowalco-wych w przekładniach głównych mostów napĊdowych przyjĊto 0,96. SprawnoĞü skrzyni biegów przyjĊto jako idealną, ze wzglĊdu na to, Īe badaniom poddano tylko wały i mosty napĊdowe. Wychylenie przegubów i masy wałów napĊdowych:

• wał skrzynia biegów – skrzynia rozdzielcza 18˚ i 16 kg, • wał skrzynia rozdzielcza – przedni most 35˚ i 18,8 kg, • wał skrzynia rozdzielcza – Ğrodkowy most 35˚ i 16,2 kg, • wał skrzynia rozdzielcza – łoĪysko poĞrednie 35˚ i 18 kg, • wał łoĪysko poĞrednie – tylny most 16 kg i 35˚.

Straty w łoĪyskach oraz w uszczelniaczach wybrano domyĞlne jakie sugerował program. SprawnoĞü została obliczona dla elementu na kaĪdym przełoĪeniu skrzyni biegów. ĝrednia aryt-metyczna wszystkich sprawnoĞci bĊdzie traktowana jako wynik pomiaru. KoĔcowe obliczenia bĊdą miały na celu ustalenie sumarycznych strat energii w całym układzie napĊdowym pojazdu STAR 266 [6].

4.3. Modelowanie układu napĊdowego w programie LMS AMESim

Za pomocą programu AMESim zostały utworzone schematy w celu przeprowadzenia badaĔ symulacyjnych obiektu badaĔ.

Rys. 7. Schemat napędu przedniego mostu napędowego ħródło: opracowanie własne.

Tworzenie jednego schematu dla wszystkich trzech mostów napĊdowych powodowało zbyt duĪe komplikacje w próbie odczytu wartoĞci badanych wielkoĞci. WartoĞci szukanych wielkoĞci zostały umieszczone na wykresach oraz zapisane w formie tabel. WartoĞci momentu obrotowego wału napĊdowego skrzynia biegów – skrzynia rozdzielcza, wału napĊdowego skrzynia rozdzielcza – przedniego mostu napĊdowego oraz przedniego mostu napĊdowego na pierwszym biegu zostały

(12)

umieszczone na osobnym wykresie, analogicznie wykonano to na pozostałych biegach, dla Ğrodko-wego i tylnego mostu oraz dla symulacji na podstawie prĊdkoĞci obrotowych elementów układu napĊdowego.

5. Wyniki badaĔ symulacyjnych

PoniĪej przestawiono przykładowe wykresy oraz dane tabelaryczne, które sporządzono podczas badaĔ.

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

ħródło: opracowanie własne.

Straty w układzie obliczono w stosunku do prĊdkoĞci lub moment idealnego elementu, nato-miast straty w elemencie obliczono w stosunku do prĊdkoĞci lub momentu elementu znajdującego siĊ bezpoĞrednio przed w łaĔcuchu rozchodzenia siĊ energii w układzie. Moment idealny dla mo-stów jest iloczynem momentu obrotowego skrzyni biegów i przełoĪenia przekładni głównej.

Obliczenia zostały przedstawione w tabelach poniĪej: Oznaczenia:

A – wał napĊdowy skrzynia biegów – skrzynia rozdzielcza B – wał napĊdowy skrzynia rozdzielcza – most przedni C – przedni most

D – wał napĊdowy skrzynia rozdzielcza – most Ğrodkowy E – Ğrodkowy most

F – wał napĊdowy skrzynia rozdzielcza – łoĪysko poĞrednie G – wał napĊdowy łoĪysko poĞrednie – most tylny

F – tylny most

M.I – moment obrotowy idealny [Nm] M.Z – moment obrotowy zmierzony [Nm] P.I – prĊdkoĞü obrotowa idealna [obr/min] P.Z – prĊdkoĞü obrotowa zmierzona [obr/min] S.E – straty w danym elemencie [%]

(13)

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

ħródło: opracowanie własne.

Na podstawie zebranych wyników z badaĔ symulacyjnych pozyskano dane do okreĞlenia wiel-koĞci strat momentu obrotowego oraz prĊdwiel-koĞci obrotowej dla poszczególnych elementów układu napĊdowego. W przypadku badania strat momentu obrotowego na wałach napĊdowych ta strata jest nieznaczna, Ğrednia wyniosła około 0,127 %. ĝrednie straty momentu w skrzyni rozdzielczej wyno-szą około 6,67 %. Na niĪszych biegach te straty są wyĪsze niĪ na biegach wyĪszych. Straty w przekładniach głównych są równe we wszystkich przypadkach i wahają siĊ w granicach 8,71 %. NajniĪsze Ğrednie straty wystąpiły na moĞcie przednim 14,22.

Tab.1. Średnie straty momentu obrotowego

ħródło: opracowanie własne.

W przypadku badaĔ strat prĊdkoĞci obrotowej straty na wałach napĊdowych są wiĊksze niĪ w przypadku strat momentu, wynoszą Ğrednio 1,8 %. Wraz ze spadkiem przełoĪenia w skrzyni bie-gów, spada równieĪ wartoĞü strat prĊdkoĞci na wałach napĊdowych. Straty prĊdkoĞci w skrzyni rozdzielczej podobnie jak w przekładni głównej są bardzo podobne na wszystkich biegach ok. 2,3 % dla mechanizmów w skrzyni rozdzielczej, a dla przekładni głównej wraz z dyferencjałem ok. 8,87 %. NajniĪsze straty prĊdkoĞci odnotowywano na moĞcie Ğrodkowym – 12,35 %.

(14)

Tab.2. Średnie straty prędkości obrotowej

ħródło: opracowanie własne. 6. Podsumowanie

W pracy dokonano pomiaru strat momentu obrotowego i prĊdkoĞci obrotowej w układzie na-pĊdowym w aplikacji inĪynierskiej LMS AMESim. Dodatkowo została pokazana moĪliwoĞü wprowadzenia, nowoczesnych programów do badaĔ symulacyjnych, do procesów testowych pojaz-dów oraz innych projektów. Opisuje zalety oraz moĪliwoĞci stosowania takiego oprogramowania i obrazuje przebieg badaĔ symulacyjnych układu napĊdowego pojazdu ciĊĪarowego w takich apli-kacjach. Prowadzenie badaĔ symulacyjnych znacznie ułatwia pracĊ inĪynierów. Poza tym prowadzi to minimalizacji kosztów. Tworzenie wirtualnych modeli obiektów technicznych zmniejsza zuĪycie surowców naturalnych, przez co przyczynia siĊ to do ochrony Ğrodowiska.

Bibliografia

1. DĊbicki M.: Teoria samochodu, teoria napędu WNT, Warszawa 1976.

2. Dział obsługi technicznej Fabryki Samochodów CiĊĪarowych w Starachowicach, Star 266 – Instrukcja obsługi, Wydawnictwa Przemysłu Maszynowego „WEMA”, Warszawa 1986. 3. Galewski M., Modelowanie układów mechatronicznych dla kierunku Mechatronika,

Bydgoszcz.

4. JedliĔski R. Podwozia Samochodów Podstawy Teorii i Konstrukcji. Wydawnictwo Uczelniane Uniwersytetu Technologiczno-Przyrodniczego w Bydgoszcz 2007. 5. KałaczyĔski 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 Uczelniane Politechniki SzczeciĔskiej, Szczecin 2003.

7. Łukomski Z., Pałacha R., KukliĔski Z., ZapłotyĔski W., Naprawa samochodu Star 266, WKiŁ, Warszawa 1976.

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

(15)

10. Sadowski A., ĩółtowski B., ”Badania sprawności złożonych układów napędowych” InĪynieria i Aparatura Chemiczna 2012.

11. Siłka W. „Energochłonność ruchu samochodu” WNT, Warszawa 1997. 12. Zając M., Układy przeniesienia napędu samochodów ciężarowych i autobusów,

Wydawnictwa Komunikacji i ŁącznoĞci, Warszawa 2003.

13. ĩółtowski B., ûwik 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 ĩółtowski Tomasz KałaczyĔski Tomasz Kozłowski

Zakład Pojazdów i Diagnostyki

Instytut Eksploatacji Maszyn i Transportu Wydział InĪynierii Mechanicznej

Uniwersytet Technologiczno-Przyrodniczy w Bydgoszczy ul. Kaliskiego 7, 85-789 Bydgoszcz

Cytaty

Powiązane dokumenty

Przebieg zadanej i zrealizowanej prędkości pojazdu w cyklu UITP Heavy Urban [8]. Rys.12 Przebieg zadanej i zrealizowanej prędkości pojazdu w cyklu UITP

Badania diagnostyczne układu napędowego obejmują sprawdzenie stanu technicznego silnika oraz układu przeniesienia napędu, to znaczy sprzęgła, skrzyni biegów i skrzyni

Oceniając wpływ składu mieszanki l na skład spalin w silniku o zapłonie iskrowym można stwierdzić, że w przypadku zasilania mieszanką ekonomiczną lek silnik zużywa

Przedstawiono stanowisko stosowane w badaniach dotyczących doboru parametrów mierników momentu dołączanych do układów napędowych techniki precyzyjnej.. Zaprezentowana

Example results of this method when applied to a hydrostatic multisource drive system composed of hydrostatic transmission, gas-loaded accumulator and IC engine as the primary

Wyniki badań eksploatacyjnych W trakcie prowadzonych testów elektrycz- nego układu napędowego z falownikiem IGBT rejestrowano parametry związane z napięciem i prądem

Omówiono założenia konstrukcyjne, jakie były przyjęte przy projektowaniu podze- społów wykorzystanych do budowy elektrycznego układu napę- dowego, składającego się z

W celu określenia siłowników głównych manipulatora antropo- morficznego przyjęto, że za ich pośrednictwem możliwe jest wykona- nie trzech prostoliniowych ruchów