Određivanje osnovnih parametara pri ubrzavanju brzohodnih guseničnih vozila Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

Dr Milorad Radetić,

dipl. inž.

Vojnotehnički institut, Beograd

ODREĐIVANJE OSNOVNIH PARAMETARA PRI UBRZAVANJU BRZOHODNIH GUSENIČNIH VOZILA

UDC: 623.438.3-58

Rezime:

Mogucnost ubrzavanja vozila ima poseban znacaj kod brzohodnih gusenicnih vozila specijalne namene, posebno kada su u pitanju borbena vozila. Ova mogucnost karakteriše dinamicke karakteristike vozila i ima poseban znacaj za pre'ivljavanje vozila na bojištu. Kod realizovanih vozila određivanje osnovnih parametra koji karakterišu ubrzavanje vozila uglavnom se vrši eksperimentalno, a kod vozila u razvoju proracunski. Pri proracunu se ja-vljaju određeni problemi jer se ne mogu uzeti u obzir sve velicine koje na njih uticu. U ovom radu prikazan je postupakpomocu kojeg se na jednostavan nacin mogu odrediti ovi parame-tri racunskim putem, pri cemu se dobijaju vrednosti pribliine realnim.

Kljucne reci: gusenicno vozilo, ubrzavanje, ubrzanje, vreme, put.

DETERMINATION OF BASIC PARAMETERS DURING HIGH-SPEED TRACKED VEHICLE ACCELERATION

Summary:

The possibility of a vehicle to accelerate is very important for special-purpose highspeed tracked vehicles, especially for combat vehicles. It determines vehicle dynamic characteristics and has an important role for vehicle survivability. The determination of basic vehicle acceleration parameters is mostly carried out experimentally on realized vehicles but for vehicles in development it is determined by calculation. Some problems are present during the calculation because it is not possible to take into account all influencing parameters. The procedure for an easy calculation of these parameters is given in this paper. The values of the parameters obtained by this procedure are close to real values.

Key words: tracked vehicle, acceleration process, acceleration, time, distance.

Uvod

Kretanje brzohodnih gusenicnih vozila specijalne namene, posebno borbe-nih, karakterisu ceste promene brzine, sto određuju uslovi eksploatacije. Ako u borbenim uslovima ova vozila za kraće vreme postignu veću brzinu, koju mogu ostvariti zahvaljujući rezervi specificne snage, ona će biti manje izložena vatri protivnika, sto povećava mogućnost preživljavanja na bojistu.

Pri marsevskom kretanju koje se, uglavnom, ostvaruje kretanjem u koloni, vreme i pređeni put pri ubrzavanju i usporavanju svakog vozila uticu na raz-vucenost kolone i srednju brzinu kreta-nja. Kada se vozila kreću na rastojanju jedno od drugog, vozac svakog vozila, pod uslovom da vozilo ima efikasan kocioni sistem, nastoji da ostvari viso-ke brzine kretanja, sto se manifestuje visokim prosecnim brzinama kretanja i smanjenjem rastojanja između vozila.

206

VOJNOTEHNICKI GLASNIK 2/2004.

Može se zakljuciti da je jedna od naj-važnijih karakteristika ovih vozila moguć-nost brze promene brzine kretanja, odno-sno postizanje dobrog ubrzavanja vozila, sto je sigurno znacajnije od maksimalne brzine koju vozilo može da ostvari.

Za ocenu ove karakteristike merodav-ni su sledeći parametri: ubrzanje, vreme ubrzavanja i pređeni put pri ubrzavanju.

Navedeni parametri se kod realizo-vanih vozila određuju na osnovu dijagra-ma za ciju se izradu elementi najcesće dobijaju eksperimentalnim putem, ispiti-vanjem vozila u terenskim uslovima, dok se za vozila koja se nalaze u fazi razvoja određuju racunskim putem, na osnovu cega se crta dijagram.

Postupak određivanja

parametara

Da bi se pojednostavio postupak proracuna pretpostaviće se da je obrtni moment motora konstantna velicina i da predstavlja srednju vrednost momenata radnog podrucja motora. Pod radnim podrucjem podrazumeva se podrucje iz-među radnih tacaka koje odgovaraju maksimalnom momentu i momentu pri nominalnoj snazi, kada motor radi na spoljnoj brzinskoj karakteristici.

Srednja vrednost obrtnog momenta, u ovom slucaju, određuje se prema izrazu:

1 I к

Ms =—^MN (1)

gde je:

Kd - koeficijent elasticnosti motora:

MN - obrtni moment motora pri maksi-malnoj snazi.

U slucaju jednolikog kretanja, sila vuce, koju obezbeđuje motor, služi za sa-vlađivanje otpora kretanju vozila. Ako je sila vuce koju obezbeđuje motor veća ili manja od potrebne da bi se savladali otpo-ri kretanju, tada se vozilo kreće ubrzanim, odnosno usporenim kretanjem. U prvom slucaju rezerva snage omogućuje ubrza-vanje vozila, a u drugom se na racun aku-mulirane kineticke energije povećava po-gonska sila do potrebne vrednosti.

Za analizu promenljivog kretanja bi-će primenjen Dalamberov princip po ko-jem se sile inercije koje deluju na telo uravnotežavaju drugim spoljasnjim sila-ma. Primenjeno na vozilo to znaci da bi inercijalna sila (Foi) bila u ravnoteži sa pogonskom silom (FM) i silom otpora kretanja (R). Ako se saberu sile koje deluju na vozilo duž uzdužne ose (slika 1) dobija se:

Fm = Rf + Fw (2)

Sila vuce, koju obezbeđuje motor na pogonskim tockovima, može se odrediti prema izrazu:

m

Pe П

V0

(3)

Srednja vrednost ove sile (FM) mo-že se odrediti prema sledećim izrazima:

f

-L Д Л

K + 1 n Pe

2 VPt

(4)

K =

M m

MN

Mmax - maksimalni obrtni moment motora,

odnosno:

F = Mn

FMs =

r

rpt

(5)

VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 2/2004.

207

Sl. 1 — Sile koje deluju na gusenično vozilo duz uzduzne ose

gde je:

П - ukupni stepen korisnosti prenosa sna-ge preko kinematskog lanca od motora do pogonskih tockova i hodnog uređaja, uključujući i gusenice,

Pe - efektivna snaga koja ulazi u transmi-siju,

Vo - brzina kretanja vozila,

Vpt - obimna brzina pogonskih tockova. Može se usvojiti, sa dovoljnom tacnosću, da je Vo = Vpt, a - ugao uspona.

Sila otpora kretanju određuje se pre-ma izrazu:

Rf = foQ gde je:

f - ukupni koeficijent otpora kretanju:

f0 = f cosa + sina

f - koeficijent otpora kretanju.

Kada se vozilo nalazi na horizontal-noj podlozi, onda je Q = G i f0= f, tako da izraz za silu otpora glasi:

Rf = Gf (6)

Sila inercije određuje se kao zbir inercijalnih sila vozila (F) i inercijalnih sila elemenata transmisije i hodnog ure-đaja redukovanih na gusenicu (Fi'):

Fio = Fi + F\ =m5a (7)

gde je:

m - masa vozila,

б - koeficijent uslovnog prirastaja masa rotirajućih delova,

a - ubrzanje vozila, koje se može izraziti kao promena brzine u jedinici vremena:

dv

a = — dt

v - brzina kretanja vozila, t - vreme kretanja.

Određivanje koeficijenta б racun-skim putem veoma je složeno jer treba uzeti u obzir masu i obrtne momente svih rotirajućih i pokretnih delova u kinemat-skom lancu od motora do pogonskih tockova, ukljucujući hodni uređaj i gusenice. Međutim, postoje empirijski izrazi pomoću kojih se sa prihvatljivom gre-skom može odrediti ovaj koeficijent. Za transmisiju sa stepenastom promenom prenosnog odnosa:

- prema [1]

б = 1,2 + 0,002i02 (8)

- prema [2]

б = 1,2 + 0,0015/(2 (8a)

gde je i0 prenosni odnos transmisije od motora do pogonskih tockova.

208

VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 2/2004.

U slucaju prekida kinematske veze između motora i transmisije umesto б uzima se koeficijent б', cija se vrednost prema [2] može usvojiti б' = 1,2. Ako se u (2) uvrste izrazi za FMs, Rf i Fi0 dolazi se do izraza za ubrzanje vozila:

a = d = (D- б (9)

dt б

gde je D dinamicki faktor vozila (D =

Fms / G).

Posto se velicine sa desne strane izraza (9) mogu uzeti kao konstantne, jer je na pocetku usvojeno da je obrtni moment motora konstantan, tako će i ubrzanje a, odno-sno dv/dt, biti konstantno. Prema tome, kretanje se posmatra kao jednakoubrzano.

Polazeći od izraza za brzinu kod jednakoubrzanog kretanja:

V = V0 + at

koje je potrebno za prelazak iz jednog stepena prenosa u drugi.

Pri promeni stepena prenosa motor je odvojen od transmisije i vozilo se kreće usled inercije. Tada je FM = 0, a umesto koeficijenta б uvrsćuje se koeficijent б’.

Ako se u izrazu (9) primeni da je FM = 0, odnosno D = 0, dobija se da je:

- A=f AY = (ii)

dt I dt ) б'

Izraz (11) služi da se proracuna ko-liko je usporenje vozila koje je u nared-nim izrazima oznaceno kao (dV/dt)*.

Kada je poznato usporenje vozila može se odrediti pad brzine pri promeni stepena prenosa:

AV

dV

dt

Ati

vreme ubrzavanja u i-tom stepenu preno-sa može se odrediti prema izrazu:

ti

V - V

y 2i y 1i

dV

dt

(10)

gde je:

V]t - brzina pri kojoj vozilo pocinje da se ubrzava u i-tom stepenu prenosa,

V2i - brzina do koje se vozilo ubrzava u i-tom stepenu prenosa.

Da bi se nacrtao dijagram ubrzava-nja potrebno je imati dijagram vuce za vozilo sa koga bi se uzeli podaci za mak-simalne brzine u pojedinim stepenima prenosa, ili da se iste izracunaju. Pri pre-lasku iz jednog stepena prenosa u drugi dolazi do pada brzine (AV) za vreme At

gde indeks i oznacava stepen prenosa, a At vreme potrebno da se izvrsi promena stepena prenosa.

Prema [1,2 i 3] At = 2 ^ 3 s, kada se promena stepena prenosa vrsi pomoću zupcaste spojnice, At = 1 ^ 1,5 s za promenu stepena prenosa pomoću sinhroni-zera, At = 0,5^1 s za planetarne prenosni-ke kod kojih se promena stepena prenosa vrsi pomoću frikcionih sklopova i za pla-netarne prenosnike sa automatskom pro-menom stepena prenosa At = 0,2 ^ 0,5 s.

Kada se vozilo kreće i-tim stepenom prenosa u trenutku prelaska na sledeći stepen prenosa (i + 1), brzina vozila je V1(i+1). Ova brzina je jednaka zbiru mak-simalne brzine koju je vozilo ostvarilo u prethodnom stepenu prenosa (V2i) i sma-njenju brzine A Vi (A V < 0):

VOJNOTEHNICKI GLASNIK 2/2004.

209

V-> =4fJAt <12)

Na osnovu ovako određenih velicina može se nacrtati dijagram ubrzavanja vo-zila (slika 2), s tim sto se na apscisu na-nosi vreme, a na ordinatu brzina.

Sl. 2 — Dijagram ubrzavanja gusenicnog vozila

Ukupno vreme ubrzavanja vozila određuje se prema izrazu:

n+1

tu =Z t + n At (13)

1

gde je:

ti - vreme ubrzavanja u određenim stepe-nima prenosa, određena pomoću (10), n - broj stepeni prenosa koji se ukljucuje.

Na osnovu ovog dijagrama može se odrediti put ubrzavanja, prema sledećem izrazu:

n+1 n

Su =Z Si +ZAS1 (14)

gde je:

Si - pređeni put u i-tom stepenu prenosa koji se određuje kao povrsina, koju cine linija ubrzavanja, apscise i ordinata, za dati stepen prenosa,

ASi - put usporenja zbog promene stepe-na prenosa.

Zaključak

Jedna od znacajnih dinamickih ka-rakteristika savremenih borbenih guse-nicnih vozila koja se u poslednje vreme posebno istice je karakteristika ubrzava-nja vozila, tj. mogućnost da vozilo pri kretanju ili iz stanja mirovanja za sto kra-će vreme postigne određenu brzinu.

Kod realizovanih vozila eksperi-mentalno se potvrđuju vrednosti para-metara ubrzavanja sa kojima se uslo u projekat, dok se kod novih vozila koja se nalaze u fazi projektovanja ovi pa-rametri određuju proracunski uz odre-đene pretpostavke. Za njihov proracun primenjuje se vise metoda. Mada izlo-ženi tok proracuna prilicno verno opi-suje ponasanje vozila u realnim uslo-vima, ipak treba obratiti posebnu pa-žnju na izbor vrednosti koeficijenata, kako bi sto adekvatnije odgovarali uslovima za koje se vrsi proracun.

Literatura:

[1] Zabrunikov, N. A.: Osnovi teorij transportnih gusenicnih masin, Masinostroenie, Moskva, 1975.

[2] Antonov, A. S.: Gusenicnie tjagaci, Posebno izdanje, Moskva, 1959.

[3] Nikitin, A. O., Sergeev, L. V.: Teorij tanka, Izdanie Akade-mij, Moskva, 1962.

210

VOJNOTEHNICKI GLASNIK 2/2004.