Mi mennyi?

2017. augusztus 22. - _zahnrad

mennyi.jpgA mai csodakamion kapcsán megnézzük mi micsoda a hajtástechnikában, mielőtt még mindenki be nem ugrik a kútba örömében egy-egy hangzatosabb számadat láttán...

A kapitány leszól a gépházba:
-Mennyi?
-Harminc! -kiáltja a gépész.
-Mi harminc? - kérdez vissza a kapitány.
-Mi mennyi? -kérdez vissza a gépész.

Valahogy ilyen érzésünk támad mostanában, amikor egy-egy elektromos jármű teljesítményadatairól esik szó. A képletek bemagoltatásába és az érdektelen apróságok visszakérdezésébe beszűkült hazai oktatás sem támogatja a fizikai ismereteknek a mindennapi életben megfigyelhető jelenségek egyszerű összekötését.

A nyomaték az mi?

urbino_electric_boty1_1200x800.jpgAz elektromos járművek számadatai sokszor becsapósak, a sok akkumulátor miatt a hajtáson (is) csökkentenek tömeget. De ezzel nem csak azt sikerül lecsökkenteni... (Kép: Solaris)

Egy-egy agymotoros jármű vagy csak agymotoros hajtás bemutatója kapcsán néhol olvashatjuk, hogy egy-egy kerékagymotor több ezer, vagy akár tízezer Newtonméter nyomatékot is le tud adni, és ez milyen jó nekünk. Biztos?

Forgómozgás segítségével szeretjük mozgatni a járműveinket. A forgómozgás alaptörvénye szerint egy forgómozgást végző test szöggyorsulása egyenesen arányos a testre ható forgatónyomatékkal. A teljesítmény a nyomaték és a szögsebesség (~fordulatszám) szorzata.A teljesítmény fogalma eléggé egyértelmű, egységnyi idő alatt végzett munka, tehát aminek nagyobb a teljesítménye, az erősebb. 

Ha egy jármű mozgásállapotát minél intenzívebben meg akarjuk változtatni, akkor a minél nagyobb nyomaték érték az érdekes, ha pedig hegymenetben, a terhelt járművünk állapotát meg akarjuk tartani, azaz nem szeretnénk ha lelassulna, legyen az a hegy bármilyen meredek, akkor a minél nagyobb teljesítmény az érdekes. Ha nem hegymászásra használjuk a járművünket, hanem gyors haladásra, akkor is a nagy teljesítményadatot keressük. De ez két adat önmagában még mindig kevés.

A váltó

4_fokozatu_jelleggorbe_svg.pngEgy négyfokozatú váltó kihajtásán mérhető nyomaték idealizálva, a fordulatszám függvényében. (Forrás: Kaboldy)

A sebességváltó leánykori nevén nyomatékváltó, ez sokkal pontosabban le is írja, miért tartjuk a belsőégésű motorokkal szerelt járművekben. A váltó és a hajtott tengely végáttétele nem csak a motorunk tengelyének a fordulatszámát módosítja, hanem a motor által leadott forgatónyomatékot is ugyanilyen arányban, de ellenkező előjellel. A járművünk megmozdításához alacsony kerék fordulatokon nagy nyomatékra van szükségünk. A belsőégésű motorunknak pedig csak egy nullától jóval nagyobb, korlátozott sávban van használható nyomatéka. Ezt a kettőt hozza össze a nyomatékváltó. A másik kitüntetett számunkról se feledkezzünk meg, a teljesítmény a nyomatékváltókon veszteséget szenved, de jó közelítéssel közel ugyanaz jelenik meg a kerekeken, mint amit a motor főtengelyén mértünk.

Lássunk pár példát, hogy is van ez, de csalunk! Nem az elinduláskor jellemző nyomatékkal, hanem a legnagyobbal számolunk, cserébe az automata váltók hidrodinamikus fokozatának nagyobb, 7-8 körül nyomatékmódosítását figyelmen kívül hagyjuk. Az automataváltók hatásfokát 90%-nak, a végáttételek hatásfokát 97%-nak tételezzük fel.

Nézzünk egy korszerű csuklós buszokba szerelt, átlagos dízelmotort!
A főtengelyen mérhető legnagyobb nyomaték: 1540 Nm
A hajtó tengely végáttétele: 6,2
A váltó egyes fokozatának áttétele: 3,36
Tehát a hátsó tengelyen jelentkező legnagyobb nyomaték, elvileg, egyszerűsítve: 1540*6,2*3,36*0,9*0,97= 28006 Nm

 

Nézzünk egy korszerű kamiont is, ha már éppen aktuális...

Például legyen a Volvo FH16 750...
A főtengelyen mérhető legnagyobb nyomaték: 3550 Nm
A hajtó tengely végáttétele: 4,55
A váltó (I-shift ATO3512F) egyes, előre fokozatának áttétele: 11,73
Tehát a hátsó tengelyen jelentkező legnagyobb nyomaték, elvileg, egyszerűsítve: 3550*4,55*11,73*0,9*0,97= 165406 Nm

wf_shape_82.pngEgy aszinkron motor nyomatéka és teljesítménye a fordulatszám függvényében. (Forrás: Siemens)

Ugye kezdjük érezni, hogy az autós médiákban és az úton útfélen megadott vagy inkább csak odalökött  főtengelyen mért legnagyobb nyomatékok összevetésének nem lesz jó vége? Egy-egy személyautónál még megbocsátható bűn, de inkább csak kategóriákon belül, mivel a felhasználási területek eléggé meghatározzák az egyes váltók fokozatkiosztását és a használt végáttételt is. Ezért is előfordul, hogy az ,,ótósujságíró" egyik teszjében a 250 Nm nagyot tol, a másik autóban meg nem. Nahát. De az már könnyen belátható, hogy nyomatékváltót nem is igénylő villamos hajtásnak a motor tengelyén leadott legnagyobb nyomatékát elég nagy butaság összevetni egy belsőégésű motor legnagyobb nyomatékával, amit a főtengelyén mérnek.

Egy átlagos szóló dízel busz:
A főtengelyen mérhető legnagyobb nyomaték: 1350 Nm
A hajtó tengely végáttétele: 5,13
A váltó egyes fokozatának áttétele: 3,36
Tehát a hátsó tengelyen jelentkező legnagyobb nyomaték, elvileg, egyszerűsítve: 1350*5,13*3,36*0,9*0,97= 20314 Nm


Nézzünk egy korszerű csuklós trolibuszbuszba szerelt, átlagos aszinkron vontatómotort!
A motor legnagyobb folyamatosan leadható nyomatéka: 2600 Nm
A motor legnagyobb leadható nyomatéka: 4400 Nm

A hajtó tengely végáttétele: 6,2
Tehát a hátsó tengelyen jelentkező legnagyobb nyomaték, elvileg, egyszerűsítve: 4400*6,2*0,97= 26461 Nm


Ezzel szemben lássunk egy kerékagymotoros hajtott tengelyt is!
A motor legnagyobb nyomatéka: 485 Nm / kerék
Hajtóáttétel: 22,66

Egy keréken jelentkező legnagyobb nyomaték: 485*22,66*0,97= 10660 Nm

Pedig milyen jól hangzik egy 10500 newtonméteres nyomaték szemben az 1350-nel, ugye? A teljes képet ismerve már éppen csak elég....

A teljesítmény

zawheel-bus1.jpgA kerékagymotorokat érdemes egyelőre fenntartással kezelni, de sík vidéken, kis terhelésre jók lehetnek. (Kép: Ziehl-Abegg)

Buszos vonalon ebből annyi az érdekes, hogy az elektromos buszunk sík úton és hegyi úton is meg tudja-e közelíteni a dízel buszok képességeit? És ha felszáll rá az összes szállítható utas? Azaz teljes terheléssel, a legnehezebb terepviszonyok közt hogyan tudja mozgatni a buszunkat.

Van egy nagy különbség a dízel- és az elektromos motorok között. A belsőégésű motorok nem terhelhetőek túl, az elektromosok viszont igen. A dízelmotorunkhoz tehát egy legnagyobb teljesítmény és egy nyomaték adat tartozik, az elektromoshoz több tartozhat. A legtöbb értelme itt is a névleges adatnak van, azaz mekkora az a legnagyobb órás teljesítmény, amivel tartósan terhelve még üzemelni tud a motor? A városi buszok gyorsítanak, haladnak, fékeznek és várakoznak. Ha nem is olyan szabályosan mint egy metró, de hasonlóan.

114kW helyett csak 29kW az órás teljesítmény, erről a marketing anyagok mélyen hallgatnak.

Így a hajtó motorunkat túlterhelhetjük a gyorsítások idejére. Például 5 percenkét 10-20 másodpercig, ami elég is a gyorsításokra. Sík vidéken. Hegyvidéken már más a helyzet, oda nem lesz elég. Vegyük példénak a Ziehl-Abegg ZAwheel kerékagymotorját: maximális teljesítménye 114 kW, legnagyobb nyomatéka 3300 Nm. Ez utóbbit már tudjuk, hogy nem a dízelmotor tengelyén mérttel kell összevetnünk, egy csuklósbuszra 4-gyel felszorozva is siralmasan kicsi számot kapunk, ugyanis ebben a hajtásban nincs áttétel. A motor adattábláján a szabványok szerint órás teljesítményt kell megadni, a valóság kiábrándító: 29 kW. Ilyen motorokkal szerelt busz üresen biztos nagyon szépen fogyaszt nyugodt, síkvidéken elterülő, nyugat-európai kisvárosok eldugott utcáin, de egy hegyi üzemre egyszerűen alkalmatlan. Ezért aztán nem mindegy, hogy mi mennyi...

A bejegyzés trackback címe:

https://omnibusz.blog.hu/api/trackback/id/tr5912071371

Kommentek:

A hozzászólások a vonatkozó jogszabályok  értelmében felhasználói tartalomnak minősülnek, értük a szolgáltatás technikai  üzemeltetője semmilyen felelősséget nem vállal, azokat nem ellenőrzi. Kifogás esetén forduljon a blog szerkesztőjéhez. Részletek a  Felhasználási feltételekben és az adatvédelmi tájékoztatóban.

rezgaras 2017.08.23. 11:48:30

Mondjuk nincs nagy jelentősǵe, de szerintem meg kellett volna említeni a kerék átmérőjét is. Mert minket valójában nem a forgatónyomaték, hanem a vonóerő érdekel. Ami azonos forgatónyomaték mellett kisebb keréknél nagyobb lesz.

motor77sport 2017.08.23. 17:00:27

Miért ne lenne áttétel? Váltó nincs de egy lassító nyomaték sokszorozó áttétel miért ne lehetne?
Dieselbuzik.

_zahnrad 2017.08.23. 18:40:05

@rezgaras: Teljesen jogos. Szerencsére tudok azzal takarózni, hogy a példákban az esetek 99%-ában 22,5 collos kerekeket használnak, egymással összevethetőek az értékek. :) De valóban neked van igazad.

_zahnrad 2017.08.23. 18:41:27

@motor77sport: Hol látsz ilyet leírva? Tudnád idézni? Mintha a példákban benne is lenne...

balage28 2017.08.26. 17:59:23

Mondjuk nem mindegy, hogy kerékagy motorból hány van (minimum kettő), és a tényleges vonóerő nem oszlik többfelé, mint a más központ meghajtásoknál.
Tehát - bár tény, hogy pongyola, de - az összehasonlítás kedvéért össze lehet adni az agymotorok nyomatékát, és akkor máris ugyanabban a nagyságrendben van a példában szereplő három megoldás, és máris felmegy az agymotoros busz is a hegyre...

Ráadásul az agymotor komoly előnye a könnyű skálázhatóság - tehát ha nem 2 hajtott kerekünk van, hanem 4, akkor máris duplazódik a vonóerőnk...

_zahnrad 2017.08.26. 22:25:46

@balage28: Kétféle agymotor van bemutatva a cikkben. Az egyik a ZF AVE 130, aminek az áttétellel tényleg elég a nyomatéka, csak a teljesítménye kicsi. Erről korábban írtunk. Azaz elindul egyszer, csak ha utána emelkedő jön akkor lesz bajban.

A másik az ettől különbözik, a Ziehl Abegg motorja, ebben nincs semmiféle áttétel. Ez egy külső forgórészes, állandómágneses szinkron motor, ahol a felni a külső forgórész. Ennek a 3300Nm-es csúcsnyomatékát hiába négyszerezed, a hajadra kenheted. Ráadásul ennek még kisebb az órás teljesítménye, mint a ZF-é.

balage28 2017.08.26. 22:44:49

@_zahnrad: nem a tények rosszak (a konkrét típusok meg nem is igazán érdekelnek, ebből a szempntból semmi jelentőségük), hanem a számítási menet.
A központi hajtásnál a tengelyre jutó teljes (=két kerék) forgatónyomatékot hasonlítod össze a kerékagymotor EGY kerékre jutó nyomatékával.

_zahnrad 2017.08.27. 11:09:05

@balage28: Így van. Bízok benne, hogy az olvasó el tudja végezni a 10500*2 vagy*4, illetve a 3300*2 vagy*4 műveleteket.

balage28 2017.08.27. 12:38:42

Szóló dízel busz: 20.314Nm
Kerékagy motoros busz (2 motorral): 2x10.660Nm = 21.320Nm

Ezek után ahova a dízel busz felmegy, oda a villanyos is - értem én, hogy ezzel borul a bejegyzés egy része, de ettől még igaz...

kocog 2017.08.27. 12:52:51

A "felmegy-e a hegyre?" kérdéshez itt van egy link, làthato rajta egy video is:
www.lithiumstorage.eu/Joomla/index.php/projekte-lithium-storage/elektro-lastwagen.html

_zahnrad 2017.08.27. 16:58:16

@balage28: Viszont 3300*2 az csak 6600. Nem mindegy melyik motor van alatta. Sőt, a ZF hídnál a 10500-as nyomatékcsúcs sem tartósan kihasználható: www.zf.com/global/media/product_media/busses/product_overview_1/product_overview_axle_transmission_systems.pdf

7. oldal. Tartósan 8100Nm/kerék. 2*8100= az csak 16200Nm.

balage28 2017.08.27. 17:08:41

@_zahnrad: te blogod, de el kellene dönteni, hogy szakmai blogot csinálsz, mert akkor fölösleges csúsztatgatni, össze-vissza értelmezni az adatokat, vagy politikait, ahol úgy csűrcsavarsz, hazudsz, csúsztatsz, ahogy akarsz...

Márpedig az, hogy leírsz valamit, ahol rosszul számolsz, és ebből levonod a neked kedves következtetést, majd belekötsz abba, hogy én rossz számokat írok (miközben téged idézlek, bár nem az általad várt eredmény jön ki) - eléggé "szakmaiatlan"....

_zahnrad 2017.08.28. 00:10:24

@balage28: Elmondtam, hogy nem lehet egy az egyben értelmezni a villamos motorokra megadott adatokat a dízel motorokhoz megadott adatokkal. Ennyi a lényeg. Én írtam oda, hogy per kerék. Tudok róla. Szerinted ebben mi a csúsztatás? Arról is tudok, hogy a 21ezer az több a húszezernél. Nem ez a lényeg. Vannak körülmények, amikor annyi sincs, dízelmotornál nincsenek körülmények, de nem is ez a lényeg.

Az a lényeg, hogy ha kijön egy adat bárkitől, hogy 10500Nm, akkor azt a sajtó 99,9%-a az 1350Nm-hez hasonlítja. Ez ellen szól a poszt.

_zahnrad 2017.08.28. 00:46:01

@balage28: Marha egyszerű fröcsögni, de még kettő apróságra szeretném felhívni a figyelmedet.

Idézem: ,, cserébe az automata váltók hidrodinamikus fokozatának nagyobb, 7-8 körül nyomatékmódosítását figyelmen kívül hagyjuk." Lehet érdemes lenne végigszámolni itt miújság van, de ha nem vagy járműgyártó akkor kevés pontos nyomatékgörbéhez és váltó hatásfokadathoz férsz hozzá.

Másrészt a Volánbusz Zrt Budapesten üzemeltetett MAN A21-es buszaival számoltam. Ezek nem a Svájci Alpokba készültek, van még bőven lehetőség másféle hajtásláncot illeszteni akár ehhez a gyengécske dízelmotorhoz is, de nagyobb nyomatékú is bőven van a kínálatban.

Az elektromos hajtások esetén a maximális adatok vannak a marketing anyagokban, az ettől kisebb órás értékeknek van nagy jelentőségük, ha nem sík területen közlekednek a járművek. Ha tetszik, ha nem, ez így van, a trolibusz beszerzések nem véletlenül írnak elő órás adatokat és nem véletlenül kerülnek szép nagy, nehéz, centrális motorok a trolibuszokba. De a Tesla is kutyaközönséges aszinkron, centrális motorokat használ az S modellben.

Petyka366 2017.08.29. 19:30:10

Azt az eget mennyi okos van itt! Gondolom mindegyik elektromos autóval meg busszal jár, mert az mekkora király. Én egyetlen embert ismerek akinek elektromos autója van, (mert megteheti) de ő is tart mellette fosszilis üzemanyaggal hajtott kocsit. Lehet itt vitatkozni, hogy az elektromos busz jobb mint a dízel, csak ez nem így van! Az elektromos hajtás még gyerek cipőben jár, ha tetszik, ha nem. Lehet egyszer elérjük azt a szintet, hogy érdemes lesz beruházni egy elektromos járműbe, legyen az autó vagy busz, de egyenlőre még nem tartunk ott. A cikk írója nagyon jól leírta mi a hiba. Ha ez nem egyértelmű, tessék utána olvasni, nem belekötni mindenbe.
süti beállítások módosítása