L’acrobazia era impossibile. O avrebbe dovuto esserlo.
In uno spot pubblicitario per la Toyota Tundra CrewMax, gli ingegneri hanno allestito una scena alla Sierra Rock Quarry a Placerville, in California. L’ambientazione era drammatica. Un drop-off di 180 piedi. Un container, del peso esatto di 6.400 libbre, penzolante da una gru come un pesante pendolo. Un cavo metallico correva dal gancio del container al punto di traino del camion.
Per un momento la gru resse il peso. Quindi è stato rilasciato.
Il contenitore è caduto. Il cavo si è teso. La tundra fu trascinata verso il bordo della scogliera. Ti aspetteresti che scivoli. Invece le gomme mordono l’asfalto. La sospensione posteriore si accucciò sotto il carico improvviso. Il camion mantenne la posizione e riportò la massa di 6.400 libbre su per il pendio.
Sembrava magia. Non lo era.
Era fisica. Nello specifico, si trattava di tiro al timone.
Che cos’è la trazione del timone?
Vediamo questa forza ogni giorno, anche se raramente la nominiamo.
Pensa a un treno merci. La locomotiva non si muove solo da sola; trascina dietro di sé decine di tonnellate di automobili. Questa è la trazione del timone. Guarda i rimorchiatori in un aeroporto. Quei veicoli a basso profilo che spingono o trascinano gli aerei di linea stanno generando enormi quantità di forza in un punto di intoppo. Anche il trattore su un fienile utilizza la trazione del timone per trascinare un carro pieno di persone.
Il termine si riferisce alla forza di trazione che un veicolo esercita sul suo accoppiatore. È la tensione generata nella direzione del movimento. Gli ingegneri lo misurano in libbre o Newton. È distinto dalla potenza. La potenza riguarda la velocità e l’energia nel tempo. La trazione del timone riguarda la forza bruta in un punto specifico.
Perché la tundra non è scivolata
La trovata commerciale evidenzia un malinteso comune. Le persone confondono la capacità di traino con la potenza di tenuta statica. La capacità di traino è una valutazione. Ti dice cosa il produttore dice che il camion può gestire in sicurezza su un’autostrada. La trazione del timone è una realtà fisica. Dipende dalla trazione, dalla distribuzione del peso e dalla coppia del motore.
Quando il container è caduto, la Tundra non ha fatto affidamento solo sul suo motore. Si basava sulla gravità stessa. Il peso del camion gravava sulle ruote posteriori. Più peso significa più attrito. L’attrito impedisce alle gomme di girare. Se le gomme non girano, il camion non scivola.
La parte posteriore si accovacciò perché la forza della trazione sollevò leggermente la parte anteriore, spostando il peso sulla parte posteriore. Ciò ha aumentato la forza normale sulle ruote motrici. Le gomme facevano più presa. Il motore ha fornito la coppia. L’attrito ha fornito l’ancora. Il risultato è stato un carico di 6.400 libbre trascinato in salita.
Come calcolarlo
Non hai bisogno di una scogliera per testarlo. Puoi calcolare la forza di traino del tuo veicolo se conosci tre cose:
- Peso sulle ruote motrici.
- Coefficiente di attrito tra gli pneumatici e la superficie.
- Coppia motore e rapporti di trasmissione.
L’equazione di base prevede di moltiplicare il peso sull’asse motore per il coefficiente di attrito. Questo ti dà la massima forza di attrito statico. Se il motore riesce a produrre una coppia sufficiente a superare la resistenza del carico, il veicolo si muove. Se il peso del carico supera il limite di attrito, le ruote girano.
Nel caso della Tundra, il coefficiente di attrito sull’asfalto asciutto è elevato. Il peso a vuoto del camion forniva un’ampia forza verso il basso. Il motore diesel o benzina erogava la coppia attraverso un sistema di riduzione a ingranaggi che moltiplicava la forza. Il risultato è stato un tiro netto positivo.
Oltre l’acrobazia
La scena della cava è stata progettata per vendere camion. Ma il principio si applica a tutto, dai trattori alle cisterne.
Quando acquisti un veicolo da traino, guardi la valutazione della capacità di traino. Quel numero presuppone condizioni ideali. Presuppone una perfetta distribuzione del peso. Si presuppone buone gomme. Si presuppone che tu non sia su un’inclinazione di 15 gradi mentre tiri un carico che scivola verso un dirupo.
La trazione del timone nel mondo reale è più complicata. Il fango riduce l’attrito. Il ghiaccio lo elimina. Una scarsa pressione dei pneumatici modifica la zona di contatto. Ma il concetto centrale rimane lo stesso. Forza a
Smetti di indovinare quanto peso può effettivamente trasportare il tuo rig. I calcoli dietro la trazione del timone sono semplici una volta eliminati i termini ingegneristici. Non si tratta di numeri magici; si tratta di coppia, ingranaggi e attrito.
È necessario il tiro alla barra di traino (DP) in libbre. Questo indica la forza netta disponibile per spostare un carico. Iniziare con lo sforzo di trazione lordo. Prendi la coppia del tuo motore in pollici-libbre ($T$). Moltiplicarlo per il rapporto di riduzione dell’ingranaggio totale ($R$). Ciò include la trasmissione e l’asse. Quindi dividere per il raggio della ruota motrice ($r$) in pollici.
$$DP_{lordo} = \frac{T \times R}{r}$$
Questo risultato è la tua pura potenza di trazione. Ma non stai trainando una slitta sul ghiaccio. Stai combattendo la terra. Questo ci porta alla seconda metà dell’equazione: resistenza al rotolamento ($RR$).
Calcoli della resistenza al rotolamento
La resistenza al rotolamento è la forza necessaria per mantenere il veicolo in movimento su una superficie. Lo calcoli prendendo il peso lordo del veicolo ($GVW$) in libbre. Moltiplicarlo per il coefficiente di resistenza al rotolamento della superficie ($R$). Questo coefficiente è generalmente espresso in libbre per 1.000 libbre di peso. Dividi il totale per 1.000 per ottenere la forza effettiva in libbre.
$$RR = \frac{GVW \times R}{1000}$$
Trovare il coefficiente giusto è il punto in cui la maggior parte delle persone rimane bloccata. Hai bisogno di dati specifici della superficie. Un buon calcestruzzo di solito costa circa 15 libbre per 1.000 libbre. Sporco molle? Quel numero sale alle stelle. Cerca le tabelle per il tuo terreno specifico.
Ecco un esempio concreto per farcela. Immagina un carrello elevatore o un camion industriale del peso di 8.000 libbre che guida su un buon cemento. Il coefficiente è 15.
$$8.000 \volte 15 = 120.000$$
$$120.000 / 1.000 = 120 \text{ libbre di resistenza al rotolamento}$$
Ora hai il costo dell’attrito. Sono 120 sterline. È necessario sottrarre questo valore dallo sforzo di trazione lordo per ottenere la reale forza di trazione del timone.
Formula della trazione del drawbar netto
Combina le due parti in un’unica equazione principale.
$$DP = \frac{T \times R}{r} – RR$$
Esaminiamo i numeri su un’ipotetica macchina. Il motore produce 4.800 libbre per pollice di coppia. Sono 400 piedi-libbra. La riduzione complessiva è di 10:1. Il raggio della ruota motrice è di 18 pollici.
Innanzitutto, trova lo sforzo di trazione lordo:
$$4.800 \volte 10 = 48.000$$
$$48.000 / 18 = 2.667 \text{ libbre (lorde)}$$
Ora sottrai la resistenza al rotolamento calcolata in precedenza (120 libbre):
$$2.667 – 120 = 2.547 \testo{ libbre}$$
La tua trazione netta al timone è di 2.547 libbre. Questo è ciò con cui devi effettivamente spingere. Tutto il resto è solo attrito.
Perché è importante? Perché se provi a trainare un carico di 3.000 libbre, sei già sott’acqua. La matematica non mente. I rapporti del cambio moltiplicano la coppia ma riducono la velocità. I pneumatici più grandi riducono la forza sulla zona di contatto. Le condizioni della superficie riducono la tua efficienza.
Non serve una laurea in ingegneria meccanica per capirlo. Hai solo bisogno delle specifiche del tuo veicolo e delle condizioni della strada. Controlla il raggio del tuo pneumatico. Verifica il rapporto al ponte. Cerca il coefficiente di superficie. Inserisci i numeri.
Il risultato ti dice se sposterai il carico o semplicemente farai girare le gomme. Tieni le equazioni a portata di mano. Ti evitano di sollevare il peso sbagliato.
