Ta sztuczka była niemożliwa. Albo powinien był.
W reklamie Toyoty Tundra CrewMax inżynierowie stworzyli scenę w kamieniołomie Sierra Rock w Plucksville w Kalifornii. Sceneria była dramatyczna: 50-metrowy klif. Kontener ważył dokładnie 6400 funtów i zwisał z dźwigu jak ciężkie wahadło. Od urządzenia sprzęgającego kontener do punktu holowania ciężarówki biegła metalowa lina kablowa.
Przez chwilę dźwig podtrzymywał ciężar. Potem puścił ciężar.
Pojemnik spadł. Kabel stał się napięty. Tundra została wciągnięta w stronę krawędzi klifu. Spodziewano się, że się prześlizgnie. Zamiast tego opony wbiły się w asfalt. Tylne zawieszenie ugięło się pod nagłym obciążeniem. Ciężar utrzymał swoją pozycję i wciągnął ciężar o masie 6400 funtów z powrotem na zbocze.
Wyglądało to jak magia. Ale to nieprawda.
To była fizyka. Mianowicie – siła uciągu na urządzeniu sprzęgającym (uciąg dyszla).
Jaka jest siła uciągu na zaczepie?
Tę siłę widzimy na co dzień, chociaż rzadko nazywamy ją po imieniu.
Pomyśl o pociągu towarowym. Lokomotywa nie tylko porusza się sama; ciągnie za sobą dziesiątki powozów. Jest to siła ciągu działająca na urządzenie sprzęgające. Spójrz na traktory na lotnisku. Te niskoprofilowe maszyny pchające lub ciągnące odrzutowce wytwarzają ogromne siły w punkcie sprzęgu. Nawet traktor na sianku wykorzystuje siłę uciągu zaczepu, aby ciągnąć wózek pełen ludzi.
Termin ten odnosi się do siły uciągu, jaką pojazd wytwarza na swoim urządzeniu sprzęgającym. Jest to napięcie występujące w kierunku ruchu. Inżynierowie mierzą to w funtach lub niutonach. Koncepcja ta różni się od mocy. Moc to prędkość i energia rozłożona w czasie. Siła uciągu na zaczepie to siła brutalna działająca w określonym punkcie.
Dlaczego Tundra się nie osunęła?
Ten chwyt reklamowy uwydatnia powszechne błędne przekonanie. Ludzie mylą uciąg z udźwigiem statycznym. Uciąg jest wartością nominalną. Mówi, co producent uważa za bezpieczne dla ciężarówki na autostradzie. Siła rozciągająca działająca na urządzenie sprzęgające jest rzeczywistością fizyczną. Zależy to od sprzęgła, rozkładu masy i momentu obrotowego silnika.
Kiedy kontener spadł, Tundra polegała na czymś więcej niż tylko na silniku. Polegała na samej grawitacji. Ciężar ciężarówki naciskał na tylne koła. Większa masa oznacza większe tarcie. Tarcie zapobiega poślizgowi kół. Jeśli koła się nie ślizgają, ciężarówka nie ślizga się.
Tył opadł, ponieważ siła trakcyjna lekko uniosła przód, ponownie rozkładając ciężar do tyłu. Zwiększyło to normalną siłę na kołach napędowych. Opony miały większą przyczepność. Silnik zapewniał moment obrotowy. Tarcie służyło za kotwicę. Rezultatem był ładunek o masie 6400 funtów poruszający się po zboczu.
Jak to obliczyć
Nie potrzebujesz kamienia, żeby to sprawdzić. Siłę uciągu na haku pojazdu możesz obliczyć, jeśli znasz trzy rzeczy:
- Ciężar na kołach napędowych.
- Współczynnik tarcia pomiędzy oponami a nawierzchnią.
- Moment obrotowy silnika i przełożenia.
Podstawowe równanie polega na pomnożeniu ciężaru na osi napędowej przez współczynnik tarcia. Zapewnia to maksymalną siłę tarcia statycznego. Jeżeli silnik jest w stanie wytworzyć wystarczający moment obrotowy, aby pokonać opór obciążenia, pojazd rusza. Jeżeli ciężar ładunku przekracza granicę tarcia, koła ślizgają się.
W przypadku Tundry współczynnik tarcia na suchej nawierzchni jest wysoki. Ciężar własny ciężarówki zapewnił wystarczającą siłę pionową. Silnik wysokoprężny lub benzynowy przekazywał moment obrotowy poprzez układ przekładni redukcyjnej, który zwielokrotniał siłę. Rezultatem była dodatnia siła ciągu netto.
Poza sztuczką
Scena w kamieniołomie została utworzona w celu sprzedaży ciężarówek. Ale ta zasada dotyczy wszystkiego, od ciągników po czołgi.
Kupując pojazd holowniczy, zwracasz uwagę na wskaźnik uciągu. Liczba ta zakłada idealne warunki. Zakłada idealny rozkład masy. Zakłada dobre opony. Zakłada, że nie znajdujesz się na zboczu o nachyleniu 15 stopni i holujesz ładunek, który zsuwa się w stronę krawędzi klifu.
Rzeczywista siła uciągu zaczepu jest bardziej złożona. Brud zmniejsza tarcie. Lód to eliminuje. Nieprawidłowe ciśnienie w oponach zmienia powierzchnię styku. Ale podstawowa koncepcja pozostaje taka sama. Siła w
Przestań zgadywać, ile ciężaru może realistycznie ciągnąć Twój ciągnik. Matematyka związana z ciągnięciem zaczepu jest prosta, jeśli pozbędziesz się żargonu inżynierskiego. Tu nie chodzi o magiczne liczby; to kwestia momentu obrotowego, przekładni i tarcia.
Musisz znać uciąg dyszla (DP) w funtach. Pokazuje siłę netto dostępną do przesunięcia ładunku. Zacznij od pełnej przyczepności. Przyjmij moment obrotowy silnika w funtach-calach ($T$). Pomnóż go przez całkowite przełożenie skrzyni biegów ($R$). Obejmuje to skrzynię biegów i oś napędową. Następnie podziel przez promień opony napędowej ($r$) w calach.
$$DP_{brutto} = \frac{T \times R}{r}$$
Wynik ten to Twoja surowa siła uciągu. Ale nie można ciągnąć sań po lodzie. Walczysz z powierzchnią ziemi. To prowadzi nas do drugiej części równania: oporu toczenia ($RR$).
Obliczenia oporów toczenia
Opór toczenia to siła potrzebna do utrzymania pojazdu w ruchu po powierzchni. Obliczasz go, przyjmując masę całkowitą pojazdu ($DMC) w funtach. Pomnóż to przez współczynnik oporu toczenia nawierzchni ($R$). Stosunek ten jest zwykle wyrażany w funtach na 1000 funtów wagi. Podziel tę wartość przez 1000, aby uzyskać rzeczywistą siłę w funtach.
$$RR = \frac{DMC \times R}{1000}$$
Znalezienie odpowiedniego stosunku to miejsce, w którym większość ludzi utknie. Potrzebujesz danych dotyczących konkretnej powierzchni. Dobry beton ma zwykle stosunek około 15 funtów na 1000 funtów. Miękki grunt? Liczba ta gwałtownie rośnie. Znajdź stoły dla swojego konkretnego obszaru.
Oto konkretny przykład, który wzmocni Twoje zrozumienie. Wyobraź sobie wózek widłowy lub ciężarówkę przemysłową o masie 8000 funtów poruszający się po dobrym betonie. Współczynnik wynosi 15.
8 000 $ \ razy 15 = 120 000 $ $
120 000 $ / 1000 = 120 \text{ funtów opór toczenia}$$
Teraz masz koszt tarcia. Ona waży 120 funtów. Należy odjąć tę kwotę od całkowitego uciągu, aby uzyskać rzeczywisty uciąg na zaczepie.
Wzór na czystą siłę uciągu zaczepu
Połącz obie części w jedno ogólne równanie.
$$DP = \frac{T \times R}{r} – RR$$
Przeanalizujmy liczby dla hipotetycznego samochodu. Silnik wytwarza moment obrotowy 4800 funtów na cal. To 400 funtów na stopę. Całkowite przełożenie przekładni wynosi 10:1. Promień opony napędowej wynosi 18 cali.
Najpierw znajdźmy całkowitą siłę ciągu:
4800 $ \ razy 10 = 48 000 $$
48 000 $ / 18 = 2667 \text{ funtów (pełne)} $$
Teraz odejmijmy obliczony wcześniej opór toczenia (120 funtów):
2667 $ – 120 = 2547 \text{ funtów}$$
Udźwig netto na zaczepie wynosi 2547 funtów. To jest siła, z jaką możesz faktycznie pchać. Wszystko inne to tylko tarcie.
Dlaczego to jest ważne? Ponieważ jeśli próbujesz holować ładunek o masie 3000 funtów, już masz głęboki deficyt mocy. Matematyka nie kłamie. Przełożenia skrzyni biegów zwielokrotniają moment obrotowy, ale zmniejszają prędkość. Opony o większej średnicy zmniejszają siłę w miejscu styku. Stan nawierzchni pogarsza Twoją wydajność.
Aby to zrozumieć, nie trzeba mieć dyplomu inżyniera mechanika. Potrzebujesz tylko charakterystyki swojego pojazdu i stanu drogi. Sprawdź promień opony. Sprawdź przełożenie osi. Znajdź współczynnik dla swojej powierzchni. Podłącz liczby.
Wynik pokaże, czy jesteś w stanie przesunąć ładunek, czy po prostu się poślizgniesz. Trzymaj te równania pod ręką. Uchronią Cię przed podniesieniem niewłaściwego ciężaru.
