С каким ускорением движется трактор с прицепом, если сопротивление дви… — Учеба и наука

Посмотреть всех экспертов из раздела Учеба и наука > Физика

Решено

Газ находится в баллоне вместимостью 8,31 л при температуре 127 градусов С и давлении 100 кПа .Какое количество вещества находится в газе?

Решено

У поверхности Земли на космонавта действует гравитационная сила 640 Н. Какая гравитационная сила действует со стороны Земли на того же космонавта в…

мяч массой 1 кг падает с высоты 2 м . Определите изменение кинетической энергии мяча на первой и второй половинах пути

Контрольная работа по теме: «Основы МКТ» 10 класс

Решено

Сколько колебаний происходит в электромагнитной волне с длиной волны 30 м в течение одного периода звуковых колебаний с частотой 200 Гц?

Пользуйтесь нашим приложением

Контрольная работа по дисциплине «Техническая механика»

Билет
№1

Задача № 1

Определить реактивную силу и момент в точке защемления
балки.

Исходные
данные:

Изгибающий
момент М_и = 100 Нм;

Поперечная
сила F = 50 Н;

Собственный вес
балки не учитывать.

Задача
№ 2

Определить
силу тяги на крюке трактора, если ускорение, с которым трактор ведет прицеп,  а
= 0,2 м/с².   Масса прицепа  m
= 0,5 тонн,  сопротивление движению  F
= 1,5 кН.

Задача
№ 3

После
спуска с сортировочной горки железнодорожная платформа массой m = 9000 кг имела скорость v₀ = 2 м/с
и двигалась до полной остановки в течение времени  t = 30 с.

Какова
средняя величина равнодействующей всех сил, действовавших на платформу?

__________________________________________________________________________________

Билет
№2

Задача
№ 1

 Определить
реактивную силу и момент в точке защемления балки.

 Собственный
вес балки не учитывать.

Исходные
данные:

Момент
пары Ми = 50 Нм

Поперечная
сила F =
200 Н

Длина
бруса L =
6 м

Задача
№ 2

Определить
силу натяжения в канате крановой установки, поднимающей груз G с
ускорением а.

Исходные
данные:

Масса
груза m = 5 тонн

Ускорение
груза а = 2 м/сек²

Ускорение
свободного падения принять равным g = 10 м/сек²

Силой
сопротивления воздуха пренебречь.

Задача
№ 3

Снаряд
массой  m_c = 20 кг, летящий горизонтально со
скоростью  v_{c= 500 м/с}, попадает в
груженую платформу массой  m_п = 10 т и
застревает в грузе.

С
какой скоростью  v_п  стала двигаться платформа?

Потерями энергии
во время торможения снаряда в грузе пренебречь.

Билет
№3

Задача
№ 1

Найти
силу натяжения упругой нити, удерживающей груз в состоянии равновесия на
идеально гладкой наклонной плоскости.

Исходные
данные:

Вес
груза G = 120 Н

Задача
№ 2

К
одному концу веревки, перекинутой через неподвижный блок, привязан груз массой 

m = 20 кг. С каким ускорением движется груз,
если к другому концу веревки приложена сила 220 Н?   Трение не
учитывать.

Задача
№ 3

Определить
скорость вагона массой  m
= 25 тонн  к началу торможения, если он остановился за время    t
= 2 минуты  под действием средней силы торможения    F
= 4 кН.

__________________________________________________________________________________

 Билет
№4

Задача
№ 1

Определить силу
натяжения гибкой связи (нити) на участке АВ.

Исходные
данные:

Вес
груза G = 100 Н.

Углы
между ветвями нити представлены на схеме.

Задача № 2

Перемещение
материальной точки на плоскости описывается уравнениями:

x = 2t²— 2;

y = t²+ 5.

Определите скорость
и ускорение точки в момент времени  t = 4 сек.

Задача № 3

На шнуре подвешена
двухкилограммовая гиря.

Каково при этом
натяжение Т шнура?  Как изменится натяжение шнура, если с его
помощью поднимать гирю вертикально вверх равномерно?  Поднимать вертикально
вверх с ускорением a = 3 м/с²? 

 Билет
№5

Задача
№ 1

Перемещение
шарового груза ограничивают плоские наклонные поверхности (см. схему).
Определить величину и направление сил, действующих на груз со стороны
ограничивающих плоскостей (реакции связей).

Исходные
данные:

Углы
между поверхностями приведены на схеме.

Масса
груза m = 12 кг.

Ускорение
свободного падения g принять
равным 10 м/сек².

Задача № 2

Перемещение
материальной точки на плоскости описывается уравнениями:

x = 12 +
2t²;

y = 124 .

Определите
скорость и ускорение точки в момент времени  t = 25 сек.

Задача № 3

Автомобиль массой 
m = 2
тонны двигавшийся с начальной скоростью v₀ = 36
км/ч остановился, пройдя после начала торможения путь S =
20 м. Определить величину тормозящей силы.

__________________________________________________________________________________

Билет
№6

Задача
№ 1

Груз G
удерживается гибкой связью (нитью) и тонким стержнем  в состоянии равновесия.
Определить силу натяжения  гибкой связи (нити).

Исходные
данные:

Углы
между элементами растяжки представлены на схеме.

Масса
груза m = 10 кг.

Ускорение
свободного падения g принять
равным 10 м/сек².

Задача № 2

Пушечное
ядро массой m = 12 кг после выстрела поднялось на высоту 40
м, после чего упало на землю, описав траекторию в виде дуги длиной 200 м.

Определите
работу, выполненную силой тяжести по перемещению пушечного ядра по всей
траектории полета и на пути от верхней точки траектории до поверхности земли.

Задача
№ 3

Автомобиль массой 
m = 0,8
тонны двигавшийся с начальной скоростью v₀ = 72
км/ч остановился, пройдя после начала торможения путь S =
50 м. Определить величину тормозящей силы.

Билет
№7

Задача № 1

Балка
находится в состоянии равновесия на опорах А и В.
Определить величину и направление реакции опоры В.

Вес
балки не учитывать.

Исходные
данные:

Сила
F = 150 Н.

Размеры балки и
направление силы F приведены
на схеме.

Задача
№ 2

При
вертикальном подъёме груза массой  m = 2 кг  на высоту  h
= 10 м  совершена работа  A = 240 Дж.

С каким ускорением
поднимали груз?

Задача
№ 3

По
горизонтальной плоскости скользит тело массой  m = 2 кг, 
которому была сообщена начальная скорость  v₀=
4м/сек. Через время t = 8 сек после начала движения
тело остановилось.

Определить
модуль силы трения скольжения  F_тр  между телом и
плоскостью, а также величину коэффициента трения.

________________________________________________________________________________________

Билет
№8

Задача № 1

Определить
реактивную силу R и
реактивный момент m жесткой заделки (см. схему). Уточнить
направление реакций.

Исходные
данные:

Распределенная
нагрузка q = 10 Н/м.

Вес
бруса не учитывать.

Задача № 2

На шнуре,
способном выдержать натяжение  N = 200 Н, подвешен
груз массой  m = 12 кг. За
свободный конец шнура груз начали поднимать вверх с ускорением  a = 5 м/с².

Определить, выдержит шнур нагрузку
или порвется?

Задача № 3

Какую
мощность должен развивать двигатель, чтобы разогнать по горизонтальной
поверхности первоначально неподвижный автомобиль массой  m = 3
т  до скорости v = 36 км/ч за время t = 12
секунд?  Потерями на трение пренебречь.

Билет
№9

Задача
№ 1

Балка
висит на гибких связях горизонтально, нагружена собственным весом G, силой F и
находится в состоянии равновесия.

Определить
реакцию гибкой связи R_А.

Исходные
данные:

Вес
балки G =
1200 Н

Сила
F =
600 Н

Расположение
гибких связей и силовых факторов приведено на схеме.

Задача № 2

Перемещение
материальной точки на плоскости описывается уравнениями:

x = 4 + 12t 

y = 8t²— 5.

Определите скорость
и ускорение точки в момент времени t = 12 сек.

Задача
№ 3

Гвоздь
длиной  l = 10 см  забивают в деревянный брус одним ударом
молотка массой 

m = 0,5 кг.  В
момент удара скорость молотка  v_М  равна  15
м/с.

Определите среднюю
силу трения  F_ТР  стержня гвоздя о дерево бруса.

__________________________________________________________________________________

Билет
№10

Задача
№ 1

Невесомая
балка находится в состоянии равновесия под действием момента М и реакций
опор R_A и R_B.

Определить
величину и направление реакций опор балки.

Исходные данные:

Момент
М = 100 Нм.

Размеры
балки приведены на схеме.

Задача № 2

Автомобиль,
двигавшийся с начальной скоростью v₀ = 36
км/ч, остановился, пройдя после начала торможения путь S =
20 м.

Определить
время от начала торможения до полной остановки автомобиля.

Задача
№ 3

Определить
силу тяги на крюке трактора, если ускорение, с которым трактор ведет прицеп,  а
= 0,5 м/с².  Масса прицепа  m
= 0,6 тонн,  сопротивление движению  F
= 2,5 кН.

Билет
№11

Задача
№ 1

Конструкция
из невесомых стержней АВ и АС находится в равновесии,
удерживаемая шарнирными связями (см. схему). В точке А к шарниру
приложена вертикальная сила F.

Определить
реакцию в шарнире В.

Исходные
данные:

Сила
F = 1000
Н.

Углы
между элементами конструкции представлены на схеме.

Задача № 2

Железнодорожный
вагон, двигавшийся с начальной скоростью v₀ = 18
км/ч, остановился через время  t = 20 секунд после
начала торможения.

Определить путь,
пройденный вагоном от начала торможения до полной остановки.

Задача
№ 3

Охотник
стреляет из ружья с движущейся лодки по направлению ее движения.

Какую
скорость имела лодка, если она остановилась после пяти быстро следующих друг за
другом выстрелов?

Масса лодки вместе
с охотником m_Л = 150 кг, масса заряда m_З
= 40 г, средняя скорость дроби и пороховых газов v_З = 600 м/с.

__________________________________________________________________________________

Билет
№12

Задача № 1

Невесомая
балка жестко защемлена. Определить реактивную силу и реактивный момент в
заделке А.

Исходные данные:

Распределенная
нагрузка q = 100
Н/м;

Длина
участка а, на котором действует распределенная нагрузка, равна
половине длины бруса;

Поперечная
сила F = 500
Н;

Длина
бруса L =
12 м.

Задача
№ 2

Перемещение
материальной точки на плоскости описывается уравнениями:

x = 12t +
24;

y = t²— 25.

Определите скорость
и ускорение точки в момент времени  t = 25 сек.

Задача № 3

Определить
силу натяжения в канате крановой установки, поднимающей груз массой 

m = 15 тонн  с
ускорением  а = 1,2 м/сек². Ускорение
свободного падения принять равным

g = 10
м/сек², сопротивлением воздуха пренебречь.

Билет
№13

Задача № 1

Балка
лежит на опорах А и В, нагружена силой F и
находится в равновесии.

Указать
какое из уравнений равновесия балки составлено неправильно.

Вес
балки не учитывается.

o   6R_А — 2F = 0

o  
4F
— 6R_В = 0

o  
R_A
— F — R_B = 0

o   4R_A — 2R_B = 0

o   Все уравнения
правильные

o   Все уравнения
неправильные

Задача
№2

Через
сколько времени упадет на поверхность земли гиря массой m = 6 кг,
если ее уронить с высоты h = 25 м?  Начальная скорость гири равна
нулю, аэродинамическими потерями при расчете пренебречь.

Задача
№ 3

Груз
массой  m = 0,1 кг привязан к центру посредством упругого
шнура длиной l = 0,5
м и равномерно вращается вокруг центра в вертикальной плоскости с частотой n
= 1 об/сек.

Определить
натяжение N шнура,
когда шарик находится в верхней точке траектории своего движения.

__________________________________________________________________________________

Билет
№14

Задача № 1

На схеме
изображена балка, нагруженная равномерно распределенной нагрузкой q = 10 Н/м.
Какова реакция опоры А? Укажите направление этой реакции на схеме.

o   50 Н

o   100 Н

o   12,5 Н

o   25 Н

o   10 Н

Задача №2

На какую высоту
поднимется ядро пушки при вертикальном выстреле, если его начальная скорость v₀ = 50
м/сек?
Аэродинамическими сопротивлениями при расчете пренебречь.

Задача №  3

Брусок массой  m = 4 кг
перемещается по горизонтальной плоскости под действием горизонтально
направленной постоянной силы  F = 20 Н.

Определить
ускорение, с которым движется брусок, если коэффициент трения между
поверхностями   f = 0,5.

Билет
№15

Задача № 1

Балка
находится в состоянии равновесия на опорах А и В. Определить
величину и направление реакции опоры В.

Вес
балки не учитывать.

Исходные
данные:

Сила
F = 4 кН.

Размеры балки и
направление силы F приведены
на схеме.

Задача № 2

Перемещение
материальной точки на плоскости описывается уравнениями:

x = 10 + 5t; 

y = — 5 + 18t.

Определите
скорость и ускорение точки в момент времени t = 12 сек.

Задача
№ 3

Гвоздь
длиной  l = 6 см  забивают в деревянный брус одним ударом
молотка, имеющего массу m = 0,6 кг.  В момент удара
скорость молотка  v_М  равна  10
м/с.

Определите
среднюю силу трения  F_ТР  стержня гвоздя о дерево
бруса.

__________________________________________________________________________________

Билет
№16

Задача № 1

Определить
реактивную силу R и
реактивный момент m жесткой заделки (см. схему). Уточнить
направление реакций.

Исходные
данные:

Распределенная
нагрузка q = 25 Н/м.

Вес
бруса не учитывать.

Задача № 2

На шнуре,
способном выдержать натяжение  N = 400 Н, подвешен
груз массой  m = 15 кг. За
свободный конец шнура груз начали поднимать вверх с ускорением  a = 6 м/с².

Определить,
выдержит шнур нагрузку или порвется?

Задача
№ 3

Снаряд
массой  m_c = 50 кг, летящий горизонтально со
скоростью  v_{c= 400 м/с}, попадает в
груженую платформу массой  m_п = 10 т и
застревает в грузе.

С
какой скоростью  v_п  стала
двигаться платформа?

Потерями энергии на
трение и нагрев во время торможения снаряда в грузе пренебречь.

Билет №17

Задача № 1

Балка
висит на гибких связях горизонтально, нагружена собственным весом G, силой F и
находится в состоянии равновесия.

Определить
реакцию гибкой связи R_А.

Исходные
данные:

Вес
балки G = 200
Н,

Сила
F = 600
Н.

Расположение гибких связей и
силовых факторов приведено на схеме.

Задача № 2

Пушечное
ядро массой m = 12 кг после вертикального выстрела
поднялось на высоту 30 м, после чего упало на землю. Определите скорость
v, с
которой ядро вылетело из ствола пушки. При расчете не учитывать сопротивление
воздуха.

Задача
№ 3

Охотник
стреляет из ружья с движущейся лодки по направлению ее движения. Какую скорость
имела лодка, если она остановилась после четырех быстро следующих друг за
другом выстрелов? Масса лодки вместе с охотником m_Л
= 200 кг, масса заряда m_З = 40 г, средняя
скорость дроби и пороховых газов v_З = 400 м/с.

________________________________________________________________________________________

Билет №18

Задача № 1

Балка
лежит на опорах А и В, нагружена силой F = 1800 Н  и
находится в равновесии.

Определить
реактивные силы R_A и R_B.

Задача № 2

Перемещение
материальной точки на плоскости описывается уравнениями:

x = 6 + 5t²; 

y = 2 + 18t.

Определите пройденный
путь и скорость через время  t = 12 сек.

Задача № 3

Определить
силу натяжения в канате крановой установки, поднимающей груз массой 

m = 6 тонн  с
ускорением  а = 1,1 м/сек². Ускорение
свободного падения принять равным

g = 10
м/сек²,  сопротивлением воздуха пренебречь.

Билет №19

Задача № 1

На схеме
изображена балка, нагруженная равномерно распределенной нагрузкой q = 40 Н/м.

Определите:

1. Величину и
направление реакции опоры А;

2. Величину
вращающего момента, создаваемого распределенной нагрузкой относительно опоры В.

Задача № 2

Перемещение
материальной точки на плоскости описывается уравнениями:

x = 2 + 2t; 

y = — 5 + 6t².

Через время t
= 6 сек определите пройденный путь и ускорение точки.

Задача
№ 3

Какова
должна быть мощность вертикального выстрела пушки, чтобы снаряд массой

 m
= 12 кг  за  2 секунды   поднялся на высоту  h = 200 м?

Сопротивлением
воздуха при расчетах пренебречь.

________________________________________________________________________________________

Билет №20

Задача № 1

Найти силу
натяжения упругой нити, удерживающей груз в состоянии равновесия на идеально
гладкой наклонной плоскости.

Исходные
данные:

Вес
груза G = 300 Н

Задача
№ 2

Пушечное
ядро массой m = 8 кг после вертикального выстрела
поднялось на высоту 65 м, после чего упало на землю. Определите скорость
v, с
которой ядро вылетело из ствола пушки. Какую работу выполнила сила тяжести при
перемещении ядра к верхней точке траектории? Сопротивление воздуха не учитывать.

Задача
№ 3

После
спуска с сортировочной горки железнодорожная платформа массой m = 12000 кг имела скорость v₀ = 3 м/с
и двигалась до полной остановки в течение времени  t = 40 с.

Какова
величина равнодействующей всех сил, действовавших на платформу?

Сопротивление качению

Сила, которая сопротивляется движению тела, катящегося по поверхности, называется сопротивлением качению или трением качения .

Colling Resistance может быть выражен с помощью общего уравнения

F _R = C W (1)

, где

F _R = ROLLING RESTINGANG или ROLLING OR COLLINGING FRICTION (N ROLLING OR ROLLING FRICTIONSANGE или ROLLING OR CLOWNITIONING FRICTIONAIN , фунт _f )

c = коэффициент сопротивления качению — безразмерный (коэффициент трения качения — CRF)

W = m a _{г LB F )}

M = масса тела (кг, LB)

A _G = ускорение гравита )

Обратите внимание, что коэффициент сопротивления качению — c — зависит от различных переменных, таких как конструкция колеса, поверхность качения, размеры колеса и многое другое.

The rolling resistance can alternatively be expressed as

F _r = c _l W / r                                (2)

where

c _l = rolling resistance coefficient — dimension length ( коэффициент трения качения) (мм, дюйм)

r = радиус колеса (мм, дюйм)

Rolling Friction Coefficients

Some typical rolling coefficients:

910101010101010101010101010 2

Rolling Resistance Coefficient
c	c l (mm)
0,001 — 0,002	0,5	стальные колеса на стальных рельсах
0,001		велосипедная шина на деревянной дорожке
0.002 — 0.005		low resistance tubeless tires
0. 002		bicycle tire on concrete
0.004		bicycle tire on asphalt road
0.005		dirty tram rails
0,006 — 0,01		грузовая шина на асфальте
0,008		велосипедная шина на неровной асфальтированной дороге
0,01 — 0,015		Обычные автомобильные шины на бетоне, новый асфальт, булыжник Маленький новый
0,02		CAR TIRE на TAR OR ASPHALT
		CAR TIN
0,03		автомобильные шины на булыжнике — сильно изношенные
0,04 — 0,08		автомобильная шина на твердом песке, гравии рыхлом изношенном, почве средней твердости
0,2 — 0,4		Автомобильная шина на свободном песке

Коэффициенты вращения.

) (0,01 + 0,0095 (V / 100) ² ) (3)

, где

C = коэффициент проката

P = ширино0002 v = скорость (км/ч)

Пример — давление в колесах и коэффициент сопротивления качению

Стандартное давление в колесах Tesla Model 3 составляет 2,9 бар (42 фунта на кв. дюйм) . Коэффициент трения качения при 90 км/ч (56 миль/ч) можно рассчитать из (3) как

c = 0,005 + (1 / (2,9 бар)) (0,01 + 0,0095 ((90 км/ч) / 100) ² )

  = 0,011

Увеличение давления до 3,5 бар снижает коэффициент сопротивления качению до

c = 0.005 + (1 / (3.5 bar)) (0.01 + 0.0095 ((90 km/h) / 100) ² )

  = 0.010

— or

((0.011 — 0,10) / 0,011) 100% = 9%

• 1 бар = 10 ⁵ PA = 14,5 фунтов на кв. Автомобиль на асфальте

  Сопротивление качению для всех четырех колес в автомобиле с полной массой 1500 kg on asphalt with rolling friction coefficient 0. 03 can be estimated with the generic equation 1 as

  F _r = 0.03 (1500 kg) (9.81 m/s ² )

  = 441 N

  = 0,44 кН

  • сравнить сопротивление качению автомобиля с сопротивлением воздуха автомобиля (лобовое сопротивление)

  Сопротивление качению для одного колеса можно рассчитать как

  02 _R = 0,03 (1500 кг / 4) (9,81 м / с ² )

  = 110 N

  = 0,11 КН

  для экономии с аэродинамическими комбинациями тягача и прицепа

  Концепция аэродинамики насчитывает сотни лет и включает в себя вклад таких великих умов, как Леонардо да Винчи, Исаак Ньютон и братья Райт. Но только в последние 25 лет или около того аэродинамика начала проникать в тяжелые тягачи с прицепами.

  Наука об аэродинамике ускорилась с наступлением эры полета в начале 20-го века. В 1930-х годах дизайнеры железных дорог разрабатывали элегантные обтекаемые поезда в стиле ар-деко для скоростных поездов. Концепция использования аэродинамики для повышения производительности больших транспортных средств была понята, но в железнодорожных приложениях упор делался на увеличение скорости транспортных средств, поскольку топливо было дешевым; Преимущества топливной экономичности, полученные за счет аэродинамических конструкций, считались приятным побочным эффектом.

  Аэродинамические соображения в ранних конструкциях грузовиков основывались в первую очередь на оптимизации потока воздуха в радиатор и моторный отсек в качестве средства контроля температуры. Только после нефтяного кризиса ОПЕК в 1970-х производители грузовиков в Северной Америке начали задумываться об более чистых аэродинамических конструкциях, что привело к созданию первого в отрасли аэродинамического тягача Kenworth T600A в 1985 году. возможный экономический и эффективный выигрыш от аэродинамических конструкций: топливо оставалось относительно дешевым, а водители грузовиков по-прежнему зацикливались на традиционных конструкциях грузовиков с длинной носовой частью и пластинчатой ​​решеткой, которые доминировали в отрасли на протяжении десятилетий.

  Сегодня все определенно по-другому. В то время как обычные конструкции с длинным носом остаются популярными среди владельцев-эксплуатантов, дальнемагистральные парки, столкнувшиеся с непредсказуемыми скачками цен на топливо, крайне низкой нормой прибыли и острой конкуренцией, стремятся сократить каждую копейку на топливе, техническом обслуживании и эксплуатационных расходах. А с прогнозируемым повышением эффективности использования топлива в диапазоне от 5 до 7 процентов для аэродинамических тягачей и до 15 процентов для прицепов, оснащенных аэродинамическими обтекателями и компонентами, аэродинамика выглядит более привлекательной для автопарков, ориентированных на расход топлива.

  Тракторы в традиционном стиле всегда вызывали страсть у водителей грузовиков. «Для того, чтобы действительно повлиять на эмоциональную привлекательность, требуется такая жесткая бизнес-переменная, как цены на топливо», — говорит Эрик Биннс, менеджер по рыночным сегментам Peterbilt. «Вот что действительно задержало переход отрасли на аэродинамические транспортные средства. Но поскольку цены на топливо остаются высокими или продолжают расти, а водители-ветераны уходят на пенсию, аэродинамические модели будут продолжать расти на рынке».

  MinStar, дальнемагистральный сухой флот из Игана, штат Миннесота, начал экспериментировать с аэродинамическими тягачами, когда топливо все еще стоило менее 1 доллара за галлон. Около года назад компания начала работать с аэродинамикой прицепов. «Несколько лет назад в нашем парке было несколько классических моделей, — говорит Митч Миллер, президент. «Но сейчас мы держимся от них подальше из-за стоимости топлива».

  Усиление синергии между передовыми областями, такими как корона, края ветрового стекла, зеркала и бампер, с последующим воздействием на тягач и прицеп обеспечивает оптимальный прирост производительности для грузовиков Peterbilt. В настоящее время

  MinStar уделяет основное внимание сокращению зазора между кабиной и прицепом с помощью регулируемых седельно-сцепных устройств, удлинителей кабины, обтекателей баков и юбок прицепа — и результаты были впечатляющими. Основываясь на собственных испытаниях компании, полная аэродинамическая комбинация тягача и прицепа экономит топливо на ¾ мили на галлон лучше, чем неаэродинамическая установка. «В конце концов, мы считаем, что аэродинамика позволяет нам эксплуатировать экономичный автомобиль на 800 долларов в месяц дешевле, чем неаэродинамическая модель», — говорит Миллер.

  Существует также законодательный толчок для улучшения аэродинамики тягача с прицепом. «Аэродинамическая тенденция обусловлена ​​удельной стоимостью энергии и сокращением углеродного следа», — говорит Дэйв МакКенна, директор по продажам и маркетингу силовых агрегатов Mack Trucks.

  Когда цены на дизельное топливо падают ниже 3 долларов за галлон, нет особого интереса тратить деньги на улучшение аэродинамики, которое окупится через шесть лет, говорит МакКенна. «Но при цене примерно 4 доллара за галлон есть много «аэрорелигиозных» новообращенных». Новым недостатком аэродинамики является прямое сокращение выбросов углекислого газа при потреблении меньшего количества дизельного топлива. «Если федеральное правительство когда-нибудь примет справедливый план торговли квотами на выбросы углерода, непосредственная выгода будет основана на наличных деньгах», — говорит он.

  Разработчики грузовиков, стремящиеся улучшить аэродинамику, должны учитывать экономическую эффективность на протяжении всего срока службы транспортного средства, а это означает, что мы вряд ли увидим большие грузовики в форме Corvette в ближайшее время.

  Калифорния уже требует, чтобы прицепы, работающие в штате, соответствовали требованиям SmartWay Агентства по охране окружающей среды США в соответствии с его Регламентом о выбросах парниковых газов в отношении тяжелых тягачей с прицепами. Калифорнийский совет по воздушным ресурсам требует, чтобы 53-футовые прицепы были оснащены аэродинамическими устройствами и шинами с низким сопротивлением качению. «В случае с прицепами-рефрижераторами CARB требуются аэродинамические устройства, способные обеспечить 4-процентную экономию топлива», — говорит Джейсон Форман, старший менеджер по разработке продуктов Carrier Transicold’s Performance Parts Group.

  Поскольку запланированные федеральным правительством требования по минимальной экономии топлива и ограничению выбросов CO2 вступят в силу в конце десятилетия, отрасли грузоперевозок необходимо будет внести дополнительные улучшения в области экономии топлива. Министерство энергетики США уже выделило миллионы долларов на помощь в этом деле, говорит Шон Грэм, президент Freight Wing, разработчика и производителя аэродинамических компонентов для прицепов.

  При перепроектировании грузовика для достижения оптимальной аэродинамики Kenworth обращает внимание на все внешние компоненты и то, как они взаимодействуют друг с другом, вплоть до прицепа.

  «Наша цель — добиться 15-процентного снижения расхода топлива по сравнению с прицепами без обтекателей, — говорит Грэм. Это на 6 процентов больше, чем то, что сейчас коммерчески доступно благодаря боковой юбке и обтекателю зазора компании, и достигается за счет добавления обтекателей в конце прицепа. «Мы на пути к тому, чтобы это произошло, и первоначальные испытания обнадеживают», — говорит он.

  Это тестирование не было потеряно на CARB. «Если вы отправляетесь в Калифорнию, то, вероятно, хорошо осведомлены о деталях», — говорит Грэм. «Короче говоря, появятся боковые юбки прицепа и другие аэродинамические компоненты — нравится вам это или нет». Правило CARB уже применяется к сухим фургонам модели 2011 года; к 2013 году любой 53-футовый прицеп, въезжающий в Калифорнию, должен иметь сертифицированные SmartWay аэродинамику и экономичные шины, если автопарки не подпишутся на дополнительные планы поэтапного соответствия.

  Обман тракторов

  Не нужно иметь степень в области аэронавтики, чтобы понять, что объекты с гладкими закругленными краями перемещаются по воздуху более эффективно, чем тупые поверхности с острыми выступающими придатками. Но идеальный аэродинамический профиль всегда должен определяться поставленной задачей; силовые агрегаты, пассажиры и груз — все должно быть частью конструкции, позволяющей выполнять работу. Как следствие, легковые и грузовые автомобили традиционно было легче оптимизировать, чем тяжелые грузовики, особенно тракторы, которым было поручено тянуть за собой огромный 53-футовый прямоугольный ящик.

  Для инженеров-аэродинамиков основной единицей измерения транспортного средства, движущегося в воздушной среде, является коэффициент аэродинамического сопротивления, измеренная величина сопротивления потока воздуха над, вокруг и иногда под транспортным средством или комбинацией транспортных средств, таких как трактор и прицеп . Большее сопротивление лобовому сопротивлению требует большей выходной мощности и большего расхода топлива для поддержания той же скорости движения.

  «Лучшая аналогия, которую я могу придумать, — это когда вы едете по дороге со скоростью 65 миль в час со всеми закрытыми окнами, и коэффициент лобового сопротивления, как правило, ниже», — говорит Маккенна. Опустите все окна, и ветер, дующий в оконные проемы и вокруг них, создаст гораздо более высокий коэффициент аэродинамического сопротивления. «Хитрость заключается в том, чтобы свести к минимуму любое сопротивление, насколько это возможно», — говорит он.

  Коэффициент аэродинамического сопротивления увеличивается экспоненциально по отношению к увеличению скорости; Чем быстрее движется обтекаемый автомобиль, тем эффективнее он движется по воздуху, хотя МакКенна отмечает, что даже при полной аэродинамике комбинации тягача и прицепа более высокая скорость автомобиля всегда увеличивает коэффициент аэродинамического сопротивления. Если для движения тягача с прицепом со скоростью 65 миль в час требуется 190 лошадиных сил, то для того, чтобы двигаться всего на 7 миль в час быстрее, потребуются дополнительные 75 лошадиных сил, поэтому, чтобы получить увеличение скорости на 11 процентов, вам потребуется 39 лошадиных сил.процентов больше лошадиных сил.

  Каждый раз, когда лобовое сопротивление автомобиля снижается, требуется меньше энергии — в данном случае лошадиных сил — для поддержания той же скорости движения. Даже со всеми доступными аэродинамическими преимуществами резкое увеличение скорости может легко свести на нет любой выигрыш в чистой экономии топлива. Исследование Мака показывает, что средняя скорость движения по дороге от 62 до 65 миль в час с полным набором аэродинамических компонентов в работе является «лучшим из двух миров» с точки зрения производительности и экономии топлива, говорит МакКенна.

  Все компоненты конструкции автомобиля неизменно взаимодействуют друг с другом, поэтому оптимизация тягача, прицепа и водителя как целостной системы взаимоподдерживающих элементов имеет важное значение.

  «Усиление синергии между передовыми областями, такими как корона, кромки ветрового стекла, зеркала и бампер, с последующим воздействием на тягач и прицеп приведет к оптимальному повышению производительности», — говорит Рик Михелич, менеджер по техническим характеристикам и инженерному анализу для Peterbilt. «Исследования и разработки продолжаются для оптимизации вариантов аэродинамического дизайна».

  Новые разработки в конечном итоге обеспечат повышение производительности и эффективности, снижение сложности эксплуатации и сокращение интервалов технического обслуживания, что обеспечит экономию затрат и положительно повлияет на итоговую прибыль клиента, говорит Михелич.

  «Мы уже видим это в существующих конструкциях, поскольку OEM-производители и третьи стороны работают над созданием компонентов для дальнейшей интеграции комбинированных транспортных средств», — говорит Франк Био, менеджер по продукции Volvo Trucks. «В

  перепроектировании грузовика для достижения оптимальной аэродинамики мы должны рассмотреть все внешние компоненты и то, как они взаимодействуют друг с другом, вплоть до прицепа. Весь грузовик работает как система, поэтому изменение одного компонента может повлиять на то, как воздух обтекает другой. Чем теснее мы обеспечиваем обтекание грузовика воздухом, тем ниже наш коэффициент аэродинамического сопротивления».

  Означает ли все это, что через несколько лет мы увидим тракторы в форме Корвета, разъезжающие по шоссе? Согласно Bio, маловероятно. «Конструкторы должны учитывать экономическую эффективность на протяжении всего срока службы автомобиля», — говорит он.

  Радикальные изменения конструкции, скорее всего, будут отражать затраты на топливо, становясь более сложными по мере роста этих цен. Био говорит, что небольшие камеры заднего и бокового обзора с дисплеями, установленными на приборной панели, являются более аэродинамическими вариантами, чем традиционные внешние зеркала, но камеры, вероятно, не получат широкого распространения, пока потенциальная экономия не оправдает их стоимость.

  Особо хитрые прицепы

  Оптимизация тягачей была логичным ходом с точки зрения дизайна. С другой стороны, трейлеры-сухие фургоны доставляют инженерам-аэродинамикам целый ряд проблем. Трудно представить менее аэродинамическую конструкцию, чем прямоугольная коробка длиной 53 фута, катящаяся по шоссе со скоростью 65 миль в час. Это больше, чем просто пережиток тех дней, когда топливо стоило доллар за галлон: низкопрофильные формы прорезают воздух более эффективно, чем высокопрофильные, но уменьшение высоты профиля на прицепе резко влияет на грузоподъемность.

  По данным Carrier Transicold, Калифорнийскому совету по воздушным ресурсам требуются аэродинамические устройства, способные обеспечить 4-процентную экономию топлива на прицепах-рефрижераторах.

  Проблемы с аэродинамикой прицепа начинаются с зазора между прицепом и тягачом. Ветер, движущийся вокруг, даже самый аэродинамический трактор засасывает в эту щель и создает огромную турбулентность и сопротивление.

  Боковой ветер может усилить сопротивление, создаваемое в этой области, поэтому компания Freightliner Trucks добавила воздухозаборники на приподнятые крыши, чтобы нагнетать воздух через крышу прицепа. «Это ключевой момент, когда мы разрабатываем аэродинамические устройства для наших тракторов, — говорит Т.Дж. Рид, директор по маркетингу продукции Freightliner.

  Еще одна «черная дыра» с аэродинамической точки зрения — днище трейлера. Как и в случае с зазором между тягачом и прицепом, воздух, проходящий мимо прицепа, всасывается внутрь и под прицеп, создавая еще большее сопротивление и турбулентность. Перевозчики все чаще оснащают прицепы боковыми юбками для улучшения аэродинамики и топливной экономичности. «Эти относительно новые устройства быстро завоевывают популярность, и мы считаем, что аэродинамика прицепов достигла критической точки в отрасли грузоперевозок», — говорит Грэм.

  Компания Freight Wing вложила значительные средства в испытания SAE и TMC, которые показали улучшение расхода топлива до 7% на прицепах, оборудованных боковыми юбками. «В реальных условиях работы автопарка существует множество переменных, которые могут повлиять на производительность, но мы обнаружили, что автопарки обычно сообщают об улучшении экономии топлива на 4–6%, в зависимости от их применения и условий вождения», — говорит Грэм. Исследование Freight Wing показало быструю окупаемость вложений в юбки прицепов, около 50 000 миль для большинства автопарков.

  Энди Акотт, менеджер по продажам Laydon Composites, говорит, что существует несколько вариантов аэродинамики прицепа, но компоненты должны быть достаточно прочными, чтобы выдерживать повседневные нагрузки на протяжении всего срока службы прицепа. «Ищите продукт с наименьшим количеством металла или всего, что может подвергаться коррозии, и что-то, что быстро устанавливается и легко обслуживается в случае необходимости», — говорит Акотт, который также рекомендует убедиться, что надстройка сертифицирована SmartWay как аэродинамическая. «Расширенный» для обеспечения надлежащего соответствия и производительности.

  Последняя часть аэродинамической головоломки буквально может быть найдена в следе от сухого фургона, несущегося по дороге. Высокая прямоугольная задняя часть типичного сухого фургона создает вакуум, когда он движется вперед на высокой скорости. Поскольку природа не терпит пустоты, воздух, обтекающий, над и под прицепом, тут же закручивается внутрь и пытается заполнить эту пустоту. Вакуум и турбулентность, создаваемые воздухом, пытающимся заполнить его, увеличивают сопротивление, заставляя двигатель работать усерднее и сжигать больше топлива.

  Именно на этом ATDynamics сосредоточила свои усилия с помощью установленных сзади аэродинамических плавников TrailerTail. «Поскольку автотранспортные компании ищут следующую большую вещь после обтекателя прицепа, они быстро внедряют технологию аэродинамики заднего тормоза», — говорит Бабур Озден, директор по маркетингу. Ребра TrailerTail, установленные сзади, предназначены для создания эффекта воронки в задней части прицепа, предотвращая попытки воздуха заполнить зону низкого давления и уменьшая сопротивление и турбулентность.

  TrailerTails обеспечивают экономию топлива на 6,6% при скорости 65 миль в час согласно результатам сторонних испытаний SAE Type II J1321, говорит Озден, который указывает на другие аэродинамические преимущества, такие как повышенная устойчивость прицепа за счет снижения турбулентности в задней части автомобиля, что снижает нагрузку на шины. износ и усталость водителя при одновременном повышении безопасности за счет уменьшения количества брызг в сырую погоду.

  Аэродинамика тягача с прицепом кажется самой неуловимой из всех технологий грузоперевозок — доступные, простые и пассивные системы, которые могут быстро и значительно повлиять на итоговую прибыль автопарка. Хотя радикальные конструкции тягачей маловероятны, кажется, что отрасль грузоперевозок находится на пороге новой тенденции, которая медленно, но верно приведет к появлению еще более эффективных тягачей с прицепами в ближайшие годы.

   

   

   

   

  Насколько скользкой может быть буровая установка?

  Аэродинамические компоненты могут значительно снизить коэффициент аэродинамического сопротивления тягача с прицепом, когда он движется со скоростью шоссе. Значения, приведенные в таблице, показывают приблизительное увеличение аэродинамической эффективности по сравнению с тягачом с прицепом без этих компонентов. Имейте в виду, что аэродинамика лучше всего работает как системный подход: удлинители зазоров прицепа обеспечивают увеличение аэродинамики на 1–3 процента при подключении к неаэродинамическому тягачу, но эта цифра возрастает до 8 процентов при соединении с полностью аэродинамическим тягачом. Все приведенные значения являются приблизительными и могут варьироваться в зависимости от марки и модели трактора и прицепа, а также области применения.

  Аэродинамическая передняя часть: 5–7 %

  Зеркала заднего вида: 1–2 %

  Обтекатель крыши трактора: 5–10 %

  Обтекатель прицепа: 1–3 % (до 8 % при полностью аэродинамической передней части)

  Юбка трактора (крышка топливного бака): 1-3%

  Боковые удлинители трактора: 2-3%

  Колпаки: 1-2%

  Боковая юбка прицепа: 4-8%

  Хвост прицепа: 3-5 %

  Ни один камень не останется без внимания

  Транспортная компания долины Месилья готова попробовать все аэродинамические аспекты

  Преимущества аэродинамических надстроек не остались незамеченными Джимми Рэем, исполнительным вице-президентом Mesilla Valley Transportation, парка дальнемагистральных сухих фургонов из Лас-Крусес, штат Нью-Мексико, и одним из первых, кто внедрил эту технологию. «Мы смотрим практически на каждый компонент и систему грузовика и прицепа с точки зрения экономии топлива, — говорит Рэй.

  Техническим специалистам Mesilla Valley Transportation требуется около часа, чтобы установить юбки и хвост на прицепе, но эти усилия позволяют автопарку из Лас-Крусес, штат Нью-Мексико, экономить топливо примерно на 8/10 галлона на милю.

  Все колеса грузовиков и прицепов MVT оснащены колпаками, потому что собственные испытания парка показывают, что колпаки дают примерно 1/100 галлона на милю экономии топлива по сравнению с непокрытыми колесами и экономят около 250 долларов в год на тракторе. . «В результате наши колпаки ежегодно окупаются, — говорит он. Обтекаемые боковые зеркала заднего вида набирали еще 1/10 мили на галлон.

  Техникам MVT требуется около часа, чтобы установить юбки и хвост на прицеп, но эти усилия обеспечивают увеличение экономии топлива примерно на 8/10 галлона на милю. «В целом мы видим увеличение общей экономии топлива примерно на 1,2 мили на галлон с юбками и хвостом на прицепе — и это не становится настоящей экзотикой», — говорит Рэй.