mecânica da locomoção de veículos rodoviários - apresentação

7/23/2019 Mecnica Da Locomoo de Veculos Rodovirios - Apresentao

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Tcnica e Economia dos Transportes

Prof. Dr. Benjamim Jorge R. dos Santos


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Mecnica da locomoo de veculosrodovirios

Ibrahim Luvizoto Assad

Marcos Aurlio Gabriel

Cleuber Adobal dos Santos


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1- Introduo:

Este trabalho tem por finalidade o estudo damecnica de locomoo dos veculos rodovirios.

Assim toda teoria aqui apresentada valida paraautomveis, porem o foco de interesse so oscaminhes, sendo eles os veculos crticos no que sediz respeito ao desempenho em rampas, frenagens esobrelargura em curvas.


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2- Fora Motriz:

Sendo a fora motriz a responsvel pelodeslocamento dos veculos em estudo. interessanteque conheamos sua origem.

Tudo comea no motor, no caso um motor de

combusto interna, a potncia gerada pela combusto transformada em torque por um volante que estconectado ao virabrequim ou rvore de manivelas. Acaixa de cmbio transmite o torque da rvore demanivelas ao eixo cardan ou rvore de transmisso,

que por sua vez transmitem o torque aos semi-eixosmotores, entre os semi-eixos e o eixo cardan est odiferencial um conjunto de coroa pinho. Os semi-eixos esto conectados as rodas e em funo do atritopneu/pavimento acontece o deslocamento.


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MOTOR: a potncia gerada pela combusto

VIRABREQUIM: transmite a potncia ao volante

VOLANTE: promove a transformao

da potncia em torque

CAIXA DE CMBIO: transmite o torque ao eixo cardan

EIXO CARDAN: conduz o torque at o diferencialDIFERENCIAL: transmite o torque aossemi-eixos

RODA MOTRIZ: pelo atrito promove odeslocamento

SEMI-EIXOS: transmitem otorque as rodas motrizes


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Clculo da Velocidade de deslocamento a partir donmero de revolues por minuto do virabrequim:

Onde:

V velocidade (Km/h)

N nmero de revolues por minuto do virabrequim (rpm)

D dimetro dos pneu (m)

gt fator de reduo da caixa de cmbio

gd fator de reduo do diferencial


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2.1- Determinao do esforo trator:

O esforo trator ou fora motriz de um veculo dado pela equao:

Onde:

Ft fora motriz (N)

P potncia do motor (hp)

V velocidade (Km/h)


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A figura que segue mostra um conjunto defunes que exprimem a variao do torque, potnciae consumo de combustvel de um motor diesel tpico

de acordo com a velocidade de rotao dovirabrequim:


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Da juno do grfico anterior e a frmula paraclculo da velocidade atravs da rotao do motorconfeccionou-se a tabela abaixo:


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Com as velocidades da tabela anterior e suasrespectivas potncias, encontra-se a fora motriz

relativa a cada marcha. Os resultados seguem natabela abaixo:


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O grfico a seguir mostra o comportamento dacurva de esforo trator versus velocidade para umcaminho tpico, a poro mostrada contm apenas astrs primeiras marchas, como pode se observar:


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2.2- Aderncia:

O esforo trator mximo que pode serdesenvolvido por um veculo, seja ele carro oucaminho, depende diretamente do atrito entre opneu e a superfcie da via e do peso que atua no eixotrator. Para que o veiculo no patine o esforotrator mximo dado pela equao:

Ftmax fora motriz mxima (N)

f fator de aderncia

Td peso do eixo trator (N)

Onde:


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A tabela abaixo mostra os valores tpicos de

aderncia:


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Exemplo prtico:

Calcular o esforo trator mximo que pode serdesenvolvido por um caminho sendo que seu eixo tratorpesa 150000N e considerando, ainda o pavimento comosendo asfalto molhado e pneus de borracha.

Resposta:

Da tabela dos valores tpicos de aderncia de pneus

de borracha e asfalto molhado, f = 0,45.O peso do eixo trator de 150000N.

Com estes valores aplica-se a frmula.

Ft max = 0,45 . 150000Ft max = 67,5 KN


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3- Resistncia ao Movimento:

A resistncia ao movimento na verdade dividida em trs componentes, formando assim aresistncia total ao movimento.

As componentes desta resistncia total ao

movimento so:

Rr Resistncia de rolamento (N)

Ra Resistncia de arrasto aerodinmico (N)

Rg Resistncia de rampa (N)


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Logo:

A somatria das duas primeiras componentes ecomumente chamada de Resistncia Bsica ou

Resistncia Inerente ao Movimento.A terceira componente pode ser a favor ou

contrria ao movimento respectivamente em declivese aclives.

Onde:

R resistncia Total (N)

Rr resistncia de rolamento (N)

Ra resistncia de arrasto aerodinmico (N)

Rg resistncia de rampa (N)


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3.1- Resistncia de Rolamento:A resistncia de rolamento devida a trs

principais fatores:

deformao da roda e da via,

efeito de suco causado pela subpresso narea de separao entre a roda e a superfcie derolamento, e

escorregamento da roda em relao aopavimento.


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A resistncia de rolamento de carros e

caminhes pode ser facilmente calculada atravs dafrmula:

Onde:

Rr resistncia de rolamento (N)

C1 constante cujo valor 7,6 para pistas pavimentadas

C2 constante de valor 0,056 relativa ao atrito interno do motor

V velocidade de operao (Km/h)

G peso do veculo (KN)


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A tabela abaixo traz os valores de C1 para

pistas de rolamento no pavimentadas:


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3.2- Resistncia Aerodinmica:A resistncia aerodinmica pode ser estimada

pela equao:

Onde:

Ra resistncia Aerodinmica (N)

Ca coeficiente de penetrao aerodinmicaA rea frontal do veculo (m)

V velocidade de operao (Km/h)


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A tabela abaixo apresenta alguns valores de

rea frontal e coeficiente de penetraoaerodinmica:


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3.3- Resistncia de Rampa:A resistncia de rampa pode ser obtida pela

equao que segue:

Onde:

Rg resistncia de rampa (N)

G peso do veculo (KN)m declividade da rampa (%)


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Exemplo prtico:

Calcular a resistncia ao movimento de umcaminho que trafega numa via asfaltada com velocidade deoperao de 80 km/h, cujo peso seja 200 KN e esteja em umaclive de 3%.

Resposta:

1 Passo: Clculo da resistncia de rolamento

Rr = (7,6 + 0,056 . 80) . 200

Rr = (12,08) . 200

Rr = 2416 N


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2 Passo: Clculo da resistncia aerodinmica

Ra = 0,034 . 7,5 . 80

Ra = 1632 N

3 Passo: Clculo da resistncia de rampa:

Rg = 10 . 200 . 3

Rg = 6000 N

4 Passo: Clculo da resistncia total:

R = 2416 + 1632 + 6000

R = 10 048 N


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4- Velocidade de Equilbrio:

A velocidade de equilbrio pode ser obtidaigualando-se a resistncia ao movimento com oesforo trator.

V velocidade de equilbrio (Km/h)

P potncia do motor (hp)

R resistncia total ao movimento (N)

Onde:


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A velocidade de equilbrio pode ainda serobtida de forma grfica, o grfico que segue mostra avelocidade de equilbrio para um trecho plano e paradois trechos com aclives, respectivamente de 0,5% e2%.


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5- Frenagem:

A partir do somatrio das foras que atuam noveculo possvel o clculo da distncia de frenagem,a expresso abaixo mostra o mesmo:

M massa do veculo (Kg)

G peso do veculo (N)

g acelerao da gravidade (m/s)

a desacelerao de frenagem (m/s)

f coeficiente de atrito pneu/pavimento

ngulo do aclive (graus)

Onde:

5.1- Frenagem Ideal:


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A figura abaixo ilustra as foras atuante em umveculo sendo freado:


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Sendo a acelerao, o nico termodesconhecido no somatrio das foras atuantes, amesma pode ser estimada pela equao abaixo:

X distncia de desacelerao (m)

a acelerao (m/s)

v velocidade inicial (m/s)

vo velocidade final (m/s)

Onde:


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Como a velocidade final ser nula, ou seja oveculo estar parado, e supondo ainda que adesacelerao seja constante, pode se estim-la pelaexpresso:

Fazendo as devidas substituies e

transformaes temos a equao final para distnciade frenagem:

d distncia de desacelerao (m)


V velocidade inicial (Km/h)

m declividade da rampa (%)

Onde:


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A tabela abaixo contm os coeficientes de

atrito pneu/pavimento para as dadas velocidades deprojeto:


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Exemplo prtico:

Calcular as distncias de frenagem para um aclive eum declive de 3%, para uma rodovia cuja velocidade de

projeto seja 100 Km/h.Resposta:

Clculo da distncia de frenagem do aclive:

Clculo da distncia de frenagem do declive:


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A frenagem ideal supe a eficincia perfeita dosistema de freios, o que comumente contrariadopelo travamento prematuro de uma das rodas do

veculo.

5.2- Frenagem Real de Veculos Rodovirios:

Este tpico desenvolve um modelo quepermite a determinao da distncia de frenagem de

um caminho em funo das foras que atuam nosistema de freios durante a frenagem.


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A figura abaixo ilustra as foras atuante emuma roda sendo freada:

rR B

B.fb

Fz

FB


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Sendo o torque gerado pelo sistema defrenagem calculado pela expresso:

Tf torque do sistema de freios (N.m)

B fora imposta pelas sapatas (N)fb coeficiente de atrito entre as sapatas e o disco de freio

r raio do disco (m)

Onde:


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E sendo o torque gerado pela fora de atrito nainterface pneu/pavimento dado pela expresso:

Ta torque do atrito (N.m)

Fz fora normal gerada pelo peso do veculo (N)f coeficiente de atrito pneu/pavimento

R raio do pneu (m)

Onde:


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Logo, durante a frenagem existem, trssituaes possveis:

Tf= Ta Situao ideal , ocorre a utilizao dafrenagem mxima.

Tf< Ta Situao que no utiliza a mximafrenagem porem no ocorre o travamento das rodas.

Tf> Ta Situao crtica, ocorre o travamentodas rodas implicando na perda de controle devido afalta de rotao nas rodas.


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Frenagem de Caminhes Unitrios:

Abaixo, o diagrama de foras atuantes de umcaminho unitrio sendo freado:

bf

h

b

CGMa

G Fz2Fz1FB2FB1


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Fazendo as simplificaes necessrias possvel obter as expresses:

a desacelerao do caminho (m/s)

FB1 fora de frenagem no eixo dianteiro (N)

FB2 fora de frenagem no eixo traseiro (N)

M massa do caminho (Kg)

Onde:


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FX2 fora normal no eixo traseiro (N)G peso do caminho (N)

bf coordenada horizontal do CG (m)

M massa do caminho (Kg)

a desacelerao do caminho (m/s)h coordenada vertical do CG (m)

b distncia entre eixos do caminho (m)

Onde:

ainda:


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Fx1 fora normal no eixo dianteiro (N)

G peso do caminho (N)

Fx2 fora normal no eixo traseiro (N)

Onde:

e:


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Utilizando as caractersticas abaixo possvela elaborao de uma planilha com a soluo dosistema de equaes de frenagem:

Peso do veculo = 268 270 N

Massa do veculo = 27 358 Kg

Altura do CG = 1,50 m

Distncia entre eixos = 3,83 m

Distncia entre CG e eixo dianteiro = 2,80 m


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Abaixo, planilha com a soluo do sistema deequaes de frenagem:


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A desacelerao que pode ser atingida por umveculo em condies particulares de atrito entrepneu/pavimento pode ser calculada interpolando-se

os valores da planilha anterior, como por exemplo, separa determinado trecho da rodovia o coeficiente deatrito e 0,29. A mxima desacelerao em questoser:


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A distncia de frenagem necessria para aparada completa pode ser calculada por uma equaoque j vimos, supondo uma velocidade de 103 Km/h,

o clculo segue abaixo:

Fazendo as converses, temos:


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A eficincia de frenagem expressa pelaequao:

eficincia de frenagem

a desacelerao do caminho (m/s)

g acelerao gravitacional (m/s)


Onde:

No caso do caminho do exemplo, a eficincia

de frenagem :


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Uma observao importante:

Esta eficincia de 76,3 % atingida com ocaminho carregado, para caminhes articuladosdescarregados ou parcialmente descarregados a

eficincia de frenagem ainda menor, cerca de 40 50%.

Com base nisto a equao sugeria pela AASHTOpara clculo da distncia de frenagem, deveria sermodificada para refletir a eficincia menos perfeita do

sistema de freios dos caminhes de grande porte.


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Para fim de comparao calcularemos adistncia de frenagem do mesmo caminho para uma

seo em nvel:

Observe que o valor obtido agora menor que

os 188 m obtidos anteriormente, que so realmentenecessrios para a frenagem segura do veculo.


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A figura abaixo exibe as faixas de variaotpicas dos coeficientes de atrito pneu/pavimento:

Um valor tpico para pavimentos molhados, que recomendado nas normas de projeto rodovirio e 0,30


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6- Estabilidade Lateral em curvashorizontais:

Estando o veculo em uma curva horizontal, afora centrfuga que atua sobre o CG gera um

momento em torno do ponto de contato da roda maisexterna com o pavimento que tenta tombar o veculo.

Este momento combatido pela fora de atritolateral e o peso do veculo.


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A figura que segue mostra as foras que atuamnum veculo que trafega numa curva horizontal:

CG

eG

F = G.cos.

G.sen


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Do somatrio das foras atuantes temos aseguinte expresso:

M massa do caminho (Kg)v velocidade do caminho (m/s)

G peso do caminho (N)

g acelerao gravitacional (m/s)

r raio da curva (m) ngulo da superelevao

coeficiente de atrito lateral

Onde:


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A tabela abaixo traz a variao do coeficientede atrito lateral em funo da velocidade de projeto:

Para o clculo do raio mnimo da curva queno implique no tombamento do veculo, segue aexpresso:

Rmin raio mnimo da curva horizontal (m)

V velocidade do veculo (Km/h)

e superelevao (m/m)

coeficiente de atrito lateral

Onde:


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A acelerao lateral a que um veculo submetido numa curva horizontal dada por:

a acelerao lateral (m/s)

v velocidade do veculo (m/s)r raio da curva horizontal (m)

Onde:


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Tem-se por definio que a acelerao lateralde um veculo da ordem de 0,2g, este valor prximo ao da acelerao limite que provoca o

tombamento de caminhes articulados com CGlocalizados a uma altura maior, tais como caminhes-tanque.

A figura abaixo traz a acelerao limite paratombamento de caminhes articulados em curvas:


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Obrigado.

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