Volkswagen 17220m Muñoz Tafur 5i5j3g
This document was ed by and they confirmed that they have the permission to share it. If you are author or own the copyright of this book, please report to us by using this report form. Report 2z6p3t
Overview 5o1f4z
& View Volkswagen 17220m Muñoz Tafur as PDF for free.
More details 6z3438
- Words: 11,841
- Pages: 54
VOLKSWAGEN 17200 M
ING. AUTOMOTRIZ
TÍTULO:
“Estudio De Las Propiedades Dinámico - Traccionales De La Unidad ……………………Bajo Las Condiciones De Explotación Volkswagen 17200 M” RESUMEN Estudio de las Propiedades Dinámico – Traccionales del CAMION VOLKSWAGEN 17200 M”. Trabajar con sus sistemas y componentes originales, así como la simulación del comportamiento y variación de las mismas ante el reemplazo de su fuente motriz original por diferentes alternativas, teniendo como objetivo el repotenciamiento de la unidad. En nuestro caso el motor a ser reemplazado es un motor marca MWM tipo 6.10 TCA, por uno de los tres motores propuestos para el repotenciamiento. Para el cumplimiento de dicho propósito, fue necesario recurrir a la investigación teórica, por medio del cual se pudieron conocer las diferentes ecuaciones que nos permiten evaluar el comportamiento del vehículo automotor durante su marcha, y de esta manera crear un modelo matemático que nos permita conocer la capacidad del vehículo a ser repotenciado y que motor es adecuado para dichos fines. Bajo estos conceptos se procedió al cálculo de las propiedades explotacionales del vehículo automotor con su sistema original, determinando sus parámetros fundamentales que representamos y analizamos en: Las Curvas Características Externas de Velocidad del Motor, El Cronograma de Cambio de Velocidades, Gráfica del Balance Fraccional de Vehículo, La Característica Dinámica del Vehículo, El Nomograma de Carga, Las Graficas de Aceleración y finalmente el Consumo de Combustible del Sistema. Luego de realizar el estudio de máquina con sus componentes originales, se procedió a realizar nuevamente el mismo procedimiento pero para el caso en que a la unidad vehicular ha sido repotenciada, es decir hemos cambiado el motor. Esto se hace para los tres motores propuestos. Finalmente utilizando el estudio realizado, concluimos en cual es la mejor alternativa de repotenciamiento. Para lo cual se tiene en cuenta básicamente criterios energéticos, de funcionalidad y de ahorro en el consumo de combustible.
ING. Mecánica
Ing. Javier Bacilio
VOLKSWAGEN 17200 M
ING. AUTOMOTRIZ
INDICE ANALÍTICO
Pág. I.-
Introducción. ..................................................................................................................... 1.- Antecedentes históricos -térmicos. 2.- Propósito general del proyecto ................................................................................... 3.- Descripción de la realidad problemática……………………..
II.- desarrollo de los contenidos. ............................................................................................. . 2.1.-
Especificaciones técnicas . ......................................................................... . 2.2.1.-Veiculo original .................................................................................... 2.2.2.-Veiculo Opcional ..................................................................................
2.2.- Cálculo de los radios de rodadura …………………………………. 2.3.- Las características externas del vehículo…………………………… INTRODUCCIÓN. 1.- Antecedentes históricos -térmicos. 2.- Propósito general del proyecto 3.- Descripción de la realidad problemática II.- desarrollo de los contenidos 2.1.- Especificaciones Técnicas Del Vehículo Original Tipo y modelo:
ING. Mecánica
Camión Volkswagen 17220 M
Ing. Javier Bacilio
VOLKSWAGEN 17200 M
ING. AUTOMOTRIZ
tolva roquera
furgón con plataforma elevadora transporte de sustancias químicas
Tipo y modelo
ING. Mecánica
Motor Diesel
Cummins C83
Potencia
218 cv / 2200 rpm
Cilindrada
8270 cm3
Caja de cambios Distancia entre ejes
Eaton FS - 6306-A 4.800 mm
Largo carrozable
6.434 mm
Ing. Javier Bacilio
VOLKSWAGEN 17200 M
ING. AUTOMOTRIZ
Carga útil + Carrocería
11.810 kg
Dimensiones generales: CHASIS
Distancia entre ejes
Voladizo trasero
Largo total
A
B
C
3.560
1.140
6.123
4.340
2.134
7.897
4.800
2.286
8.509
5.207
2.413
9.043
ING. Mecánica
Ing. Javier Bacilio
VOLKSWAGEN 17200 M
ING. AUTOMOTRIZ
Ficha técnica Motor Marca y modelo
Cummins C-8.3 - 215 P5-0 Turbo Intercooler
Norma de emisiones
Euro III
Número de Cilindros / Cilindrada
6 cilindros en línea / 8.270 cm3
Diámetro x Carrera del émbolo
114 x 135 mm
Relación de compresión
18,3 : 1
Potencia neta máxima - kW (cv) @ rpm
160 (218) @ 2200
Par motor neto máximo - kgfm (Nm) @ rpm
90 ( 888) @ 1400
Secuencia de inyección
1 - 5 -3 - 6 - 2 - 4
ING. Mecánica
Ing. Javier Bacilio
VOLKSWAGEN 17200 M
ING. AUTOMOTRIZ
Sistema de inyección
Bosch - P7100
Compresor de aire / Capacidad
Wabco.
Transmisión Caja de cambios - Marca y modelo
Eaton - RT 8908-LL - Mecánico
Accionamiento
Palanca al piso
Número de marchas
10 adelante + 3 reversas
Relaciones de transmisión 1ª
19.58 : 1
2ª
12,67 : 1
3ª
8,39 : 1
4ª
6,23 : 1
5ª
4,58 : 1
6ª
3,40 : 1
7ª
2,46 : 1
8ª
1,83 : 1
9ª
1,35 : 1
10ª
1,00 : 1
Reversa
20,47 : 1 - 13,24 : 1 - 3,89 : 1
Tracción
6X4
Embrague Modelo y revestimiento
Doble disco, orgánico
Marca
Eaton
Tipo y accionamiento
Pull, hidráulico con servo asistido a aire
Diámetro del disco
365 mm
Eje delantero Tipo
Viga "I" en acero forjado
Marca y modelo
Meritor FF-844 o Sifco 13 K
ING. Mecánica
Ing. Javier Bacilio
VOLKSWAGEN 17200 M
ING. AUTOMOTRIZ
Eje trasero Tipo
Eje rígido, acero estampado
Marca y modelo
Meritor MT 46-145 (simple)
Relación de Reducción
4,88 : 1
Suspensión delantera Tipo
Eje rígido
Muelles
Semielípticos de doble acción
Amortiguadores
Hidráulicos, de doble acción
Barra estabilizadora
Estándar
Suspensión trasera Tipo
Ejes rígidos en tándem (Randon)
Muelles
Semielípticos invertidas de acción progresiva
Dirección Tipo
Hidráulica integral con bolas recirculantes
Marca y modelo
ZF Servocom 8097
Relación de reducción
20,1 : 1 ~ 23,8 : 1
Chasis Tipo escalera
Plano con largueros dobles y rectos Remachado y atornillado
Material
Acero LNE 28
Módulo seccional
431,0 cm2
Ruedas y Neumáticos (estándar y opcionales) Acero
7,50" x 22,5"
Neumáticos
275 / 80 R 22,5
Frenos Marca
Master
Tipo
Neumático, S-cam
ING. Mecánica
Ing. Javier Bacilio
VOLKSWAGEN 17200 M
ING. AUTOMOTRIZ
Tambor en las ruedas delanteras y traseras Circuito
Doble independiente, reservorio triple de aire
Area efectiva de frenando
6.514 cm2
Freno de estacionamiento
Cámara acumuladora de fuerza elástica
Freno de estacionamiento - Actuación
Ruedas traseras
Freno de estacionamiento - Accionamiento
Válvula moduladora en el tablero
Freno del motor
Válvula tipo mariposa en el tubo de escape
Freno del motor - Actuación
Electroneumático, con interruptor en tablero Control en el pedal del acelerador y embrague
Sistema Eléctrico Tensíon Nominal
12V
Batería
12V & 170Ah
Alternador
90A & 14V
Capacidades de los depósitos (litros) Tanque de combustible de plástico
275
Motor (incluyendo filtro)
22,0
Caja de cambios
9,2
Ejes traseros
19,5 (anterior) y 16,0 (posterior)
Dirección
3,7
Sistema de Refrigeración - Con calefacción
33,2
Dimensiones (mm) Distancia entre ejes
4.800 (gráficos de dimensiones) (3440 + 1360) (gráficos de dimensiones)
Voladizo delantero
1.423 (gráficos de dimensiones)
Voladizo trasero
1.198 (gráficos de dimensiones)
Largo Total
7.421 (gráficos de dimensiones)
Ancho máximo delantero
2.510 (gráficos de dimensiones)
Ancho máximo trasero
2.468 (gráficos de dimensiones)
Ancho de vía delantera
2.105 (gráficos de dimensiones)
Ancho de vía trasera
1.836 (gráficos de dimensiones)
Vano libre delantero
260 (gráficos de dimensiones)
Vano libre trasero
246 (gráficos de dimensiones)
Diámetro de giro
18.500
ING. Mecánica
Ing. Javier Bacilio
VOLKSWAGEN 17200 M
ING. AUTOMOTRIZ
Pesos (peso vacío - kg) Eje delantero
3.650
Eje trasero
3.590
Total
7.240
Capacidad técnica por eje (kg) Eje delantero
6.000
Eje trasero
20.200
Total isible - PBV
26.200
Capacidad máximo de tracción - PBVC
35.000
Capacidad máxima de carga útil + carrocería
26.200
Desempeño (cálculo teórico) Relación de reducción del eje trasero
4,88 : 1
Velocidad máxima
91 km/h
Capacidad en rampa con PBV
57,0%
Partida en rampa con PBV
40,0%
Relación PBV / Potencia (kg/cv)
120,2
Observaciones:
Datos
proyectados
por
PBV = Peso PBVC = Peso bruto del vehículo combinado
CARROCERIA Modelo: Material: Módulo Seccional:
simulación
de
bruto
del
rendimiento vehículo
Tipo escalera, plano con largueros rectos Remachado y atornillado Acero LNE 38 251,5 cm2
Coeficiente de resistencia del aire Según Normas de Especificación dadas en clase, para vehículos tipo camión tenemos el siguiente rango, en N.s/m: K = 0.6 – 0.7 Asumimos, una máxima resistencia posible del aire, entonces: K = 0,65 N.s/m. ING. Mecánica
Ing. Javier Bacilio
VOLKSWAGEN 17200 M
ING. AUTOMOTRIZ
Coeficiente de resistencia a la rodadura El coeficiente de resistencia a la rodadura según Chudakov. (Apéndice Tabla 1-2): Coeficiente de resistencia a la rodadura (fr)
Tipo De Camino
Coeficiente de adherencia (φ)
Asfaltado 0.015 - 0.020 0.75 Grava 0.200 - 0.030 0.65 Tierra seca 0.030 - 0.050 0.70 Tierra húmeda 0.050 - 0.150 0.50 Arena 0.100 - 0.300 0.75 Nieve apisonada 0.030 - 0.040 0.35 Para nuestro trabajo se considera que el camión viaja por carretera asfaltada: fr= 0.020 y φ=0.80
Rendimiento de la transmisión Rango para transmisiones de tipo común por engranajes (Chudakov Pág. 24) tr = 0,88 - 0,93 Asumimos: tr = 0,90. Por tratarse de un vehículo moderno
Otras características Dirección Eje delantero Eje trasero Suspensión Delantera
Suspensión Trasera
Frenos
ING. Mecánica
Tipo: Hidráulica integral con bolas circulantes Marca y Modelo : ZF Servocon 8097 Relación de reducción : 20,1 : 1 – 23,8 : 1 Tipo : Viga “I” en acero forjado Marca y Modelo : Meritor FF – 844 o Sifco 13 K Tipo: Eje rígido, acero estampado Marca y Modelo : Meritor RS 23 – 240 (doble) Tipo : Eje rígido Muelles : Semielípticos, acción progresiva Amortiguadores : Hidráulicos de doble acción Barra estabilizadora : Estándar Tipo : Eje Rígido Muelles Principales: Semielípticos, de acción progresiva Muelles Auxiliares: Parabólicos Amortiguadores (opción): Hidráulicos de doble acción, Estándar para DEE 3560 mm. Marca: Master Tipo: Neumático, S-cam Tambor en as ruedas delanteras y traseras. Circuito: Doble independiente, reservorio triple de aire. Área efectiva de frenado: 4.232 cm2 Freno de estacionamiento: Cámara acumuladora de fuerza elástica. Freno de estacionamiento – Actuación: Ruedas traseras. Freno de estacionamiento – Accionamiento: Válvula moduladora en el tablero Freno del motor: Válvula tipo mariposa en el tubo de escape. Freno del motor – actuación: Electroneumático, con interruptor en Ing. Javier Bacilio
VOLKSWAGEN 17200 M
ING. AUTOMOTRIZ
tablero, Control en el pedal del acelerador y embrague. Tensión nominal: 12V Sístema Eléctrico Bateria: 12V & 135 Ah Alternador: 90ª & 14V Tanque de combustible – plástico: 275 Motor (incluye filtro): 16,4 Capacidades Caja de cambios: 8,6 (litros) Eje trasero: 18,0 (doble) Dirección: 3,7 Sistema de refrigeración – Con calefacción: 26,6 Eje delantero: 3.210 Eje trasero: 1.900 Pesos (Peso vacío Total: 5.110 en Kg) – Delantero: 6.100 Capacidad Técnica Trasero: 11.000 por eje (Kg) Total isible – PBV: 17.100 Capacidad máxima de tracción – PBVC: 34.000 Capacidad máxima de carga útil + carroceria: 11.990 2.2.- Especificaciones de motores alternativos Motor Cummins ISC 315 P5-2
Motor
Cummins ISC 315 P5-2
Combustible Disposición de cilindros
Diesel 6 en línea
Diámetro del cilindro
114 mm
Carrera
135 mm
Potencia
235 kW (320 cv)/ 2.000 rpm
Torque
1256 Nm/ 1300 rpm
Cilindrada o desplazamiento
8,3 litros (8.270 cm3)
Régimen de marcha lenta
700 rpm
Régimen de corte con carga
2.220 rpm
Régimen de corte sin carga
2.400 rpm
Relación de compresión
17,5:1
a. Motor Cummins ISC 315 Motor Desplazamiento del motor Número de Cilindros Diámetro x carrera Relación de compresión
ING. Mecánica
ISC 315 8.3 litros 6 114x135 mm 17:1
Ing. Javier Bacilio
VOLKSWAGEN 17200 M
ING. AUTOMOTRIZ
Control de inyección de combustible Potencia máxima, CV (HP) @ rpm Par máximo, Nm @ rpm Cons. mín. de comb. en la franja verde Capacidad de aceite
Electrónico 304.76 (300.27) @ [2000] 1288 @ [1300-1600] 160 g/kWh 23.8 litros
b. Motor Mercedes MB OM-457 LA Motor Desplazamiento del motor Número de Cilindros Control de inyección de combustible Potencia máxima, CV (HP) @ rpm Par máximo, Nm @ rpm Cons. Específico de combustible, g/kWh@rpm
Mercedes MB OM-457 LA, Euro II 11.967 litros 6 cilindros verticales en línea, turboalimentado / post enfriado Electrónico 360 (355.07) @ [1900] 1650 @ [1100] 165 g/kWh @ 1100 rpm
c. Motor Volvo VD12C 345 Motor Desplazamiento del motor Número de Cilindros Diámetro x carrera Relación de compresión Control de inyección de combustible Potencia máxima, HP @ rpm Par máximo, lb-ft(Nm)@ rpm Cons. mín. de comb. en la franja verde
VD12C 345 12.13 litros 6 131 x 150 mm 17.5:1 Electrónico 345 @ 1700 1450(1965.91) @ 1100 180 g/kWh
2.2. Cálculo del Radio de Rodadura Empleamos la ecuación empírica siguiente: rr 0,0127 d pulg 0,00085 B m m
Donde: rr : d : B :
Radio de rodadura, en m. Diámetro aro, en pulg. Ancho del perfil del neumático, en mm.
2. Cálculo de las Curvas Características Externas de Velocidad
ING. Mecánica
Ing. Javier Bacilio
VOLKSWAGEN 17200 M
ING. AUTOMOTRIZ
Las funciones Ne = f(n) y Me = f(n) dependen de la velocidad de giro del cigüeñal, por lo tanto podemos aproximarla, con suficiente precisión, mediante las Ecuaciones de Leiderman, es decir: Potencia del motor en régimen estabilizado (Kw): Donde: a) Determinación de la Ne del motor. n N e N N a n N
a 1
2
n n b c nN nN
3
M r k n 2 k n 100 k n 12
b 2
kn Mr 100 k n 12
M k c r n 100 k n 1
2
TABLA 1: ESPECIFICACIONES TECNICAS DE LOS MOTORES EN ESTUDIO CALCULADO EN EXCEL. SIMBOLO
Tipo Cilindros Diámetro, mm Carrera, mm Cilindrada, cc. Potencia Efectiva, Kw rpm de Potencia Efectiva Torque Efectivo, N.m rpm de Torque Efectivo Torque a regimen nominal, Nm. Potencia de Reserva Reserva de Torque (%) Coef. De Adapt. por Torque Coef. De Adapt. por Frec. Giro Coeficientes de Leidermann
VOLKSWAGEN
Diesel i D S iVh Nenom nN Memax nM Menom Mn Mr Km Kn a b c
6 114 135 8270 160 2200 888 1400 694.545 694.494 27.853 1.279 1.571 0.426 2.681 2.106
Donde a, b, c son coeficientes característicos para un determinado motor. Determinación de la Ne,v
ING. Mecánica
Ing. Javier Bacilio
VOLKSWAGEN 17200 M
ING. AUTOMOTRIZ
Par motor en régimen estabilizado (Nm): n M e M N a b nN
n c nN
2
Coeficientes de la ecuación para un motor diesel: Donde: MN M 100 ; M r e max MN
kn
nN ; nM
kM
M e m ax MN
Donde:
Ne
: Potencia del motor en régimen estabilizado n, en Kw.
NN
: Potencia máxima del motor, en Kw.
Me : Par motor en régimen estabilizado a “n” rpm, en Nm. MN : Par motor correspondiente al régimen de potencia máxima, en Nm. Memax : Par motor máximo, en Nm. Mr : Reserva de torque en (%). nN : Velocidad del motor en régimen de potencia máxima, en rpm. nM : Velocidad del motor en régimen de par motor máximo, en rpm. kn : Coeficiente de adaptabilidad por frecuencia de giro del motor. kM : Coeficiente de adaptabilidad por torque del motor. Y para el par motor correspondiente al régimen de potencia máxima:
MN
3 104 N e max π nN
3. Cronograma del Cambio de Velocidades Aplicamos la ecuación de la velocidad de desplazamiento del vehículo automotor: Va 0,377
rr n e U c.v U c.a U p.m
Donde: V : Velocidad de desplazamiento del vehículo automotor, en km/h
ING. Mecánica
Ing. Javier Bacilio
VOLKSWAGEN 17200 M
ING. AUTOMOTRIZ
rr : Radio de rodadura ne : Número de revoluciones por minuto del motor Uc.v: Relación de transmisión de la caja de velocidades Uc.a: Relación de transmisión de la caja auxiliar = 1 Up.m: Relación de transmisión del puente motriz = 3.07 De los datos anteriores y reemplazando en la ecuación tenemos:
Va
0.06588
ne U cv
4. Estudio de la marginalidad de la caja de velocidades Para que no exista marginalidad, se debe cumplir: m 1
cv n N nM .100 U cv U .100 m 1 nM U m
cv
5. Balance Traccional del Vehículo Automotor 5.1. Fuerza Traccional Disponible Tenemos: M U η PT e tr tr ; U tr U c.v U c.a U p.m rr Donde: PT :
Fuerza traccional desarrollada en las ruedas motrices, en N.
Me :
Par motor en régimen estabilizado, en N.m.
tr :
Rendimiento de la transmisión = 0,90
rr : Utr : Uc.v: Uc.a : Up.m:
Radio de rodadura = 0,5365 m Relación de transmisión total = Uc.v.. Uc.a.. Up.m Relación de transmisión de la caja de velocidades. Relación de transmisión de la caja auxiliar = 1 Relación de transmisión del puente motriz = 3.42
5.2. Fuerza Traccional Requerida Tenemos:
PT P P Pj Condición de marcha estable: Pj = 0 Entonces: PT P P P
Además:
ING. Mecánica
Ing. Javier Bacilio
VOLKSWAGEN 17200 M
ING. AUTOMOTRIZ
P Ga ; f cos sen
i tan y Pω K F V 2
P Ga f cos sen KF Va 2 Donde: P : Fuerza traccional requerida, en N. P : Fuerza de resistencia total del camino, en N. P : Fuerza de resistencia del aire, en N. Pj : Fuerza de resistencia a la aceleración, en N. Ga : Peso bruto vehicular en, N. : Coeficiente de resistencia total del camino. fr : Coeficiente de resistencia a la rodadura =0.020 i : Pendiente del camino. K: Coeficiente de resistencia del aire = 0,65 N.s2.m-4. F: Área frontal del vehículo automotor =7.083 m2. V: Velocidad de desplazamiento del vehículo automotor, en km/h. Para calcular la máxima pendiente que el vehículo automotor puede vencer, procedemos a comparar P con la fuerza traccional disponible correspondiente a la velocidad en primera marcha a la que ocurre el torque máximo. 5.3. Análisis del Balance Traccional del Vehículo Automotor Este análisis lo realizamos en función de los resultados correspondientes a la superposición de las curvas PT(V) y P(V), según la Gráfica y teniendo presente los rangos de velocidades para cada marcha del vehículo. 5.3.1.- Velocidad Máxima La velocidad máxima se da en condiciones estables en la octava marcha, se considera en el momento en que la fuerza traccional del vehículo es igual a las fuerzas requeridas en la condición de pendiente 0. 5.3.2.- Máxima resistencia Total del Camino La máxima resistencia total del camino que puede ser vencida por el vehículo automotor se da en la primera marcha y para el régimen de máximo torque del motor. 5.3.3.- Análisis del Patinaje De la 1° Condición de Marcha del Vehículo: PT P
ING. Mecánica
Ing. Javier Bacilio
VOLKSWAGEN 17200 M
ING. AUTOMOTRIZ
Además: P m 2 G 2 Donde: P
:
Fuerza de adherencia, en N.
:
Coeficiente de adherencia.
Ga2 : Carga máxima del eje trasero (=333200N) Go2 : Carga en vacío del eje trasero (=107800N) m2 : Coeficiente de redistribución de la carga (=1.1) Para lo cual tendremos el sigte. Cuadro: Terreno Hormigón Hormigón Asfaltado Suelo Aplanado Nieve aplanada
Característica Seco Mojado Seco Mojado Seco Mojado Seco Mojado
P (Carga Máxima), N
P (Carga en Vacío), N
5.3.4.- Análisis de las Pendientes A partir de este análisis, es posible determinar, en qué marchas puede ir el CAMION VOLKSWAGEN 17180 M para vencer pendientes de diferentes valores. 5.4. Característica Universal o Pasaporte Dinámico del Vehículo Automotor El pasaporte dinámico del vehículo automotor, es la característica dinámica incluyendo un nomograma de carga y el diagrama de control de patinaje. Factor Dinámico Está definido por: D
PT P Ga
Donde: D PT
: :
Factor dinámico del vehículo automotor. Fuerza Traccional bruta, en N.
P
:
Fuerza de resistencia del aire, en N.
Ga
:
Peso bruto vehicular = 116739 N.
5.5. Construcción del Nomograma de Carga El factor dinámico para cada marcha en la sección anterior ha sido deducida según la capacidad máxima del vehículo; pero debido a que durante la puesta en marcha la carga
ING. Mecánica
Ing. Javier Bacilio
VOLKSWAGEN 17200 M
ING. AUTOMOTRIZ
varía según el peso transportado, es necesario establecer la influencia que ejerce la variación de la carga sobre las propiedades dinámicas. Tenemos: Dx
Ga D100 Gx
Donde: D100 : Factor dinámico del vehículo automotor con carga completa. Dx : Factor dinámico del vehículo automotor con carga parcial. Gx : Carga parcial del vehículo automotor, en kgf. Ga : Peso bruto vehicular (=11990kgf). Estableciendo las condiciones dinámicas para el vehículo completamente descargado, tenemos:
D0
Ga D100 Go
Donde: D0: Factor dinámico del vehículo automotor completamente descargado. Go: Peso seco del vehículo automotor (=15000 kgf). Escala para % carga: 1 mm ... 1% carga Escala para D100: D100 = 0,1 Kgf / Kgf
... a100
Escala para D0:
Go a100 Ga 5.6. Construcción de la Característica Universal o Pasaporte Dinámico En el estado límite de la 1° Condición de Marcha, tenemos: PT P a0
Entonces:
D x
P P
... (26)
G
Donde: Dx :
Factor dinámico por adherencia con carga parcial.
P
:
Fuerza de adherencia, en kgf.
P
:
Fuerza de resistencia del aire, en kgf.
G
:
Carga máxima vehicular, en kgf.
ING. Mecánica
Ing. Javier Bacilio
VOLKSWAGEN 17200 M
ING. AUTOMOTRIZ
Durante el patinaje del vehículo, la velocidad de desplazamiento es relativamente pequeña. Por lo tanto, se puede asumir: P = 0 Para nuestro estudio, consideramos: m2 = 1.1 Reemplazando los valores, obtenemos:
G2 G Para carga completa y carga en vacío, tenemos: D x
D100 Donde: Ga G2 Go G2o
: : : :
Ga2 Go2 , D 0 Ga Go
Peso bruto vehicular =25000 Kgf. Carga máxima sobre el eje trasero traccional = 12000 Kgf. Peso en vacío del vehículo = 15000 Kgf. Carga en vacío sobre el eje trasero = 7200 Kgf.
Escala para D100:
b100
Ga2 a100 Ga
... (28a)
Escala para D0:
Go2 a0 ... (28b) Go 5.7. Balance de Potencia del Vehículo Automotor Potencia Traccional Disponible La potencia fraccional disponible es aquella que el vehículo es capaz de desarrollar, asociada con la fuerza de tracción bruta, y se define por medio de la siguiente expresión: Tenemos: b0
NT
PT V 3600
Donde: NT : Potencia traccional disponible del vehículo automotor, en Kw. PT : Fuerza traccional disponible del vehículo automotor, en N. V : Velocidad de desplazamiento del vehículo automotor, en km/h. Potencia Traccional Requerida Se define: N R N N N j
Donde:
ING. Mecánica
Ing. Javier Bacilio
VOLKSWAGEN 17200 M
ING. AUTOMOTRIZ
Nψ: Potencia empleada en vencer la resistencia total del camino en Kw. Nω: Potencia empleada en vencer la resistencia del aire en Kw. Nj: potencia empleada en vencer la resistencia a la aceleración. Condición de marcha estable: Nj = 0 Entonces: N R N N N
Además: Nψ
Pψ V 3600
V es la velocidad relativa del vehículo con respecto al viento en m/s. N ω K F Va3
Análisis del Balance de Potencia del Vehículo Automotor.5.8.- Aceleración del Vehículo Automotor Considerando la definición de factor dinámico, la aceleración que ocurre en cada punto del recorrido para cada marcha queda definida por: j
Donde: j g D
g D ψ , δ rot 1,04 0,05 Uc.v2 δ rot
:Aceleración del vehículo automotor, en m/s2. :Aceleración de la gravedad = 9,81 m/s2 : Factor dinámico del vehículo automotor.
: Coeficiente de resistencia total del camino. (Asumimos que: fr = 0.02) rot
:Factor que considera las masas en rotación.
Uc.v :Relación de transmisión de la caja de velocidades. Para el cálculo de las ecuaciones anteriores vemos que para cada marcha y para cada valor de las aceleraciones existirá una curva de aceleraciones, por lo tanto tomaremos los cálculos para un valor de la pendiente de cero. i = 0% 5.9. Tiempo y Distancia de Aceleración del Vehículo Automotor Tiempo de aceleración El tiempo de aceleración está definido como el tiempo total que toma el vehículo en pasar de una velocidad inicial a una final. Trabajando con valores puntuales tomados de las ecuaciones anteriores, aplicaremos la notación diferencial en términos de aceleración media:
ING. Mecánica
Ing. Javier Bacilio
VOLKSWAGEN 17200 M
ING. AUTOMOTRIZ
tn
Vi 1 Vi 3,6 jm
Donde: jm: aceleración media en un intérvalo en m/s2 Y se define:
jm
ji 1 ji 2
tn: Intérvalo de tiempo en s. Vi+1: Velocidad en el instante i+1, en Km/h. Vi: Velocidad en el instante i, en Km/h. El tiempo total será la sumatoria de todos los intérvalos de tiempo según la ecuación: i n V V t ac t ni i 1 i 0 3,6 jm
Distancias de aceleración Se define distancia de aceleración como el espacio recorrido por el vehículo de una velocidad inicial, hasta una final.
sn
Vm t n 3,6
Donde: Sn: Espacio recorrido por el vehículo en un intervalo de tiempo, en m. Vm: Velocidad media en el intervalo de tiempo tn, en km/h. Entonces la distancia total recorrida por el vehículo para pasar de una velocidad inicial a otra es: i n V Vi 1 V t sac sni m n , donde Vm i 2 0 3,6 5.10. Consumo Económico de Combustible en el Camino Como índice fundamental de la economía de combustible de un automóvil, se considera la cantidad de combustible en litros que consume cada 100 km de recorrido en movimiento uniforme, bajo determinadas condiciones de camino. Tenemos:
Qs
g e N ψ ω 3600 ρ c ηtr V
, ge = kgw.kUN.gN
n N , k UN f e k gw f N nN max
Donde: Qs ING. Mecánica
: Consumo de combustible, en lt/100km.
Ing. Javier Bacilio
VOLKSWAGEN 17200 M
ING. AUTOMOTRIZ
N
: Potencia traccional requerida, en Kw.
c
: Densidad del combustible = 0.731 Kg/lt
tr
: Rendimiento de la transmisión = 0.90
ge : Consumo especifico de combustible correspondiente al régimen dado de funcionamiento del motor, en gr/Kw.h. gN : Consumo de combustible efectivo del motor en el régimen de máxima potencia.;Lo se calculará para cada motor. kgw : Coeficiente que considera la dependencia del consumo específico de combustible en función de la velocidad de giro del cigüeñal. kUN : Coeficiente que considera la dependencia del consumo específico de combustible en función del grado de utilización de la potencia. La característica económica del consumo de combustible, es la gráfica de la función: Qs = f(Va,) Las curvas características de consumo de combustible, las evaluaremos para 3 condiciones de camino en 8° marcha: a) 1 = fr b) ψ 2
f 0,8 ψ máx 2
c) ψ3 0,8 ψmáx VI.- DESARROLLO DE CÁLCULOS Y ANÁLISIS PARA EL REPOTENCIAMIENTO 6.1. Estudio de la unidad vehicular con su motor original DSC12 02 360 Peso Bruto Vehicular, kg (N):
25000(245250)
Carga Máxima Eje Delantero(AMA 860), kg (N):
7500(73575)
Carga Máxima Eje Trasero (ADA 1300-Traccional) , kg (N):
12000(117720)
Carga Máxima Eje Trasero (ASA 701- Boggie), kg (N):
5500(53955)
Peso Seco Vehicular, kg (N):
15000(147150)
Carga En Vacío Eje Delantero(AMA 860), kg (N):
4500(44145)
Carga En Vacío Eje Trasero (ADA 1300-Traccional) , kg (N):
7200(70632)
Carga En Vacío Eje Trasero (ASA 701- Boggie), kg (N):
3300(32373)
Motor Cilindrada
ING. Mecánica
DSC12 02 360 11,7 litros
Ing. Javier Bacilio
VOLKSWAGEN 17200 M
ING. AUTOMOTRIZ
Cilindros
6 en línea
Culatas
6
Válvulas por cilindro
4
Diámetro x carrera
127x154 mm
Relación de compresión
18:1
Control de inyección de combustible
Mecánico
Potencia máxima, CV (HP) @ rpm
360 (355.07) @ [ 1600-1900]
Par máximo, Nm @ rpm
1665 @ [1300-1500]
Freno motor máx. Kw @ rpm
230 @ 2300
Cons. mín. de comb. en la franja verde
189 g/kWh
Capacidad de aceite
30 litros
Dirección de Salida del Turbo de Escape- Trasero (S) Prefiltro de Aire (O) Limitador de velocidad (100 Km/h) (O) Limitador de Velocidad (150 Km/h) (O) Acelerador Manual (O) Filtro de Seguridad (S) Referencias:
S = Serie
O = Opcional
6.1.1. Cálculo del Radio de Rodadura Empleamos la ecuación empírica siguiente:
rr 0,0127 d pulg 0,00085 Bmm Considerando, el neumático trasero:11.00 R 22.5, obtenemos: Donde: d: 22.5 pulg ; B: 279.4 mm Luego rr = 0.5232 m 6.1.2. Cálculo de las Curvas Características Externas de Velocidad Para las ecuaciones: n N e N N a n N
2
n n b c n N nN
3
2 n n c , M e M N a b nN n N
Con:
ING. Mecánica
Ing. Javier Bacilio
VOLKSWAGEN 17200 M
a 1
ING. AUTOMOTRIZ
M r k n 2 k n 100 k n 12
b 2
kn Mr 100 k n 12
M k c r n 100 k n 1
2
n M e max M N M 3 104 N e max 100 ; k n N ; k M e m ax ; M N nM MN MN π nN
Y M r Donde:
NN
: 160 KW
Memax : 888Nm. nN : De la ficha técnica del motor tenemos para los cálculos 2400 rpm. nM : De la ficha técnica del motor se tiene para los cálculos 1700 rpm. Efectuando los cálculos: (De la tabla 1) M N 694.494 Nm ; M r 27.853 %
k n 1.571 ; k M 1.279
b 2.681
a 0.426
c 2.106
Luego aplicamos los valores encontrados a la ec. De Leiderman y luego Tabulamos (Tabla 2):
Donde : ne [rpm], Me[Nm], Ne[Kw]
3. Cronograma del Cambio de Velocidades Aplicamos la ecuación de la velocidad de desplazamiento del vehículo automotor: Va 0,377
rr n e ; U c.v U c.a U p.m
Donde: rr : 0.5232 m Uc.v: Relación de transmisión de la caja de velocidades Up.m: Relación de transmisión del puente motriz = 4.10 De los datos anteriores y reemplazando en la ecuación tenemos:
Va 0.0481 Une
cv
Teniendo en cuenta las Relaciones de Transmisión: 1º 2º 3º 4º 5º ING. Mecánica
Marcha: Marcha: Marcha: Marcha: Marcha:
9.01:1 5.27:1 3.22:1 2.04:1 1.36:1 Ing. Javier Bacilio
VOLKSWAGEN 17200 M
ING. AUTOMOTRIZ
6º Marcha: 1.00:1 Marcha atrás: 8.63:1 Tracción 4x2 Y la relación de Transmisión del Puente Motriz (Up.m=4.10:1) Luego Tabulumos y graficamos: (Tabla 3)
CRONOGRAMA DE CAMBIO DE VELOCIDADES Tabulamos y graficamos: (Tabla3.1) Marcha 6 5 4 3 2 1
Ucv 1.00 1.36 2.04 3.22 5.27 9.01
ING. Mecánica
Vmax 103.822 76.340 50.893 32.243 19.701 11.523
Vmin 43.259 31.808 21.205 13.434 8.209 4.801
Ptmax 4706.422 6400.734 9601.101 15154.679 24802.844 42404.862
Ing. Javier Bacilio
VOLKSWAGEN 17200 M
ING. AUTOMOTRIZ
4. Estudio de la marginalidad de la caja de velocidades m 1
cv n N nM .100 U cv U .100 m 1 nM U m
Para que no exista marginalidad, se debe cumplir:
cv
Para lo cual utilizaremos el valor mínimo según catalogo es de nM=1400 rpm y el valor máximo de nN=2200 rpm, con el objetivo de ser más precisos al evaluar la marginalidad. Luego tenemos: n N nM x100 57 .14 % nM
U CV 1 =9.01 U CV 2 =5.27 U CV 3 =3.22 U CV 4 = U CV 1 U CV 2 X 100 70.97% U CV 2 U CV 2 U CV 3 X 100 63.70% U CV 3 U CV 3 U CV 4 X 100 57.84% U CV 4 U CV 4 U CV 5 X 100 50.00% U CV 5 U CV 5 U CV 6 X 100 36.00% U CV 6
Por lo tanto haciendo el análisis de marginalidad determinamos: 1º 2º 3º 4º 5º 6º
Marcha: Marcha: Marcha: Marcha: Marcha: Marcha:
70.97 63.70 57.80 50.00 36.00 -
NO MARGINAL NO MARGINAL NO MARGINAL NO MARGINAL NO MARGINAL NO MARGINAL
La caja de velocidades no presenta marginalidad.
ING. Mecánica
Ing. Javier Bacilio
VOLKSWAGEN 17200 M
ING. AUTOMOTRIZ
5. Balance Traccional del Vehículo Automotor 5.1. Fuerza Traccional Disponible Tenemos:
PT
M e U tr η tr ; U tr U c.v U c.a U p.m rr
M e =888 Nm rr =0.5232m PT = 888x4.1x0.9/0.5232=6262.844 N
U tr 1x1x 4.1 Donde: tr :
Rendimiento de la transmisión = 0,90
Luego graficamos:
DIAGRAMA DE FUERZAS TRACCIONALES Luego Tabulamos:
n[rpm],PT[N] TABLA 04 5.2. Fuerza Traccional Requerida Vamos a calcular:
PT P P Pj Condición de marcha estable: Pj = 0
ING. Mecánica
Ing. Javier Bacilio
VOLKSWAGEN 17200 M
ING. AUTOMOTRIZ
Entonces: PT P P P Además:
P Ga ; f cos sen , i tan
y Pω K F V 2
P Ga f cos sen KF Va 2 Donde: fr : Coeficiente de resistencia a la rodadura =0.020 i : Pendiente del camino. K: Coeficiente de resistencia del aire = 0,65 N.s2.m-4. F: Área frontal del vehículo automotor =6.430 m2. Luego tenemos:
P Ga f cos sen KF Va 2 V: Velocidad de desplazamiento del vehículo automotor, en km/h. Para : 1 0
2
5
180
3
10
180
4
15
180
5
20
180
DIAGRAMA DE FUERZAS DE RESISTENCIAS EXTERNAS 5.3. Análisis del Balance Traccional del Vehículo Automotor Este análisis lo realizamos en función de los resultados correspondientes a la superposición de las curvas PT(V) y P(V), según la Gráfica y teniendo presente los rangos de velocidades para cada marcha del vehículo.
FUERZAS TRACCIONAL Y FUERZA REQUERIDA 5.3.1.- Velocidad Máxima La velocidad máxima en marcha estable corresponde en octava marcha, podemos considerarla como la máxima velocidad que toma el vehículo venciendo a las resistencias externas en las condiciones de carretera con pendiente cero y es 108 Km/h. 5.3.2.- Máxima resistencia Total del Camino La máxima resistencia total del camino que puede ser vencida por el vehículo automotor se da en la primera marcha y según grafica anterior será de máxI 0.3576 5.3.3.- Análisis del Patinaje
ING. Mecánica
Ing. Javier Bacilio
VOLKSWAGEN 17200 M
ING. AUTOMOTRIZ
De la 1° Condición de Marcha del Vehículo: PT P Además: P m 2 G 2 Donde: P
:
Fuerza de adherencia, en N.
:
Coeficiente de adherencia.
Ga2 : Carga máxima del eje trasero (=117720N) Go2 : Carga en vacío del eje trasero (=70632N) m2 : Coeficiente de redistribución de la carga (=1.1) Para lo cual tabulamos: Terreno Hormigón Hormigón Asfaltado Suelo Aplanado Nieve aplanada
Característica Seco Mojado Seco Mojado Seco Mojado Seco Mojado
P (Carga Máxima), N
P (Carga en Vacío), N
0.75 0.55 0.65 0.35 0.55 0.25 0.25 0.15
97119 71220.6 84169.8 45322.2 71220.6 32373 32373 19423.8
60699.375 44512.875 52606.125 28326.375 44512.875 20233.125 20233.125 12139.875
4.- Análisis de las Pendientes A partir de este análisis, es posible determinar, en qué marchas puede ir el bus SCANIA K124 IB /6x2 NB para vencer pendientes de diferentes valores. Para lo cual tabulamos, para el punto de max, torque n=1400rpm: PT[N], Va[Km/h], P N , m ax º . 5.4. Característica Universal o Pasaporte Dinámico del Vehículo Automotor Factor Dinámico Está definido por: D
PT P Ga : Ga
Peso bruto vehicular = 245250 N.
Tabulamos: Graficamos: Característica Universal o Pasaporte Dinámico 5.5. Construcción del Nomograma de Carga
ING. Mecánica
Ing. Javier Bacilio
VOLKSWAGEN 17200 M
ING. AUTOMOTRIZ
Ga D100 Gx Ga : Peso bruto vehicular (= 25000 kgf). Estableciendo las condiciones dinámicas para el vehículo completamente descargado, tenemos: Ga D0 D100 Go Go: Peso seco del vehículo automotor (=15000 kgf). Escala para % carga: 1 unidad metrica ... 1% carga Escala para D100: D100 = 0,1 Kgf / Kgf ... a100 = 40 unid. Go a100 a = 24 unid. Escala para D0: a0 Ga Dx
CARACTERÍSTICA DINÁMICA SEGÚN CARGA 5.6. Construcción de la Característica Universal o Pasaporte Dinámico En el estado límite de la 1° Condición de Marcha, tenemos: PT P Entonces:
D x
P P
... (26)
G
Donde: Dx :
Factor dinámico por adherencia con carga parcial.
P
:
Fuerza de adherencia, en kgf.
P
:
Fuerza de resistencia del aire, en kgf.
G : Carga máxima vehicular, en kgf. Durante el patinaje del vehículo, la velocidad de desplazamiento es relativamente pequeña. Por lo tanto, se puede asumir: P = 0 Para nuestro estudio, consideramos: m2 = 1.1 Reemplazando los valores, obtenemos:
G2 G Para carga completa y carga en vacío, tenemos: D x
D100
ING. Mecánica
Ga2 Go2 , D 0 Ga Go
Ing. Javier Bacilio
VOLKSWAGEN 17200 M Donde: Ga G2 Go G2o
: : : :
ING. AUTOMOTRIZ
Peso bruto vehicular =25000 Kgf. Carga máxima sobre el eje trasero traccional = 12000 Kgf. Peso en vacío del vehículo = 15000 Kgf. Carga en vacío sobre el eje trasero = 7200 Kgf.
Escala para D100:
Ga2 a100 Ga
b100
... (28a)
b = 19.2 mm Escala para D0:
b0
Go2 a0 Go
... (28b)
b = 12 mm
CARACTERÍTICA DINÁMICA - CARACTERISTICA UNIVERSAL CON NOMOGRAMA DE CARGA “DIAGRAMA DE CONTROL DE PATINAJE” 5.7. Balance de Potencia del Vehículo Automotor Potencia Traccional Disponible Tenemos: N T PT V , Kw 36000
Tabulamos:
Graficamos: DIAGRAMA DE POTENCIA DISPONIBLE Potencia Traccional Requerida Se define: N R N N N j
Condición de marcha estable: Nj = 0
Pψ Ga ( f cos sin )
Entonces:
ING. Mecánica
Ing. Javier Bacilio
VOLKSWAGEN 17200 M
ING. AUTOMOTRIZ
N R N N N , N ψ
Pψ V 3600
, N ω K F V
3
a
DIAGRAMA DE POTENCIAS REQUERIDAS N[Kw], V[Km/h]
Análisis del Balance de Potencia del Vehículo Automotor.a) Las potencias tienen los mismos valores en cualquiera de sus marchas, a las mismas velocidades de rotación, pero a diferentes velocidades de desplazamiento. b) La aplicación de la marcha adecuada depende de la pendiente que se desea vencer, por lo que se demuestra que a mayores pendientes la potencia disponible sacrifica velocidad por fuerza traccional. c) La potencia máxima disponible en las ruedas motrices en nuestro vehículo es 238.14 Kw, y la máxima potencia desarrollada por nuestro motor es 264.6 Kw. Esta diferencia se debe a las pérdidas en la transmisión que son consideradas por el rendimiento de la transmisión, tr = 0,90. DIAGRAMA DE BALANCE DE POTENCIAS 5.8.- Aceleración del Vehículo Automotor j
g 2 D ψ , δrot 1,04 0,04 Uc.v δ rot
Donde: g
:
Aceleración de la gravedad = 9,8 m/s2
:
(Asumimos que: fr = 0.02)
Tomaremos los cálculos para un valor de la pendiente de cero. i = 0%
Tabulamos:
Graficamos:
ING. Mecánica
Ing. Javier Bacilio
VOLKSWAGEN 17200 M
ING. AUTOMOTRIZ
ACELERACIÓN DEL VEHÍCULO [m/s2] 5.9. Tiempo y Distancia de Aceleración del Vehículo Automotor V Vi Tiempo de aceleración t n i 1 3,6 jm Donde: jm: aceleración media en un intérvalo en m/s2 i n V V j j Y se define: jm i 1 i , t ac t ni i 1 i 2 0 3,6 jm Intervalo V (Km/h) Vmedia(Km/h) ji(m/s2) jm(m/s2) Tiempo(s) 6.463 6.7865 0.614 0.644 0.2791 7.11 7.433 0.674 0.6955 0.258 7.756 8.079 0.717 0.73 0.2458 8.402 8.7255 0.743 0.7475 0.2404 9.049 9.372 0.752 0.7475 0.2401 9.695 10.019 0.743 0.73 0.2462 10.342 10.665 0.717 0.6955 0.258 10.988 11.311 0.674 0.6435 0.2789 11.634 11.958 0.613 0.5745 0.3128 12.281 12.691 0.536 0.5205 0.4376 13.101 13.569 0.505 0.502 0.5179 14.037 14.505 0.499 0.49 0.53 14.972 15.44 0.481 0.466 0.5579 15.908 16.376 0.451 0.43 0.6047 16.844 17.312 0.409 0.3825 0.6797 17.78 18.348 0.356 0.357 0.8831 18.915 19.546 0.358 0.3515 0.9965 20.176 20.807 0.345 0.334 1.0487 21.437 22.068 0.323 0.3075 1.1391 22.698 23.329 0.292 0.272 1.2878 23.959 24.596 0.252 0.259 1.3664 25.233 26.022 0.266 0.257 1.7045 26.81 27.599 0.248 0.2355 1.8601 28.387 29.176 0.223 0.207 2.1176
ING. Mecánica
Tiempo acumulado(s) 0.279 0.537 0.783 1.023 1.263 1.510 1.768 2.046 2.359 2.797 3.315 3.845 4.403 5.007 5.687 6.570 7.567 8.616 9.755 11.042 12.409 14.113 15.973 18.091
Ing. Javier Bacilio
VOLKSWAGEN 17200 M 29.965 31.509 33.933 36.357 38.781 41.204 43.628 46.052 49.284 52.804 56.324 59.845 63.365 66.885 70.969 75.7 80.431 85.162 89.894 94.625 100.54 106.45 112.37
30.737 32.721 35.145 37.569 39.993 42.416 44.84 47.668 51.044 54.564 58.085 61.605 65.125 68.927 73.335 78.066 82.797 87.528 92.26 97.582 103.5 109.41
ING. AUTOMOTRIZ
0.191 0.163 0.165 0.163 0.155 0.143 0.127 0.106 0.097 0.094 0.089 0.08 0.068 0.053 0.052 0.047 0.04 0.03 0.018 0.02 0.013 3.70E-03 -7.49E-03
0.177 0.164 0.164 0.159 0.149 0.135 0.1165 0.1015 0.0955 0.0915 0.0845 0.074 0.0605 0.0525 0.0495 0.0435 0.035 0.024 0.019 0.0165 0.0083 -0.002
2.4231 4.1057 4.1057 4.2348 4.5172 4.9877 5.7797 8.8451 10.239 10.686 11.575 13.213 16.162 21.608 26.549 30.211 37.548 54.769 69.167 99.562 196.75
20.514 24.620 28.725 32.960 37.477 42.465 48.245 57.090 67.328 78.014 89.589 102.802 118.964 140.572 167.121 197.332 234.880 289.648 358.815 458.377 655.129
Distancias de aceleración
sn
Vm t n 3,6
i n V t V V sac sni m n , donde Vm i i1 ) 2 0 3,6
V (Km/h)
Vmedia(Km/h)
6.463 7.11 7.756 8.402 9.049 9.695 10.342 10.988 11.634 12.281 13.101 14.037
6.7865 7.433 8.079 8.7255 9.372 10.019 10.665 11.311 11.958 12.691 13.569 14.505
ING. Mecánica
Intervalo Tiempo acumulado(s) Distanciarecorroda Tiempo(s) 0.2791 0.279 0.5261 0.258 0.537 1.0588 0.2458 0.783 1.6105 0.2404 1.023 2.1932 0.2401 1.263 2.8182 0.2462 1.510 3.5033 0.258 1.768 4.2676 0.2789 2.046 5.1438 0.3128 2.359 6.1829 0.4376 2.797 7.7256 0.5179 3.315 9.6777 0.53 3.845 11.8133
Ing. Javier Bacilio
VOLKSWAGEN 17200 M 14.972 15.908 16.844 17.78 18.915 20.176 21.437 22.698 23.959 25.233 26.81 28.387 29.965 31.509 33.933 36.357 38.781 41.204 43.628 46.052 49.284 52.804 56.324 59.845 63.365 66.885 70.969 75.7 80.431 85.162 89.894 94.625 100.54 106.45 112.37
15.44 16.376 17.312 18.348 19.546 20.807 22.068 23.329 24.596 26.022 27.599 29.176 30.737 32.721 35.145 37.569 39.993 42.416 44.84 47.668 51.044 54.564 58.085 61.605 65.125 68.927 73.335 78.066 82.797 87.528 92.26 97.582 103.5 109.41
ING. AUTOMOTRIZ
0.5579 0.6047 0.6797 0.8831 0.9965 1.0487 1.1391 1.2878 1.3664 1.7045 1.8601 2.1176 2.4231 4.1057 4.1057 4.2348 4.5172 4.9877 5.7797 8.8451 10.239 10.686 11.575 13.213 16.162 21.608 26.549 30.211 37.548 54.769 69.167 99.562 196.75
4.403 5.007 5.687 6.570 7.567 8.616 9.755 11.042 12.409 14.113 15.973 18.091 20.514 24.620 28.725 32.960 37.477 42.465 48.245 57.090 67.328 78.014 89.589 102.802 118.964 140.572 167.121 197.332 234.880 289.648 358.815 458.377 655.129
14.2063 16.9567 20.2255 24.7264 30.1369 36.1981 43.1807 51.5258 60.8611 73.1815 87.4416 104.6032 125.2917 162.6090 202.6908 246.8845 297.0657 355.8313 427.8205 544.9395 690.1102 852.0758 1038.8275 1264.9386 1557.3067 1971.0308 2511.8487 3166.9642 4030.5229 5362.1282 7134.7065 9833.4530 15489.8439
5.10. Estudio del consumo de combustible
ING. Mecánica
Ing. Javier Bacilio
VOLKSWAGEN 17200 M
ING. AUTOMOTRIZ
Considerando la cantidad de combustible en litros que se consume en 100 Km de recorrido en movimiento estabilizado, bajo las condiciones del camino como un índice fundamental de la economía del vehículo, tenemos: g .(G . P ) Qs e a 36000 . tr . . c g e g e ( N ) .K ´.K ¨
Donde:
Q s : Consumo de combustible, [lt/100Km]. Ga : Peso bruto vehicular, 245250N
: Coeficiente total de resistencia del camino P : Fuerza de resistencia del aire g e : Consumo específico de combustible correspondiente al regimen dado de funcionamiento del motor, en gr/Kwh
c : Densidad del combustible, para nosotros será =0.731Kg/lt. tr . : Rendimiento de la transmisión =0.90 g e ( N ) : Consumo de combustible efectivo del motor en el réginen nominal.
Para el motor Scania: 198.68 gr/Kwh
K´, K ¨: Coeficientes que tienen en cuenta respectivamente la variación de g e en función de la frecuencia de rotación del motor y el grado de su carga. Para determinar los valores de estos coeficientes he encontrado una ecuación cuya grafica se asemeje a las presentadas en la Fig. 65 Pagina 181 de la bibliografía : D. A. Chudakov. “FUNDAMENTOS DE LA TEORÍA Y EL CALCULO DE TRACTORES Y AUTOMÓVILES”. Ed. MIR. Moscú 1977. n Tenemos: K ` 0.64702 nN
2
n 0.89126 nN
1.26776
Para motores Diesel: 4
3
2
Ne Ne Ne Ne 14.322 12.239 5.364 1.937 K´´ 6.510 N e max N e max N e max N e max
Con las ecuaciones presentadas, tabulamos el consumo de combustible para diferentes regímenes: Para:
Ne =0.5, 0.6, 0.7, 0.8, 0.9, 1 N e m ax
ING. Mecánica
Ing. Javier Bacilio
VOLKSWAGEN 17200 M
ING. AUTOMOTRIZ
Consumo Específico de Combustible [gr/kwh]
Relaciones de Carga
Relaciones de Frecuencias de Giro
0.5
0.6
0.7
1.015
100.83
121.00
141.16
0.984
97.75
117.30
136.85
0.966
95.96
115.15
134.35
0.961
95.47
114.56
133.65
0.969
96.26
115.51
134.76
0.990
98.35
118.02
137.69
1.024
101.72
122.07
142.41
0.8
0.9
161.3 3 156.4 0 153.5 4 152.7 5 154.0 2 157.3 5 162.7 6
181.4 9 175.9 5 172.7 3 171.8 4 173.2 7 177.0 2 183.1 0
1 201.66 195.50 191.92 190.93 192.52 196.69 203.45
La característica económica del consumo de combustible, es la gráfica de la función: Qs f (Va , )
g e .(Ga . KFVa ) , para el un régimen estabilizado del vehículo 36000tr . c 2
Con el criterio de que el vehículo estudiado cubre la mayor parte de su trabajo en carretera en marcha alta, hacemos el estudio del consumo de combustible para su octava marcha y para las sigtes, condiciones de carretera y para plena carga. 1) 1 f r 0.02 2) 2
f r 0.8 Vm ax 2
, m ax 0.034 2 0.0236
3) 3 0.8 Vm ax 3 0.0272 Consumo De Combustible Para La Marcha En Directa Y En Diferentes Valores De Resistencia Total Del Camino
n, rpm 1000 1100 1200 1300 1400
x, [Ne/Ne´] 0.571 0.629 0.686 0.743 0.800
K´ 0.970 0.963 0.961 0.963 0.969
ING. Mecánica
V, [KM/h] g e , gr / Kw h 59.140 65.055 70.969 76.883 82.797
192.668 191.364 190.900 191.275 192.490
P ,[N]
4905.000
P [N]
0.02 0.0236 0.0272
797.655 965.192 1148.655 1348.072 1563.441
46.390 47.430 48.793 50.500 52.571
5787.900
53.572 54.563 55.910 57.630 59.747
Ing. Javier Bacilio
6670.800
60.754 61.697 63.026 64.760 66.922
VOLKSWAGEN 17200 M 1500 1600 1700 1800 1900
0.857 0.914 0.971 1.029 1.086
0.979 0.994 1.013 1.036 1.063
88.711 94.625 100.539 106.453 112.367
ING. AUTOMOTRIZ
194.544 197.438 201.171 205.744 211.157
1794.764 2042.040 2305.269 2584.451 2879.586
55.032 57.912 61.243 65.060 69.403
62.284 65.272 68.742 72.730
VI. SELECCIÓN DEL MOTOR PARA EL REPONTENCIAMIENTO DE LA UNIDAD Para la selección del motor ideal en el repontenciamiento de la unidad vehicular motivo de este proyecto, se deben tomar en consideración los siguientes parámetros: a) Puesto que la caja de velocidades no va a ser modificada; del cronograma de cambio de velocidades, se debe verificar, que el motor debe cumplir la condición de que la velocidad de rotación a la que desciende de una marcha a otra debe ser mayor que la velocidad de rotación que corresponde a la de su torque máximo, de acuerdo con este criterio: o Motor Cummins ISC 315 @ nM = 1450 rpm o Mercedes MB OM-457 LA @ nM = 1100 rpm o Volvo VD12C 345 @ nM = 1100 rpm b) La suavidad de la marcha durante el cambio de velocidades, se evalúa mediante el coeficiente de adaptabilidad por frecuencia de giro del motor, la cual debe ser lo mas elevada posible; de acuerdo con este criterio: o Motor Cummins ISC 315 KN = 1,379 o Mercedes MB OM-457 LA KN = 1,727 o Volvo VD12C 345 KN = 1,545 c) La adaptación del motor a regímenes de carga variable, se evalúa mediante el coeficiente de adaptabilidad por torque del motor, deacuerdo con este concepto: o Motor Cummins ISC 315 KM = 1,204 o Mercedes MB OM-457 LA KM = 1,239 o Motor Cummins 6CTAA KM = 1,36 d) El aumento del par motor a medida que disminuye la frecuencia de rotación durante la sobrecargas se mide por medio del coeficiente de reserva del torque, puesto que cuanto mayor es este valor, eleva la adaptación del motor al trabajo, en régimen de carga variable. De acuerdo con este criterio: o Motor Cummins ISC 315 Mr = 20.4 % o Mercedes MB OM-457 LA Mr = 23.9 % o Volvo VD12C 345 Mr = 36.0 %
ING. Mecánica
Ing. Javier Bacilio
69.536 72.632 76.241
VOLKSWAGEN 17200 M
ING. AUTOMOTRIZ
e) El consumo de combustible mínimo o Motor Cummins ISC 315 o Mercedes MB OM-457 LA o Volvo VD12C 345
160 gr/Kw-h 165 gr/Kw-h 180 gr/Kw-h
Bajo estas condiciones anteriormente descritas, consideramos que el motor mas adecuado para realizar el repotenciamiento vehicular debido a su buena capacidad de adaptación a las variaciones de carga y su buen desenvolvimiento durante los cambios de marcha es el motor Mercedes MB OM-457 LA. VII. DESARROLLO DE CÁLCULOS Y ANÁLISIS PARA EL MOTOR USADO EN EL REPOTENCIMIENTO MERCEDES MB OM-457 LA 7.1. Estudio de la unidad vehicular con un motor alternativo Mercedes MB OM-457 LA Motor Desplazamiento del motor Número de Cilindros Control de inyección de combustible Potencia máxima, CV (HP) @ rpm Par máximo, Nm @ rpm Cons. Específico de combustible, g/kWh@rpm
Mercedes MB OM-457 LA, Euro II 11.967 litros 6 cilindros verticales en línea, turboalimentado / post enfriado Electrónico 360 (355.07) @ [1900] 1650 @ [1100] 165 g/kWh @ 1100 rpm
7.2. Cálculo de las Curvas Características Externas de Velocidad Para las ecuaciones: n N e N N a n N
Con: a 1
2
n n b c nN nN
M r k n 2 k n 100 k n 12
b 2
3
2 n n , c M e M N a b nN n N
kn Mr 100 k n 12
M k c r n 100 k n 1
2
n M e max M N M 3 104 N e max 100 ; k n N ; k M e m ax ; M N nM MN MN π nN
Y M r Donde:
NN
: 360x0.735=264.6 kW
Memax : 1650 Nm. nN : 1900 rpm. nM : 1100 rpm. Efectuando los cálculos: M N 1329.865 Nm ; M r 24.073 %
ING. Mecánica
Ing. Javier Bacilio
VOLKSWAGEN 17200 M
ING. AUTOMOTRIZ
k n 1.727 ; k M 1.241 a 0.786
b 1.572
c 1.358
Luego aplicamos los valores encontrados a la Ec. De Leiderman y graficamos:
Luego Tabulamos: Donde : ne [rpm], Me[Nm], Ne[Kw] 7.3. Cronograma del Cambio de Velocidades Aplicamos la ecuación de la velocidad de desplazamiento del vehículo automotor: Va 0,377
rr n e ; U c.v U c.a U p.m
Donde: rr : 0.5365 m Uc.v: Relación de transmisión de la caja de velocidades Uc.a: Relación de transmisión de la caja auxiliar = 1 Up.m: Relación de transmisión del puente motriz = 3.42 De los datos anteriores y reemplazando en la ecuación tenemos:
Va 0.06588 Une
cv
Teniendo en cuenta las Relaciones de Transmisión: 1º Marcha: 9.15:1 2º Marcha: 6.32:1 3º Marcha: 4.69:1 4º Marcha: 3.75:1 5º Marcha: 2.44:1 6º Marcha: 1,68:1 7º Marcha: 1,25:1 8° Marcha: 1:1 Marcha atrás: 8,21:1 Y la relación de Transmisión del Puente Motriz (Up.m=3.42:1); y que se tiene caja auxiliar Uca:1. ING. Mecánica
Ing. Javier Bacilio
VOLKSWAGEN 17200 M
ING. AUTOMOTRIZ
Luego graficamos:
CRONOGRAMA DE CAMBIO DE VELOCIDADES Luego Tabulamos: ne[rpm], Va[Km/h] 7.4. Estudio de la marginalidad de la caja de velocidades m 1
cv n N nM .100 U cv U .100 m 1 nM U m
Para que no exista marginalidad, se debe cumplir:
cv
Para lo cual utilizaremos el valor mínimo de nM=1300 rpm y el valor máximo de nN=1900 rpm, con el objetivo de ser más precisos al evaluar la marginalidad. Luego tenemos:
UcvI UcvII UcvII
44.778%
UcvIV UcvV UcvV
53.689%
UcvVII UcvVIII UcvVIII
UcvII UcvIII UcvIII UcvV UcvVI UcvVI
34.755%
45.238%
UcvIII UcvIV UcvIV UcvVI UcvVII UcvVII
25.067%
34.4%
25%
Por lo tanto haciendo el análisis de marginalidad determinamos: 1º 2º 3º 4º 5º 6º 7º
ING. Mecánica
Marcha: Marcha: Marcha: Marcha: Marcha: Marcha: Marcha:
44.77848101 34.75479744 25.06666667 53.68852459 45.23809524 34.4 25
NO MARGINAL NO MARGINAL NO MARGINAL NO MARGINAL NO MARGINAL NO MARGINAL NO MARGINAL
Ing. Javier Bacilio
VOLKSWAGEN 17200 M
ING. AUTOMOTRIZ
8° Marcha:
-
NO MARGINAL
7.5. Balance Traccional del Vehículo Automotor 5.1. Fuerza Traccional Disponible Tenemos: M U η PT e tr tr ; U tr U c.v U c.a U p.m rr Donde: tr :
Rendimiento de la transmisión = 0,90
Luego graficamos:
DIAGRAMA DE FUERZAS TRACCIONALES Luego Tabulamos: n[rpm],PT[N] 5.2. Fuerza Traccional Requerida Vamos a calcular:
PT P P Pj Condición de marcha estable: Pj = 0 Entonces: PT P P P Además:
P Ga ; f cos sen , i tan
y Pω K F V 2
P Ga f cos sen KF Va 2 Donde: fr : Coeficiente de resistencia a la rodadura =0.020 i : Pendiente del camino.
ING. Mecánica
Ing. Javier Bacilio
VOLKSWAGEN 17200 M
ING. AUTOMOTRIZ
K: Coeficiente de resistencia del aire = 0,4 N.s2.m-4. F: Área frontal del vehículo automotor = 10.556 m2. Luego tenemos:
P Ga f cos sen KF Va 2 V: Velocidad de desplazamiento del vehículo automotor, en km/h. Para : 1 0
2
5
180
3
10
180
4
15
180
5
20
180
DIAGRAMA DE FUERZAS DE RESISTENCIAS EXTERNAS
5.3. Análisis del Balance Traccional del Vehículo Automotor Este análisis lo realizamos en función de los resultados correspondientes a la superposición de las curvas PT(V) y P(V), según la Gráfica y teniendo presente los rangos de velocidades para cada marcha del vehículo.
FUERZAS TRACCIONAL Y FUERZA REQUERIDA 5.3.1.- Velocidad Máxima La velocidad máxima en marcha estable corresponde en octava marcha, podemos considerarla como la máxima velocidad que toma el vehículo venciendo a las resistencias externas en las condiciones de carretera con pendiente cero y es 111 Km/h. 5.3.2.- Máxima resistencia Total del Camino La máxima resistencia total del camino que puede ser vencida por el vehículo automotor se da en la primera marcha y según grafica anterior será de máxI 0.354. 0.3576 5.3.3.- Análisis del Patinaje De la 1° Condición de Marcha del Vehículo:
ING. Mecánica
Ing. Javier Bacilio
VOLKSWAGEN 17200 M
ING. AUTOMOTRIZ
PT P Además: P m 2 G 2 Donde: P
:
Fuerza de adherencia, en N.
:
Coeficiente de adherencia.
Ga2 : Carga máxima del eje trasero (=117720N) Go2 : Carga en vacío del eje trasero (=70632N) m2 : Coeficiente de redistribución de la carga (=1.1) Para lo cual tabulamos: Terreno Hormigón Hormigón Asfaltado Suelo Aplanado Nieve aplanada
Característica Seco Mojado Seco Mojado Seco Mojado Seco Mojado
P (Carga Máxima), N
P (Carga en Vacío), N
0.75 0.55 0.65 0.35 0.55 0.25 0.25 0.15
97119 71220.6 84169.8 45322.2 71220.6 32373 32373 19423.8
60699.375 44512.875 52606.125 28326.375 44512.875 20233.125 20233.125 12139.875
4.- Análisis de las Pendientes A partir de este análisis, es posible determinar, en qué marchas puede ir el bus SCANIA K124 IB /6x2 NB para vencer pendientes de diferentes valores. Para lo cual tabulamos, para el punto de max, torque n=1450rpm: PT[N], Va[Km/h], P N , m ax º . 5.4. Característica Universal o Pasaporte Dinámico del Vehículo Automotor Factor Dinámico Está definido por: D
PT P Ga : Ga
Peso bruto vehicular = 245250 N.
Tabulamos:
ING. Mecánica
Ing. Javier Bacilio
VOLKSWAGEN 17200 M
ING. AUTOMOTRIZ
Graficamos: Característica Universal o Pasaporte Dinámico 5.5. Construcción del Nomograma de Carga G Dx a D100 Gx Ga : Peso bruto vehicular (= 25000 kgf). Estableciendo las condiciones dinámicas para el vehículo completamente descargado, tenemos: Ga D0 D100 Go Go: Peso seco del vehículo automotor (=15000 kgf). Escala para % carga: 1 unidad metrica ... 1% carga Escala para D100: D100 = 0,1 Kgf / Kgf ... a100 = 40 unid. Go a100 a = 24 unid. Escala para D0: a0 Ga CARACTERÍSTICA DINÁMICA SEGÚN CARGA 5.6. Construcción de la Característica Universal o Pasaporte Dinámico En el estado límite de la 1° Condición de Marcha, tenemos: PT P Entonces:
D x
P P
... (26)
G
Donde: Dx :
Factor dinámico por adherencia con carga parcial.
P
:
Fuerza de adherencia, en kgf.
P
:
Fuerza de resistencia del aire, en kgf.
G : Carga máxima vehicular, en kgf. Durante el patinaje del vehículo, la velocidad de desplazamiento es relativamente pequeña. Por lo tanto, se puede asumir: P = 0 Para nuestro estudio, consideramos: m2 = 1
ING. Mecánica
Ing. Javier Bacilio
VOLKSWAGEN 17200 M
ING. AUTOMOTRIZ
Reemplazando los valores, obtenemos:
G2 G Para carga completa y carga en vacío, tenemos: D x
D100 Donde: Ga G2 Go G2o
: : : :
Ga2 Go2 , D 0 Ga Go
Peso bruto vehicular =25000 Kgf. Carga máxima sobre el eje trasero traccional = 12000 Kgf. Peso en vacío del vehículo = 15000 Kgf. Carga en vacío sobre el eje trasero = 7200 Kgf.
Escala para D100:
Ga2 a100 Ga
b100
... (28a)
b = 19.2 mm Escala para D0:
b0
Go2 a0 Go
... (28b)
b = 12 mm
CARACTERÍTICA DINÁMICA - CARACTERISTICA UNIVERSAL CON NOMOGRAMA DE CARGA “DIAGRAMA DE CONTROL DE PATINAJE” 5.7. Balance de Potencia del Vehículo Automotor Potencia Traccional Disponible Tenemos: N T PT V , Kw 36000
Tabulamos:
Graficamos: DIAGRAMA DE POTENCIA DISPONIBLE Potencia Traccional Requerida
ING. Mecánica
Ing. Javier Bacilio
VOLKSWAGEN 17200 M
ING. AUTOMOTRIZ
Se define: N R N N N j
Condición de marcha estable: Nj = 0
Pψ Ga ( f cos sin )
Entonces: N R N N N , N ψ
Pψ V 3600
, N ω K F V
3
a
DIAGRAMA DE POTENCIAS REQUERIDAS N[Kw], V[Km/h]
Análisis del Balance de Potencia del Vehículo Automotor.a) Las potencias tienen los mismos valores en cualquiera de sus marchas, a las mismas velocidades de rotación, pero a diferentes velocidades de desplazamiento. b) La aplicación de la marcha adecuada depende de la pendiente que se desea vencer, por lo que se demuestra que a mayores pendientes la potencia disponible sacrifica velocidad por fuerza traccional. c) La potencia máxima disponible en las ruedas motrices en nuestro vehículo es 238.14 Kw, y la máxima potencia desarrollada por nuestro motor es 264.6 Kw. Esta diferencia se debe a las pérdidas en la transmisión que son consideradas por el rendimiento de la transmisión, tr = 0,90. DIAGRAMA DE BALANCE DE POTENCIAS 5.8.- Aceleración del Vehículo Automotor j
g D ψ , δrot 1,04 0,04 Uc.v2 δ rot
Donde: g
:
Aceleración de la gravedad = 9,8 m/s2
:
(Asumimos que: fr = 0.02)
Tomaremos los cálculos para un valor de la pendiente de cero. i = 0%
Tabulamos:
ING. Mecánica
Ing. Javier Bacilio
VOLKSWAGEN 17200 M
ING. AUTOMOTRIZ
Graficamos: ACELERACIÓN DEL VEHÍCULO [m/s2] 5.9. Tiempo y Distancia de Aceleración del Vehículo Automotor V Vi Tiempo de aceleración t n i 1 3,6 jm Donde: jm: aceleración media en un intérvalo en m/s2 i n V V j j Y se define: jm i 1 i , t ac t ni i 1 i 2 0 3,6 jm Intervalo V (Km/h) Vmedia(Km/h) ji(m/s2) jm(m/s2) Tiempo(s) 6.463 6.7865 0.614 0.644 0.2791 7.11 7.433 0.674 0.6955 0.258 7.756 8.079 0.717 0.73 0.2458 8.402 8.7255 0.743 0.7475 0.2404 9.049 9.372 0.752 0.7475 0.2401 9.695 10.019 0.743 0.73 0.2462 10.342 10.665 0.717 0.6955 0.258 10.988 11.311 0.674 0.6435 0.2789 11.634 11.958 0.613 0.5745 0.3128 12.281 12.691 0.536 0.5205 0.4376 13.101 13.569 0.505 0.502 0.5179 14.037 14.505 0.499 0.49 0.53 14.972 15.44 0.481 0.466 0.5579 15.908 16.376 0.451 0.43 0.6047 16.844 17.312 0.409 0.3825 0.6797 17.78 18.348 0.356 0.357 0.8831 18.915 19.546 0.358 0.3515 0.9965 20.176 20.807 0.345 0.334 1.0487 21.437 22.068 0.323 0.3075 1.1391 22.698 23.329 0.292 0.272 1.2878 23.959 24.596 0.252 0.25 1.3664 25.233 26.022 0.248 0.2355 1.7045 26.81 27.599 0.223 0.207 1.8601 28.387 29.176 0.191 0.191 2.1176 29.965 30.737 0.191 0.177 2.4231 31.509 32.721 0.163 0.164 4.1057 33.933 35.145 0.165 0.164 4.1057 36.357 37.569 0.163 0.159 4.2348 38.781 39.993 0.155 0.149 4.5172 41.204 42.416 0.143 0.135 4.9877 43.628 44.84 0.127 0.1165 5.7797 46.052 47.668 0.106 0.1015 8.8451
ING. Mecánica
Tiempo acumulado(s) 0.279 0.537 0.783 1.023 1.263 1.510 1.768 2.046 2.359 2.797 3.315 3.845 4.403 5.007 5.687 6.570 7.567 8.616 9.755 11.042 12.458 14.318 16.434 18.729 21.152 25.258 29.364 33.599 38.116 43.103 48.883 57.728
Ing. Javier Bacilio
VOLKSWAGEN 17200 M 49.284 52.804 56.324 59.845 63.365 66.885 70.969 75.7 80.431 85.162 89.894 94.625 100.54 106.45 112.37
51.044 54.564 58.085 61.605 65.125 68.927 73.335 78.066 82.797 87.528 92.26 97.582 103.5 109.41
ING. AUTOMOTRIZ
0.097 0.094 0.089 0.08 0.068 0.053 0.052 0.047 0.04 0.03 0.018 0.02 0.013
0.0955 0.0915 0.0845 0.074 0.0605 0.0525 0.0495 0.0435 0.035 0.024 0.019 0.0165 0.0065
10.239 10.686 11.575 13.213 16.162 21.608 26.549 30.211 37.548 54.769 69.167 99.562 196.75
67.967 78.653 90.227 103.441 119.602 141.211 167.760 197.970 235.518 290.286 359.453 459.015 711.750
Distancias de aceleración
sn
Vm t n 3,6
i n V t V V sac sni m n , donde Vm i i1 ) 2 0 3,6
V (Km/h)
Vmedia(Km/h)
6.463 7.11 7.756 8.402 9.049 9.695 10.342 10.988 11.634 12.281 13.101 14.037 14.972 15.908 16.844 17.78 18.915 20.176 21.437 22.698
6.7865 7.433 8.079 8.7255 9.372 10.019 10.665 11.311 11.958 12.691 13.569 14.505 15.44 16.376 17.312 18.348 19.546 20.807 22.068 23.329
ING. Mecánica
Intervalo Tiempo(s) 0.2791 0.258 0.2458 0.2404 0.2401 0.2462 0.258 0.2789 0.3128 0.4376 0.5179 0.53 0.5579 0.6047 0.6797 0.8831 0.9965 1.0487 1.1391 1.2878
Tiempo acumulado(s) Distanciarecorroda 0.279 0.537 0.783 1.023 1.263 1.510 1.768 2.046 2.359 2.797 3.315 3.845 4.403 5.007 5.687 6.570 7.567 8.616 9.755 11.042
0.526 1.059 1.610 2.193 2.818 3.503 4.268 5.144 6.183 7.726 9.678 11.813 14.206 16.957 20.226 24.726 30.137 36.198 43.181 51.526
Ing. Javier Bacilio
VOLKSWAGEN 17200 M 23.959 25.233 26.81 28.387 29.965 31.509 33.933 36.357 38.781 41.204 43.628 46.052 49.284 52.804 56.324 59.845 63.365 66.885 70.969 75.7 80.431 85.162 89.894 94.625 100.54 106.45 112.37
24.596 26.022 27.599 29.176 30.737 32.721 35.145 37.569 39.993 42.416 44.84 47.668 51.044 54.564 58.085 61.605 65.125 68.927 73.335 78.066 82.797 87.528 92.26 97.582 103.5 109.41
ING. AUTOMOTRIZ
1.3664 1.7045 1.8601 2.1176 2.4231 4.1057 4.1057 4.2348 4.5172 4.9877 5.7797 8.8451 10.239 10.686 11.575 13.213 16.162 21.608 26.549 30.211 37.548 54.769 69.167 99.562 196.75
12.458 14.318 16.434 18.729 21.152 25.258 29.364 33.599 38.116 43.103 48.883 57.728 67.967 78.653 90.227 103.441 119.602 141.211 167.760 197.970 235.518 290.286 359.453 459.015 711.750
61.197 74.642 90.866 109.465 130.154 167.471 207.553 251.746 301.928 360.693 432.682 549.801 694.972 856.938 1043.689 1269.800 1562.169 1975.893 2516.711 3171.826 4035.385 5366.990 7139.568 9838.315 17104.166
5.10. Estudio del consumo de combustible Considerando la cantidad de combustible en litros que se consume en 100 Km de recorrido en movimiento estabilizado, bajo las condiciones del camino como un índice fundamental de la economía del vehículo, tenemos: g .(G . P ) Qs e a 36000 . tr . . c g e g e ( N ) .K ´.K ¨
Donde:
Q s : Consumo de combustible, [lt/100Km]. Ga : Peso bruto vehicular, 245250N
ING. Mecánica
Ing. Javier Bacilio
VOLKSWAGEN 17200 M
ING. AUTOMOTRIZ
: Coeficiente total de resistencia del camino P : Fuerza de resistencia del aire g e : Consumo específico de combustible correspondiente al regimen dado de funcionamiento del motor, en gr/Kwh
c : Densidad del combustible, para nosotros será =0.731Kg/lt.
tr . : Rendimiento de la transmisión =0.90 g e ( N ) : Consumo de combustible efectivo del motor en el réginen nominal.
Para el motor Mercedes: 165 gr/Kwh
K´, K ¨: Coeficientes que tienen en cuenta respectivamente la variación de g e en función de la frecuencia de rotación del motor y el grado de su carga. Para determinar los valores de estos coeficientes he encontrado una ecuación cuya grafica se asemeje a las presentadas en la Fig. 65 Pagina 181 de la bibliografía : D. A. Chudakov. “FUNDAMENTOS DE LA TEORÍA Y EL CALCULO DE TRACTORES Y AUTOMÓVILES”. Ed. MIR. Moscú 1977. n Tenemos: K ` 0.64702 nN
2
n 0.89126 nN
1.26776
Para motores Diesel: 4
3
2
Ne Ne Ne Ne 14.322 12.239 5.364 1.937 K´´ 6.510 N e max N e max N e max N e max
Con las ecuaciones presentadas, tabulamos el consumo de combustible para diferentes regímenes: Para:
Ne =0.5, 0.6, 0.7, 0.8, 0.9, 1 N e m ax
Consumo Específico de Combustible [gr/kwh]
Relaciones de Carga
Relaciones de Frecuencias de Giro
0.5
0.6
0.7
1.015
100.83
121.00
141.16
0.984
97.75
117.30
136.85
0.966
95.96
115.15
134.35
0.961
95.47
114.56
133.65
ING. Mecánica
0.8
0.9
161.3 3 156.4 0 153.5 4 152.7
181.4 9 175.9 5 172.7 3 171.8
1 201.66 195.50 191.92 190.93
Ing. Javier Bacilio
VOLKSWAGEN 17200 M
ING. AUTOMOTRIZ
0.969
96.26
115.51
134.76
0.990
98.35
118.02
137.69
1.024
101.72
122.07
142.41
5 154.0 2 157.3 5 162.7 6
4 173.2 7 177.0 2 183.1 0
192.52 196.69 203.45
La característica económica del consumo de combustible, es la gráfica de la función: Qs f (Va , )
g e .(Ga . KFVa ) , para el un régimen estabilizado del vehículo 36000tr . c 2
Con el criterio de que el vehículo estudiado cubre la mayor parte de su trabajo en carretera en marcha alta, hacemos el estudio del consumo de combustible para su octava marcha y para las sigtes, condiciones de carretera y para plena carga. 1) 1 f r 0.02 2) 2
f r 0.8 Vm ax 2
, m ax 0.03576 2 0.0243
3) 3 0.8 Vm ax 3 0.0272 Consumo De Combustible Para La Marcha En Directa Y En Diferentes Valores De Resistencia Total Del Camino
n, rpm 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900
x, [Ne/Ne´] 0.571 0.629 0.686 0.743 0.800 0.857 0.914 0.971 1.029 1.086
K´ 0.970 0.963 0.961 0.963 0.969 0.979 0.994 1.013 1.036 1.063
V, [KM/h] g e , gr / Kw h 59.140 65.055 70.969 76.883 82.797 88.711 94.625 100.539 106.453 112.367
160.007 158.924 158.539 158.851 159.859 161.565 163.969 167.069 170.867 175.362
P ,[N]
4905.000
P [N]
0.02 0.0236 0.0272
797.655 965.192 1148.655 1348.072 1563.441 1794.764 2042.040 2305.269 2584.451 2879.586
38.526 39.390 40.522 41.939 43.659 45.703 48.095 50.861 54.031
5787.900
45.651 46.466 47.581 49.012 50.777 52.897 55.396 58.300
VIII.- CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES.8.1. Conclusiones
ING. Mecánica
Ing. Javier Bacilio
6670.800
50.455 51.238 52.342 53.782 55.578 57.749 60.320
VOLKSWAGEN 17200 M
ING. AUTOMOTRIZ
1.- Se ha realizado el estudio de las PROPIEDADES DINÁMICO - TRACCIONALES DEL BUS SCANIA K124 IB /6x2 NB para lo cual determinamos que el vehículo cumple a velocidades menores de 7 Km/h y a una fuerza traccional de 84834,8 N. En la quinta marcha la velocidad máxima del vehículo es de 75,6 km/h con una fuerza traccional de 8003,3 N. 2.- La pendiente máxima que puede vencer el vehículo es de 73.21 % o lo que es lo mismo un ángulo de inclinación de 36,207 °. 3.- La fuerza de tracción mínima es para pendientes nulas y velocidades máximas y es igual a 5906,17 N y la fuerza de tracción máxima es para pendientes de 73,21 % y velocidades mínimas y es igual a 116085,7 N. 4.- Para evitar el patinaje en pistas secas con carga se requiere una fuerza de tracción máxima de 117125 N en 1°; en pista húmeda con carga hasta una fuerza de tracción máxima de 76518 N en 3°. En pista seca sin carga hasta una fuerza de tracción máxima de 21054 N en 2°. 5.- Teóricamente el vehículo puede recorrer carreteras con un coeficiente de resistencia del camino = 0.02 en las ocho marchas. La máxima resistencia que el vehículo puede vencer es de 0.6068 en la primera marcha. 6.- Las velocidades más económicas del vehículo automotor están en el rango de 30.0 a 60.0 km/h. 8.2. Recomendaciones 1.-
ING. Mecánica
Ing. Javier Bacilio
VOLKSWAGEN 17200 M
ING. AUTOMOTRIZ
IX.- BIBLIOGRAFÍA.1.2.-
D. A. Chudakov. “FUNDAMENTOS DE LA TEORÍA Y EL CALCULO DE TRACTORES Y AUTOMÓVILES”. Ed. MIR. Moscú 1977. M. S. Jovaj. “MOTORES DE AUTOMÓVIL”MOTORES DE AUTOMÓVIL. Ed. MIR. Moscú 1982.
INTERNET:
http://www.scania.com.ar
http://www.solobus.com.ar
http://www.mercedesbenz.com.ar
http://www.volvo.com.mx
ING. Mecánica
Ing. Javier Bacilio
ING. AUTOMOTRIZ
TÍTULO:
“Estudio De Las Propiedades Dinámico - Traccionales De La Unidad ……………………Bajo Las Condiciones De Explotación Volkswagen 17200 M” RESUMEN Estudio de las Propiedades Dinámico – Traccionales del CAMION VOLKSWAGEN 17200 M”. Trabajar con sus sistemas y componentes originales, así como la simulación del comportamiento y variación de las mismas ante el reemplazo de su fuente motriz original por diferentes alternativas, teniendo como objetivo el repotenciamiento de la unidad. En nuestro caso el motor a ser reemplazado es un motor marca MWM tipo 6.10 TCA, por uno de los tres motores propuestos para el repotenciamiento. Para el cumplimiento de dicho propósito, fue necesario recurrir a la investigación teórica, por medio del cual se pudieron conocer las diferentes ecuaciones que nos permiten evaluar el comportamiento del vehículo automotor durante su marcha, y de esta manera crear un modelo matemático que nos permita conocer la capacidad del vehículo a ser repotenciado y que motor es adecuado para dichos fines. Bajo estos conceptos se procedió al cálculo de las propiedades explotacionales del vehículo automotor con su sistema original, determinando sus parámetros fundamentales que representamos y analizamos en: Las Curvas Características Externas de Velocidad del Motor, El Cronograma de Cambio de Velocidades, Gráfica del Balance Fraccional de Vehículo, La Característica Dinámica del Vehículo, El Nomograma de Carga, Las Graficas de Aceleración y finalmente el Consumo de Combustible del Sistema. Luego de realizar el estudio de máquina con sus componentes originales, se procedió a realizar nuevamente el mismo procedimiento pero para el caso en que a la unidad vehicular ha sido repotenciada, es decir hemos cambiado el motor. Esto se hace para los tres motores propuestos. Finalmente utilizando el estudio realizado, concluimos en cual es la mejor alternativa de repotenciamiento. Para lo cual se tiene en cuenta básicamente criterios energéticos, de funcionalidad y de ahorro en el consumo de combustible.
ING. Mecánica
Ing. Javier Bacilio
VOLKSWAGEN 17200 M
ING. AUTOMOTRIZ
INDICE ANALÍTICO
Pág. I.-
Introducción. ..................................................................................................................... 1.- Antecedentes históricos -térmicos. 2.- Propósito general del proyecto ................................................................................... 3.- Descripción de la realidad problemática……………………..
II.- desarrollo de los contenidos. ............................................................................................. . 2.1.-
Especificaciones técnicas . ......................................................................... . 2.2.1.-Veiculo original .................................................................................... 2.2.2.-Veiculo Opcional ..................................................................................
2.2.- Cálculo de los radios de rodadura …………………………………. 2.3.- Las características externas del vehículo…………………………… INTRODUCCIÓN. 1.- Antecedentes históricos -térmicos. 2.- Propósito general del proyecto 3.- Descripción de la realidad problemática II.- desarrollo de los contenidos 2.1.- Especificaciones Técnicas Del Vehículo Original Tipo y modelo:
ING. Mecánica
Camión Volkswagen 17220 M
Ing. Javier Bacilio
VOLKSWAGEN 17200 M
ING. AUTOMOTRIZ
tolva roquera
furgón con plataforma elevadora transporte de sustancias químicas
Tipo y modelo
ING. Mecánica
Motor Diesel
Cummins C83
Potencia
218 cv / 2200 rpm
Cilindrada
8270 cm3
Caja de cambios Distancia entre ejes
Eaton FS - 6306-A 4.800 mm
Largo carrozable
6.434 mm
Ing. Javier Bacilio
VOLKSWAGEN 17200 M
ING. AUTOMOTRIZ
Carga útil + Carrocería
11.810 kg
Dimensiones generales: CHASIS
Distancia entre ejes
Voladizo trasero
Largo total
A
B
C
3.560
1.140
6.123
4.340
2.134
7.897
4.800
2.286
8.509
5.207
2.413
9.043
ING. Mecánica
Ing. Javier Bacilio
VOLKSWAGEN 17200 M
ING. AUTOMOTRIZ
Ficha técnica Motor Marca y modelo
Cummins C-8.3 - 215 P5-0 Turbo Intercooler
Norma de emisiones
Euro III
Número de Cilindros / Cilindrada
6 cilindros en línea / 8.270 cm3
Diámetro x Carrera del émbolo
114 x 135 mm
Relación de compresión
18,3 : 1
Potencia neta máxima - kW (cv) @ rpm
160 (218) @ 2200
Par motor neto máximo - kgfm (Nm) @ rpm
90 ( 888) @ 1400
Secuencia de inyección
1 - 5 -3 - 6 - 2 - 4
ING. Mecánica
Ing. Javier Bacilio
VOLKSWAGEN 17200 M
ING. AUTOMOTRIZ
Sistema de inyección
Bosch - P7100
Compresor de aire / Capacidad
Wabco.
Transmisión Caja de cambios - Marca y modelo
Eaton - RT 8908-LL - Mecánico
Accionamiento
Palanca al piso
Número de marchas
10 adelante + 3 reversas
Relaciones de transmisión 1ª
19.58 : 1
2ª
12,67 : 1
3ª
8,39 : 1
4ª
6,23 : 1
5ª
4,58 : 1
6ª
3,40 : 1
7ª
2,46 : 1
8ª
1,83 : 1
9ª
1,35 : 1
10ª
1,00 : 1
Reversa
20,47 : 1 - 13,24 : 1 - 3,89 : 1
Tracción
6X4
Embrague Modelo y revestimiento
Doble disco, orgánico
Marca
Eaton
Tipo y accionamiento
Pull, hidráulico con servo asistido a aire
Diámetro del disco
365 mm
Eje delantero Tipo
Viga "I" en acero forjado
Marca y modelo
Meritor FF-844 o Sifco 13 K
ING. Mecánica
Ing. Javier Bacilio
VOLKSWAGEN 17200 M
ING. AUTOMOTRIZ
Eje trasero Tipo
Eje rígido, acero estampado
Marca y modelo
Meritor MT 46-145 (simple)
Relación de Reducción
4,88 : 1
Suspensión delantera Tipo
Eje rígido
Muelles
Semielípticos de doble acción
Amortiguadores
Hidráulicos, de doble acción
Barra estabilizadora
Estándar
Suspensión trasera Tipo
Ejes rígidos en tándem (Randon)
Muelles
Semielípticos invertidas de acción progresiva
Dirección Tipo
Hidráulica integral con bolas recirculantes
Marca y modelo
ZF Servocom 8097
Relación de reducción
20,1 : 1 ~ 23,8 : 1
Chasis Tipo escalera
Plano con largueros dobles y rectos Remachado y atornillado
Material
Acero LNE 28
Módulo seccional
431,0 cm2
Ruedas y Neumáticos (estándar y opcionales) Acero
7,50" x 22,5"
Neumáticos
275 / 80 R 22,5
Frenos Marca
Master
Tipo
Neumático, S-cam
ING. Mecánica
Ing. Javier Bacilio
VOLKSWAGEN 17200 M
ING. AUTOMOTRIZ
Tambor en las ruedas delanteras y traseras Circuito
Doble independiente, reservorio triple de aire
Area efectiva de frenando
6.514 cm2
Freno de estacionamiento
Cámara acumuladora de fuerza elástica
Freno de estacionamiento - Actuación
Ruedas traseras
Freno de estacionamiento - Accionamiento
Válvula moduladora en el tablero
Freno del motor
Válvula tipo mariposa en el tubo de escape
Freno del motor - Actuación
Electroneumático, con interruptor en tablero Control en el pedal del acelerador y embrague
Sistema Eléctrico Tensíon Nominal
12V
Batería
12V & 170Ah
Alternador
90A & 14V
Capacidades de los depósitos (litros) Tanque de combustible de plástico
275
Motor (incluyendo filtro)
22,0
Caja de cambios
9,2
Ejes traseros
19,5 (anterior) y 16,0 (posterior)
Dirección
3,7
Sistema de Refrigeración - Con calefacción
33,2
Dimensiones (mm) Distancia entre ejes
4.800 (gráficos de dimensiones) (3440 + 1360) (gráficos de dimensiones)
Voladizo delantero
1.423 (gráficos de dimensiones)
Voladizo trasero
1.198 (gráficos de dimensiones)
Largo Total
7.421 (gráficos de dimensiones)
Ancho máximo delantero
2.510 (gráficos de dimensiones)
Ancho máximo trasero
2.468 (gráficos de dimensiones)
Ancho de vía delantera
2.105 (gráficos de dimensiones)
Ancho de vía trasera
1.836 (gráficos de dimensiones)
Vano libre delantero
260 (gráficos de dimensiones)
Vano libre trasero
246 (gráficos de dimensiones)
Diámetro de giro
18.500
ING. Mecánica
Ing. Javier Bacilio
VOLKSWAGEN 17200 M
ING. AUTOMOTRIZ
Pesos (peso vacío - kg) Eje delantero
3.650
Eje trasero
3.590
Total
7.240
Capacidad técnica por eje (kg) Eje delantero
6.000
Eje trasero
20.200
Total isible - PBV
26.200
Capacidad máximo de tracción - PBVC
35.000
Capacidad máxima de carga útil + carrocería
26.200
Desempeño (cálculo teórico) Relación de reducción del eje trasero
4,88 : 1
Velocidad máxima
91 km/h
Capacidad en rampa con PBV
57,0%
Partida en rampa con PBV
40,0%
Relación PBV / Potencia (kg/cv)
120,2
Observaciones:
Datos
proyectados
por
PBV = Peso PBVC = Peso bruto del vehículo combinado
CARROCERIA Modelo: Material: Módulo Seccional:
simulación
de
bruto
del
rendimiento vehículo
Tipo escalera, plano con largueros rectos Remachado y atornillado Acero LNE 38 251,5 cm2
Coeficiente de resistencia del aire Según Normas de Especificación dadas en clase, para vehículos tipo camión tenemos el siguiente rango, en N.s/m: K = 0.6 – 0.7 Asumimos, una máxima resistencia posible del aire, entonces: K = 0,65 N.s/m. ING. Mecánica
Ing. Javier Bacilio
VOLKSWAGEN 17200 M
ING. AUTOMOTRIZ
Coeficiente de resistencia a la rodadura El coeficiente de resistencia a la rodadura según Chudakov. (Apéndice Tabla 1-2): Coeficiente de resistencia a la rodadura (fr)
Tipo De Camino
Coeficiente de adherencia (φ)
Asfaltado 0.015 - 0.020 0.75 Grava 0.200 - 0.030 0.65 Tierra seca 0.030 - 0.050 0.70 Tierra húmeda 0.050 - 0.150 0.50 Arena 0.100 - 0.300 0.75 Nieve apisonada 0.030 - 0.040 0.35 Para nuestro trabajo se considera que el camión viaja por carretera asfaltada: fr= 0.020 y φ=0.80
Rendimiento de la transmisión Rango para transmisiones de tipo común por engranajes (Chudakov Pág. 24) tr = 0,88 - 0,93 Asumimos: tr = 0,90. Por tratarse de un vehículo moderno
Otras características Dirección Eje delantero Eje trasero Suspensión Delantera
Suspensión Trasera
Frenos
ING. Mecánica
Tipo: Hidráulica integral con bolas circulantes Marca y Modelo : ZF Servocon 8097 Relación de reducción : 20,1 : 1 – 23,8 : 1 Tipo : Viga “I” en acero forjado Marca y Modelo : Meritor FF – 844 o Sifco 13 K Tipo: Eje rígido, acero estampado Marca y Modelo : Meritor RS 23 – 240 (doble) Tipo : Eje rígido Muelles : Semielípticos, acción progresiva Amortiguadores : Hidráulicos de doble acción Barra estabilizadora : Estándar Tipo : Eje Rígido Muelles Principales: Semielípticos, de acción progresiva Muelles Auxiliares: Parabólicos Amortiguadores (opción): Hidráulicos de doble acción, Estándar para DEE 3560 mm. Marca: Master Tipo: Neumático, S-cam Tambor en as ruedas delanteras y traseras. Circuito: Doble independiente, reservorio triple de aire. Área efectiva de frenado: 4.232 cm2 Freno de estacionamiento: Cámara acumuladora de fuerza elástica. Freno de estacionamiento – Actuación: Ruedas traseras. Freno de estacionamiento – Accionamiento: Válvula moduladora en el tablero Freno del motor: Válvula tipo mariposa en el tubo de escape. Freno del motor – actuación: Electroneumático, con interruptor en Ing. Javier Bacilio
VOLKSWAGEN 17200 M
ING. AUTOMOTRIZ
tablero, Control en el pedal del acelerador y embrague. Tensión nominal: 12V Sístema Eléctrico Bateria: 12V & 135 Ah Alternador: 90ª & 14V Tanque de combustible – plástico: 275 Motor (incluye filtro): 16,4 Capacidades Caja de cambios: 8,6 (litros) Eje trasero: 18,0 (doble) Dirección: 3,7 Sistema de refrigeración – Con calefacción: 26,6 Eje delantero: 3.210 Eje trasero: 1.900 Pesos (Peso vacío Total: 5.110 en Kg) – Delantero: 6.100 Capacidad Técnica Trasero: 11.000 por eje (Kg) Total isible – PBV: 17.100 Capacidad máxima de tracción – PBVC: 34.000 Capacidad máxima de carga útil + carroceria: 11.990 2.2.- Especificaciones de motores alternativos Motor Cummins ISC 315 P5-2
Motor
Cummins ISC 315 P5-2
Combustible Disposición de cilindros
Diesel 6 en línea
Diámetro del cilindro
114 mm
Carrera
135 mm
Potencia
235 kW (320 cv)/ 2.000 rpm
Torque
1256 Nm/ 1300 rpm
Cilindrada o desplazamiento
8,3 litros (8.270 cm3)
Régimen de marcha lenta
700 rpm
Régimen de corte con carga
2.220 rpm
Régimen de corte sin carga
2.400 rpm
Relación de compresión
17,5:1
a. Motor Cummins ISC 315 Motor Desplazamiento del motor Número de Cilindros Diámetro x carrera Relación de compresión
ING. Mecánica
ISC 315 8.3 litros 6 114x135 mm 17:1
Ing. Javier Bacilio
VOLKSWAGEN 17200 M
ING. AUTOMOTRIZ
Control de inyección de combustible Potencia máxima, CV (HP) @ rpm Par máximo, Nm @ rpm Cons. mín. de comb. en la franja verde Capacidad de aceite
Electrónico 304.76 (300.27) @ [2000] 1288 @ [1300-1600] 160 g/kWh 23.8 litros
b. Motor Mercedes MB OM-457 LA Motor Desplazamiento del motor Número de Cilindros Control de inyección de combustible Potencia máxima, CV (HP) @ rpm Par máximo, Nm @ rpm Cons. Específico de combustible, g/kWh@rpm
Mercedes MB OM-457 LA, Euro II 11.967 litros 6 cilindros verticales en línea, turboalimentado / post enfriado Electrónico 360 (355.07) @ [1900] 1650 @ [1100] 165 g/kWh @ 1100 rpm
c. Motor Volvo VD12C 345 Motor Desplazamiento del motor Número de Cilindros Diámetro x carrera Relación de compresión Control de inyección de combustible Potencia máxima, HP @ rpm Par máximo, lb-ft(Nm)@ rpm Cons. mín. de comb. en la franja verde
VD12C 345 12.13 litros 6 131 x 150 mm 17.5:1 Electrónico 345 @ 1700 1450(1965.91) @ 1100 180 g/kWh
2.2. Cálculo del Radio de Rodadura Empleamos la ecuación empírica siguiente: rr 0,0127 d pulg 0,00085 B m m
Donde: rr : d : B :
Radio de rodadura, en m. Diámetro aro, en pulg. Ancho del perfil del neumático, en mm.
2. Cálculo de las Curvas Características Externas de Velocidad
ING. Mecánica
Ing. Javier Bacilio
VOLKSWAGEN 17200 M
ING. AUTOMOTRIZ
Las funciones Ne = f(n) y Me = f(n) dependen de la velocidad de giro del cigüeñal, por lo tanto podemos aproximarla, con suficiente precisión, mediante las Ecuaciones de Leiderman, es decir: Potencia del motor en régimen estabilizado (Kw): Donde: a) Determinación de la Ne del motor. n N e N N a n N
a 1
2
n n b c nN nN
3
M r k n 2 k n 100 k n 12
b 2
kn Mr 100 k n 12
M k c r n 100 k n 1
2
TABLA 1: ESPECIFICACIONES TECNICAS DE LOS MOTORES EN ESTUDIO CALCULADO EN EXCEL. SIMBOLO
Tipo Cilindros Diámetro, mm Carrera, mm Cilindrada, cc. Potencia Efectiva, Kw rpm de Potencia Efectiva Torque Efectivo, N.m rpm de Torque Efectivo Torque a regimen nominal, Nm. Potencia de Reserva Reserva de Torque (%) Coef. De Adapt. por Torque Coef. De Adapt. por Frec. Giro Coeficientes de Leidermann
VOLKSWAGEN
Diesel i D S iVh Nenom nN Memax nM Menom Mn Mr Km Kn a b c
6 114 135 8270 160 2200 888 1400 694.545 694.494 27.853 1.279 1.571 0.426 2.681 2.106
Donde a, b, c son coeficientes característicos para un determinado motor. Determinación de la Ne,v
ING. Mecánica
Ing. Javier Bacilio
VOLKSWAGEN 17200 M
ING. AUTOMOTRIZ
Par motor en régimen estabilizado (Nm): n M e M N a b nN
n c nN
2
Coeficientes de la ecuación para un motor diesel: Donde: MN M 100 ; M r e max MN
kn
nN ; nM
kM
M e m ax MN
Donde:
Ne
: Potencia del motor en régimen estabilizado n, en Kw.
NN
: Potencia máxima del motor, en Kw.
Me : Par motor en régimen estabilizado a “n” rpm, en Nm. MN : Par motor correspondiente al régimen de potencia máxima, en Nm. Memax : Par motor máximo, en Nm. Mr : Reserva de torque en (%). nN : Velocidad del motor en régimen de potencia máxima, en rpm. nM : Velocidad del motor en régimen de par motor máximo, en rpm. kn : Coeficiente de adaptabilidad por frecuencia de giro del motor. kM : Coeficiente de adaptabilidad por torque del motor. Y para el par motor correspondiente al régimen de potencia máxima:
MN
3 104 N e max π nN
3. Cronograma del Cambio de Velocidades Aplicamos la ecuación de la velocidad de desplazamiento del vehículo automotor: Va 0,377
rr n e U c.v U c.a U p.m
Donde: V : Velocidad de desplazamiento del vehículo automotor, en km/h
ING. Mecánica
Ing. Javier Bacilio
VOLKSWAGEN 17200 M
ING. AUTOMOTRIZ
rr : Radio de rodadura ne : Número de revoluciones por minuto del motor Uc.v: Relación de transmisión de la caja de velocidades Uc.a: Relación de transmisión de la caja auxiliar = 1 Up.m: Relación de transmisión del puente motriz = 3.07 De los datos anteriores y reemplazando en la ecuación tenemos:
Va
0.06588
ne U cv
4. Estudio de la marginalidad de la caja de velocidades Para que no exista marginalidad, se debe cumplir: m 1
cv n N nM .100 U cv U .100 m 1 nM U m
cv
5. Balance Traccional del Vehículo Automotor 5.1. Fuerza Traccional Disponible Tenemos: M U η PT e tr tr ; U tr U c.v U c.a U p.m rr Donde: PT :
Fuerza traccional desarrollada en las ruedas motrices, en N.
Me :
Par motor en régimen estabilizado, en N.m.
tr :
Rendimiento de la transmisión = 0,90
rr : Utr : Uc.v: Uc.a : Up.m:
Radio de rodadura = 0,5365 m Relación de transmisión total = Uc.v.. Uc.a.. Up.m Relación de transmisión de la caja de velocidades. Relación de transmisión de la caja auxiliar = 1 Relación de transmisión del puente motriz = 3.42
5.2. Fuerza Traccional Requerida Tenemos:
PT P P Pj Condición de marcha estable: Pj = 0 Entonces: PT P P P
Además:
ING. Mecánica
Ing. Javier Bacilio
VOLKSWAGEN 17200 M
ING. AUTOMOTRIZ
P Ga ; f cos sen
i tan y Pω K F V 2
P Ga f cos sen KF Va 2 Donde: P : Fuerza traccional requerida, en N. P : Fuerza de resistencia total del camino, en N. P : Fuerza de resistencia del aire, en N. Pj : Fuerza de resistencia a la aceleración, en N. Ga : Peso bruto vehicular en, N. : Coeficiente de resistencia total del camino. fr : Coeficiente de resistencia a la rodadura =0.020 i : Pendiente del camino. K: Coeficiente de resistencia del aire = 0,65 N.s2.m-4. F: Área frontal del vehículo automotor =7.083 m2. V: Velocidad de desplazamiento del vehículo automotor, en km/h. Para calcular la máxima pendiente que el vehículo automotor puede vencer, procedemos a comparar P con la fuerza traccional disponible correspondiente a la velocidad en primera marcha a la que ocurre el torque máximo. 5.3. Análisis del Balance Traccional del Vehículo Automotor Este análisis lo realizamos en función de los resultados correspondientes a la superposición de las curvas PT(V) y P(V), según la Gráfica y teniendo presente los rangos de velocidades para cada marcha del vehículo. 5.3.1.- Velocidad Máxima La velocidad máxima se da en condiciones estables en la octava marcha, se considera en el momento en que la fuerza traccional del vehículo es igual a las fuerzas requeridas en la condición de pendiente 0. 5.3.2.- Máxima resistencia Total del Camino La máxima resistencia total del camino que puede ser vencida por el vehículo automotor se da en la primera marcha y para el régimen de máximo torque del motor. 5.3.3.- Análisis del Patinaje De la 1° Condición de Marcha del Vehículo: PT P
ING. Mecánica
Ing. Javier Bacilio
VOLKSWAGEN 17200 M
ING. AUTOMOTRIZ
Además: P m 2 G 2 Donde: P
:
Fuerza de adherencia, en N.
:
Coeficiente de adherencia.
Ga2 : Carga máxima del eje trasero (=333200N) Go2 : Carga en vacío del eje trasero (=107800N) m2 : Coeficiente de redistribución de la carga (=1.1) Para lo cual tendremos el sigte. Cuadro: Terreno Hormigón Hormigón Asfaltado Suelo Aplanado Nieve aplanada
Característica Seco Mojado Seco Mojado Seco Mojado Seco Mojado
P (Carga Máxima), N
P (Carga en Vacío), N
5.3.4.- Análisis de las Pendientes A partir de este análisis, es posible determinar, en qué marchas puede ir el CAMION VOLKSWAGEN 17180 M para vencer pendientes de diferentes valores. 5.4. Característica Universal o Pasaporte Dinámico del Vehículo Automotor El pasaporte dinámico del vehículo automotor, es la característica dinámica incluyendo un nomograma de carga y el diagrama de control de patinaje. Factor Dinámico Está definido por: D
PT P Ga
Donde: D PT
: :
Factor dinámico del vehículo automotor. Fuerza Traccional bruta, en N.
P
:
Fuerza de resistencia del aire, en N.
Ga
:
Peso bruto vehicular = 116739 N.
5.5. Construcción del Nomograma de Carga El factor dinámico para cada marcha en la sección anterior ha sido deducida según la capacidad máxima del vehículo; pero debido a que durante la puesta en marcha la carga
ING. Mecánica
Ing. Javier Bacilio
VOLKSWAGEN 17200 M
ING. AUTOMOTRIZ
varía según el peso transportado, es necesario establecer la influencia que ejerce la variación de la carga sobre las propiedades dinámicas. Tenemos: Dx
Ga D100 Gx
Donde: D100 : Factor dinámico del vehículo automotor con carga completa. Dx : Factor dinámico del vehículo automotor con carga parcial. Gx : Carga parcial del vehículo automotor, en kgf. Ga : Peso bruto vehicular (=11990kgf). Estableciendo las condiciones dinámicas para el vehículo completamente descargado, tenemos:
D0
Ga D100 Go
Donde: D0: Factor dinámico del vehículo automotor completamente descargado. Go: Peso seco del vehículo automotor (=15000 kgf). Escala para % carga: 1 mm ... 1% carga Escala para D100: D100 = 0,1 Kgf / Kgf
... a100
Escala para D0:
Go a100 Ga 5.6. Construcción de la Característica Universal o Pasaporte Dinámico En el estado límite de la 1° Condición de Marcha, tenemos: PT P a0
Entonces:
D x
P P
... (26)
G
Donde: Dx :
Factor dinámico por adherencia con carga parcial.
P
:
Fuerza de adherencia, en kgf.
P
:
Fuerza de resistencia del aire, en kgf.
G
:
Carga máxima vehicular, en kgf.
ING. Mecánica
Ing. Javier Bacilio
VOLKSWAGEN 17200 M
ING. AUTOMOTRIZ
Durante el patinaje del vehículo, la velocidad de desplazamiento es relativamente pequeña. Por lo tanto, se puede asumir: P = 0 Para nuestro estudio, consideramos: m2 = 1.1 Reemplazando los valores, obtenemos:
G2 G Para carga completa y carga en vacío, tenemos: D x
D100 Donde: Ga G2 Go G2o
: : : :
Ga2 Go2 , D 0 Ga Go
Peso bruto vehicular =25000 Kgf. Carga máxima sobre el eje trasero traccional = 12000 Kgf. Peso en vacío del vehículo = 15000 Kgf. Carga en vacío sobre el eje trasero = 7200 Kgf.
Escala para D100:
b100
Ga2 a100 Ga
... (28a)
Escala para D0:
Go2 a0 ... (28b) Go 5.7. Balance de Potencia del Vehículo Automotor Potencia Traccional Disponible La potencia fraccional disponible es aquella que el vehículo es capaz de desarrollar, asociada con la fuerza de tracción bruta, y se define por medio de la siguiente expresión: Tenemos: b0
NT
PT V 3600
Donde: NT : Potencia traccional disponible del vehículo automotor, en Kw. PT : Fuerza traccional disponible del vehículo automotor, en N. V : Velocidad de desplazamiento del vehículo automotor, en km/h. Potencia Traccional Requerida Se define: N R N N N j
Donde:
ING. Mecánica
Ing. Javier Bacilio
VOLKSWAGEN 17200 M
ING. AUTOMOTRIZ
Nψ: Potencia empleada en vencer la resistencia total del camino en Kw. Nω: Potencia empleada en vencer la resistencia del aire en Kw. Nj: potencia empleada en vencer la resistencia a la aceleración. Condición de marcha estable: Nj = 0 Entonces: N R N N N
Además: Nψ
Pψ V 3600
V es la velocidad relativa del vehículo con respecto al viento en m/s. N ω K F Va3
Análisis del Balance de Potencia del Vehículo Automotor.5.8.- Aceleración del Vehículo Automotor Considerando la definición de factor dinámico, la aceleración que ocurre en cada punto del recorrido para cada marcha queda definida por: j
Donde: j g D
g D ψ , δ rot 1,04 0,05 Uc.v2 δ rot
:Aceleración del vehículo automotor, en m/s2. :Aceleración de la gravedad = 9,81 m/s2 : Factor dinámico del vehículo automotor.
: Coeficiente de resistencia total del camino. (Asumimos que: fr = 0.02) rot
:Factor que considera las masas en rotación.
Uc.v :Relación de transmisión de la caja de velocidades. Para el cálculo de las ecuaciones anteriores vemos que para cada marcha y para cada valor de las aceleraciones existirá una curva de aceleraciones, por lo tanto tomaremos los cálculos para un valor de la pendiente de cero. i = 0% 5.9. Tiempo y Distancia de Aceleración del Vehículo Automotor Tiempo de aceleración El tiempo de aceleración está definido como el tiempo total que toma el vehículo en pasar de una velocidad inicial a una final. Trabajando con valores puntuales tomados de las ecuaciones anteriores, aplicaremos la notación diferencial en términos de aceleración media:
ING. Mecánica
Ing. Javier Bacilio
VOLKSWAGEN 17200 M
ING. AUTOMOTRIZ
tn
Vi 1 Vi 3,6 jm
Donde: jm: aceleración media en un intérvalo en m/s2 Y se define:
jm
ji 1 ji 2
tn: Intérvalo de tiempo en s. Vi+1: Velocidad en el instante i+1, en Km/h. Vi: Velocidad en el instante i, en Km/h. El tiempo total será la sumatoria de todos los intérvalos de tiempo según la ecuación: i n V V t ac t ni i 1 i 0 3,6 jm
Distancias de aceleración Se define distancia de aceleración como el espacio recorrido por el vehículo de una velocidad inicial, hasta una final.
sn
Vm t n 3,6
Donde: Sn: Espacio recorrido por el vehículo en un intervalo de tiempo, en m. Vm: Velocidad media en el intervalo de tiempo tn, en km/h. Entonces la distancia total recorrida por el vehículo para pasar de una velocidad inicial a otra es: i n V Vi 1 V t sac sni m n , donde Vm i 2 0 3,6 5.10. Consumo Económico de Combustible en el Camino Como índice fundamental de la economía de combustible de un automóvil, se considera la cantidad de combustible en litros que consume cada 100 km de recorrido en movimiento uniforme, bajo determinadas condiciones de camino. Tenemos:
Qs
g e N ψ ω 3600 ρ c ηtr V
, ge = kgw.kUN.gN
n N , k UN f e k gw f N nN max
Donde: Qs ING. Mecánica
: Consumo de combustible, en lt/100km.
Ing. Javier Bacilio
VOLKSWAGEN 17200 M
ING. AUTOMOTRIZ
N
: Potencia traccional requerida, en Kw.
c
: Densidad del combustible = 0.731 Kg/lt
tr
: Rendimiento de la transmisión = 0.90
ge : Consumo especifico de combustible correspondiente al régimen dado de funcionamiento del motor, en gr/Kw.h. gN : Consumo de combustible efectivo del motor en el régimen de máxima potencia.;Lo se calculará para cada motor. kgw : Coeficiente que considera la dependencia del consumo específico de combustible en función de la velocidad de giro del cigüeñal. kUN : Coeficiente que considera la dependencia del consumo específico de combustible en función del grado de utilización de la potencia. La característica económica del consumo de combustible, es la gráfica de la función: Qs = f(Va,) Las curvas características de consumo de combustible, las evaluaremos para 3 condiciones de camino en 8° marcha: a) 1 = fr b) ψ 2
f 0,8 ψ máx 2
c) ψ3 0,8 ψmáx VI.- DESARROLLO DE CÁLCULOS Y ANÁLISIS PARA EL REPOTENCIAMIENTO 6.1. Estudio de la unidad vehicular con su motor original DSC12 02 360 Peso Bruto Vehicular, kg (N):
25000(245250)
Carga Máxima Eje Delantero(AMA 860), kg (N):
7500(73575)
Carga Máxima Eje Trasero (ADA 1300-Traccional) , kg (N):
12000(117720)
Carga Máxima Eje Trasero (ASA 701- Boggie), kg (N):
5500(53955)
Peso Seco Vehicular, kg (N):
15000(147150)
Carga En Vacío Eje Delantero(AMA 860), kg (N):
4500(44145)
Carga En Vacío Eje Trasero (ADA 1300-Traccional) , kg (N):
7200(70632)
Carga En Vacío Eje Trasero (ASA 701- Boggie), kg (N):
3300(32373)
Motor Cilindrada
ING. Mecánica
DSC12 02 360 11,7 litros
Ing. Javier Bacilio
VOLKSWAGEN 17200 M
ING. AUTOMOTRIZ
Cilindros
6 en línea
Culatas
6
Válvulas por cilindro
4
Diámetro x carrera
127x154 mm
Relación de compresión
18:1
Control de inyección de combustible
Mecánico
Potencia máxima, CV (HP) @ rpm
360 (355.07) @ [ 1600-1900]
Par máximo, Nm @ rpm
1665 @ [1300-1500]
Freno motor máx. Kw @ rpm
230 @ 2300
Cons. mín. de comb. en la franja verde
189 g/kWh
Capacidad de aceite
30 litros
Dirección de Salida del Turbo de Escape- Trasero (S) Prefiltro de Aire (O) Limitador de velocidad (100 Km/h) (O) Limitador de Velocidad (150 Km/h) (O) Acelerador Manual (O) Filtro de Seguridad (S) Referencias:
S = Serie
O = Opcional
6.1.1. Cálculo del Radio de Rodadura Empleamos la ecuación empírica siguiente:
rr 0,0127 d pulg 0,00085 Bmm Considerando, el neumático trasero:11.00 R 22.5, obtenemos: Donde: d: 22.5 pulg ; B: 279.4 mm Luego rr = 0.5232 m 6.1.2. Cálculo de las Curvas Características Externas de Velocidad Para las ecuaciones: n N e N N a n N
2
n n b c n N nN
3
2 n n c , M e M N a b nN n N
Con:
ING. Mecánica
Ing. Javier Bacilio
VOLKSWAGEN 17200 M
a 1
ING. AUTOMOTRIZ
M r k n 2 k n 100 k n 12
b 2
kn Mr 100 k n 12
M k c r n 100 k n 1
2
n M e max M N M 3 104 N e max 100 ; k n N ; k M e m ax ; M N nM MN MN π nN
Y M r Donde:
NN
: 160 KW
Memax : 888Nm. nN : De la ficha técnica del motor tenemos para los cálculos 2400 rpm. nM : De la ficha técnica del motor se tiene para los cálculos 1700 rpm. Efectuando los cálculos: (De la tabla 1) M N 694.494 Nm ; M r 27.853 %
k n 1.571 ; k M 1.279
b 2.681
a 0.426
c 2.106
Luego aplicamos los valores encontrados a la ec. De Leiderman y luego Tabulamos (Tabla 2):
Donde : ne [rpm], Me[Nm], Ne[Kw]
3. Cronograma del Cambio de Velocidades Aplicamos la ecuación de la velocidad de desplazamiento del vehículo automotor: Va 0,377
rr n e ; U c.v U c.a U p.m
Donde: rr : 0.5232 m Uc.v: Relación de transmisión de la caja de velocidades Up.m: Relación de transmisión del puente motriz = 4.10 De los datos anteriores y reemplazando en la ecuación tenemos:
Va 0.0481 Une
cv
Teniendo en cuenta las Relaciones de Transmisión: 1º 2º 3º 4º 5º ING. Mecánica
Marcha: Marcha: Marcha: Marcha: Marcha:
9.01:1 5.27:1 3.22:1 2.04:1 1.36:1 Ing. Javier Bacilio
VOLKSWAGEN 17200 M
ING. AUTOMOTRIZ
6º Marcha: 1.00:1 Marcha atrás: 8.63:1 Tracción 4x2 Y la relación de Transmisión del Puente Motriz (Up.m=4.10:1) Luego Tabulumos y graficamos: (Tabla 3)
CRONOGRAMA DE CAMBIO DE VELOCIDADES Tabulamos y graficamos: (Tabla3.1) Marcha 6 5 4 3 2 1
Ucv 1.00 1.36 2.04 3.22 5.27 9.01
ING. Mecánica
Vmax 103.822 76.340 50.893 32.243 19.701 11.523
Vmin 43.259 31.808 21.205 13.434 8.209 4.801
Ptmax 4706.422 6400.734 9601.101 15154.679 24802.844 42404.862
Ing. Javier Bacilio
VOLKSWAGEN 17200 M
ING. AUTOMOTRIZ
4. Estudio de la marginalidad de la caja de velocidades m 1
cv n N nM .100 U cv U .100 m 1 nM U m
Para que no exista marginalidad, se debe cumplir:
cv
Para lo cual utilizaremos el valor mínimo según catalogo es de nM=1400 rpm y el valor máximo de nN=2200 rpm, con el objetivo de ser más precisos al evaluar la marginalidad. Luego tenemos: n N nM x100 57 .14 % nM
U CV 1 =9.01 U CV 2 =5.27 U CV 3 =3.22 U CV 4 = U CV 1 U CV 2 X 100 70.97% U CV 2 U CV 2 U CV 3 X 100 63.70% U CV 3 U CV 3 U CV 4 X 100 57.84% U CV 4 U CV 4 U CV 5 X 100 50.00% U CV 5 U CV 5 U CV 6 X 100 36.00% U CV 6
Por lo tanto haciendo el análisis de marginalidad determinamos: 1º 2º 3º 4º 5º 6º
Marcha: Marcha: Marcha: Marcha: Marcha: Marcha:
70.97 63.70 57.80 50.00 36.00 -
NO MARGINAL NO MARGINAL NO MARGINAL NO MARGINAL NO MARGINAL NO MARGINAL
La caja de velocidades no presenta marginalidad.
ING. Mecánica
Ing. Javier Bacilio
VOLKSWAGEN 17200 M
ING. AUTOMOTRIZ
5. Balance Traccional del Vehículo Automotor 5.1. Fuerza Traccional Disponible Tenemos:
PT
M e U tr η tr ; U tr U c.v U c.a U p.m rr
M e =888 Nm rr =0.5232m PT = 888x4.1x0.9/0.5232=6262.844 N
U tr 1x1x 4.1 Donde: tr :
Rendimiento de la transmisión = 0,90
Luego graficamos:
DIAGRAMA DE FUERZAS TRACCIONALES Luego Tabulamos:
n[rpm],PT[N] TABLA 04 5.2. Fuerza Traccional Requerida Vamos a calcular:
PT P P Pj Condición de marcha estable: Pj = 0
ING. Mecánica
Ing. Javier Bacilio
VOLKSWAGEN 17200 M
ING. AUTOMOTRIZ
Entonces: PT P P P Además:
P Ga ; f cos sen , i tan
y Pω K F V 2
P Ga f cos sen KF Va 2 Donde: fr : Coeficiente de resistencia a la rodadura =0.020 i : Pendiente del camino. K: Coeficiente de resistencia del aire = 0,65 N.s2.m-4. F: Área frontal del vehículo automotor =6.430 m2. Luego tenemos:
P Ga f cos sen KF Va 2 V: Velocidad de desplazamiento del vehículo automotor, en km/h. Para : 1 0
2
5
180
3
10
180
4
15
180
5
20
180
DIAGRAMA DE FUERZAS DE RESISTENCIAS EXTERNAS 5.3. Análisis del Balance Traccional del Vehículo Automotor Este análisis lo realizamos en función de los resultados correspondientes a la superposición de las curvas PT(V) y P(V), según la Gráfica y teniendo presente los rangos de velocidades para cada marcha del vehículo.
FUERZAS TRACCIONAL Y FUERZA REQUERIDA 5.3.1.- Velocidad Máxima La velocidad máxima en marcha estable corresponde en octava marcha, podemos considerarla como la máxima velocidad que toma el vehículo venciendo a las resistencias externas en las condiciones de carretera con pendiente cero y es 108 Km/h. 5.3.2.- Máxima resistencia Total del Camino La máxima resistencia total del camino que puede ser vencida por el vehículo automotor se da en la primera marcha y según grafica anterior será de máxI 0.3576 5.3.3.- Análisis del Patinaje
ING. Mecánica
Ing. Javier Bacilio
VOLKSWAGEN 17200 M
ING. AUTOMOTRIZ
De la 1° Condición de Marcha del Vehículo: PT P Además: P m 2 G 2 Donde: P
:
Fuerza de adherencia, en N.
:
Coeficiente de adherencia.
Ga2 : Carga máxima del eje trasero (=117720N) Go2 : Carga en vacío del eje trasero (=70632N) m2 : Coeficiente de redistribución de la carga (=1.1) Para lo cual tabulamos: Terreno Hormigón Hormigón Asfaltado Suelo Aplanado Nieve aplanada
Característica Seco Mojado Seco Mojado Seco Mojado Seco Mojado
P (Carga Máxima), N
P (Carga en Vacío), N
0.75 0.55 0.65 0.35 0.55 0.25 0.25 0.15
97119 71220.6 84169.8 45322.2 71220.6 32373 32373 19423.8
60699.375 44512.875 52606.125 28326.375 44512.875 20233.125 20233.125 12139.875
4.- Análisis de las Pendientes A partir de este análisis, es posible determinar, en qué marchas puede ir el bus SCANIA K124 IB /6x2 NB para vencer pendientes de diferentes valores. Para lo cual tabulamos, para el punto de max, torque n=1400rpm: PT[N], Va[Km/h], P N , m ax º . 5.4. Característica Universal o Pasaporte Dinámico del Vehículo Automotor Factor Dinámico Está definido por: D
PT P Ga : Ga
Peso bruto vehicular = 245250 N.
Tabulamos: Graficamos: Característica Universal o Pasaporte Dinámico 5.5. Construcción del Nomograma de Carga
ING. Mecánica
Ing. Javier Bacilio
VOLKSWAGEN 17200 M
ING. AUTOMOTRIZ
Ga D100 Gx Ga : Peso bruto vehicular (= 25000 kgf). Estableciendo las condiciones dinámicas para el vehículo completamente descargado, tenemos: Ga D0 D100 Go Go: Peso seco del vehículo automotor (=15000 kgf). Escala para % carga: 1 unidad metrica ... 1% carga Escala para D100: D100 = 0,1 Kgf / Kgf ... a100 = 40 unid. Go a100 a = 24 unid. Escala para D0: a0 Ga Dx
CARACTERÍSTICA DINÁMICA SEGÚN CARGA 5.6. Construcción de la Característica Universal o Pasaporte Dinámico En el estado límite de la 1° Condición de Marcha, tenemos: PT P Entonces:
D x
P P
... (26)
G
Donde: Dx :
Factor dinámico por adherencia con carga parcial.
P
:
Fuerza de adherencia, en kgf.
P
:
Fuerza de resistencia del aire, en kgf.
G : Carga máxima vehicular, en kgf. Durante el patinaje del vehículo, la velocidad de desplazamiento es relativamente pequeña. Por lo tanto, se puede asumir: P = 0 Para nuestro estudio, consideramos: m2 = 1.1 Reemplazando los valores, obtenemos:
G2 G Para carga completa y carga en vacío, tenemos: D x
D100
ING. Mecánica
Ga2 Go2 , D 0 Ga Go
Ing. Javier Bacilio
VOLKSWAGEN 17200 M Donde: Ga G2 Go G2o
: : : :
ING. AUTOMOTRIZ
Peso bruto vehicular =25000 Kgf. Carga máxima sobre el eje trasero traccional = 12000 Kgf. Peso en vacío del vehículo = 15000 Kgf. Carga en vacío sobre el eje trasero = 7200 Kgf.
Escala para D100:
Ga2 a100 Ga
b100
... (28a)
b = 19.2 mm Escala para D0:
b0
Go2 a0 Go
... (28b)
b = 12 mm
CARACTERÍTICA DINÁMICA - CARACTERISTICA UNIVERSAL CON NOMOGRAMA DE CARGA “DIAGRAMA DE CONTROL DE PATINAJE” 5.7. Balance de Potencia del Vehículo Automotor Potencia Traccional Disponible Tenemos: N T PT V , Kw 36000
Tabulamos:
Graficamos: DIAGRAMA DE POTENCIA DISPONIBLE Potencia Traccional Requerida Se define: N R N N N j
Condición de marcha estable: Nj = 0
Pψ Ga ( f cos sin )
Entonces:
ING. Mecánica
Ing. Javier Bacilio
VOLKSWAGEN 17200 M
ING. AUTOMOTRIZ
N R N N N , N ψ
Pψ V 3600
, N ω K F V
3
a
DIAGRAMA DE POTENCIAS REQUERIDAS N[Kw], V[Km/h]
Análisis del Balance de Potencia del Vehículo Automotor.a) Las potencias tienen los mismos valores en cualquiera de sus marchas, a las mismas velocidades de rotación, pero a diferentes velocidades de desplazamiento. b) La aplicación de la marcha adecuada depende de la pendiente que se desea vencer, por lo que se demuestra que a mayores pendientes la potencia disponible sacrifica velocidad por fuerza traccional. c) La potencia máxima disponible en las ruedas motrices en nuestro vehículo es 238.14 Kw, y la máxima potencia desarrollada por nuestro motor es 264.6 Kw. Esta diferencia se debe a las pérdidas en la transmisión que son consideradas por el rendimiento de la transmisión, tr = 0,90. DIAGRAMA DE BALANCE DE POTENCIAS 5.8.- Aceleración del Vehículo Automotor j
g 2 D ψ , δrot 1,04 0,04 Uc.v δ rot
Donde: g
:
Aceleración de la gravedad = 9,8 m/s2
:
(Asumimos que: fr = 0.02)
Tomaremos los cálculos para un valor de la pendiente de cero. i = 0%
Tabulamos:
Graficamos:
ING. Mecánica
Ing. Javier Bacilio
VOLKSWAGEN 17200 M
ING. AUTOMOTRIZ
ACELERACIÓN DEL VEHÍCULO [m/s2] 5.9. Tiempo y Distancia de Aceleración del Vehículo Automotor V Vi Tiempo de aceleración t n i 1 3,6 jm Donde: jm: aceleración media en un intérvalo en m/s2 i n V V j j Y se define: jm i 1 i , t ac t ni i 1 i 2 0 3,6 jm Intervalo V (Km/h) Vmedia(Km/h) ji(m/s2) jm(m/s2) Tiempo(s) 6.463 6.7865 0.614 0.644 0.2791 7.11 7.433 0.674 0.6955 0.258 7.756 8.079 0.717 0.73 0.2458 8.402 8.7255 0.743 0.7475 0.2404 9.049 9.372 0.752 0.7475 0.2401 9.695 10.019 0.743 0.73 0.2462 10.342 10.665 0.717 0.6955 0.258 10.988 11.311 0.674 0.6435 0.2789 11.634 11.958 0.613 0.5745 0.3128 12.281 12.691 0.536 0.5205 0.4376 13.101 13.569 0.505 0.502 0.5179 14.037 14.505 0.499 0.49 0.53 14.972 15.44 0.481 0.466 0.5579 15.908 16.376 0.451 0.43 0.6047 16.844 17.312 0.409 0.3825 0.6797 17.78 18.348 0.356 0.357 0.8831 18.915 19.546 0.358 0.3515 0.9965 20.176 20.807 0.345 0.334 1.0487 21.437 22.068 0.323 0.3075 1.1391 22.698 23.329 0.292 0.272 1.2878 23.959 24.596 0.252 0.259 1.3664 25.233 26.022 0.266 0.257 1.7045 26.81 27.599 0.248 0.2355 1.8601 28.387 29.176 0.223 0.207 2.1176
ING. Mecánica
Tiempo acumulado(s) 0.279 0.537 0.783 1.023 1.263 1.510 1.768 2.046 2.359 2.797 3.315 3.845 4.403 5.007 5.687 6.570 7.567 8.616 9.755 11.042 12.409 14.113 15.973 18.091
Ing. Javier Bacilio
VOLKSWAGEN 17200 M 29.965 31.509 33.933 36.357 38.781 41.204 43.628 46.052 49.284 52.804 56.324 59.845 63.365 66.885 70.969 75.7 80.431 85.162 89.894 94.625 100.54 106.45 112.37
30.737 32.721 35.145 37.569 39.993 42.416 44.84 47.668 51.044 54.564 58.085 61.605 65.125 68.927 73.335 78.066 82.797 87.528 92.26 97.582 103.5 109.41
ING. AUTOMOTRIZ
0.191 0.163 0.165 0.163 0.155 0.143 0.127 0.106 0.097 0.094 0.089 0.08 0.068 0.053 0.052 0.047 0.04 0.03 0.018 0.02 0.013 3.70E-03 -7.49E-03
0.177 0.164 0.164 0.159 0.149 0.135 0.1165 0.1015 0.0955 0.0915 0.0845 0.074 0.0605 0.0525 0.0495 0.0435 0.035 0.024 0.019 0.0165 0.0083 -0.002
2.4231 4.1057 4.1057 4.2348 4.5172 4.9877 5.7797 8.8451 10.239 10.686 11.575 13.213 16.162 21.608 26.549 30.211 37.548 54.769 69.167 99.562 196.75
20.514 24.620 28.725 32.960 37.477 42.465 48.245 57.090 67.328 78.014 89.589 102.802 118.964 140.572 167.121 197.332 234.880 289.648 358.815 458.377 655.129
Distancias de aceleración
sn
Vm t n 3,6
i n V t V V sac sni m n , donde Vm i i1 ) 2 0 3,6
V (Km/h)
Vmedia(Km/h)
6.463 7.11 7.756 8.402 9.049 9.695 10.342 10.988 11.634 12.281 13.101 14.037
6.7865 7.433 8.079 8.7255 9.372 10.019 10.665 11.311 11.958 12.691 13.569 14.505
ING. Mecánica
Intervalo Tiempo acumulado(s) Distanciarecorroda Tiempo(s) 0.2791 0.279 0.5261 0.258 0.537 1.0588 0.2458 0.783 1.6105 0.2404 1.023 2.1932 0.2401 1.263 2.8182 0.2462 1.510 3.5033 0.258 1.768 4.2676 0.2789 2.046 5.1438 0.3128 2.359 6.1829 0.4376 2.797 7.7256 0.5179 3.315 9.6777 0.53 3.845 11.8133
Ing. Javier Bacilio
VOLKSWAGEN 17200 M 14.972 15.908 16.844 17.78 18.915 20.176 21.437 22.698 23.959 25.233 26.81 28.387 29.965 31.509 33.933 36.357 38.781 41.204 43.628 46.052 49.284 52.804 56.324 59.845 63.365 66.885 70.969 75.7 80.431 85.162 89.894 94.625 100.54 106.45 112.37
15.44 16.376 17.312 18.348 19.546 20.807 22.068 23.329 24.596 26.022 27.599 29.176 30.737 32.721 35.145 37.569 39.993 42.416 44.84 47.668 51.044 54.564 58.085 61.605 65.125 68.927 73.335 78.066 82.797 87.528 92.26 97.582 103.5 109.41
ING. AUTOMOTRIZ
0.5579 0.6047 0.6797 0.8831 0.9965 1.0487 1.1391 1.2878 1.3664 1.7045 1.8601 2.1176 2.4231 4.1057 4.1057 4.2348 4.5172 4.9877 5.7797 8.8451 10.239 10.686 11.575 13.213 16.162 21.608 26.549 30.211 37.548 54.769 69.167 99.562 196.75
4.403 5.007 5.687 6.570 7.567 8.616 9.755 11.042 12.409 14.113 15.973 18.091 20.514 24.620 28.725 32.960 37.477 42.465 48.245 57.090 67.328 78.014 89.589 102.802 118.964 140.572 167.121 197.332 234.880 289.648 358.815 458.377 655.129
14.2063 16.9567 20.2255 24.7264 30.1369 36.1981 43.1807 51.5258 60.8611 73.1815 87.4416 104.6032 125.2917 162.6090 202.6908 246.8845 297.0657 355.8313 427.8205 544.9395 690.1102 852.0758 1038.8275 1264.9386 1557.3067 1971.0308 2511.8487 3166.9642 4030.5229 5362.1282 7134.7065 9833.4530 15489.8439
5.10. Estudio del consumo de combustible
ING. Mecánica
Ing. Javier Bacilio
VOLKSWAGEN 17200 M
ING. AUTOMOTRIZ
Considerando la cantidad de combustible en litros que se consume en 100 Km de recorrido en movimiento estabilizado, bajo las condiciones del camino como un índice fundamental de la economía del vehículo, tenemos: g .(G . P ) Qs e a 36000 . tr . . c g e g e ( N ) .K ´.K ¨
Donde:
Q s : Consumo de combustible, [lt/100Km]. Ga : Peso bruto vehicular, 245250N
: Coeficiente total de resistencia del camino P : Fuerza de resistencia del aire g e : Consumo específico de combustible correspondiente al regimen dado de funcionamiento del motor, en gr/Kwh
c : Densidad del combustible, para nosotros será =0.731Kg/lt. tr . : Rendimiento de la transmisión =0.90 g e ( N ) : Consumo de combustible efectivo del motor en el réginen nominal.
Para el motor Scania: 198.68 gr/Kwh
K´, K ¨: Coeficientes que tienen en cuenta respectivamente la variación de g e en función de la frecuencia de rotación del motor y el grado de su carga. Para determinar los valores de estos coeficientes he encontrado una ecuación cuya grafica se asemeje a las presentadas en la Fig. 65 Pagina 181 de la bibliografía : D. A. Chudakov. “FUNDAMENTOS DE LA TEORÍA Y EL CALCULO DE TRACTORES Y AUTOMÓVILES”. Ed. MIR. Moscú 1977. n Tenemos: K ` 0.64702 nN
2
n 0.89126 nN
1.26776
Para motores Diesel: 4
3
2
Ne Ne Ne Ne 14.322 12.239 5.364 1.937 K´´ 6.510 N e max N e max N e max N e max
Con las ecuaciones presentadas, tabulamos el consumo de combustible para diferentes regímenes: Para:
Ne =0.5, 0.6, 0.7, 0.8, 0.9, 1 N e m ax
ING. Mecánica
Ing. Javier Bacilio
VOLKSWAGEN 17200 M
ING. AUTOMOTRIZ
Consumo Específico de Combustible [gr/kwh]
Relaciones de Carga
Relaciones de Frecuencias de Giro
0.5
0.6
0.7
1.015
100.83
121.00
141.16
0.984
97.75
117.30
136.85
0.966
95.96
115.15
134.35
0.961
95.47
114.56
133.65
0.969
96.26
115.51
134.76
0.990
98.35
118.02
137.69
1.024
101.72
122.07
142.41
0.8
0.9
161.3 3 156.4 0 153.5 4 152.7 5 154.0 2 157.3 5 162.7 6
181.4 9 175.9 5 172.7 3 171.8 4 173.2 7 177.0 2 183.1 0
1 201.66 195.50 191.92 190.93 192.52 196.69 203.45
La característica económica del consumo de combustible, es la gráfica de la función: Qs f (Va , )
g e .(Ga . KFVa ) , para el un régimen estabilizado del vehículo 36000tr . c 2
Con el criterio de que el vehículo estudiado cubre la mayor parte de su trabajo en carretera en marcha alta, hacemos el estudio del consumo de combustible para su octava marcha y para las sigtes, condiciones de carretera y para plena carga. 1) 1 f r 0.02 2) 2
f r 0.8 Vm ax 2
, m ax 0.034 2 0.0236
3) 3 0.8 Vm ax 3 0.0272 Consumo De Combustible Para La Marcha En Directa Y En Diferentes Valores De Resistencia Total Del Camino
n, rpm 1000 1100 1200 1300 1400
x, [Ne/Ne´] 0.571 0.629 0.686 0.743 0.800
K´ 0.970 0.963 0.961 0.963 0.969
ING. Mecánica
V, [KM/h] g e , gr / Kw h 59.140 65.055 70.969 76.883 82.797
192.668 191.364 190.900 191.275 192.490
P ,[N]
4905.000
P [N]
0.02 0.0236 0.0272
797.655 965.192 1148.655 1348.072 1563.441
46.390 47.430 48.793 50.500 52.571
5787.900
53.572 54.563 55.910 57.630 59.747
Ing. Javier Bacilio
6670.800
60.754 61.697 63.026 64.760 66.922
VOLKSWAGEN 17200 M 1500 1600 1700 1800 1900
0.857 0.914 0.971 1.029 1.086
0.979 0.994 1.013 1.036 1.063
88.711 94.625 100.539 106.453 112.367
ING. AUTOMOTRIZ
194.544 197.438 201.171 205.744 211.157
1794.764 2042.040 2305.269 2584.451 2879.586
55.032 57.912 61.243 65.060 69.403
62.284 65.272 68.742 72.730
VI. SELECCIÓN DEL MOTOR PARA EL REPONTENCIAMIENTO DE LA UNIDAD Para la selección del motor ideal en el repontenciamiento de la unidad vehicular motivo de este proyecto, se deben tomar en consideración los siguientes parámetros: a) Puesto que la caja de velocidades no va a ser modificada; del cronograma de cambio de velocidades, se debe verificar, que el motor debe cumplir la condición de que la velocidad de rotación a la que desciende de una marcha a otra debe ser mayor que la velocidad de rotación que corresponde a la de su torque máximo, de acuerdo con este criterio: o Motor Cummins ISC 315 @ nM = 1450 rpm o Mercedes MB OM-457 LA @ nM = 1100 rpm o Volvo VD12C 345 @ nM = 1100 rpm b) La suavidad de la marcha durante el cambio de velocidades, se evalúa mediante el coeficiente de adaptabilidad por frecuencia de giro del motor, la cual debe ser lo mas elevada posible; de acuerdo con este criterio: o Motor Cummins ISC 315 KN = 1,379 o Mercedes MB OM-457 LA KN = 1,727 o Volvo VD12C 345 KN = 1,545 c) La adaptación del motor a regímenes de carga variable, se evalúa mediante el coeficiente de adaptabilidad por torque del motor, deacuerdo con este concepto: o Motor Cummins ISC 315 KM = 1,204 o Mercedes MB OM-457 LA KM = 1,239 o Motor Cummins 6CTAA KM = 1,36 d) El aumento del par motor a medida que disminuye la frecuencia de rotación durante la sobrecargas se mide por medio del coeficiente de reserva del torque, puesto que cuanto mayor es este valor, eleva la adaptación del motor al trabajo, en régimen de carga variable. De acuerdo con este criterio: o Motor Cummins ISC 315 Mr = 20.4 % o Mercedes MB OM-457 LA Mr = 23.9 % o Volvo VD12C 345 Mr = 36.0 %
ING. Mecánica
Ing. Javier Bacilio
69.536 72.632 76.241
VOLKSWAGEN 17200 M
ING. AUTOMOTRIZ
e) El consumo de combustible mínimo o Motor Cummins ISC 315 o Mercedes MB OM-457 LA o Volvo VD12C 345
160 gr/Kw-h 165 gr/Kw-h 180 gr/Kw-h
Bajo estas condiciones anteriormente descritas, consideramos que el motor mas adecuado para realizar el repotenciamiento vehicular debido a su buena capacidad de adaptación a las variaciones de carga y su buen desenvolvimiento durante los cambios de marcha es el motor Mercedes MB OM-457 LA. VII. DESARROLLO DE CÁLCULOS Y ANÁLISIS PARA EL MOTOR USADO EN EL REPOTENCIMIENTO MERCEDES MB OM-457 LA 7.1. Estudio de la unidad vehicular con un motor alternativo Mercedes MB OM-457 LA Motor Desplazamiento del motor Número de Cilindros Control de inyección de combustible Potencia máxima, CV (HP) @ rpm Par máximo, Nm @ rpm Cons. Específico de combustible, g/kWh@rpm
Mercedes MB OM-457 LA, Euro II 11.967 litros 6 cilindros verticales en línea, turboalimentado / post enfriado Electrónico 360 (355.07) @ [1900] 1650 @ [1100] 165 g/kWh @ 1100 rpm
7.2. Cálculo de las Curvas Características Externas de Velocidad Para las ecuaciones: n N e N N a n N
Con: a 1
2
n n b c nN nN
M r k n 2 k n 100 k n 12
b 2
3
2 n n , c M e M N a b nN n N
kn Mr 100 k n 12
M k c r n 100 k n 1
2
n M e max M N M 3 104 N e max 100 ; k n N ; k M e m ax ; M N nM MN MN π nN
Y M r Donde:
NN
: 360x0.735=264.6 kW
Memax : 1650 Nm. nN : 1900 rpm. nM : 1100 rpm. Efectuando los cálculos: M N 1329.865 Nm ; M r 24.073 %
ING. Mecánica
Ing. Javier Bacilio
VOLKSWAGEN 17200 M
ING. AUTOMOTRIZ
k n 1.727 ; k M 1.241 a 0.786
b 1.572
c 1.358
Luego aplicamos los valores encontrados a la Ec. De Leiderman y graficamos:
Luego Tabulamos: Donde : ne [rpm], Me[Nm], Ne[Kw] 7.3. Cronograma del Cambio de Velocidades Aplicamos la ecuación de la velocidad de desplazamiento del vehículo automotor: Va 0,377
rr n e ; U c.v U c.a U p.m
Donde: rr : 0.5365 m Uc.v: Relación de transmisión de la caja de velocidades Uc.a: Relación de transmisión de la caja auxiliar = 1 Up.m: Relación de transmisión del puente motriz = 3.42 De los datos anteriores y reemplazando en la ecuación tenemos:
Va 0.06588 Une
cv
Teniendo en cuenta las Relaciones de Transmisión: 1º Marcha: 9.15:1 2º Marcha: 6.32:1 3º Marcha: 4.69:1 4º Marcha: 3.75:1 5º Marcha: 2.44:1 6º Marcha: 1,68:1 7º Marcha: 1,25:1 8° Marcha: 1:1 Marcha atrás: 8,21:1 Y la relación de Transmisión del Puente Motriz (Up.m=3.42:1); y que se tiene caja auxiliar Uca:1. ING. Mecánica
Ing. Javier Bacilio
VOLKSWAGEN 17200 M
ING. AUTOMOTRIZ
Luego graficamos:
CRONOGRAMA DE CAMBIO DE VELOCIDADES Luego Tabulamos: ne[rpm], Va[Km/h] 7.4. Estudio de la marginalidad de la caja de velocidades m 1
cv n N nM .100 U cv U .100 m 1 nM U m
Para que no exista marginalidad, se debe cumplir:
cv
Para lo cual utilizaremos el valor mínimo de nM=1300 rpm y el valor máximo de nN=1900 rpm, con el objetivo de ser más precisos al evaluar la marginalidad. Luego tenemos:
UcvI UcvII UcvII
44.778%
UcvIV UcvV UcvV
53.689%
UcvVII UcvVIII UcvVIII
UcvII UcvIII UcvIII UcvV UcvVI UcvVI
34.755%
45.238%
UcvIII UcvIV UcvIV UcvVI UcvVII UcvVII
25.067%
34.4%
25%
Por lo tanto haciendo el análisis de marginalidad determinamos: 1º 2º 3º 4º 5º 6º 7º
ING. Mecánica
Marcha: Marcha: Marcha: Marcha: Marcha: Marcha: Marcha:
44.77848101 34.75479744 25.06666667 53.68852459 45.23809524 34.4 25
NO MARGINAL NO MARGINAL NO MARGINAL NO MARGINAL NO MARGINAL NO MARGINAL NO MARGINAL
Ing. Javier Bacilio
VOLKSWAGEN 17200 M
ING. AUTOMOTRIZ
8° Marcha:
-
NO MARGINAL
7.5. Balance Traccional del Vehículo Automotor 5.1. Fuerza Traccional Disponible Tenemos: M U η PT e tr tr ; U tr U c.v U c.a U p.m rr Donde: tr :
Rendimiento de la transmisión = 0,90
Luego graficamos:
DIAGRAMA DE FUERZAS TRACCIONALES Luego Tabulamos: n[rpm],PT[N] 5.2. Fuerza Traccional Requerida Vamos a calcular:
PT P P Pj Condición de marcha estable: Pj = 0 Entonces: PT P P P Además:
P Ga ; f cos sen , i tan
y Pω K F V 2
P Ga f cos sen KF Va 2 Donde: fr : Coeficiente de resistencia a la rodadura =0.020 i : Pendiente del camino.
ING. Mecánica
Ing. Javier Bacilio
VOLKSWAGEN 17200 M
ING. AUTOMOTRIZ
K: Coeficiente de resistencia del aire = 0,4 N.s2.m-4. F: Área frontal del vehículo automotor = 10.556 m2. Luego tenemos:
P Ga f cos sen KF Va 2 V: Velocidad de desplazamiento del vehículo automotor, en km/h. Para : 1 0
2
5
180
3
10
180
4
15
180
5
20
180
DIAGRAMA DE FUERZAS DE RESISTENCIAS EXTERNAS
5.3. Análisis del Balance Traccional del Vehículo Automotor Este análisis lo realizamos en función de los resultados correspondientes a la superposición de las curvas PT(V) y P(V), según la Gráfica y teniendo presente los rangos de velocidades para cada marcha del vehículo.
FUERZAS TRACCIONAL Y FUERZA REQUERIDA 5.3.1.- Velocidad Máxima La velocidad máxima en marcha estable corresponde en octava marcha, podemos considerarla como la máxima velocidad que toma el vehículo venciendo a las resistencias externas en las condiciones de carretera con pendiente cero y es 111 Km/h. 5.3.2.- Máxima resistencia Total del Camino La máxima resistencia total del camino que puede ser vencida por el vehículo automotor se da en la primera marcha y según grafica anterior será de máxI 0.354. 0.3576 5.3.3.- Análisis del Patinaje De la 1° Condición de Marcha del Vehículo:
ING. Mecánica
Ing. Javier Bacilio
VOLKSWAGEN 17200 M
ING. AUTOMOTRIZ
PT P Además: P m 2 G 2 Donde: P
:
Fuerza de adherencia, en N.
:
Coeficiente de adherencia.
Ga2 : Carga máxima del eje trasero (=117720N) Go2 : Carga en vacío del eje trasero (=70632N) m2 : Coeficiente de redistribución de la carga (=1.1) Para lo cual tabulamos: Terreno Hormigón Hormigón Asfaltado Suelo Aplanado Nieve aplanada
Característica Seco Mojado Seco Mojado Seco Mojado Seco Mojado
P (Carga Máxima), N
P (Carga en Vacío), N
0.75 0.55 0.65 0.35 0.55 0.25 0.25 0.15
97119 71220.6 84169.8 45322.2 71220.6 32373 32373 19423.8
60699.375 44512.875 52606.125 28326.375 44512.875 20233.125 20233.125 12139.875
4.- Análisis de las Pendientes A partir de este análisis, es posible determinar, en qué marchas puede ir el bus SCANIA K124 IB /6x2 NB para vencer pendientes de diferentes valores. Para lo cual tabulamos, para el punto de max, torque n=1450rpm: PT[N], Va[Km/h], P N , m ax º . 5.4. Característica Universal o Pasaporte Dinámico del Vehículo Automotor Factor Dinámico Está definido por: D
PT P Ga : Ga
Peso bruto vehicular = 245250 N.
Tabulamos:
ING. Mecánica
Ing. Javier Bacilio
VOLKSWAGEN 17200 M
ING. AUTOMOTRIZ
Graficamos: Característica Universal o Pasaporte Dinámico 5.5. Construcción del Nomograma de Carga G Dx a D100 Gx Ga : Peso bruto vehicular (= 25000 kgf). Estableciendo las condiciones dinámicas para el vehículo completamente descargado, tenemos: Ga D0 D100 Go Go: Peso seco del vehículo automotor (=15000 kgf). Escala para % carga: 1 unidad metrica ... 1% carga Escala para D100: D100 = 0,1 Kgf / Kgf ... a100 = 40 unid. Go a100 a = 24 unid. Escala para D0: a0 Ga CARACTERÍSTICA DINÁMICA SEGÚN CARGA 5.6. Construcción de la Característica Universal o Pasaporte Dinámico En el estado límite de la 1° Condición de Marcha, tenemos: PT P Entonces:
D x
P P
... (26)
G
Donde: Dx :
Factor dinámico por adherencia con carga parcial.
P
:
Fuerza de adherencia, en kgf.
P
:
Fuerza de resistencia del aire, en kgf.
G : Carga máxima vehicular, en kgf. Durante el patinaje del vehículo, la velocidad de desplazamiento es relativamente pequeña. Por lo tanto, se puede asumir: P = 0 Para nuestro estudio, consideramos: m2 = 1
ING. Mecánica
Ing. Javier Bacilio
VOLKSWAGEN 17200 M
ING. AUTOMOTRIZ
Reemplazando los valores, obtenemos:
G2 G Para carga completa y carga en vacío, tenemos: D x
D100 Donde: Ga G2 Go G2o
: : : :
Ga2 Go2 , D 0 Ga Go
Peso bruto vehicular =25000 Kgf. Carga máxima sobre el eje trasero traccional = 12000 Kgf. Peso en vacío del vehículo = 15000 Kgf. Carga en vacío sobre el eje trasero = 7200 Kgf.
Escala para D100:
Ga2 a100 Ga
b100
... (28a)
b = 19.2 mm Escala para D0:
b0
Go2 a0 Go
... (28b)
b = 12 mm
CARACTERÍTICA DINÁMICA - CARACTERISTICA UNIVERSAL CON NOMOGRAMA DE CARGA “DIAGRAMA DE CONTROL DE PATINAJE” 5.7. Balance de Potencia del Vehículo Automotor Potencia Traccional Disponible Tenemos: N T PT V , Kw 36000
Tabulamos:
Graficamos: DIAGRAMA DE POTENCIA DISPONIBLE Potencia Traccional Requerida
ING. Mecánica
Ing. Javier Bacilio
VOLKSWAGEN 17200 M
ING. AUTOMOTRIZ
Se define: N R N N N j
Condición de marcha estable: Nj = 0
Pψ Ga ( f cos sin )
Entonces: N R N N N , N ψ
Pψ V 3600
, N ω K F V
3
a
DIAGRAMA DE POTENCIAS REQUERIDAS N[Kw], V[Km/h]
Análisis del Balance de Potencia del Vehículo Automotor.a) Las potencias tienen los mismos valores en cualquiera de sus marchas, a las mismas velocidades de rotación, pero a diferentes velocidades de desplazamiento. b) La aplicación de la marcha adecuada depende de la pendiente que se desea vencer, por lo que se demuestra que a mayores pendientes la potencia disponible sacrifica velocidad por fuerza traccional. c) La potencia máxima disponible en las ruedas motrices en nuestro vehículo es 238.14 Kw, y la máxima potencia desarrollada por nuestro motor es 264.6 Kw. Esta diferencia se debe a las pérdidas en la transmisión que son consideradas por el rendimiento de la transmisión, tr = 0,90. DIAGRAMA DE BALANCE DE POTENCIAS 5.8.- Aceleración del Vehículo Automotor j
g D ψ , δrot 1,04 0,04 Uc.v2 δ rot
Donde: g
:
Aceleración de la gravedad = 9,8 m/s2
:
(Asumimos que: fr = 0.02)
Tomaremos los cálculos para un valor de la pendiente de cero. i = 0%
Tabulamos:
ING. Mecánica
Ing. Javier Bacilio
VOLKSWAGEN 17200 M
ING. AUTOMOTRIZ
Graficamos: ACELERACIÓN DEL VEHÍCULO [m/s2] 5.9. Tiempo y Distancia de Aceleración del Vehículo Automotor V Vi Tiempo de aceleración t n i 1 3,6 jm Donde: jm: aceleración media en un intérvalo en m/s2 i n V V j j Y se define: jm i 1 i , t ac t ni i 1 i 2 0 3,6 jm Intervalo V (Km/h) Vmedia(Km/h) ji(m/s2) jm(m/s2) Tiempo(s) 6.463 6.7865 0.614 0.644 0.2791 7.11 7.433 0.674 0.6955 0.258 7.756 8.079 0.717 0.73 0.2458 8.402 8.7255 0.743 0.7475 0.2404 9.049 9.372 0.752 0.7475 0.2401 9.695 10.019 0.743 0.73 0.2462 10.342 10.665 0.717 0.6955 0.258 10.988 11.311 0.674 0.6435 0.2789 11.634 11.958 0.613 0.5745 0.3128 12.281 12.691 0.536 0.5205 0.4376 13.101 13.569 0.505 0.502 0.5179 14.037 14.505 0.499 0.49 0.53 14.972 15.44 0.481 0.466 0.5579 15.908 16.376 0.451 0.43 0.6047 16.844 17.312 0.409 0.3825 0.6797 17.78 18.348 0.356 0.357 0.8831 18.915 19.546 0.358 0.3515 0.9965 20.176 20.807 0.345 0.334 1.0487 21.437 22.068 0.323 0.3075 1.1391 22.698 23.329 0.292 0.272 1.2878 23.959 24.596 0.252 0.25 1.3664 25.233 26.022 0.248 0.2355 1.7045 26.81 27.599 0.223 0.207 1.8601 28.387 29.176 0.191 0.191 2.1176 29.965 30.737 0.191 0.177 2.4231 31.509 32.721 0.163 0.164 4.1057 33.933 35.145 0.165 0.164 4.1057 36.357 37.569 0.163 0.159 4.2348 38.781 39.993 0.155 0.149 4.5172 41.204 42.416 0.143 0.135 4.9877 43.628 44.84 0.127 0.1165 5.7797 46.052 47.668 0.106 0.1015 8.8451
ING. Mecánica
Tiempo acumulado(s) 0.279 0.537 0.783 1.023 1.263 1.510 1.768 2.046 2.359 2.797 3.315 3.845 4.403 5.007 5.687 6.570 7.567 8.616 9.755 11.042 12.458 14.318 16.434 18.729 21.152 25.258 29.364 33.599 38.116 43.103 48.883 57.728
Ing. Javier Bacilio
VOLKSWAGEN 17200 M 49.284 52.804 56.324 59.845 63.365 66.885 70.969 75.7 80.431 85.162 89.894 94.625 100.54 106.45 112.37
51.044 54.564 58.085 61.605 65.125 68.927 73.335 78.066 82.797 87.528 92.26 97.582 103.5 109.41
ING. AUTOMOTRIZ
0.097 0.094 0.089 0.08 0.068 0.053 0.052 0.047 0.04 0.03 0.018 0.02 0.013
0.0955 0.0915 0.0845 0.074 0.0605 0.0525 0.0495 0.0435 0.035 0.024 0.019 0.0165 0.0065
10.239 10.686 11.575 13.213 16.162 21.608 26.549 30.211 37.548 54.769 69.167 99.562 196.75
67.967 78.653 90.227 103.441 119.602 141.211 167.760 197.970 235.518 290.286 359.453 459.015 711.750
Distancias de aceleración
sn
Vm t n 3,6
i n V t V V sac sni m n , donde Vm i i1 ) 2 0 3,6
V (Km/h)
Vmedia(Km/h)
6.463 7.11 7.756 8.402 9.049 9.695 10.342 10.988 11.634 12.281 13.101 14.037 14.972 15.908 16.844 17.78 18.915 20.176 21.437 22.698
6.7865 7.433 8.079 8.7255 9.372 10.019 10.665 11.311 11.958 12.691 13.569 14.505 15.44 16.376 17.312 18.348 19.546 20.807 22.068 23.329
ING. Mecánica
Intervalo Tiempo(s) 0.2791 0.258 0.2458 0.2404 0.2401 0.2462 0.258 0.2789 0.3128 0.4376 0.5179 0.53 0.5579 0.6047 0.6797 0.8831 0.9965 1.0487 1.1391 1.2878
Tiempo acumulado(s) Distanciarecorroda 0.279 0.537 0.783 1.023 1.263 1.510 1.768 2.046 2.359 2.797 3.315 3.845 4.403 5.007 5.687 6.570 7.567 8.616 9.755 11.042
0.526 1.059 1.610 2.193 2.818 3.503 4.268 5.144 6.183 7.726 9.678 11.813 14.206 16.957 20.226 24.726 30.137 36.198 43.181 51.526
Ing. Javier Bacilio
VOLKSWAGEN 17200 M 23.959 25.233 26.81 28.387 29.965 31.509 33.933 36.357 38.781 41.204 43.628 46.052 49.284 52.804 56.324 59.845 63.365 66.885 70.969 75.7 80.431 85.162 89.894 94.625 100.54 106.45 112.37
24.596 26.022 27.599 29.176 30.737 32.721 35.145 37.569 39.993 42.416 44.84 47.668 51.044 54.564 58.085 61.605 65.125 68.927 73.335 78.066 82.797 87.528 92.26 97.582 103.5 109.41
ING. AUTOMOTRIZ
1.3664 1.7045 1.8601 2.1176 2.4231 4.1057 4.1057 4.2348 4.5172 4.9877 5.7797 8.8451 10.239 10.686 11.575 13.213 16.162 21.608 26.549 30.211 37.548 54.769 69.167 99.562 196.75
12.458 14.318 16.434 18.729 21.152 25.258 29.364 33.599 38.116 43.103 48.883 57.728 67.967 78.653 90.227 103.441 119.602 141.211 167.760 197.970 235.518 290.286 359.453 459.015 711.750
61.197 74.642 90.866 109.465 130.154 167.471 207.553 251.746 301.928 360.693 432.682 549.801 694.972 856.938 1043.689 1269.800 1562.169 1975.893 2516.711 3171.826 4035.385 5366.990 7139.568 9838.315 17104.166
5.10. Estudio del consumo de combustible Considerando la cantidad de combustible en litros que se consume en 100 Km de recorrido en movimiento estabilizado, bajo las condiciones del camino como un índice fundamental de la economía del vehículo, tenemos: g .(G . P ) Qs e a 36000 . tr . . c g e g e ( N ) .K ´.K ¨
Donde:
Q s : Consumo de combustible, [lt/100Km]. Ga : Peso bruto vehicular, 245250N
ING. Mecánica
Ing. Javier Bacilio
VOLKSWAGEN 17200 M
ING. AUTOMOTRIZ
: Coeficiente total de resistencia del camino P : Fuerza de resistencia del aire g e : Consumo específico de combustible correspondiente al regimen dado de funcionamiento del motor, en gr/Kwh
c : Densidad del combustible, para nosotros será =0.731Kg/lt.
tr . : Rendimiento de la transmisión =0.90 g e ( N ) : Consumo de combustible efectivo del motor en el réginen nominal.
Para el motor Mercedes: 165 gr/Kwh
K´, K ¨: Coeficientes que tienen en cuenta respectivamente la variación de g e en función de la frecuencia de rotación del motor y el grado de su carga. Para determinar los valores de estos coeficientes he encontrado una ecuación cuya grafica se asemeje a las presentadas en la Fig. 65 Pagina 181 de la bibliografía : D. A. Chudakov. “FUNDAMENTOS DE LA TEORÍA Y EL CALCULO DE TRACTORES Y AUTOMÓVILES”. Ed. MIR. Moscú 1977. n Tenemos: K ` 0.64702 nN
2
n 0.89126 nN
1.26776
Para motores Diesel: 4
3
2
Ne Ne Ne Ne 14.322 12.239 5.364 1.937 K´´ 6.510 N e max N e max N e max N e max
Con las ecuaciones presentadas, tabulamos el consumo de combustible para diferentes regímenes: Para:
Ne =0.5, 0.6, 0.7, 0.8, 0.9, 1 N e m ax
Consumo Específico de Combustible [gr/kwh]
Relaciones de Carga
Relaciones de Frecuencias de Giro
0.5
0.6
0.7
1.015
100.83
121.00
141.16
0.984
97.75
117.30
136.85
0.966
95.96
115.15
134.35
0.961
95.47
114.56
133.65
ING. Mecánica
0.8
0.9
161.3 3 156.4 0 153.5 4 152.7
181.4 9 175.9 5 172.7 3 171.8
1 201.66 195.50 191.92 190.93
Ing. Javier Bacilio
VOLKSWAGEN 17200 M
ING. AUTOMOTRIZ
0.969
96.26
115.51
134.76
0.990
98.35
118.02
137.69
1.024
101.72
122.07
142.41
5 154.0 2 157.3 5 162.7 6
4 173.2 7 177.0 2 183.1 0
192.52 196.69 203.45
La característica económica del consumo de combustible, es la gráfica de la función: Qs f (Va , )
g e .(Ga . KFVa ) , para el un régimen estabilizado del vehículo 36000tr . c 2
Con el criterio de que el vehículo estudiado cubre la mayor parte de su trabajo en carretera en marcha alta, hacemos el estudio del consumo de combustible para su octava marcha y para las sigtes, condiciones de carretera y para plena carga. 1) 1 f r 0.02 2) 2
f r 0.8 Vm ax 2
, m ax 0.03576 2 0.0243
3) 3 0.8 Vm ax 3 0.0272 Consumo De Combustible Para La Marcha En Directa Y En Diferentes Valores De Resistencia Total Del Camino
n, rpm 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900
x, [Ne/Ne´] 0.571 0.629 0.686 0.743 0.800 0.857 0.914 0.971 1.029 1.086
K´ 0.970 0.963 0.961 0.963 0.969 0.979 0.994 1.013 1.036 1.063
V, [KM/h] g e , gr / Kw h 59.140 65.055 70.969 76.883 82.797 88.711 94.625 100.539 106.453 112.367
160.007 158.924 158.539 158.851 159.859 161.565 163.969 167.069 170.867 175.362
P ,[N]
4905.000
P [N]
0.02 0.0236 0.0272
797.655 965.192 1148.655 1348.072 1563.441 1794.764 2042.040 2305.269 2584.451 2879.586
38.526 39.390 40.522 41.939 43.659 45.703 48.095 50.861 54.031
5787.900
45.651 46.466 47.581 49.012 50.777 52.897 55.396 58.300
VIII.- CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES.8.1. Conclusiones
ING. Mecánica
Ing. Javier Bacilio
6670.800
50.455 51.238 52.342 53.782 55.578 57.749 60.320
VOLKSWAGEN 17200 M
ING. AUTOMOTRIZ
1.- Se ha realizado el estudio de las PROPIEDADES DINÁMICO - TRACCIONALES DEL BUS SCANIA K124 IB /6x2 NB para lo cual determinamos que el vehículo cumple a velocidades menores de 7 Km/h y a una fuerza traccional de 84834,8 N. En la quinta marcha la velocidad máxima del vehículo es de 75,6 km/h con una fuerza traccional de 8003,3 N. 2.- La pendiente máxima que puede vencer el vehículo es de 73.21 % o lo que es lo mismo un ángulo de inclinación de 36,207 °. 3.- La fuerza de tracción mínima es para pendientes nulas y velocidades máximas y es igual a 5906,17 N y la fuerza de tracción máxima es para pendientes de 73,21 % y velocidades mínimas y es igual a 116085,7 N. 4.- Para evitar el patinaje en pistas secas con carga se requiere una fuerza de tracción máxima de 117125 N en 1°; en pista húmeda con carga hasta una fuerza de tracción máxima de 76518 N en 3°. En pista seca sin carga hasta una fuerza de tracción máxima de 21054 N en 2°. 5.- Teóricamente el vehículo puede recorrer carreteras con un coeficiente de resistencia del camino = 0.02 en las ocho marchas. La máxima resistencia que el vehículo puede vencer es de 0.6068 en la primera marcha. 6.- Las velocidades más económicas del vehículo automotor están en el rango de 30.0 a 60.0 km/h. 8.2. Recomendaciones 1.-
ING. Mecánica
Ing. Javier Bacilio
VOLKSWAGEN 17200 M
ING. AUTOMOTRIZ
IX.- BIBLIOGRAFÍA.1.2.-
D. A. Chudakov. “FUNDAMENTOS DE LA TEORÍA Y EL CALCULO DE TRACTORES Y AUTOMÓVILES”. Ed. MIR. Moscú 1977. M. S. Jovaj. “MOTORES DE AUTOMÓVIL”MOTORES DE AUTOMÓVIL. Ed. MIR. Moscú 1982.
INTERNET:
http://www.scania.com.ar
http://www.solobus.com.ar
http://www.mercedesbenz.com.ar
http://www.volvo.com.mx
ING. Mecánica
Ing. Javier Bacilio
Related Documents c2h70
Volkswagen 191pu
December 2019 95
Tfv Volkswagen n5c22
December 2019 98
Caso Volkswagen 1d5313
January 2021 0
Configurador Volkswagen 4w6g1a
July 2022 0
Volkswagen Vivo 4y749
December 2019 146
[volkswagen]_manual_de_taller_volkswagen_golf_iii_vento_s.pdf 4h1c6v
August 2020 0More Documents from "Paredes Miler" 5d706m
6g3p1u
April 2022 0
Advantages And Disadvantages Of Performance Appraisal 501l3r
December 2019 41
360 Degree Performance Appraisal Form 5u4u6d
December 2019 73
Informe Exp Impa Soc 114l2j
July 2021 0
Performance Appraisal Wiki 322u61
November 2019 77