Di Olavi H. Koskinen: PUUTAVARA-AJONEUVOYHDISTELMÄN AERODYNAMIIKKA JA POLTTOAINEENKULUTUS

07.10.2021 6.48

Ajoneuvon liikettä vastustavat voimat, jotka ovat vierintävastus, ilmanvastus sekä ajoneuvon ollessa ylämäessä nousuvastus. Myötämäessä nousuvastus on luonnollisesti negatiivinen ja silloin ko. voima vaikuttaa liikettä myötäävästi. Onhan tunnettua, kuinka herkästi täysipainoinen yhdistelmä ”haistaa” ylämäet. Mutta myös vastaavasti alamäissä auto yrittää karata käsistä ja sitä saa todella jarruttaa, jotta nopeus pysyisi sallituissa lukemissa.

Jos tarkastellaan liikkumista mäettömällä tiellä, vastusvoimat muodostuvat vain vierintä- ja ilmanvastuksista. Jos massa on 60 tonnia ja nopeus 80 km/h, tavanomaisella umpikoriyhdistelmällä vierintävastuksen osuus on 60 ... 70 % kulkuvastuksista, joten ilmanvastuksen osuudeksi jää vain noin kolmannes. Tämä lienee syy, miksi ajoneuvon ilmanvastukseen ja yleensä aerodynamiikkaan on kiinnitetty aika vähän huomiota.

Ilmanvastuksen määrittämisperusteenahan on patopaine ajoneuvon otsapintaa vasten. Patopaine määräytyy ilman tiheyden ja nopeuden neliön perusteella, ja kun paine kerrotaan pinta-alalla saadaan voima. Vertailupinta-alana käytetään otsapintaa, joka on kohtisuoralle ja pystysuoralle tasolle projisioitu pinta-ala, mutta todellisuudessa kolmiulotteisessa ajoneuvossa on muitakin pintoja, joita vastaan patopaine kohdistuu.

 

Nämä otetaan huomioon kappaleen muodosta johtuvalla korjauskertoimella, josta yleensä käytetään symbolia Cd (tai Cw) ja jonka avulla otsapinta korjataan vastaamaan kaikkia vastustavia pintoja. Niinpä ilmanvastusvoima kokonaisuudessaan voidaan esittää seuraavan yhtälön avulla:

      Fair = .5 Da Cd Af v2

 

  missä:

      Fair = ilmanvastusvoima [N]

      Da   = ilman tiheys [kg/m3]

      v     = nopeus [m/s]

      Af  = otsapinta-ala [m2]

     Cd  =  muodosta johtuva korjauskerroin

Tyypillisen suomalaisen 4.2 m korkean yhdistelmän otsapinta-ala on likimäärin 9.5 m2, mutta sen sijaan muotokerroin Cd voi vaihdella huomattavissa rajoissa, mikä riippuu ajoneuvon kuormatilatyypistä ja –rakenteesta. Linja-autoilla on parhaimmillaan päästy arvoon noin 0.3, kun taas kuorma-auton ja varsinaisen perävaunun yhdistelmillä arvoon noin  0.8. Mikäli kuormatila on avoin, on eroa myös tyhjän ja kuormatun ajoneuvon välillä. Tällöinhän kuorma itsessään lisää usein otsapintaa, mutta se voi vaikuttaa myös varsinaiseen muotokertoimeen

Eräs selvimmistä esimerkkitapauksista on puutavarayhdistelmä. Kun sitä tarkastellaan kuormaamattomana kohtisuoraan edestä päin, sen otsapinta-ala on noin 6.5 m2. Esimerkiksi kuvassa pankot jäävät toistensa varjoon, mutta ne sijaitsevat peräkkäin kuitenkin jo sellaisin etäisyyksin, että jokainen niistä vastustaa erikseen auton kulkua. Toisin sanoen ne toimivat kuten haravan piikit. Pelkkien pankkojen otsapinta-ala yhteensä saattaa helposti olla kaksinkertainenkin hytin otsapintaan verrattuna, ja tällöinhän jo näistä muodostuva yhteispinta-ala on 18 ...19 m2.

Puutavarayhdistelmässä on lisäksi huomattava määrä kaikenlaisia ”risukoita” (ohjaamosuoja, rungon poikkipalkit, letkut, putket, takavalojen kiinnitysvarret, lokasuojat, sekalaiset ulokkeet jne.), jotka omalla vähäisellä osuudellaan aiheuttavat lisävastusta. Näiden vaikutus korostuu erityisesti ajettaessa tyhjänä, jota puutavarakuljetuksissa muodostaa vähintään 50 %.


Ajettaessa tyhjänä pankot pitäisi voida kaataa, mutta tällaisiin ratkaisuihin ei ainakaan vielä toistaiseksi ole menty. Syynä on varmaankin kustannusten lisäys rakenteiden monimutkaistuessa. Sen sijaan pankkojen muotoilun vaikutusta ilmanvastuskertoimeen on selvitetty jo 1980-luvun puolivälissä.

Tulokset jo tuolloin olivat varsin selkeät. Tyhjänä ajettaessa Cd-arvo vaihteli välillä 1.5 ... 2.4. Kuormattuna ajettaessa ero ei enää ollut merkittävä. Tuolloin Cd-arvon suuruusluokka oli 1.2 ... 1.3. Kuitenkin tässäkin on parantamisen varaa, koska muunlaisilla kuormatilarakenteilla on parhaimmillaan päästy arvoon 0.8.

 Kun otetaan huomioon edellä mainitut tulokset, on ilmeisen selvää, että puutavarayhdistelmillä tyhjänä ajettaessa aerodynamiikan merkitys korostuu. Auton kulku tuntuu varsin ”tahmealta” eivätkä myötämäetkään anna lisää vauhtia, koska massaa ei ole tuolloin riittävästi painamassa. Polttoaineenkulutus saattaa olla lähes yhtä suuri kuin kuormattunakin. Tämän ovat osoittaneet niin lukuisat mittaukset kuin teoreettiset tietokonesimuloinnitkin.

Ajoneuvojen sekä niiden päällirakenteiden ja varusteiden valmistajat eivät ole tähän mennessä valitettavasti kiinnittäneet riittävästi huomiota kaikkeen kokonaisuuteen, millä tässä yhteydessä tarkoitetaan puutavaran kuljetukseen tarkoitettua kokonaista ajoneuvoyhdistelmää. Ilmeisestikin jokainen taho on kokenut tärkeänä vain oman osuutensa sekä sen markkinoinnin.

Kulkuvastuskertoimet voidaan varsin tehokkaasti määrittää vierintäkokeiden avulla. Edellytys on, että tiedot käytetystä ajasta, edetystä matkasta sekä hetkellisestä nopeudesta mitataan ja kerätään riittävän tiheällä esimerkiksi yhden sekunnin aikavälillä. Tulosten käsittely ja analysointi tapahtuu tähän tarkoitukseen kehitetyllä ohjelmistolla.

 

Eri vastuskertoimien vaikutusta polttoaineenkulutukseen voidaan luonnollisestikin mitata, mutta koska mittaukset ovat varsin työläitä, ne voidaan rajoittaa minimiinsä. Sen sijaan vaikutusta polttoaineenkulutukseen sekunti sekunnilta ja/tai metri metriltä kuten myös moniin muihinkin tekijöihin voidaan selvittää tehokkaasti tietokonesimuloinnilla. Edellytyksenä ovat moottorikartat polttoaineenkulutuksesta (ns. simpukkadiagrammit) sekä mahdollisista päästöistä. Järjestelmään rakennetaan ja kuvataan moottorin ympärille ajoneuvo teknisine tietoineen voimansiirtolinjasta, ajovastuksista, massasta, akselilukumäärästä jne. sekä ajettavista teistä pinolta tehtaalle kuten myös ajotapaan vaikuttavista liikenneolosuhteista.

Simuloinnin tuloksena saadaan paljon muutakin tietoa ajoneuvon liiketapahtumasta, mutta polttoaineenkulutus sekä päästöt lienevät eräitä tärkeimpiä tällä hetkellä. Ympäristökysymyksethän sellaisinaan lienevät aina ajankohtaisia, mutta eiköhän dieselpolttoaineenkin hinta ole jo riittävän korkea, jotta polttoaineenkulutus sekä sen vähentäminen kiinnostaisivat eri tahoja?

Olavi H. Koskinen
DI, yli-insinööri
   10.03.2017 

06.03.2024 9.00EU:n ennallistamisasetus on hyväksytty Euroopan parlamentissa - ajankohtaiswebinaari pureutuu asetuksen toteutukseen ja etenemiseen
06.03.2024 7.00Magni-kurottajat tekevät uuden maahantuojan voimin paluun Suomen markkinoille
06.03.2024 3.00Kuorman varmistaminen.
06.03.2024 0.07Kaksi kovaa tuovat lisätuloja, ja toinen ja kolmas turvallisuutta.
05.03.2024 18.00Terminatorien ja TimberMaxxien turvallisuus on aivan omassa luokassaan.
05.03.2024 17.00Suomen markkinoilla olevien pankkojen painoerot ovat minimaalisen pieniä.
05.03.2024 15.00TimberRoad siirtoauton perusmalli on vielä vailla ratkaisua!!??!!
05.03.2024 14.00Muovittomat raakapuun korjuu-, ja kuljetusketjut ovat jo pitkällä vuoden 2024 alkupuoliskolla.
05.03.2024 13.00Muovin lähtölaskenta on alkanut - ja kuljetusalalla Suomessa nyt esimerkillisesti metsäsektorilla.
05.03.2024 12.00TimberRoad yhdistelmäpaketin syöttöauton akslityyppi on nyt valittu.
05.03.2024 11.003 - Maksimaaliset nippusidontaominaisuudet: - "Terminatorien ja TimberMaxxien nippusidonnan turvallisuus on aivan omassa luokassaan"???
05.03.2024 9.002. - Puutavaranipun sidonta koostuu kitkapinnoista ja sidontavoimista sekä nipun ladonnasta.
05.03.2024 8.10Tilaa nyt Evolution "sinkkipankot" kevään 2024 erikoishintaan!!!
05.03.2024 7.00AVS-Yhtiöt Oy siirtyy Beijer Tech:n omistukseen
05.03.2024 3.00Maksimaalinen kuormatilakoko : - Tuottavin tavoiteltava kuormatilakoko 120-130 m3!!!
05.03.2024 0.07Tilasto: Ennätysmäärä uusia yhteismetsiä perustettiin viime vuonna
04.03.2024 17.00Kaivinkoneiden lumenveiston SM-tittelit 2024 ratkaistaan ensi lauantaina 9.3. Juupajoella - lähde mukaan hienoon koko perheen tapahtumaan
04.03.2024 13.00Triplakiinnikkeen 3 "olomuotoa".
04.03.2024 11.00Terminatoreitten ja TimberMaxxien erinomaiset kiinnikejärjestelmät.
04.03.2024 9.00Terminator - ja TimberMaxx tekniikkaa : Alumiinikitkalevyt.
04.03.2024 7.00Optimaalisella kuljetuskalustolla päästään parhaaseen tulokseen puunajossa
04.03.2024 3.00Suomen ajoneuvokanta kasvoi vuonna 2023
04.03.2024 0.07Uiton Matti Laihialta se oli maailman ensimmäinen Alukarikkamies 70-luvun puolivälissä.
03.03.2024 17.00Kauhavan puukko on "kaksineuvpoonen" - Terminator, ja TimberMaxx kolme !!!
03.03.2024 15.00SKALin keskeiset esitykset hallitukselle
03.03.2024 13.001.+ 2.+3 + loiskuorma- yhteensä jopa 10.000kg.
03.03.2024 12.00Kuormakoko, ja kuorman sidonta ovat alumiinipankkojen sudenkuopat.
03.03.2024 11.003. Perävaunu varusteineen.
03.03.2024 10.10Tehokkaita, turvallisia, ja tuottavia ratkaisuja löytyy vain meiltä "teräsmiehiltä".......
03.03.2024 9.00Kuumat ja kuivat kasvuolosuhteet sekä työvoiman heikko saatavuus puutarhaviljelyn haasteina
03.03.2024 7.002. Puutavaranosturi varusteineen.
03.03.2024 3.00Uusi ympäristöystävällinen teräketjun voiteluaine vakuuttaa ominaisuuksillaan
03.03.2024 0.071. Vetoauto hydraulinosturivarusteilla.
02.03.2024 17.00Syöttöauto yhdistelmien omapainoissa on järkyttävänkin suuria painoeroja.
02.03.2024 15.00Ultralujista ja säänkestävistä teräksistä tehdään kevyimmät, kestävimmät ja tilavimmat puutavarapankot.
02.03.2024 13.00Junavaunupankot ovat jo nykymuodossaan kuumasinkitystasolla.
02.03.2024 11.00Terminator on osoittautunut yhdeksi kaikkien aikojen kestävimmistä pankoista, -mutta missä piilee XXL-keston salaisuus?
02.03.2024 9.00Terminator ja TimberMaxx - ruosteenesto .
02.03.2024 7.00Keslan tilinpäätöstiedote: liikevaihto kasvoi, tulos parani
02.03.2024 3.00Miksi teemme nyt TimberMaxx-Evo irtotolppaisen pankkomalliston???
02.03.2024 0.07Metsähallitus avaa tontinluovutuskilpailun Kilpisjärvellä matkailuliiketoiminnan edistämiseksi
02.03.2024Mitkä ovat painoerojen ääripäät: - 1. Vetoauto hydraulinosturivarusteilla.
02.03.2024KATSO TÄSTÄ 1.3. LÄHETYS! Ammattilehden Hyviä uutisia! tarjoaa kuljetus-, maarakennus- ja metsäalan tuoreet kuulumiset
01.03.2024 18.00Kuumasinkitys prosessi.
01.03.2024 17.10Sinkki.
01.03.2024 15.00Teollisuuden tuottajahinnat laskivat vuoden 2024 tammikuussa 5,4 % vuoden takaisesta
01.03.2024 13.00Apurunkokorkeuksissa on vieläkin suuriakin eroja.
01.03.2024 13.00Innovatiivinen sähköhydrauliikan opetusvaunu
01.03.2024 11.00KATSO VIDEO! Dinolift 50 vuotta - Pitkäaikainen yhteistyö Rotatorin kanssa
01.03.2024 10.00Paluu tulevaisuuteen: - " TimberMaxx 2 . autovarustepaketti ja Evolution pankkomallistot "
01.03.2024 9.00Matekon Seinäjoen toimipisteessä tapahtuu - uutta voimaa myyntiin ja Konepäivät tulossa!
01.03.2024 7.00Biokaasulaitoksen maanrakennustyöt käynnistyvät Kiuruvedellä
01.03.2024 5.00Mitä on XXL pankkoetu rahassa , - ja käytön turvallisuudessa???
01.03.2024 3.00Ratatyöt hidastavat lentoaseman junayhteyksiä pk-seudulla
01.03.2024 0.07Kuumat ja kuivat kasvuolosuhteet sekä työvoiman heikko saatavuus puutarhaviljelyn haasteina
29.02.2024 17.00Olisiko viisasta ajattaa tyyliin mies ja hevonen ???
29.02.2024 15.00Muovipinnoitteitten määrä Suomen raakapuuvaunuissa on luokkaa 100.000kg.
29.02.2024 13.00Korpipojat Oy: Korpimetsien korjuuta luontoa kunnioittaen
29.02.2024 12.00Mielestäni teippien liimaus uusiin pankkoihin on valmistajien täydellistä vastuuttomuutta.
29.02.2024 11.00MAN valmistautuu raskaan liikenteen sähköistymiseen avaamalla akkukorjaamoiden verkoston Eurooppaan
29.02.2024 9.00Karkeasti jopa 200- tonnia muovipinnoitetta raakapuuketjussa !!!??? !!!
29.02.2024 7.00Suomen metsäkeskuksen sähköinen asiointipalvelu Metsään.fi uudistuu
29.02.2024 3.00Merikarvian sahan toiminta lakkaa kesäkuussa
29.02.2024 0.07Metsätalouden Metka-tukien haku avautuu maaliskuun alussa
28.02.2024 18.00Miksi Ruotsissa ei autojen pankkopaikkoja siirrellä
28.02.2024 15.00Metsä Group luopuu puunhankintaliiketoiminnoistaan Virossa
28.02.2024 13.00Onko puutavarayhdistelmän pankkojen siirtely turhaa "ammattiosaamista"???
28.02.2024 11.00Huippumodernin sahalaitoksen tehokasta tukkien käsittelyä
28.02.2024 7.00Metsä Groupin Kemin biotuotetehtaan vastuullinen logistiikka takaa toimitusvarmuuden asiakkaille
28.02.2024 5.00Onko "junapankkojako" ainut oikea???
28.02.2024 3.00KATSO VIDEO! Dinolift 50 vuotta - Pitkäaikainen yhteistyö Rotatorin kanssa
28.02.2024 0.07Kansainvälinen nesteiden kuljetusyritys HOYER tilaa 165 DAF XG -vetoautoa
27.02.2024 17.05Onko tosiaan ikiliikkuja keksitty- , ja onko se raakapuun junakuljetus???
27.02.2024 17.00Suomen Lantakaasu Oy ostaa Nurmon Bioenergian
27.02.2024 15.00Artikkeli vuodelta 2011 : - "Kuljetusten päästöjä vähennetään"
27.02.2024 13.00Kuumasinkitys suojaa teräksen.
27.02.2024 11.00Renault jo seitsemännen kerran The Car of the Year voittaja
27.02.2024 9.00Kuormaimellinen puutavarayhdistelmä.
27.02.2024 7.00Täydellisesti uudistunut Dacia Duster ehtii kesäksi Suomeen
27.02.2024 3.00Uitto on ympäristöystävällinen puun kuljetusmuoto
27.02.2024 0.07Lämmöksi Oy: Lämpöä metsästä kokonaispalveluna
26.02.2024 18.00Mikä on rautatiekuljetustaksa vrt. autokuljetus reaalilaskennalla???
26.02.2024 17.00Terminator ja TimberMaxx kiinnikepaketteihin tehdyt tuottavuus, ja turvallisuusmuutokseyt.
26.02.2024 15.00Kolisemattomuus on triplavaimentimillisten pankkokiinnikkeitten yksinoikeus.
26.02.2024 11.00TimberMaxx ja Terminator-tekniikkaa :-."100% ultralujaa terästä".
26.02.2024 9.00Terminator-tekniikkaa; - "100% muoviton metallipinnoitus"
26.02.2024 3.002.Terminator tekniikkaa : - Alumiinikitkalevyt ovat kuormatta liikuteltavissa ja kiinteäasenteisissa pankoissa
26.02.2024 0.071.Terminator tekniikkaa . : - Triplavaimentimet ovat kaikissa pankkojemme kiinnikkeissä
25.02.2024 17.00Korotettujen "junapainojen" testit tehtiin nekin vailla yhdenvertaisuusperiaatetta. XXhj/Vr
25.02.2024 15.00Metsäkoneilla riittää töitä - kalusto siirtyy tyylikkäästi
25.02.2024 12.00Onko tasavertaisuusperiaate mukana rautatiekuljetuksien kuljetustaksoissa = taksavertailuissa. XXhj/Vr
25.02.2024 11.00Mikä on tuottavin ja käytännöllisin puutavarayhdistelmän varustepaketti ???
25.02.2024 9.00Tiesitö että: Terminatorimiehet ajavat maailman ekologisimmilla ja liikenneturvallisimmilla raakapuupankoilla.
25.02.2024 7.00Olemme valmistautuneen metallisten 100%:sten muovivapaitten pinnoitteitten tuotantoon esimerkillisen kovatasoisesti, jopa koko maailman mittakaavassa.
25.02.2024 3.00Puutavarapankko
25.02.2024 0.07Maailman ensimmäinen 100%.:sesti muoviton pankkomallisto syntyi 2000-luvun alkuvuosina.
24.02.2024 18.00Materiaalivalinta - teräksissä ja teräksissä on suuria eroja.
24.02.2024 17.00Muoviton pintakäsittely on puutavarapankkojen yksi tärkeimmistä ominaisuuksista.
24.02.2024 15.00Viides kulma suuntaa puhdasta ilmaa kuormatilan "akanvirtaan"... XXL: 11/30.
24.02.2024 13.00Tavaraa määränpäähän kuljetettaessa tulisi välttää takaisinpäin kuljetusta. XXhj/Vr

Näytä lisää »