A façanha era impossível. Ou deveria ter sido.
Em um comercial do Toyota Tundra CrewMax, os engenheiros encenaram uma cena na pedreira Sierra Rock em Placerville, Califórnia. O cenário era dramático. Um declive de 180 pés. Um contêiner de transporte pesando exatamente 6.400 libras, pendurado em um guindaste como um pêndulo pesado. Um cabo metálico ia do engate do contêiner até o ponto de reboque do caminhão.
Por um momento, o guindaste sustentou o peso. Então, foi lançado.
O contêiner caiu. O cabo ficou tenso. A Tundra foi arrastada em direção à beira do penhasco. Você esperaria que escorregasse. Em vez disso, os pneus atingiram o asfalto. A suspensão traseira agachou-se sob a carga repentina. O caminhão manteve-se firme e puxou a massa de 6.400 libras encosta acima.
Parecia mágica. Não foi.
Foi física. Especificamente, foi puxão da barra de tração.
O que é tração da barra de tração?
Vemos esta força todos os dias, embora raramente a nomeemos.
Pense em um trem de carga. A locomotiva não se move apenas; arrasta dezenas de toneladas de carros atrás de si. Isso é tração na barra de tração. Observe os rebocadores em um aeroporto. Esses veículos discretos que empurram ou puxam aviões estão gerando enormes quantidades de força em um ponto crítico. Até mesmo o trator em um passeio de feno usa a tração da barra de tração para arrastar uma carroça cheia de pessoas.
O termo refere-se à força de tração que um veículo exerce em seu engate. É a tensão gerada na direção do movimento. Os engenheiros medem isso em libras ou Newtons. É distinto de cavalos de potência. A potência tem a ver com velocidade e energia ao longo do tempo. A tração da barra de tração envolve força bruta em um ponto específico.
Por que a tundra não deslizou
A façanha comercial destaca um mal-entendido comum. As pessoas confundem capacidade de reboque com poder de retenção estática. A capacidade de reboque é uma classificação. Ele informa o que o fabricante diz que o caminhão pode dirigir com segurança em uma rodovia. A tração na barra de tração é uma realidade física. Depende da tração, distribuição de peso e torque do motor.
Quando o contêiner caiu, o Tundra não confiou apenas no motor. Dependia da própria gravidade. O peso do caminhão pressionou as rodas traseiras. Mais peso significa mais atrito. O atrito evita que os pneus girem. Se os pneus não girarem, o caminhão não escorrega.
A extremidade traseira se agachou porque a força da tração levantou ligeiramente a frente, transferindo o peso para trás. Isso aumentou a força normal nas rodas motrizes. Os pneus agarraram com mais força. O motor forneceu o torque. O atrito forneceu a âncora. O resultado foi uma carga de 6.400 libras sendo arrastada colina acima.
Como calcular
Você não precisa de um penhasco para testar isso. Você pode calcular a tração na barra de tração do seu próprio veículo se souber três coisas:
- Peso nas rodas motrizes.
- Coeficiente de atrito entre os pneus e a superfície.
- Torque do motor e relações de transmissão.
A equação básica envolve multiplicar o peso no eixo motor pelo coeficiente de atrito. Isso lhe dá a força máxima de atrito estático. Se o motor conseguir produzir torque suficiente para exceder a resistência da carga, o veículo se move. Se o peso da carga exceder o limite de atrito, as rodas giram.
No caso da Tundra, o coeficiente de atrito no asfalto seco é elevado. O peso total do caminhão proporcionou ampla força descendente. O motor diesel ou gasolina fornecia torque por meio de um sistema de redução de engrenagens que multiplicava a força. O resultado foi uma atração líquida positiva.
Além da façanha
O cenário da pedreira foi pensado para a venda de caminhões. Mas o princípio aplica-se a tudo, desde tratores a camiões-cisterna.
Ao comprar um veículo de reboque, você analisa a classificação da capacidade de reboque. Esse número pressupõe condições ideais. Assume distribuição de peso perfeita. Pressupõe bons pneus. Ele pressupõe que você não esteja em uma inclinação de 15 graus enquanto puxa uma carga que está deslizando em direção a um penhasco.
A tração da barra de tração no mundo real é mais confusa. A lama reduz o atrito. O gelo elimina isso. A má pressão dos pneus altera a área de contato. Mas o conceito central permanece o mesmo. Forçar em
Pare de adivinhar quanto peso seu equipamento pode realmente transportar. A matemática por trás da tração da barra de tração é simples quando você elimina o jargão da engenharia. Não se trata de números mágicos; trata-se de torque, engrenagens e atrito.
Você precisa da tração da barra de tração (DP) em libras. Isso informa a força resultante disponível para mover uma carga. Comece com o esforço bruto de tração. Calcule o torque do seu motor em polegadas-libras ($T$). Multiplique isso pela relação total de redução da engrenagem ($R$). Isso inclui a transmissão e o eixo. Em seguida, divida pelo raio do pneu motriz ($r$) em polegadas.
$$DP_{bruto} = \frac{T \vezes R}{r}$$
Este resultado é o seu poder de atração bruto. Mas você não está puxando um trenó no gelo. Você está lutando contra o chão. Isso nos leva à segunda metade da equação: resistência ao rolamento ($RR$).
Cálculos de resistência ao rolamento
A resistência ao rolamento é a força necessária para manter o veículo em movimento sobre uma superfície. Você calcula considerando o peso bruto do veículo ($GVW$) em libras. Multiplique isso pelo coeficiente de resistência ao rolamento da superfície ($R$). Este coeficiente é normalmente expresso em libras por 1.000 libras de peso. Divida o total por 1.000 para obter a força real em libras.
$$RR = \frac{GVW \vezes R}{1000}$$
Encontrar o coeficiente certo é onde a maioria das pessoas fica presa. Você precisa de dados específicos da superfície. Um bom concreto geralmente gira em torno de 15 libras por 1.000 libras. Sujeira macia? Esse número dispara. Procure tabelas para o seu terreno específico.
Aqui está um exemplo concreto para mantê-lo firme. Imagine uma empilhadeira ou caminhão industrial pesando 8.000 libras dirigindo sobre concreto bom. O coeficiente é 15.
$$8.000 \vezes 15 = 120.000$$
$$120.000 / 1.000 = 120 \text{ libras de resistência ao rolamento}$$
Agora você tem seu custo de atrito. São 120 libras. Você precisa subtrair isso do seu esforço bruto de tração para obter a tração real da barra de tração.
Fórmula de tração líquida da barra de tração
Combine as duas partes em uma equação mestra.
$$DP = \frac{T \vezes R}{r} – RR$$
Vamos executar os números em uma máquina hipotética. O motor produz 4.800 libras-polegada de torque. São 400 libras-pés. A redução geral da engrenagem é de 10:1. O raio do pneu motriz é de 18 polegadas.
Primeiro, encontre o esforço bruto de tração:
$$4.800 \vezes 10 = 48.000$$
$$ 48.000/18 = 2.667 \text{ lbs (bruto)}$$
Agora subtraia a resistência ao rolamento que calculamos anteriormente (120 libras):
$$2.667 – 120 = 2.547 \text{ libras}$$
Sua tração líquida na barra de tração é de 2.547 libras. É com isso que você realmente precisa insistir. Todo o resto é apenas atrito.
Por que isso importa? Porque se você tentar puxar uma carga de 3.000 libras, você já estará debaixo d’água. A matemática não mente. As relações de transmissão multiplicam o torque, mas reduzem a velocidade. Pneus maiores reduzem a força na área de contato. As condições da superfície consomem sua eficiência.
Você não precisa de um diploma em engenharia mecânica para descobrir isso. Você só precisa das especificações do seu veículo e das condições da estrada. Verifique o raio do seu pneu. Verifique a relação do eixo. Procure seu coeficiente de superfície. Insira os números.
O resultado informa se você vai mover a carga ou apenas girar os pneus. Mantenha as equações à mão. Eles evitam que você levante o peso errado.
