Вчитување на покривот на автомобилот и шатори на iKamper
ПРЕДУПРЕДУВАЕ: Никогаш не ги надминувајте спецификациите на производителот. Ова може да предизвика материјална штета или лична повреда.
Оваа статија одговара на прашања во врска со безбедноста на користењето на таванскиот шатор Skycamp iKamper. Дали возилото е безбедно само со тежината на шаторот? Што се случува кога има луѓе во шаторот?
Пред да ја започнеме статијата, треба да дефинираме два концепта, динамичко вчитување и статичко полнење.
Зборуваме за статички полнеж кога тежината се применува без никаква акумулација на енергија, односно не се движи. Оваа задача е независна од времето, не се менува. Тежината што се нанесува на покривот на стационарниот автомобил се смета за статичко оптоварување.
Зборуваме за динамичко оптеретување кога се појавуваат големи сили или притисоци врз некој предмет при движење. Овие сили зависат од времето, постојано се менуваат (забрзување, сопирање, удари, итн.). За предмети што се дизајнирани за постојано движење, со применети дополнителни тежини (на пр. Машина) зборуваме за динамичко оптоварување.
Монтажата на опремата, како и шаторот на покривот, го подига тежиштето на возилото и го менува начинот на однесување на автомобилот. Со товарот на покривот, автомобилот ќе се движи странично повеќе кога е под свиоци, кога се искачува на падина или кога патуваме по нерамен терен. Ова го менува однесувањето на автомобилот и го зголемува ризикот од превртување. Производителите треба да наведат максимално оптоварување на покривот за да ги задржат карактеристиките на маневрирање и да осигурат дека ризикот од превртување се одржува во разумни граници. Другата карактеристика што ја зема предвид производителот е динамичкото оптоварување - колку сила ќе треба да го поддржите покривот кога патувате по нерамни патишта. Ако инсталирате повеќе од максималното оптоварување одредено од производителот, тоа ќе ја намали маневрирањето на машината, ќе го зголеми ризикот од превртување и ризикот од оштетување на покривот.
Максималното оптоварување на покривот одредено од производителот е за динамички услови - додека возите. Ги зема предвид маневрирањето на возилото, ризикот од превртување и динамичкото оптоварување.
Што се случува со полнење на покривот на автомобилот додека не се движи, како во случај на спиење во тавански шатор Skycamp iKamper? Не сум видел каков било производител да специфицира статички капацитет на оптоварување на покривот. Тоа е ирелевантен параметар за повеќето луѓе и може да доведе во заблуда некои луѓе да преоптоваруваат покрив во динамични услови. Наше е да одлучиме дали е безбедно да се стави двесте килограми луѓе и шатор на покривот на паркирано возило.
Маневрирањето нема смисла кога не возите. Значи, за автомобил што не се движи, маневрирањето не смее да се земе предвид. Опасноста од превртување е исто така неважна додека возилото не се движи. Вчитување на покривот на паркиран автомобил нема да предизвика спонтано превртување. И ризикот од мала маневрирање и превртувањето бараат забрзување за да стапат на сила. Кога автомобилот не се движи, забрзувањето е нула. Сè што треба да размислиме е носивоста на покривот. Покривот е доволно силен за да ја задржи тежината?
Ајде да погледнеме колку треба да биде силен покривот за да ја поддржи границата на оптоварување одредена од производителот. Динамичките оптоварувања можат да бидат значително поголеми од статичките. Ова значи дека знаеме дека покривот на автомобил може да трае многу подолго од максималното оптоварување препорачано од производителот, бидејќи оваа препорака ги зема предвид сите сили што стапуваат на сила при возење. Повеќето луѓе претпоставуваат дека покривот на автомобилот е доволно силен за да спие. Наместо да го претпоставиме ова, ајде да направиме некои пресметки за динамичкото оптоварување, за да ни дадеме упатство за вчитување на покрив во динамични услови. Ова ќе осигури дека покривот е доволно силен за да ја издржи потребната тежина. Во нашиот пример ќе користиме Toyota Hilux. Пресметките се засноваат на голем број претпоставки и, се разбира, нема да бидат 100% точни. Идејата не е да се обезбеди точен број, туку да се добие идеја за тоа каква тежина може да издржи покривот.
ПРЕДУПРЕДУВАЕ: Следниот дел содржи математика. Преминете преку него за да избегнете досада.
Максималното оптоварување на покривот за Toyota Hilux е 80 кг. Да претпоставиме дека сме натоварени со 80 кг и возиме со 80 км на час по трнлив пат каде што ударите се на растојание од 1 м. Да претпоставиме дека ударите се од 4 см од основата до врвот, а гумите и суспензијата се апсорбираат три четвртини од него и покривот се движи 1 см од врвот до врвот.
Со 80 км на час фреквенцијата (Hz) би била:
Фреквенција = 80 * 1000/3600/1 = 22,22 Hz
Претпоставувајќи синусоидален профил, поместувањето од врв до врв од 1 см одговара на амплитуда од 0,5 см, а поместувањето како функција на времето би било:
Поместување = 0,005 грев (2π x 22,22t), каде што времето t се изразува во секунди и поместувањето во метри.
Земајќи ја првата дериват, добиваме брзина:
Брзина = 0,005 x 2π x 22,22 кос (2π x 22,22t)
Земајќи го дериватот повторно, го добиваме забрзувањето:
Забрзување = 0,005 x 2π x 2π x 22,22 x 22,22 грев (2π x 22,22t)
Максималното забрзување се случува кога грев (2π x 22,22t) = 1, така што максималното забрзување е:
Максимално забрзување = 0,005 x 2π x 2π x 22,22 x 22,22 = 97m/s/s
За да ја пресметаме максималната сила, ја користиме формулата Force = маса x забрзување, и со помош на маса од 80kg, што е максимално оптоварување на покривот на Hilux ќе имаме:
Максимална сила = 80 x 97 = 7760 Н.
Да ја споредиме максималната сила со силата применета од истата тежина кога машината не се движи. Силата применета од статичката тежина е 80 kg или забрзувањето поради гравитацијата (9,8 m/s/s):
Статичка сила = 80 x 9,8 = 784 N
Значи, максималната сила е скоро 10 пати поголема од статичката сила. Трансформација на максималната сила во еквивалентна статичка тежина:
Статичка тежина еквивалентна на максимална сила = 7760/9,8 = 791,83 кг
Забележете дека кога возилото се движи нагоре во циклусот на удари, максималната сила ќе биде приближно еднаква на 791Kg + 70Kg (вкупно 861Kg). Покривот не само што ја забрзува масата, туку работи и против гравитацијата. Максималната сила при движење надолу ќе биде многу помала, бидејќи покривот работи со гравитација и брзината со која може да падне е донекаде ограничена од гравитацијата, иако суспензијата и придружната маса ќе го повлечат возилото малку побрзо од гравитацијата. Резултатот е синусен бран, со наклон кон пократки, пострмни циклуси кога се движите нагоре и подолги циклуси кога се движите надолу.
Значи, според претпоставките што ги направивме, со оптоварување од 80 кг, покривот ќе имаше максимално динамично оптоварување од околу 790 кг при возење по нерамни патишта. Пресметките не се 100% совршени, но ви даваат идеја за тоа како динамичкото оптоварување значително ескалира во споредба со статичкото оптоварување и каков вид на стрес сноси покривот при возење по трнлив/груб терен.
ПРЕДУПРЕДУВАЕ: Никогаш не удирајте во главата со чекан!
Не ни верувате? Еден експеримент што можете да го направите за да видите колку динамично оптоварување се споредува со статичното оптоварување е да ставите чекан на главата, дозволувајќи и на главата да ја издржи тежината на чеканот. Забележете ја силата со која чеканот ја „притиска“ главата. Потоа држете го чеканот 10 см над главата и оставете го да падне. Не го присилувајте, само дозволете му да падне со сопствената тежина. Забележете колку боли и споредете со првите резултати. Претпоставувам дека ќе чувствуваш ужасна болка! Кога работите се движат и почнуваат да се забрзуваат, силите рапидно се зголемуваат. Тоа е физика со здрав разум.
Според горенаведените пресметки, покривот на Hilux може да собере најмалку 791 Kg. Но, не треба да гледаме премногу внимателно на самиот број, тој веројатно не е многу точен. Она што можеме да го кажеме е сепак дека покривот може да издржи многу поголема статичка тежина од динамичката, специфицирана од производителот. Колку може да трае? Не знаеме точно, но доста! Ова е потврдено ако некогаш сте виделе автомобил како се одмара на покривот по превртувањето. Обично, покривот е во голема мерка непроменет, додека ја поддржува целата тежина на автомобилот.
Често, по превртување, покривот е сè уште недопрен за да може да се вози автомобилот! Исто како и автомобилот подолу:
Ајде да пресметаме сега колку тежина ќе има на покривот кога спиете во шаторот.
Тежина на шаторот = 70 кг
Тежина на шипката за поддршка = 6Kg
Тежина на лица = 2 x 80 kg = 160 Kg
Во случај на шаторот Skycamp iKamper, половина од шаторот е отстранет од возилото и поддржан од скала:
Ако е инсталиран шаторот Skycamp, околу 1/3 од тежината е поддржана од скалилата. Во случај на скокачки шатори, скалилата не поддржуваат никаков товар.
Во нашиот случај, тежината поддржана од покривот е: 236 x 2/3 = 157,3 Kg
Вкупната тежина на покривот е 157,3 Kg - неколку пати помала од 791 Kg што ја пресметавме. Значи, иако 791 кг е приближна пресметка, разликата до 157,3 кг е доволно голема што можеме да кажеме дека имаме добар безбедносен фактор.
Размислете за формата на удари на патот и дупки. Дали синусоидалните профили се совршени, како што се претпоставувани во горенаведените пресметки? Ако дупката има поостар профил, тогаш забрзувањето е поголемо, а товарот ќе биде поголем. Синусоидалниот профил го потценува максималното оптоварување што треба да го издржи покривот. Покривот е многу посилен отколку што мислиме.
Друга работа што треба да се разгледа е дека, под динамични услови, товарот се пренесува во сите насоки, во зависност од тоа дали возилото врти, забрзува, забавува итн. Покривот е постојано под дејство на големи сили од сите страни. Со статичко оптоварување, силата се повлекува само надолу, рамномерно притискајќи го покривот и избегнувајќи каква било сила на извртување. Затоа, можеме да бидеме уште посигурни дека, за статички оптоварувања, покривот е многу посилен отколку за динамички оптоварувања препорачани од производителот, бидејќи под динамички услови зголемените сили мора да се толерираат - како што е пресметано погоре - за да се толерираат силите што се јавуваат поради извртување, нерамна дистрибуција каде што одредени делови од покривот може да бидат преоптоварени, тежината се концентрира во одредени точки.
Друг фактор што треба да се разгледа е дека додека возите по трнлив пат, не само што динамичката тежина ќе биде голема, туку тоа се случува во циклични услови. Задачата постојано се зголемува, намалува и менува насоките и тоа се случува илјадници пати. Приближно 791 Kg сила што ја пресметавме погоре постојано се применуваат, отстрануваат и се враќаат назад. Циклусите предизвикуваат замор на материјалот.За да се издржи, покривот мора да биде уште посилен отколку што очекувавме - едноставно да издржи 791 кг сила. Спиењето во шатор не предизвикува исто циклично оптеретување.
Шаторот Skycamp тежи околу 70 Kg, додадете ја тежината на потпорните шипки (обично 5-6 Kg). Ако вкупниот број е во рамките на максималното дозволено оптоварување на покривот и/или максималното дозволено оптоварување на потпорните шипки, можете да го поставите шаторот Skycamp на покривот на возилото. Кога станува збор за спиење во покрив поставен шатор, сигурно е дека возилото лесно ќе го издржи товарот.
Белешка за операцијата Теренски
Некои производители на автомобили, како и некои производители на кровни шипки, го проценуваат нивниот максимално дозволен товар и за теренски услови. Ова е последица на екстремните динамички оптоварувања што можат да се појават кога возилото поминува преку нерамен терен. Покрај тоа, постои дополнителен штетен ефект врз подвижноста и ризикот од превртување кога возилото се движи по нерамен терен. Овие вредности, поставени од производителот, мора да се почитуваат ако имате намера да излезете надвор од патот.
Дури и ако возилото и носачите за поддршка не се оценети за теренски услови, треба да се обидете да бидете под максималната вредност на динамичкото оптоварување и кога имате намера да го користите теренското возило, возете полека и повнимателно.