locomoção veículos ferroviáriospessoas.feb.unesp.br/barbara/files/2013/08/rodoviario.pdfmotor...

MECÂNICA DE LOCOMOÇÃO DE VEÍCULOS RODOVIÁRIOS

Introdução

Veículos terrestres sobre rodas

Princípios básicos semelhantes aos veículos

ferroviários Determinação da força envolvidas no movimento

Diferenças nas peculiaridades tecnológicas Transmissão elétrica - ferroviário

Transmissão mecânica – rodoviário

Teoria válida para veículos rodoviários: automóveis, caminhões e ônibus

Locomoção

Locomoção é feita através da tração por

aderência

Componentes Motor aciona as rodas motrizes

Transmissão transfere o torque do motor as rodas

Motor ideal

Características do motor ideal Fornecer potência constante

Força motriz hipérbole

Produz esforço elevado em baixas velocidades

Motores elétricos se aproximam do ideal

Motores a combustão interna

Desempenho inferior aos motores elétricos

Necessitam de uma transmissão

Excelente relação potência produzida e peso do motor

Economia de combustível e facilidade de iniciar o motor

Baixo custo operacional e manutenção

VFP t

Motor ideal

Características do motor ideal Motores a combustão interna

Motores a gasolina e motores diesel

Ciclos de 4 tempo:

Admissão

Compressão

Ignição

Exaustão

Os pistões movimentam o eixo do motor

Virabrequim ou árvore de manivelas

Compressão grande, combustível inflama

Motor diesel:

mais leve e consome 25% menos combustível

Motor diesel

Características dos motores diesel Velocidade determinada pelas características do motor

Potência, torque e consumo

Motor projetado para funcionar

Acima velocidade mínima,

“marcha lenta”

Abaixo velocidade máxima,

sistema arrefecimento não é

capaz de dissipar o calor

Motor diesel

Características dos motores diesel Torque diminui com o aumento

da rotação, pois diminui a

pressão na câmara

Uso de transmissão e reduções

Motor diesel

Características da transmissão Locomotivas, transmissão elétrica com potência

constante

Peso elevado dos componentes

Transmissão mecânica, sistema de eixos e

engrenagens

Semi-eixos motrizes

Rodas giram com velocidades diferentes

Redução no diferencial é fixa em automóveis, pode ser

variável em caminhões e “off road”

Aplicada ao eixo cardan, por exemplo 5,9:1

Motor diesel

Força Motriz

Dois fatores limitam o desempenho Força motriz máxima que o atrito roda-via pode

suportar

Força motriz máxima obtida pelo torque do motor

Função da potência e velocidade do veículo

Menor dentre as força determina o

desempenho

Força Motriz

VELOCIDADE DO VEÍCULO Motor opera com velocidades muito altas

Transmissão reduz a rotação do motor para a velocidade desejada

Velocidade calculada em função da rotação do motor:

1000

60 D

gg

NV

dt

V: velocidade do veículo [km/h]

N: número de revoluções por minuto do motor [rpm]

gt: fator de redução da caixa de câmbio

gd: fator de redução do diferencial

D: diâmetro do pneu [m]

Força Motriz

Força motriz produzida pelo motor

V

PFt 3600

Ft: força de propulsão [N]

: eficiência de transmissão (em torno de 0,82)

P: potência [kW]

V: velocidade [km/h]

Potência determinada em função da rotação do

motor, dentro da faixa de operação (gráfico de

desempenho do motor)

Força Motriz

Limite de aderência Esforço trator máximo que pode ser desenvolvido

depende do coeficiente de atrito

dt TfFmáx

Ftmáx: força de propulsão [N]

f: coeficiente de aderência

Td: peso do eixo motriz ou peso aderente [N]

Força Motriz

Tração

V

P

Tf

mínFd

t3600

Resistência ao Movimento

Forças contrárias ao movimento

Resistências de veículos rodoviários:

Resistência ao rolamento

Deformação roda-via no ponto de contato

Resistência aerodinâmica

Deslocamento do veículo na atmosfera terrestre

Resistência de rampa

Ação da gravidade terrestre sobre o veículo

Resistência ao Movimento

Resistência total

gar RRRR

R: resistência total ao movimento [N]

Rr: resistência ao rolamento [N]

Ra: resistência aerodinâmica [N]

Rg: resistência de rampa [N]

Rb: resistência básica (Rr+Ra) [N]

Resistência ao Movimento

Resistência ao rolamento Quatro fontes:

Deformação elástica do pneu na região de contato

Penetração do pneu no solo

Escorregamento adicional nas curvas

Circulação de ar dentro do pneu e no entorno da roda

Mais rígidos a roda e o pavimento, menor a deformação

e conseqüentemente a resistência

Resistência ao Movimento

Resistência ao rolamento Fórmula de Davis [1910]

GVccRr 21

c1 = 7,6 (pneumáticos em rodovias pavimentadas)

c2 = 0,056

Rr: resistência ao rolamento [N]

G: peso do veículo [kN]

V: velocidade do veículo [km/h]

c1: constante que incorpora o efeito da deformação do pneu e da via

c2: constante que incorpora o efeito dos outros fatores

Resistência ao Movimento

Resistência aerodinâmica Atua sobre todo veículo que se desloca na atmosfera

Em altas velocidades, essa resistência tem impacto

significativo

Projetistas de veículos esportivos e carros esportivos

Eficiência aerodinâmica = economia de combustível

Resistência ao Movimento

Resistência aerodinâmica

2

2

1VAC

gR Da

Ra: resistência aerodinâmica[N]

: densidade do ar [kg/m³]

CD: coeficiente de arrasto

A: área frontal do veículo [m²]

V: velocidade [km/h]

Resistência ao Movimento

Resistência aerodinâmica

2VAcR aa

Ra: resistência aerodinâmica [N]

ca: coeficiente de penetração aerodinâmico

A: área frontal do veículo [m²]

V: velocidade [km/h]

Resistência ao Movimento

Resistência básica (inerente) Sempre existirá

2

21 VAcGVccR ab

arb RRR

Rb: resistência básica ou inerente [N]

Rr: resistência ao rolamento [N]

Ra: resistência aerodinâmica[N]

Resistência de rampa

Resistência ao Movimento

100

iGRg

Rg: resistência de rampa [kN]

G: peso do veículo [kN]

i: declividade da rampa [% ou m/100m]

Velocidade de Equilíbrio

Determinação da velocidade de equilíbrio Esforço trator igual a resistência ao movimento

RFt

gart RRRF

Velocidade de Equilíbrio

Determinação da velocidade de equilíbrio

Frenagem

É um dos aspectos mais importantes do

desempenho veicular

Comportamento durante frenagem: Projeto de rodovias

Distância de visibilidade

Projeto de interseções

Frenagem

Distância mínima de frenagem Modelo simplificado

Limite de frenagem (aderência)

0td ff FFaM

0 fFaM

M: massa do veículo [kg]

a: desaceleração de frenagem [m/s²]

Ffd: força de frenagem no eixo dianteiro [N]

Fft: força de frenagem no eixo traseiro [N]

Ff: força de frenagem [N]

fGFmáxf

Frenagem

Distância mínima de frenagem Modelo simplificado

Limite de frenagem (aderência)

Desaceleração máxima

fGFmáxf

M

fgM

M

fG

M

Fa máxf

máx

fgamáx

Frenagem

Distância mínima de frenagem Modelo simplificado

Distância mínima

fg

vv

ad

máx

mín

22

12

02

0

dmín: distância mínima de frenagem [m]

v0: velocidade inicial [m/s]

g: aceleração da gravidade [m/s²]

f: coeficiente de aderência

f

VD

254

2

D: distância mínima de frenagem [m]

V: velocidade inicial [km/h]

f: coeficiente de aderência

Frenagem

Distância mínima de frenagem Modelo simplificado

Declive

Aclive

D: distância mínima de frenagem [m]

V: velocidade inicial [km/h]

f: coeficiente de aderência

m: declividade da rampa [m/100m]

0sen fFGaM

0sen fFGaM

Frenagem

Eficiência de frenagem

fg

af

f: eficiência de frenagem

a: desaceleração máxima sem travamento das rodas

g: aceleração da gravidade

f: coeficiente de aderência

Estabilidade lateral

Equilíbrio de forças que atuam no veículo em

movimento circular

Escorregamento

Tombamento

Estabilidade lateral

Equilíbrio de forças que atuam no veículo em

movimento circular

Escorregamento M.ac> Fyi+Fye

)(127min

2

fe

VR

Estabilidade lateral

Equilíbrio de forças que atuam no veículo em

movimento circular

Tombamento M.ac< Fyi+Fye

R

Vac

2

)( fegac