CONTENIDO INTRODUCCIÓN ............................................................................................................................. ............................................................................................................................. 2 DESARROLLO DEL PROYECTO ....................................................................... ........................................................................................................ ................................. 2 ESPECIFICACIONES TÉCNICAS DEL AUTOMÓVIL ....................................................................... 2 EL MOTOR ...................................................................... ............................................................................................................................. ....................................................... 2 FRENO......................................................................................................................... .................................................................................................................................... ........... 2 LA TRANSMISIÓN........................................................... ................................................................................................................... ........................................................ 2 EJE DE TRACCIÓN .......................................................... .................................................................................................................. ........................................................ 2 DIRECCIÓN............................................................................................................................. ............................................................................................................................. 3 EJE DELANTERO ..................................................................................................................... ..................................................................................................................... 3 SUSPENSIÓN .......................................................................................................................... .......................................................................................................................... 3 SISTEMA DE FRENOS ............................................................................................................. ............................................................................................................. 3 ESP – ELECTRONIC STABILITY PROGRAM .............................................................................. 3 EQUIPOS ELÉCTRICOS ............................................................... ............................................................................................................ ............................................. 3 CAPACIDADES DE LOS EJES................................................................... EJES.................................................................................................... ................................. 3 NEUMÁTICOS Y RUEDAS ....................................................................................................... ....................................................................................................... 4 CAPACIDADES ........................................................................................................................ ........................................................................................................................ 4 DIMENSIONES............................................................................................................. DIMENSIONES.......................................... .............................................................................. ........... 4 CONSTRUCCIÓN DE CURVAS CARACTERÍSTICAS DEL AUTOMÓVIL ........................................... 4 CURVAS DE POTENCIA Y DE TORQUE .............................................................. .................................................................................... ...................... 4 CRONOGRAMA DEL CAMBIO DE VELOCIDADES.................................................................... 6 VELOCIDADES DEL VEHÍCULO A DISTINTAS MARCHAS ......................................................... ......................................................... 8 FUERZA TRACCIONAL TRA CCIONAL BRUTA ................................................................................................ 8 FUERZA DE RESISTENCIA AL AIRE ............................................................................... .......................................................................................... ........... 9 EL FACTOR DINÁMICO .............................................................. ......................................................................................................... ........................................... 11
ESTUDIO DE LAS PROPIEDADES DINÁMICO TRACCIONALES DE BUS VOLVO B430R 6X2 INTRODUCCIÓN DESARROLLO DEL PROYECTO ESPECIFICACIONES TÉCNICAS DEL AUTOMÓVIL EL MOTOR
Volvo D11A, motor diésel, 10.8 litros, vertical, trasero, totalmente electrónico, con inyección de combustible a través de unidades de inyección independientes, 6 cilindros en línea, 4 válvulas por cilindro, árbol de levas en la culata, turboalimentado, intercooler, acelerador electrónico “by wire”, sistema de diagnóstico de fallas, autoprotección contra sobrecalentamiento y
baja presión de aceite. Nivel de emisiones según la reglamentación EURO III. Sensores de incendio en el motor. ESPECIFICACIONES
DENOMINACIÓN POTENCIA MÁXIMA A [1800 – 1900 RPM] REVOLUCIONES MÁXIMAS PAR MAX A [1100 – 1400 RPM] N° CILINDROS DIÁMETRO CARRERA DEL PISTÓN CILINDRADA RELACIÓN DE COMPRESIÓN POTENCIA DE FRENADADO [2400 RPM] POTENCIA FRENADO DEL FRENO MOTOR (VEB) A 2400 rpm GAMA ECONÓMICA DE REVOLUCIONES GAMA OPTIMA DE REVOLUCIONES
D11A430, EU3 430 CV (317 kW) 2100 rpm 1970 rpm 6 123 mm 152 mm 10.8 18.3:1 160 Kw 290 Kw [1050 – 1500 rpm] [1200 – 1350 rpm]
FRENO
Freno VEB (Volvo Engine Brake). Freno de compresión Volvo (VCB) y regulador de presión de los gases de escape (EPG). Potencia máxima de frenado 390 cv. LA TRANSMISIÓN
Caja electrónica automática I-SHIFT. Modelo AT2612D, caja inteligente Volvo (la caja realiza el cambio de marchas automáticamente) con 12 marchas (hacia adelante) y 2 marchas (hacia atrás). Sin pedal de embrague. RELACIONES
1ra marcha: 14.94:1 12va marcha: 1.00:1
EJE DE TRACCIÓN
Eje RS1228C simple reducción. Relación de transmisión de eje: 2.64:1. Rodamientos de ruedas libres de mantenimiento.
DIRECCIÓN
ZF8098, hidráulica integral, tipo esferas recirculantes. Volante con 450 mm de diámetro, ajustable en ángulo y altura. EJE DELANTERO Eje dirigido en acero especial con perfil “L”. forjado y tratado térmicamente. Rodamientos de
rueda libres de mantenimiento. SUSPENSIÓN
Totalmente neumática con control electrónico, con cámara de aire tipo fuelle (sistema electrónico ECS). Dos fuelles de aire en el eje delantero, cuatro en el eje trasero y dos en el tercer eje. Amortiguadores de doble acción. Barras estabilizadoras y de redacción. Ajuste de nivel para maniobras. SISTEMA DE FRENOS
Sistema Volvo de frenos de disco en todos los ejes (EBS5 – Electronic Braking System). Principales funciones del EBS5: o o o o o
o o
ABS (Anti-lock Braking System – control contra deslizamiento). ASR (Acceleration Slip Regulation – control de tracción). Sensor de desgaste de las pastillas. Autonomía de las pastillas Frenado con combinación inteligente (retardador/VEB + freno de servicio simultáneamente). Auxilio de frenado de emergencia. Sistema de auxilio en arranque
ESP – ELECTRONIC STABILITY PROGRAM
Optativo para el sistema 6x2. Sistema electrónico de estabilidad que disminuye los riesgos de accidentes en situaciones de emergencia. EQUIPOS ELÉCTRICOS
Equipado con sistema Volvo BEA2 (Bus Electronic Architecture), sistema electrónico Multiplex 2 – sistema digital de transmisión de datos con control de los sistemas de autobús, monitorización y coordinación de todos los dispositivos controlados por las unidades electrónicas. Multiplex 2 también proporciona diagnósticos de fallas y dato sobre la operación del vehículo. Posee las funciones de luces externas integradas al multiplex del chasis. Llave general con corte de combustible. N° de baterías Tensión Baterías Alternador
2 24 V 2x225 Ah 2x150 A
CAPACIDADES DE LOS EJES
Eje delantero 1 Eje de tracción 3° Eje
6X2 7.500 12.000 5.250
Capacidad total
24.750
NEUMÁTICOS Y RUEDAS
NEUMÁTICOS 295/80 R22.5” 315/80R22.5 (opcional)
RUEDAS 8.25”X22.5” 9.00”x22.5 (opcional)
CAPACIDADES
Aceite del motor Aceites caja de dirección Aceite de la caja AT2612D Aceite diferencial
42 Litros 4 litros 16 litros 15 litros
DIMENSIONES
Dimensiones en mm, neumáticos 295/80R22.5. LONGITUDES Modelo Voladizo delantero Distancia entre ejes para el transporte Distancia entre ejes de tracción y tercer eje Voladizo trasero Longitud total del chasis
Normal Driver 6X2 2 150 4 000 1 400 2 670 10 570
ANCHURAS Ancho total (ruedas delanteras) Ancho total (ruedas traseras) Vitola delantera Vitola trasera
Low Driver 6X2 2 500 4 000 1 400 2 670 10 470
2 476 2 464 2 054 1 833
CONSTRUCCIÓN DE CURVAS CARACTERÍSTICAS DEL AUTOMÓVIL CURVAS DE POTENCIA Y DE TORQUE
Como es de esperarse estas curvas serán construidas a partir de la ecuación de Leiderman:
=á ()+() () = . á = . = ñ. = . =∗ á = ∗ = +()() = . = . ). 1 00 =(á = á =
(1)
Donde:
Sabemos que:
(2)
Entonces obtenemos:
(3)
Donde:
Definimos el torque de reserva
:
Coeficiente de adaptabilidad por torque
(4)
:
(5)
Coeficiente de adaptabilidad por frecuencia del giro del motor:
(6)
Para motores DIESEL, aplicando interpolación de Lagrange:
=1 100 . 2 1 =2. 100 . 1 = 100 .1 =317 =1970
Promediando los datos que nos otorga la ficha técnica: Potencia max. a 1850 rpm Torque max. a 1250 rpm
(7) (8) (9)
Importando los datos en una hoja de cálculo obtenemos los siguientes resultados:
á =1636.285 =1.204 =1.480 =20.395 %
=0.319 =2.620 =1.939
Ahora, utilizando las ecuaciones (1) y (3) para un intervalo de
=[900 2050]
:
GRÁFICA N°1: CURVA POTENCIA Y TORQUE DEL MOTOR 320
2200 2100
300
2000
] 280 W k [ A260 V I T 240 C E F E 220 A I C N200 E T O P 180
]
1900 m N [ 1800 O
1700 V I T
1600 C E F
POTENCIA
1500 E E
1400 U Q
TORQUE
R
1300 O T 1200
160
1100
140
1000 900
1100
1300
1500
1700
1900
FRECUENCIA DE GIRO MOTOR [rpm]
Los valores con los que fueron tabulados los puntos de la gráfica se encuentran en los anexos del presente informe. CRONOGRAMA DEL CAMBIO DE VELOCIDADES
Construiremos nuestras gráficas con las siguientes ecuaciones:
=0. 3 77.
=...
Donde:
= ℎ. = . =ó . =ó ó . . =ó ó . De las especificaciones técnicas:
(10)
1ra marcha: 14.94:1 12va marcha: 1.00:1
RELACIONES
=2.64 . =1
También tenemos un Suponemos un
.
.
Para hallar la relación de transmisión en las demás marchas usaremos la relación:
= −
Calculo del radio de rodadura : De las especificaciones técnicas tenemos que 295/80 R22.5”:
Donde:
==ℎ [ á . = á . =0.0127′′ +0.00085 ].
Procedemos a hacer los cálculos respectivos en nuestra hoja de cálculo de Excel. MARCHA
I II
14.940 11.684
III IV V VI VII VIII IX X XI XII
9.138 7.146 5.589 4.371 3.418 2.673 2.091 1.635 1.279 1.000
(11)
GRÁFICA N°2: CURVA POTENCIA Y VELOCIDAD DE MARCHA 320
140 POTENCIA
280
120
] W240 k [ A V I 200 T C E 160 F E A I 120 C N E T 80 O P
100 80 60 40
I ] r h / m k [ D A D I C O L E V
II II IV V VI VII
20
40
VIII
0 0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
0 1800
IX X
FRECUENCIA DE GIRO MOTOR [rpm] VELOCIDADES DEL VEHÍCULO A DISTINTAS MARCHAS n [rpm]
VELOCIDAD EN CADA MARCHA [km/hr] 5 6 7
1
2
3
4
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1250 1300 1400 1500 1600 1700 1800
0 0.51281008 1.02562016 1.53843024 2.05124031 2.56405039 3.07686047 3.58967055 4.10248063 4.61529071 5.12810079 5.64091087 6.15372094 6.41012598 6.66653102 7.1793411 7.69215118 8.20496126 8.71777134 9.23058142
0 0.65571587 1.31143175 1.96714762 2.6228635 3.27857937 3.93429524 4.59001112 5.24572699 5.90144286 6.55715874 7.21287461 7.86859049 8.19644842 8.52430636 9.18002223 9.83573811 10.491454 11.1471699 11.8028857
0 0.83844551 1.67689102 2.51533653 3.35378203 4.19222754 5.03067305 5.86911856 6.70756407 7.54600958 8.38445509 9.22290059 10.0613461 10.4805689 10.8997916 11.7382371 12.5766826 13.4151281 14.2535736 15.0920192
0 1.07209677 2.14419354 3.21629031 4.28838708 5.36048385 6.43258062 7.50467739 8.57677417 9.64887094 10.7209677 11.7930645 12.8651612 13.4012096 13.937258 15.0093548 16.0814516 17.1535483 18.2256451 19.2977419
0 1.37086009 2.74172018 4.11258027 5.48344036 6.85430045 8.22516054 9.59602063 10.9668807 12.3377408 13.7086009 15.079461 16.4503211 17.1357511 17.8211812 19.1920413 20.5629014 21.9337614 23.3046215 24.6754816
0 0 0 0 0 0 0 1.75288037 2.241359 2.86596293 3.66462647 4.68585515 5.99167163 7.66138258 3.50576075 4.482718 5.73192586 7.32925294 9.37171029 11.9833433 15.3227652 5.25864112 6.724077 8.59788879 10.9938794 14.0575654 17.9750149 22.9841477 7.01152149 8.965436 11.4638517 14.6585059 18.7434206 23.9666865 30.6455303 8.76440187 11.206795 14.3298147 18.3231323 23.4292757 29.9583582 38.3069129 10.5172822 13.448154 17.1957776 21.9877588 28.1151309 35.9500298 45.9682955 12.2701626 15.689513 20.0617405 25.6523853 32.800986 41.9417014 53.629678 14.023043 17.930872 22.9277034 29.3170117 37.4868412 47.9333731 61.2910606 15.7759234 20.172231 25.7936664 32.9816382 42.1726963 53.9250447 68.9524432 17.5288037 22.41359 28.6596293 36.6462647 46.8585515 59.9167163 76.6138258 19.2816841 24.654949 31.5255922 40.3108911 51.5444066 65.908388 84.2752083 21.0345645 26.896308 34.3915552 43.9755176 56.2302618 71.9000596 91.9365909 21.9110047 28.0169875 35.8245366 45.8078308 58.5731893 74.8958954 95.7672822 22.7874449 29.137667 37.2575181 47.6401441 60.9161169 77.8917312 99.5979735 24.5403252 31.379026 40.123481 51.3047705 65.6019721 83.8834029 107.259356 26.2932056 33.620385 42.989444 54.969397 70.2878272 89.8750745 114.920739 28.046086 35.861744 45.8554069 58.6340235 74.9736823 95.8667462 122.582121 29.7989663 38.103103 48.7213698 62.29865 79.6595375 101.858418 130.243504 31.5518467 40.344462 51.5873327 65.9632764 84.3453926 107.850089 137.904886
1850
9.48698646
12.1307437
15.5112419
19.8337903
25.3609117
32.4282869
41.4651415
8
53.0203142
9
67.7955897
10
86.6883202
FUERZA TRACCIONAL BRUTA
Se define como:
= ∗ ∗
Donde:
= ó = = = ... .
.
(12)
11
110.845925
12
141.735578
= ó=0.93 = = 0.5365
.
.
FUERZA TRACCIONAL BRUTA (N) n [rpm]
TORQUE
1
2
3
0 521.583656 35660.8525 27888.9765 21810.8922
4
5
6
7
8
9
10
11
12
17057.457 13339.9788 10432.6826 8158.99843 6380.83779 4990.20698 3902.64829 3052.11061 2386.93792
100 744.060407 50871.6638 39784.7649 31114.1292 24333.1597 19030.0251 14882.6482 11639.1448 9102.52594 7118.73424 5567.28731 4353.96055 3405.06451 200 947.997428 64814.9075 50689.2377 39642.0966 31002.5538 24245.9008 18961.7833 14829.2789 11597.4067 9069.88423 7093.20642 5547.32299 4338.34722 300 1133.39472 77490.5836 60602.3948 47394.7941 37065.6394 28987.6061
22670.088 17729.4009 13865.4802
10843.657 8480.40561 6632.19794 5186.78605
400 1300.25228 88898.6921 69524.2362 54372.2219 42522.4164 33255.1408 26007.5622 20339.5107 15906.7463 12440.0524 9728.88488 7608.58539 500 1448.57012
99039.233 77454.7618
60574.38 47372.8848
5950.381
37048.505 28974.2059 22659.6082 17721.2051 13859.0706 10838.6442 8476.48535 6629.13206
600 1578.34822 107912.206 84393.9718 66001.2683 51617.0447 40367.6986 31570.0192 24689.6936 19308.8565 15100.7115 11809.6837 9235.89782 7223.03924 700
1689.5866 115517.612
90341.866 70652.8868 55254.8961 43212.7217
33795.002 26429.7668 20669.7006 16164.9751 12642.0032 9886.82279 7732.10254
800 1782.28524
121855.45 95298.4446 74529.2356 58286.4389 45583.5744 35649.1543 27879.8277 21803.7373 17051.8615 13335.6028 10429.2603 8156.32195
900 1856.44416
126925.72 99263.7074 77630.3147 60711.6731 47480.2564 37132.4761 29039.8765 22710.9667 17761.3706 13890.4824 10863.2102 8495.69748
1000 1912.06335 130728.423 102237.655 79956.1239 62530.5987 1100
48902.768 38244.9675 29909.9131 23391.3887 18293.5024 14306.6422 11188.6727 8750.22913
1949.1428 133263.558 104220.286 81506.6634 63743.2159 49851.1091 38986.6285 30489.9375 23845.0034 18648.2569
14584.082 11405.6477 8919.91689
1200 1967.68253 134531.126 105211.602 82281.9332 64349.5244 50325.2796 39357.4589 30779.9497 24071.8108 18825.6342
14722.802 11514.1352 9004.76078
1250
1970 134689.572 105335.516 82378.8419
64425.313 50384.5509 39403.8128 30816.2012 24100.1617 18847.8063 14740.1419 11527.6961 9015.36626
1300 1967.68253 134531.126 105211.602 82281.9332 64349.5244 50325.2796 39357.4589 30779.9497 24071.8108 18825.6342
14722.802 11514.1352 9004.76078
1400
14584.082 11405.6477 8919.91689
1949.1428 133263.558 104220.286 81506.6634 63743.2159 49851.1091 38986.6285 30489.9375 23845.0034 18648.2569
1500 1912.06335 130728.423 102237.655 79956.1239 62530.5987
48902.768 38244.9675 29909.9131 23391.3887 18293.5024 14306.6422 11188.6727 8750.22913
1600 1856.44416
126925.72 99263.7074 77630.3147 60711.6731 47480.2564 37132.4761 29039.8765 22710.9667 17761.3706 13890.4824 10863.2102 8495.69748
1700 1782.28524
121855.45 95298.4446 74529.2356 58286.4389 45583.5744 35649.1543 27879.8277 21803.7373 17051.8615 13335.6028 10429.2603 8156.32195
1800 1850
1689.5866 115517.612 1636.28487
111873.355
90341.866 70652.8868 55254.8961 43212.7217 87491.8334
68423.9863
53511.759
41849.4815
33795.002 26429.7668 20669.7006 16164.9751 12642.0032 9886.82279 7732.10254 32728.8644
25595.9817
20017.6295
15655.0155
12243.1834
9574.92124
7488.17637
GRÁFICA N°3: FUERZA TRACCIONAL VS VELOCIDAD DE GIRO 140 I
] 120 N k [ A100 T U R B L 80 A N O I C 60 C A R T A 40 Z R E U F 20
II III IV V VI VII VIII IX X XI
0 0
20
40
60
80
100
120
140
160
Velocidad de giro [km/hr] FUERZA DE RESISTENCIA AL AIRE
La resistencia del aire a la marcha del automóvil es tanto mayor cuando mayor es su velocidad y tanto menor es su área frontal. Según la teoría gaseo-dinámica para un cuerpo que se mueve a velocidad de un medio gaseoso inmóvil se cumple que:
= ∗∗∗
Donde:
(13)
XII
=√ + +
, es el coeficiente del flujo aerodinámico del aire cuya dimensión pue-
“” =0.125 ⁄
de ser determinado por el índice exponencial túnel aerodinámico.
= = =
densidad en
⁄
. Para el aire
es cual se obtiene experimentalmente en un .
área de proyección del automóvil sobre el plano perpendicular a su eje longitudinal en . Área frontal del vehículo. velocidad de automóvil expresada en
⁄
.
De acuerdo a los experimentos para los automóviles que desarrollan velocidades comerciales y más aún velocidades económicas en consumo de combustible, es decir, velocidades de crucero, se puede asumir que , la ecuación (13) adquiere la siguiente forma:
También tenemos que: Donde:
=2 =1⁄2∗ ∗∗∗ = ⁄
(14)
= í. =ó . =⁄2∗ ∗∗ =⁄2∗ =∗∗ Entonces, tenemos la expresión:
(15)
Si hacemos:
Reemplazando:
(16)
Donde:
=
Se denomina coeficiente de resistencia del aire y representa a la fuerza de resistencia del aire por cada de área frontal del automóvil, que marcha con una velocidad de 1 .
⁄
== =2.4762.822= 6.987 =0.4 Factor dinámico.
Área frontal del vehículo:
Tomamos como valor:
Ahora usaremos Excel para calcular la fuerza resistiva del aire en cada marcha:
GRÁFICA N°4: FUERZA DE RESISTENCIA AL AIRE VS VELOCIDAD DE GIRO 60000 I
] N [ E 50000 R I A L A40000 A I C N E 30000 T S I S E R E 20000 D A Z R 10000 E U F
II III IV V VI VII VIII IX X
0 5
35
65
95
125
XI
155
XII
VELOCIDAD DE GIRO [km/hr]
FUERZA DE RESISTENCIA AL AIRE n [rpm]
1
2
3
4
5
6
1250 114.842006 187.766911 306.999277 501.944434 820.680158 1341.81371 1300 124.213114 203.088691 332.050418
542.9031 887.647659
7
8
9
10
11
12
2193.8681 3586.97876 5864.71747 9588.82484 15677.7479 25633.1493
1451.3057 2372.88774 3879.67622 6343.27842 10371.2729 16957.0521 27724.8142
1400 144.057813 235.534813 385.099893 629.639098 1029.46119 1683.17111 2751.98815 4499.50615 7356.70159 12028.2219 19666.1669 32154.2224 1500 165.372489 270.384352 442.078959 722.799985 1181.77943 1932.21174 3159.17007 5165.24941 8445.19316 13807.9078 22575.9569 36911.7349 1600 188.157143 307.637307 502.987615 822.385761 1344.60237 2198.42758
3594.4335 5876.90599
9608.7531 15710.3306 25686.4221 41997.3517
1700 212.411775 347.293679 567.825862 928.396425 1517.93002 2481.81863 4057.77845 6634.47591 10847.3814 17735.4904 28997.5625 47411.0729 1800 238.136384 389.353467 1850
251.549931
411.284642
636.5937 1040.83198 1701.76237 672.451216
1099.45909
1797.61782
2782.3849 2939.10874
EL FACTOR DINÁMICO
Definido como:
=
Donde:
= = =19 500
Fuerza traccional bruta. Fuerza de resistencia al aire. Peso bruto vehicular.
4549.2049 7437.95915 12161.0781 19883.3872 4805.4487
7856.91827
12846.0771
21003.3619
32509.378 53152.8983 34340.5389
56146.8501
0.8
0.6
I II III
0.4
IV V VI
0.2
VII VIII IX
0 0
20
40
60
80
100
120
140
160
X XI
-0.2
-0.4
XII