Naloženie strechy auta a stany iKamper
UPOZORNENIE: Nikdy neprekračujte špecifikácie výrobcu. Môže to spôsobiť škody na majetku alebo zranenie osôb.
Tento článok odpovedá na otázky týkajúce sa bezpečnosti používania stropného stanu Skycamp iKamper. Je vozidlo bezpečné iba s hmotnosťou stanu? Čo sa stane, keď sú v stane ľudia?
Pred začatím článku si musíme definovať dva pojmy, dynamické načítanie a statické nabíjanie.
Hovoríme o statickom náboji, keď je váha aplikovaná bez akejkoľvek akumulácie energie, tj. Sa nehýbe. Táto úloha je nezávislá od času, nemení sa. Hmotnosť pôsobiaca na strechu stojaceho automobilu sa považuje za statické zaťaženie.
O dynamickom zaťažení hovoríme, keď na objekt počas pohybu vznikajú vysoké sily alebo tlaky. Tieto sily sú časovo závislé, neustále sa menia (akcelerácia, brzdenie, nerovnosti atď.). U objektov, ktoré sú určené na neustály pohyb, s použitím ďalších váh (napr. Stroj) hovoríme o dynamickom zaťažení.
Pripevnenie vybavenia, ako aj strešného stanu, zdvihne ťažisko vozidla a zmení chovanie automobilu. S nákladom na streche sa auto bude pohybovať priečne viac, keď je v zákrutách, keď stúpa do svahu alebo keď cestujeme po nerovnom teréne. To mení správanie auta a zvyšuje riziko prevrátenia. Výrobcovia stanovia maximálne zaťaženie strechy, aby sa zachovali manévrovacie vlastnosti a zabezpečilo sa, že riziko prevrátenia sa udržiava v rozumných medziach. Ďalšou vlastnosťou, ktorú výrobca berie do úvahy, je dynamické zaťaženie - koľko sily budete musieť podoprieť strechu pri jazde po nerovných cestách. Ak nainštalujete viac ako maximálne zaťaženie určené výrobcom, zníži sa tým manévrovateľnosť stroja, zvýši sa riziko prevrátenia a riziko poškodenia strechy.
Maximálne zaťaženie strechy špecifikované výrobcom je určené pre dynamické podmienky - počas jazdy. Berie do úvahy manévrovateľnosť vozidla, riziko prevrátenia a dynamické zaťaženie.
Čo sa stane s naložením strechy automobilu, keď sa nehýbe, ako v prípade spánku v stropnom stane Skycamp iKamper? Nevidel som žiadneho výrobcu, ktorý by špecifikoval statickú nosnosť strechy. Pre väčšinu ľudí je to irelevantný parameter a niektorých ľudí by mohol v dynamických podmienkach mýliť pri preťažovaní strechy. Je na nás, aby sme sa rozhodli, či je bezpečné položiť dvesto kilogramov ľudí a stan na strechu zaparkovaného vozidla.
Manévrovateľnosť nemá zmysel, keď nejazdíte. Takže pre auto, ktoré sa nehýbe, sa nesmie brať do úvahy manévrovateľnosť. Nebezpečenstvo prevrátenia je tiež irelevantné, keď sa vozidlo nepohybuje. Naloženie strechy zaparkovaného automobilu nespôsobí jeho samovoľné prevrátenie. Riziko nízkej manévrovateľnosti aj prevrátenia vyžaduje, aby sa prejavila akcelerácia. Ak sa auto nepohybuje, zrýchlenie je nulové. Musíme brať do úvahy iba nosnosť strechy. Strecha je dostatočne pevná, aby uniesla váhu?
Pozrime sa na to, aká silná musí byť strecha, aby uniesla hranicu nosnosti stanovenú výrobcom. Dynamické zaťaženie môže byť výrazne vyššie ako statické zaťaženie. To znamená, že vieme, že strecha automobilu môže vydržať oveľa dlhšie ako maximálne zaťaženie odporúčané výrobcom, pretože toto odporúčanie zohľadňuje všetky sily, ktoré pôsobia počas jazdy. Väčšina ľudí predpokladá, že strecha auta je dostatočne pevná, aby sa dalo na nej spať. Namiesto toho, aby sme to predpokladali, urobme niekoľko výpočtov týkajúcich sa dynamického zaťaženia, ktoré nám poskytnú vodítko pre zaťaženie strechy v dynamických podmienkach. Takto sa zabezpečí, že strecha je dostatočne pevná, aby uniesla požadovanú hmotnosť. V našom príklade použijeme Toyota Hilux. Výpočty sú založené na niekoľkých predpokladoch a samozrejme nebudú stopercentne správne. Cieľom nie je poskytnúť presné číslo, ale skôr získať predstavu o tom, akú váhu môže strecha uniesť.
UPOZORNENIE: Ďalšia časť obsahuje matematiku. Prejdite to, aby ste sa vyhli nude.
Maximálne zaťaženie strechy pre Toyota Hilux je 80 kg. Predpokladajme, že máme zaťaženie 80 kg a jazdíme rýchlosťou 80 km/h po hrboľatej ceste, kde sú hrbole vo vzdialenosti 1 m. Predpokladajme, že hrbole sú 4 cm od základne po vrchol a pneumatiky a odpruženie absorbujú tri štvrtiny z toho a strecha sa pohybuje 1 cm zhora nahor.
Pri rýchlosti 80 km/h by frekvencia (Hz) bola:
Frekvencia = 80 * 1000/3600/1 = 22,22 Hz
Za predpokladu sínusového profilu posunutie z vrcholu na vrchol 1 cm zodpovedá amplitúde 0,5 cm a posun v závislosti na čase by bol:
Posun = 0,005 sin (2π x 22,22 t), kde čas t je vyjadrený v sekundách a posun v metroch.
Pri použití prvej derivácie získame rýchlosť:
Rýchlosť = 0,005 x 2π x 22,22 cos (2π x 22,22 t)
Ak vezmeme deriváciu znova, získame zrýchlenie:
Zrýchlenie = 0,005 x 2π x 2π x 22,22 x 22,22 sin (2π x 22,22 t)
Maximálne zrýchlenie nastane, keď sin (2π x 22,22t) = 1, takže maximálne zrýchlenie je:
Maximálne zrýchlenie = 0,005 x 2π x 2π x 22,22 x 22,22 = 97 m/s/s
Na výpočet maximálnej sily použijeme vzorec Sila = hmotnosť x zrýchlenie a pomocou hmotnosti 80 kg, čo je maximálne zaťaženie strechy Hiluxu, budeme mať:
Maximálna sila = 80 x 97 = 7760 N
Porovnajme maximálnu silu so silou použitou rovnakou hmotnosťou, keď sa stroj nepohybuje. Sila pôsobiaca statickou hmotnosťou je 80 kg alebo gravitačné zrýchlenie (9,8 m/s/s):
Statická sila = 80 x 9,8 = 784 N
Takže maximálna sila je takmer 10-krát vyššia ako statická sila. Transformácia maximálnej sily na ekvivalentnú statickú hmotnosť:
Statická hmotnosť zodpovedajúca maximálnej sile = 7760/9,8 = 791,83 kg
Upozorňujeme, že keď sa vozidlo v cykle nárazu pohybuje nahor, maximálna sila by bola približne rovná 791 kg + 70 kg (spolu 861 kg). Strecha nielenže urýchľuje hmotu, ale pôsobí aj proti gravitácii. Maximálna sila pri pohybe nadol bude oveľa nižšia, pretože strecha pracuje s gravitáciou a rýchlosť, s ktorou môže klesať, je trochu obmedzená gravitáciou, hoci pruženie a s ním spojená hmota vytiahnu vozidlo o niečo rýchlejšie ako gravitácia. Výsledkom je sínusová vlna so sklonom k kratším a strmším cyklom pri pohybe nahor a dlhším cyklom pri pohybe nadol.
Takže za predpokladov, ktoré sme si vytvorili, by pri zaťažení 80 kg mala strecha pri jazde po nerovných cestách maximálne dynamické zaťaženie asi 790 kg. Výpočty nie sú stopercentne dokonalé, ale poskytujú vám predstavu o tom, ako sa dynamické zaťaženie v porovnaní so statickým zaťažením výrazne stupňuje a aké napätie znáša strecha pri jazde po hrboľatom/nerovnom teréne.
UPOZORNENIE: Nikdy si neudierajte kladivom do hlavy!
Neveríš nám? Jedným z experimentov, ktoré umožňujú zistiť, koľko dynamického zaťaženia sa porovnáva so statickým, je kladenie kladiva na hlavu, ktoré umožní vašej hlave uniesť váhu kladiva. Všimnite si silu, ktorou kladivo „tlačí“ na hlavu. Potom držte kladivo 10 cm nad hlavou a nechajte ho spadnúť. Nenúťte ho, len ho nechajte spadnúť s vlastnou váhou. Všimnite si, ako veľmi to bolí, a porovnajte to s prvými výsledkami. Myslím, že budeš mať hrozné bolesti! Keď sa veci pohnú a začnú akcelerovať, sily rýchlo pribúdajú. Je to fyzika so zdravým rozumom.
Podľa vyššie uvedených výpočtov môže strecha Hiluxu obsahovať najmenej 791 kg. Nemali by sme sa však príliš pozerať na samotné číslo, asi to nie je veľmi presné. Môžeme však povedať, že strecha unesie oveľa vyššiu statickú hmotnosť, ako udáva výrobca, ako je tá dynamická. Ako dlho to môže trvať? Nevieme presne, ale celkom dosť! To sa potvrdzuje, ak ste niekedy videli auto, ktoré po prevrátení spočívalo na streche. Strecha je zvyčajne do značnej miery neporušená, pričom unesie celú hmotnosť automobilu.
Po prevrátení je strecha často dostatočne nedotknutá na to, aby s ňou bolo možné jazdiť! Rovnaké ako auto nižšie:
Poďme si teraz spočítať, aká veľká váha bude na streche, keď budete spať v stane.
Hmotnosť stanu = 70 kg
Hmotnosť nosnej tyče = 6 kg
Hmotnosť osôb = 2 x 80 kg = 160 Kg
V prípade stanu Skycamp iKamper je polovica stanu odstránená z vozidla a podoprená rebríkom:
Ak je nainštalovaný stan Skycamp, asi 1/3 hmotnosti nesie rebrík. V prípade výklopných stanov nestojí rebrík nijaké zaťaženie.
V našom prípade je hmotnosť podporovaná strechou: 236 x 2/3 = 157,3 kg
Celková hmotnosť strechy je 157,3 kg - niekoľkonásobne nižšia ako 791 kg, ktoré sme vypočítali. Aj keď je teda 791 kg približný výpočet, rozdiel až 157,3 kg je dosť veľký na to, aby sme mohli povedať, že máme dobrý bezpečnostný faktor.
Zvážte tvar hrčiek na ceste a otvory. Sú sínusové profily dokonalé, aké sa predpokladajú vo vyššie uvedených výpočtoch? Ak má diera ostrejší profil, potom je zrýchlenie väčšie a zaťaženie vyššie. Sínusový profil podceňuje maximálne zaťaženie, ktoré musí strecha vydržať. Strecha je oveľa pevnejšia, ako si myslíme.
Je potrebné vziať do úvahy aj to, že za dynamických podmienok sa zaťaženie prenáša do všetkých smerov, napríklad podľa toho, či sa vozidlo roztočí, zrýchli, spomalí atď. Na strechu neustále pôsobia veľké sily zo všetkých smerov. Pri statickom zaťažení sila ťahá iba dole, rovnomerne tlačí na strechu a zabráni sa akejkoľvek krútiacej sile. Preto si môžeme byť istí, že pri statickom zaťažení je strecha oveľa pevnejšia ako pri dynamickom zaťažení odporúčanom výrobcom, pretože za dynamických podmienok musia byť tolerované zvýšené sily - ako je to vypočítané vyššie - aby sa tolerovali sily, ktoré vznikajú v dôsledku nerovnomerné rozloženie, kde môže dôjsť k preťaženiu určitých častí strechy, pričom hmotnosť sa koncentruje v určitých bodoch.
Ďalším faktorom, ktorý je potrebné vziať do úvahy, je to, že počas jazdy po hrboľatej ceste bude nielen vysoká dynamická hmotnosť, ale stáva sa to aj v cyklických podmienkach. Úloha sa neustále zväčšuje, zmenšuje a mení smery a deje sa to tisíckrát. Približne 791 kg sily, ktorú sme vypočítali vyššie, sa neustále aplikuje, odstráni a obráti. Cykly spôsobujú únavu materiálu. Aby strecha vydržala, musí byť ešte pevnejšia, ako sme čakali - jednoducho musí uniesť 791 kg sily. Spanie v stane nespôsobuje rovnaké cyklické zaťaženie.
Stan Skycamp váži asi 70 kg, pripočítajte hmotnosť nosných tyčí (zvyčajne 5 - 6 kg). Ak je celková hodnota v rámci maximálneho prípustného zaťaženia strechy a/alebo maximálneho prípustného zaťaženia nosných tyčí, môžete stan Skycamp namontovať na strechu vozidla. Pokiaľ ide o spánok v stane na streche, je isté, že vozidlo ľahko vydrží záťaž.
Poznámka k operácii Offroad
Niektorí výrobcovia automobilov, ako aj niektorí výrobcovia strešných tyčí, posudzujú svoje maximálne prípustné zaťaženie aj pre terénne podmienky. Je to dôsledok extrémnych dynamických zaťažení, ktoré môžu nastať, keď vozidlo prejde nerovným terénom. Okrem toho existuje ďalší nepriaznivý vplyv na manévrovateľnosť a riziko prevrátenia, keď sa vozidlo pohybuje po nerovnom teréne. Tieto hodnoty, stanovené výrobcom, musia byť dodržané, ak plánujete ísť do terénu.
Aj keď vozidlo a nosné tyče nie sú dimenzované na terénne podmienky, mali by ste sa pokúsiť držať pod maximálnym dynamickým zaťažením a keď chcete terénne vozidlo používať, jazdite pomaly a opatrnejšie.