SS ii ss tt ee mm ii vv oo zz ii ll aa ss kk rr ii pp tt aa

SADRŽAJ 7. MEHANIČKI PRENOSNICI SNAGE................................................................................. 1

7.1 SPOJNICE ................................................................................................................1 7.1.1 Diskosne opružne spojnice.................................................................................2 7.1.2 Spojnice stalno isključenog tipa........................................................................13 7.1.3 Polucentrifugalne spojnice................................................................................14 7.1.4 Centrifugalne spojnice......................................................................................15 7.1.5 Spojnice sa elektromagnetnom pločom............................................................16 7.1.6 Komandni mehanizmi frikcionih spojnica..........................................................16

7.2 ZUPČANIČKI MENJAČKI PRENOSNICI ................................................................21 7.2.1 Menjači sa nepokretnim osama·.......................................................................21 7.2.2 Menjači sa pokretnim osama vratila (planetarni menjači) .................................42 7.2.3 . Dopunski prenosnici snage ............................................................................52

7.3 FRlKCIONl MENJAČKI PRENOSNlCl.....................................................................57 7.4 ZGLOBNI PRENOSNICI .........................................................................................58

7.4.1 Osnovne definicije i zadaci ...............................................................................58 7.4.2 Vrste zglobnih prenosnika i njihova klasifikacija ...............................................62 7.4.3 Zglobni prenosnici sa šarnirnim (krutim) spojnicama........................................64 7.4.4 Zglobni prenosnici sa elastičnim spojnicama....................................................71 7.4.5 Vratila zglobnih prenosnika ..............................................................................73

7.5 POGONSKI MOSTOVI............................................................................................73 7.5.1 Glavni prenosnik...............................................................................................73 7.5.2 Diferencijalni prenosnik ....................................................................................78 7.5.3 Karakteristična konstrukcijska rešenja glavnih prenosnika i diferencijala.........81 7.5.4 Pogonska poluvratila ........................................................................................83 7.5.5 Kućište pogonskog mosta ................................................................................87 7.5.6 Karakteristična konstrukcijska rešenja pogonskih mostova..............................87

8. HIDRAULIČKI PRENOSNICI SNAGE ............................................................................ 91 8.1 HIDRODINAMIČKI PRENOSNICI SNAGE..............................................................91

8.1.1 Hidrodinamičke spojnice ..................................................................................91 8.1.2 Hidrodinamički menjači ....................................................................................94

8.2 HIDROSTATIČKI PRENOSNICI SNAGE ................................................................97 8.2.1 Hidrauličke pumpe i motori ...............................................................................97 8.2.2 Hidraulički cilindri............................................................................................103 8.2.3 Komandno-regulacioni uređaji........................................................................106 8.2.4 Ostale komponente ........................................................................................112

9. ELEKTRIČNI PRENOSNICI SNAGE............................................................................ 115 10. AUTOMATSKI MENJAČKI PRENOSNICI .................................................................... 118

10.1 Pregled razvoja automatskih menjača...................................................................120 10.2 Prikaz karakterističnih rešenja ...............................................................................121

11. PNEUMATICI ............................................................................................................... 131 11.1 Uvod ......................................................................................................................131 11.2 . Konstrukcija pneumatika .....................................................................................133

11.2.1 Spoljnja guma.................................................................................................133 11.2.2 Unutrašnja guma ............................................................................................137 11.2.3 Ventil ..............................................................................................................137 11.2.4 . Pojas - štitnik ................................................................................................137 11.2.5 Metalni deo točka ...........................................................................................138 11.2.6 Osnovne dimenzije pneumatika .....................................................................141

11.3 SVOJSTVA PNEUMATIKA ...................................................................................144 11.3.1 Uvod...............................................................................................................144 11.3.2 Mehanička svojstva pneumatika.....................................................................145 11.3.3 Prianjanje .......................................................................................................156 11.3.4 Habanje pneumatika ......................................................................................174 11.3.5 Otpor kotrljanju ...............................................................................................182 11.3.6 Udobnost ........................................................................................................187

11.4 OBELEŽAVANJE PNEUMATIKA ..........................................................................190 11.4.1 Načini obeležavanja .......................................................................................190

11.5 Obeležavanje spoljnje gume .................................................................................192 11.6 Obeležavanje unutrašnje gume/zračnice...............................................................193

11.6.1 Obeležavanje ventila ......................................................................................194 11.6.2 Obeležavanje pojasa/štitnika..........................................................................194 11.6.3 . Obeležavanje naplataka...............................................................................194

11.7 IZBOR PNEUMATIKA ...........................................................................................194 11.7.1 Vrsta i dimenzije vozila...................................................................................195 11.7.2 Maksimalna brzina vozila - SH .......................................................................197 11.7.3 Osovinsko opterećenje - IN ............................................................................197 11.7.4 Položaj pneumatika na vozilu .........................................................................198 11.7.5 Karakteristike kolovoza ..................................................................................201 11.7.6 Ekonomičnost eksploatacije ...........................................................................203

12. LITERATURA ............................................................................................................... 205

1

7. MEHANIČKI PRENOSNICI SNAGE Mehanički prenosnici snage u zavisnosti od vrste menjačkog prenosnika dele se na dve osnovne grupe:

- frikcione i zupčaste.

Frikcioni prenosnici snage, odnosno menjački prenosnici, koriste frikcione elemente za prenos snage i to sa kontinualnom promenom prenosnog odnosa. Ova osobina frikcionih menjačkih prenosnika omogućuje, kao što je poznato, bolje približenje vučnih karakteristika idealnoj hiperboli vuče. Međutim, ova njihova mogućnost može da dođe do izražaja, odnosno da se u potpunosti iskoristi jedino ako se frikcioni menjački prenosnik u potpunosti ili bar delimično automatizuje. Pošto su do sada poznata rešenja frikcionih prenosnika, snage koja se koriste na motornim vozilima, automatizovana, to će o ovoj vrsti prenosnika biti reči u posebnoj tački ovog poglavlja.

Zupčasti prenosnici snage, odnosno menjački prenosnici za prenos snage i promenu prenosnog odnosa koriste zupčanike i vratila, kao osnovne elemente.

Kao što je i napred napomenuto, mehanički prenosnik snage sastoji se, najčešće od sledećih osnovnih sklopova:

- spojnica,

- menjački prenosnik,

- zglobno vratilo,

- glavni prenosnik,

- diferencijalni prenosnik,

- pogonska poluvratila.

Osim ovih osnovnih sklopova, odnosno komponenata u mehanički sistem za prenos snage, a u zavisnosti od njegove i koncepcije motornog vozila, ulaze: dopunski menjački prenosnici tzv. bočni reduktori i tzv. vratila za odnos snage za pogon uređaja na vozilu i priključnoj mašini.

7.1 SPOJNICE Osnovni zadatak glavne spojnice, kao sklopa prenosnika snage na motornom vozilu, je da spoji ili prekine tok snage između motora i ostalih sklopova prenosnika, a to znači između motora i točkova i (ili) vratila za odvod snage. Osim ovog osnovnog, spojnica ima i još neke pomoćne zadatke: da zaštiti elemente motora i ostalog dela prenosnika snage od preopterećenja i negativnog uticaja promenljivog opterećenja, prigušujući vršne vrednosti amplituda promenljivog obrtnog momenta i ograničavajući njegov maksimalni nivo na određenu vrednost.

Osnovni zahtev koji se postavlja pred spojnice je da omoguće postepeno spajanje motora sa ostalim delom prenosnika snage, kako bi se obezbedio postepeni, ali kontinualan porast obrtnog momenta, odnosno snage.

U mehaničkim prenosnicima snage najčešće se koriste frikcione spojnice kod kojih se snaga prenosi zahvaljujući momentu trenja koji nastaje između dve ili više frikcionih površina. Osim frikcionih, na motornim vozilima koriste se još i elektromagnetne i hidrodinamičke spojnice. Međutim, ove dve vrste ne spadaju u mehaničke prenosnike snage, pa o njima na ovom mestu neće biti govora.

Klasifikacija frikcionih spojnica može da se vrši u odnosu na različite parametre i to: oblik površina trenja, način ostvarenja normalne sile između površina trenja, položaj pri odsustvu komandnog signala, način upravljanja, broj površina trenja itd.

U odnosu na oblik površine trenja frikcione spojnice se dele na:

- konusne,

- dobošaste i

- diskosne.

U odnosu na način ostvarenja normalne sile između površina trenja razlikuju se:

- opružne,

2

- polucentrifugalne,

- centrifugalne i

- sa elektromagnetnom potisnom pločom.

S obzirom na položaj pri odsustvu komandnog signala spojnice mogu biti:

- stalno uključnog tipa,

- stalno isključnog tipa.

S obzirom na način upravljanja spojnice mogu biti:

- sa prinudnim upravljanjem

- sa automatskim upravljanjem.

Prema broju površina trenja frikcione spojnice mogu biti sa dve ili više površina trenja, odnosno sa jednim ili više diskova, ako je reč o diskosnim spojnicama. Frikcione spojnice sa prinudnim upravjanjem mogu da se aktiviraju samo snagom vozača ili se vozač rasterećuje uvođenjem servopojačala u sistem komandnog mehanizma.

U mehaničkim zupčastim prenosnicima snage najčešće se primenjuju diskosne opružne frikcione spojnice sa jednim ili više diskova i sa prinudnim upravljanjem bez servopojačala (na nižim kategorijama) ili sa servopojačalom (na višim kategorijama motornih vozila).

Konusne frikcione spojnice danas se skoro i ne primenjuju na motornim vozilima kao glavne spojnice prenosnika snage.

Polucentrifugalne frikcione spojnice, kod kojih se normalna sila pritiska između površina trenja realizuje uz pomoć opruga i centrifugalnih sila, takođe se malo primenjuju. Jedino se još promenjuju na putničkim automobilima nižih kategorija kod kojih se maksimalni obrtni moment realizuje pri relativno visokim brojevima obrtaja.

Centrifugalne frikcione spojnice najviše se primenjuju pri automatizaciji upravljanja spojnicom. Kod ovih spojnica, najčešće, centrifugalna sila se koristi za uključivanje i isključivanje spojnice dok se neophodna normalna sila pritiska između površina trenja realizuje oprugama. Postoje, međutim, i rešenja kod kojih se centrifugalna sila koristi za obe svrhe.

7.1.1 Diskosne opružne spojnice Diskosna opružna spojnica sa jednim diskom, (stalno zatvorenog tipa) i prinudnim upravljanjem bez servopojačala sastoji se, sl. 7-1, iz sledećih osnovnih komponenata: frikcioni disk (1), potisna ploča (2), opruge (3), poklopac (4), polužje za komande (5) i komandni mehanizam (6) sa potisnim ležajem (7).

Sl. 7-1

Aksonometrijski prikaz spojnice za putnička vozila, sa detaljnim objašnjenjem pozicija, dat je na slici 7-1.1.

3

Sl. 7-1.1

Sl. 7-2

Opruge diskosnih kočnica mogu biti zavojne i to postavljene kružno (najčešće), sl.7-2, a, ili centralno u osi (ređe), sl. 7-2, b, i tanjiraste, slika 7-3.

4

Sl. 7-3

Na slici 7-2.1 dat je aksonometrijski prikaz spojnice teretnog vozila sa tanjirastom oprugom, sa objašnjenjem pozicija. Potisne ploče su težinski optimizovane i plitke, glavni torzioni ublaživač za vožnju je stabilno konstruisan a obloge diska su otporne na habanje i visoke obrtaje. Odvajanje se vrši centralno vođenim odvajačem sa užlebljenim spojem ka tanjirastoj opruzi.

Na slici 7-2.2 prikazana spojnica sa zavojnim oprugama uz pomoć kojih se ostvaruje sila pritiska. Zavojne opruge su smeštene između kućišta i potisne ploče koja se u kućištu pomera preko nepokretnih bregova. Odvajanje se vrši preko kovanih poluga odvajača koje su fiksno podešene i čiji bregovi se ne smeju naknadno podešavati.

Sl. 7-2.1 Sl. 7-2.2

7.1.1.1. Način rada spojnice

Spojnica obavlja svoju osnovnu funkciju na sledeći način: pod dejstvom sila u oprugama (3), disk (1) je pritisnut potisnom pločom (2) na zamajac motora (8) usled čega se na površinama trenja između diska i zamajca i diska i potisne ploče stvara moment trenja (jedan disk-dve površine trenja). Opruge se jednim krajem oslanjaju na potisnu ploču, a drugim na poklopac, odnosno nosač (4) sklopa spojnice. Ovaj poklopac nosi na sebi poluge (5) za komandu (obično tri poluge, a učvršćen je zavrtnjima za zamajac motora, sledeći (zajedno sa potisnom pločom) njegovo obrtno kretanje. Kada je spojnica uključena, obrtni moment sa zamajca se prenosi na disk, a sa ovoga na spojničko vratilo (9) koje je, najčešće, jednovremeno i ulazno vratilo menjačkog prenosnika. Veza između diska (1) i spojničkog vratila (9) se ostvaruje ožljebljenjem. U ovom, uključenom, položaju spojnice komandni

5

mehanizam (6) i potisni ležaj (7) pod dejstvom opruge (10) se nalaze odmaknuti od poluga (5) za komandu. Dejstvo silom na komandni mehanizam potisni ležaj prilazi dvokrakim polugama (5) potiskujući ih. Time se potisna ploča pomera u desno (odmičući se od diska), sabijajući opruge (3). Na taj način na površinama trenja iščezava normalna sila, a time i moment trenja, te se prekida tok snage između motora i ostalog dela prenosnika snage. Zamajac sa poklopcem spojnice (4), polugama (5) i potisnom pločom (2) nastavlja da se obrće dok se disk (1) sa spojničkim vratilom (9) postepeno zaustavlja. Pri postepenom otpuštanju komandnog mehanizma potisna ploča (2), pod dejstvom opruga (3) naleže ponovo na disk (1), a ovaj na zamajac motora (8), čime nastaje moment trenja u površinama trenja i disk (1) sa spojničkim vratilom (9) počinje da se obrće prenoseći snagu. U ovoj fazi dolazi do relativnog klizanja između diska sa jedne, i zamajca i potisne ploče, sa druge strane, pri čemu rad trenja prelazi u toplotu usled čega dolazi do zagrevanja svih komponenata spojnice.

Pri pojavi obrtnih momenata u spojnici, čija vrednost prelazi vrednost maksimalnog momenta trenja (tzv. moment nošenja) dolazi do klizanja u površinama trenja i bez aktiviranja komandnog mehanizma. Na taj način spojnica izvršava svoj drugi, sekundarni, zadatak - osiguranje motora i prenosnika snage od preopterećenja.

7.1.1.2. Konstrukcijske karakteristike spojnica

Najjednostavnije konstrukcije su kruti frikcioni diskovi, slika 7-4, koji se sastoje od glavčine sa unutrašnjim ožljebljenjem, diskosnog nosača frikcionih obloga (diska) i frikcionih obloga. Spoj između glavčine i diska, sa jedne strane, i diska sa frikcionim oblogama sa druge realizuje se zakivanjem. Zakivci za vezu diska i frikcionih obloga su šuplji, a izrađeni su od legura obojenih metala. Nakon istrošenja frikcionih obloga ovi zakivci mogu lako da se odstrane i da se na isti disk postave nove obloge. Glavčina se izrađuje od liva ili čelika - otkivanjem u kalupima

Disk se izrađuje od čeličnog lima presovanjem.

Najjednostavnija konstrukcija diska je ona kod koje se istim zakivcima jednovremeno spajaju obe frikcione obloge, pa su obloge u intimnom dodiru sa diskom celom površinom. Da bi se olakšali uslovi izrade i sprečilo vitoperenje diska u toku rada na njemu se prave radijalno ostavljeni prorezi.

Jedan od zahteva koji se postavljaju pred spojnice je postepeno i kontinualno spajanje, odnosno povećanje obrtnog, odnosno momenta trenja pri uključivanju. Jedna od konstrukcijskih mera za obezbeđenje ovog zahteva je izrada obodnog dela diska talasastog oblika od opružnog lima, sl. 7- 4, tako da disk na delu učvršćenja obloga ima funkciju opruga u aksijalnom pravcu. Pri tome se obloge zakivaju posebnim zakivcima. Umesto ovoga, a u cilju uštede u opružnom čeliku postoje rešenja kod kojih se za disk zakivaju posebni limovi talasastog oblika od opružnog lima, a koji se, takođe, mogu da izrađuju na različite načine, sl. 7-4.

Sl.7-4

Da bi se prenosnik snage i motor obezbedili od rezonananih ugaonih oscilacija sa učestanošću pobudne sile koja se javlja kao posledica neravnomernosti obrtnog momenta motora, u frikcione diskove se ugrađuju posebni opružni elementi, koji deluju u tangencijalnom pravcu. Uloga ovih opružnih elemenata je da smanje torzionu krutost, a time i učestanost sopstvenih oscilacija

6

prenosnika snage. Pošto je minimalna vrednost krutosti ovih opruga ograničena to se pored njih ugrađuju i prigušivači, koji, obično, rade na principu trenja.

Time se postiže da se prenosnik snage zaštićuje na niskim učestanostima, a obezbeđuje se i prigušenje amplituda jako izraženog promenljivog opterećenja.

Konstrukcijsko izvođenje opružnih i prigušnih elemenata i njihova ugradnja u disk prikazana je na slici 7-5. Kao opružni elementi obično se koriste zavojne cilindrične opruge koje jednim krajem naležu na disk glavčine, a drugim na diskove (1 i 2) za koje se učvršćuju frikcione obloge i to na jedan od napred prikazanih načina. Diskovi (1 i 2) spojeni su međusobno zakivcima (6) obuhvatajući disk glavčine, (4). Između diskova (1 i 2) i glavčine (4) postavljaju se prstenovi (5) od čelika ili frikcionog materijala. Ovaj sklop igra ulogu frikcionog prigušivača. Podešavanjem debljine prstenova (5) obezbeđuje se potreban moment trenja prigušenja. Da bi se olakšala izrada prstenovi (5) se prave u obliku ovalnih (talasastih) prstenova (7), koji pri sklapanju frikcionog diska obezbeđuje aksijalnu silu za realizaciju momenta trenja. Ponekad se prorezi u disku glavčine (4) za smešta opruga (kojih može biti različit broj, ali najčešće 6-9) prave različite dužine kako bi se opruge, pri porastu momenta, postepeno uključivale čime se postepeno menja torziona krutost sistema.

Sl.7-5

Postoje različite mogućnosti za konstrukcijsko rešenje ugradnje elastičnih i prigušnih elemenata u frikcioni disk. Neka od njih prikazana su na slici 7-6.

Sl.7-6

Glavne opruge spojnica koje, kao što je rečeno, služe za ostvarenje normalne sile na površinama trenja izvode se kao zavojne i tanjiraste. Zavojne, pak, se grade kao cilindrične i konusne. Zavojne opruge mogu biti postavljene po nekom krugu blizu oboda potisne ploče ili centralno. Tanjirasta opruga se obavezno postavlja centralno. Konstrukcijska izvođenja opruga prikazana su na slici 7-7. Kada se zavojne opruge postavljaju kružno po obodu onda ih ima više (6 do 18), a mogu biti raspoređene na jednom, dva Ili tri kruga, slike 7-8 i 7-9. Na slici 7-10 prikazana su rešenja spojnice sa centralnim postavljanjem zavojnih opruga i tanjirastom oprugom. S obzirom na potrebu održanja sile pritiska u određenim relativno uskim granicama pri izradi opruga neophodna je stroga kontrola uz odvajanje istim karakteristikama krutosti i dužine u neopterećenom stanju.

7

Sl.7-7

Sl.7-8

8

Sl.7-9

Konstrukcijska rešenja potisne ploče mogu biti veoma različita. Izrađuju se od specijalnog liva koji mora imati dobre frikcione osobine u dodiru sa frikcionim materijalom. Osim toga, materijal mora biti takav da na površini trenja, na kojoj se razvijaju relativno visoke temperature za vreme procesa uključivanja naročito pri polasku vozila, ne dođe do izmene strukture i smanjenja koeficijenta trenja. Oblik potisne ploče na suprotnoj strani od površine trenja se izvodi tako da obezbeđuje strujanje vazduha i time efikasnije odvođenje toplote. Na toj strani potisne ploče postavljaju se mesta za centriranje zavojnih opruga, slika 7-7, gore levo u vidu ispupčenja ili udubljenja ( ili ispupčenja za oslanjanje tanjiraste opruge, slika 7-10, kao i mesta za uležištenje, odnosno pričvršenje dvokrakih poluga za isključivanje. Ovo učvršćenje poluga može da se rešava na više načina. Neka od mogućih rešenja prikazana su na slikama 7-8, 7-11 i 7-12. Da bi se obezbedilo sigurno odvajanje potisne ploče pri isključenoj spojnici, a pri centralno postavljenoj opruzi, ugrađuju se posebne opruge za ovu svrhu, slika 7-10.

Sl.7-9.1

9

Obloge spojnice podležu habanju usled eksploatacije. Kroz smanjenje debljine obloge dolazi do promene pozicije tanjiraste opruge, a time ido promene sile pritiska i sile odvajanja. Xtend-potisne ploče, slika 7-9.1, ovde nude rešenje problema. Kompenzujući mehanizam neprekidno registruje smanjenja debljine obloge i uz pomoć rotirajućih prstenova za podešavanje automatski kompenzuje istrošenost obloge. Graničnik kućišta podiže držačku oprugu za visinu istrošenosti, sa prstena za podešavanje , tako da se šiber uz pomoć opruge povlači a držačka opruga se u ovom položaju blokira. Prilikom sledećeg isključivanja prstenovi rotiraju i tanjirasta opruga ponovo zauzima položaj kao u novom stanju. Potisna ploča na taj način ima optimalno podešen hod.

Sl.7-10

Sl.7-11

10

Sl.7-12

Poklopac (tzv. korpa) spojnice, takođe može da ima različite oblike. Najčešće se oblikuje presovanjem iz lima, jer se na taj način ostvaruje kruta i laka konstrukcija sa malim momentom inercije. Ponekad, kao što se to vidi na slici 7-10, dole, poklopac se pravi kao odlivak. Obično se to čini u slučaju traktorskih spojnica kada veličina momenta inercije zamajca i treba da bude veća, a veća su i opterećenja koja prima poklopac. Mesta za smeštaj zavojnih opruga izrađuju se izjedna sa poklopcem, slika 7-8, ili se izrađuju kao posebni otpresci, sl. 7-11. Dvokrake poluge se, obično preko svog srednjeg oslonca učvršćuju za poklopac. Zbog toga se na poklopcu predviđaju mesta za ove oslonce. Ovo se, takođe, izvodi na različite načine, a u zavisnosti od oblika poluga i načina njihovog učvršćenja za potisnu ploču. U tu svrhu se na poklopcu prave otvori i oslonci u vidu ispupčenja koja mogu biti sastavni deo poklopca ili se izvode kao posebni elementi koji se učvršćuju za poklopac, slike 7-8 i 7-11. Jedan od uobičajenih načina oslanjanja tanjiraste opruge na poklopac vidi se na slici 7-13.

Sl.7-13

11

Dvokrake poluge za isključivanje spojnice mogu imati različita konstrukcijsko-tehnološka rešenja. Najčešće se oblikuju kao otpresci, slike 7-11 i 7-14. Isto tako rešavaju se kao otkivci, slike 7-9 i 7-12. Poluge se najčešće ostavljaju u radijalnom pravcu. Kod manjih spojnica (obično za putničke automobile) ugrađuju se tri poluge raspoređene pod 120 ْ . Kod većih spojnica ugrađuje se šest poluga, slika 7-9.

Sl.7-14

Krajevi dvokrakih poluga moraju jednovremeno da naležu na potisni ležaj, odnosno da se odvajaju od njega pri isključivanju, odnosno uključivanju spojnice, kako ne bi došlo do zakošenja potisne ploče. Pošto je ovo pri izradi i sklapanju vrlo teško postići, to se predviđaju posebni mehanizmi za nezavisno podešavanje vrha svake dvokrake poluge od potisnog ležaja kada je spojnica uključena. Postoje, u osnovi tri rešenja: aksijalno pomeranje oslonca na potisnoj ploči, slika 7-11, aksijalno pomeranje oslonca na poklopcu, slika 7-9, dole i postavljanjem specijalnog zavrtnja na kraj dvokrake poluge , pozicija 14 na slici 7-12. Da bi se sprečilo pomeranje (klaćenje) poluga kada je spojnica uključena, ove se fiksiraju posebnim oprugama različitog oblika, pozicija A na slici 7-14. Pri ugradnji centralno postavjene opruge dvokrake poluge služe za prenošenje sile sa ove opruge na potisni disk kada je spojnica uključena. Da bi se postigao potreban odnos krakova, poluge se tada, često, postavljaju pod uglom u odnosu na radijalni pravac, slika 7-10, dole.

Kada su opterećenja spojnica veća i uslovi rada teži, primenjuju se diskosne opružne frikcione spojnice sa dva i više diskova. Konstrukcijska izvođenja ovih spojnica, slike 7-9 i 7-15, u osnovi su ista kao i onih sa jednim diskom samo što ovih ima više. Najčešće se nailazi na konstrukcije sa dva diska. Sa povećanjem broja diskova, povećava se, naravno, broj potisnih ploča.

Sl.7-15

12

Posebnu vrstu spojnice čine tzv. dvostruke spojnice. Često se, a naročito kod traktora, odvod snage iz prenosnika vrši u spojnici. U tom slučaju se ugrađuju spojnice dvostrukog dejstva ili dvostruke spojnice. Ova vrsta spojnica predstavlja, u stvari, udvojenu spojnicu: jedna služi za odvođenje snage na vratilo za odvod snage, a druga u menjački prenosnik i dalje na točkove. Prednost ovakvih spojnica je kompaktnost gradnje i korišćenje istih elemenata za praktično, dve spojnice. Razlikuju se dva osnovna konstrukcijska rešenja: sa jednim, sl.7-16, 7-17 i sa dva komandna mehanizma, slika 7-18 i slika 7-18.1.

Kod rešenja na slici 7-16 dejstvom na zajedničku komandu vrši se, jednovremeno, isključenje oba stupnja, a kod rešenja prikazanog na slici 7-17 u prvom delu hoda potisnog ležaja, odnosno dvokrakih poluga vrši se isključenje prvog stupnja koji prenosi snagu na pogonske točkove, a tek nakon toga, naslanjanjem potisne ploče prvog stupnja na posebne dvokrake poluge vrši se i isključenje drugog stupnja koji odvodi snagu na priključno vratilo.

Sl. 7-16

Konstrukcije sa dvostrukim spojnicama nalaze primenu kod traktora i šlepera kod kojih je potrebno dodatno uključiti uređaje. Centralna tanjirasta opruga proizvodi pritisnu silu za oba sistema.Pokretanje spojnice za vožnju i sporedni pogon se sprovodi upotrebom odvojenih setova odvajača i odvajačkih poluga ( slika 7-18.1).

Sl.7-17

13

Sl.7-18

Sl.7-18.1

Kod svih rešenja dvostrukih spojnica postoje po dva diska, dva spojnička vratila (od kojih je jedno šuplje) i dve potisne ploče, dok se unutrašnja površina poklopca spojnice koristi kao frikciona površina.

7.1.2 Spojnice stalno isključenog tipa Sve vrste prethodno prikazanih spojnica ostaju isključene sve dok postoji dejstvo na komandu spojnice, a uključene kada prestane dejstvo vozača na komandu. Zbog toga se sve takve spojnice nazivaju spojnicama stalno uključenog tipa. Za razliku od njih postoje rešenja spojnica kod kojih se dejstvo na komandu koristi samo za promenu stanja (uključeno-isključeno), pa se posle dejstva signala spojnica nalazi u onom položaju u koji je dovedena: otvorenom ili zatvorenom. Zbog toga se ove spojnice i nazivaju stalno isključenog tipa (jer mogu da ostanu u isključenom položaju i posle dejstva sile na komandni mehanizam).

Jedno od mogućih rešenja prikazano je slikom 7-19. Ovo rešenje je karakteristično po tome što je, u osnovi, vrlo slično konstrukcijama spojnica stalno uključenog tipa. Razlika je u tome što se kod ovog rešenja ostvarenje normalne vrši pomoću, najčešće, tri bregasta vratila čiji se bregovi "uklinjavaju " između potisne ploče i poklopca spojnice. Ove bregaste osovine su preko sistema poluga spojene za potisni ležaj. Kada je spojnica isključena bregovi se nalaze u položaju a, slika 7-19. Pomeranjem komandne poluge u položaj uključenja spojnice, bregovi najpre dolaze u položaj b, kada nastaje i najveća normalna sila. To je, međutim, labilan posao pa se, zbog toga, bregovi obrću i dalje i dolaze u

14

stabilan položaj c. Da bi se obezbedilo potpuno čisto odvajanje potisne ploče u položaju isključenja, na spojnicu se ugrađuju opruge koje obezbeđuju povlačenje potisne ploče ka poklopcu.

Sl.7-19 Sl.7-20

Na slici 7-20 prikazano je još jedno rešenje spojnica ove vrste. Karakteristika ovog rešenja se sastoji u tome što se cela masa spojnice nalazi na spojničkom vratilu, a frikcioni disk je preko ozubljenja spojen sa zamajcem motora. Osim toga, zamajac se ne koristi za frikciju. Ostvarenje normalne sile na površini trenja vrši se pomoću poluga sa bregom (kulisni pritiskivač), a koja su zglobno spojena sa potisnim ležajem. Čisto odvajanje potisne ploče, na kojoj su učvršćene poluge sa bregom, ostvaruje se uz pomoć zavojnih cilindričnih opruga raspoređenih kružno. Nedostatak ovakve konstrukcije je u tome što se na spojničkom vratilu nalaze mase znatno većeg momenta inercije u odnosu na ranije prikazane konstrukcije kod kojih se za spojničko vratilo vezuje samo frikcioni disk.

7.1.3 Polucentrifugalne spojnice Kod ovih vrsta spojnica za ostvarenje normalne sile na površine trenja, pored opruga, koristi se i centrifugalna sila. Time se olakšavaju uslovi rada opruga, a smanjuje se i vrednost potrebne sile na komandi za isključenje pri nižim brojevima obrtaja. Ovo omogućuje znatno rasterećenje vozača u pogledu zamora.

Konstrukcijska rešenja ovih spojnica su, u osnovi, slična opružnim diskosnim spojnicama stalno uključenog tipa. Međutim, dvokrake poluge za isključenje spojnica su lučno produžene na kraju kojim se vezuju za potisnu ploču, slika 7-21, obrazujući ekecentričnu masu na koju, pri obrtanju, deluju centrifugalne sile. Ove centrifugalne sile uslovljavaju realizaciju normalne sile na potisnu ploču koja je srazmerna masi, broju obrtaja i odnosu krakova koji predstavljaju vrednosti rastojanja mesta dejstva centrifugalne sile i mesta spoja poluga za potisnu ploču, od mesta spoja poluga za poklopac spojnice. Da bi se smanjio uticaj trenja na mestima uležištenja poluga i time povećala osetljivost na dejstvo centrifugalne sile, uležištenja dvokrakih poluga, u spojevima sa potisnom pločom i poklopcem spojnice, se realizuju pomoću kotrljanih ležajeva.

15

Sl.7-21

7.1.4 Centrifugalne spojnice U cilju daljeg olakšanja uslova rada vozača primenjuju se centrigugalne spojnice. Ove spojnice omogućuju automatsko uključivanje i isključivanje, a obezbeđuje se i motor od prisilnog zaustavljanja usled preopterećenja.

Jedno konstrukcijsko rešenje ove vrste spojnica prikazano je na slici 7-22. Poluge sa centrifugalnim tegovima mogu da se obrću oko svojih oslonaca, koji se nalaze na diskosnom nosaču (8), a koji je učvršćen za zamajac motora. Opruge (2) se jednim krajem oslanjaju na nosač (8), a drugim na poklopac (7), težeći da ga zajedno sa potisnom pločom (3), koja je spojena sa njim, odmaknu od zamajca (u položaj isključivanja spojnice). Kada broj obrtaja motora, a time i centrifugalnih tegova, dostigne određeni nivo, usled dejstva centrifugalnih sila vrši se sabijanje opruga (2) i pomeranje poklopca(7), a zajedno sa njim i potisne ploče (3), ka zamajcu. Pri tome radne opruge (9), postavljene između poklopca (7) i potisne ploče (3), uključuju spojnicu. U cilju ograničenja maksimalnog obrtnog momenta, odnosno momenta trenja, normalna sila pritiska na potisnu ploču se ograničava graničnicima za ograničenje kretanja poluga (1). Ove poluge naležu na graničnike pri nekom određenom broju obrtaja.

Sl. 7-22

16

Pošto pri promeni stepena prenosa broj obrtaja motora ne pada ispod broja obrtaja pri kome se spojnica uključuje, neophodno je prinudno isključenje spojnice, što se kod ove konstrukcije obezbeđuje polužjem (6) i komandnim mehanizmom (5), dakle identično kao i kod spojnica stalno uključenog tipa.

7.1.5 Spojnice sa elektromagnetnom pločom Za ostvarenje normalne sile na frikcionim površinama umesto sile opruga ili centrifugalnih sila može da se iskoristi elektromagnetna sila. Prednost primene ovakvog rešenja ogleda se u potpunom rasterećenju vozača i omogućava jednostavnu automatizaciju.

Na slici 7-23, prikazano je jedno od takvih rešenja. Potisna ploča je kruto vezana za jezgro elektromagneta, dok je kotva učvršćena za poklopac spojnice. Pri proticanju struje, koja se dovodi preko kliznih kontakta, kroz navoje elektromagneta, usled elektromagnetnih sila jezgro elektromagneta prilazi ka kotvi, pomerajući i pritiskujući potisnu ploču na frikcioni disk, usled čega se spojnica uključuje. Sila pritiska, odnosno normalna sila, a time i vrednost momenta trenja, zavisi od napona struje kojom se napaja namotaj elektromagneta.

Kako ovaj napon zavisi od broja obrtaja generatora, a ovaj od broja obrtaja motora, to se pri polascima obezbeđuje postepeno uključivanje spojnice. Pri automatizaciji upravljanja spojnicom, brzina uključivanja može da se podešava.

Sl.7-23

Posebna karakteristika ove spojnice je u tome što se pri otkazu u sistemu napajanja strujom, motor može da pokrene vučom vozila, pri čemu se spojnica prisilno uključuje preko kandžaste spojnice koja povezuje spojničko vratilo sa kotvom, a preko nje i sa zamajcem motora.

7.1.6 Komandni mehanizmi frikcionih spojnica Ovi mehanizmi služe za prirodno upravljanje frikcionim spojnicama. Dele se na dve osnovne grupe: direktni komandni mehanizmi (bez servo-pojačala) i indirektni (sa servo-pojačalom).

Direktni komandni mehanizmi, grade se kao mehanički i hidraulički, a indirektni kao mehanički i pneumatski.

Kada se za upravljanje (komandovanje) frikcionim spojnicama koristi isključivo energija vozača, onda su u pitanju direktni komandni mehanizmi, a ako se, pored ove, koristi i neka druga energija, onda su u pitanju indirektni komandni mehanizmi (sa servo-pojačalom). Ako se prenošenje energije od vozača do spojnice vrši isključivo mehaničkim komponentama, onda je reč o mehaničkim komandnim mehanizmima, a pri korišćenju i hidrauličkih komponenata, reč je o hidrauličkim komandnim mehanizmima.

Direktni komandni mehanizmi koriste se na motornim vozilima nižih kategorija sa motorima manjih snaga, jer su tada manji obrtni moment, odnosno manji momenti trenja u spojnicama, a to znači i manje potrebne sile opruga spojnice. Sve to uslovljava i manju količinu energije, odnosno manju snagu koju treba da razvije vozač pri komandovanju. Na motornim vozilima viših kategorija sa motorima većih snaga neophodne su veće i snažnije spojnice, kod kojih je potrebna i veća količina energije, odnosno veća snaga za komandovanje, a koja bi prekomerno zamarala vozača. Zbog toga se kod tih motornih vozila koriste indirektni komandni mehanizmi (sa servo-pojačalom) kod kojih se sila na komandnoj poluzi, odnosno pedali, koju razvija vozač, pojačava do potrebnog nivoa.

Pošto je preporučljivo, a i zakonom propisano da hod komandne pedale ne sme da pređe vrednost od 150 mm za putničke i 180 mm za teretne automobile, sa silama od 150 N, odnosno 200 N, to je time određena maksimalna količina energije kojom sme da se optereti vozač pri svakom isključenju spojnice. Iz ovoga proizilazi direktiva, odnosno kriterijum za primenu komandnih mehanizama direktnog ili indirektnog dejstva.

17

Kod komandnih mehanizama direktnog dejstva promenom prenosnog odnosa u komandnom mehanizmu, odnosno promenom odnosa dužine krakova poluga od potisne ploče do komandne poluge (nožne pedale), moguće je menjati odnos između hoda i sile na pedali, pri istim vrednostima sile na pedali koja je potrebna za pomeranje potisne ploče za hod od oko 0.7 do 1.0 mm po jednom paru površina trenja. Ovaj hod potisne ploče se smatra dovoljnim za "čisto" isključenje spojnice.

7.1.6.1. Mehanički komandni mehanizmi direktnog dejstva

Princip rada mehanizama ove vrste je vrlo jednostavan, a zasniva se na zakonu poluga. Sila sa komandne pedale (12), slika 7-1 koja je izvedena u obliku poluge, prenosi se preko zatege (11) i poluge (6) na potisni (aksijalni) ležaj (7) koji se pomera po spojničkom vratilu, a zatim preko dvokrakih poluga (5) spojnice na potisnu ploču (2).

U uključenom položaju spojnice, između aksijalnog ležaja (7) i dvokrakih poluga (5) mora da postoji zazor (obično najmanje 2 do 3 mm). Ovo zbog toga da bi se obezbedilo potpuno uključenje spojnice i posle određenog istrošenja frikcionih obloga. Podešavanje ovog zazora obično se vrši podešavanjem položaja kraja poluge (6) na zatezi (11) pomoću navrtki. Da bi aksijalni ležaj (4) bio sigurno odmaknut, u mehanizam se ubacuje opruga (10). Ova opruga može biti postavljena na različitim mestima u sistemu, ali njeno dejstvo mora biti takvo da dovoljno sigurno drži odmaknut aksijalni ležaj, kao i komandnu pedalu u krajnjem položaju, kada se na nju ne deluje silom. Ponekad se ugrađuju i po dve opruge na različitim mestima u sistemu (npr. na komandnoj pedali i na aksijalnom ležaju).

Konstrukcijska rešenja mehanizma i njegovih komponenata mogu biti veoma različita. Pri većim rastojanjima između komandne pedale i spojnice za zategu se koristi čelično uže, slika 7-24. Ovakva rešenja su česta kod motornih vozila sa motorom smeštenim u zadnjem delu. Komandne poluge (pedale) mogu da se izvode kao "stojeće" (oslonac pedale i spod kraja na koji deluje vozač) i "viseće" (oslonac pedale iznad) . Kraj komandne poluge na mestu na koji deluje vozač izvodi se sa rapavom ili profilisanom površinom, preko koje se često navlači i guma, kako bi se sprečilo iskliznuće noge vozača. Potisni (aksijalni) ležaj se najčešće izvodi sa kotrljajućim blindiranim ležajem, koji je smešten

u kućište, slika 7-25, levo. Kućište ima na sebi ili žljeb ( vidi sl. 7-1) ili dva rukavca (sl. 7-25. desno). U žljeb ulazi ili rukavce obuhvata, viljuškasta poluga (6), slika 7-1.

1-PEDALA ; 2-ZATEGA ; 3-NAVRTKA ZA PODEŠVANJE; 4-UŽE; 5-OBLOGA ; 6-DVOKRAKA POLUGA; 7-POTISNI LEŽAJ; 8-POLUGA MEHANIZMA SPOJNICE Sl. 7-24

Na slici 7-24.1 prikazan je mehanički komandni mehanizam spojnice koja se aktivira pomoću čeličnog užeta.

Podmazivanje aksijalnog ležaja se izbegava korišćenjem grafitnih kompozicija. U tom cilju, ponekad se umesto kotrljajućeg ležaja koristi prsten presovan iz uglja i grafita. slika 7-25, desno.

Sl.7-24.1

18

Sl. 7-25

7.1.6.2. Hidraulički komandni mehanizmi direktnog dejstva

Vezu između komandne poluge i viljuškaste poluge (6), slika 7-1, često je vrlo teško i neracionalno ostvariti mehaničkim komponentama. U takvim složenim uslovima primenjuju se hidraulički komandni mehanizmi kod kojih se prenos signala od komandne do viljuškaste poluge ostvaruje hidrauličkim putem pomoću creva i cevi koje je moguće veoma jednostavno formirati.

Princip rada ovih mehanizama je jednostavan, a zasniva se na hidrostatici. Aktiviranjem komandne poluge (1), slika 7-26, gore, vrši se aksijalno pomeranje klipnjače (2) koja deluje na klip glavnog hidrauličkog cilindra tako, da se ulje iz glavnog cilindra, (3), kroz cevi (4), potiskuje u radnim hidraulički cilindar (5), pomerajući njegov klip sa klipnjačom (6). Drugi kraj klipnjače (6) oslonjen je na kraj viljuškaste poluge (8) koja svojim drugim krajem pomera aksijalni ležaj (10). Za vraćanje klipnjače (6), hidrauličkih klipova i ulja a time i klipnjače (2), kao iI komandne poluge (1) u prvobitan položaj, nakon uključivanja spojnice, služi opruga (7).

1-PEDALA ; 2-POLUGA ; 3-GLAVNI CILlNDAR SA REZERVOAROM; 4-CREVO; 5-RADNI CILINDAR; 6-KLIPNJAČA; 7-POVRATNA OPRUGA; 8-DVOKRAKA POLUGA ; 9-OSLONAC; 1O-POTISNI LEŽAJ

1-GLAVNI CILINDAR SA REZERVOAROM; 2-KLlP; 3-CREVO; 4-KLlP; 5-RADNI ClL INDAR ; 6- DVOKRAKA POLUGA ; 7-POTlSNI LEŽAJ

Sl.7-26

19

Iznad glavnog hidrauličkog cilindra nalazi se rezervoar za ulje, slika 7-26, dole, levo. Između rezervoara i glavnog hidrauličkog cilindra postoji otvor kroz koji dotiče ulje za dopunu sistema cilindara i cevi, pošto taj sistem ne može da bude idealno zaptiven . U početnom delu hoda klipa taj se otvor zatvara. Primer jednog rešenja hidrauličkog komandnog mehanizma direktnog dejstva prikazan je na slici 7-26 , dole. Rezervoar za ulje može biti izrađen izjedna sa cilindrom, kao što je to prikazano na slici 7-26, dole, a može biti izrađen kao posebna celina i najčešće od plastike.

Na slici 7-26.1 prikazan je hidraulički komandni mehanizam spojnice.

Sl. 7-26.1

7.1.6.3. Komandni mehanizam sa mehaničkim servo-pojačalom

Kod ove vrste komandnih mehanizama za pojačanje komandnih sila koristi se sila prethodno napregnute opruge.

Ovo su najjednostavniji mehanizmi indirektnog dejstva.

Osnovna ideja koncepcije prikazane na slici 7-27, polazi od činjenica za odvajanje potisne ploče od frikcionog diska nije konstantna nego se povećava sa povećanjem hoda. Prethodno napregnuta opruga (5) ekscentrično je spojena za komandnu polugu (1), tako da pri uključenoj spojnici deluje nešto iznad uležištenja poluge priljubljujući je uz oslonac, (2). Pri dejstvu vozača na komandnu polugu u početku se, pored otpora opruga spojnice, savlađuje i otpor opruge (5), sve dok se ekscentricitet ne poništi. U toku daljeg hoda, kada otpor opruga spojnice postane veći, sila opruge (5), zbog promene položaja ekscentriciteta deluje pomažući vozaču da savlada otpor opruga spojnice.

Sl.7-27

Jedno od mogućih rešenja ove vrste komandnih mehanizama je i ono prikazano na slici 7-27, a koje koristi potencijalnu energiju opruge (9) koju napreže sam motor nakon svakog uključenja spojnice.

20

7.1.6.4. Komandni mehanizam sa pneumatičkim servo-pojačalom

Na motornim vozilima (obično viših kategorija) opremljenim pneumatičkom instalacijom najčešće se koristi ova vrsta komandnih mehanizama. U njima se za pojačanje koristi potencijalna energija vazduha pod pritiskom.

Komandna poluga (1), slika 7-28, se preko zatege vezuje za klipnjaču (2) pneumatskog servo-cilindra (3). Pomeranjem komandne poluge i time klipnjače (2) otvara se ventil, (5), smešten u klipu (4). Time se omogućava da vazduh pod pritiskom dođe u prostor sa leve strane klipa (4), što uslovljava njegovo kretanje i pomeranje, preko druge klipnjače (6), poluge (7) koja deluje na aksijalni ležaj. Na taj način postiže se isključenje spojnice. Kada prestane dejstvo vozača na komandnu polugu (1) , klipnjača (2) se pomera na slici, ulevo, čime ventil (5) zatvara otvor za doticanje vazduha pod pritiskom,dok se daljim kretanjem klipnjače , (2) stvara veza između prostora klipa sa atmosferom, tako da se klip (4) i klipnjača (6) kreću zajedno sa atmosferom, čime se spojnica uključuje. U slučaju gubitka vazduha, sistem se svodi na čisto mehanički, direktnog dejstva.

Sl. 7-28

Zahtevi za mirnim radom i komforom, kao i za očuvanjem menjača stalno rastu. Ovo zahteva torzione ublaživače sa visokim sposobnostima. Planetarni ZMS ( Zweimassenschwungrad ), slika 7-28.1 dovoljno dobro ublažava oscilacije. Masa zamajca se ovde deli na dve mase, primarnu i sekundarnu. Sekundarni zamajac je preko klizajućih ležajeva rotirano umetnut u primarni zamajac. Između ove dve mase nalazi se efikasni sistem ublaživača-opruga. Opruge su spolja vođene redno u kliznim ležištima i tanjirima opruga od plastike. Jedinica torzionog ublaživača je u kućištu napunjenom mašću.

Sl.7-28.1

21

7.2 ZUPČANIČKI MENJAČKI PRENOSNICI Menjački prenosnik predstavlja osnovni i najznačajniji sklop prenosnika snage. Osnovni zadatak menjačkog prenosnika (u daljem tekstu: menjača) je da pri prenosu snage izvrši promenu njenih parametara (obrtnog momenta i broja obrtaja, odnosno ugaone brzine, dovodeći ih na nivoe koji odgovaraju trenutnim potrebama pogonskog mosta, odnosno trenutnim vrednostima otpora na pogonskim kretačima. Osim ovog osnovnog zadatka, menjač omogućuje kretanje vozila unazad i prekid toka snage pri uključenoj spojnici.

Osnovna karakteristika zupčaničnih menjača je stupnjevita promena prenosnih odnosa, odnosno, pri konstantnoj snazi koju odaje motor, stupnjevita promena parametara snage. Što je veći broj stupnjeva, veće je približenje idealnoj hiperboli vuče, a time i veće iskorišcenje raspoloživih performansi pogonskih motora. Međutim, to bi trebalo imati u vidu, sa povećanjem broj stepeni prenosa, menjač i mehanizam za njegovo upravljanje postaju složeniji, komplikovaniji i skuplji za proizvodnju i eksploataciju.

Klasifikacija zupčastih menjača može da se vrši u odnosu na različite parametre. U pogledu položaja vratila, odnosno osa, menjači se dele na dve osnovne grupe:

- sa nepokretnim osama (vratila) i

- sa pokretnim osama (tzv. planetarni menjači).

U odnosu na zadatke koje obavljaju na vozilu menjači se dele na:

- glavne menjačke prenosnike i

- dopunske menjačke prenosnike.

Svako motorno vozilo opremljeno motorom unutrašnjeg sagorevanja mora da ima glavni menjač, a može, ali ne mora, da ima dopunske menjače.

Dopunski menjači služe kao dopuna glavnih, obezbeđujući proširenje mogućnosti promene parametara snage i/ili razdvajanje (grananje) snage.

U odnosu na broj stepeni prenosa, menjački prenosnici mogu biti sa dva, tri, četiri I više stepeni prenosa, a u odnosu na način upravljanja- sa prinudnim (obično ručnim) i automatskim upravljem. Prenos sile od komandne poluge do mehanizma za uključivanje i isključivanje pojedinih stepena prenosa može da se vrši na različite načine. U tom pogledu sistemi upravljanja menjačkim prenosnicima mogu biti: mehanički, hidraulički, pneumatski, vakuumski, električni i kombinovani.

Pri konstruisanju menjača neophodno je da se obezbedi: jednostavnost promene stepeni prenosa uz što manje sile, po mogućnosti bez prekida toka snage, bešuman rad, jednostavnost upravljanja, bezudarno uključivanje svih stepeni prenosa, osiguranje od samoisključivanja, obilno podmazivanje svih elemenata, visok stepen korisnog dejstva, mala težina i gabaritne dimenzije, pouzdanost rada itd.

Osim toga, menjač treba da omogući puštanje motora u rad vučnog vozila i kočenje vozila motorom, kao i, ponekad, odvod snage za pogon drugih potrošača.

7.2.1 Menjači sa nepokretnim osama· Ova vrsta menjača se najčešce primenjuje na motornim vozilima.

Obezbeđuje visok stepen korisnog dejstva (0,96-0,98), jednostavne su konstrukcije i relativno jeftini za proizvodnju i održavanje. Specifična težina im je mala i to:

- putnički automobili (4-5,5) 10-3 N/w

- teretni i autobusi (7-25) 10-3 N/w.

Nedostatak ove vrste menjača je ograničeni broj stepeni prenosa.

Na putničkim automobilima primenjuju se sa 3-5 stepeni prenosa, a na autobusima i teretnim najčešće sa 5 i 6 stepeni prenosa (nekad i do 12).

Najčešće se grade sa dva i tri vratila (ne računajući dopunsku osovinu ili vratilo zupčanika stepena prenosa za hod unazad).

Elementarna shema prenosnika snage u koji je ugrađen menjač sa tri vratila prikazan je na slici 7-29, a sa dva vratila na slici 7-30.

22

Sl. 7-29

U načelu, uključivanje stepeni prenosa može dva osnovna načina: sa pomerljivim zupčanicima i sa nepomerljivim, stalno spregnutim, zupčanicima. Međutim, u savremenim konstrukcijama menjača koji se ugrađuju u automobile i autobuse primenjuju se rešenja sa nepomerljivim zupčanicima kod kojih se uključivanje stepeni prenosa vrši pomoću tzv. sinhro-spojnica. Ponekad se samo prvi stepen prenosa uključuje pomeranjem zupčanika. Osim sinhro-spojnica, primenjuju se i rešenja sa specijalnim tipom kandžastih spojnica.

Rešenja menjača sa dva vratila primenjuju se, obično, na motornim vozilima kod kojih se motor i pogonska osovina nalaze na jednom kraju (prednjem ili zadnjem) motornog vozila.

Sl. 7-30

Nekoliko osnovnih koncepcijskih mogućnosti gradnje menjača sa dva tri vratila prikazano je na slikama 7-31 do 7-35.

Sl. 7-31

23

Menjač sa tri vratila kod kojeg se uključivanje stepeni prenosa vrši pomeranjem zupčanika prikazan je shematski na slici 7-31. Menjač je sa četiri stepena prenosa od kojih je četvrti direktni (prenosni odnos iIV = 1), a uključuje se direktnim spajanjem ulaznog i izlaznog vratila. Pomerljivi zupčanici se nalaze na izlaznom vratilu. Na ulaznom vratilu nalazi se samo jedan zupčanik koji je stalno spregnut sa odgovarajućim zupčanikom posrednog vratila, tako da se ovo stalno obrće kada motor radi i kada je glavna spojnica uključena. Ovo je najčešći način gradnje menjača sa tri vratila.Tok snage u pojedinim stepenima prenosa dat je na donjem delu slike.

Menjač sa, takođe, četiri stepena prenosa za hod unapred i sa jednim stepenom za hod unazad (formula menjača 4 + 1), ali sa uključivanjem stepena prenosa sinhro-spojnicama prikazan je na slici 7-32. I kod ovog rešenja se uključivanje stepena prenosa vrši na izlaznom vratilu - pomeranjem, ovog puta, sinhro-spojnica, a posredno, vratilo se, takođe, stalno obrće.

Koncepcija gradnje menjača sa dva vratila kod kojeg se, međutim, tok snage vraća na stranu

menjača sa koje je snaga došla prikazan je na slici 7-33.

Sl. 7-32 Sl. 7-33

Sl. 7-34

24

Sl. 7-35

Gradnje menjača sa tri vratila i pet stepeni prenosa (5+1) sa svim sinhronizovanim stepenima prenosa prikazana je na slici 7-34, a sa šest stepeni prenosa (6+1) na slici 7-35.

7.2.1.1. Osnovna konstrukcijska rešenja pod sklopova i elemenata

Ulazno vratilo menjača sa tri vratila je, najčešće, jednovremeno i spojničko vratilo čiji se zadnji deo (koji ulazi u kućište menjača) pravi izjedna sa ulaznim zupčanikom zupčastog para za pogon posrednog vratila. Prednji deo vratila se oslanja na zamajac motora preko odgovarajućeg ležišta. Neka od mogućih rešenja uležištenja prikazana su na slici 7-36,b . Na slikama a i b su prikazana rešenja sa kotrljajućim ležajevima, a na slici c sa kliznim ležajem. Na savremenim rešenjima ovi ležajevi se, obično, ne podmazuju, a kada je to potrebno onda se predviđaju posebne mazalice (1) i cevi (2) kao što je to, na primer, prikazano na slici 7-36, b.

Sl. 7-36 Sl. 7-37

25

Sl. 7-38

Zadnji deo ulaznog vratila oslanja se preko kotrljajnog ležaja na kućište menjača. Ovaj deo vratila služi i kao prednji oslonac izlaznog vratila menjača sa tri vratila. Ovo oslanjanje se realizuje u obliku igličastog ležaja. Neka od mogućih konstrukcijskih rešenja oslanjanja zadnjeg kraja ulaznog i prednjeg kraja izlaznog vratila prikazana su na slici 7-37. Na ovoj slici sa 1 su označeni otvori za podmazivanje ležaja.

Kada su spojnica i menjač razdvojeni zglobnim vratilom onda je ulazno vratilo veoma kratko, a oslanja se preko dva kotrljajuća ležaja na kučište menjača, slika 7-38.

Posredno vratilo ima dva osnovna konstrukcijska oblika: sa zupčanicima u jednom bloku nerazdvojiva celina koji su oslonjeni na nepokretnu osu preko igličastih ležaja, slika 7-39 i sa pojedinačnim zupčanicima učvršcenim na vratilo preko klinova, dok se vratilo oslanja na kučište menjača preko dva kotrljajuća ležaja, slika 7-40.

Prvo osnovno rešenje, slika 7-39, obezbeđuje kruće kučište, jer su otvori za smeštaj osovine(2) relativno mali. Ovakvo rešenje se primenjuje na lakim putničkim i teretnim automobilima. Aksijalne sile kod ovakvih rešenja prenose se preko bronzanih podloški (5) koje se moraju osigurati od obrtanja. Ponekad se naspram bronzanih postavljaju čelične podloške (4), a u kućištu opruge (6).

Sl. 7-39 Sl.7-40

Kod drugog rešenja kao ležišta vratila koriste se kugličasti, valjkasti i konusni kotrljajući ležajevi, slika 7-40, sa ili bez unutarnjeg prstena. Često se zupčanici nižih stepena prenosa grade izjedna sa vratilom, slika 7-40, b, d, dok se zupčanici većih prečnika grade posebno ili spareni, a učvrščuju se na vratila preko klina ili ožljebljenja. Sa posrednog vratila se pravi i odvod snage ili direktno ili preko posebnog zupčanika (1), slika 7-40, b, c. Ponekad, a naročito u menjače teretnih automobila viših kategorija, ugrađuju se i posebne uljne pumpe (2), slika 7-40,c, za obezbeđenje sigurnog podmazivanja.

Zadnji deo izlaznog vratila spaja se sa zglobnim vratilom ili se na njega postavlja konsuni zupčanik glavnog prenosa, ukoliko se glavni prenosnik nalazi odmah uz menjač, što je čest slučaj kod traktora.

Najčešće ovaj zupčanik se pravi izjedna sa izlaznim vratilom.

Hod unazad se ostvaruje primenom dopunskog zupčanika u prenosu snage sa posrednog na izlazno vratilo. Kod tro- i petostepenih menjača dopunski zupčanik je. stalno spregnut sa zupčanikom posrednog vratila, a za uključenje stepena prenosa za hod unazad obično se koristi zupčanik prvog

26

stepena prenosa, pa tada nije potrebna posebna viljuška. Za uključivanje kod četvorostepenih menjača primenjuje se poseban dopunski udvojeni zupčanik koji se pomera posebnom viljuškom.

Kućište menjača se sastoji iz osnovnog dela i poklopaca. Gornji poklopac se obično izvodi tako da se u njega smeštaju elementi mehanizma za upravljanje menjačem.

Pri projektovanju kućišta neophodno je da se obezbedi dobra krutost. U tom cilju otvori treba da su što manji, a na zidove se postavljaju rebra. U poklopce za učvršćenje ležajeva postavljaju se zaptivači, a predviđaju se i posebni kanali za odvođenje viška ulja. Kućište mora da ima otvore za ulivanje i ispuštanje ulja, kao i otvor za kontrolu nivoa ulja. Ovi otvori se obično prave sa konusno. zavojnicom. Kućište menjača se najčešće izrađuje livenjem. Kod putničkih automobila za livenje se koriste najčešće legure aluminijuma. Kod traktora na točkovima kućište menjača je jednovremeno i element noseće konstrukcije.

Sinhro-spojnice služe za bezudarno spajanje zupčanika sa vratilom ili za spajanje dva vratila, pri uključenju pojedinih stepeni prenosa. Sinhro-spojnica ima konusni prsten koji se uvek obrće sa ugaonom brzinom izlaznog vratila. Konus ovog prstena pri spajanju, u prvom delu hoda poluge menjača, dolazi u kontakt sa konusom na vođenom zupčaniku čija je ugaona brzina određena ugaonom brzinom posrednog , odnosno ulaznog vratila. Usled trenja između ova dva konusa dolazi do izjednačavanja ugaonih brzina i daljim pomeranjem poluge menjača do potpunog spajanja. Kod različitih konstrukcija elementi, pomoću kojih se postiže ovaj efekat sinhronizacije i konačnog spajanja, mogu da se razlikuju, ali je princip isti.

U menjačima automobila viših kategorija konačno spajanje ne sme da nastane pre nego se ugaone brzine potpuno ne izjednače, jer su inercione mase znatne. U slučaju menjača na vozilima nižih kategorija, zbog znatno manjih obrtnih inercionih masa, ovo ne mora da se obezbedi.

Sl.7-42

Na slici 7-42 je prikazana konstrukcija sinhro-spojnice dvostranog dejstva koja opslužuje dva stepena prenosa. Klizni sinhronizacioni element (1), (ovaj element se naziva još i nosač sinhro-spojnice), u vezi je, preko ožljebljenja, sa izlaznim vratilom (3), a može po njemu da se aksijalno pomera. Sa obe strane ovog elementa nalaze se sinhronizacioni prstenovi (4) sa unutrašnjom konusnom površinom i segmentne otvore koji se nalaze na čeonim stranama nosača sinhro-spojnice (1), tako da se obrću istom ugaonom brzinom. Spoljna površina sinhronizacionog elementa (1) je ožljebljena i nalazi se u spoju sa unutrašnjim ožljebljenjem spoljnjeg prstena (2), koji se naziva uključna spojnica. Za sprečavanje spontanog aksijalnog pomeranja uključne spojnice u odnosu na sinhronizacioni element po žljebovima, služe loptasti fiksatori (5), blagodareći olučastom žljebu po obimu unutrašnje površine uključne spojnice (2).

Sinhro-spojnica radi na sledeći način. Pomoću poluge menjača i viljuške koja obuhvata uključnu spojnicu (2) oba osnovna elementa (1) i (2) se kreću aksijalno i dovode u kontakt unutrašnji konus prstena, (4) sa spoljnim konusom na zupčaniku stepena prenosa koji treba uključiti. Između konusa nastaje trenje, usled čega dolazi do izjednačavanja ugaonih brzina. Daljim povećanjem sile na poluzi menjača savlađuje se otpor fiksatora (5) i uključna spojnica (2) nastavIja da se dalje kreće u odnosu na vratilo i sinhronizacioni element ( 1) čime dolazi do uzubljenja unutrašnjih zubaca uključne spojnice i spoljnih zubaca koji se nalaze na zupčaniku odmah pored konusa, čime se ostvaruje konačno spajanje zupčanika sa izlaznim vratilom.

Za sprečavanje konačnog uključenja pre nego se ugaone brzine vodećeg i vođenog elementa ne izjednače, služe blokirajući uređaji sinhro-spojnice. Svi ovi uređaji su inercionog tipa. Sinhronizacioni prsten i uključna spojnica su tako izvedeni da se mogu, pod dejstvom sile trenja, ugaono, relativno malo međusobno da pomeraju. Ova pojava se koristi za blokiranje. Kada ugaone brzine postanu jednake, moment zakretanja od sila trenja između konusa nestaje (jer više nema ni relativnog pomeranja), pa se spojnica potpuno uključuje.

27

Sl.7-43 Sl.7-44

Sl.7-45

Princip rada jedne vrste blokirajućeg uređaja prikazan je na slici 7-43. U sinhronizacionom elementu postoje tri proreza (na slici prikazan samo jedan) u koje ulaze tri ispusta uključne spojnice. Prorezi u sredini su izvedeni u obliku slova V. U trenutku dodira konusa usled trenja javlja se zakretni moment koji uslovljava naleganje ispusta u V-proreze čime se sprečava aksijalno pomeranje uključne spojnice u odnosu na sinhronizacioni element. U trenutku kada se ugaone brzine izjednače ispusti na uključnoj spojnici mogu da se,relativno, zakrenu u odnosu na sinhronizacioni element usled čega je moguće da se uključna spojnica dalje aksijalno kreće i izvrši konačno spajanje.

U nekim slučajevima sinhronizacioni konus deluje kao blokirajući prsten, slika 7-44. Za sprečavanje slobodnog obrtanja sinhronizacioni prsten (1) ima na sebi tri ispusta koji ulaze u proreze na čeonom delu sinhronizacionog elementa (2). Ovi prorezi su nešto širi od ispusta i imaju V oblik. Uključna spojnica (3) na mestu ispusta sinhronizacionog prstena ima odrezane unutrašnje zupce, čime se dobijaju tri kanala koji imaju zakošenja i omogućuju relativno zakretanje ispusta sinhronizacionog prstena. Time se postiže efekat blokiranja o čemu je napred bilo reči.

Sl.7-46

U nekim rešenjima kao blokirajući uređaj može da se koristi i nazubljeni sinhronizacioni prsten (3), slika 7-45. Za potiskivanje ovog prstena u fazi sinhronizacije služe prizmatični elementi (5) oslonjeni na prstenaste opruge (6).

U cilju olakšanja uključivanja stepeni prenosa u savremenim menjačima se koriste sinhro-spojnice, sa servo-dejstvom. Jedno od takvih rešenja je sinhro-spojnica tipa Porsche, u kojem se servo-dejstvo ostvaruje pomoću opružnih prstenova, slika 7-46. Ova spojnica se. sastoji od pet osnovnih elemenata.

28

Vođena spojnica (1) zupčanika, koji treba da bude uključen, ima evolventno ozubljenje čiji su zupci zaobljeni sa strane na kojoj se nalaze prstenovi (2) i (3), a koji olakšavaju uključivanje. Ova spojnica je učvršćena na zupčaniku . Na rukavcu spojnice (1) smešten je blokirajući prsten (3) koji je obuhvaćen razrezanim sinhronizirajućim prstenom (2). Podmetač (5) sprečava aksijalno pomeranje ovih prstenova.

Spoljna i unutrašnja površina sinhronizirajućeg prstena (2) su ekscentrične (što znači da je debljina prstena promenljiva) pri čemu je najveća debljina kod proreza. Blokirajući prsten (3) ima jedan spoljni i jedan unutarnji ispust. Spoljni ispust ulazi u prorez sinhronizirajućeg prstena (2), a unutrašnji u prorez na spojnici (1). Na taj način sprečeno je obrtanje blokirajućeg prstena (3) u odnosu na spojnicu (1).

Izlazni element mehanizma je glavčina (6) sa tri paoka koji se završavaju prizmatičnom glavom na koje se oslanja uključna spojnica (4), koja ima unutrašnje ozubljenje. Na mestima oslanjanja uključne spojnice (4) na prizmatične glave glavčine (6) odrezani su zupci njenog unutrašnjeg ozubljenja. Uključna spojnica (4) preko svog unutrašnjeg ozubljenja se uzubljuje sa spoljnim ozubljenjem spojnice (1). Glavčina (6) je kruto spojena sa izlaznim vratilom. Čeoni prečnici unutrašnjeg ozubljenja uključne spojnice (4) izvedeni su u obliku dva konusa koji pri uključivanju naležu na odgovarajuće konuse sinhronizirajućih prstenova (2).

Kada se uključna spojnica (4) pomera ka vođenoj spojnici (1), unutrašnji zupci svojim konusom obuhvataju sinhronizirajući prsten (2). Pri tome se suprotni konus ovog prstena naslanja na unutrašnji konus vođene spojnice (1). Usled trenja sinhronizirajući prsten se relativno zakreće sve dok se čeonim delom u prorezu ne nasloni na spoljni ispust blokirajućeg prstena (3), koji se pak svojim unutarnjim ispustom naslanja na fiksirajući prorez u vođenoj spojnici (1). Na taj način pod dejstvom momenta trenja između sinhronizirajućeg prstena (2) i uključne spojnice prsten teži da se raširi usled čega se između njih povećava pritisak naleganja. U tome se i sastoji servo-dejstvo mehanizma. Posle izjednačenja brzina uključna spojnica je u mogućnosti da se dalje kreće i da izvrši konačno uključenje.

7.2.1.2. . Komandni mehanizmi menjača

Komandni mehanizmi menjača služe za promenu stepeni prenosa. Promena stepeni prenosa može da se vrši ručno i automatski. Kod ručnog komandovanja prenos komandnog signala može da se vrši mehanički, hidraulički i pneumatski. U tom smislu se i vrši podela komandnih mehanizama.

Najčešće se primenjuju mehanizmi sa ručnim upravljanjem. Komandni, odnosno mehanizmi upravljanja menjača sa nepokretnim osama vratila najčešće se postavljaju na kućište menjača, slika 7-47 i 7-48, a, ili se poluga menjača postavlja posebno (daljinsko komandovanje), slika 7-48, b, c, d, e.

Poluga menjača se postavlja na gornji deo kućišta menjača u kuglasti oslonac na koji se pritiska oprugom (1), slika 7-47, b. Ponekad se poluga provlači odozdo, pa se oslanjanje obezbeđuje oprugom (2), slika 7-47, g. U cilju održanja poluge u pravilnom položaju u odnosu na kuglasti oslonac u nju se postavlja fiksator (3), slika 7-47, a.

Daljinsko upravljanje se rešava po jednoj od shema prikazanih na slici 7-48, b, c, d, e. Neke od mogućih shema daljinskog upravlja nja prikazane su na slici 7-49. Na gornjem delu ove slike prikazane su sheme mehaničkog, hidrauličnog ručnog i automatskog upravljanja. Donji deo poluge menjača ulazi u proreze posebnih elemenata (2) i (5) ili direktno u prorez viljuške (1), slika 7-50. Ovi elementi i viljuške učvršćeni su na šipkama (6). Viljuške zahvataju zupčanike ili uključne spojnice sinhro-spojnica. Broj viljuški (1) i šipki (6) zavisi od broja stepeni prenosa i načina njihovog uključenja. Za uključenje stepena prenosa za hod u nazad često se koristi specijalni oblik viljuške sa pomoćnom osovinom, sl. 7-51.

29

Sl.7-47

Sl.7-48

30

Sl.7-49

Sl.7-50 Sl.7-51

Sl.7-52 Sl.7-53

Da bi se sprečilo neželjeno ili spontano uključivanje ili isključivanje stepeni prenosa, šipke se osiguravaju specijalnim fiksatorima, a da bi se sprečilo jednovremeno uključivanje dva stepena prenosa postavljaju se blokirajući uređaiji, slika 7-52. Obično se fiksatori prave u obliku kugli, a blokirajući uređaji u obliku čepa. Često se ova dva uređaja spajaju u jedan. Da bi se isključila mogućnost slučajnog uključivanja stepena prenosa za hod u nazad, što je posebno opasno, ugrađuju

31

se različiti sigurnosni uređaji. Neka od ovih rešenja prikazana su na slici 7-53. Najčešći položaj poluge menjača pri uključenju pojedinih stepeni prenosa prikazani su shematski na slici 7-54.

Sl.7-54

7.2.1.3. Prikaz nekih rešenja menjača

Slika 7-55 prikazuje menjač vozila FIAT "Punto" To je menjač sa dva vratila i 5+1 stepeni prenosa.

Na sl. 7-56 prikazano je aksonometrijski rešenje menjača FIAT “Punto“ sa dva vratila, 5+1 stepeni prnosa i svih pet stepeni prenosa sinhronizovanih, a primenjuje se na vozilima kod kojih su pogonski agregat i pogonska osovina na istom kraju vozila. Izgled menjača dat je na slici 7-56.1.

Rešenje menjača za slučaj poprečno postavljenog motora prikazano je na slici 7-57. Menjač je, takođe, sa dva vratila, 4+1, sa sva četiri stepena prenosa sinhronizovanih.

Na slici 7-58 prikazano je rešenje menjača sa tri vratila, 4+1, sva četiri sinhronizovana.

32

Sl.7-55

Na slici 7-59 prikazano je rešenje menjača vozila "Moskvič". Pozicijama (15) i (24) označeni su pužni točak i puž koji služe za odvod signala broja obrtaja izlaznog vratila u instrument za pokazivanje brzine kretaja (kilometar-sat). Ovakvo rešenje izvoda signala je najčešće kod svih vozila.

Sl.7-56

33

Sl.7-56.1

Posebna konstrukcijska rešenja su menjači za traktore koji se najčešće grade sa pomerljivim zupčanicima. Dva takva rešenja prikazana su na slici 7-60. Poslednjih godina grade se menjači za traktore sa sinhronizovanim stepenima prenosa, tzv. transportnih brzina, a i sa svim sinhronizovanim stepenima prenosa.

34

Sl.7-57

Menjač sa tri vratila i 4+1 stepeni prenosa koji su sva četiri sinhronizovana za vozila "Lada" tipa 2103 prikazan je na sl.7-61. Kućište menjača, kao i kod većine drugih rešenja prenosnika snage za putničke automobile izrađeno je od legure aluminijuma, ojačano rebrima i produženo na prednjoj strani tako da jednovremeno, služi kao kućište frikcione spojnice.

Izlazno vratilo menjača za vozila "Moskvič", koji je prikazan na sl. 7-62, znatno je produženo, a oko njega se nalazi posebno dodatno, kušište u obliku konusne cevi i konzolno učvršćeno na kućištu menjača.

Menjački prenosnik za vozilo FIAT “Punto“, na kojem se i motor i pogonski most nalaze na prednjoj strani vozila prikazan je na sl. 7-63.

35

Sl.7-58

Sl.7-59

36

Menjač putničkog vozila "Mercedes", tipa 200D, prikazan na sl. 7-64 , karakterističan je po tome što se zupčanici stepena prenose za hod nazad nalaze na prepustu posrednog i izlaznog vratila.

Kod menjača putničkog vozila "Ford -eskort", 1100, prikazanog na sl. 7-65, interesantan je položaj ručice menajača na zadnjem delu dopunskog kućišta produženog izlaznog vratila. Ovo je jedno od mogućih rešenja komandovanja promenom stepeni prenosa kada je menjač više udaljen od mesta vozača.

U menjaču putničkog vozila "Ford-Capri II", sl. 7-66, primenjeno je rešenje zupčanika u obliku jednog sklopa koji je oslonjen, preko igličastih ležaja, na nepokretnu osovinicu. Osim toga, zupčanik stepena prenosa za hod nazad izrađen je izjedna sa ogrlicom sinhro-spojnice, za uključenje prvog i drugog stepena prenosa za hod napred.

Menjački prenosnik prikazan na sl. 7-67 odnosi se na slučaj vozila kod kojih se motor i pogonski most nalaze na istoj strani vozila i to sa motorom poprečno postavljenim u odnosu na uzdužnu osu putničkog vozila, a primenjuje se na vozilima FIAT “Punto“.

Sl.7-60

Slično prednjem rešenju je i menjač, sl. 7-68, koji se primenjuje na putničkim vozilima VW"Polo". Karakteristična razlika je u položaju sinhro-spojnica. Dok su se kod prethodnog rešenja sve sinhro-spnjnice nalazile na izlaznom vratilu (što je najčešći slučaj kod svih menjača) dotle se kod ovog rešenja sinhro-spojnice za treći i četvrti stepen prenosa nalaze na ulaznom, a za prvi i drugi stepen prenosa na izlaznom vratilu.

37

Sl.7-61

Sl.7-62

Na slici 7-69, prikazan je menjač sportskog vozila Porsche, 911T, kod kojeg se, takođe, sinhro-spojnice nalaze na oba vratila. Inače, karakteristično kod ovog menjača je i rešenje komandnih šipki (1) komandnog mehanizma smeštenog u donjem delu menjača.

Posebna karakteristika menjača terenskog vozila Zastava AR-55, prikazanog na sl.7 -70, je u tome što se uključivanje prvog stepena prenosa vrši pomerljivim zupčanikom smeštenim na ogrlici spojnice za uključivanje trećeg i četvrtog stepena prenosa. Osim toga, izlazno vratilo je relativno dugačko, pa je oslonjeno na tri oslonca. U sklopu ovog menjača prikazan je i razvodnik pogona o kojem će biti reči u delu o dopunskim menjačima.

Menjač vozila FIAT “Stilo“ sa dva vratila i 5+1 stepeni prenosa prikazan je na sl.7-71.

38

Sl.7-63

Sl.7-64

Slično prethodnom je i rešenje američke firme New Process Gear, prikazano na sl. 7-72 kod kojeg su sinhronizovani svi stepeni prenosa, izuzev prvog i stepena prenosa za hod nazad. Ovo rešenje menjača, što je slučaj i kod mnogih drugih, proizvodi se u više varijanti sa različitim prenosnim odnosima koji se biraju u zavisnosti od vozila na koja se ugrađuje.

Menjač američke firme New Process Gear, prikazan na sl. 7-73, sa 4+1 stepeni prenosa ima sinhronizovani drugi, treći i četvrti stepen prenosa. Uključivanje prvog stepena prenosa i stepena prenosa za hod nazad vrši se, pomerljivim zupčanikom na izlaznom vratilu. Osim toga, taj zupčanik, služi jednovremeno kao nosač sinhro- spojnice za uključivanje drugog stepena prenosa. Kod ovog menjača svi zupčanici posrednog vratila izrađeni su izjedna sa vratilom, što mu, kao što je napred rečeno, obezbeđuje visoku krutost.

39

Vrlo interesantno rešenje sinhro-spojnica za menjače prikazane na sl. 7-72 i 7-73 prikazano je na sl. 7-74.

Sl. 7-65 Sl. 7-66

Sl.7-67

40

Sl.7-68 Sl. 7-69

Sl. 7-70

Sl. 7-71

41

Sl. 7-72

Sl.7-73

Sl.7-74

42

7.2.2 Menjači sa pokretnim osama vratila (planetarni menjači) Kinematika, način rada, određivanje prenosnih odnosa i osnovne kinematske sheme ovih menjačkih prenosnika su delimično obrađeni u knjizi "Automatizacija sistema motornog vozila", izdanje Mašinskog fakulteta u Beogradu, 1976. godine. Zbog toga će na ovom mestu biti prikazane samo neke bitne konstrukcijske karakteristike i karakteristična rešenja ove vrste menjačkih prenosnika.

Međutim, treba da se istakne, da se planterani prenosnici relativno retko koriste kao isključivi i samostalni menjački prenosnici u motornom vozilu, već, najčešče, u sklopu hidromehaničkog prenosnika-vezani na red ili paraleno, a takođe i mešovito, sa hidrodinamičkom spojnicom ili menjačem, odnosno pretvaračem. U tom slučaju radi se, opet najčešće, o automatskim ili poluautomatskim menjačima o kojima če biti reči u posebnom poglavlju ove knjige. Najčešća primena ove vrste prenosnika na motornom vozilima je za dopunske menjačke prenosnike sa dva stepena prenosa (jedan direktni i jedan redukovani, odnosno multiplikovan), kada se nazivaju vučni prenosnici, odnosno brzinski prenosnici. Osim toga, planetarni prenosnik koristi se i kao običan reduktor smešten u točkovima težih teretnih i radnih vozila.

U poređenju sa menjačkim prenosnicima sa nepokretnim osama vratila planetarni prenosnici imaju sledeća preimućstva: nešto veći koeficijent korisnog dejstva; pri istim prečnicima zupčanika ostvaruje se prenosni odnos; vratila i ležajevi sunčanih zupčanika kao i nosača satelita nisu opterećeni radijalnim silama; opterećenje se raspodeljue na više zubaca zupčanika (jer uvek postoji najmanje tri satelita); promena prenosnog odnosa pomoću spojnica i kočnica omogućava da se ova promena obavi bez prekida toka snage; manja je bučnost i duži vek.

Sl.7-75

S druge strane, ovi menjači su složenije konstrukcije, skuplji su u izradi i zahtevaju precizniju i komplikovaniju tehnologiju proizvodnje za unutrašnja ozubljenja i šuplja vratila. Ugradnja frikcionih višelamelastih spojnica i kočnica zauzima relativno dosta mesta tako da se dimenzije, posebno u aksijalnom pravcu, povećavaju. Porast broja stepena prenosa znatno više usložava konstrukciju u odnosu na menjače sa nepokretnim osama vratila.

Postoje dve osnovne vrste planetarnih prenosnika: sa spoljnim prstenastim zupčanikom koji ima unutrašnje ozubljenje (hipociklični) i bez ovog zupčanika (epiciklični). Iako je jednostavnija izrada zupčanika za ovu drugu vrstu (epiciklični), oni se relativno retko koriste, jer se ostvaruje menjački prenosnik koji je teži i sa većim gabaritima, pri istim prenosnim odnosima i istoj snazi, u odnosu na hipociklične i menjače sa nepokretnim osama vratila /2 /.

Primer prenosnika snage sa primenom planetarnih prenosnika kao dopunskog dvostepenog menjača i kao bočnog reduktora u točkovima vozila na poljoprivrednom traktoru IMT-575 shematski je prikazan na sl. 7-75 /3 /.

Spajanjem ulaznog vratila (1) sunčanog zupčanika (2) sa izlaznim vratilom (3) pomoću kandžaste spojnice (4) snaga se prenosi bez promene parametara (prenosni odnos iR=1).

Razdvajanjem ove veze i spajanjem nosača (5) satelita (6) za izlazno vratilo (3) ostvaruje se promena prenosnog odnosa određena odnosom broja zubaca. Spoljni prstenasti zupčanik (7) je uvek kruto vezan za kućište menjača. Bočni planetarni reduktor označen je sa (8). Dopunski planetarni menjač sa dva stepena prenosa služi u ovom prenosniku snage za povećanje (dva puta) broja stepeni

43

prenosa glavnog menjačkog prenosnika, koji u ovoj konstrukciji ima tri stepena prenosa. Primena planetarnog prenosnika kao dopunskog menjača ima tu prednost što se ose ulaznog i izlaznog vratila podudaraju, tj. nisu pomerene kao što je, to slučaj kod dopunskih menjačkih, prenosnika sa nepokretnim osama vratila, o kojima će kasnije biti reči.

Zadatak tzv. vučnih prenosnika, koji se često primenjuju na radnim (vučnim) vozilima, a posebno na poljoprivrednim traktorima, je da u slučajevima kratkotrajnih povećanja vučnih otpora (što se relativno često događa pri obavljanju pojedinih radnih operacija, naročito pri oranju), obezbede povećanje obrtnog momenta bez prekida toka snage. Sa vučnim prenosnikom se može da poveća prenosni odnos pod opterećenjem, bez zaustavljanja traktora koje bi se neizostavno desilo (zbog velikih otpora, a male brzine kretanja) kada bi se promena prenosnog odnosa vršila sa prekidom toka snage.

Za realizaciju vučnog prenosnika, koji je ustvari jedan dopunski menjač sa dva stepena prenosa, koriste se različite vrste prenosnika. Jedan od načina je i korišćenje planetarnog prenosnika sa komandnim mehanizmom u obliku višelamelaste spojnice i trakaste ili višelamelaste kočnice. Jedno od takvih rešenja prikazano je kinematskom shemom na sl. 7-76, koja se odnosi na prenosnik snage poljoprivrednog traktora.

Sl.7-76

Planetarni vučni prenosnik je postavljen neposredno ispred ulaza u glavni menjački prenos niko Na ulaznom vratilu (1) nalazi se spoljni prstenasti zupčanik (2) sa kojim su uzubljeni sateliti (3). Nosač(4) satelita (3) nalazi se na izlaznom vratilu (5). Sunčani zupčanik, (6) može da se koči trakastom kočnicom (7), a, osim toga, da se pomoću višelamelaste spojnice (8) spaja sa nosačem (4) satelita (3).

Pri normalnom prenosu snage bez promenenjenih parametara (prenosni odnos ivp =1) spojnica (8) je uključena tako da se ceo planetni prenosnik obrće kao jedna celina. Pri kratkotrajnom povećanju otpora potrebno je povećati prenosni odnos (i > 1). Da bi se ovo postiglo spojnica (8) se isključuje,a je dnovremeno uključuje kočnica (7) .Na taj način povećava se prenosni odnos ne prekidajući tok snage, odnosno ne zaustavljajući traktor, što bi se desilo kada bi se prenosni odnos povećavao biranjem nižeg stepena prenosa u glavnom menjačkom prenosniku.

Brzinski prenosnici koriste se za smanjenje prenosnog odnosa pri kretanju vozila pri višim brzinama u zadnjem (najčešće direktnom) stepenu prenosa u glavnom menjaču. Ovo smanjenje prenosnog odnosa obezbeđuje manju potrošnju goriva i manji broj obrtaja motora pri istoj brzini kretanja vozila, što štiti motor od prekomernog habanja . Ovi prenosnici se postavljaju neposredno iza glavnog prenosnika, a koriste se na vozilima koja se duže kreću po auto-putevima sa visokim vrednostima srednjih brzina kretanja.

Za realizaciju brzinskih prenosnika najčešće se koriste planetarni prenosnici, uz omogućenje automatske promene prenosnog odnosa.

Sl.7-77

44

Na sl. 7-77 prikazana je shema brzinskog prenosnika firme LAYCOCK, tzv. OVERDRIVE prenosnik.

Na izlaznom vratilu glavnog menjača, a ulaznom u brzinski prenosnik (1), nalaze se nosač (2) satelita (3) i unutrašnji deo jednosmerne spojnice (4). Spoljni deo jednosmerne spojnice (4) čini celinu sa prstenastim zupčanikom (5) planetarnog prenosnika i sa izlaznim vratilom (6). U sastavu ove celine nalazi se konusna površina (7) na koju usled dejstva opruga (8) naleže disk (9) konusne spojnice. Ovaj disk (9) može aksijalno da se pomera po žljebovima (10) sunčanog zupčanika (11) koji se slobodno obrće pomoću odgovarajućeg ležaja na ulaznom vratilu (1). Na kućištu (12) brzinskog prenosnika koje je nepokretno nalazi se konusna površina (13) na koju može da nalegne disk (9) pomerajući se po žljebovima (10) pod dejstvom sile iz hidrauličkog cilindra (14) kada se u njega upusti ulje pod pritiskom kroz cev (15) i sabijajući opruge (8). Pri tome se disk (9) odvaja od konusne površine (7) na prstenastom zupčaniku (5). Kada opruge (8) pritiskaju disk (9) uz konusnu površinu (7) usled trenja ovaj se zajedno sa sunčanim zupčahikom (11) kruto spaja sa izlaznim vratilom (6), pa se ceo planetarni prenosnik obrće kao jedna celina i snaga se prenosi bez promenenjenih parametara (ibp =1), sl.7-77,a .

S obzirom da se između ulaznog (1) i izlaznog (6) vratila nalazi mehanizam slobodnog hoda, konusna spojnica će prenositi obrtni moment samo u procesu usporavanja vozila (kočenje motorom), tj.kada podloga diriguje (vodi) broj obrtaja i u slučaju kretanja vozila u hodu nazad (promena smera obrtanja ulaznog vratila (1).

Da bi se smanjio prenosni odnos (ibp < 1) u hidraulički cilindar (14) kojih kod ove konstrukcije ima dva komada, upušta se ulje pod priti skom. Sile iz hidrauličkih cilindara (14) savlađuju sile od opruga (8) i disk (9) najpre odvajaju od konusne površine (7), a zatim spajaju sa konusnom površinom (13) na kućištu (12) čime se sunčani zupčanik (11) odvaja od izlaznog vratila (6) i zaustavlja njegovo obrtanje. Usled obrtanja nosača (2) sateliti (3) se kotrljaju po zaustavljenom sunčanom zupčaniku (11) uslovljavajući obrtanje prstenastog zupčanika (5) i izlaznog vratila (6) brojem obrtaja koji je veći u odnosu na ulazno vratilo (1), čime je ostvareno ibp< 1, sl.7-77, b.

Ovo uključivanje (upuštanje ulja) može da se vrši ručno i automatski pomoću posebnog električnog centrifugalnog uređaja i solenoida koji otvara ventil za upuštanje ulja pri dostizanju određene brzine koja može da se podešava. Pri usporenju vozila brzinski prenosnik je uključen sve dok brzina (koja je manja od one pri kojoj se vrši uključivanje) ne padne na određenu vrednost, kada se automatski isključuje.

Pri realizaciji automatskog uključivanja postavlja se I ručna komanda za isključenje za slučaj potrebe.

Pomeranje diska (9) je relativno sporo kako bi se za to vreme izvršila sinhronizacija broja obrtaja diska (9) i konusne površine (7). Konstrukcijska shema ovog brzinskog prenosnika prikazana je na sl.7-78, opet u dva položaja: isključen (a) i uključen (b).

45

Sl.7-78

Drugi primer primene planetarnih u brzinskim prenosnicima prikazan je na sl. 7-79 koja donosi brzinski prenosnik firme BORG WARNER. Kod ovog rešenja uključivanje brzinskog prenosnika vrši se blokiranjem sunčanog zupčanika( 4) opet pomoću solenoida (7) koji utiskuje rukavac (5) u prore ze prstena (3). I kod ovog rešenja uključivanje i isključivanje brzinskog prenosnika može da se vrši automatski i ručno.

Planetarni prenosnici našli su primenu i kao glavni menjački prenosnici kod radnih vozila (poIjo privrednih traktora) kod kojih se promena svih stepeni prenosa želi da vrši bez prekida toka snage, što daje znatne prednosti u odnosu na one kod kojih se ova promena vrši sa prekidom toka snage (traktor se ne zaustavIja pa su gubici u vremenu smanjeni čime se povećava proizvodnost i dr.).

Jedan od primera takvih prenosnika dat je kinematskom shemom na sl.7-80, koja predstavlja prenosnik koji se koristi na nekim tipovima poljoprivrednih traktora firme FORD. Kao što se vidi, kod ovog menjačkog prenosnika pomoću tri osnovna planetarna sklopa kojima se komanduje sa četiri višelamelaste spojnice i tri trakaste kočnice, može da se ostvari deset stepeni prenosa za hod napred i dva za hod nazad. Osim pomenuta tri osnovna planetarna prenosnika, u glavnom menjaču postoji još jedan, postavljen iza njega, koji služi kao reduktor. Na slici je tabelarno prikazan i način ostvarenja pojedinih stepena prenosa.

46

Sl.7-79

Sl.7-80

Drugi primer planetarnih menjačkih prenosnika je menjač koji se primenjuje na nekim tipovima traktora firme JOHN DEERE, sl.7-81. Menjač ima tri osnovna planetarna sklopa koji su tako komponovani da imaju zajednički nosač satelita. Komandovanje se vrši sa tri višelamelaste spojnice i četiri višelamelaste kočnice. Osim toga, prenosnik snage sadrži u sebi još dva osnovna planetarna prenosnika koji služe kao bočni reduktori. Sa ovako komponovanim menjačem moguće je ostvariti

47

osam stepeni prenosa za hod napred i četiri za hod nazad. Način ostvarenja pojedinih stepena prenosa prikazan je na slici tabelarno.

Kod ovakvih menjača kod kojih se promena stepena prenosa, vrši bez prekida toka snage (bilo da su planetarni ili sa nepokretnim osama vratila), pri promeni stepena preno sa vrši se jednovremeno isključenje jednog i uključenje drugog frikcionog sklopa (kočnica ili spojnica).

U toku procesa promene prenosnog odnosa javlja se kratkotrajna cirkulacija snage koja se zatvara preko elemenata koji se uključuju, odnosno isključuju o čemu treba voditi računa pri razvoju ovakve vrste menjačkog prenosnika.

Sl.7-81

7.2.2.1. Mehanizmi za promenu stepeni prenosa kod planetarnih menjača

Za promenu stepeni prenosa u planetarnim menjačkim prenosnicima, kao što se to moglo da zapazi ranije, koriste se tri vrste mehanizama: spojnice, kočnice i jednosmerne spojnice (mehanizmi slobodnog hoda).

Najčešće se primenjuju firkcione spojnice i kočnice, a retko magnetne (sa magnetnim prahom). U oblasti frikcionoh mehanizama najčešća je pr imena višelamelastih spojnica i kočnica kao i trakastih kočnica,a manje konusnih. Zbog toga će, na ovom mestu ukratko biti prikazane samo frikcione višelamelaste spojnice i trakaste kočnice, kao i jednosmerne spojnice.

Spojnice. Najčešće se primenjuju višelamelaste , stalno uključene spojnice. Za uključenje se koristi ulje pod pritiskom, koje posredstvom klipa ili membrane realizuje normalnu silu na površine trenja, potrebne za ostvarenje momenta trenja. Za isključenje spojnice koristi se sila u opruzi. Osim sistema sa jednom centralnom, koristi se i sistem sa više manjih zavojnih opruga postavljenih kružno kao i sistem sa tanjirastim oprugama.

Na sl. 7-82, a prikazana je frikciona višelamelasta vlažna spojnica,stalno isključenog tipa sa centralno postavljenom zavojnom oprugom. Osnovni elementi spojnice su: frikcione lamele (1), čelične lamele (2),klip (3), cilindar (doboš) (4), potisna ploča (5), oslona ploča (6), zavojne opruge (7) i tanjirasta opruga (8). Frikcione lamele (1) ožljebljenjem su spojene sa jednim, a čelični diskovi, takođe ožljebljeni, su spojeni sa drugim vratilom, odnosno elementom (direktno ili posredno-što je češći slučaj) koje treba spojiti. Pri upuštanju ulja pod pritiskom kroz otvor p, klip (3) se pomera i preko tanjiraste opruge (8), koja služi kao poluga, vrši potiskivanje potisne ploče(5) koja međusobno sabija lamele stvarajući između frikcionih i čeličnih lamela, koje se relativno obrću jedne u odnosu na druge, potreban moment trenja za izjednačavanje njihovih brzina i konačno spajanje. Lamele se oslanjaju na oslonu ploču (6) koja je u sastavu cilindra (4). Na taj način vrši se spajanje vratila (S) sa šupljim vratilom (10). Nakon prestanka dejstva ulja pod pri tiskom opruga (7) vraća klip (3) u početni položaj čime prestaje moment trenja između lamela,pa se vratila kinematski odvajaju. Na sl.7-82, b predstavljen je slučaj spojnice kod koje su klip i potisna ploča izrađeni izjedna.

48

Sl.7-82

Kada se spojnica isključi cilindar se obrće i dalje usled čega na zaostalo ulje deluje centrifugalna sila koja uslovljava određeni pritisak koji sprečava "čisto", odnosno potpuno isključenje spojnice. Zbog toga se u klipove često ugrađuje odgovarajući kugličasti (loptasti), ventil koji obezbeđuje da zaostalo ulje, pod dejstvom centrifugalne sile istekne iz cilindra.

Veoma važni elementi spojnice su lamele. Za frikcione obloge koriste se ređe azbestni, a mnogo češće metalno-keramički sinterovani materijali. Danas postoje specijalizovani proizvođači lamela. Ožljebljenje (spoljne i unutarnje) za vezu lamela sa elementima je najčešće evolventno.

Sl.7-83 Sl.7-84

Tolerancija u debIjini lamela može da dozvoli da ovaj zazor ne bude veći od maksimalno 0,5 mm. Obrada frikcionih površina je, takođe, veoma važna. Obrada frikcionih obloga ima veliki uticaj na hlađenje frikcionih površina uljem i veličinu koeficijenta trenja.

Na površine frikcionih obloga se urezuju kanali različitih oblika kako se to vidi sa sl.7 - 84. Za frikcioni materijal su važne karakteristike ne samo frikcije nego i termičke provodljivosti, apsorbcije fluida i dr. U svakom slučaju, pri razvoju spojnice veoma važan i odgovoran postupak je izbor vrste frikcionog materijala, vodeći pri tome računa o dovoljnoj vrednosti koeficijenta trenja, kako bi se smanjio potreban broj lamela i što boljoj toplotonoj sprovodljivosti i kapacitetu, kako bi se pri svakom spajanju obezbedilo odvođenje razvijene toplote.

Pri konstrukciji klipa spojnice mora se voditi računa o dovoljnoj čvrstoći i naročito o sprečavanju njegovog zaglavljivanja (iskošenjem i sl.) u cilindru.

Postoji više vrsta zaptivača za klip. Na sl. 7-85 prikazane su tri vrste. Drugi i treći tip su se poKazaii kao zadovoljavajući dok prvi tip ima manje trenje, pa se,takođe, koristi u nekim konstrukcijama. Kao materijal za zaptivače koristi se Buna-N, poliakrail i liveno gvožđe. Poliakril ima duži vek trajanja od Bune-N, naročito pri višim temperaturama, ali je više podložan habanju. Osnovna prednost zaptivača od livenog gvožđa je trajnost, naročito pri višim temperaturama.

Sl. 7-85

Pri razvoju spojnice i njenih elemenata mora se imati u vidu da spojnica radi u veoma složenim uslovima rada, da je u procesu uključenja podvrgnuta statičkim i dinamičkim opterećenjema i da su površine trenja podvrgnute snažnom uticaju razvijene toplote i habanju. Tendencije ostvarenja što kompaktnijih i lakših menjača ostavljaju veoma skučen prostor za smeštaj spojnica što otežava

49

zadatak konstruktora, a i uslove rada spojnica. Konstruktor mora da reši čitav niz zadataka od kojih su najvažniji: određivanje optimalnog položaja spojnice u kinematskoj shemi menjača, izbor tipa spojnice, izbor frikcionog materijala, prethodni proračun frikcije, izbor elemenata sistema za upravljanje spojnicom, izbor konstrukcijskih parametara cilindra i proračun procesa njegovog punjenja i pražnjenja i dr. / 4 /

Sve što je rečeno o višelamelastim spojnicama odnosi se i na višelamelaste kočnice, s tim što se ovde radi o spajanju dva elementa menjača od kojih je jedan nepokretan (kućište ili deo vezan za njega).

Trakaste kočnice. Ova vrsta kočnica je jedan od uobičajenih frikcionih elemenata koji se primenjuju za promenu stepeni prenosa, naročito u automatskim menjačima. Prednost primene trakastih kočnica ogleda se u mogućnosti ostvarenja visokih vrednosti statičkog momenta kočenja u minimalno potrebnom prostoru. pogotovu kada su u pitanju planetarni menjački prenosnici. Osim toga, sa njima se vrši kočenje do zaustavljanja doboša sa obimnih brzina do 31, pa čak i do 38 ms -1.

Trakasta kočnica može da ima i servo dejstvo, što zavisi od smera momenta i sile aktiviranja trake.

Kočnica je sa servo-dejstvom kada je smer sila takav da reaktivni moment na dobošu deluje u istom smeru kao i moment koji u odnosu na centar doboša uslovljava sila aktiviranja. To znači da će zbir momenata u odnosu na centar rotacije usloviti uvek veću silu u osloncu trake, od sile aktiviranja, koja deluje na početnom delu trake. U obrnutom slučaju, sila aktiviranja će biti veća od sile u osloncu trake. Danas se koriste jednostruke, sl. 7-86, a i 7-86, b i dvostruke trake, sl. 7-87

Sl. 7-86, a Sl. 7-86, b

Sl.7-87

Razvijeni oblik dvostruke trake prikazan je na sl. 7-88. Dvostruke trake imaju prednost zbog većeg kapaciteta, veće fleksibilnosti i boljeg kontakta sa dobošem.

Sl. 7-88

50

Sl.7-89 Sl. 7-90

Traka kočnice se izrađuje od čeličnog lima (obično za pobolišanje) na koji se sa unutrašnje strane učvršćuje frikcioni material. Krajevi trake se izvode tako da sila u osloncu i sila aktiviranja deluju tangencijalno u odnosu na doboš. Kao frikcioni materijal koriste se polu metalne ili organske trake koje u ulju obezbeđuju statički koeficijent trenja od 0,1 do 0,17. Dinamički koeficijent trenja je manji. Na karakteristike kočnice znatno utiče materijal, tvrdoća i mehanička obrada doboša. U tom pogledu zadovoljavajuće rezultate daje sivi liv. Međutim, često je doboš sastavni deo elementa prenosnika za kojeg se zahteva čvršći materijal. Tvrdoća treba da bude 160 do 270 HB, a površinska mehanička obrada u oblasti neravnina od 60 do 150.

Aktiviranje trakaste kočnice vrši se pomoću servo cilindra koji deluje na jedan kraj trake, dok je drugi kraj zglobno vezan za kućište menjača. Servo cilindar se sastoji od samog cilindra, klipa i povratne opruge. Cilindar može biti integralni deo kućišta menjača ili se izrađuje kao poseban deo. Sila od klipa cilindra može delovati direktno na kraj trake ili preko poluge. Pri primeni dvostruke trake sila aktiviranja je četiri puta manja nego za jednostruku traku za isti moment, ali je hod znatno veći. Pritisak ulja može da služi samo za aktiviranje trake, dok se dezaktiviranje vrši oprugom ili se pritisak ulja koristi i za aktiviranje i za dezaktiviranje. Tipični servocilindri prikazani su na sl. 7-89. Da bi se obezbedilo brzo aktiviranje primenjuju se servocilindri sa dva klipa (jedan u drugom), sl. 7-90. Pri porastu pritiska najpre se kreće unutrašnji klip (1) sve dok se ventil (3) pod dejstvom opruge ne zatvori. Tek tada pocinje kretanje klipa, koji je do tada zadržavan oprugom (5). Mogući načini oslanjanja krajeva trake na kućište, odnosno potiskivač klipa servocilindra prikazani su na sl. 7-91, a izgled tri različite konstrukcije trake na sl. 7-92.

51

Sl. 7-91 Sl. 7-92

Jednosmerne spojnice Jednosmerne spojnice (mehanizmi slobodnog hoda) se koriste na motornim vozilima ne samo u pIanetarnim menjačkim prenosnicima već i u hidrodinamičkim kao i u diferencijalnim mehanizmima za ostvarenje njihove automatske blokade (vidi dalje).

Do sada ,su razvijene različite vrste rešenja jednosmernih spojnica, ali se danas najčešće koriste samo dve vrste: konstrukcije sa valjčićima i sa profilisanim telima.

Jednosmerna spojnica sa valjčićima, sl. 7-93, sastoji se od spoljneg prstena (1), unutrašnjeg prstena (2), valjčića (3) i opruga (4). Spoljni prsten (1) je spojen sa jednim, a unutrašnji prsten (2) sa drugim vratilom između kojih treba ostvariti spajanje u jednom, a slobodan hod u drugom smeru obrtanja (posmatrajući relativno obrtanje jednog vratila u odnosu na drugo). Unutrašnja površina spoljneg prstena je kružnog oblika, dok je spoljna površina unutrašnjeg prstena profilisana tako da se između spoljneg i unutrašnjeg prstena ostvaruje nekoliko konusa. U svakom klinu nalazi se po jedan valjčić i po jedna prednapregnuta opruga (4) koja uslovljava naleganje valjčića na zidove konusa. Pri relativnom obrtanju unutarnjeg prstena suprotno smeru kretanja kazaljke na satu ili spoljneg prstena u smeru kretanja kazaljke na satu valjčići su slobodni, pa se dva prstena, a time i vratila za koja su spojena, nezavisno obrću. Kada dođe do suprotnog relativnog obrtanja dva prste na od onog gore prikazanog,va ljčići se zaklinjavaju između dva prstena povezujući ih u jednu celinu, tako da počinju da se obrću jednakom ugaonom brzinom. Ako je jedan od prstena spojen sa nepokretnim elementom (npr. kućištem) onda se drugi prsten, odnosno vratilo povezano sa njim, može slobodno da obrće u jednom smeru, dok se u drugom smeru ne može da obrće.

52

Sl. 7-93 Sl. 7-94

Jednosmerna spojnica sa profilisanim telima, sl.7-94, sastoji se, takođe, od dva prstena –spoljneg (1 i unutrašnjeg (2), profilisanih tela (3) I zavojne prstenaste opruge (4) koja prolazi kroz rupe na profilisanim telima. Kod ove konstrukcije oba prstena imaju cilindrične površine. Opruga (4) teži da profilisana tela priljubi uz cilindrične površine prstenova. Pri relativnom kretanju unutrašnjeg prstena u suprotnom smeru kazaljke na satu profilisana tela su slobodna, pa se dva prstena, a time i vratila za koja su spojena, nezavisno obrću. Kada dođe do suprotnog relativnog obrtanja dva prstena u odnosu na gore prikazano, profilisana tela se zaklinjavaju između dva prstena povezujući ih u jednu celinu, tako da počinju da se obrću jednakom ugaonom brzinom. Kao i kod prethodne konstrukcije i ovde jedan od prstena može da bude spojen sa nepokretnim elementom.

Profilisane spoljne površine unutrašnjeg prstena u prvoj konstrukciji i profilisanih tela u drugoj konstrukciji najčešće se izvodi po zakonu logaritamske spirale.

Elementi jednosmernih spojnica (prstenovi, valjčići, profilisana tela) prave se od čelika koji se koriste za izradu kotrljajnih ležajeva.

7.2.3 . Dopunski prenosnici snage Kao što je već rečeno u prenosnicima snage osim osnovnih primenjuju se i dopunski menjački i nemenjački prenosnici snage.

Vrste i zadaci dopunskih prenosnika snage zavise od namene. U tom pogledu na savremenim motornim vozilima primenjuju se sledeći dopunski prenosnici:

- jednostepeni razvodnici snage,

- dvostepeni (ređe višestepeni) reduktori ili reduktori-razvodnici, tzv. dopunski menjači sa razvodnikom snage ili bez njega,

- vučni prenosnici traktora i

- prenosnici za odvod snage do drugih potrošača.

7.2.3.1. Jednostepeni razvodnici snage

Najčešće se primenjuju na teretnim i terenskim vozilima sa pogonom na više od jedne osovine. Obično se postavljaju odmah iza menjackog prenosnika i vrše dopunsku izmenu parametara snage sa stalnim (nepromenljivim) prenosnim odnosom. Skoro isključivo se grade na principu menjača sa nepokretnim osama vratila. Kućište ovog razvodnika se, naj češće, nastavlja na kućište glavnog menjača i za njega se učvršćuje. U kućište razvodnika obično se postavlja i jedna (najčešće kandžas a) spojnica za uključivanje i isključivanje vratila za odvod snage na prednju pogonsku osovinu, koja se za pogon koristi samo pri kretanju vozila van puta. S obzirom da zglobno vratilo za prenos snage do prednje pogonske osovine mora da prođe ispod glavnog menjača ( što je najčešći slučaj) u razvodnik snage se ubacuje jedan međuzupčanik.

Primer jednog jednostepenog razvodnika snage sa ugrađenom spojnicom prik zan je na sl. 7-95. Pri ugradnji ovakvih razvodnika snage radi se o tzv. blokiranom razvodu. To je slučaj razvodnika kada pri pogonu na dve ili više osovina postoji stalna kinematska veza između glavnih prenosnika (vidi tačku 7.5). Sl.7-95

53

7.2.3.2. Višestepeni reduktori sa razvodom pogona

Ova vrsta dopunskih prenosnika snage izvodi se i primenjuje na motornim vozilima u više različitih varijanti.

Jedno od tih rešenja je dopunski dvo-ili trostepeni menjač, koji se postavlja ispred ili iza glavnog menjača čime se broj stepeni prenosa povećava za dva ili tri puta. Pri postavljanju ispred glavnog menjača dopunski menjač ima za zadatak samo da poveća broj stepeni prenosa.

Kod dvostepenog dopunskog menjača prvi stepen prenosa je direktni (id= =1) a drugi tzv. redukovani (id >1). Kod rešenja sa tri ili više stepeni prenosa opet je jedan direktni, a ostali redukovani. Jedno od takvih rešenja sa dva stepena prenosa je prikazano na sl. 7-96. Pri postavljanju iza glavnog menjača obično dopunski menjač sadrži u sebi i elemente za razvod snage na više pogonskih osovina, a ponekad i poseban izvod snage za pogon drugih potrošača( npr. hidrauličke pumpe). Razvod snage može, kao kod jednostepenih razvodnika, da bude blokiran, i što je češći slučaj, sa ugrađenim diferencijalnim mehanizmom (vidi tačku 7.5) koji razvodi snagu proporcionalno vertikalnim reakcijama tla na točkovima pojedinih pogonskih osovina. Dopunski menjači sa razvodnim prenosnikom grade se najčešće na principu menjača sa nepokretnim osama vratila, a i u kombinaciji sa planetarnim menjačima. Sl.7-96

Primer dopunskog menjača sa dva stepena prenosa sa blokiranim razvodom dat je na sl. 7-97. Levo, na donjem delu uočava se kandžasta spojnica za uključivanje i isključivanje odvoda snage na prednju osovinu. Na sl. 7-98 prikazano je rešenje dopunskog dvostepenog menjača sa diferencijalnim razvodom snage. Za ostvarenje điferencijalne veze ovde je iskorišćen osnovni sklop planetarnog prenosnika. Takođe, je ugrađena i kandžasta spojnica. Rešenje jednog dopunskog menjača sa dva stepena prenosa i razvodom snage pomoću dva osnovna planetarna prenosnika prikazano je na sl.7-99.

Sl.7-97

54

Sl.7-98

Sl.7-99

55

Sl.7-100

Posebna karakteristika ovog rešenja je u tome što se kućište ovog dopunskog menjača sa razvodom nastavlja direktno na kućište glavnog menjača.

Blokirani razvod snage na pogonske osovine, kao što je poznato, često uslovljava cirkulaciju parazitske snage. Da bi se to sprečilo u razvodnike se postavljaju diferencijalne veze, kao što je to prikazano napred, kada su korišćeni planetarni prenosnici. Osim ovih, za dierencijalnu vezu koriste se i mehanizmi diferenciiala (o njima će biti reči u tački 7.5), kao i mehanizmi slobodnog hoda (jednosmerne spojnice). Takvo rešenje dopunskog dvostepenog menjača sa razvodom snage realizovanog pomoću jednosmerne spojnice prikazano je na sl. 7-100. U ovom slučaju odvođenje snage na prednju pogonsku osovinu vrši se tek kada pogonski točkovi na zadnjoj osovini proklizaju.

7.2.3.3. Vučni prenosnici

Posebnu vrstu dopunskih prenosnika čine tzv. vučni prenosnici snage, koji se koriste na savremenim konstrukcijama traktora.

O zadacima vučnih prenosnika bilo je reči u tački 7.2.2. Na tom mestu je prikazana i kinematska shema jednog vučnog prenosnika izvedenog sa elementima planetarnih mehanizama. Primer jednog rešenja vučnog prenosnika sa nepokretnim osama vratila prikazan je na sl. 7-101. I u ovom slučaju za promenu prenosnog odnosa koristi se višelamelasta vlažna spojnica.

Sl. 7-101

7.2.3.4. Prenosnici za odvod snage

Ovi prenosnici služe za odvod snage na druge potrošače na motornim vozilima, kao što su: hidrauličke pumpe za vitla, uređaji za samoistovar i dr., zatim pogon drugih uređaja na vozilu i priključnim mašinama radnih vozila.

Odvod snage može da se vrši direktno od motora ili iz glavnog prenosnika snage motornog vozila. Mesto odvođenja zavisi od vrste i načina rada potrošača.

56

Na transportnim vozilima snaga se sa motora odvodi: ili sa njegove prednje strane-direktnim priključenjem za kolenasto vratilo ili sa zadnje strane-odvođenjem preko zamajaca. Međutim, kod ove vrste vozila najčešće se snaga odvodi iz glavnog menjačkog prenosnika. Pri tome postoje dve mogućnosti.

Prva je da broj obrtaja vratila za odvod snage bude nezavistan od uključenog stepena prenosa. Tada se snaga odvodi sa posrednog vratila. Dva moguća rešenja sa takvim odvodom snage prikazana su na sl.7-102 i sl. 7-103.

Sl. 7-102 Sl. 7-103

U prvom slučaju snaga se odvodi na gornjem delu menjača preko dva posredna zupčanika od kojih se jedan slobodno obrće na izlaznom vratilu. U drugom slučaju (sl. 7-103) snaga se odvodi direktno sa posrednog vratila menjača.

Druga mogućnost je da broj obrtaja vratila bude proporcionalan brzini kretanja vozila, odnosno da zavisi od uključenog stepena prenosa. U tom slučaju snaga se, obično, odvodi sa izlaznog vratila menjača, kako je to prikazano na sl. 7-104, ili se za to koristi neko drugo vratilo prenosnika koji se nalazi iza glavnog menjača.

Na poljoprivrednim traktorima snaga se odvodi preko vratila za odvod snage koje izlazi na zadnjem delu kućišta pogonskog mosta. S obzirom na veliki broj priključnih mašina različitih konstrukcija i proizvodnje broj obrtaja i dimenzije ožljebljenja kraja vratila za odvod snage su standardizovani.

Na savremenim rešenjima poljoprivrednih traktora vratila za odvod snage se tako rešavaju da im broj obrtaja može da bude nezavisan od uključenog stepena prenosa i da zavisi od njega.To znač ida se pomoću odgovarajućeg mehanizma može da ostvari odvod snage i od motora i od nekog vratila koje se nalazi iza menjača. U prvom slučaju snaga se odvodi direktno od drugog stepena spojnice (tada je glavna spojnica dvostepena). Primer takvog rešenja na domaćim traktorima Industrije mašina i traktora - lMT, prikazan je na sl. 7-105. Međunarodnim standardima određeno je, da kada se snaga odvodi od motora, (preko spojnice) broj obrtaja vratila treba da bude 540 i 1000 min-1.

Sl. 7-104

57

Sl. 7-105

7.3 FRlKCIONl MENJAČKI PRENOSNlCl Ova vrsta mehaničkih menjačkih prenosnika, za razliku od zupčaničkih, promenu prenosnog odnosa, a time i parametara snage vrši kontinualno, bez prekida toka snage. Ovakve karakteristike omogućuju da se promena parametara snage automatizuie i time, na pogonskim kretačima, ostvari promena pogonske sile po zakonu hiperbole.

U knjizi "Automatizacija sistema motornog vozila" (u izdanju Mašinskog fakulteta u Beogradu) rečeno je da su do sada razvijena tri tipa ove vrste prenosnika: sa klinastim remenom, sa profilisanim telima i sa više diskova.

S obzirom na činjenicu da se kod frikcionih diskova snaga prenosi trenjem sa pojavom klizanja to su apsolutni gubici snage utoliko veći ukoliko je veća snaga koja se prenosi. Zbog toga su frikcioni prenosni ci još uvek ograničeni na prenos manjih snaga ili se, kod većih snaga, primenjuju u sistemima sa grananjem snage, kada se preko frikcionog prenosnika prenosi samo jedan i to manji deo snage.

U već pomenutoj knjizi prikazana su sva tri osnovna tipa frikcionih menjačkih prenosnika uz prikaz konstrukcije menjača "Variomatic",f irme DAF koji se primenjuje na serijski proizvođenim vozilima ove firme. Zbog toga će na ovom mestu biti prikazane po jedna konstrukcija, od druga dva tipa frikcionih prenosnika, koji, međutim, još nisu našli širu primenu.

Sl. 7-106 Sl. 7-107

Na sl. 7-106 prikazana je konstrukcija frikcionog prenosnika sa profilisanim telima (toroidnih-kako se još nazivaju). Snaga se od ulaznog vratila (6), preko prvog profilisanog tela (1), diskova (2) i drugog profilisanog tela (3) prenosi na izlazno vratilo (7). Promena prenosnog odnosa vrši se zakretanjem diskova (2) i time poluprečnika na kojima diskovi (2) dodiruju profilisana tela (1) i (3). Pri povećanju

58

prenosnog odnosa, a time i obrtnog momenta na izlaznom vratilu, neophodno je povećanje sile pritiska između diskova i profilisanih tela, kako bi se smanjilo klizanje i trošenje frikcionih parova. Da bi se postiglo automatsko podešavanje ove sile izlazno vratilo je izrađeno iz dva dela čije su čeone površine profilisane. Između ovih profilisanih površina postavljene su kuglice (5). Princip automatskog podešavanja aksijalne sile sa ovim mehanizmom prikazan je na sl. 7-107.Vratilo (1) je spojeno sa drugim profilisanim telom, a deo (2) sa izlaznim vratilom. Pri povećanju obrtnog momenta povećavaju se sile F1, a time zbog zaklinjavanja kuglica između profilisanih površina (3), povećavaju se i sile F2 čime se ostvaruje i povećanje sile pritiska između diskova i profiIisanih tela.

Osnovni nedostaci ovog tipa prenosnika (sa profilisanim telima) su: veliko habanje frikcionih elemenata (diskova i profilisanih tela) zbog toga sto se radi o suvom trenju i velika inertnost na promenu prenosnog odnosa.

Znatno povoljnije osobine u tom pogledu imaju frikcioni prenosnici sa više diskova koji rade u prisustvu ulja. Takav frikcioni prenosnik prikazan je na sl. 7-108. Promena prenosnog odnosa se vrši radijaInim pomeranjem spojnice (4) pomoću poluge (5).

Sl.7-108

7.4 ZGLOBNI PRENOSNICI

7.4.1 Osnovne definicije i zadaci Zglobni prenosnici su jedna posebna vrsta mehanizama za prenošenje obrtnog momenta, odnosno snage, koji se karakterišu time što omogućavaju prenošenje obrtnog momenta i u slučaju kada se vratila koja se zglobnim prenosnikom spajaju nalaze prostorno pod izvesnim stalnim ili u toku rada promenljivim uglom, dozvoljavajući pri tome u toku vremena relativno pomeranje. Ovo pomeranje može biti ugaono, a i translatorno. Pri tome se, osim čisto mehaničkih gubitaka, prenošenje obrtnog momenta vrši bez ikakvih gubitaka, odnosno bez povećanja ili smanjenja.

Zglobni prenosnici se izvode sa sledećim osnovnim delovima:

- spojnicama,

- vratilom i, u izvesnim slučajevima,

- pomoćnim ležajevima.

Vratilo zglobnog prenosnika kompenzuje translatorna pomeranja, a zglobna spojnica je komponenta koja obezbeđuje funkcionisanje prenosnika u celini, tj. obezbeđuje kompenzaciju ugaonih pomeranja. Pomoćni ležajevi omogućavaju da se dužina vratila smanji, odnosno da se vratilo izvede kao dvodelno, tj. kao dva posebna vratila. U ovom slučaju, koji se susreće kod vozila kod kojih su vratila koja se spajaju zglobnim prenosnikom znatno udaljena, obično se jedno od vratila naziva pomoćno, a drugo-glavno vratilo zglobnog prenosnika.

Zglobni prenosnik vozila Zastava 1300 prikazan je na sl. 7-109, gde je: 1-elastični zglob, 2-pomoćno (prednje) vratilo, 3-pomoćni ležaj, 4-nastavak, 5-prirubnica sa viljuškom, 6-glavno (zadnje) vratilo.

Zbog svojih prethodno navedenih karakteristika, zglobni prenosnici s u našli široku primenu i na motornim vozilima, svih vrsta i tipova.

Osnovno mesto primene zglobnih prenosnika kod, manje-više, svih transportnih vozila je povezivanje menjača (1) sa pogonskim mostom (5) , slika 7-110,a, odnosno za povezivanje menjača sa razvodnikom pogona (8), odnosno zadnjim (5) i prednjim (7) pogonskim mostom (sl 7-110, b), odnosno za povezivanje sa svim pogonskim mostovima, ako ovih na vozilu ima više (slika 7-110, c i d).

59

Sl. 7-109

Na slici 7-110 vratilo zglobnog prenosnika je označeno sa (2,4,6,10, 12), a pomoćni ležaj sa (3). Potreba za korišćenje zglobnih prenosnika na motornim vozilima za povezivanje menjačkog prenosnika sa pogonskim mostom ili mostovima proističe iz činjenice da se menjački prenosnik normalno kruto vezuje za okvir vozila odnosno karoseriju vozila, dok se pogonski most vezuje za iste preko elastičnih elemenata, koji mu dozvoljavaju da u toku kretanja vozila, a posebno po neravnim terenima ili putevima, menja svoj relativni položaj prema okviru, pa prema tome i menjačkom prenosniku.

Zglobni prenosnici se koriste i za povezivanje pogonskih točkova sa glavnim prenosnikom pogonskog mosta, a u slučaju da se oslanjanje vozila pogonskih točkova izvodi preko nezavisnih elastičnih elemenata. U ovom slučaju zglobni prenosnici preuzimaju funkciju pogonskih poluvratila, odnosno obezbeđuju prenošenje obrtnog momenta na točkove, a dozvoljavaju da se svaki pogonski točak nezavisno jedan od drugog kreće u odnosu na okvir i na taj način obezbeđuje povoljnije ponašanje vozila na putu.

Na slici 7-111 dat je primer konstrukcijskog rešenja primene zglobnog pogonskog poluvratila putničkog vozila Peugeot-204. Primer primene zglobnog pogonskog poluvratila prednjeg pogonskog mosta na vozilu Audi dat je na sl. 7-112, odnosno pogonski prednji most sa zglobnim prenosnikom tipa "Rzeppa" na sl. 7-113.

Povezivanje raznih priključnih oruđa i mašina na motornim vozilima normalno se ostvaruje uz pomoć zglobnih prenosnika. Zglobni prenosnici se ponekad koriste i u sklopu sistema za upravljanje motornih vozila, kao i za prenos snage na pojedine posebne agregate (pumpe, kompresore, vitla).

majući u vidu osnovne karakteristike zglobnih prenosnika i mesto njiihove primene na motornim vozilima pred njih se u smislu ostvarenja, što povoljnijih performansi vozila u celini postavljaju sledeći osnovni zadaci:

1. Obezbeđenje prenošenja obrtnog momenta od vodećeg na vođeno vratilo pri onim brojevima obrtaja i uglovima između osa vratila koji se pojavljuju u svim dijapazonima eksploatacionih režima.

2. Obezbeđenje što mirnijeg prenošenja obrtnog momenta uz izaziva nje što manjih dinamičkih opterećenja.

3. Ostvarenje što većeg stepena korisnosti u celom domenu promene radnih uglova koje zaklapaju vratila koja se povezuju zglobnim prenosnikom.

60

Sl.7-110

61

Sl.7-111

62

Sl.7-112

Sl.7-113

7.4.2 Vrste zglobnih prenosnika i njihova klasifikacija Zglobni prenosnici koji se koriste na motornim vozilima mogu konstrukcijski da se izvode na više načina, kako u odnosu na prenosnik u celini, tako i u odnosu na pojedine njegove sastavne delove, posebno spojnice.

63

Posmatrajući prenosnik u celini zglobni prenosnici se mogu izvoditi kao otvoreni (sl. 7-114, a i d) i zatvoreni (slika 7-114, b i c).

Shematski prikaz uobičajenog načina izvođenja zglobnog prenosnika prikazan je na sl. 7-114, a. Ova konstrukcija odgovara prenosniku koji se sastoji iz dve zglobne spojnice i jednog vratila, dok se na konstrukciji prikazanoj pod (d) koristi i pomoćni ležaj (3), koji je elastično vezan za okvir vozila, tako da prenosnik uključuje dva vratila: pomoćno (2) i glavno (1). Samim tim zglobni prenosnik uključuje i tri zglobne spojnice.

Konstrukcije prikazane na sl. 7-114, a i d, odgovaraju primeni zglobnog prenosnika za prenošenje obrtnog momenta od menjačkog prenosnika, odnosno razvodnika pogona na pogonski most.

Sl.7-114

Konstrukcije zglobnih prenosnika za prenošenje obrtnog momenta na pogonski most mogu se rešavati i tako da pored ove svoje osnovne funkcije obezbede i prenošenje reaktivnih sila sa pogonskog mosta na okvir vozila. U ovom slučaju primenjuju se tzv. zatvoreni zglobni prenosnici, koji pored vratila i spojnice uključuju i oblogu zglobnog prenosnika, kako je to i prikazano na sl. 7-114, b i c. Ova obloga se u takvim konstrukcijama čvrsto vezuje za kućicu pogonskog mosta, a svojim drugim krajem oslanja na okvir vozila, preko jednog posebnog zgloba. Zglobni prenosnik u ovom slučaju izvodi se samo sa jednom zglobnom spojnicom, postavljenom na prednjem kraju zglobnog vratila. Ovakva rešenja za prenošenje horizontalnih reaktivnih sila sa pogonskog mosta na okvir vozila danas se vrlo retko sreću.

Osim prethodne podele na otvorene i zatvorene, zglobni prenosnici se mogu deliti na prenosnike sa jednim ili dva vratila. Ovaj zadnji slučaj, se u principu koristi kada je rastojanje vratila koja se spajaju zglobnim prenosnikom relativno veliko, odnosno kada bi se samo sa jednim vratilom stvorila opasnost od dostizanja kritičnog broja obrtaja.

Zglobni prenosnici mogu da se podele i prema broju zglobnih spojnica na prenosnike sa jednom, dve ili više spojnica. Međutim, naiveće konstrukcijske razlike u .izvođenju zglobnih prenosnika vezane su baš za same zglobne spojnice. Po svojoj konstrukciji zglobne spojnice se mogu svrstati u nekoliko grupa. Pre svega, osnovnu podelu čini klasi fikacija prema načinu rada, odnosno prenošenja obrtnog momenta na vratila sa promenljivim uglovima. U tom smislu sve zglobne spojnice se mogu podeliti na elastične, koje ovaj svoj osnovni zadatak ostvaruju zahvaljujući elastičnim deformacijama materijala koji se koristi za njihovu gradnju i na šarnirne, koje ovaj zadatak obezbeđuju posredstvom posebnih šarnirnih mehanizama.

Osim ove osnovne podele, vrlo bitnu klasifikaciju zglobnih spojnica moguće je učiniti i u odnosu na kinematiku prenošenja obrtnog momenta, odnosno ravnomernost broja obrtanja zglobnog vratila.

Po ovom kriterijumu sve spojnice se mogu podeliti na zglobne spojnice koje obezbeđuju konstantnu, odnosno stalnu ugaonu brzinu zglobnog vratila i na one koje pri prenošenju obrtnog momenta pod

64

nekim određenim radnim uglom izazivaju promenliivu ugaonu brzinu. Uobičajeno je da se zglobne spojnice koje ne izazivaju nikakve neravnomernosti broja obrtaja ili ugaonih brzina vratila nazivaju sinhrone, a one koje izazivaju odgovarajuće neravnomernosti ugaonih brzina vratila asinhrone.

Asinhrone zglobne spojnice mogu se izvoditi i kao elastične i šarnirne, a sinhrone samo kao šarnirne.

Radni uglovi zglobnih prenosnika na motornim vozilima su u toku eksploatacije, odnosno rada promenIjivi. Obično se uzima da u slučaju kada se zglobni prenosnici koriste za povezivanje dva agregata koji su kruto vezani za okvir, odnosno karoseriju, da se radni ugao menja u granicama od 3-5 ْ . Ako se jedan od agregata ili oba agregata koji se zglobnim prenosnikom vezuju u toku rada prostorno pomeraju, npr. pogonski most zajedno sa točkovima, radni ugao dostiže znatno veće razlike (15-20 ْ), a kod terenskih vozila i preko 30°. Najveći radni uglovi (do 40°) se ostvaruju u slučaju kada se zglobni prenosnici koriste za prenos obrtnog momenta na pogonske upravljačke točkove.

Šarnirne spojnice omogućavaju prenošenje obrtnog momenta pod znatno, većim radnim uglovima (30-40 ْ i više) u odnosu na 6-8 ْ ili maksimalno 12 ْkod elastičnih, te se zbog toga znatno više i koriste.

7.4.3 Zglobni prenosnici sa šarnirnim (krutim) spojnicama

7.4.3.1. Asinhroni zglobni prenosnici

Osnovnu karakteristiku asinhronih zglobnih prenosnika predstavlja periodična promenljivost ugaone brzine zglobnog vratila. Ova promenljivost ugaone brzine utoliko je veća ukoliko je veći i radni ugao . Normalno je da je ova nepovoljna pojava daleko blaža kod elastičnih spojnica, koje zbog same svoje konstrukcije nisu u stanju da rade pod većim radnim uglovima. Iz ovih razloga konstrukcije zglobnih prenosnika sa elastičnim spojnicama biće analizirane posebno.

Zbog svoje velike jednostavnosti i znatno niže cene u odnosu na sihhrone, asinhroni šarnirni zglobni prenosnici nalaze sve veću primenu na motornim vozilima, a posebno u slučajevima kada veličina radnog ugla ne prelazi 20-25 ْ, a maksimalno 30 ْ. Jedna najviše primenjivana asinhrona šarnirna zglobna spojnica jeste kardanova spojnica.

Asinhrona kardanska spojnica šarnirnog tipa prikazana je na sl.7-115 (1-iglice ležaja, 2-prsten, 3-krst kardana, 4-viljuška sa prirubnicom, 5 i 6-mazalica i ventil, 7-viljuška sa kardanskim vratilom).

Sl.7-115

Shematski prikaz jedne asinhrone kardanske spojnice šarnirnog tipa prikazan je na sl. 7-116. Koristeći ovu shemu lako se može shvatiti i način rada spojnice ove vrste, a i mehanizam izazivanja promenljive ugaone brzine.

Neravnomernost obrtanja promenljivom ugaonom brzinom pojavljuje se pri postojanju jedne kardanske spojnice, a u slučaju da se vratilo nalazi pod nekim radnim uglom α. Tačka P koja se nalazi na vertikalno postavljenoj viljušci, pri obrtanju vratila (1) opisuje u vertikalnoj ravni krug poluprečnika (r). Odgovarajuća tačka na horizontalnoj viljušci pri obrtanju opisuje istu kružnicu, ali u ravni koja sa vertikalnom ravni zaklapa ugao α. Osa povučena kroz centar krsta, a upravna na ravan u kojoj se nalaze oba vratila predstavlja presek ravni u kojima se opisuju kružnice pomenutih tačaka. Na taj način u toku rada se krst kardana stalno zakreće za ugao α (u jednu I drugu stranu), što i izaziva promenjivost, odnosno neravnomernost broja obrtaja.

Pri tome za bilo koji položaj vratila 1 i 2 važi odnos:

αϕϕ cos21 ⋅= tgtg

gde su: φ1 i φ2 uglovi zakretanja viljuške.

65

Sl.7-116

Na sl. 7-116, b, prikazana je promena razlike uglova φ1-φ2, a u zavisnosti od ugla α1 zakretanja vođenog vratila, a za različite uglove α.

Ukoliko je radni ugao veći i ugaona brzina će u većoj meri varirati, odnosno za velike vrednosti radnih uglova ostvarivaće se i velika neravnomernost broja obrtaja. Kako je ovakav proces praćen odgovarajućim veličinama ubrzanja, odnosno usporenja, to se kao rezultat ove neravnomernosti javljaju dinamička opterećenja u vidu inercijalnih momenata.

Proračuni, a i ispitivanja pokazuju da veličina ovako izazvanih inericijalnih momenata može znatno da pređe vrednost maksimalnog momenta motora. Zbog toga se u slučajevima korišćenja asinhronih šarnirnih zglobnih prenosnika, posebno kada se obrtni moment prenosi pod relativno većim uglom, primenjuju kardanski prenosnici sa dva kardana, tako postavljena da im radni uglovi budu jednaki, a da se viIjuške na vratilu nalaze u jednoj ravni, kao što je na slici 7-117 i pokazano.

U tom slučaju je:

121 cosαϕϕ ⋅= tgtg

323 cosαϕϕ ⋅= tgtg

1coscos

1

3

1

3 ==αα

ϕϕ

tgtg

odnosno vratilo (3) se isto kao i vratilo (1) obrće konstantnom ugaonom brzinom.

Neravnomernost obrtanja, pa prema tome i dinamičko opterećenje prima samo vratilo 2, ali zbog njegovog malog momenta inercije ono ne dostiže značajnu vrednost (tada kardansko vratilo treba da bude otvoreno).

Sl. 7-117

66

Svi napred opisani nedostaci asinhronih kardana, odstranjuju se korišćenjem sinhronih kardanskih prenosnika, koji bez obzira na veliki radni ugao obezbeđuju konstantnost broja obrtaja.

Na sl. 7-118 prikazan je asinhroni zglobni prenosnik, firme WALTERSCHEID, a označene kote predstavljaju dimenzije tipizirane familije.

Sl. 7-118

NAPOMENA: OZNAČENE KOTE PREDSTAVLJAJU DIMENZIJE TIPIZIRANE FAMILIJE ZGLOBNlH PRENOSNIKA FIRME WALTERSCHEID

Na sl. 7-119, a, prikazan je krst kardana sa osiguračima, a na sl.7 119, b, zglobna spojnica larnirnog tipa u različitim oblicima izvođenja.

Sl.7-119

7.4.3.2. Sinhroni zglobni prenosnici

Za razliku od zglobnih prenosnika sa spojnicama koje pružaju promenljivu ugaonu brzinu izlaznog vratila (asinhroni prenosnici), postoje i konstrukcije zglobnih spojnica koje i pri promenljivim i relativno velikim radnim uglovima obezbeđuju konstantnu ili praktično konstantnu ugaonu brzinu izlaznog vratila. Ovakve konstrukcije se nazivaju zglobni prenosnici stalnih ugaonih brzina ili sinhroni zglobni prenosnici.

Konstrukcije ove vrste zglobnih spojnica se u velikoj meri razlikuju od spojnica asinhronog tipa, a u svojoj osnovi se karakterišu znatno većom složenošću, pa prema tome i proizvodnom tehnologijom i cenom. To predstavlja i razlog da se ovakve vrste zglobnih spojnica koriste samo tamo gde se veličina radnih uglova menja u većim granicama i gde je teško na bilo koji drugi način (na primer, primenom dvojnih kardanovih spojnica) ostvariti postavljene zahteve u pogledu stalnosti ugaonih brzina. U načelu je moguće precizirati da se sinhrone zglobne spojnice koriste prvenstveno na prednjim pogonskim mostovima, kao pogonska poluvratila. Potrebno je napomenuti da se u ovu svrhu često koriste i jednostavnije dvojne kardanove spojnice, naročito u slučaju kada su u pitanju teža teretna vozila namenjena kretanju po bespuću.

Konstrukcija sinhronih zglobnih spojnica se može rešavati na veći broj različitih načina.

Jedno od najjednostavnijih rešenja sinhrone spojnice šarnirnog tipa je dvojna kardanova spojnica. Dvojna kardanova spojnica su, ustvari, dve spojnice maksimalno približene jedna drugoj, tj. posredno vratilo je izvedeno sa jednom viljuškom koja spaja obe krstaste osovinice (sl. 7-120). Sve.neravnomernosti trpi viljuška.

67

Sl. 7-120

Sinhrona dvostruka kardanova spojnica prikazana je na slici 7-120, a, dok je konstrukcija dvojne kardanove spojnice u preseku prikazana na slici 7-120, b.

Na slici 7-121, prikazana je dvojna kardanova spojnica, a ista se sastoji od dve viljuške (1 i 6), dok element (4) igra ulogu posrednog vratila sa viljuškama koji spaja viljuške (1 i 6). Jednakost ugaonih brzina obezbeđuju elementi (2 i 5) spojeni zglobom (3).

Sl. 7-121

Na sl. 7-122 prikazana je dvojna kardanova spojnica, sa potrebnih presecima poznate firme GWB. Međutim, danas su u široj primeni konstrukcije sinhronih spojnica sa kuglicama i podeonim žljebovima, sa kuglicama i podeonim polugama i spojnice kuilsnog tipa.

Princip rada sinhronih spojnica može se lako shvatiti upoređivanj em sa kinematskom vezom dva konlčna zupčanika. Logična je i dobro poznata činjenica da se u slučaju veze koničnih zupčanika njihova dodirna tačka nalazi uvek (za slučaj da su zupčanici jednaki) u simetralnoj ravni ugla zahvata i da je na taj način ugaona brzina oba zupčanika stalna i u toku vremena nepromenljiva. Kod sinhrone zglobne spojnice veza između dva dela spojnice se ostvaruje bilo pomoću kuglica ili pomoću kulisnih površina, tako vođenih ili tako izvedenih da se ove tačke dodira za svaku veličinu ugla zahvata uvek dovode u simetralu zahvatnog ugla, čime se i obezbeđuje potpuna jednakost ugaonih brzina u toku celog obrta spojnice, odnosno drugim rečima i potpuna konstantnost ugaonlh brzina bez blio kakvih ubrzavanja ili usporavanja. Svaka netačnost u položaju dodirne tačke, odnosno njeno odstupanje od simetrale ugla zahvata izazvaće odgovarajuću promenu ugaonih przina. Na osnovu stepena održavanja ovog osnovnog principa rada se i procenjuje kvalitet jedne sinhrone spojnice. Treba imati u vidu da se relativno mala odstupanja, naročito pri ekstremno velikim uglovima rada mogu u većini slučajeva i toleristati.

68

Konstrukcija jedne sinhrone spojnice sa kuglicama i podeonim (vodećim) žljebovima prikazana je na sl. 7-123, u sklopljenom, sl.7-123, a, i rasklopljenom stanju, sl. 7-123, b, a primenjena je na vozilu GAZ-63 (sl. 7-123, c).

Sl. 7-122

Opterećenje od viljuške (1) ka viljušci (5) prenosi e preko kuglice (3) koja se kreće po krivolinijskim kanalima (2 i 4), koji su simetrično raspoređeni u normalnim ravnima viljuški (1 i 5).

Srednja linija kanala predstavlja lukove jednakih radijusa izvedene iz centara O1 i O2 (sl.7-123, a), pri čemu su rastojanja istih do centra spojnice O jednaka. Kanale pri obrtanju obrazuju dve sferične površine koje se presecaju jedna sa drugom po kružnici nn, koja se i javlja kao putanja kuglice 3. Kako su kanali simetrično raspoređeni u obe viljuške, pri pomeranju vratila za ugao α centri kuglica se uvek nalaze u bisektrisnoj ravni. Pri obrtanju u smeru kazaljke na časovniku, opterećenje se prenosi preko jednog para kuglica, a pri obrtanju u suprotnom smeru, preko drugog para. Kod ove vrste spojnica mala osna pomeranja jedne viljuške u odnosu na drugu izazivaju znatno odstupanje od putanje nn, kuglice (3). Zbog toga viljuške kardana treba da budu fiksirane jedna u odnosu na drugu. U tom cilju, između čeonih površina viljuški nalazi se kuglica (6), a vijak (7) spaja kuglicu (6) i osigurava njen položaj, a vijak (8) osigurava vijak (7) u viljušci. Na sl. 7-123, c, prikazana je prethodno analizirana sinhrona spojnica primenjena na prednjem pogonskom mostu vozila GAZ-63. Prsten (9) ima zadatak da fiksira spojnicu i da primi aksijalna opterećenja. Prethodno analizirane sinhrone spojnice primenjuju se, uglavnom kod prednjih pogonskih točkova vozila visoke prohodnosti.

Konstrukcija sinhro spojnica sa kuglicama poznate firme LOBRO prikazana je na sl.7-24.

69

Sl. 7-123

Sl. 7-124

Konstrukcija sinhrone spojnice sa kuglicama i podeonim (vodećim) polugama prikazana je na sl. 7-125. U ovom slučaju sinhronizacija,odnosno potpuno izjednačavanje ugaonih brzina pri obrtanju

70

vratila (1) i (3) postiže se uz pomoć podeone poluge (2) koja pomera vodeću čašicu (5), a preko nje i odstojnik (4) sa kuglicama i to tako da se kuglica preko koje se u datom trenutku prenosi obrtni moment uvek nalazi u simetralnoj ravni. Opisani princip rada može se lakše shvatiti koristeći shematski prikaz na sl. 7-l25, b. Na ovoj shemi je sinhrona spojnica sa podeonom polugom prikazana pomoću vratila AB i CF, koja su međusobno povezana polugom BC.

Sl. 7-125

U tački E poluga se oslanja na vodeću čašicu. Ako se vratila međusobno pomere za ugao α to će se vodeća čašica i odstojnik sa kuglicama pod dejstvom podeone poluge zakrenuti za ugao α. Tada se mogu uspostaviti sledeće zavisnosti, uz uvođenje oznaka: BE = a i EC = b i CF = c :

.1

1 tjFE

EEtg =δ

γsin; 11

1 cCCba

aCCEE

=+

=

γsin11 baac

baaCCEE

+=

+=

γα coscos1111 cbFCCEFE +=+=

bac

baCC

+=

+=

γα sinsin 1

( )2

22 sin1cosba

c+

−=γα

( )γγ cossin1 2

22

1 cba

cbFE ++

−=

tako da se dobija :

( )γγ

γβ

cossin1

sin

2

22

cba

cbba

actg+

+−

⋅+

=

71

Potpuno nepromenljive ugaone brzine ostvaruju se samo u slučaju da je σ = 0,5γ . Ako se ovaj uslov zameni u prethodno uspostavljenoj zavisnosti može se za svaki konkretan slučaj odrediti odnos veličina a i b, pri kome se ovakva konstrukcija spojnice javlja kao potpuno sinhrona. Konstrukcija ove vrste obezbeđjuje mogućnost pune sinhronizacije, čak i pri većim radnim uglovima, u poređenju sa spojnicom sa kuglicama i početnim žljebovima. Ako se pri tome doda da ovakva konstrukcija ima manje gabarite, duži vek u eksploataciji, onda se jasno mogu sagledati svi uticajni momenti koje treba uzeti u obzir pri kritičnoj analizi o racionalnosti primene ovakve konstrukcije.

Sl. 7-126

Na sl. 7-126 prikazana je spojnica kulisnog tipa, koja se sastoji iz četiri dela, dve viljuške (1 i 6) i dva kulisna tela. Viljuške (1,6 ) obuhvataju kanale dva kulisna tela (2 i 4), koja su spojena između sebe pomoću ispusta (3) i žljeba (5). Ravni ispusta i žljeba su normalne u odnosu na kanale i ravni viljuške. Zbog potrebe efikasnog podmazivanja, što je u ovom slučaju posebno važno zbog relativno velikih kliznih površina, odnosno relativno velikog unutrašnjeg trenja, uobičajeno je da se cela konstrukcija zatvara elastičnim omotačem-oklopom. Ovakve konstrukcije sinhronih spojnica omogućavaju efikasan rad i pri vrlo velikim radnim uglovima (45-50 °), dakle znatno više nego sve prethodno opisane. Nedostatak ovoga rešenja ogleda se u nešto sniženom stepenu korisnosti, odnosno većem unutrašnjem trenju. Postojanje većih dodirnih površina pruža mogućnosti za korišćenje relativno slabijih materijala nego kod prethodnih konstrukcija. Osim toga, dobra strana ovakvih rešenja ogleda se i u relativno jednostavnoj konstrukciji, kako sa stanovišta eksploatacije i održavanja, tako i proizvodnje.

7.4.4 Zglobni prenosnici sa elastičnim spojnicama Za razliku od prethodno opisanih konstrukcija, u slučaju elastičnih zglobnih prenosnika, spojnice se izvode kao elastične, a ne šarnirne. Drugim rečima, kod ovakvih konstrukcija obezbeđuju se prenošenje obrtnog momenta pod promenljivim radnim uglovima obrtanja zahvaljući elastičnim deformacija odgovarajućih elemenata same spojnice. Ove konstrukcije se u principu odlikuju znatno većom jednostavnošću, ali zato i znatno ograničenim radnim karakteristikama, posebno u odnosu veličina radnih uglova. U načelu se može naglasiti da se elastične spojnice mogu sa dovoljno uspeha da koriste u slučaju da radni uglovi ne prelaze vrednosti od 6 ili maksimalno 10°. Izuzetak u odnosu na ovo predstavljaju najnovije konstrukcije univerzalnih elastičnih spojnica tipa "torsionetic", čije su karakteristike vrlo povoljne i pri znatno većim radnim uglovima.

Elastični sinhroni prenosnici se mogu izvoditi na više različitih načina, ali sve konstrukcije se u osnovi mogu podeliti u dve grupe: spojnice sa elastičnim diskom i spojnice sa elastičnim čaurama.

Elastični disk se radi obično od specijalnih plastičnih materijala ili gume. Mogućnosti njegovog rada su dosta ograničene. Zglobne sinhrone spojnice sa elastičnim diskom firme JURID prikazane su na sl. 7 127.

Sinhrone spojnice sa elastičnim čaurama, kod kojih se čaure mogu raditi od kvalitetnijih materijala poznate firme LAYCOCK prikazane su na slici 7-128.

Prikazane konstrukcije elastičnih spojnica primenjuju se na velikom broju engleskih i evropskih vozila.

U grupil elastičnih spojnica spada i već pomenuta spojnica "torsionetic", prikazana na sl. 7-129.

Sa slike se vidi da elastične elemente kod ove spojnice predstavljaju tri zavojne opruge postavljene jedna preko druge i to tako da je smer navoja srednje opruge suprotan od smera navoja spoljne i

72

unutrašnje o pruge. Na taj način se pri kretanju vozila unapred stvara tendencija smanjivanja prečnika spoljne opruge, čemu se suprotstavlja srednja opruga koja u tim uslovima teži da poveća svoj prečnik.

Pri kretanju vozila unazad isto nastaje sa unutrašnjom i srednjom oprugom. Kod ove konstrukcije, a za veće radne uglove obično se postavlja između dva vratila jedna kuglica koja ima zadatak da obezbedi stalnu centričnost. Vrlo je važno napomenuti da ova vrsta spojnica omogućava i aksijalno pomeranje vratila međusobno i to čak i do 20 mm, što predstavlja vrlo značajnu prednost nad svim ostalim rešenjima koja su danas u primeni kod motornih vozila. Zbog prethodno naglašenih povoljnih performansi ova vrsta elastičnih spojnica predstavlja vrlo povoljno rešenje za prenos obrtnog momenta od menjačkog prenosnika na pogonski most, posebno u slučaju kod putničkih vozila, što svedoči i veliki interes velikog broja proizvođača, prvenstveno u SAD.

Sl.7-127

Sl.7-128

Sl.7-129

73

Mada elastične spojnice sa gumenim ili sličnim elementima ne poseduju ni izbliza tako povoljne karakteristike kao što je to slučaj sa šarnirnim sinhronim spojnicama (izuzev “torzioinetric”-a) njihova primena na vozilima je vrlo široka.

Normalno je da je primena elastičnih spojnica ograničena samo na one slučajeve gde su radni uglovi relativno mali, na primer za vezu pomoćnog zglobnog vratila, između menjača i glavnog zglobnog vratila, kod upravljačkog sistema, zatim kod pogonskih poluvratila kod malotiražnih putničkih vozila kod kojih su pogonski točkovi nezavisno oslonjeni, za povezivanje posebnih agregata i uređaja koji se postavljaju na okvir vozila itd.

Vrlo je bitno, pri tome, da kvalitet primenjene gume, odnosno odgovarajućeg sintetičkog materijala bude na potrebnoj visini, pošto samo u tom slučaju primena ove vrste spojnica predstavlja racionalno rešenje.

7.4.5 Vratila zglobnih prenosnika Vratila zglobnih prenosnika se normalno izvode kao cevi tankih zidova koja se zavarivanjem vezuju za viljušku zglobne spojnice, odnosno odgovarajući priključak. U slučaju da se zglobni prenosnik koristi kao pogonsko poluvratilo, isto se obično izvodi sa punim presekom.

Vratilo zglobnog prenosnika koje uključuje asinhrone spojnice izloženo je dejstvu promenljivih dinamičkih momenata. Ovaj momenat može da dovede do vrlo nepovoljnih torzionih oscilacija, koje izazivaju dopunska opterećenja na svim elementima transmisije preko kojih se obrtni moment prenosi. Smanjivanje stepena značaja ove pojave može se najefikasnije ostvariti smanjivanjem radnog ugla asinhrone šarnirne spojnice ili najbolje korišćenjem sinhrone spojnice. Vrlo povoljni efekti se ostvaruju povećanjem krutosti samog vratila zglobnog prenosnika ili ugradnjom u prenosni sistem jedne dopunske elastične spojnice koja poseduje svojstva prigušivača.

7.5 POGONSKI MOSTOVI Pod pojmom pogonskog mosta podrazumevamo skup od tri ili više sklopova. Kod vozila na točkovima, kao kretačima, u sastav pogonskog mosta ulaze: glavni prenosnik, diferencijalni prenosnik, pogonska poluvratila i, ponekad, bočni reduktori. Osim toga, a u zavisnosti od vrste oslanjanja (kod zavisnog oslanjanja-vidi poglavlje 12) u sastav pogonskog mosta ulazi još i njegovo kućište. Kod vozila na gusenicama, kao kretačima, osim pobrojanih sklopova u sastav pogonskog mosta ulaze i sklopovi sistema za upravljanje (vidi poglavlje 13).

Osnovni zadaci pogonskog mosta su: da prenosi snagu od izlaznog vratila menjača, odnosno zglobnog vratila, do pogonskih točkova, odnosno lančanika (ako je reč o vozilu na gusenicama), da vrši promenu parametara snage u nepromenljivom (stalnom) odnosu, da promeni ravan obrtanja vratila (izuzev u slučaju vozila sa motorom postavljenim poprečno u odnosu na uzdužnu osu vozila), da obrtni moment prenosi na levi i desni pogonski točak pri njihovim različitim ugaonim brzinama i da preko svog kućišta (ukoliko ga ima) primi i prenese sve reaktivne i aktivne sile i momente.

U zavisnosti od koncepcije gradnje, na motornom vozilu može biti jedan ili više pogonskih mostova, a mogu biti smešteni na zadnjem ili prednjem delu vozila.

7.5.1 Glavni prenosnik Zadatak glavnog prenosnika je da prenosi snagu od izlaznog vratila menjača, odnosno zglobnog prenosnika do diferencijalnog prenosnika uz povećanje obrtnog momenta i smanjenje ugaone brzine i promenu ravni obrtanja (najčešče za 90°).

Konstrukcija glavnog prenosnika treba da zadovolji sledeće posebne zahteve:

a) da obezbedi neophodan (projektovani) prenosni odnos (i0) sa najmanjim mogućim gabaritnim dimenzijama kako bi se ostvarila maksimalna moguća poprečna prolaznost (klirens-kako se to ponekad označava),

b) visoku krutost,

c) projektovanu trajnost i pouzdanost,

d) što bolju mirnoću rada, odnosno manju buku,

74

e) što veću vrednost stepena korisnosti koji se što manje menja sa promenom temperature i ugaone brzine svojih elemenata.

Postoje različite vrste glavnih prenosnika. Pre svega, grade se kao zupčasti i pužni prenosnici. Zupčasta vrsta se mnogo češće koristi. Do sada su razvijena dva osnovna tipa zupčastih glavnih prenosnika: sa konusno-tanjirastim parom zupčanika, sl.7-130, a i cilindričnim parom zupčanika, sl. 7-130, b. Ovaj drugi tip primenjuje se na vozilima kod kojih se ne zahteva promena ravni obrtanja, što znači u slučaju kada je motor postavljen popreko u odnosu na uzdužnu osu vozila pri čemu se i motor i pogonski most nalaze na istom delu vozila (prednjem ili zadnjem).

Sl.7-130 Sl.7-131

Konusno-tanjirasti par zupčanika izrađuje se sa spiralnim, sl. 7-131, a, i hipoidnim, sl. 7-131, b, ozubljenjem. Kod spiralnog ozubljenja, kao što je poznato, ose zupčanika se seku u jednoj tački, dok se kod spiralnog-mimoilaze. Rešenje sa hipoidnim ozubljenjem u odnosu na rešenje sa spiralnim ozubljenjem, u načelu, ima sledeće prednosti: pomerenost ose konusnog u odnosu na osu tanjirastog zupčanika za vrednost A, sl. 7 -131, b, omogućava da se ili smanji težište vozila ili poveća poprečna prolaznost (klirens); ostvarenje većeg prečnika konusnog zupčanika i njegovog vratila pri istom prenosnom odnosu i snazi koja se prenosi, a time ostvarenje veće krutosti i čvrstoće što obezbeđuje duži vek i rad sa nižim nivoom buke; zbog većeg stepena sprezanja, pri istim dimenzijama, obezbeđuje rad sa znatno nižim nivoom buke.

Glavni prenosnici sa cilindričnim parom zupčanika grade se sa kosim zupcima koji, kao što je poznato, obezbeđuju veći stepen sprezanja, niži nivo buke i veću čvrstoću.

Osim sa jednim, glavni prenosnici grade se i sa dva para zupčanika (takozvani, udvojeni ili dvostruki glavni prenosnici). Ova vrsta glavnih prenosnika primenjuje se u slučaju potrebe ostvarenja većih prenosnih odnosa (i > 7).

Veći prenosni odnos pri istom modulu i broju zubaca konusnog zupčanika uslovljava veći broj zubaca tanjirastog zupčanika, a time i njegove veće dimenzije. Povećanje prečnika tanjirastog zupčanika smanjuje poprečnu prolaznost vozila. To je i razlog zbog čega se pri većim prenosnim odnosima ide na rešenja udvojenog glavnog prenosnika. Ova vrsta glavnog prenosnika sastoji se iz dva para zupčanika: jednog konusno-ranjirastog i drugog cilindričnog, sl. 7-132.

Sl.7-132

75

Sl.7-133

Umesto ugradnje u vozilo dopunskog menjačkog prenosnika snage ili dvostepenog razvodnika snage, o čemu je bilo reči u tački 7.2.3., ove knjige, ponekad, mada ređe, grade se dvostruki dvostepeni glavni prenosnici koji omogućavaju da se ostvare dva prenosna odnosa u glavnom vrenosniku. Na sl. 7-133 prikazana je konstrukcija takvog glavnog prenosnika teretnog vozila ZILL130V. Na vratilu tanjirastog zupčanika preko kliznih ležajeva saeštena su dva cilindrična zupčanika (1) i (3) sa kojima su uzubljena, takođe, dva cilindrična zupčanika (4) i (5). Aksijalnim pomeranjem zupčaste spojnice (2) na jednu ili drugu stranu vrši se spajanje jednog od zupčanika (1) i (3) za vratilo i time ostvarenje različitih prenosnih odnosa u glavnom prenosniku. Primena ovakvih glavnih prenosnika ograničena je na neke tipove teretnih motornih vozila većih nosivosti namenjenih, uglavnom za kretanje u brdsko-planinskim oblastima, kao i za slučaj povremenih većih opterećenja, kao što je to slučaj kada se povremeno priključuje prikolica.

Korišćenje dvostrukih i dvostepenih glavnih prenosnika pri većim prenosnim odnosima povećava poprečnu prolaznost vozila ali usložava konstrukciju, povećava težinu pogonskog mosta i dužinske (u pravcu uzdužne ose vozila) dimenzije glavnog prenosnika, o čemu treba voditi računa pri izboru njegove vrste i tipa.

Sl.7-134

Pužni glavni prenosnik, sl. 7-134, je relativno jednostavne konstrukcije, a sastoji se od puža (1) i pužnog točka (2). Pri istom prenosnom odnosu obezbeđuju manje gabaritne dimenzije glavnog prenosnika. Povećanje broja zavoja puža povećava stepen korisnog dejstva koji je inače, znatno manji u odnosu na zupčastu vrstu glavnih prenosnika. Najčešći broj zavoja je pet, a može se smanjivati i do tri. Puž može biti smešten iznad, sl. 7- 135, a, ili ispod, sl.7-135, b, pužnog točka.

Pri smeštaju puža ispod pužnog točka,što se obično koristi kod putničkih automobila, smanjuje se poprečna prolaznost u odnosu na jednostruke zupčaste glavne prenosnike sa spiralnim ili hipoidnim ozubljenjem. Smeštaj puža iznad pužnog točka koristi se kod teretnih automobila.

76

Sl.7-135

Primena pužnih glavnih prenosnika uprošćava konstrukciju elemenata za odvođenje snage na druge pogonske mostove ali, kao što je napomenuto, imaju niži stepen korisnog dejstva, koji se znatno menja sa promenom ugaone brzine njegovih elemenata. Osim toga, izrada pužnog glavnog prenosnika je skuplja. Zbog toga se ova vrsta glavnih prenosnika sve manje koristi.

7.5.1.1. Konstrukcijske karakteristike i rešenja glavnih prenosnika

Vodeći zupčanik glavnog prenosnika skoro isključivo se izrađuje izjedna sa svojim vratilom. Ovo zbog toga što se uvek teži da ovaj zupčanik ima što je moguće manji broj zubaca, što uslovljava njegove relativno (s obzirom na obrtne momente koje prenosi) male dimenzije. Kada se radi o glavnom prenosniku u kojem se vrši i promena ravni obrtanja onda se vodeći zupčanik konstruiše kao konusni.

Ako se pogonski most nalazi na zadnjem, a motor na prednjem delu vozila onda se vodeći zupčanik nalazi na posebnom (ulaznom) vratilu glavnog prenosnika, sl. 7-136. Kod traktora i transportnih motornih vozila kod kojih se i motor i pogonski most nalaze na istom delu vozila, vodeći zupčanik glavnog prenosnika se, obično, izrađuje izjedna sa izlaznim vratilom menjača, kao što se to vidi na sl.7-60 (vidi tačku 7.2.).

Sl. 7-136

Pouzdana funkcija sa nižim nivoom buke glavnog prenosnika zavisi od tačnosti sklapanja, kao i krutosti, koji, pak, sa svoje strane, zavise od krutosti vratila konusnog zupčanika, rasporeda i vrste ležajeva, tačnosti regulisanja zahvata i krutosti kućišta glavnog prenosnika. U cilju održanja pravilnog zahvata (tzv. slike nošenja na bokovima zubaca) ugib, odnosno pomeranje, konusnog zupčanika u sve tri ravni, a usled dejstva obimnih, radijalnih i aksijalnih sila, ne bi smeo preći određene vrednosti, sl. 7-137.

Sl. 7-137

77

Krutost glavnog prenosnika najviše zavisi od vrste ležajeva i njihovog položaja u odnosu na zupčanike. Na slici 7-136 prikazano je nekoliko rešenja uležištenja ulaznog vratila glavnog prenosnika sa konusnim zupčanikom. Ukoliko je zupčanik smešten konzolno na vratilu, sl. 7-l36, a i b glavni prenosnik je, u načelu, niže krutosti. Da bi se postigla potrebna krutost razmak ležajeva trebalo bi da je veći, tj.odnos b/a sl. 7-136, a, trebalo bi da bude znatno veći od jedan. Znatno kruće i kompaktnije konstrukcije postižu se kod rešenja kod kojih su ležajevi postavljeni sa obe strane konusnog zupčanika, sl.136, c i d . Pri izboru vrste ležajeva mora se voditi računa da bar jedan od njih može da primi relativno velike vrednosti aksijalnih sila koje se javljaju u zahvatu konusno-tanjirastog para zupčanika. Konusni ležajevi sa velikim uglom konusa dobro primaju aksijalne (osne sile obezbeđujući mala aksijalna pomeranja vratila i konusnog zupčanika. Međutim, ne obezbeđuju dovoljnu krutost u radijalnom pravcu. Prethodno pritezanje konusnih ležajeva u aksijalnom pravcu povećava krustost. Za ostvarenje ovog, prethodnog, pritezanja koriste se različita rešenja. Jedno od češćih rešenja je sa deformabilnom odstojnom čaurom (1), sl.7 -136, a. Pritezanjem navrtke (2), a preko glavčine (3) prirubnice zglobnog vratila i unutrašnjeg prstena (4) konusno-valjkastog ležaja uslovljava se elastična deformacija čaure (1) i time ostvarenja pritezanja ležajeva. Ovakvo rešenje obezbeđuje da u toku eksploatacije i pored istrošenja ležajevi ostaju pritegnuti.

Za pravilno podešavanje slike zahvata spregnutih zupčanika pri sklapanju glavnog prenosnika konstrukcijsko rešenje mora da omogući aksijalno pomeranje sregnutih zupčanika. Ovo podešavanje konusnog zupčanika najčešće se postiže postavljanjem podmetača (2), sl. 7-l36, c, različite debljine.

Tanjirasti zupčanik se zavrtnjima vezuje za kućište diferencijalnog prenosnika, sl. 7-138, dok se ovo kućište uležištava na kućište glavnog prenosnika preko dva konusno-valjkasta ležaja. Za aksijalno pomeranje tanjirastog zupčanika i na taj način podešavanje slike nošenja pri sklapanju, služe navrtke (1), sl. 7-138.

Sl.7-138

Sl.7-139

Pri većim prenosnim odnosima (i0) prečnici tanjirastog zupčanika su veći, pa je mogućnost njegove efastične deformacije u aksijalnom pravcu, a pod dejstvom aksijalne sile, veće. Ovo, kao što je

78

rečeno, utiče na pogoršavnje slike nošenja i time na smanjenje trajnosti zupčanika glavnog prenosnika. Zbog toga se, u takvim slučajevima, pribegava rešenju sa posebnim osloncem (1), sl. 7-139. Zbog toga što tanjirasti zupčanik kliza po osloncu ovaj se pravi od odgovarajućeg materijala (npr.-bronze). Da bi se kompenziralo habanje, oslonac se povremeno primiče ka zupčaniku pomoću vijka (2) pri čemu se najpre popušta kontra-navrtka (3).

7.5.2 Diferencijalni prenosnik U pogonskom mostu diferencijalni prenosnik (u daljem tekstu-diferencijal) služi za prenošenje obrtnog momenta na levi i desni pogonski točak pri njihovim međusobno različitim ugaonim brzinama. Do ove razlike dolazi pri kretanju vozila: u krivini, po neravnom putu i u slučaju različitih poluprečnika točkova, do čega može doći pri različitia pritiscima u pneumaticima ili pri nejednakom istrošenju pneumatika. U svim tim slučajevima do razlike u ugaonim brzinama dolazi usled toga što točkovi u istom vremenskom periodu moraju da imaju različite obimne brzine (jer prelaze različite puteve za isto vreme, odnosno prelaze isti put sa različitim poluprečnicima kotrljanja).

Diferencijali se, osim toga, koriste, kao što je to rečeno u tački 7. 2.3., i za razvođenje obrtnih momenata na dva i više pogonskih mostova.

7.5.2.1. Princip rada diferencijala

Princip rada, odnosno način funkcionisanja diferencijala može da se lako shvati na primeru koturače.

Kretanje vozila u pravcu na ravnom tlu sa istim poluprečnicima točkova može da se predstavi kao pravolinijsko (translatorno) pomeranje koturače, sl. 7-l40, a, čiji se centar O, usled dejstva sile Fo kreće brzinom V koja je proporcionalna broju obrtaja tanjirastog zupčanika.

Sl. 7-140

Koturača vrši pri tome samo translatorno kretanje pa tačke A i B na obimu koturače imaju brzine

V1=V2=V0, dok su sile, takođe jednake, 202

0201F

FF == . Pri nailasku vozila, na primer, u levu krivinu

pri istom broju obrtaja tanjirastog zupčanika, levi (unutrašnji) točak obrtaće se manjim, a desni (spoljni) točak većim brojem obrtaja od broja obrtaja tanjirastog zupčanika, jer se kreću po različitim radijusima, odnosno treba da za isto vreme pređu različiti put. Primer takvog kretanja vozila predstavljen je koturačom na sl.7-140, b. Brzina pomeranja centra O po radijusu usled dejstva iste sile Fo, je i dalje V0. Pošto se tačka A kreće po manjem radijusu R1, to će i njena brzina V01<V0, dok se tačka B kreće po većem radijusu R , to je njena brzina V02>V0 . To znači da koturača počinje i da se obr’e u smeru strelice. Pošto se snaga prenosi ka tačkama A i B u istim iznosima to će sile F01 i F02 biti obrnuto proporcionalne brzinama V01 i V02. To znači da će pri kretanju u levoj krivini

V01<V0<V02, a 01F > 202F

> 02F . U slučaju kretanja u desnoj krivini biće obrnuto, V01 >V0>V02 i

01F <202F

< 02F . Uvek, pak, važi da je: V01+V02=2V0 i F01+F02=F0.

Pri okretanju vozila oko levog točka biće V01=0, a V02=2V0 i, obrnuto, pri okretanju oko desnog točka: V02=0, a V01=2V0 .

79

Sve gore rečeno za kretanje vozila u pravcu važi za slučaj kada je moguće preneti obimne sile na pogonskim točkovima na tlo, odnosno podlogu po kojoj se vozilo kreće, tj. za slučaj kada postoji jednakost horizontalnih reakcija tla, x1=x2, odnosno momenata prianjanja Mφ1 = Mφ2, tj. kada je

222111 dd rzrz ⋅⋅=⋅⋅ ϕϕ

Ako je φ1≠ φ2 i/ ili rd1≠rd2 i pri kretanju u pravcu biće V01≠V02 jer je i 222111 dd rzrz ⋅⋅≠⋅⋅ ϕϕ . Na primer, za slučaj 222111 dd rzrz ⋅⋅∠⋅⋅ ϕϕ biće V01 > V02 , tj. nastupiće slučaj kao da se vozilo kreće u desnoj krivini.

Kada, na primer, 111 drz ⋅⋅ϕ (moment prianjanja) postane tako mali da nije u mogućnosti da prenese moment 101 drF ⋅ (na primer, pri maloj vrednosti koeficijenata prianjanja φ1 (led, sneg, blato) koji je potreban za savlađivanje momenta otpora Mφ1, levi točak će početi da se vrti u mestu, a desni će se zaustaviti jer će snaga poteći linijom manjeg otpora, tj. na levi točak i trošiće se samo na klizanje levog točka. Vozilo se zaustavlja, tj. biće V0 = V2 = 0, dok će obimna brzina levog točka biti /V01/=2/V0/.

7.5.2.2. Vrste diferencijala

Diferencijali koji razvode obrtni moment u jednakim iznosima nazivaju se simetrični. Za razliku od njih, asimetrični diferencijali razvode obrtne momente u nejednakim iznosima. Ovi (asimetrični) diferencijali često se koriste za razvođenje obrtnog momenta na dva ili više pogonskih mostova kada su na njima vertikalne reakcije tla različite, odnosno kada se preko njih na tlo prenose različita vertikalna opterećenja.

U slučaju kada se jedan od pogonskih točkova pogonskog mosta nađe na tlu sa niskim koefieijentom prianjanja dolazi, kao što je objašnjeno, do njegovog proklizavanja i zaustavljanja vozila, jer sva snaga odlazi ("linijom manjeg otpora") ka točku koji kliza. Da bi se ovo sprečilo, neophodno je u takvim slučajevima da se blokira rad, odnosno funkcija diferencijala i da se oba poluvratila čvrsto kinematski vežu jedno za drugo. Na taj način će snaga od motora biti usmerena ka točku, koji ima trenutno bolje uslove prianjanja. Za blokiranje rada diferencijala koriste se posebni mehanizmi koji se nazivaju uređajima za blokiranje. U zavisnosti od načina na koji se vrši blokiranje, postoje rešenja diferencijala sa prinudnim blokiranjem i samoblokiranjem. U prvom slučaju blokiranjem komanduje vozač, a u drugom-dolazi do spontanog blokiranja pri pojavi razlike ugaonih brzina levog u odnosu na desni točak. Ukoliko se samoblokiranje ostvaruje pomoću povećanja unutrašnjeg trenja onda se takvi diferencijali nazivaju diferencijalima sa povećanim unutrašnjim trenjem.

U odnosu na konstrukcijska rešenja postoje sledeće osnovne vrste diferencijala:

- sa zupčanicima,

- sa pužnim prenosnicima,

- sa kulisnim mehanizmima i

- sa mehanizmima slobodnog hoda.

Prva vrsta se gradi sa konusnim i cilindričnim zupčanicima. Najčšći način gradnje diferencijala je sa konusnim zupčanicima. Takvi diferencijali se danas najčešće ugrađuju na sve vrste motornih vozila.

Na slici 7-141 prikazane su sheme diferencijala sa zupčanicima i to:

a-simetrični sa konusnim zupčanicima, b-asimetrični sa konusnim zupčanicima i e-asimetrični sa cilindričnim zupčanicima. Diferencijal se sastoji od dva konusna zupčanika (1), sl. 7 -141, a, koji se nalaze na krajevima poluvratila (2), a za njih su spojena ožljebljenom vezom.

80

Sl.7-141

U jednovremenom zahvatu sa ovim zupčanicima nalazi se dva ili četiri (najčešći slučaj) konusna zupčanika (3), koji se nazivaju satelitima. Sateliti (3) su pomoću svojih osovinica (4) klizno uležišteni u kućište diferencijala (5) za koje se, kao što je rečeno, vezuje tanjirasti zupčanik (6) glavnog prenosnika. Kućište diferencijala je uležišteno u kućištu pogonskog mosta. Prenošenje snage pri pravolinijskom kretanju vozila po ravnom tlu obavlja se na taj način što se snaga od tanjirastog zupčanika (6) prenosi na kućište diferencijala (5), a sa ovog, preko osovinica satelita (4) i samih satelita (3) na konusne zupčanike (1) i time na pogonska poluvratila (2). Prema tome, pri tim uslovima kućište diferencijala (5), konusni zupčanici (1) i poluvratila (2) obrću se istom ugaonom brzinom oko ose poluvratila. Pri tome se sateliti (3) sa svojim osovinicama (4) obrću zajedno sa kućištem oko ose poluvratila. Obrtanja satelita oko svoje ose nema. Pri pojavi uslova za nejednakim ugaonim brzinama levih i desnih točkova, odnosno, pogonskih poluvratila (kretanje u krivini, po neravnom putu, različiti poluprečnici točkova, različiti uslovi prianjanja i sl.), sateliti, osim što se zajedno sa kućištem diferencijala (5) i svojim osovinicama (4) obrću oko ose poluvratila, počinju da se obrću i oko svojih osa, "diferencirajući", na taj način ugaone brzine levih i desnih pogonskih točkova.

Asimetricni diferencijal sa konusnim zupčanicima, sl. 7-141, b,zbog različitih poluprečnika (r1> r2) konusnih zupčanika (1) i (2) raspodeljuju obrtni moment u različitim iznosima na vratila (4) i (5). Odnos obrtnih momenata je proporcionalan odnosu poluprečnika r1 i r2. Isto se odnosi na asimetrični diferencijal sa cilindričnim zupčanicima, sl. 7 -141, c.

Sl. 7-142 Sl. 7-143

Na slici 7-142 dat je shematski prikaz simetričnog i asimetričnog diferencijala sa konusnim zupcima. Oznake su iste kao na sl.7-141, a i b.

Shematski prikaz simetričnog diferencijala sa pužnim prenosnicima dat je na sl. 7-143. Pužni točkovi (2), koji se nalaze na krajevima poluvratila (1), spregnuti su sa po tri (najčešće) puža (3) koji su uležišteni u kućištu diferencijala (5). Sa svakim parom puževa (3) spregnut je još po jedan pužni točak (4) koji je, takođe, uležišten u kućištu diferencijala (5). Pri pravolinijskom kretanju po ravnom tlu pužni točkovi se obrću jednakim ugaonim brzinama koje su po vrednosti identične ugaonoj brzini kućista diferencijala. Puževi (3) i pužni točkovi (4) se pri tome ne obrću oko svojih osa. Pri nailasku vozila u krivinu, puževi (3) i pužni točkovi (4) počinju da se obrću oko svojih osa obezbeđujući različite ugaone brzine levog i desnog pogonskog točka. Poznato je da pužni prenosnici imaju relativno nizak stepen korisnog dejstva, tj. da se u njima javlja relativno veliko trenje. Zbog toga, ovakvi diferencijali spadaju u grupu diferencijala sa povećanim unutrašnjim trenjem. lsto se odnosi i na diferencijale sa kulisnim mehanizmima, sl. 7-144, kod kojih su, kod ove konstrukcije profilisana tela (2) radijalno postavljena. Obrtni moment od tanjirastog zupčanika (5) prenosi se na kućište diferencijala (1) u čijim prorezima su smeštena profilisana tela (2). Spoljni krajevi ovih profilisanih tela (2) su u kontaktu sa unutrašnjom kulisno profilisanom površinom prirubnice (3) koja je ožlebljenjem spojena sa desnim poluvratilom.

81

Unutrašnji krajevi profilisanih tela (2) u kontaktu su sa spoljnom kulisno profilisanom površinom prirubnice (4) koja je ožlebljenjem spojena sa levim poluvratilom. Pri kretanju vozila u krivini profilisana tela (2) se kreću oscilatorno u radijalnom pravcu i klize po kulisno profilisanim površinama elemenata (3) i (4), obezbeđujući različite ugaone brzine levog i desnog poluvratila, odnosno pogonskog točka.

Sl. 7-144

Diferencijalni mehanizmi sa mehanizmima slobodnog hoda spadaju u grupu simetričnih diferencijala, a rad im se zasniva na funkciji dve jednosmerne spojnice (vidi tačku 7.2.2). Relativno retko se koriste na savremenim motornim vozilima.

I diferencijali sa koničnim zupčanicima izvode se sa povećanim unutrašnjim trenjem odnosno sa samoblokiranjem. Ovo se postiže ugradnjom posebnih elemenata kojima se povećava unutrašnje trenje čime se, u stvari, stvara otpor (do određene mere) relativnom zakretanju poluvratila. Do danas su razvijena različita rešenja ovakvih diferencijala. Princip svih tih konstrukcija svodi se na jednu od shema prikazanih na sl. 7-145. Prema prvoj shemi, sl. 7-145, a, elementi frikcione spojnice uvode se između dva poluvratila, a prema drugoj, sl. 7-145, b, elementi frikcione spojnice uvode se između kućišta diferencijala i jednog od poluvratila.

Sl. 7-145 Sl. 7-146

Prinudno, potpuno, blokiranje diferencijala najčešće se rešava na taj način, sl. 7-146, što se kućište diferencijala i jedno od poluvratila kinematski spjaju pomoću kandžaste spojnice.

7.5.3 Karakteristična konstrukcijska rešenja glavnih prenosnika i diferencijala Na sl. 7-147 prikazani su zupčasti glavni prenosnik sa hipoidnim ozubIjenjem i diferencijal sa konusnim zupčanicima. Vodeći (konusni) zupčanik glavnog prenosnika sa svojim vratilom uležisten je konzolno, zbog čega je razmak između konusno-valjkastih ležajeva relativno veliki. Diferencijal ima četiri satelita, a njihove osovinice spojene su u jedan deo oblika krsta (slično krstu kardanovog zgloba-vidi tačku 7 4.). Ovakvo rešenje osovinica satelita je veoma često. Glavni prenosnik i

82

diferencijal smeštaju se u posebno liveno kućište, sl.7-148, a ovo se ubacuje u središnji deo kućišta pogonskog mosta (ukoliko se radi o zavisnom oslanjanju) ili se potpuno zatvara i vezuje za noseću konstrukciju vozila, sl. 7-149, dok su poluvratila zglobna.

Sl. 7-147

Sl. 7-148

Samoblokirajući diferencijalni prenosnik sa povećanim unutrašnjim trenjem prikazan je na sl. 7-150. Povećano unutrašnje trenje kod ovog rešenja postiže se ugradnjom elemenata višelamelastih frikcionih spojnica. Izgled u preseku takvog jednog diferencijala prikazan je na slici 7-151.

83

Sl. 7-149

Sl. 7-150 Sl. 7-151

Sl. 7-152

7.5.4 Pogonska poluvratila Prenos snage od diferencijalnog prenosnika do pogonskih točkova, odnosno bočnih reduktora, vrši se preko pogonskih poluvratila.

U pogonskim mostovima kod kojih su pogonski točkovi nezavisno oslonjeni kao i onih koji su jednovremeno i upravljački, pogonska poluvratila se izvode kao zglobna vratila (vidi tačku 7.4).

84

Pogonska poluvratila pogonskog mosta sa zavisnim oslanjanjem (sa "krutim" kućištem) dele se na tri vrste: polurasterećena, tričetvrtine rasterećena i potpuno rasterećena. Pod pojmom "rasterećenosti" u nazivu pojedinih vrsta pogonskih poluvratila podrazumeva se rasterećenost od naprezanja poluvratila na savijanje.

Polurasterećena i tri četvrtine rasterećena poluvratila primenjuju se na motornim vozilima nižih kategorija (manje nosivosti i sopstvene mase ). Potpuno rasterećena poluvratila primenjuju se na motornim vozilima većih nosivosti i veće sopstvene mase. Tričetvrtine rasterećena poluvratila danas se relativno malo koriste.

Sl. 7-153

Polurasterećeno poluvratilo, sl. 153, a, svojim spoljnim krajem (do točka) oslanja se na kotrljajni ležaj koji se nalazi u kućištu pogonskog mosta. Ovakvo poluvratilo napregnuto je na uvijanje (pri prenosu snage) i savijanje, izazvano momentima od sve tri komponente sila koje se javljaju u spoju pneumatik-tlo. Sa ovim poluvratilom, međutim, može da se ostvari relativno jednostavna veza između njega i glavčine, npr., konusnim spojem sa klinom, sl. 154, a. Ponekad se kraj poluvratila izvodi u obliku prirubnice (“pečurke"), kao što je to prikazano na sl. 154, b. Ukoliko kao uležištenje koristi samo jedan konusni ležaj, sl 154, c, onda on prima aksijalne sile same u jednom smeru, dok se za prijem aksijalnih sila suprotnog smera u kućište diferencijala između poluvratila i krsta postavlja specijalni podmetač (3). Ponekad se poluvratilo kod točka oslanja ne dva konusna ležaja, sl. 7-154, a, koji primaju aksijalne sile u oba smera. Ovakvo rešenje je, međutim, komplikovanije i skuplje.

85

Sl. 7-154

Tričetvrtine rasterećeno poluvratilo svojim spoljnim krajem oslanje se na ležaj koji je postavljen između glavčine točka i kućišta pogonskog mosta. Ovo poluvratilo napregnuto je na uvijanje i delimično na savijanje. Naprezanje na savijanje zavisi od odnosa krutosti poluvratila i ležaja. Ovo poluvratilo je prikazano na sl. 7-153, b.

Potpuno rasterećena poluvratila, sl.7-153, c, su konstrukcijski tako rešena da nisu napregnuta na savijanje. Ovo, međutia, važi pod uslovom da je kućište pogonskog mosta apsolutno kruto u odnosu na savijanje. Pošto to nikad nije slučaj, to su i ova vratila delimično opterećena na savijanje i to na relativno niskom nivou / 5;6 /. Glavčine točkova pri potpuno rasterećenim poluvratilima su slolženije konstrukcije. Kraj poluvratila se najčešće izvodi u obliku prirubnice ("pečurke") kojom se vezuje za glavčinu točka, koja se, pak, oslanja na kućište pogonskog mosta preko dva konusna ležaja, sl. 7-155.

Sve vrste poluvratila unutrašnjim krajem ulaze u kućište diferencijala i ožljebljenom vezom se spajaju sa bočnim konusnim zupčanicima diferencijala.

U slučaju da pogonski most sadrži i bočne reduktore onda se spoljni kraj poluvratila (u tom slučaju obavezno potpuno rasterećene vrste) takođe završava ožljebljenjem preko kojeg se ostvaruje veza sa vodećim zupčanikom bočnog reduktora. Kao što je napred rečeno (vidi tačku 7.2.3) bočni reduktori se izvode sa nepokretnim i sa pokretnim (planetarni) osama vratila. Primeri izvođenja veze poluvratila sa obe vrste bočnih reduktora prikazani su i to: na sl. 7-156 - sa planetarnim reduktorom i sl. 7-157 - sa reduktorom sa nepokretnim osama vratila. I diferencijalni mehanizam može da se koristi kao bočni reduktor pogonskog mosta. U tom slučaju sa simetričnim diferencijalom može da se postigne prenosni odnos 2. Primer takvog rešenja prikazan je na sl. 7-158.

86

Sl. 7-155 Sl. 7-156

Sl. 7-157

Sl. 7-158

87

7.5.5 Kućište pogonskog mosta Kod zavisnog sistema oslanjanja pogonskih točkova kućište pogonskog mosta služi za smeštaj svih sklopova pogonskog mosta zaštićujući ih od oštećenja i prodora nečistoća i vode. Osim toga, kućište pogonskog mosta prima na sebe i prenosi sve aktivne i reaktivne sile i momente.

Kućište pogonskog mosta treba da ima oblik i poprečne preseke koji obezbeđuju dobru otpornost dejstvu opterećenja koja uslovljavaju naprezanje na savijanje i delom na uvijanje. Pri tome se teži, kao i kod drugih konstrukcija, da se visoka krutost obezbedi pri što je moguće manjoj težini. Ovaj zahtev kod kućišta pogonskog mosta je posebno značajan jer se time utiče na smanjenje mase neelastično oslonjenih masa vozila.

Kućište pogonskog mosta konstruiše se i izrađuje kao liveno, presovano sa dlimičnim zavarivanjem otpresaka i kombinovano. Osim toga, kućište pogonskog mosta može biti jednodelno ili dvodelno i to u vertikalnoj uzdužnoj ravni vozila, sl. 7-l59, a. U tom slučaju najčešće se radi o livenom tipu kućišta. Jednodelno kućište, sl. 7-l59, b, u centralnom delu ima otvor u koji se uvlači liveno kućište glavnog i diferencijalnog prenosnika koje je bilo prikazano na sl. 7-l48. Zadnja strana otvora kućišta pogonskog mosta zatvara se posebnim poklopcem (6), sl. 7-l59, b. Ovaj poklopac je obično otpresak iz lima. obično se na njemu nalazi otvor za nalivanje i kontrolu nivoa ulja.

Sl. 7-159 Sl. 7-160

Na bočnim delovima kućišta pogonskog mosta nalaze se posebni elementi (7), sl. 7-l59, a, za koje spajaju elastični elementi (gibnjevi) sistema za oslanjanje. Ukoliko se radi o livenom kućištu onda se ovi elementi izlivaju izjedna sa kućištem. Kod presovanog tipa ovi elementi se zavarivanjem spajaju sa kućištem. Pri tome treba izbegavati zavarivanje u zoni gornjih vlakana kućišta koja su najviše ispregnuta na savijanje. Zavarivanje bi trebalo vršiti u neutralnoj zoni, sl. 7-160.

Pored nosača gibnjeva nalaze se i nosači kočnica (8), sl. 7-159, koji se ili izlivaju izjedna sa kućištem ili se za njega zavaruju.

U načelu može se reći da livena kućista imaju visoku krutost, ali su i veće težine. Kućišta izrađena presovanjem imaju znatno manju težinu, ali i manju krutost. Niži troškovi proizvodnje obezbeđeni su pri veliko-serijskoj proizvodnji.

Kombinovani tip kućišta pogonskog mosta predstavlja kompromisno rešenje. Obično se centralni deo lije, a bočni delovi su otpresci.

7.5.6 Karakteristična konstrukcijska rešenja pogonskih mostova Na sl. 7-161 prikazan je pogonski most sa zavisnim oslanjanjem. Glavni prenosnik je hipoidni a diferencijal je sa konusnim zupčanicima. Ova dva sklopa se nalaze u livenom kućištu koje se uvlači u glavno kućište pogonskog mosta presovanog tipa. Zadnji poklopac je otpresak, sa otvorom za dolivanje i kontrolu nivoa ulja i odgovarajućim čepom. Kućište diferencijala je dvodelno, a oslanjanje preko dva kuglična ležaja.

88

Sl. 7-161

Poluvratila su polurasterećenog tipa, a krajevi su im izvedeni u obliku prirubnice ("pečurke"). Ovakvi pogonski mostovi su tipični za putničke automobile.

Primer pogonskog mosta sa nezavisnim oslanjanjem prikazan je na sl.7-162. Glavni i diferencijalni prenosnik smešteni su u posebno zatvoreno kućište koje se spaja sa nosećom konstrukcijom.

Sl. 7-162

Glavni prenosnik je sa konusno-tanjirastim parom zupčanika. Karakteristika diferencijala je u tome što ima samo dva satelita. Poluvratila su zglobna. Prvi zglob je specifične konstrukcije a nalazi se u otvoru bočnog konusnog zupčanika diferencijala, dok je drugi zglob tipičan kardanov zglob. Izlazni deo zglobnog vratila je ožljebljenjem spojen sa prirubnicom točka i preko nje je uležišten sa dva konusna ležaja, u posebnom kućištu. Ovakva rešenja su tipična za putničke automobile nižih kategorija.

Pogonski most teretnih automobila višeih kategorija prikazan je na sl. 7-163. Karakteristika ovog rešenja je postojanje mehanizma za blokadu diferencijala u obliku kandžaste spojnice kojom se jedno poluvratilo kinematski vezuje za kućiite diferencijala. Osiml toga, kod ove konstrukcije postoje i bočni reduktori planetarnog tipa. Poluvratila su, naravno, potpuno rasterećenog tipa.

Sl. 7-163

Rešenje pogonskog mosta za teretne automobile viših kategorija prikazano na sl. 7-164 karakteristično je po tome što je u njega ugrađen i razvodnik pogona za odvod snage na drugi

89

pogonski most i to sa međuosnim diferencijalom. Oba diferencijala se mogu da blokiraju pomoću ugrađenih mehanizama, za blokadu u obliku kandžastih spojnica. I kod ovog mosta su ugrađeni bočni reduktori planetarnog tipa. Pogonski mostovi ovakve koncepcije gradnje koriste se na vozilima sa udvojenim pogonskim mostovima, tj. na vozilima povišene prohodnosti.

Sl. 7-164

Primer pogonskog mosta koji je jednovremeno i upravljački prikazan je na sl. 7-165. Kućište ima na sebi dva sferna zgloba oko kojih se pogonski upravljački točkovi mogu da obrću u horizontalnoj ravni. Poluvratila su, naravno, zglobna sa sinhronim zglobom (tzv.homokinetički zglob). Kućišta ovakvih mostova su obično livena i sastavljena iz više delova.

Sl. 7-165

Kod putničkih vozila sa nezavisnim oslanjanjem kod kojih se motor i pogonski most nalaze na istom kraju vozila često se menjač, glavni prenosnik i diferencijal smeštaju u isto kućište. Primeri takvih rešenja dati su u tački 7.2. ove knjige.

Pogonski mostovi traktora na točkovima u osnovi su slična rešenjima pogonskih mostova teretnih vozila. Osnovne razlike se sastoje u tome što su im kućišta obavezno livena, robusna, jer su jednovremeno i elementi noseće konstrukcije vozila. Osim toga, kroz kućište prolazi vratilo za odvod snage, a skoro obavezno imaju mogućnost blokade diferencijala. Česta su i rešenja kod kojih se u kućište pogonskog mosta smeštaju i disk-kočnice.

90

Sl. 7-166

Na sl. 7-166 prikazano je jedno specifično rešenje pogonskog mosta traktora na točkovima. Specificnost ove konstrukcije sastoji se u tome što se tanjirasti zupčanik sa diferencijalom nalazi na posebnoj osovini. Kućište diferencijala u "klasičnom" smislu ne postoji već se tanjirasti zupčanik glavnog prenosnika spaja sa nosačem osovinice satelita. Bočni konusni zupčanici diferencijala izrađeni su izjedna sa pojednim čeonim zupčanikom preko kojih se snaga prenosi na dva veća zupčanika koji se nalaze na poluvratilima. Time su u centralnom delu kućišta.pogonskog mosta realizovani dodatni reduktori koji povećavaju prenosni odnos glavnog prenosa. Osim toga, na osovini na kojoj se nalazi diferencijal smeštene su i kočnice (u ovom slučaju trakaste). U donjem delu kućišta pogonskog mosta uočava se i vratilo za bočni odvod snage.

Kod guseničnih vozila, kao što je napred rečeno, u kućište pogonskog mosta smešteni su i sklopovi sistema za upravljanje. O ovim resenjima pogonskih mostova biće više reči u poglavlju 13. ove knjige. Na ovom mestu se na sl. 7-167 prikazuje primer pogonskog mosta traktora na gusenicama. Kod ovog rešenja u pogonskom mostu ne postoji diferencijal već samo glavni prenosnik realizovan konusno-tanjirastim parom zupčanika, zatim dve bočne višelamelaste spojnice sa dve trakaste kočnice koji služe za upravljanje vozilom, kao i bočni reduktori sa nepokretnim osama vratila.

Sl. 7-167

91

8. HIDRAULIČKI PRENOSNICI SNAGE Hidraulički prenosnici snage su takvi prenosnici kod kojih se kao elementi koji prenose snagu, osim mehaničkih (zupčanici, vratila, kaiševi i dr.) javljaju još i fluidi, a od ovih najčešće-ulje.

Danas se na motornim vozilima koriste dve osnovne vrste hidrauličkih prenosnika: hidrodinamički i hidrostatički (ovi drugi se još nazivaju i pritisni). Međutim, danas se u svetu vrše pokušaji i istraživanja / 7 / da se ostvare i hidraulički impulsni prenosnici snage. Do danas, nažalost, nije došlo do praktične primene ovih novih hidrauličkih prenosnika.

U već pomenutoj knjizi "Automatizacija sistema motornog vozila" (u izdanju Mašinskog fakulteta iz Beograda) prikazani su principi rada, osnovne karakteristike i koncepcije gradnje hidraulickih prenosnika snage zbog čega će na ovom mestu pažnja biti poklonjena samo prikazu karakterističnih konstrukcija osnovnih komponenata hidrauličkih prenosnika snage na motornim i priključnim vozilima.

8.1 HIDRODINAMIČKI PRENOSNICI SNAGE Kao što je pokazano u napred pomenutoj knjizi, na savremenim motornim vozilima primenjuju se dve vrste hidrodinamičkih prenosnika: hidrodinamička spojnica i hidrodinamički menjač (hidrodinamički transformator, kako se još naziva).

8.1.1 Hidrodinamičke spojnice Hidrodinamička spojnica (HS), kao što je poznato, sastoji se iz dva osnovna sklopa: pumpnog (1) i turbinskog kola (2), smeštenih u kućište (3), sl. 8-1. Kućiste (3) se najčešće spaja sa pumpnim kolom (1), a sa druge strane sa zamajcem, odnosno kolenastim vratilom motora.

HS treba tako projektovati da pri broju obrta motora na praznom hodu moment nošenja bude što manji uz odgovarajući brzi porast sa povećanjem broja obrtaja, kako bi se obezbedile što povoljnije startne karakteristike uz mala klizanja što obezbeđuje dobru ekonomičnost u potrošnji goriva. HS treba, s jedne strane, da ima dovoljno velike dimenzije da svoju funkciju obavlja pouzdano sa vekom koji treba da bude duži od drugih sklopova vozila, a s druge, da bude što manja kako bi zauzela što manje prostora. Konstrukcija HS treba da je takva da omogući jednostavnu i ne skupu tehnologiju u proizvodnji. Svi ovi zahtevi uslovaljavaju potrebu pravljenja kompromisa pri konstrukciji HS.

HS se grade u dva osnovna oblika: sa torusnom šupljinom, između pumpnog i turbinskog kola, sl. 8-2 (u kojoj nema cirkulacije ulja) i bez ove šupljine, sl. 8-7. HS bez torusne šupljine, za isti nazivni prečnik, imaju veći kapacitet u pogledu obrtnog momenta koji mogu da prenesu.

Sl.8-1 Sl.8-2

U pumpnom i turbinskom kolu nalazi se određen broj lopatica čiji je položaj i oblik kod pojedinih rešenja HS različit. Početne ivice lopatica su uvek prave. Međutim, površine lopatica mogu da budu ravne i da se poklapaju sa uzdužnom osom ili da su u odnosu na nju pod nekim uglom, sl. 8-3. Osim toga, HS se grade i sa helikondalnim oblikom lopatica, sl. 8-4. Postavljanjem lopatica helikondalnog oblika kapacitet u pogledu prenošenja obrtnog momenta može da se znatno poveća.

92

Sl.8-3 Sl.8-4

HS se izrađuju livenjem od legura aluminijuma kada obrtno kolo sa lopaticama predstavlja nedeljivu celinu ili se izrađuje od lima presovanjem kada se lopatice izrađuju posebno, pa se obrtno kolo sklapa. Izrada presovanjem se više koristi zbog manjih troškova proizvodnje, a i zbog toga što se ostvaruje fleksibilnija konstrukcija.Spajanje lopatica za torusni deo obrtnog kola vrši se ili jednostavnim povijanjem krajeva koji prolaze kroz proreze u torusnom delu ili, kada se želi čvršća konstrukcija, tvrdim lemljenjem. Izgled elemenata i sklopova obrtnih kola izrađenih presovanjem vidi se na slikama 8-5 i 8-6.

Sl.8-5 Sl. 8-6

U HS, naročito pri radu motora na praznom hodu kada se sva energija pretvara u toplotu, može doći do pojave kavitacije, koja se manifestuje bukom i skokovima obrtnog momenta. Da bi se sprečila pojava kavitacije u nekim rešenjima ide se na povećani pritisak punjenja ulja. Ovaj pritisak se menja u granicama od 0 do 12 bara.

Da bi se sprečilo preterano zagrevanje ulja i time njegova brza oksidacija kao i smanjila mogućnost pojave kavitaeije, u nekim slučajevima se ide na hlađenje ulja njegovim odvođenjem u hladnjak i ponovnim vraćanjem u HS. Broj izmena ulja u HS zavisi od uslova rada, a kreće se u oblasti od 0,5 do 3 izmene u minuti.

Ako se u oba obrtna kola nalazi isti broj identičnih i jednako postavljenih lopatica može doći do pojave torzionih vibracija i buke. Postoje dva načina da se ovo izbegne. Prvi je da se lopatice nejednako postave, a drugi da se broj identično i jednako postavljenih lopatica u pumpnom i turbinskom kolu razlikuje za jednu ili dve lopatice. Prvi način ima tu prednost što oba obrtna kola mogu da budu identična što pojednostavljuje proizvodnju. Drugi način se primenjuje u slučaju ako se konstrukcijska rešenja oba kola dosta razlikuju, a posebno ako se jedno od obrtnih kola izrađuje livenjem.

Obrtno kolo obično ima 1 do 1,2 lopatice po 1 cm nominalnog prečnika. Debljina lopatica zavisi od zahteva u pogledu čvrstoće ili od načina izrade. Lopatice izrađene presovanjem od čeličnog lima debele su 1,0 do 1,25 mm. Kada se obrtno kolo Iije od legure aluminijuma onda debIjina najviše zavisi od mogućnosti dobrog popunjavanja kalupa, pa debljina lopatica obično iznosi oko 1,5 mm sa livačkim nagibom 1 do 2°.

Osim gore prikazanih grade se i HS koje van torusnog dela, a između turbinskog kola i kućišta, imaju dodatni prostor koji služi kao rezervoar, sl. 8-7. Uloga ovog rezervoara je da spreči prekomerno povećanje pritiska pri zagrevanju ulja (ima ulogu ekspandera) i, što je još važnije, omogući prenošenje malog obrtnog momenta na praznom hodu motora, kada vozilo stoji. Ovo se postiže na taj način što se pri malim brojevima obrtaja veći deo ulja sliva u rezervoar, pa ne učestvuje u prenošenju obrtnog momenta. Osim toga, da bi se ovaj efekat povećao, na unutrašnjem prečniku torusa turbine postavlja se jedan prsten (A, sl.8-7), koji "ometa" cirkulaciju uIja pri nižim brojevima obrtaja.

93

Sl.8-7 Sl.8-8

Sve do sada prikazane konstrukcije HS primenjuju se u vozilima u zajednici sa frikcionom spojnicom, sl. 8-7, koja omogućava promenu stepeni prenosa u menjačkom prenosniku sa stepenastom promenom prenosnog odnosa. Frikciona spojnica se primenjuje zbog toga što prikazane HS ne mogu nikad da izvrše "čisto" odvajanje prenosnika snage od motora.

Da bi se ovo ipak postiglo bez primene frikcione spojnice, grade se HS kod kojih se pri promeni stepena prenosa vrši pražnjenje ulja, čime se ostvaruje "čisto" odvajanje motora od prenosnika snage. Ovo pražnjenje i punjenje ostvaruje se pomoću jedne pumpe, izlaznog ventila, graničnog ventila i razvodnika.

Ovakva HS mora imati što je moguće manju zapreminu, kako bi količina ulja bila što manja i time se smanjilo vreme punjenja i pražnjenja. S druge strane, HS treba da ima dovoljan kapacitet u pogledu prenošenja obrtnog momenta pri punom opterećenju na praznom hodu kada je HS napunjena uljem. Na sl. 8-8 prikazana je HS sa sistemom za upravIjanje u stanju pražnjenja, a na sl. 8-9 u stanju punjenja. Izgled jedne takve HS prikazan je na sl. 8-10.

Sl.8-9

Punjenje i pražnjenje mora da se obavi brzo. Pumpa mora da bude tako dimenzionisana da pri niskom broju obrtaja omogući oko 20 punjenja HS u minuti. Da bi se smanjili gubici snage pri niskim brojevima obrtaja treba primeniti pumpu promenljivog protoka. Izlazni ventil se postavlja vrlo blisko perifernom delu obrtnih kola HS kako bi se omogućilo brze i kompletno pražnjenje HS. Osim toga, poprečni presek izlaznog ventila treba da je dovoljno veliki.

94

Sl.8-10

2- Spojnica

3- Klip koji pokreće spojnicu

4- Kućište menjača

5- Glavčina turbine

T- turbina, S- sprovodno kolo, T- turbina

8.1.2 Hidrodinamički menjači Za razliku od HS najjednostavniji hidrodinamički menjač (HM), kao što je poznato, sastoji se od tri osnovna sklopa, sl. 8-11, pumpnog, turbinskog i reaktorskog kola, koji rade u zatvorenom kolu. Pumpno kolo pokreće motor, dok je turbinsko spojeno za izlazno vratilo. Danas se skoro isključivo koriste HM kod kojih je reaktorsko kolo spojeno sa kućištem preko jednosmerne spojnice (što znači sa primenom tzv. TlRILOK principa). Ovakva veza reaktorskog kola sa kućištem tj. sa nepokretnim delom HM obezbeđuje rad HM u dva režima: prvo, kao menjača, a pri izjednačavanju ugaonih brzina pumpnog i turbinskog kola-kao hidrodinamičke spojnice. Kao što je poznato ovo omogućava ostvarenje viših srednjih vrednosti stepena .korisnog dejstva u celoj oblasti ugaonih brzina izlaznog vratila, odnosno brzina kretanja vozila.

Sl.8-11

95

Sl.8-12

Za razliku od HS kod HM lopatice sva tri kola nisu prave nego helikondalne, sl. 8-12 .

Oblik, položaj kao i ulazni, a naročito izlazni uglovi lopatica imaju bitan uticaj na karakteristike HM / 8 /. Tako, naprimer, povećanje izlanog ugla pumpnog kola povećava prenosni odnos pri polasku vozila iz mesta, tj. kada je turbinsko kolo nepokretno. Međutim, pri tome se smanjuje maksimalna vrednost stepena korisnog dejstva. Kao optimalna vrednost izlaznog ugla lopatica turbinskog kola preporučuje se ugao od 150°, dok se za lopatice reaktorskog kola preporučuje izlazni ugao od 20° do 25°, pri cemu se obezbeđuje minimalni prenosni odnos pri polasku, a veća vrednost maksimuma stepena korisnog dejstva.

Broj lopatica pumpnog i turbinskog kola mora da se odredi na osnovu kompromisa između rada HM kao menjača i kao spojnice. Za dobru funkciju HM u režimu rada spojnice potrebno je 2 do 2,5 puta više lopatica u odnosu na režim rada kao menjaca. Gruba orijentacija je da odnos između koraka na izlasku srednje strujnice iz kola i radijalnog rastojanja između lopatice i ulaska i izlaska na putanji srednje strujnice treba da bude 0,46 / 8 /.

Da bi se sprečile vibraciie i buka, kao i kod HS, i ovde se ide na razlicit broj lopatica pumpnog u odnosu na turbinsko kolo. Kod reaktorskog kola gore navedeni odnos trebalo bi da bude 0,54. Optimalan broj lopatica u sva tri kola može da se odredi samo na osnovu ispitivanja sa različitim kombinacijama broja lopatica. U uobičajenim konstrukcijama HM lopatice su nepokretne, tj. imaju fiksni položaj. U kompleksnijim HM koriste se lopatice sa promenljivim položajem (promena uglova). Iskustvo pokazuje da pri tome treba biti obazriv, s obzirom na mogućnost stvaranja većeg otpora toku ulja.

Što se tiče poprečnog preseka lopatica utvrđene su izvesne prednosti primene aerodinamičkog profila, naročito na nižim brojevima obrta. Međutim, ove prednosti kod pumpnog i turbinskog kola nisu tolike da opravdavaju gubitke u protoku ulja i, što je važnije, znatno veće troškove izrade većih serija.

Polazeći od toga i dosadašnjeg iskustva preporučuje se izrada sva tri kola livenjem od legura aluminijuma, sl. 8-13, kada su u pitanju manje serije. Pri proizvodnji u većim serijama prikladnija je izrada presovanjem iz lima za pumpno i turbinsko kolo i to posebno lopatica (koje su konstantne debljine) koje se postavljaju na pumpno i turbinsko kolo koji su, takođe, otpresci, dok se i u tom slučaju preporučuje odlivanje reaktorskog kola sa lopaticama aerodinamičkog profila, sl. 8-14 (na slici su: 1-pumpno, 2-turbinsko i 3-reaktorsko kolo).

96

Sl. 8-13

Sl. 8-14

Obrtna kola izrađena od otpresaka karakterišu se niskom cenom izrade, dobrom obradom površina, ali skupim alatima. Kod Iivenih obrtnih kola su ove karakteristike upravo obrnute. Kod izrade presovanjem lopatice imaju ispuste koji ulaze u proreze obrtnih igla, pa se vrši savijanje vrhova ispusta ili se, kao i kod HS vrši tvrdo lemljenje. Debljina lima koji se primenjuje za presovanje kreće se u oblasti od 0,75 do 1,2 mm.

Sl. 8-15 S1. 8-16

Pri projektovanju HM obično se konstrukcija tako podešava da turbinsko kolo počinje de se obrće (da "prihvata") pri broju obrta pumpnog kola (a to znači i motora) pri kojem motor razvija maksimalni obrtni moment. Na taj način obezbeđuje se maksimalna vrednost obrtnog momenta na izlaznom vratilu baš u trenutku kada je najpotrebnije. Ovo se, međutim, odnosi samo za rad motora i HM na normalnom atmosferskom pritisku. Pri smanjenju ovoga (naprimer, vožnja na velikim nadmorskim visinama) dolazi do poremećaja. Tako, naprimer, na 4000 m nadmorske visine izlazni obrtni moment HM pada na vrednost od 44% od one na nivou mora, dok maksimalni obrtni moment motora opada na vrednost od svega 52% / 8 /. Do ove razlike dolazi zbog toga što se pokretanje turbinskog kola na većim visinama vrši pri nižm brojevima obrtaja s obzirom na karakteristike obrtnog momenta motora.

97

Jedan od važnijih problema koji je neophodno da se rešava pri razvoju HM je problem hlađenja. Veoma veliko klizanje, odnosno niži stepen korisnog dejstva pri polascima, odnosno u periodu zaleta uslovljavaju zagrevanje ulja i celog HM. Kod HM namenjenih za primenu na lakšim putničkim i teretnim vozilima, manjih snaga problem odvođenja toplote rešava se na taj način sto se sa spoljne strane pumpnog ili turbinskog kola postavljaju lopatice koje imaju efekat ventilatora. Kod HM koji se izrađuje presovanjem to se rešava izradom dodatnih lopatica koje se ucvršcuju na spoljnu stranu pumpnog ili turbinskog kola, sl.8-15. U slučaju da se obrtna kola izrađuju livenjem onda se na spoljnoj strani ostavljaju rebra, a uz to se pogodnim oblikovanjem obloge omogućuje dovoljna cirkulaciia vazduha, sl.8-16. Pri primeni menjača za prenos većih snaga i za teže uslove rada neophodno je odvođjenje ulja iz menjača, njegovo hlađenje u posebnom hladnjaku uz pomoć sistema za hlađenje motora i zatim ponovno vraćanje u HM. Najbolje je da se ulje odvodi na mestu izlaska iz turbine, a da se vraća na mestu ulaska u pumpno kolo. Obrnuta mesta odvoda i dovoda ulja drastično smanjuju protok ulja a u određenim režimima broja obrtaja mogu čak i da ga potpuno prekinu. Otvori za odvod i dovod ulja treba da su tako dimenzionisani da brzina toka ulja ne pređe vrednost od 4,5m/s. Broj izmena ulja se određuje na osnovu količine razvijene toplote koju treba odvesti.

Zbog potrebe da se spreči kavitacija i smanji buka pri radu HM vrši se, pomoću posebne pumpe stalno punjene HM sa pritiskom od 1,3 do 4,0 bara. Obično je to ista pumpa koja obezbeđuje cirkulaciju ulja za njegovo hlađenje.

Ulje za HM ne vrši samo ulogu prenosnika snage nego služi i za podmazivanje i hlađenje, a dolazi u kontakt i sa drugim elementima u sklopu menjača (ležajevi, zupčanici, višelamelaste spojnice, trakaste kočnice, ventili i dr.). Zbog toga ulje treba da ima dobre osobine podmazivanja, da je otporno na oksidaciju i penušanje, da ima visok indeks viskoznosti kako bi održalo potrebnu viskoznost u celoj oblasti temperatura.

Pri radu HM javljaju se i aksiialne sile koje teže da razdvoje pumpno od turbinskog kola. Ove sile su najveće pri startu, odnosno polasku turbinskog kola. O tome, takođe, treba da se vodi računa pri konstrukciji i proračunu HM. Pored prikazane konstrukcije jednostepenih HM primenjuju se na vozilima i višestepeni HM sa dva i više turbinskih i reaktorskih kola. Povećanje broja turbinskih kola povećava stepen transformacije, a povećanje broja reaktorskih kola povećava stepen korisnog dejstva. Osim toga, u cilju smanjenja gubitaka snaga pri prenosu kroz HM primenjuje se i metod grananja snage / 9 /.

8.2 HIDROSTATIČKI PRENOSNICI SNAGE O sistemima hidrostatičkog prenosa snage, njihovim vrstama i mogućim načinima upravljanja bilo je reči u pomenutoj knjizi: "Automatizacija sistema motornog vozila". Zbog toga će na ovom mestu biti reči samo o osnovnim konstrukcijskim rešenjima pojedinih glavnih komponenti ovih sistema i njihovim komponentama.

Hidrostatički sistem prenosa snage čini niz komponenata: hidropumpe (HP), hidromotori (HM), hidraulični cilindri (HC), komandno-regulacioni uređaji (razvodnici, regulatori pritiska, regulatori protoka), cevi, creva, prečistaci, razmenjivači toplote, rezervoari i dr. Sve te komponente povezane u određenu funkcionalnu celinu čine hidrostatički sistem prenosa snage.

8.2.1 Hidrauličke pumpe i motori Hidrostatički sistem prenosi snagu na taj način što se u hidrauličnoj pumpi (HP) vrši pretvaranje mehaničke energije, koju odaje pogonski agregat, u energiju pritiska ulja (potencijalnu energiju) koja se zatim u hidrauličkom motoru (HM), do kojeg je ulje pod pritiskom transportovano sistemom cevi i creva, pretvara opet u mehanicki rad. Kod HP i HM koji se koriste u hidrostatičkim prenosnicima snage brzine strujanja ulja su relativno niske, a razlike nivoa HP i HM zanemarIjive, pa je osnovna komponenta energije fluida - energija pritiska.

Do sada je razvijeno i koristi se više vrsta HP i HM. Skoro sva ta rešenja mogu da se koriste i kao HP i kao HM. Međutim, neka od rešenja rade kao HP veoma dobro dok su se u režimu rada HM pokazala kao loša, i to kako u pogledu stepena korisnog dejstva, tako i u pogledu trajnosti. Osim toga, neka od rešenja za početak rada zahtevaju određeni nivo broja obrtaja, pa su neprimenljiva za rad u režimu HM kada se koriste za ostvarenje kretanja vozila koje, kao što znamo treba da kreće i iz mesta i da se postepeno ubrzava kada su brojevi obrtaja pogonskih kretača veoma niski.

98

Poznata su sledeća osnovna konstrukcijska rešenja HP i HM: krilne, zavojne, zupčaste i klipne. Ova podela je izvršena na osnovu oblika radnog elementa koji potiskuje ulje kada radi u režimu HP, odnosno koji je potiskivan od ulja kada radi u režimu HM. HP i HM mogu se klasirati i po drugim osnovnim karakteristikama (naprimer, po smeru dejstva: na jednosmerne i dvosmerne, po protoku: konstantnog i promenIjivog i td.). Krilne i zavojne HP i HM skoro da se i ne primenjuju na motornim vozilima, pa o njima neće na ovom mestu biti reči. Način rada, konstrukcijska rešenja i proračun za ove vrste HP i HM mogu se naći u odgovarajućoj literaturi / 10 /.

Zupčaste pumpe, koje mogu biti sa spoljnim i unutrašnjim ozubljenjem (češće sa spoljnim), nalaze primenu na motornim vozilima, pre svega, za ostvarenje podmazivanja u motoru i sklopovima mehaničkih prenosnika snage, a zatim, za dobijanje ulja pod pritiskom za prenos komandnih signala sa servopojačanjem (servomehanizmi), kao i za hidrostatički prenos snage za pogon različitih uređaja na vozilu (samoistovar , vitlo i dr.).

Princip rada zupčaste pumpe prikazan je na sl. 8-17.

Sl. 8-17 Sl.8-18

Pogonom jednog od dva uzubljena zupčanika na usisnoj strani (A) stvara se podpritisak, pa ulje ispunjava međuzublja i obrtanjem zupčanika prenosi se na potisnu stranu (B) sabijajući se na određeni pritisak . Usisna i potisna strana odvojene su uzubljenim zupcima spregnutih zupčanika. Kao što se može da vidi protok, pa time i pritisak koji ostvaruje zupčasta pumpa nije ravnomeran. Ova neravnomernost pri određenoj ugaonoj brzini zupčanika zavisi od broja zubaca. Danas se zupčaste pumpe uglavnom proizvode sa zupčanicima koji imaju 8 do 15 zubaca. Veći broj zubaca obezbeđuje manju neravnomernost i niži nivo buke. Povećanje broja zubaca, međutim, povećava gabarit pa time i masu pumpe, što je šematski prikazano na sl. 8-18. Pri sabijanju ulja dolazi do njegovog curenja kroz zazore (radijalni između zubaca i kućišta, aksijalni i zazor između uzubljenih zubaca). Da bi se poboljšao zapreminski a time i ukupni stepen korisnog dejstva danas razvoj zupčastih pumpi ide u pravcu smanjenja, odnosno neutralisanja negativnog dejstva zazora. Kako je stepen sprezanja zupčanika veći od jedan, to dolazi do zabravljivanja određene količine ulja između zubaca u zahvatu što uslovljava pojavu udarnih opterećenja i povećanje nivoa buke. Da bi se ovo izbeglo, na mestima sprezanja zupčanika predviđaju se određeni kanali za odvođenje zabravljenog ulja.

Sa gledišta neutralisanja negativnog dejstva zazora danas, osim pumpi sa konstantnim zazorom, postoje još dva osnovna konstrukcijska rešenja zupčastih pumpi: pumpa kod koje se aksijalni zazor menja u zavisnosti od pritiska i pumpa kod koje postoji samo delimična regulacija pritiska.

99

Sl.8-19 Sl.8-20

Pumpa sa konstantnim zazorom prikazana je na sl. 8-19. Kod pumpi sa podešavanjem aksijalnog zazora uz zupčanike se postavljaju dvodelne ili jednodelne čaure (A) i (B), sl. 8-20, koje se pribijaju uz zupčanike u zavisnosti od pritiska. Rešenja sa jednodelnim čaurama, kako je to i prikazano na sl. 8-20, pokazala su se kao bolja, jer se ostvaruje veći zapreminski stepen korisnog dejstva (manje curenje).

Neke firme proizvode pumpe kod kojih pored aksijalnog postoje i regulacije radijalnog zazora. Ove konstrukcije, međutim, su znatno komplikovanije.

U našoj zemlji napoznatiji proizvođac zupčastih pumpi je Fabrika hidraulike, industrije "Prva Petoletka" iz Trstenika. Ovaj proizvođac proizvodi familiju zupčastih pumpi različitog protoka sa maksimalnim pritiscima do 200 bara.

Konstrukcija jedne od tih pumpi prikazana je na sl. 8-21.

Sl. 8-21 Sl. 8-22

Zupčaste pumpe se danas proizvode sa pritiscima do 200 bara i protocima do 500 dm3/min pri brojevima obrtaja do 50 s-1 .

U hidrostatičkom prenosu snage od motora do kretača motornih vozila skoro isključivo se koriste klipne HP i HM.

Postoje dve osnovne vrste klipnih HP i HM: radijalne i aksijalne. Ova podela je izvršena na osnovu položaja klipova u odnosu na osu obrtanja vratila. Kod radijaIno-klipnih HP i HM klipovi se oscilatorno kreću u jednoj ravni, a kod aksijalno-klipnih u prostoru. Radijalno-klipne HP i HM pogodni su za male brzine i velike vrednosti obrtnih momenata, a aksijalno-klipne za veće brzine i manje vrednosti obrtnih momenata. Postoje dve osnovne vrste radijalno-klipnih uređaja: linijski i zvezdasti. Kod linijskih klipovl i cilindri se nalaze u jednoj ravni koja je paralelna sa osom vratila a kod zvezdastih u ravni koja je normalna na osu vratila. Za prenos snage od motora do točkova na motornim vozilima koriste se isključivo zvezdasti radijalni uređaji. Kod ovih uređaja klipovi mogu biti raspoređeni u jednoj ili više ravni.

Principijelna shema radijalno-klipnih uređaja (HP i HM) prikazana je na sl. 8-22. Cilindarski blok (1) zajedno sa klipovima (2) vrši obrtno kretanje. Osa obrtanja bloka O1 pomerena je u odnosu na osu O2 statora (3) za ekscentricitet e. Usled toga klipovi (2) pri obrtanju bloka (1) vrše i translatorno oscilatorno kretanje, vršeći usisavanje i potiskivanje fluida. Razvođenje fluida vrši se kroz jezgro

100

(stožer) (4), koji je nepokretan, nailaskom klipova naizmenično na usisni (a) i potisni (b) vod. Ovaj način razvođenja primenjuje se za pritiske od 250 bara. Za veće vrednosti pritisaka (do 1000 bara, pa i više) primenjuje se ventilsko razvođenje. Na shemi, sl.8-22, prikazana su samo dva cilindra sa klipovima. Njih obično ima više. Promena protoka kod ovakvih konstrukcija vrši se pomeranjem ili zakretanjem prstenastog statora (3), tj. promenom ekscentriciteta e. Kod ovakvih rešenja za jedan obrt rotora (1) jedan klip obavi samo jedno potiskivanje. Time se ostvaruje prilično neravnomeran protok, odnosno izraženo pulziranje pritiska. Zbog toga se ide na rešenja kod kojih za jedan obrt rotora svaki klip obavi dva ili više potiskivanja. Rešenje na sl. 8-23, a, omogućuje dva, a rešenje na sl. 8-23, b, pet potiskivanja svakog klipa za jedan obrt rotora. Postoje rešenja ove vrste uređaja kod kojih stator i rotor zamenjuju svoje funkcije: blok (1), sl.8 -23, b, je nepokretan a kućište (2), sa stažerom je obrtno. Konstrukcija jednog HM kod kojeg su klipovi raspoređeni u dve ravni i kod kojeg se blok sa klipovima obrće a prsten i stažer-razvodnik su nepokretni, prikazana je na sl. 8-24.

Sl. 8-23 Sl. 8-24

Klipno-radijalni uređaji su sporohodni sa brojevima obrtaja od 0 do 1500 min-1, a najčešće do 750 min-

1. Posebno su pogodni za upotrebu kao HM, zbog pogodnog oblika za smeštaj u toćkove. Pritisci se kreću i do 500 bara a obično do 350 bara.

Aksijalno-klipni uređaji realizuju se na dva osnovna načina: sa nagibnom pločom sl. 8-25, a, i sa nagibnom cilindarskom glavom, sl. 8-25, b. Ova podela je izvršena na osnovu načina ostvarivanja hoda klipa. Osim toga, pedela ove vrste uređaja može da se vrši i u odnosu na vrstu razvođenja. U tom smislu postoje uređaji sa: ventilskim razvođenjem, sa razvođenjem pamoću razvodnika (šibera) i razvođenje preko razvodnih ploča (površina) koje mogu biti cilindričnog, ravnog ili nekog drugog oblika. Kod klipno-aksijalnih uređaja cilindarski blok može biti pokretan ili nepokretan. Kod uređaja sa nagibnom cilindarskom glavom ova mora de se obrće inače se ne bi magIa ostvariti funkcija HP ili HM.

Sl. 8-25

Kod uređaja sa nagibnom pločom koja se obrće, a cilindarski blok stoji, sl. 8-26, razvođenje može da se ostvari: preko razvodne ploče koja mora da se obrće, pomoću ventila i razvodnika (šibera). Ventilsko razvođenje se primenjuje kod uređaja jednosmernog potiskivanja, ali sa mogućnošću obrtanja u dva sm era. Gradnja ovakvih uređaja je kompaktna, rad je pouzdan, a mogu da se

101

postignu visoki pritisci. Problem predstavlja neuravnoteženost obrtne nagnute ploče, kao i neprikladnost (zbog ventilskog razvoda) za primenu kao HM.

Sl. 8-26

Na sl. 8-27 prikazan je uređaj koji ima obrtnu cilindarsku glavu i nepokretnu nagnutu ploču. Kod ove vrste uređaja razvođenje se ostvaruje, najčešće, pomoću razvodne ploče. Pošto kod ovih uređaja klipnjače (koje se obrću) klize po nagnutoj ploči to mesto njihovog dodira često predstavlja teži tehnološki problem. Osim toga, u cilja obezbeđenja intimnog dodira klipnjače i ploče u procesu usisavanja u cilindre se ugrađuju opruge koje su, u načelu, u hidraulici nepoželjan element, jer im se tokom vremena menjaju karakteristike krutosti, odnosno dužine.

Sl. 8-27

Sl. 8-28

Uređaji sa nagibnom cilindarskom glavorm prikazani su na sl.8-28 i 8-29. Kod ovih uređaja cilindarski blok je obrtan. Za obrtanje ovog bloka potrebna je određena vrednost obrtnog momenta. Ovaj obrtni moment se prenosi na dva načina. Kod uređaja na sl. 8-28 za ovo služi zglobni prenosnik, a kod uređaja na sl.8-29 obrtni momenat se prenosi preko klipova. Prvo rešenje je složenije i traži prostor za smeštaj zglobnog vratila (koje mora biti sinhrono) dok kod drugog klipovi moraju biti duži zbog prijema radijalnih sila.

Na sl.8-30 prikazan je princip ventilskog razvođenja. Na sl. 8-31 razvođenja pomoću razvodnika, a na sl. 8 -32 razvođenje pomoću čeone ravne površine.

102

Klipno aksijalni uređaji mogu da se grade sa konstantnim i promenljivim protokom. Kod ovih drugih promena protoka se ostvaruje promenom ugla nagiba ploče, odnosno cilindarske glave. Ova promena nagiba može da se vrši ručno i automatski uz pomoć servomehanizama.

Sl. 8-29

Sl. 8-30

Klipno-aksijalni uređaji su brzohodi sa normalnim brojevima obrtaja preko 1000 min-1 . Na vozilima, zbog prilagođenja motorima unutrašnjeg sagorevanja, ide se na 2200 do 2500 min-1. Pri niskim brojevima obrtaja rade nestabilno, pa nisu pogodni za rad kao HM. Normalni radni pritisci su do 250 bara, a postoje i rešenja za dugotrajni rad sa pritiskom od 350 bara.

Sl. 8-31

103

Sl. 8-32

8.2.2 Hidraulički cilindri Hidraulički cilindri kao izvršni organi većeg broja hidrostatičkog prenosa snage različite namene na motornim vozilima su, ustvari, zapreminski HM, čiji glavni izvršni elementi (klip, klipnjača) vrše ograničeno translatorno (češće) ili obrtno (ređe) kretanje, dejstvujući , pri tome, na pokretani element silom, odnosno obrtnim momentom. Na motornim vozilima skoro isključivo se koriste hidraulički cilindri (HC) čiji glavni izvršni element vrši pravolinijsko kretanje, zbog čega će samo o njima biti reči u daljem tekstu.

HC mogu da se klasifikuju u odnosu na različite parametre, ali je podela u odnosu na način rada najznačajnija. U tom smislu postoje četiri osnovne grupe HC i to:

- jednosmernog dejstva,

- dvosmernog dejstva,

- teleskopski i

- kombinovani.

HC jednosmernog dejstva se dele na dve podgrupe: klipni i sa uronjenom klipnjačom tzv. plunžerski). Klipni HC mogu biti potisni, sl.8-33, a i vučni, sl. 8-33, b. Kod obe ove vrste vraćanje glavnog izvršnog elementa (klipnjače) u polazni položaj vrši se oprugom. Kod HC sa uronjenom klipnjačom, sl. 8-34, vraćanje u polazni položaj vrši se dejstvom spoljne sile. Jedna od osnovnih karakteristika ove zadnje vrste HC jednosmernog dejstva je da ne postoji klip već klipnjača koja jednovremeno ima ulogu i klipa, nema potrebe za zaptivanjem klipa, pa unutrašnja površina cilindra ne mora da ima visok kvalitet obrade.

Sl. 8-33 Sl. 8-34

HC dvosmernog dejstva se grade u dva osnovna oblika: sa jednostranom i sa dvostranom klipnjačom. Shematski prikaz HC sa jednostranom klipnjačom dat je na sl. 8-35. Brzina kretanja i sila pri istom pritisku ove vrste HC u oba smera nije ista. Brzina, međutim, može biti ista ako se obezbedi određeni odnos prečnika klipa i klipnjače uz tzv. diferencijalnu vezu preko razvodnika /11 /.

104

Sl. 8-35 Sl. 8-36

HC sa dvostranorn klipnjačom imaju iste brzine i sile, pri istom pritisku, u oba srnera. Mogući su različiti načini izvođenja HC sa dvostranom klipnjačom: sa nepokretlim klipom, odnosno klipnjačom i dovođenjem i odvođenjem ulja kroz otvore na cilindru, sl. 8-36, a, sa nepokretnim klipom, odnosno klipnjačom i dovođenjem i odvođenjem ulja kroz klipnjaču, sl. 8-36, b i sa nepokretnim cilindrom, sl.8-36, c.

Teleskopski HC jednosmernog dejstva ostvaruju velike hodove primarnim ugradbenim dužinama. Ovo se postiže pomoću više šupljih klipova koji ulaze jedan u drugi sl. 8-37. Vraćanje klipova u početni položaj vrši se spoljnom silom. Najčešće se izvode po principu cilindra sa uronjenom klipnjačom, što sa sobom nosi prednosti o kojima je pre bilo reči. S obzirom na stepenasto izvođenje prečnika pri istom pritisku ostvaruje se stepenasto, promenljiva sila.

Teleskopski HC mogu, mada ređe, da se grade i dvostranog dejstva, sl. 8-38 i 8-39 pri čemu je kod ovog zadnjeg slučaja npr. prvi stepen dvosmernog, a ostali jednosmernog dejstva i sl.

U nekim slučajevima grade se kombinovani HC, za specijalne namene . Tako, npr., mogu se graditi udvojeni cilindri kada je prečnik ograničen, a dužina nije, sl. 8-40.

Sl. 8-37

Sl. 8-38

105

Sl. 8-39

Sl. 8-40

Glavni parametar HC je njihov unutrašnji prečnik. Jedan proizvođač obično proizvodi čitavu familiju HC. Obično proizvođači standardizuju niz unutrašnjih prečnika, pa o tome treba voditi računa pri izboru. Osim toga, proizvođači standardizuju i niz preporučenih radnih pritisaka, kao i hodova klipnjača. Naš najpoznatiji proizvođac HC, industrija "Prva Petoletka" iz Trstenika, takođe, ima usvojene nizove prečnika, preporučenih pritisaka i hodova / 11 /.

S obzirom na mogućnost pojave izvijanja pri potiskujućoj sili preporučuje se da hod bude manji od desetostruke vrednosti prečnika klipa (H < 10).

Uloga konstruktora vozila svodi se na izbor HC i rešenje problema njegove ugradnje na vozilu. Postoji čitav niz načina učvršćenja HC. Međutim, sve mogućnosti svode se na dve osnovne grupe: kruto i zglobno učvršćenje. Na sl. 8-41 od a) do g) date su neke mogućnosti prve grupe (kruto), a na sl.8-41 od h) do p) za drugu grupu (zglobno). U praksi ,a pogotovo na vozilima, više se koristi zglobno učvršćenje, pri čemu se na kraju klipnjače ugrađuje posebna glava sa zglobom, sl. 8-42.

106

Sl. 8-41

HC se često koriste za pokretanje mehanizama koji imaju velike mase i brzine. Zbog toga se često zahteva prigušenje hoda klipa na kraju hoda pri uvlačenju. U ovu svrhu koriste se različite vrste prigušnika u HC. Najčešći načini su pomoću prstenastog procepa i pomoću podešljivog prigušnika sa nepovratnim ventilom.

Sl. 8-42

8.2.3 Komandno-regulacioni uređaji Za upravljanje hodrostatičkim prenosnicima snage koriste se različite vrste komandno-regulacionih uređaja, kao što su: razvodnici, regulatori protoka i pritiska, ventili i dr.

Razvodnici su uređaji koji služe za razvođenje ulja od HP do HM, HC i drugih izvršnih organa. U odnosu na konstrukcijsko izvođenje razvodnici se dele na četiri osnovne vrste: klipno-aksijalni, klipno-obrtni, pločasti i ventilski. Osim toga, u odnosu na broj položaja dele se na razvodnike sa: dva, tri, četiri i više položaja, a u odnosu na broj otvora sa: dva, tri, četiri i više otvora. Na motornim vozilima najčešće se koriste klipno-aksijalni i klipno-obrtni razvodnici. U odnosu na način aktiviranja klipno-aksijalni razvodnici mogu biti sa: ručnim, mehaničkim, elektirčnim, hidrauličkim, elektro-hidrauličkim i pneumatičkim aktiviranjem. Klipno-obrtni razvodnici obično se aktiviraju ručnim putem.

107

Primer konstrukcije jednog klipno-aksijalnog razvodnika sa ručnim aktiviranjem dat je na sl. 8-43. Razvodnik je sa tri položaja i četiri otvora. Osnovni elementi ovog razvodnika su: klip (1), telo (2), dve opruge (4) koje održavaju klip u srednjem (neutralnom) položaju. Pomoću ručice (10) vrši se pomeranje klipa iz jednog u drugi položaj.

Klipno-aksijalni razvodnik sa mehaničkim aktiviranjem prikazan je na sl. 8-44. Pomeranje klipa (1) u telu (2) vrši se mehaničkim putem pomoću brega ili ekscentra, odnosno poluge koji deluju na valjak (3) koji se nalazi na kraju klipa (1). Vraćanje klipa u neutralni položaj vrši se oprugom (4).

Na sl. 8-45 prikazan je elektromagnetno komandovani razvodnik sa jednim elektromagnetom i dva položaja, a na sl. 8-46 sa dva elektromagneta i tri položaja. U prvom slučaju klip, (1) se pomera u telu (2) pomoću elektromagneta (3), a vraća u neutralni položaj pomoću opruge (7). U drugom slučaju pomeranje u dva položaja se vrši pomoću dva elektromagneta (3), a vraćanje u neutralni položaj pomoću dve opruge (7) koje su smeštene sa svake strane klipa, (1). Ovi razvodnici (direktno komandovani elektromagnetom) koriste se za protoke do 80 dm3min-1. Za veće snage potrebni su snažniji elektromagneti koji su tada znatno većih dimenzija, pa su i nepraktični.

Sl. 8-43

Sl. 8-44

Sl. 8-45

Zbog toga se za veće snage koriste elektromagnetno aktivirani-hidraulički komandovani razvodnici (eIektro-hidraulički). Primer takvog razvodnika dat je na sl. 8-47. Pomoću ektromagneta (13) aktivira se klin (20) malog (tzv.pilot) razvodnika. Time se ulje pod pritiskom dovodi u komoru (1), usled čega

108

se klip (2) glavnog razvodnika pomera iz neutralnog u radni položaj. U cilju smanjenja mehaničkih i hidrauličkih udara pri pomeranju klipa (2) u razvodnik se ugrađuju prigušivaci (8). Za ostvarenje upravljačkog pritiska, može da se koristi ista pumpa ali su tada veći gubici (zbog potrebe održanja minimalno potrebnog pritiska, za upravljanje od 3 do 7 bara), pa se obično ide na rešenje sa posebnim hidrauličkim kolom i pumpom male snage.

Sl. 8-46

Sl. 8-47

Sl. 8-48

Primer rešenja hidraulički komandovanog aksijalno-klipnog razvodnika dat je na sl. 8-48. Kao i kod prethodnih, tako i ovde postoje problemi prigušivanja.

Klipno-aksijalni pneumatički komandovani razvodnici su slični prethodnim, samo se ovde kao upravljački pritisak koristi pritisak vazduha ili nekog drugog gasa.

Kod klipno-obrtnih razvodnika umesto aksijalnog imamo obrtno kretanje klipa. Primer jednog klipno-obrtnog razvodnika sa tri položaja i četiri priključka ručno komandovanog, dat je na sl. 8-49.

109

Pločasti razvodnici, sl 8-47, dobili su naziv po ploči (10) čijim obrtanjem se vrši razvođenje ulja. Kod ovih razvodnika je problem prijema sile koja deluje na ploču sa donje strane. Na prikazanom primeru za ovo služi niz kuglica (18).

Ventilski razvodnici, kao i pretodni, obezbeđuju veoma dobro zaptivanje (praktično nema curenja). Kod ove vrste razvodnika, sl.8- 51, zaptivanje obezbeđuje naleganje kuglica (1) na oštre ivice.

Sl. 8-49 Sl. 8-50

Sl. 8-51

Posebnu vrstu razvodnika koji se naročito koriste pri automatizaciji hidrostatičkog prenosnika snage, predstavljaju tzv. klipno-aksijalni proporcionalni elektromagnetni razvodnici (servorazvodnici) sa povratnom spregom. Ovi razvodnici se upravIjaju po protoku ili po pritisku. Kod razvodnika koji upravlja protokom ovaj je proporcionalan ulaznom signalu i ne zavisi od pritiska na izlazu iz razvodnika, a kod razvodnika koji upravlja pritiskom, iz1lazni pritisak je proporcionalan ulaznom signalu i ne zavisi od izlaznog protoka. To znači, drugim rečima, kod ove vrste razvodnika sa promenom ulazne veličine (obično jačine struje ili napon) menjaće se izlazna veličina iz razvodnika (pritisak ili protok) proporcionalno ulaznoj veličini. Primer jednog takvog razvodnika prikazan je na sl.8-52, a dok se mehanizam ostvarenja upravljačkog pritiska vidi na sl.8-52, b.

Klip razvodnika (10) može da zauzme bilo koji položaj od neutralnog, do krajnjeg.

110

Sl. 8-52, a Sl. 8-52, b

Sl. 8-53

Regulacioni uređaji, koji se široko primenjuju u hidrostatičkim prenosnicima snage, mogu se klasifikovati na različite načine. U zavisnosti od namene dele se na: regulatore protoka, regulatore pritiska, regulatore smera strujanja fluida i kombinovane regulatore. U zavisnosti od načina dejstva dele se na dve osnovne grupe: direktnog i indirektnog dejstva.

U regulatore pritiska, pre svega, spadaju ventili sigurnosti direktnog dejstva. Ventili sigurnosti služe za obezbeđenje da se u instalaciji ne pređe određeni, maksimalno dozvoljeni pritisak. Zbog veoma široke primene ( svaka hidraulička instalacija mora imati bar jedan ventil sigurnosti) postoji čitav niz različitih rešenja, ali se sva mogu svrstati u tri osnovne grupe:

sa kuglicom, sl. 8-53, a, sa konusom, sl. 8-53, b i sa cilindričnim klipom, sl. 8-53, c. U osnovi ovih rešenja nalazi se prednapregnuta opruga. Od sile u opruzi zavisi i vrednost pritiska pri kojem ćce se ventil sigurnosti otvoriti i iz potisnog voda (od pumpe) ulje propustiti ka rezervoaru. Pri aktiviranju ventila dolazi do jakih udara zatvarača (kuglice, konusa, klipa) o sedište što se mora prigušiti. Za ovo postoje različita rešenja.

111

Sl. 8-54

Za velike snage koriste se ventili sigurnosti indirektnog dejstva (tzv servo-ventili sigurnosti). Za protoke iznad 63 dm3min-1 i pritiske iznad 100 bara primenjuju se ovi ventili sigurnosti. Primer rešenja servo-ventila sigurnosti prikazan je na sl. 8-54. Ovde se radi o kombinaciji dva ventila: pomoćni ventil sa konusnim zatvaračem (14) i oprugom (13) čija se prednapregnutost može podešavati točkom (8) i glavni ventil sa klipom (3) i oprugama (4) i (5).

Servo-ventil sigurnosti prikazan na sl. 8-54, može da se koristi i kao ventil za rasterećenje pumpe, tj. za prebacivanje pumpe na režim "praznog hoda".

Ovo se može da postigne ako se komora (A) preko priključka (16) i jednog razvodnika poveže sa rezervoarom. Pomeranjem razvodnika stvara se veza komore (A) sa rezervoarom, klip (3) se pomera, a ulje odlazi u rezervoar sa pritiskom koji je dovoljan za savlađivanje veoma slabih opruga (4) i (5). Vraćanjem razvodnika u prvobitni položaj prekida se veza komore (A) sa rezervoarom i ventil počinje da radi kao servo-ventil sigurnosti.

Često je potrebno da se u određenom delu sistema smanji pritisak za određenu vrednost. Za ovo služe ventili za smanjenje pritiska (redukcioni ventili). Ovi ventili mogu da se realizuju na različite načine (sa konstantnim izlaznim pritiskom, sa konstantnom razlikom pritiska na ulazu i izlazu i sa konstantnim odnosom ulaznog i izlaznog pritiska). Osim toga, mogu da budu direktnog i indirektnog dejstva.

Kao dopunski element sigurnosti ili davač impulsa za uključenje ili isključenje nekog drugog uređaja, često se koristi tzv. pritisni prekidač, koji pri određenom pritisku ostvaruje kontakt u prekidaču čime se ili isključuje pogon ili se aktivira, naprimer, elektromagnetni razvodnik.

U sistemima sa pumpom konstantnog protoka za regulisanje brzine kretanja izvršnih organa, naprimer HC, koriste se regulatori protoka. Najjednostavniji regulatori protoka koriste prigušnike različitog oblika kod kojih se protočni presek može da menja ručno ili na neki drugi način. S obzirom da pad pritiska u prigušniku mora imati konstantnu vrednost nezavisno od pritiska iza prigušnika, to se kod regulatora protoka vrši kombinovanje prigušnika i reduktora pritiska. Svi regulatori protoka dele se na dve grupe: dvograne i trograne.

Često se u sistemima kod kojih se sa jednom pumpom snabdevaju dva ili više izvršnih organa, zahteva raspodela protoka i to najčešće u istom iznosu. Za ovu funkciju služe tzv. Raspodeljivači protoka. Ovi raspodeljivači se kombinuju od četiri prigušnika, od kojih su dva sa konstantnim, a dva sa promenljivim presekom. Na sl. 8-55 prikazan je jedan takav uređaj. Pri jednakim opterećenjima u granama (1) i (2) klip (3) je u srednjem položaju, pa su pritisci u komorama (A) i (B) kao i protoci u obe grane jednaki. Pri nejednakom opterećenju grana klip (3) se pomera u stranu grane sa nižim opterećenjem povećavajući time hidraulički otpor, čime se uspostavlja jednakost protoka.

112

Sl. 8-55

U uređaje za regulisanje smera strujanja spadaju nepovratni ventili, sl. 8-56 i nepovratni ventili sa prigušnikom, sl.8-57. Ovi ventili omogućavaju protok samo u jednom srneru, dok u drugom smeru zatvaraju, prvo navedeni ventil, ili omogućuju protok, ali kroz prigušnik–ventil sa prigušnikom.

Sl. 8-56 Sl. 8-57

8.2.4 Ostale komponente U ostale komponente hidrostatičkih sistema za prenos snage spadaju armaturni elementi (priključci, cevi, creva, prirubnice), zaptivni elementi, fluidi (ulja), prečistači i razmenjivači toplote (hladnjaci i grejači ulja).

Za povezivanje komponenti u hidraulički sistem koriste se čelične cevi, savitljiva creva, priključci i prirubnice.

Veoma važne armaturne komponente su priključci. Mesta priključenja su ona mesta u hidrauličkom sistemu na kojima najpre dolazi do curenja. Zbog toga je razvijeno nekoliko sistema za priključke: pertlovani, zavareni, Ermeto i KR sistem. Većina od ovih sistema su standardizovani u većini razvijenih zemaIja, pa i u našoj zemlji.

Sl. 8-58 Sl. 8-59

113

Pertlovani sistem je prikazan na sl. 8-58. Ovaj sistem se primenjuJje na stacionarnim hidrauličkim instalacijama kada nema vibracija. Prema tome, ne koriste se na vozilima. Ovaj sistem je ograničen na prečnike cevi do 20 mm zbog potrebe za velikim momentima pritezanja.

Zavareni sistem, sl. 8-59 se razlikuje od prethodnog po tome što se kraj cevi ne pertluje nego se čeono zavaruje za konusnu čauru (2). Nisu potrebni tako veliki momenti pritezanja kao u prethodnom slučaju.

Ermeto sistem, s obzirom ne područja pritisaka raspoređen je u tri reda:

- vro laki red ("LL") - za pritiske do 40 bara,

- laki red ("L") - za pritiske 100 bara,

- teški red ("S") - za pritiske do 400 bara (za prečnike cevi do 20 mm), odnosno 250 bara (za prečnike cevi preko 20 do 38 mm).

Modifikovani laki red usvojen je i standardizovan u našoj zemlji (JUS M.B1.085, 612, 850 i 851; JUS-M. B6. 900, do 905, 908 do 926 i 930 do 933-za tzv. utični sistem i JUS M.B1-852; JUS M.B6. 940, 949 do 967 i 970; JUS M.C4.505-za tzv. čeoni sistem). Ovaj modifikovani red standardizovan u JUS-u koristi se samo za pneumatičke instalacije na vozilima (pneumatski prenosni mehanizam kočnog sistema), kada maksimalni pritisci ne prelaze 12,5 bara.

Nepropustljiv spoj između cevi i priključaka kod "Ermeto" sistema, sa utičnim spojem postiže se na sledeći način, sl. 8-60: površina ispusta (A) usečnog prstena (1) pri pritezanju spojne navrtke (2) kliza duž konusa priključka (3) i useca se u cev stvarajući vidljiv usek D. Nakon toga se deformiše deo (F) i steže deo cevi iza usečenoc mesta. Stezanje u predelu (F) omogućava da se usečni prsten (koji je površinski kaljen) elastično deformiše u svom srednjem delu (E). Usečni prsten (1) drži sve elemente pod naponom tako da je samoodvrtanje navrtke skoro isključeno. Ovu vrstu spoja je moguće rastavljati i spajati više puta pod uslovom da se usečni prsten posle prvog pritezanja aksijalno ne pomera. Kod čeonog spoja ovog sistema osim usečnog postoji i zaptivni prsten sa zaptivkom.

Sl.8-60

Sistem KR (Keela Ring) je zasnovan na anglosaksonskim merama (colovni sistem) .

Za hidrauličke instalacije na vozilima treba koristiti Ermeto system- laki i teški red.

Cevi se izrađuju od čelika, prema JUS C.B5.230 od čelika C1330, zatim od bakra (Cu 99,5) i legura aluminijuma (AICuMg-2).

Savitljive cevi (creva) proizvode specijalizovani proizvođači od armirane gume. Armiranje se vrši platnom i čeličnim nitima. U katalozima proizvođača daju se oznake, prečnici i pritisci (radni, probni i pritisak prskanja).

Rezervoar kao komponenta ulazi u sastav svakog hidrauličkog sistema. Rezervoar ima zadatak da primi određenu količinu ulja, zatim da održava temperaturu ulja u određenim granicama, da omogući lako izdvajanje vazduha iz ulja, da omogući taloženje nečistoća i dr. Često rezervoar služi i kao noseća konstrukcija za niz drugih komponenata (pumpa ventil sigurnosti, prečistač i dr.).

114

Izbor količine ulja, odnosno zapremine i oblika rezervoara su važan postupak u konstruisanju hidrauličkog sistema. Potrebno je obezbediti dovoljnu rashladnu površinu rezervoara posebno u sistemima kod kojih dolazi do intenzivnijeg zagrevanja ulja pri radu. Važno je da se usisni i povratni vodovi nalaze na što većem rastojanju u rezervoaru. Postoje preporuke u pogledu zapremine rezervoara. Na motornim vozilima zapremina rezervoara je manja nego u slučaju stacionarnih hidrauličkih instalacija. Ponekad prirodno hlađenje nije dovoljno (nedostatak prostora za veći rezervoar, intenzivnije zagrevanje i dr.), pa se u tok ulja (obično uz rezervoar) postavljaju hladnjaci. Osim toga, ponekad (naročito na vozilima) sistem radi pri vrlo niskim spoljnim temperaturama, pa je neophodno da se radna temperatura ulja (60°C i više-na vozilima) postigne za kratko vreme. U tim slučajevima u rezervoare se ugrađuju posebni grejači.

Rezervoar se gradi u različitim oblicima. Obično je to oblik kvadra koji se izrađuje od hladno valjanog čeličnog lima zavarivanjem. Na najnižem delu rezervoara predviđa se otvor za ispuštanje ulja. Sa strane se postavljaju otvori sa poklopcima čime se omogućava povremeno čišćenje rezervoara. Sa strane se, takođe, ugrađuje pokazivač nivoa ulja. Ulivno grlo je, obično, snabdeveno sitom za zadržavanje grubljih nečistoća. Na gornjoj strani predviđa se i odzračivac u koji se obavezno ugrađuje filter za vazduh. U unutrašnjosti se ugrađuje pregradno rebro koje odvaja usisni od povratnog dela. Visina ovog rebra treba da je 2/3 od visine nivoa ulja. Usisni i povratni vod su za rezervoar spojeni prirubnicama sa zaptivkama. Krajevi vodova su potopljeni u ulje i zasečeni pod uglom od 45°C, a postavljaju se tako da omoguće takvo strujanje ulja koje će omogućiti njegovo što intenzivnije hlađenje. Da bi se sprečila pojava korozije, unutrašnje površine rezervoara moraju se zaštititi specijalnim lakom. Pored rezervoara oblika kvadra grade se i u obliku valjka. Specijalizovani proizvođaci hidrauličkih komponenata (naprimer kod nas "Prva Petoletka") u svom programu obično imaju standardizovane oblike i zapremine rezervoara).

Zaptivni elementi su često ograničavajući faktor u razvoju hidrostatičkih sistema prenosa snage, posebno u pogledu daljih povećanja pritisaka. Zaptivanje u sistemu je potrebno na svim mestima spajanja ili relativnog kretanja dva elementa. Zbog toga je prvi korak ka uspešnom rešavanju problema zaptivanja-smanjenje broja spojeva. Pod pojmom zaptivanja podrazumeva se sprečavanje, odnosno smanjenje na najmanju moguću meru curenja, odnosno gubitaka ulja. Ovo se postiže primenom raznih vrsta zaptivki izrađenih od različitih vrsta materijala ( metalni prstenovi, elastomeri i dr.) i smanjenjem zazora između elemenata koji se relativno kreću.

Metalni zaptivni elementi za relativno pokretne elemente u obliku prstenova (obično rasečenih) grade se od livenog gvožđa, perlitne strukture, tvrdoće od 170 do 220 HB. Prednost im je u: niskoj ceni, malom prostoru koji zauzimaju, neosetljivosti na temperaturu, dugom veku. Veliki nedostatak im je što zahtevaju veoma tačnu obradu cilindričnih površina koje zaptivaju.

Za zaptivanje u spojevima armaturnih elemenata (priključaka, cevi i creva) između sebe ili sa ostalim komponentama sistema (dakle, za međusobno nepokretne) spojeve koriste se veoma mnogo bakarni i aluminijski prstenovi.

Za zaptivanje međusobno pokretnih spojeva, pored metalnih prstenova od livenog gvožđa danas se veoma mnogo koriste elastomeri, tj. materijali koji pripadaju grupi prirodnih ili sintetičkih kaučuka. Najviše korišćeni materijal ove vrste je akrilnitrilni kaučuk (tačnije butadien-akrilnitrilni kaučuk). Ovaj kaučuk je poznat pod komercijalnim nazivima "perbunan N" i "buna N". Koristi se za zaptivanje hidrauličkih mineralnih ulja. Ovaj materijal je potpuno neotporan na ulja koja se izrađuju na bazi alkohola (naprimer, VKA-2 ulje). Za zaptivanje mineralnih i biljnih ulja danas se sve više koriste poliuretanski elastomeri (poznati pod imenima "vulkolan", "hidrofil" i "uretan"). Nedostatak ovih materijala je neotpornost prema vrućoj vodi i vodenoj pari. Temperaturska granica primene ovih materijala je veoma uska: od - 35°C do 80°C. Velika prednost im je izvanredna otpornost na habanje.

Danas se za izradu zaptivki veoma mnogo koristi politetrafluoretilen, (poznatiji pod imenom "teflon") koji pripada grupi plastičnih masa. Pogodan je za rad u veoma širokom dijapazonu temperature: od - 150°C do 250°C. Otporan je na sve hemijske agense, pa se koristi za zaptivanje svih vrsta medijuma.

Zaptivke se izrađuju u različitim oblicima, različitih dimenzija. Specijalizovani proizvođači propisuju, odnosno preporučuju način ugradnje / 11 /.

Mineralna hidraulička ulja su fluidi koji se koriste u hidrostatičkim prenosnicima snage. Ovo ulje se sastoji od baznog ulja, dobijenog preradom sirove nafte, sa dodatkom aditiva. Baznom ulju se dodaju sledeći aditivi: za sprečavanje oksidacije (starenja) ulja, za sprečavanje korozije metalnih površina, za sprečavanje punjenja ulja (poboljšavaju izdvajanje vazduha), za ostvarenja željenih karakteristika viskoziteta i za sprečavanje habanja metalnih elemenata sistema. Najpoznatije domaće hidraulično

115

ulje je "hidraol". Pri izboru i zameni ulja treba se pridržavati uputstava proizvođača hidrauličkih komponenata, a pre svega HP, HM i HC.

Čistoća ulja u sistemu bitno utiče kako na funkciju tako i na vek hidrostatičkog sistema za prenos snage. Zbog toga je neophodno, pre svega, da se u sistem uliva ulje sa što manje stranih primesa. Sa druge strane, u toku rada sistema neophodno je stalno prečišćavanje ulja. Ovu funkciju na sebe preuzimaju prečistači (filteri). Pitanje potrebne "finoće prečišćavanja" je bitno za izbor prečistača. Za ovo postoje različite preporuke. Proizvođači komponenata hidrostatičkog sistema za prenos snage preporučuju potrebnu finoću prečišćavanja.

Postoje dve osnovne vrste prečistača: oni koji rade na principu odvajanja stranih primesa putem propuštanja ulja kroz porozni materijal i oni koji koriste energiju sa strane (magnetno, električno, gravitaciono, centrifugalno polje).

Prečistači koji rade na principu zadržavanja čestica dele se na dve grupe: površinske i zapreminske. Površinski zadržavaju strane čestice po površini (sita, tkanine, hartija i dr.), a prostorni - po celoj zapremini (karton, metalo keramika, keramika, mineralna vata, filc i dr.). Gradnja prečistača može biti različita / 10, 11 /.

Prečistače grade specijalizovani proizvođači, a konstruktor ih bira na osnovu kataloga.

9. ELEKTRIČNI PRENOSNICI SNAGE Električni prenosnici snage u oblasti motornih vozila do sada su našli širu primenu samo u specijalnim teretnim vozilima visokih nosivosti (tzv. damperi) koja se koriste za prevoz rastresitih tereta (rude i jalovine) na dnevnim kopovima rudnika. Ranije su postojali pokušaji i rešenja električnog prenosa snage i na autobusima viših kategorija.

Osnovne prednosti električnog prenosnika snage na motornim vozilima sastoje se u tome što je moguća kontinualna promena parametara snage bez njenog prekida od izvora do pogonskih točkova, jednostavan prenos snage na veća rastojanja jednostavnim električnim provodnicima, manji zamor vozača i mogućnost korišćenja prenosnika za efikasno kočenje.

Međutim, osnovni nedostatak ove vrste prenosnika snage je velika težina njegovih osnovnih komponenata.

Na vozilima opremljenim električnim prenosnicima mehanička energija koju odaje motor sa unutrašnjim sagorevanjem pretvara se u generatoru u električnu energiju, a ova u električnim motorima opet u mehaničku.

Do sada su razvijena dva osnovna sistema električnog prenosa snage na motornim vozilima: sa jednosmernom i sa naizmeničnom strujom.

U sistemu sa jednosmernom strujom mehanička energija motora unutrašnjeg sagorevanja se pretvara u električnu u generatoru jednosmerne struje, a električna u mehaničku u motorima jednosmerne struje. U sistemu sa naizmeničnom strujom mehanička energija motora unutrašnjeg sagorevanja pretvara se u električnu u generatoru naizmenične struje. lzmeđu ovog generatora i električnih motora jednosmerne struje ugrađen je ispravljač u kojem se naizmenična struja ispravlja u jednosmernu. Kao što se vidi u sistema se koriste električni motori jednosmerne struje koji se mogu veoma jednostavno da regulišu u širokom opsegu ugaone brzine i obrtnog momenta.

Osnovna blok shema električnog prenosnika snage u sistemu jednosmerne struje prikazana je na sl. 9-1. Postoji potpuna analogija između ovakvog električnog i hidrostatičkog prenosnika snage / 1 /.

Sl. 9-1

116

Kao i kod hidrostatičkih, tako i kod električnih prenosnika snaga zbog ograničenja i najnižim ugaonim brzinama hidro, odnosno elektro-motora između ovih i točkova obično se ugrađuju mehanički reduktori stalnog (nepromenljivog) prenosnog odnosa.

Blok-shema na sl. 9-1 prikazuje slučaj pogona na dva pogonska točka. Međutim, pogon može biti i na sva četiri točka. U tom slučaju ugrađuju se četiri elektro-motora.

Sl. 9-2 Sl. 9-3

Koeficijent transformacije (prenosni odnos) zavisi, pre svega, od načina uključenja elektro-motora u glavnu električnu mrežu. Pri polasku iz mesta i ubrzanju vozila, kao i na velikim usponima potrebni su veliki prenosni odnosi. Zbog toga se svi elektro-motori povezuju u rednu vezu, sl. 9-2, a. Sa povećanjem ugaone brzine elektro-motora vrši se prevezivanje na redno-paralelnu vezu, sl.9-2, b. Pri kretanju vozila po ravnom putu sa najvišim brzinama kretanja elektro-motori se prevezuju u paralelnu vezu, sl. 9-2, c. Ovo prevezivanje se obično vrši automatski na osnovu promene brzine kretanja vozila.

Elektro-motori sa reduktorima se najčešće stavljaju u točkove. Primer takvog rešenja sa planetarnim reduktorom prikazan je na sl. 9-3. Drugi karakterističan način realizacije pogona je prikazan na sl. 9-4. Kod ovog rešenja elektromotori se nalaze u centralnom delu pogonskog mosta, a prenos snage na točkove vrši se preko dva reduktora sa nepokretnim osama, dva vratila i dva planetarna reduktora smeštena u samim točkovima.

Sl. 9-4

117

Sl. 9-5

Ilustracije radi, na sl. 9-5 prikazano je jedno vozilo (damper) sa električnim prenosnikom snage jednosmerne struje. Blok motora sa unutrašnjim sagorevanjem, generatora jednosmerne struje i alternatora sa ventilatorom ovog vozila prikazan je na sl. 9-6. Pogon kod ovog vozila rešen je po shemi prikazanoj na sl. 9-4. Izgled elektro-motora jednosmerne struje prikazan je na sl. 9-7.

Sl. 9-6

Sl. 9-7

Već je rečeno da se sa električnim prenosnikom snage može da ostvari veoma efikasno kočenje. Pri kočenju elektro-motori prelaze u režim rada generatora. Ovako generisana električna energija se

118

pretvara u toplotu u posebnim otpornicima, a toplota od njih odvodi se u atmosferu vazduhom. Za hlađenje otpornika i odvođenje toplote na vozilu postoji poseban ventilator koji struju vazduha upućuje preko otpornika, sl. 9-8. Elektro-motor koji pogoni ventilator za hlađenje otpornika napaja se iz elektro-motora koji pri kočenju, kao što je napomenuto, rade u režimu generatora.

Sl. 9-8

Osim prikazanog načina električnog prenosa snage u jednom toku, kada se sva snaga prenosi preko električnog prenosnika, postoji i kombinovani elektro-mehanički prenos snage. Kod ovog načina prenošenja samo jedan deo energije od motora sa unutrašnjim sagorevanjem se pretvara u električnu, dok se drugi deo paralelno prenosi na točkove mehaničkim prenosnikom snage. Ovakvi sistemi prenosa snage imaju bolji stepen korisnog dejstva, ali su složeniji i teži za istu snagu.

Na kraju ovog kratkog izlaganja o konstrukciji električnih prenosnika snage na motornim vozilima treba da se istskne da ova vrsta prenosa snage ima, slično hidrostatičkoj, prednost pri prenosu snage sa vučnog na priključno vozilo za ostvarenje njegovog pogona.

Za detaljnije informacije o električnim prenosnicima snage čitalac se upućuje na odgovarajuću posebnu literaturu / 12,13,14 /.

10. AUTOMATSKI MENJAČKI PRENOSNICI Automatski menjački prenosnici snage su oni menjački prenosnici u kojima se vrši automatska promena prenosnih odnosa, odnosno parametara snage.

Kao što je već napred rečeno, promena prenosnih odnosa, tj. parametara snage može da se vrši: stupnjevito (mehanički zupčasti menjači), kontinualno (frikcioni, hidrodinamički, hidrostatički i električni menjači) i mešovito (hidromehanički menjači).

Kod većine menjača za automatsku promenu parametara snage (promenom prenosnog odnosa) neophodno je uvođenje signala za regulaciju i ostvarenje spoljne povratne sprege. Međutim, hidrodinamički menjač je poznat po tome što ima osobinu automatske samoregulacije, tj. što u zavisnosti od otpora koji se javljaju na izlaznom (turbinskom) vratilu automatski menja i podešava prenosni odnos po momentu i ugaonoj brzini. Ovo znači da ta vrsta menjača poseduje unutrašnju povratnu spregu. Nažalost, hidrodinamički menjač ne može da zadovolji ceo opseg promene potrebnih prenosnih odnosa na motornom vozilu, a osim toga, stepen korisnog dejstva mu se jako menja i zavisi od realizovanog prenosnog odnosa, pa je njegovo korišćenje ekonomično u relativno uskoj oblasti prenosnih odnosa. S obzirom na to, hidrodinamički menjači na motornim vozilima isključivo se koriste u sprezi sa mehaničkim zupčaničkim menjačima i to najčešće sa pokretnim osama vratila. Takva kombinacija se naziva hidromenjačkim menjačem (mešovita promena prenosnog odnosa). Kod takvih menjača stupnjevita promena prenosnog odnosa u mehaničkom delu vrši se bez prekida ili sa kratkotrajnim prekidom toka snage.

119

Za automatsku promenu prenosnog odnosa u mehaničkom delu hidromehaničkog menjača neophodno je uvođenje odgovarajućeg signala i realizacije spoljne povratne sprege.

U hidromehaničke menjače ulaze i kombinacije hidrodinamičke spojnice sa zupčastim menjačem. Na ovoj kombinaciji zasnovan je niz rešenja automatskih menjača realizovanih u SAD, a namenjenih za ugradnju na putničke automobile.

Uvođenje signala za automatsku promenu prenosnih odnosa kod menjača koji rade sa klizanjem (npr. frikcioni i hidrostatički) je mnogo jednostavnija u odnosu na zupčaste menjače.

Hidrostatički menjački prenosnici do sada nisu našli širu primenu na motornim vozilima, kao što je to već rečeno u poglavlju 8, ove knjige. U oblasti frikcionih menjača do sada je na motornim vozilima našlo širu primenu samo automatizovano rešenje “ Variomatic “ firme DAF, a koje je već prikazano u knjizi “ Automatizacija sistema motornog vozila “ (izdanje Mašinskog fakulteta u Beogradu, 1976.) na koju se čitalac upućuje.

U pomenutoj knjizi prikazani su i osnovni sistemi i parametri kao i problemi u vezi sa automatskom promenom prenosnih odnosa u zupčastom menjaču hidromehaničkog menjača. Osim toga, u toj knjizi su prikazane i osnovne mogućnosti za grananje snage koje se često koristi pri realizaciji automatskih menjača. Zbog toga će na ovom mestu u skraćenom obliku biti prikazana samo konstrukcijska rešenja nekoliko karakterističnih automatskih hidromehaničkih menjača.

Na sledećoj slici prikazan je raspored komponenti, kao i njihove funkcije, kod automatske promene parametara snage.

120

Spojnica E: Prenosi obrtni moment na zupčanički par 1

Spojnica B: Prenosi obrtni moment na zupčanički par 2

Kočnica C: Blokira sunčani zupčanik P2

Kočnica D: Blokira vratilo zupčanika T2- prstenasti zupčanik H1

Kočnica F: Blokira sunčani zupčanik P1

10.1 PREGLED RAZVOJA AUTOMATSKIH MENJAČA Prvi automatski menjač realizovao je H. RIESELER 1927. godine.

Na slici 10-1 prikazana je kinematska shema, a na slici 10-2 poprečni presek ovog menjača. Kao što se može da zapazi, automatski menjač sastojao se od hidrodinamičkog menjača sa dvostepenim turbinskim kolom (T1 i T2) i epicikličnog planetarnog menjača. Realizacija četiri stepena prenosa za hod u napred I jednog za hod u nazad ostvaruje se pomoću dve spojnice (S1 i S2) i tri kočnice (K1, K2 i K3), u različitim kombinacijama njihovog aktiviranja, kako je to prikazano u tablici na sl.10-1. Pri polasku hidrodinamički menjač povećava obrtni moment 2, 6 puta. Karakteristika ovog prvog rešenja je u tome što se u 3. i 4. stepenu prenosa snaga ne prenosi preko hidrodinamičkog menjača jer se ovaj premošćuje spajanjem pumpnog ( P ) i turbinskog kola, ( T1 i T2 ) aktiviranjem spojnice S1. Na taj način eliminišu se gubici snage u hidrodinamičkom menjaču i to u stepenima prenosa koji se najduže koriste pri kretanju vozila. Iako ovo prvo rešenje automatskog menjača nije našlo širu primenu primenu ono je značajno po tome što njegova konstrukcija sadrži skoro sve komponente kao i hidraulički način aktiviranja servouređaja koji se i danas koriste u automatskim menjačima.

Sl. 10-1

Sl. 10-2

121

Intenzivan razvoj automatskih menjača počinje tek 1939. godine u američkoj firmi GMC. Ovaj razvoj je tekao, može se reći, u dva koncepcijska razvojna pravca. Prvi od njih išao je na razvoj automatskih menjača kao kombinacije hidrodinamičkih spojnica i hipocikličnih planetarnih menjača, a drugi-kao kombinacija hidrodinamičkog menjača i, takođe, hipocikličnog planetarnog menjača. Prvi razvojni pravac išao je za tim da se primenom hidrodinamičke spojnice i grananja snage u najčešće korišćenim stepenima što je moguće više smanje gubici pri prenosu snage. Četiri stepena prenosa za hod u napred i jedan za hod u nazad automatski su ostvarivana hidrauličkim komandnim mehanizmom. Dvoimpulsni automatski sistem / 9 / kao parametre koristio je brzinu kretanja vozila i položaj pedale za punjenje motora (pedale "gasa"). Najveći napori u ovom razvoju bili su posvećeni problemima bezudarne promene prenosnih odnosa, tj. što "mekše" promene obrtnog momenta i broja obrtaja pri promeni stepena prenosa. Drugi razvojni pravac nije imao ovih problema jer se bazirao na primeni hidrodinamičkog menjača. Smanjenje gubitaka u ovom delu menjača ostvarivano je korišćenjem tzv. Trilok-principa / 9 /.

Kao rezultat rada prvog razvojnog pravca nastalo je rešenje automatskog menjača HYDRAMATIC od četiri varijante (A, B, C i D), a kao rezultat rada drugog razvojnog pravca automatskih menjača pod nazivom DINA - FLOW sa, takođe, više varijanti.

Posle uspeha u pomenutom razvoju kod firme GMC dolazi, počev od 1950. godine, do brzog razvoja automatskih menjača i kod drugih firmi u SAD (PACKARD, BORG-WARNER, FORD, CHRYSLER i dr).

U Evropi, iako je u njoj, kao što je rečeno, razvijen prvi automatski hidromehanički menjač, najpre se pošlo u ostvarenje tzv. poluautomatskih čisto mehaničkih menjača. Naime, prvi korak u tom razvoju je bio automatizovanje rada glavne spojnice. U tom cilju bio je razvijen čitav niz automatskih spojnica: mehaničkih-centrifugalnih, električnih-sa magnetnim prahom i hidrodinamičkih (sa promenljivim punjenjem tj. regulišućih). Nijedno od tih rešenja nije se dugo zadržalo.

Prvi automatski menjači u Evropi razvijeni su u Engleskoj. Posle odrešenog perioda licencne proizvodnje američkih menjača došlo je do pojave dva rešenja: HOBS-ov MECHAMATIC i SMITS-ov AUTOSELECTRIC. U Francuskoj se u 1963. godini prvo pojavljuje automatski menjač firme RENAULT koji za promenu prenosnih odnosa koristi spojnice i kočnice na bazi magnetnog praha, tj. princip SMITS-ovog menjača.

U Nemačkoj se kao prvo pojavljuje rešenje S. BORGWARD-a koje sadrži hidrodinamički menjač sa spojnicom za njegovo preaošćenje i zupčasti menjač sa dva stepena prenosa. Firma DAIMLER-BENZ posle korišćenja američke licence razvija 1961. godine sopstveno rešenje koje koristi hidrodinamičku spojnicu i planetarni prenosnik sa četiri stepena prenosa. Godine 1963. firma ZF pojavljuje se sa svojim rešenjem automatskog menjača tipa 3HP-12.

U SSSR-a razvijena su najpre dva rešenja automatskog menjača: VOLGA i ČAJKA M-13, a u Japanu automatski menjač pod nazivom TOYOGLIDE.

U Jugoslaviji se, takođe, posle oslobođenja počelo sa razvojem hidrodinamičkih i automatskih prenosnika. Ovaj razvojni rad posebno je intenzivan na Institutu "Mihailo Pupin" u Beogradu i industriji "14. oktobar" u Kruševcu.

10.2 PRIKAZ KARAKTERISTIČNIH REŠENJA Na ovom mestu će biti prikazano samo nekoliko karakterističnih rešenja automatskih menjača uz prikaz funkcije i konstrukcijskih karakteristika. Za šire informacije o ovde prikazanim, kao i drugim rešenjima čitalac se upućuje na odgovarajuću literataru /9,15,16/.

Kao što je rečeno, prvo rešenje automatskog menjača koje je našlo veoma široku primenu i ugrađeno u milione putničkih vozila, je automatski menjč poznat pod nazivom HYDRAMATIC.

Na slici 10-3 prikazana je shema prve varijante ovog menjača (izvođenje A), koje ima četiri stepena prenosa za hod unapred i jedan za hod unazad, a sastoji se od jedne hidrodinamičke spojnice i tri osnovna pIanetarna sklopa. Za promenu stepeni prenosa koriste se: dve trakaste kočnice (K1 i K2), dve višelamelaste vlažne spojnice (S1 i S2) i jednosmerna spojnica u obliku skakavice (JS).

122

Sl. 10-3

Jedna od bitnih karakteristika ovog rešenja sastoji se u tome šo se prvi planetarni sklop (1.PL), gledano po toku snage, nalazi ispred hidrodinamičke spojnice, iako je konstrukcijski gledano, sl. 10-4, smešten iza nje. Ovakvo rešenje omogućuje da se u trećem i četvrtom stepenu prenosa vrši grananje snage pri čemu samo 38% snage (sa ugrađenim brojem zubaca) ide preko hidrodinamičke spojnice, čime se smanjuju gubici pri prenosu snage. Sa druge strane, ovakvo postavljanje hidrodinamičke spojnice u tok snage obezbeđuje mekši polazak, odnosno prihvatanje" u prvom stepenu prenosa, što je veoma poželjno, ali zato hidrodinamička spojnica postaje znatno "Tvrđa" pri uključivanju četvrtog stepena prenosa.

Sl. 10-4

Pri ugradnji automatskog menjača zadržavanje (kočenje) vozila u mestu ukIjučivanjem jednog stepena prenosa (najčešće je to prvi ili stepen prenosa za hod unazad) obično nije moguće. Zbog toga se u tim slučajevima na izlaznom vratilu postavlja nazubljeni točak kojeg zahvata jedna skakavica. Kod ovog prvog izvođenja HYDRAMATIC menjača za to se koristi postojeća jednoserna spojnica JS, pri čemu kočnica K2 mora da bude aktivirana. Pošto kod vozila koje stoji nema ulja pod pritiskom, to se aktiviranje kočnice K2 vrši oprugom, a dezaktiviranje uljem pod pritiskom, za razliku od ostalih servo-uređaja koji se aktiviraju uljem pod pritiskom.

Na automatsku promenu stepeni prenose u prvom redu utiče brzina kretanja vozila, a zatim način vožnje.

Sl. 10-5

123

Da bi se sprečila ciklična promena stepeni prenosa, o čemu je bilo reči u napred pomenutoj knjizi, automatski sistem je tako podeljen da se promene iz nižeg u viši stepen prenosa (pri zaletu vozila) obavljaju pri višim brzinama kretanja vozila i višim ugaonim brzinama kolenastog vratila nego pri promeni iz višeg u niži stepen prenosa (pri usporavanju vozila) i to pri istom položaju pedale za punjenje motora (pedale za. "gas"), kako je to prikazano na slici 10-5, za slučaj punog opterećenja motora. Isto to važi i za promenu stepeni prenosa pri parcijalno opterećenom motoru. Pri crtanju dijagrama na sl. 10-5 nije uzeto u obzir klizanje u hidrodinamičkoj spojnici.

Automatska promena stepeni prenosa po unapred utvrđenom programu obavlja se uz pomoć upravljačkog sistema koji se sastoji od servo-uređaja (kočnice, spojnice, jednosmerne spojnice), uljno-hidrauličkog kola i regulatora (centrifugalni). Sastav, konstrukcija i funkcija ovog sistema, prikazani su u odgovarajućoj literaturi / 9,16 /. Ovde bi trebalo samo da se istakne da vozač pomoću jedne komandne poluge određuje režim rada sistema. Komandna poluga ima četii položaja: "N"-isključen sistem, vozilo stoji; "D"-hod u napred, kada se sva četiri stepena prenosa automatski menjaju; "L"-hod u napred, kada se automatski menjaju samo prva dva stepena prenosa (koristi se samo pri kretanju na usponima); "R"-hod u nazad.

Druga varijanta Hydramatic automatskog menjača, poznata pod nazivom STRATOFLIGHT ima kao i prva varijanta tri osnovna planetarna sklopa, od kojih se prvi u toku snage nalazi ispred hidrodinamičke spojnice. Razlika između ove i prve varijante je, sl. 10-6, u sledećem: umesto prve, višelamelaste, spojnice ugrađena je hidrodinamička spojnica HS čijim se brzim punjenjem i pražnjenjem u toku 1 do 2 s vrši spajanje i razdvajanje; umesto prve trakaste ugrađena je vilšelamelasta kočnica K1 koja radi u sprezi sa jednosmernom spojnicom JS1; zadatak trakaste kočnice K2 u prvoj varijanti sada su preuzeli višelamelasta kočnica K2 i jednosmerna spojnica JS2.

Sl. 10-6

Polupresek ovog menjača prikazan je na sl. 10-7. Karakteristika ove varijante sastoji se u tome što ima grananje i spajanje snage u po dve tačke (R1 i R2, odnosno S1 i S2, na sl. 10-6).

Sl. 10-7

Komandna poluga za izbor režima ima šest položaja. Pored četiri položaja koje ima prva, ova druga varijanta ima još jedan položaj za hod unapred (D2), pri čemu se automatski menjaju prva tri stepena prenosa s tim što se u prvom i trećem obezbeđuje i kočenje motorom, kao i položaj "N"-položaj spajanja vozila sa motorom u radu. Kod ove varijante kočenje motorom je obezbeđeno u prvom i drugom stepenu prenosa u položaju "L" komandne poluge.

124

Na osnovu iskustava sa prve dve varijante, a u želji da se ostvari automatski menjač za manja vozila, razvijeno je jedno jednostavnije rešenje pod nazivom prvo kao Hydramatic 61-15, a kasnije kao ROTO-HYDRAMATle 240 sa tri stepena prenosa za hod unapred i jednim za hod unazad.

Osnovna karakteristika ovog rešenja, za razliku od prethodna dva, je u tome što se hidrodinamička spojnica ne samo konstrukcijski nego i u toku snage nalazi ispred planetarnih prenosnika kojih sada ima samo dva. Osim toga, hidrodinamička spojnica osim pumpnog i turbinskog ima još jedno, tzv. multiplikaciono kolo ili, kraće, multiplikator, sl.10-8. Ovo novo kolo, multiplikator, nema u potpunosti istu funkciju kao reakciono kolo kod hidrodinamičkog menjača. Njegovim ugrađivanjem postiže se povećanje obrtnog momenta u polasku i to sa koeficijentom od svega 1,3. Međutim, ovo kolo se “oslanja" (vezano je) na izlazno vratilo menjača. Time se pri kretanju unapred jednim delom smanjuje povećani obrtni moment, a pri kretanju vozila unazad-povećava. Ovakav način oslanjanja multiplikatora (vezivanja za izlazno vratilo) obezbeđuje povećanje obrtnog momenta samo pri velikim (relativnim) razlikama ugaonih brzina ulaznog i izlaz nog vratila što je slučaj u prvom stepenu prenosa i u hodu unazad dok u trećem (direktnom) stepenu prenosa nema uticaja na promenu obrtnog momenta. U drugom stepenu prenosa hidrodinamička spojnica ne učestvuje u prenosu snage (vidi tabelu na sl. 10-8) već se ona prenosi isključivo preko mehaničkih komponenata menjača. Hidrodinamička spojnica sa ovako oslonjenim multiplikatorom predstavlja prelazno rešenje između hidrodinamičke spojnice i hidrodinamičkog menjača.

Sl. 10-8

Pri zaustavljenom vozilu i motoru u hidrodinamičkoj spojnici nema ulja. Tek nakon pokretanja motora (koje je moguće samo kada je komandna poluga za izbor režima kretanja u položaju "N" ili "P") dolazi do punjenja HS. Kada se komandna poluga postavi u položaj "D" aktivira se kočnica K i time ostvaruje prvi stepen prenosa. Automatsko uključivanje drugog stepena prenosa vrši se brzim pražnjenjem HS (preko odgovarajućeg ventila u toku jedne sekunde) i aktiviranjem spojnice S, čime se snaga prenosi isključivo preko mehaničkih komponenata. U trećem stepenu prenosa ponovo se puni HS, a isključuje kočnica K. I kod ovog menjača postoji šest položaja komandne poluge za izbor režima rada automatima (šest programa): položaj "P"-parkiranje; "N"-vozilo zaustavljeno, motor radi; "D"-trajan rad; "S"-režim sa razvijanjem visokih perforaansi; "L”-menjač ostaje uvek u prvom stepenu prenosa i "R"- hod unazad. U položaju "S" promena iz 2. u 3. i iz 3. u 2. stepen prenosa vrši se samo pri jednoj određenoj brzini kretanja vozila, nezavisno od položaja pedale za gas za razliku od položaja "D" kada se promena svih stepena prenosa pri ubrzanju i usporenju vrši pri različitim brzinama kretanja vozila u zavisnosti od položaja pedale za gas.

Na osnovu dobrih iskustava sa prethodnom varijantom menjača razvijena je još jedna, nova varijanta, poznata pod nazivom HYDRAMATIC 375, namenjena za više kategorije putničkih automobila. Ovo se rešenje razlikuje od prethodnog u tome što je uvedena nova kočnica K1, sl. 10-9, sa jednosmernom spojnicom JS, koja se koristi za realizaciju sva tri stepena prenosa dok se kočnica K koristi (aktivira) samo za realizaciju režima "S" i "L".

125

Sl. 10-9

Napred je rečeno da je u okviru drugog razvojnog pravca u GMC nastao menjač DYNAFLOW sa, takođe , nekoliko varijanti.

U cilju poboljšanja strujnih procesa i time stepena korisnog dejstva hidrodinamičkog menjača (HBM) tokom rada u okviru ovog razvojnog pravca došlo se do tzv. polifaznog HM u kojem je vršena celokupna promena prenosnog odnosa. Planetni deo kod prvih varijanti služio je samo za ostvarenje stepena prenosa za hod unazad i obezbeđenje povećanog prenosnog odnosa za hod unapred za kretanje na usponima, a koji je ostvarivan ručnom komandom. Shema prve varijante DYNAFLOW menjača , prikazana je na sl. 10-10, a poprečni presek na sl. 10-11.

Sl. 10-10

Sl. 10-11

Kao što se na sl. 10-10 vidi HM ima dva pumpna (P1 i P2) i dva reaktorska (RK1 i RK2) kola. Pumpna kola su međusobno povezana preko jednosmerne spojnice, a reaktorska kola se oslanjaju na kućište preko svojih jednosmernih spojnica. Promena obrtnog momenta u HM se vrši u četiri faze (otuda i

126

naziv polifazni HM). U prvoj fazi , pri polasku vozila iz mesta P2 se obrće brze od P1. Reaktoska kola su nepokretna, a u polasku koeficijent povećanja obrtnog momenta iznosi 2,15. Nakon dostizanja određenog broja obrtaja turbinskog vratila brojevi obrtaja P1 i P2 se izjednačuju ( pocečak druge faze) i dalje nastavljaju zajednički da rade usled čega dolazi do povećanja stepena korisnog dejstva. Kada ovaj dostigne maksimalnu vrednost oslobađa se RK1 i počinje da se obrće (početak treće faze) čime dolazi do novog povećanja stepena korisnog dejstva. Konačno dolazi do oslobađanja i RK2 (početak četvrte faze) čime HM prelazi u režim rada HS čisto uslovljava dalje povećanje stepena korisnog dejstva.

Komandna poluga ovog menjača ima pet položaja: "P"-zaustavljeno vozilo i motor; "N"-vozilo stoji, a motor radi; "D"-normalna vožnja unapred; "L"-kretanje na usponu unapred i "R"-hod unazad.

Na osnovu ove prve razvijena je druga varijanta Dynaflow menjača pod nazivom POWERGLIDE. Kod ovog rešenja u šuplji torusni deo HM ubačene su na pumpno i turbinsko kolo dodatne lopatice koje su ostvarivale HS pri kretanju vozila po inerciji, tj. kada je vozilo pogonilo svoj motor. Pri tome su pomoćne lopatice na turbinskom kolu preuzimale pumpni, a pomoćne lopatice na pumpnom kolu-turbinski rad. Pri predaji snage od motora ka točkovima koso postavljene pomoćne lopatice ponašale su se kao jednosmerna spojnica. Ovakvo rešenje HM omogućavalo je da se motor vozila pri kretanju niz nagib koristi kao kočnica. Izgled preseka ovog menjača prikazan je na sl. 10-12. Kasnije je ova varijanta dobila svoju podvarijantu u kojoj je umesto polifaznog HM primenjen normalni TRILOK-HM.

U daljem razvoju dolazi rešenje pod nazivom TWIN TURBINE DYNAFLOW-menjač koji se od prethodnih razlikuje po tome što je primenjen HM, sl.10- 13, sa po jednim pumpnim i reaktivnim kolom i dvostepenom turbinom (T1 i T2). Pošto se dva turbinska kola nalaze jedan iza drugog to između njih mora da postoji razlika u broju obrtaja .

Sl. 10-12 Sl. 10-13

Zbog toga turbinsko kolo T1 spojeno sa spoljnim prstenastim zupčanikom, a drugo (T2) sa nosačem satelita jednog planetarnog prenosnika. Nosač satelita je, jednovremeno spojen sa izlaznim vratilom HM. Reaktivno kolo RK spojeno je sa jedne strane, sa sunčanim zupčanikom, a sa druge, preko jednosmerne spojnice (JS) sa kućištem menjača. Zbog toga je pri polasku sunčani zupčanik nepokretan. U toj fazi rada T1 preuzima najveći deo uvedenog obrtnog momenta i povećanog za odnos broja zuba prstenastog zupčanika i planetarca predaje ga izlaznom vratilu. Pri porastu broja obrtaja izlaznog vratila raste i obrtni moment kojeg prihvata T2. U tački prelaska na režim rada HS, RK i sunčani zupčanik počinju da se obrću pri čemu se ceo obrtni moment sa P prenosi nepromenjen na T2. Zbog ovakve veze koeficijent transformacije (povećanja) obrtnog momenta u startu povećava se sa 2,15 na 2,45, dok je stepen korisnog dejstva u celoj oblasti povećan (izuzev okoline tačke prelaska na režim rada HS).

HYDRAMATIC-menjači su obezbeđivali vozilu znatno bolje karakteristike ubrzanja u odnosu na do sada prikazane DYNAFLOW-menjače zbog toga što se kod njih pomoću jednog prekidača smeštenog ispod pedale za gas (tzv. "kick down") mogao u mehaničkom delu menjača ostvarivati, prinudno (bez uticaja automatika) niži stepen prenosa.

Da bi se kod čisto hidrodinamičkog menjača omogućio ovaj efekat "kick down"-a i time poboljšale karakteristike ubrzanja u polasku vozila razvijen je novi menjač. Kod ovog menjača, sl. 10-14, lopatice RK se mogu da zakreću tako da pri normalnom kretanju imaju mali, a pri ubrzanju (davanjem impulsa na prekidač ispod pedale gasa) imaju veliki ugao. Osim toga, sunčani zupčanik planetarca, za razliku od onog sa sl. 10-13, spojen je za kućište menjača preko svoje jednosmerne spojnice (JS2). Izgled

127

RK sa lopaticama u svoja dva položaja prikazan je na sl. 10-15. Kada su lopatice (koje se zakreću hidrauličkim putem) u položaju sa velikim uglom koeficijent transformacije u polasku povećava se sa 2,1 na 2,5, a motor nije više prigušen menjačem, nego ima znatno veći broj obrtaja u celoj oblasti rada menjača čime se povećava i snaga koju odaje pumpnom kolu HM, s tim što je stepen korisnog dejstva HM niži.

Sl. 10-14 Sl. 10-15

I pored uvedenog poboljšanja sa zakretnim lopaticama RK još uvek je bilo nedovoljno ubrzanje vozila sa takvim menjačem. Zbog toga je u daljem razvoju TWIN TURBINE-menjača uvedeno još jedno reakciono kolo (RK1) koje se nalazi između T1 i T2, a oslanja se na kućište preko treće jednosmerne spojnice (JS3), sl. 10-16, i koje ima samo šest lopatica. U normalnom položaju lopatica RK2 koeficijent povećanja obrtnog momenta u polasku porastao je sa 2,1 na 3,1, a u zatvorenom položaju sa 2,5 na 3,5.

Sl. 10-16 Sl. 10-17

Rešenje pod nazivom TURBOGLIDE-menjač, iako se oslanja na rešenja DYNAFLOW menjača, predstavljalo je u osnovi novu vrstu automatskih menjača. Kod ovog rešenja zadržan je princip čisto hidrodinamičke promene obrtnog momenta. HM pored PK i RK sa zakretnim (podešljivim) lopaticama ima tri turbinska kola T1, T2 i T3, sl.10-17. Mehanički deo menjača sa dva osnova planetarna prenosnika služi da ostvari određene odnose broja obrtaja između pojedinih turbinskih kola i stepena prenosa za hod unazad. U tablici na slici 10-17 prikazano je uključenje pojedinih servo-uređaja za kretanje vozila unapred (D), unazad (R) i pri kretanju niz nagib (HR) kada se ostvaruje kočenje motorom. Ovakvim rešenjem menjača omogućeno je da se pri polasku vozila iz mesta ostvari ukupni koeficijent transformacije od 4,5 (u odnosu na obrtni moment motora pri maksimalnom broju obrtaja motora, odnosno pri maksimalnoj brzini) i da stepen korisnog dejstva HM dostigne vrednost od preko 0,75 pri relativno niskim brzinama kretanja vozila, održavajući se na nivou od 0,75 do 0,85 u celoj oblasti broja obrtaja, odnosno brzina kretanja. Zahvaljujući zakretanju lopatica RK pomoću kontakta ispod pedale za gas (kick-down), kao kod DYNAFLOW-menjača, smanjuje se "prigušenje" motora od strane HM, povećava se korišćenje njegove snage, pa se ukupni koeficijent transformacije u polasku povećava na vrednost od 5,3. U toku kasnijeg razvoja TURBOGLIDE-menjača konusne kočnice K1 i K2, sl. 10-17, zamenjene su višelamelastim diskosnim.

Na osnovu TURBOGLIDE-menjača nastalo je novo rešenje pod nazivom FLIGHT-PICH DYNAFLOW-menjač kod kojeg uglovi lopatica RK nemaju samo dva položaja nego se kontinualno menjaju u

128

zavisnosti od položaja pedale za gas. Od praznog hoda do oko "polovine gasa" lopatice RK zadržavaju svoj normalni položaj (mali ugao). Pri daljem povećanju gasa nastaje kontinualno povećanje uglova lopatica (njihovo zakretanje pomoću hidrauličkog sistema za upravljanje) sve do najvećeg ugla pri punom gasu, što odgovara efektu kick-down-a.

Veoma intenzivan razvoj automatskih menjača u dva prikazana razvojna pravca kod firme GMC uslovio je da i druge firme u SAD otpočnu sa razvojem svojih rešenja. Tako nastaju automatski menjači: ULTRAMATIC i TWIN ULTRAMATIC firme PACKARD, BORG-WARNER za vozila STUDEBAKER (koji je korišćen i od firme DAIMLER-BENZ za vozila MERCEDES), WARNER-ovo rešenje FORD-MERCURY-menjača, FORD-ovo rešenje CRUISEOMATIC, CHRYSLER-ova rešenja POWERFLITE i TORQUEFLITE i dr.

Posebna grupa automatskih menjača za putničke automobile nižih kategorija u SAD (po evropskim merilima to su već srednje kategorije) razvijena je početkom sedamdesetih godina. To su bila ili nešto uprošćena rešenja (i prilagođena manjim snagama motora) koja su do sada prikazana, ili se radilo o nekim novim rešenjima koja su se, međutim, oslanjala na ranije razvijena.

Kao što je rečeno u tački 10.1 ovog poglavlja, u Evropi se prvo pojavio Hobbs-ov MECAMATIC-menjač. Ovo rešenje je, za razliku od američkih, bilo čisto mehaničko, bez hidrodinamičkog dela. Menjač je imao dva epiciklična planetarna sklopa, a promena stepeni prenosa ostvarivana je sa dve spojnice i tri kočnice, sl. 10-18. Zbog preglednosti , planetarni sklopovi su prikazani u jednoj ravni. U stvarnosti su tako postavljeni da se zupčanici (a) i (b) nalaze u međusobnom zahvatu dok je samo zupčanik (b) u zahvatu sa sunčanim zupčanikom (c). Kao što se sa slike vidi menjač ima četiri stepena prenosa za hod unapred i je dan za hod unazad. Polazak vozila iz mesta ostvaruje se na taj način što se pritisak ulja za uključenje spojnice S1, a time i moment trenja u njoj, postepeno-u zavisnosti od položaja pedale za gas-povećava, čime se, u srazmeri sa povećanjem broja obrtaja motora, povećava obrtni moment koji se uvodi u menjač.

Sl. 10-18

U zavisnosti od položaja komandne poluge (koji određuje vozač po želji) vrši se automatsko uključivanje samo prvog, prvog i drugog, prvog, drugog i trećeg ili sva četiri stepena prenosa. To znači da komandna poluga ima položaje i to: neutralan, četiri položaja za hod unapred i položaj za hod unazad.

Pored Hobbs-ovog u Engleskoj se skoro istovremeno javlja i Smits-ovo rešenje pod nazivom AUTOSELECTRIC. I ovo rešenje je čisto mehaničkog tipa ali je sa nepokretnim osama vratila. Osim toga, servouređaji su elektro-magnetnog tipa. Rešenje obezbeđuje tri stepena prenosa za hod unapred i jedan za hod unazad, sl. 10-19. Za uključivanje pojedinih stepena prenosa služe dve elektromagnetne spojnice sa magnetnim prahom MS1 i MS2, dve kandžaste spojnice KS1 i KS2 i jednosmerna spojnica JS. Uključivanje i isključivanje KS1 vrši se elektromagnetnim putem, a KS2 i stepena prenosa za hod unazad mehaničkim putem dejstvom na komandnu polugu, čime se ostvaruje pomeranje zupčanika c na kojem se nalazi odgovarajući deo kandžaste spojnice KS2. Ova spojnica prenosi snagu samo u prvom stepenu prenosa, dok u ostala dva ne prenosi iako ostaje uključena pošto se izameđu nje i vratila nalazi jednosmerna spojnica JS. Aktiviranje spojnica MS1 i MS2 vrši se dovođenjem struje u odgovarajuće namotaje statorskog dela A čime se uslovljava spajanje doboša D (koji je spojen sa kolenastim vratilom motora) i ankera B od gvožđa učvršćenih na svoja vratila. Izgled ovog menjača u preseku prikazan je na sl. 10-20. Na osnovu ovog rešenja kasnije je razvijeno jedno novo rešenje pod oznakom T124 koje je bilo ugrađivano u vozila firme RENAULT. Međutim, ni Smits-ovo, a ni Hobbs -ovo rešenje nisu se dugo održala u primeni.

129

Sl. 10-19

Sl. 10-20

Posle izvesnog perioda korišćenja američkih licenci u firmi DAIMLER-BENZ razvijeno je sopstveno rešenje automatskog menjača sa hidrodinamičkom spojnicom i dva osnovna planetarna sklopa što je uz pomoć tri višelamelaste spojnice i tri trakaste kočnice omogućavalo ostvarenje četiri stepena prenosa za hod unapred i jedan za hod unazad sl. 10-21.

Sl. 10-21

Poprečni presek ovog menjača prikazan je na sl. 10-22. Komandna poluga ima šest položaja. Položaj P-parkirni, kada je izlazno vratilo preko skakavice blokirano; položaj 0-prazan hod; položaj 4-kada se vrši automatska promena sva četiri stepena prenosa; položaj 3-kada se vrši automataka promena do 3.stepena prenosa; položaj 2-kada se vrši automatska promena do 2. stepena prenosa i položaj R- kada se uključuje stepen prenosa za hod u nazad. Automatska promena stepeni prenosa vrši se u zavisnosti od brzine kretanja vozila i snage koju motor razvija (preko podpritiska u usisnom vodu, odnosno položaja leptira). I kod ovog rešenja primenjen je princip "kick down"-a, tj. obezbeđenje

130

većeg ubrzanja vozila. Ovo je postignuto na taj način što se prekidačem ispod pedale za gas uslovljava uključenje nižeg stepena prenosa od onog kojeg diriguje automatika. Jedna od prednosti ovog rešenja menjača je mogućnost kočenja vozila motorom u svim stepenima prenosa.

Sl. 10-22

Poznati evropski proizvođač svih vrsta prenosnika snage ZAHNRADFABRIK FRIEDRICHSHAFEN (ZF), sa kojom sarađuje i nekoliko naših proizvođača, posle dužeg iskustva u razvoju i proizvodnji automatskih menjača za autobuse pod nazivom HYDROMEDIA, razvio je i svoj prvi automatski menjač za putničke automobile pod oznakom ZF-automat ZHP-12. Ovo rešenje je zasnovano na korišćenju HM sa TRILOK-principom koji omogućuje ostvarenje koeficijenta transformacije obrtnog momenta u polasku u iznosu od 2,0 do 2,4 u zavisnosti od prečnika. Tri stepena prenosa za hod unapred i jedan za hod unazad ostvarena su pomoću planetarnog prenosnika drugog reda. Automatska promena stepeni prenosa i stepena pre prenosa za hod unazad ostvaruje se pomoću dve spojnice, tri kočnice (višlamelaste) i dve jednosmerne spojnice, sl. 10-23. Komandna poluga ovog menjača ima pet položaja. Položaj P -parkiranje, kada posebna skakavica blokira izlazno vratilo menjača; R hod unazad; N-neutralni položaj; položaj A-automatik, kada vozilo polazi u 2. stepenu prenosa (aktiviranjem "kick-down"-a vozilo može poći i u 1. stepenu prenosa ili se može uključiti 2. ako se menjač nalazi u 3. stepenu prenosa); B-kretanje na usponu ili kočenje; kada vozilo kreće u 1. stepenu prenosa. Ovakvo rešenje automatika omogućuje da se sa položajem A može polaziti na usponu bez pojave da vozilo krene unazad, a u položaju B ostvariti kočenje motorom.

Sl. 10-23

Za oblast radnih motornih vozila razvijen je, takođe, niz automatskih menjačkih prenosnika. Osnovna karakteristika većine ovih rešenja je kombinacija hidrodinamičkih menjača sa mehaničkim zupčastim menjačima sa nepokretnim osama vratila. Osim toga, a u zavisnosti od vozila na koja se ugrađuju, određen broj ovih rešenja realizuje se sa istim brojem stepeni prenosa za hod unapred i za hod unazad.

Neka od ovih konstrukcijskih rešenja prikazana su u odgovarajućoj literaturi / 16 /.

131

11. PNEUMATICI

11.1 Uvod Pojam točak automobila može se koristiti na dva načina. U širem smislu ovaj termin podrazumeva sklop diska, naplatka i pneumatika, odnosno kompletan točak automobila. U užem smislu pod pojmom točak podrazumeva se samo njegov metalni deo (naplatak i disk, odnosno glavčina).

Točkovi postoje više od 5000 godina i u svome razvoju su prešli put od drvenih diskova, izrezanih iz trupca, preko točkova sa žbicama i gvozdenih točkova, do savremenih točkova koji se ugrađuju na današnja motorna i priključna vozila. Razvoj točka bio je posebno buran sa kraja 19. i početkom 20. veka, što je povezano sa razvojem novih prevoznih sredstava, kao što su bicikli, motorna vozila i avioni.

Prednost elastičnog točka u odnosu na drveni ili čelični točak prvi je shvatio Dunlop, koji je počeo da proizvodi pneumatike za bicikle u Irskoj još daleke 1888. godine. Dunlop nije ni sanjao kakav će biti značaj njegovog pronalaska za razvoj automobila i saobraćaja. Već su prvi automobili, od kojih inače njihovi vlasnici nisu očekivali mnogo, raspolagali pouzdanim kretačima, koji su bili sposobni da obezbede udobnu vožnju i prenesu na podlogu sile dovoljne za ubrzavanje vozila, pogon, uspinjanje, skretanje i kočenje. Pneumatici i automobili su se razvijali uporedo. Pneumatici su omogućili brži razvoj automobila, a razvoj automobila je uslovljavao nove pneumatike sa sve boljim performansama.

Točkovi su jedini delovi automobila u stalnom kontaktu sa podlogom. Točkovi istovremeno pripadaju različitim sistemima na vozilu. Oni su deo sistema za upravljanje, sistema za kočenje, elementi sistema za prenos snage, a mogu se smatrati i delom sistema za elastično oslanjanje vozila. Od karakteristika točka zavise bezbednost i stabilnost kretanja vozila, kao i dobro funkcionisanje različitih sistema i podsistema automobila, odnosno pogon, kočenje, upravljanje itd.

Točak koji ima prvenstveno ulogu pokretnog oslonca vozila je vučeni ili gurani točak. Kod vučenog točka vučna sila se prenosi preko osovine točka, a ovakav režim rada imaju točkovi priključnih vozila i točkovi motornih vozila na osovinama koje nisu pogonske. Kod ovog točka važno je, osim nošenja opterećenja, obezbediti mali otpor kotrljanju i dugi vek eksploatacije.

Kada točak, osim što predstavlja pokretni oslonac omogućava i kretanje vozila naziva se pogonskim. Zadatak pogonskog točka je da savlada otpore koji se javljaju pri kretanju vozila. Za ovo je potrebno obrtni moment, koji se preko sistema za prenos snage od pogonskog motora dovodi na točkove pogonske osovine, preneti na podlogu. Pošto se vozilo i zaustavlja preko točkova to točak može da bude i kočen. U ovom slučaju do točka se dovodi moment kočenja koji se suprotstavlja okretanju točka i time izaziva usporavanje ili zaustavljanje vozila.

Poseban slučaj pogonskog točka je tzv. neutralni točak za koji je karakteristično da je dovedeni pogonski moment dovoljan da savlada otpor kotrljanja točka, ali ne i druge otpore koji se javljaju pri kretanju vozila.

Pneumatik teško može maksimalno da ispuni sve zahteve koji se pred njega postavljaju, jer ovi zahtevi često mogu biti protivrečni. Na primer, zahtevu za elastičnošću, kojom bi se kompenzirale neravnine na podlozi, protivrečan je zahtev da se dimenzije točka tokom kretanja što manje menjaju, jer to utiče na visinu težišta vozila, stabilnost kretanja i poluprečnik kotrljanja točka.

Dugi niz godina pneumatici su konstruisani i proizvođeni na osnovu čiste empirije. Materijali su birani na osnovu iskustava, a do unapređenja u konstrukciji dolazilo se probanjem. Od sredine 70' godina ovakav pristup je promenjen. Postavljene su teorijske osnove za bolje razumevanje ponašanja kompozitnih materijala od kojih je pneumatik izrađen i razvijaju se odgovarajući matematički modeli za opisivanje performansi pneumatika. Mnogo je urađeno u oblasti teorije trenja, prianjanja i habanja što je uticalo na povećanje bezbednosti vozila, bolje iskorišćenje performansi vozila i duži vek pneumatika. Tome je pomogao i brzi napredak računara, razvoj odgovarajućih softvera, instrumenata i tehnika merenja.

Danas se na tržištu može nabaviti veliki broj pneumatika, različite konstrukcije, izrađenih od različitih materijala, prilagođenih određenoj vrsti vozila i određenoj nameni. Na primer, za teretna vozila i autobuse su potrebni pneumatici velike nosivosti za male brzine kretanja, dok su pneumatici za putnička vozila predviđeni za manje nosivosti i velike brzine kretanja.

132

Dimenzije i karakteristike pneumatika moraju biti usklađene sa karakteristikama vozila i sa njegovom očekivanom namenom, odnosno uslovima eksploatacije. Prirodno je da je proizvođač vozila uzeo u obzir navedene zahteve, tako da korisniku, na prvi pogled, ne preostaje previše mogućnosti da utiče na izbor pneumatika. Međutim, nije tako. Odluke korisnika mogu biti od velike važnosti za buduću eksploataciju pneumatika i vozila i to iz dva osnovna razloga:

Prvi je bezbednost putnika, osoblja i tereta u saobraćaju. Pneumatici tu imaju ključnu ulogu. Činjenice ukazuju da su pneumatici, zajedno sa kočnim sistemom, jedan od najvažnijih sistema vozila sa stanovišta bezbednosti. Nezgode se nikada ne događaju same od sebe, već su obično sticaj određenih okolnosti, a nedovoljno napumpani ili pohabani pneumatici su jedan od čestih uzroka. Ovo potvrđuju i istraživanja sprovedena u USA [17] gde je kontrolom na putu utvrđeno da 20% pneumatika u saobraćaju ima 40% niži pritisak od propisanog.

Drugi razlog su troškovi pneumatika, koji predstavljaju drugu stavku u ukupnim troškovima vozila i to odmah iza pogonskog goriva.

Izbor pneumatika se vrši u skladu sa tehničkim preporukama proizvođača, odnosno na osnovu informacija o perfomansama i pogodnosti pojedinih tipova pneumatika za konkretnu namenu. Pri tome se moraju praviti i određeni kompromisi. Na primer, ukoliko neki model pneumatika obezbeđuje duži vek eksploatacije to može značiti nešto niže prianjanje ili dobro prianjanje može davati viši nivo buke na suvim kolovozima.

Konačni sud prilikom izbora pneumatika, osim tehničkih detalja, treba da se zasniva na analizama sopstvenih podataka o ponašanju sličnih ili istih pneumatika u eksploataciji i iskustvima direktnih korisnika (vozača, mehaničara, …).

Dobar izbor pneumatika ne garantuje automatski njihov dugi vek i bezbednu vožnju, ukoliko se oni ne koriste pravilno. Briga počinje njihovom nabavkom, a završava se odbacivanjem pohabanog pneumatka. Sve ove aktivnosti treba da koordinira i vrši odgovarajuća služba u preduzeću, uz puno angažovanje svih zaposlenih, a posebno vozača.

Preventivno održavanje pneumatika se sastoji od niza postupaka, koji se vrše periodično, od kojih su dva od prvorazredne važnosti:

Prvi je kontrola pritiska vazduha u pneumaticima. Obavlja se pre "izlaska" vozila, kada su gume "hladne", odnosno na temperaturi od oko 20oC. Kontrola se vrši najmanje jednom u dve nedelje. Niži pritisak prouzrokuje veći otpora kotrljanju i veću potrošnju goriva, kao i neravnomerno habanje. činjenica je da se veliki broj korisnika vozila u poslednjih nekoliko godina susreo sa problemom "ispumpanog" pneumatika, ili da poznaje nekog ko je takve probleme imao.

Kontrola i regulacija pritiska vazduha u pneumatiku može biti potpuno ili delimično automatizovana. Ovakvo rešenje se uklapa u trend automatizacije koji je već duže vremena prisutan u motornim vozi-lima.

Drugi je kontrola habanja spoljne gume. Kontrola habanja predstavlja proveru stanja protektora pneumatika, ali istovremeno i ostalih sistema na vozilu čiji je pneumatik deo. Nejednako ili intenzivno trošenje treba shvatiti kao upozorenje na koje korisnik, odnosno odgovarajuća služba treba da reaguje, ustanovi razloge i preduzme odgovarajuće mere.

Korektivno održavanje pneumatika podrazumeva popravke i obnavljanje pneumatika. Otkazi pneumatika mogu biti iznenadni ili postepeni.

Do iznenadnih otkaza, ili oštećenja pneumatika, dolazi usled nailaska pneumatika na staklo, ekser ili prilikom naletanja na ivičnjak. Tako nastaju posekotine, pukotine, rupe i proboji. Ovi otkazi imaju karakter slučajnih događaja i mogu se u određenom broju slučajeva popraviti. Popravke se vrše po pravilu u specijalizovanim radionicama, uz korišćenje odgovarajuće opreme i od strane stručnih ljudi.

U postepene otkaze spadaju otkazi nastali istrošenjem protektora i otkazi nastali usled zamora noseće strukture - karkase pneumatika. Pneumatici (spoljne gume) sa istrošenim (pohabanim) protektorom se, ukoliko zadovolje odgovarajuće kriterijume, obnavljaju i ponovo vraćaju u eksploataciju. Postoje dva uobičajena postupka obnavljanja desena protektora pneumatika. Prvi način je urezivanje desena u pohabani protektor, a drugi je zamena pohabanog protektora novim. Postupci obnavljanja se obavljaju u za to specijalizovanim pogonima. Ciklus obnavljanja i vraćanja u eksploataciju se ponavlja sve dok oštećenja u nosećoj strukturi spoljne gume (zamor karkase), po obimu ili po intenzitetu, ne pređu propisane granice. Korišćenje obnovljenih pneumatika kod nas nije zakonski ograničeno. Praksa je u našim saobraćajnim preduzećima da se ovi pneumatici ne montiraju

133

na upravljačku osovinu kamiona ili autobusa. Razlozi su predubeđenje i neopravdana bojazan korisnika da protektirani pneumatici nisu dovoljno pouzdani.

U svakoj radnoj organizaciji, koja u eksploataciji ima veći broj vozila, uobičajeno je da se vodi evidencija o pređenoj kilometraži pneumatika i beleže podaci o eventualnim popravkama, remontu i protektiranju pneumatika. Novi pneumatici, nabavljeni zajedno sa vozilom ili kao rezervni deo, se odmah po nabavci evidentiraju, odnosno dobijaju indentifikacioni broj i fizički ili elektronski karton. Evidenciju o pređenoj kilometraži treba vezati za vozilo i osovinu na koju je pneumatik montiran. Komjuterska baza, koja sadrži podatke o radu pneumatika, predstavlja glavni oblik evidencije rada i održavanja pneumatika i služi kao izvor podataka kod određivanja pređene kilometraže pneumatika, analize njihove pogodnosti za određenu namenu, ispostavljanje reklamacije, otpisa i sl.

Postojanje elektronske baze podataka, umesto klasičnih kartoteka, ima prednost u pogledu tačnosti, ažurnosti i broja podatka, koji su na raspolganju za pravljenje različitih izveštaja i analiza. Navedena baza je izvor podataka za izračunavanje troškova eksploatacije pneumatika i olakšava poređenje troškova pneumatika između dva različita tipa vozila na istoj relaciji, ili vozila istog tipa na različitim relacijama.

11.2 . Konstrukcija pneumatika Pneumatik je elastični deo automobilskog točka u kome je vazduh pod pritiskom osnovni noseći element. Sklop pneumatika i naplatka sačinjavaju, u skladu sa JUS M.N1. 005:

- spoljnja guma, - unutrašnje gume-zračnice, - pojas-štitnik,

- ventil, - naplatak i - vazduh.

Pojedine vrste pneumatika izvedene su bez unutrašnje gume i nazivaju se "pneumatici bez zračnice" ili "tubeless" pneumatici. Pred pneumatike se postavlja niz zahteva koji se mogu grupisati na sledeći način [18]:

- dobro prianjanje na različitim kolovozima, u otežanim uslovima puta i okoline i pri različitim brzinama k retanja;

- bezbedna eksploatacija pneumatika za sve vreme projektovanog veka, uz uslov da se poštuju pravila eksploatacije;

- odgovarajuće u bočnom pravcu koje obezbeđuju stabilnost i kontrolu kretanja vozila;

- dobra elastična i amortizaciona svojsta, jer je pneumatik deo sistema za oslanjanje;

- dug vek i ravnomerno habanje protektora u normalnim uslovima eksploatacije;

- mali otpor kotrljanju i malo zagrevanje pneumatika u toku vožnje;

- prihvatljiv nivo buke;

- mala osetljivost mešavina gume, od kojih je pneumatik izrađen, na dejstvo ozona ili sunčeve svetlosti;

- nepromenjivost i homogenost svojstava materijala od kojih se pneumatik sastoji.

Savremeni pneumatici za putnička i komercijalna vozila ispunjavaju ove zahteve zahvaljujući svojoj promenljivoj i prilagodljivoj strukturi i to uz odgovarajuću udobnost i komfor.

11.2.1 Spoljnja guma Spoljnja guma po svom obliku podseća na šuplji torus, otvoren u ravni postavljanja na naplatak. Namena, svojstva i karakteristike kvaliteta spoljnih guma definisani su odgovarajućim standardima (JUS E.G3.005 - JUS E.G3.604).

134

Spoljna guma se sastoji se od 37 različitih materijala uključujući gumu, čađ, čelik, vlakna i različite hemikalije [19]. Tekstilno (metalno) tkivo predstavlja osnovu spoljnje gume (karkasa i pojasevi) i služi da pneumatiku da oblik, stabilnost, nosivost i otpornost na udare i zamor. Karkasa i pojasevi se sastoje od čeličnih ili tekstilnih (najlon, rajon ili poliestar) vlakana koja su, da bi se sprečilo međusobno trenje vlakana, obložena gumom. Guma se koristi i kao unutrašnje vezivo, zaštita i kao spoljni habajući sloj. Sastav i svojstva mešavina gume prilagođeni su nameni. Za gumu na bokovima spoljne gume je važno da ima dobru elastičnost i otpornost na atmosferske uticaje, a ne otpornost na habanje kao guma za protektor. Od izbora tkiva i elastomera zavise vučne i kočne karakteristike pneumatika, stabilnost vozila i vek pneumatika u eksploataciji. Treća važna komponeta koja ulazi u sastav spoljne gume je gumirana čelična žica prevučena bronzom - žičano jezgro, koja se koristi u stopi pneumatika.

U zavisnosti od rasporeda niti u tkivu karkase razlikujemo tri vrste spoljnih guma pneumatika: dijagonalne, radijalne i bias-belted pneumatike, koji predstavljaju kombinaciju prve dve konstrukcije.

Karkasa dijagonalnih pneumatika izrađena je od više platna napravljenih od tekstilnih niti (slika 11.1a). Uobičajeno je da se broj slojeva platna kreće između četiri i dvanaest. U zavisnosti od ugla niti karkase, u odnosu na središnu ravan spoljne gume, razlikujemo dva tipa spoljnih guma radijalne konstrukcije:

- normalni- standardni kod kojih je ugao zakošenja 40o,

- utegnuti ili S pneumatici (za velike brzine), kod kojih je ugao zakošenja 30o.

Karkasa radijalnih spoljnih guma sastoji se obično od jednog sloja tkiva izrađenog od tekstilnih ili čeličnih niti, raspoređenih pod uglom od 90o u odnosu na središnju ravan pneumatika (slika 11.1b). Iznad karkase i nezavisno od nje postavljena su dva do četiri pojasa od tekstilnog ili čeličnog dijagonalnog tkiva čije su širine približno jednake širini protektora (slika 11.2). Postojanje pojasa je neophodno za funkcionisanje radijalnog pneumatika i bez njega bi radijalna struktura bila nestabilna.

Bias belted spoljne gume su po svojoj konstrukciji takođe dijagonalni pneumatici. Iskorišćena je karkasa dijagonalnih pneumatika, koja je lakša za izradu, a bolja stabilnost je obezbeđena pojasevima. Niti karkase su od poliestera, a niti pojaseva od fibera. Koriste se skoro isključivo u USA.

a)

b) Slika 11.1: Konstrukcija spoljnje gume

a) dijagonalna konstrukcija b) radijalna konstrukcija Danas su u upotrebi skoro isključivo radijalni pneumatici. Dijagonalni pneumatici se koriste uglavnom kod terenskih vozila i za radna vozila u građevinarstvu.

Na slici 11.2 dat je poprečni presek radijalne spoljne gume na kome su naznačeni osnovni delovi kao što su: protektor sa urezanim kanalima, rame pneumatika, pojasevi, bočnica, peta, stopa, žičano jezgro u stopi, unutrašnji zaptivni sloj i karkasa.

135

Slika 11.2: Presek radijalne tubeless spoljnje gume

Na slici 11.3 dat je presek TUBELESS spoljnje gume na kome su označeni glavni delovi i njihove osnovne funkcije.

Slika 11.3: Funkcije pojedinih delova radijalne spoljnje TUBELESS gume

Protektor je jedini deo spoljne gume koji je u stalnom kontaktu sa podlogom. Zadaci su mu da zaštiti karkasu spoljnje gume pneumatika od habanja i spoljnih uticaja, obezbedi dobro prianjanje pneumatika na putu pri pogonu, kočenju ili skretanju uz što manju buku.

Dve karakteristike protektora pneumatika su važne za obezbeđenje dobrog prianjanja na mokrim putevima. To su desen protektora i tvrdoća gume protektora. Osnovni tipovi desena protektora su: "cik-cak", rebrasti i blok desen (vidi sliku 11.4).

Slika 11.4: Osnovni tipovi desena protektora spoljnih guma

Deseni savremenih pneumatika (vidi slike 11.5, 11.6 i 11.7) su kombinacija osnovnih desena i sastoje se od rebara, blokova, uzdužnih i poprečnih kanala i lamelastih zareza. Na slici 11.5 prikazan je pneumatik sa rebrastim desenom. Uzdužna rebra obezbeđuju dobru bočnu stabilnost i sprečavaju bočno klizanje vozila. Rebra su razdvojena uzdužnim kanalima, koji su obično tri do pet milimetara

136

široki i do dvadeset milimetara duboki. Ovi kanali služe za odvođenje vode iz kontakta pneumatika i kolovoza i obezbeđuju bolje prianjanje na mokrim kolovozima.

Slika 11.5: Rebrasti desen Slika 11.6: Blok-rebro desen Slika 11.7: Blok desen pneumatika

Na slici 11.6 prikazan je pneumatik sa kombinovanim blok - rebro desenom. Osim centralnog rebra, sva ostala su presečena poprečnim kanalima. Ovi kanali povećavaju elastičnost protektora i obezbeđuju bolje prianjanje pri kočenju ili pogonu na suvim i na mokrim kolovozima. Na oba prikazana desena uočavaju se i sitni zarezi. Uloga ovih zareza u gumi protektora je da povećaju elastičnost rebara i blokova. Sitniji desen i plići kanali obezbeđuju veću efikasnost pri kočenju na tvrdim kolovozima.

Krupniji deseni i širi i dublji kanali namenjeni su za kretanje po zemljanim putevima i u zimskim uslovima (vidi sliku 11.7).

Veća širina i radijus krivine protektora utiču na bolje prianjanje, ali i na povećanje nivoa buke od pneumatika.

Aktivna površina je važna karakteristika protektora koja određuje namenu pneumatika. Odnos površine blokova i rebara prema ukupnoj površini protektora izražen u procentima je:

100⋅=protektorapovršinaukupna

rebaraiblokovapovršinapovršinaAktivna .

Aktivna površina se kreće od 90% kod pneumatika za motocikle do 70% kod pneumatika za teška teretna vozila. Aktivna površina je kod letnjih pneumatika veća nego kod zimskih, a kod zimskih veća nego kod terenskih pneumatika.

Sledeća važna karakteristika pneumatika je tvrdoća gume protektora. Tvrdoća gume protektora u velikoj meri zavisi od procenta čađi u njoj. Sa povećanjem učešća čađi i tvrdoća gume protektora raste. Uz tvrdoću raste i otpornost prema habanju, zatezna čvrstoća i histerezis gume. Uobičajene vrednosti za tvrdoću gume protektora kreću se kod pneumatika za komercijalna vozila između 62 i 65 Šora. Niža vrednost se odnosi na pneumatike sa tekstilnim vlaknima, a viša na celočelične pneumatike.

Rame spoljnje gume predstavlja prelazni deo spoljnje gume od ivice protektora do boka (slika 11.2). Bok je deo od ramena do stope spoljnje gume. Bok štiti karkasu i stopu spoljnje gume od mogućih oštećenja. U boku se obično nalaze jedan ili dva sloja čeličnog ili tekstilnog tkiva. Preko svega je sloj gume koji štiti tkivo od atmosferskih uticaja i korozije. Na boku spoljnje gume date su reljefno oznake proizvođača pneumatika, kao i interne oznake koje urezuje korisnik.

Stopa spoljnje gume predstavlja ivični deo spoljnje gume u kojoj se nalazi jedan ili više žičanih obruča (slika 11.2). Peta i palac predstavljaju spoljnju i unutrašnju ivicu stope spoljnje gume. Uloga stope pneumatika, zahvaljujući čeličnom obruču, je da ukruti karkasu. Žičano jezgro može biti izrađeno od jedne debele ili većeg broja tankih upletenih žica. Poprečni presek žičanog jezgra - obruča je ranije bio kvadratni, a danas se sve više koriste obruči kružnog, eliptičnog ili šestougaonog poprečnog preseka. Pneumatik preko stope ostvaruje čvrstu i nepropusnu vezu sa naplatkom.

Sa unutrašnje strane "tubeless" spoljnje gume, kao zamena za zračnicu, postoji tanak sloj elastične gume čiji je osnovni zadatak da obezbedi nepropusnost tkiva spoljnje gume.

137

Unutrašnju građu spoljnje gume čine: karkasa, pojasevi, ispuna, jastučići i žičani obruči. Karkasa obezbeđuje sposobnost nošenja i čvrstoću strukture pneumatika. Sastoji se od upredenih niti od pamuka, najlona, rajona, poliestera ili danas sve češće od čelika, obavijenog elastomerom. Prednost karkase od čeličnih niti je u tome što je za nosivost pneumatika dovoljan jedan sloj karkase, što pneumatik čini lakšim.

Pojasevi i jastuci služe za zaštitu karkase od mehaničkih povreda i ostvaruju elastičnu vezu protektora i karkase. Pojas uteže i stabilizuje pneumatik prilikom kotrljanja. Sastoji se od tekstilnog (metalnog) tkiva i elastomera. Kod radijalnih pneumatika za komercijalna vozila broj pojaseva se kreće između tri i četiri.

11.2.2 Unutrašnja guma Kod većine pneumatika za održavanje vazduha pod pritiskom služi torusna komora-zračnica. Napravljena je od gume sa oko 40% kaučuka. Ova komora može biti posebna celina, onda je to unutrašnja guma, ili je integralno vezana za spoljnju gumu. Postoje i pneumatici bez zračnice, kod kojih postavkom spoljne gume na naplatak, istovremeno dobijamo i komoru za vazduh (slika 11.8a). Ventil je kod tubeless pneumatika postavljen zaptivno na naplatak točka.

Slika 11.8: Presek točka

a) točak bez unutrašnje gume b) točak sa unutrašnjom gumom 1 - naplatak; 2 - žičani obruč - jezgo; 3 - karkasa; 4 - pojas; 5 - protektor; 6 -

zaptivni sloj (a) ili unutašnja guma (b); 7 - ventil; 8 - disk naplatka.

11.2.3 Ventil Ventil služi za punjenje zračnice ili spoljnje gume (tubeless pneumatici) vazduhom pod pritiskom i njegovo zadržavanje u njoj. Ventili mogu biti različitih konstrukcija. Postoje dva osnovna tipa ventila: gumeno-metalni (pozicija 7 na slici 11.8.a) i metalni (pozicija 7 na slici 11.8b). U slučaju nedovoljnog pritiska vazduha u pneumatiku sa zračnicom postoji opasnost od tzv. "čupanja" ventila. Kod tubeless pneumatika ventil je montiran na naplatak, pa do čupanja ne može doći. Trenutni gubitak vazduha, do koga može doći usled čupanja ventila, dovodi do gubljenja stabilnosti kretanja vozila. Stoga ventil ima veliki značaj sa gledišta bezbednosti u saobraćaju. Namena, svojstva i karakteristike kvaliteta ventila definisani su odgovarajućim standardima (JUS M.C5.921 - JUS M.C5.942).

11.2.4 . Pojas - štitnik Pod pojmom štitnik podrazumeva se zaštitni podmetač od elastomera, koji se montira na naplatak kod pneumatika sa zračnicom. Njegov zadatak je da čuva unutrašnju gumu od neravnina i oštrih delova naplataka, da spreči trenje zračnice o naplatak i da učvršćuje ventil kako ga vazdušni pritisak ne bi izbacio kroz otvor na naplatku. Danas se pojasevi koriste samo kod višedelnih naplataka za teretna vozila.

a) b)

138

Slika 11.9: Poprečni presek zaštitnog pojasa -štitnika

Na slici 11.9 shematski je prikazan poprečni presek zaštitnog pojasa. Dimenzije pojasa moraju biti usklađene sa dimenzijama spoljnje gume i naplatka točka. Važne dimenzije kod pojasa su prečnik D, debljina d i ukupna širina b.

11.2.5 Metalni deo točka Metalni deo točka sastoji se iz tri osnovna dela: naplatka, srednjeg spojnog dela i glavčine. Postoje dve osnovne vrste naplataka: jednodelni i višedelni. Srednji deo točka se izvodi u dva osnovna oblika: točkovi sa diskom i točkovi sa paocima. Kada je srednji deo točka u obliku diska onda se veza sa glavčinom ostvaruje vijcima, koji jednovremeno vezuju i doboš papučastog kočnog mehanizma. Kada je srednji deo u obliku paoka, onda se obično izrađuje (uglavnom livenjem) zajedno sa glavčinom. Namena, svojstva i karakteristike kvaliteta točkova i naplataka definisani su odgovarajućim standardima (JUS M.N1.005 - JUS M.N1.085).

11.2.5.1. Naplatak

Obodni deo točka nazivamo naplatak. Njegov zadatak je da obezbedi vezu između spoljašnje gume i točka vozila i da omogući dovod vazduha u spoljašnju i unutrašnju gumu. Veza se ostvaruje tako što rame i rog naplatka daju čvrst oslonac stopalu spoljnje gume (vidi sliku 11.10). Između naplatka i stopala, usled delovanja pritiska vazduha, javlja se sila trenja dovoljna da obezbedi čvrstu veza naplatka i stope spoljnje gume. Naplaci su predmet nacionalnih i međunarodnih standarda.

Slika 11.10: Veza između naplatka i stopala spoljnje gume

Naplaci se prema konstrukciji dele na jednodelne i višedelne ili razdvojive. Na izbor odgovarajuće vrste naplataka utiču konstruktivna rešenja drugih elemenata i sklopova (kočnica na primer).

Jednodelni naplaci mogu biti simetrični i asimetrični. Koriste se kod točkova za putnička i teretna vozila. Naplaci su obično izrađeni zavarivanjem presovanih elemenata od čeličnog lima. Naplaci za savremena putnička vozila se izrađuju od lakih legura (na primer legura aluminijuma).

Prema obliku naplaci mogu biti: ravni, olučasti, kosorameni i strmorameni. Ravni naplaci imaju ravno dno profila (slika 11.11). Slaba strana im je što se stopalo spoljnje gume, pri montaži, teško prebacuje preko njegovog roga.

Pneumatici većih dimenzija imaju veću nosivost, ali i veću krutost. Zbog toga su naplaci za teretna vozila obično izrađuju iz delova. Višedelni naplatak olakšava montažu i demontažu spoljnje gume. Kod višedelnih naplataka pojavljuje se problem zaptivanja, pa zato nisu pogodni za montažu tubeless pneumatika. Postavljanjem zaptivnog obruča postiže se bolje zaptivanje. Ovi naplaci mogu biti razdvojivi i rasečeni.

139

a)

b)

c)

d)

Rasečeni naplaci se obično sastoje iz tri dela ili sektora, koji zajedno formiraju naplatak (vidi sliku 11.15). Ovakvi naplaci se koriste kod teških teretnih vozila.

U naplacima postoje otvori za prolaz ventila unutrašnje gume ili za montažu zaptivnih ventila tubeless pneumatika.

Slika 11.12: Strmorameni naplaci kod tubeless pneumatika za komercijalna vozila

Na slici 11.12 dat je strmorameni naplatak kod koga rame ima nagib od 15°. Stopalo spoljašnje gume se uklini u konus koji drži rame naplatka. Veći ugao osigurava bolje uklinjenje stopala, pa visina roga naplatka može biti manja. Strmorameni naplaci imaju veći nazivni prečnik. Koriste se kod tubeless pneumatika za teretna vozila čiji je profil niži nego kod pneumatika koji se montiraju na klasične naplatke. Ovi naplaci se mogu prepoznati i prema oznaci, jer se dimenizija prečnika završava uvek sa 0,5 cola.

11.2.5.2. Spojni deo i glavčina točka

Najčešći oblik srednjeg dela točka kod teretnih vozila i autobusa je disk, koji se izrađuje presovanjem čeličnog lima. U disku su probijeni otvori koji olakšavaju konstrukciju i omogućavaju bolju ventilaciju kočnica. Veza naplatka i diska može biti nerazdvojiva i razdvojiva. Nerazdvojiva veza se ostvaruje zavarivanjem, a razdvojiva vijcima. Najčešće korišćena dimenzija naplatka kod teretnih vozila i autobusa je 20". Ovi naplaci se izvode kao dvodelni (slika 11.13a), ili kao trodelni (slika 11.13b).

Dvodelni naplatak se sastoji od osnove (5) i demontažnog razrezanog bočnog prstena (6). Nedostaci ovih naplataka su smanjena krutost razrezanog prstena i postojanje oštrih ivica i zazora na sastavima. Trodelni naplatak se sastoji od osnove (1), bočnog prstena (3) i razrezanog prstena sa konusnom površinom (2). Za tubeless pneumatike koriste se trodelni strmorameni olučasti naplaci sa obodom čiji je prečnik 22,5".

Slika 11.11: Ravni naplaci: a) jednodelni,b) razdvojivi dvodelni, c) razdvojivitrodelni, d) razdvojivi trodelni zaptivni

140

Slika 11.13: Točak sa diskom

a) točak sa dvodelnim ravnim naplatkom; b) točak sa trodelnim ravnim naplatkom 1) osnova oboda; 2) razrezani prsten; 3) obod; 4) disk; 5) osnova oboda; 6) bočni prsten razrezan; A - posteljica

naplatka; B - konusna površina; Mere na crtežu: b - širina ruba; C - širina naplatka; h3 - visina ruba; γpp

- ugao posteljice naplatka; D1 - prečnik podeonog kruga; D2 - unutrašnji prečnik diska

Veza diska točka i glavčine se ostvaruje vijcima, koji se uvrću u zavojne rupe u glavčini ili dobošu, odnosno vijci su učvršćeni za glavčinu ili doboš kočnice, a spajanje se vrši posebnim navrtkama. Veza treba da obezbedi pravilan položaj točka u odnosu na glavčinu, odnosno njegovo centriranje.

Kod težih vozila (kamiona i autobusa), zbog ograničene nosivosti pneumatika, odnosno smanjenja pritiska na podlogu, točkovi se na pogonskim i pratećim osovinama udvajaju.

Na putničkim vozilima veza između glavčine i naplatka se obično ostvaruje sa četiri vijka, a kod autobusa i teretnih vozila broj vijaka se kreće između 6 i 10.

Postoje i točkovi kod kojih ne postoji srednji deo i gde se naplatak direktno spaja sa glavčinom točka. Ovakva rešenja se primenjuju uglavnom kod teretnih vozila i autobusa i prema konstruktivnim rešenjima razlikujemo točkove sa:

- dvodelnim ili trodelnim naplacima, slično kao kod točkova sa diskom (slika 11.14 a i c); propisano rastojanje između udvojenih pneumatika obezbeđuje odstojnik (4);

- višedelnim naplatkom (obično trodelnim), rasečenim u poprečnoj ravni, takozvani "trileks" točkovi (slika 11.14 d);

- olučastim naplatkom sa niskim rubovima, koji se koriste za montažu pneumatika bez zračnice (slika 11.14 e).

Slika 11.14: Točkovi bez diskova: 1) obod; 2) element za stezanje; 3) glavčina; 4) odstojnik

Na slici 11.15 prikazani su osnovni delovi trileks točka i postupak montaže naplatka. Naplatak "trileks" točka se sastoji od tri jednaka segmenta, na slici označen sa 1. Njihova veza je i osigurana da ne dođe do pomeranja čak ni u slučaju kad se veza sa glavčinom olabavi. Vezu čine šest vijaka i

141

odgovarajući broj podmetača, odnosno elemenata za stezanje (3 i 4). Ovakvo konstruktivno rešenje omugućava laku montažu i demontažu pneumatika uz pomoć specijalnog alata.

11.2.6 Osnovne dimenzije pneumatika

Na slici 11.16 dat je poprečni presek pneumatika i naplatka, na kojem su označene osnovne dimenzije:

- D - spoljni prečnik pneumatika, odnosno maksimalni prečnik izmeren na neopterećenom pneumatiku, montiranom na odgovarajući naplatak, koji je napumpan na propisani pritisak;

- B - širina poprečnog preseka pneumatika, izmerena na neopterećenom pneumatiku, montiranom na odgovarajući naplatak, koji je napumpan na propisani pritisak. Prilikom merenja ne uzimaju se u obzir ornamenti i izbočine na bočnoj strani spoljnje gume;

Napomene:

Korišćenje drugog naplatka, dozvoljeno je samo na osnovu preporuka iz priručnika prozvođača pneumatika ili standarda, utiče na promenu širine pneumatika. širina pneumatika se menja za približno 5 mm, za promenu širine naplatka od 1/2".

Slika 12.15: Trileks točak

a) delovi točka; b) montaža točka; 1) naplatakkoji je sastavljen od tri segmenta ili sektora; 2) glavčina; 3) element za stezanje prednjihtočkova; 4) element za stezanje zadnjihtočkova; 5) glavčina udvojenih točkova

Slika 11.16: Nazivne dimenzije pneumatika

142

- Ukupna širina pneumatika koja uključuje ornamente i izbočine je važan podatak kod utvrđivanja potrebnog prostora za montažu pneumatika.

- H - visina profila pneumatika;

- H/B ili profil pneumatika - predstavlja odnos širine i visine poprečnog preseka neopterećenog pneumatika, montiranog na odgovarajući naplatak i napumpanog na propisani pritisak.

Nove konstrukcije pneumatika imaju trend povećanja širine B i smanjenja visine balona H. Za putnička vozila profili se kreću od 0,82 do 0,50. Pneumatici za teretna vozila i autobuse proizvode se sa profilom 1,00 i 0,80.

- d - nominalni prečnik naplatka.

Osim navedenih postoje i druge dimenzije koje mogu biti važne korisnicima vozila. Na prvom mestu to je statički poluprečnik točka. Statički poluprečnik rst predstavlja vertikalno rastojanje od ose nepokretnog točka do površine podloge. Točak automobila je elastičan tako da se pod dejstvom vertikalnog opterećenja deformiše, na način kako je to prikazano na slici 11.17. Najveća deformacija je u centru i smanjuje se ka krajevima kontakta:

z ro= ⋅ −(cos cos )α α1 gde je: ro - poluprečnik propisno napumpanog neopterećenog točka; α1 - polovina ugla zahvata pneumatika i podloge; α - ugao položaja elementa u kontaktu.

U skladu sa navedenom zavisnosnošću radijalna deformacija z je jednaka nuli na početku i kraju kontakta, a maksimalna u centru kontakta. Minimalno rastojanje se definiše kao statički poluprečnik pneumatika i označava se sa rst. Pri merenju statičkog poluprečnika pneumatik mora biti opterećen odgovarajućim vertikalnim opterećenjem i napumpan na propisani pritisak:

1cosα⋅= ost rr .

Dinamički poluprečnik rd je rastojanje od ose točka, koji se obrće, do površine podloge. Pre merenju pneumatik mora biti opterećen odgovarajućim vertikalnim opterećenjem i napumpan na propisani pritisak.

Dinamički poluprečnik je uvek veći od statičkog. Kod dijagonalnih pnematika ova razlika raste sa porastom broja obrtaja točka, odnosno obimne brzine točka. Kod radijalnih pneumatika, razlika ostaje konstantna i to u širokom opsegu brzina.

Na točak pri kotrljanju mogu delovati i bočne i obimne sile, koje utiču na promenu dinamičkog poluprečnika. Do promene dolazi usled dodatnih deformacija karkase i gume protektora u kontaktu. Sa povećanjem kočne ili pogonske sile ovaj poluprečnik se smanjuje. Promena je izrazitija u slučaju pogona nego kod kočenja.

Druga važna veličina je poluprečnik kotrljanja, odnosno kinematski poluprečnik pneumatika rk. To je računska veličina i njena veličina zavisi od režima obrtanja točka. Računa se tako što se pređeni put za jedan obrtaj točka podeli sa 2π ili kao odnos translatorne i ugaone brzine točka:

rV

k =ω

,

gde je: V - translatorna brzina točka; ω - ugaona brzina točka.

Slika 11.17: Nepokretan točak opterećen vertikalnom silom [20]

143

Na slici 11.18 dat je dijagram promene poluprečnika kotrljanja točka u funkciji klizanja točka u kontaku. Kinematski prečnik vođenog točka je uvek manji od slobodnog poluprečnika ro, ali je veći od dinamičkog poluprečnika rd. Povećanje klizanja u kontaktu utiče na promenu kinematskog poluprečnika.

Kod kočenja sa povećanjem klizanja u kontaktu poluprečnik kotrljanja (rk) raste i u slučaju blokiranog točka (klizanje je 1) teži beskonačnosti. U slučaju pogona situacija je obrnuta. Sa povećanjem pogonskog momenta na točku klizanje u kontaktu raste, broj obrtaja točka raste, ali ne i translatorna brzina točka, bar ne u istoj proporciji. Razlika u brzinama se kompenzira klizanjem u kontaku. U slučaju kada je V= 0, a ω različito od 0, pri potpunom proklizavanju točka (klizanje je 1), kinematski poluprečnik točka je jednak nuli.

Približna dužina kontakta, označena sa Lk, može se izračunati na osnovu obrasca:

( )L r rk o d= −2 2 ,

gde je: ro - slobodni poluprečnik pneumatika; rd - dinamički poluprečnik pneumatika.

Slika 11.18: Promena poluprečnika kotrljanja točka u funkciji klizanja u kontaktu

Širina kontakta pneumatika i kolovoza, uz pretpostavku da su pritisak pumpanja pneumatika i opterećenje pneumatika u propisanim granicama , približno je jednaka širini protektora pneumatika. Ova vrednost se ne može naći u tehničkim priručnicima proizvođača pneumatika, ali se može izračunati [21]. U literaturi se mogu naći i jednostavne jednačine, uz čiju pomoć se može izračunati površina kontakta pneumatika [19, 21]:

A f R

A f R B

= ⋅ ⋅

= ⋅ ⋅ ⋅

217

185 0 67 0 33

,

, , ,

gde je: f - radijalni ugib pneumatika, R- poluprečnik napumpanog pneumatika, B - širina pneumatika.

Važno je napomenuti da se sve veličine potrebne za izračunavanje površine kontakta, osim radijalnog ugiba pneumatika, mogu pročitati na boku pneumatika. Autori su pokazali upotrebljivost jednačina kod pneumatika za putnička i komercijalna vozila, različitih dimenzija i konstrukcija.

144

11.3 SVOJSTVA PNEUMATIKA

11.3.1 Uvod Ukoliko se želi da se obezbede zadovoljavajuće pogonske karakteristike sistema pneumatik-vozilo, potrebno je ostvariti odgovarajuću usklađenost mehaničkih karakteristika pneumatika i vozila. Kompleksnost, složenost strukture i ponašanje pneumatika su takvi da ne postoji kompletna i zadovoljavajuća teorija koja bi sve to obuhvatila.

Pneumatici istovremeno obavljaju veći broj različitih funkcija. Ostvareni nivoi kvaliteta pri obavljanju svake od ovih funkcija nisu podjednaki. Oni su rezultat kompromisa napravljenih pri projektovanju i pri izboru pneumatika, jer su zahtevana svojstva često suprotnosti. Na primer, ukoliko neki model pneumatika obezbeđuje dugi vek eksploatacije to može značiti nešto niže prianjanje, ili da dobro prianjanje znači viši nivo buke na suvim kolovozima. U tabeli 11.1 date su prednosti i mane najvažnijih svojstava pneumatika.

Tabela 11.1: Prednosti i mane nekih svojstava pneumatika

Prednosti Mane Vrsta Atmosferski uslovi

Vučna sposobnost

dobro prianjanje pri pogonu u teškim uslovima

buka na suvim kolovozima

veće istrošenje na suvom kolovozu

leti je potrebna zamena

zimski M+S sneg

Dobre performanse

stabilnost na velikim brzinama

kraći životni vek

letnji suvi kolovoz

Mali otpor kotrljanju

mala potrošnja goriva

duži vek protektora

manja vučna sila letnji suvi kolovoz

Upravljivost-držanje puta

lakša kontrola i upravljane vozilom

niži konfor

asimetričan dezen

letnji suvi kolovoz

Vek

niži troškovi

ređa nabavka

viša cena

manja vučna sila

letnji suvi kolovoz

Svojstva pneumatika se mogu podeliti u četiri odvojene grupe. Od pneumatika se zahteva da prenosi opterećenje, da omogući određeni nivo komfora vozača i putnika. Pneumatik mora biti izdržljiv i mora da obezbedi potpuno iskorišćenje performansi automobila, na koji je ugrađen, bez oštećenja u strukturi.

U ovom poglavlju upoznaćemo fizičke osnove pojedinih svojstva pneumatika. Posebno će biti razmatrana bezbednost pneumatika, odnosno uticaj pneumatika na bezbednost saobraćaja, kao sinteze ostalih svojstava.

145

11.3.2 Mehanička svojstva pneumatika

11.3.2.1. Nosivost

Najvažnija uloga točka je uloga pokretnog oslonca vozila. Preko njega se na podlogu prenose težine vozila, putnika i tereta. Pneumatik se, obzirom da je elastičan, pod dejsvom ovih sila (Fz) deformiše u kontaktu. Na slici 11.19 prikazana je deformacija nepokretnog točka u kontaku sa podlogom pod dejstvom vertikalne sile. Ugib (f) je mera radijalne deformacije pneumatika.

Slika 11.19: Deformacija nepokretnog točka u kontaktu sa podlogom

Raspodela radijalne deformacije u kontaktu ima trapezoidni oblik simetričan u odnosu na vertikalnu osu. Deformacije su uočljive i van kontakta i to na 1/3 do 1/2 obima pneumatika.

Iznad spljoštenog dela - kontakta formira se vazdušni stub čija nosivost zavisi od površine kontakta (Ak) i pritiska. Stoga, ako predpostavimo da postoji jednakost između spoljneg opterećenja i normalne reakcije u površini kontakta, možemo očekivati da je reakcija jednaka proizvodu ukupnog pritiska vazduha u pneumatiku i površine kontakta:

[ ]F p A Nv k= ⋅ ,

gde je: pv - pritisak vazduha u pneumatiku, Ak - površina kontakta

Kada se sila otpora F izjednači sa spoljnim opterećenjem Fz prestaje dalje deformisanje. Najveći deo deformacione energije apsorbuje vazduh u pneumatiku čija se zapremina pri tome veoma malo menja. Ostatak energije, koji može biti i do 15%, absorbuje struktura pneumatika. Učešće strukture u apsorpciji energije je manje kod radijalnih pneumatika i pneumatika sa čeličnom tkivom, a veće kod dijagonalnih pneumatika i pneumatika sa tekstilnim tkivom.

Učešće strukture u apsorpciji energije može se izračunati korišćenjem rezultata merenja [33, 22]. Merene su ukupna i neto površina kontakta neopokretnog i propisno napumpanog pneumatika za putnička vozila 145 R 13 opterećenog samo vertikalnom silom. Rezultati merenja i izračunavanja sile otpora dati su u tabeli 11.2.

Tabela 11.2: Izračunavanje vertikalne reakcije u kontaktu pneumatika 145 R 13

Veličina Oznaka Jed. mere Nosivost pneumatika za odgovarajući pritisak

Pritisak pumpanja pv bar 1,5 1,7 1,9 2,1 2,3

Vertikalna sila Fz N 2700 3000 3300 3700 3900

Ukupni pritisak* puk bar 2,5 2,7 2,9 3,1 3,3

Stvarna površina otiska

Ak mm2 9918 9988 10038 10472 10435

Izračunata sila Fiz N 2480 2670 2911 3246 3443

Razlika �F/Fz % 8,16 10,13 11,78 12,26 11,70

* Ukupni pritisak je jednak zbiru pritiska koji pokazuje manometar (pritisak pumpanja) i barometarskog pritiska (usvojena vrednost od 1 bar). Razlike se kreću između 8,16% i 12,3%.

146

Promena radijalne deformacije sa promenom vertikalne sile je približno linearna. Nelinearnost dolazi do izražaja kod visokih pritisaka pumpanja, ili za velika normalna opterećenja. Radijalna krutost pneumatika data je relacijom:

KFfzz

f

=⎡⎣⎢

⎤⎦⎥ =

∂∂ 0

,

koja važi za određeni pritisak vazduha i određeni opseg normalnih opterećenja.

Na slici 11.20 data je zavisnost radijalne deformacije pneumatika 11.00 x 20 od vertikalnog opterećenja za različite pritiske vazduha.

Slika 11.20: Radijalna deformacija pneumatika

Krutost pneumatika, osim od konstrukcije pneumatika, zavisi i od pritiska vazduha. Sa povećanjem pritiska vazduha u pneumatiku krutost raste. Pritisak vazduha opterećuje noseću strukturu spoljne gume, tako da se za svaki model pneumatika definiše maksimalni dozvoljeni pritisak vazduha.

Na slici 11.21 data je univerzalna karakteristika pneumatika. U koordinatnom sistemu fFz

2- f

pv

ova

zavisnost je predstavljena pravom linijom.

Slika 11.21: Univerzalna karakteristika pneumatika

Odsečak prave na y osi iznosi c1, a nagib prave linije je definisan vrednošću tan(α)= c2. Veličine c1 i c2 su konstante za jedan model pneumatika. Kada poznajemo njihovu vrednost možemo na jednostavan način približno izračunati vrednosti radijalne deformacije i radijalne krutosti za različite vrednosti vertikalne sile i pritiska pumpanja vazduha:

- radijalna deformacija fc F

pc F

pc Fz

v

z

vz=

⋅⋅

+⋅

⋅⎛⎝⎜

⎞⎠⎟ + ⋅2 2

2

12 2,

- krutost pneumatika dFdf

Ff

cF

p fz z z

v= ⋅ − ⋅

⋅⎛⎝⎜

⎞⎠⎟2 2 .

147

11.3.2.2. Elastične karakteristike pneumatika

Točak, osim uloge pokretnog oslonca na vozilu, ima i ulogu pri kretanju, zaustavljanju i upravljanju vozilom. Za ove namene su važne i elastične karakteristike pneumatika u:

- obimnom pravcu,

- podužnom pravcu,

- bočnom pravcu i

- torziona karakteristika pneumatika

Obimna deformacija pneumatika javlja se istovremeno sa radijalnom, pod dejstvom normalne sile. Elastičnost pneumatika u obimnom pravcu omogućuje bolju preraspodelu naprezanja po obimu pneumatika, sma-njuje koncentraciju opterećenja u kontaktu i štiti transmisiju automobila od udarnih opterećenja.

Raspodela obimne deformacije, kod nepokretnog točka, je simetrična u odnosu na vertikalnu osu. U slučaju da je pneumatik opterećen i obrtnim momentom, raspodela naprezanja po obimu se menja. Elastični deo točka se povija za određeni ugao u odnosu na naplatak. Odnos momenta povijanja i ugla povijanja naziva se koeficijent ugaone krutosti pneumatika:

KM

αα

α

∂∂α

=⎡⎣⎢

⎤⎦⎥ =0

.

Ugaona krutost zavisi od konstrukcije pneumatika i pritiska vazduha u pneumatiku. Obimna deformacija pneumatika je veoma mala u poređenju sa radijalnom ili bočnom deformacijom.

Pod dejstvom podužne sile u kontaktu pneumatik se deformiše u podužnom pravcu. Mera deformacije je pomeranje centra kontakta u odno-su na vertikalnu osu točka. Podužna deformacija, za konstantno normalno opterećenje i pritisak vazduha, raste približno linerarno sa povećanjem podužne sile. Podužna krutost se određuje na način opisan u [23]. Pneumatik se osigura protiv obrtanja, a onda se podloga, koju pneumatik opterećuje, translatorno pomera u podužnom pravcu. Odnos podužne sile i podužnog pomeranja ili deformacije naziva se koeficijent podužne krutosti pneumatika:

KF

xx

xx

=⎡

⎣⎢

⎤

⎦⎥

=

∂∂δ

δ 0

.

Radijalni pneumatici, zbog svoje velike elastičnosti i malih histerezisnih gubitaka, slabo prigušuju podužne oscilacije vozila, o čemu se vodi računa kod projektovanja sistema kao što su sistemi za oslanjanje, prenos snage i kočenje. Na slici 11.22 prikazane su promene podužne deformacije u funkciji podužne sile za putničke pneumatike radijalne i dijagonalne konstrukcije.

Slika 11.22: Podužna krutost radijalnih i dijagonalnih pneumatika

148

Bočna sila izaziva nesimetrične deformacije na pneumatiku u kontaktu pneumatika i podloge. Na slici 11.23 dat je nepokretan pneumatik na koga dejstvuje bočna sila, koja izaziva pomeranje naplataka točka u odnosu na kontaktnu površinu.

Koeficijent bočne krutosti pneumatika definisan je odnosom bočne sile i vrednosti pomeranja centra kontakta koji ona izaziva. Zavisnost nije linearna jer se deo kontakta u kome nije došlo do proklizavanja stalno smanjuje.

KF

yy

yy

=⎡

⎣⎢⎢

⎤

⎦⎥⎥ =

∂

∂δδ 0

.

Vrednost ovog koeficijenta zavisi od desena protektora, vrste podloge, konstrukcije pneumatika, dimenzija pneumatika, pritiska vazduha u njemu i normalnog opterećenja točka.

Slika 11.23 Bočna krutost radijalnih i dijagonalnih pneumatika

Na kraju spomenimo i torzionu krutost pneumatika. To je mera otpora koji se javljaju pri zakretanju nepokretnog točka za određeni ugao.

KM

θθ

θ

∂∂θ

=⎡⎣⎢

⎤⎦⎥ =0

.

Torziona krutost za radijalni dijagonalni pneumatik prikazan je na slici 11.24.

149

Slika 11.24: Torziona krutost radijalnih i dijagonalnih pneumatika

U svim ovim slučajevima radi se o statičkim karakteristikama, koje su izmerene na nepokretnom točku. Ove karakteristike, uz odgovarajuće korekcije, važe i u slučaju kada se točak obrće.

11.3.2.3. Kontakt pneumatika i kolovoza

Veličina i oblik kontakta pneumatika i kolovoza su od primarne važnosti za ponašanje pneumatika u eksploataciji. U kontaktu se generišu sile koje omogućavaju kretanje i upravljanje vozilom. Od oblika i površine kontakta zavise otpor kotrljanju i habanje protektora pneumatika. Još uvek ne postoji jedinstvena teorija koja može da opiše kontakt elastičnog pneumatika sa krutom podlogom. Osnovni razlog leži u kompleksnoj konstrukciji pneumatika, koji se sastoji od torusne strukture i kompaktnog i elastičnog protektora. Međutim, postoji nekoliko jednačina uz čiju pomoć se može na jednostavan način približno izračunati površina kontakta nepokretnog točka. Dimenzije i oblik površine zavise od konstrukcije, vertikalnog optrerećenja i pritiska vazduha u pneumatiku, odnosno radijalne deformacije pneumatika. Najbolja poklapanja se dobijaju korišćenjem jednačine [21]:

A f R Bo= ⋅ ⋅ ⋅185 0 67 0 33, ,, ,

gde je: f - radijalni ugib pneumatika; Ro - poluprečnik propisno napumpanog neopterećenog točka; B - širina pneumatika.

Ova jednačina je empirijska i svi podaci potrebni za izračunavanje, osim radijalne deformacije, mogu se pročitati na boku spoljne gume pneumatika. Oblik kontakta, kod savremenih pneumatika, je zaobljeni pravougaonik (vidi sliku 11.25). Obrazac služi za izračunavanje ukupne površine kontakta. Neto ili stvarni deo površine protektora u kontaktu sa podlogom je manji i njegova vrednost zavisi od desena protektora.

Slika 11.25: Kontakt putničkog pneumatika P 175/80 R13

150

Prilikom kotrljanja veličina i oblik kontakta se menjaju. Na slici 11.26 prikazane su promene kontakta radijalnog pneumatika sa čeličnim pojasom pri promeni brzine. Sa povećanjem brzine dužina kontakta se povećava.

Slika 11.26: Kontaktna površina radijalnog pneumatika 165 R 13

pri različitim brzinama

11.3.2.4. Ponašanje pneumatika pri skretanju

Bočna i torziona krutost pneumatika su od velike važnosti pri upravljanju vozilom. Upravljanje se vrši zakretanjem točka upravljača, odnosno upravljačkih točkova automobila. Točak se pod dejstvom bočne sile, izazvane zakretanjem, povodi i kotrlja pod određenim uglom (ugao povođenja) u odnosu na podužnu osu točka. Pri tome dolazi do njegovog pomeranja i deformacije u podužnom i bočnom pravcu u odnosu na naplatak točka. Sa povećanjem ugla zakretanja povećava se deformacija kontakta i rezultujuća bočna sila. Povođenje se javlja i kod točkova koji se ne nalaze na upravljačkoj osovini i to usled nepoklapanja pravca kretanja vozila i njegove podužne ose.

Slika 11.27: Ponašanje pneumatika pri skretanju: a) putanja elementa u kontaktu za različite uglove

skretanja b) izgled kontaktne površine i zone klizanja [23]

Sile koje se pri tome javljaju zavise od ugla, konstrukcije pneumatika i uslova puta. Na slici 11.27a prikazane su rezultujuće putanje elementa protektora koji se kotrlja pod određenim uglom u odnosu na osu točka. Na slici 11.27b prikazane su promene u kontaktu pneumatik - kolovoz u funkciji ugla povođenja. Sa povećanjem ugla kontakt se deformiše, smanjuje se zona adhezije i povećava zona klizanja (šrafirana zona) u zadnjem delu kontakta.

151

Na slici 11.28 date su uporedo promene slika pri skretanju u funkciji ugla povođenja-klizanja za dijagonalni i radijalni pneumatik. Kao i u ranijim slučajevima krutost se definiše kao promena sile skretanja za jediničnu promenu ugla:

KF

Fy

=⎡

⎣⎢

⎤

⎦⎥

=

∂

∂αα 0

.

Sa slike se vidi da je za istu silu (100 daN) kod radijalnog pneumatika ugao 2o, a kod dijagonalnog 3o. Radijalni pneumatici imaju veću bočnu krutost od dijagonalnih za razliku od krutosti u ostalim pravcima. Ovo znači da radijalni pneumatici za isti ugao skretanja genirišu veću bočnu silu, odnosno otpor skretanju, nego klasični dijagonalni pneumatici istih dimenzija.

Slika 11.28: Zavisnost sile pri skretanju od ugla klizanja [23]

Na krutost pneumatika pri skretanju utiče i pohabanost protektora pneumatika. Na slici 11.29 prikazana je promena sile pri skretanju u funkciji ugla povođenja - klizanja za pneumatike 11 R 22,5 radijalne konstrukcije sa različitim stepenom pohabanosti protektora. Strmija zavisnost znači da je pohabaniji pneumatik krući i generiše veće sile pri manjim uglovima povođenja.

Bočne sile u kontaktu utiču i na performanse vozila pri pogonu ili kočenju. Na slikama 11.30 i 11.31 prikazani su rezultati merenja ostvarene sile kočenja za različite uglove skretanja - povođenja točka. Ostvarene vrednosti su niže što je ugao α veći.

Slika 11.29: Uticaj pohabanosti prote-ktora na odziv pneumatika [22]

Slika 11.30: Uticaj ugla vođenja klizanja na kočne performanse

pneumatika [22]

152

Osim bočne sile u kontaktu se javlja i rektivni moment koji želi da poništi ugao skretanja α. Ovaj moment se zove stabilizirajući i veza između bočne reakcije i njega je sledeća:

M F ts y= ⋅ ,

gde je: Ms - stabilizirajući moment; Fy - reaktivna sila pri skretanju; t - rastojanje centra kontakta točka i podloge od poprečne ose točka (vidi sliku 11.32).

Promena momenta stabilizacije u funkciji bočnog klizanja - skretanja prikazana je na slici 11.33 za pneumatik 11 R 22,5 [50]. Rezultati su dati za dva različita pritiska vazduha i brzinu kretanja od 60 km/h. Moment stabilizacije sa povećanjem ugla najpre raste, dostiže maksimum, a sa daljim povećanjem ugla opada do nule.

Uticaj iskorišćenog prianjanja u podužnom pravcu (pogon, kočenje), prema [24], pokazan je na slici 11.34. Prikazani rezultati se odnose na dijagonalni pneumatik 7.60-15. U slučaju pogona stabilizirajući moment je, do neke granice, veći nego kod vođenog točka, a kod kočenja opada i postaje čak negativan.

Slika 11.33: Uticaj pritiska vazduha u pneumatiku na njegovo

ponašanje pri skretanju [22]

Slika 11.31: Univerzalna karakteristika pneumatika [22] Slika 11.32: Dejstvo bočnih sila na točak

153

Pneumatik ima funkciju da vozača obaveštava šta se događa u kontaktu sa kolovozom. To se ostvaruje zahvaljujući povratnom - stabilizujećem momentu, jer deformisani pneumatik teži izravnavanju, odnosno vraćanju

Slika 11.34: Uticaj podužne sile na bočnu silu i stabilizujućeg momenata [19]

točkova u neutralni položaj. Povratni moment pneumatika vozač kompezira spregom sila na točku upravljača. Veličina povratnog momenta zavisi od ugla skretanja. Veći povratni moment zahteva i veću silu na upravljaču.

11.3.2.5. Histerezis pneumatika

Prilikom obrtanja točka deo po deo protektora pneumatika dolazi u dodir sa podlogom i pri tome se deformiše, a pri izlasku iz kontakta rasterećuje. Za elastično deformisanje protektora u kontaktu potrebno je uložiti određeni rad. Kako ni jedan pneumatik nije idealno elastičan, to se deo uložene energije troši na unutrašnje trenje u pneumatiku i pretvara u toplotu.

Rad utrošen na deformaciju pneumatika predstavljen je površinim OAC. a oslobođena energija pri rasterećivanju BAC (slika 11.35). Deo energije, koji je predstavljen zatamnjenom površinom OAB, je nepovratno izgubljena energija, koja je utrošena na unutrašnje trenje u strukturi spoljne gume. Gubici su veći za veća opterećenja i veće deformacije. Ovaj proces je kontinualan i tu se troši veliki deo energije kojom vozilo raspolaže.

Slika 11.35: Tok promene radijalne deformacije za različite

pritiske pumpanja

Sa slike 11.36 se vidi da se između 90% i 95% energije, potrebne za kotrljanje vođenog točka, troši na deformaciju pneumatika. Ostali gubici su 5% na klizanje u kontaktu i 2 - 4% na aerodinamičke gubitke točka koji se obrće. Energija deformacije se pretvara u toplotu i osnovni je uzrok zagrevanja pneumatika. Pneumatik absorbuje oko 90% na ovakav način oslobođene toplote.

154

Slika 11.36: Energetski gubici pri kotrljanju vođenog točka

11.3.2.6. Uticaj temperature na mehanička svojstva pneumatika

U slučaju pogona, kočenja ili skretanja deformacije pneumatika su veće, veća je i deformaciona energija, pa prema tome raste toplota koja se absorbuje u strukturi pneumatika.

Ostali razlozi zagrevanja pneumatika su: klizanje u kontaktu, otpor vazduha i toplota koja se prenosi sa drugih sistema ili uređaja na vozilu (kočnice, prenosnik, motor …).

U kontaktu vođenog točka klizanje i razvijena toplota su zanemarljivi. Međutim pri kočenju, pogonu ili skretanju, klizanja u kontaktu su daleko veća, pa je i oslobođena toplotna energija veća.

Na slici 11.37 je prikazana promena temperature tačke na površini protektora pneumatika za ceo obrtaj točka. Na ulazu u kontakt dolazi prvo do naglog pada temperature do vrednosti tmin, a onda usled pojave klizanja do njenog naglog povećanja. Razlika između minimalne i maksimalne vrednosti temperature u kontaktu je na slici 11.37 obeležena sa Δtk.

Temperatura površine protektora na izlasku iz kontakta tmax je značajno viša od temperature izmerene na slobodnom delu protektora tizm. Ovo znači da se generisana toplota brzo i efikasno odvodi i to skoro isključivo preko spoljne površine. Odvođenje tolote se obavlja na dva načina: prelaskom toplote sa površine protektora na okolni vazduh i kondukcijom kada element ponovo ulazi u kontakt.

Slika 11.37: Promena temperature na površini protektora za jedan obrtaj točka

155

Toplota oslobođena na površini kontakta ne prenosi se u unutrašnjost pneumatika. Ovo pokazuje i dijagram promene temperature po dubini protektora na slici 11.38 [19]. Temperatura gume na svega 0,5 mm dubine, prema dijagramu, iznosi samo jednu četvrtinu temperature na površini protektora. Do ublažavanja razlika dolazi veoma brzo posle napuštanja kontakta.

Slika 11.38: Relativna promena temperature gume po dubini protektora

Zagrevanje usled otpora vazduha je zanemarljivo, a strujanje vazduha intenzivira odvođenje toplote.

Osnovni razlog zagrevanja pneumatika je toplota oslobođena u ciklusu opterećivanja i rasterećivanja noseće strukture pri obrtanju. Deo oslobođene toplote se odvodi, a deo akumulira u pneumatiku pri čemu se pneumatik zagreva. U uslovima normalne eksplatacije pneumatika temperatura u pneumatiku ni posle duže vožnje neće preći dozvoljene granice. Period toplotne relaksacije pneumatika nakon zaustavljanja je dugačak i obično je duži od vremena zagrevanja, odnosno vremena provedenog u vožnji.

Noseća konstrukcija spoljne gume može bez štetnih posledica da primi jednu određenu količinu toplote, pa zato je za svaku deformaciju dozvoljena neka maksimalna brzina kotrljanja. Prekoračenjem ove brzine noseća struktura spoljne gume pneumatika se zagreva preko dozvoljene granice i tada dolazi do trajnih oštećenja strukture pneumatika.

Pneumatik se, u skladu sa preporukama proizvođača pumpa u "hladnom" stanju na sobnoj temperaturi (20 oC), a usklađeni pritisak pumpanja zavisi od statičkog opterećenja točka. U eksploataciji se zagreva noseća struktura peumatika kao i sabijeni vazduh u njemu. Radna temperatura vazduha u pneumaticima putničkih vozila kreće se između 60 i 100 oC.

Sa povećanjem temperature raste i pritisak vazduha u pneumatiku. Promena pritiska vazduha u pneumatiku se može izračunati ako predpostavimo da se vazduh u pneumatiku ponaša kao idealni gas i da se zapremina vazduha u pneumatiku ne menja (V=const). Na osnovu ove dve predpostavke može se napisati veza:

pT

pT

pT

const1

1

2

2

3

3= = = ,

gde je: Ti - temperatura vazduha u pneumatika [K]; pi - pritisak vazduha u pneumatiku [bar].

Funkcionalna veza između pritiska i temerature može se predstaviti pravom linijom koja prolazi kroz koordinatni početak (p= 0 bar za T= 0 K). Na primeru pneumatika 145 R 13 može se videti koliko je značajan uticaj porasta temperature na promenu pritiska vazduha u pneumatiku [22].

Predpostavimo da je statičko opterećenje pneumatika 3000 N i da je, u skladu sa ovim opterećenjem, manometarski pritisak u pneumatiku 1,7 bar. Takođe, predpostavimo da je temperatura okoline u vreme pumpanja iznosila 20oC. Ukupni pritisak je jednak zbiru atmosferskog (po=1 bar) i nadpritska izmerenog manometrom (pm), a temperatura T=273 + t (oC) K.

156

p bar T t K

pT

pT

pT

p bar ili vi i pritisak

p bar ili vi i pritisak

1 1 1

1

1

2

2

3

3

2

2

1 17 2 7 273 20 273 293

2 7293

0 0092

0 0092 323 2 97 10%

0 0092 373 3 44 27%

= + = = + = + =

= = = =

= ⋅ =

= ⋅ =

, , ; ,

,, ,

, , { ,

, , { .

Porast temperature vazduha u pneumatiku na 50oC i 100oC znači po-većanje pritiska za 10 odnosno 27%. Manometarski pritisak u pneumatiku poraste za 16% ukoliko temperatura vazduha poraste sa 20oC na 50oC, odnosno za 43% ukoliko je temperatura vazduha u pneumatiku 100 oC.

Tabela 13.2.2: Promena radijalne deformacije pneumatika i površine kontakta u funkciji temperature (pneumatik 155R13, Fz = 3000N i pv = 1,7 bar)

Radijalna deformacija

Radijalna krutost Površina kontakta Temperatura (20oC)

Pritisak vazduha

(bar) (mm) (N/mm2) (mm2) %

20 1,7 26,6 138 10.000 100

40 1,96 24,3 156 9.418 94,2

100 2,44 21,6 185 8.719 87,2

Sa povišenjem temperature u pneumatiku radijalna deformacija pneumatika se smanjuje, a radijalna krutost pneumatika povećava. Ovo utiče na veličinu i oblik kontakta pneumatik-kolovoza, što može biti od primarne važnosti za ponašanje pneumatika u eksploataciji.

Nešto slično se dešava i kod pneumatika za komercijalna vozila ali u blažoj formi.

11.3.3 Prianjanje

11.3.3.1. Adhezija i histerezis

Pri prenosu sila između pneumatika i podloge uvek se javlja prokli-zavanje, a kao reakcija, odnosno otpor klizanju javlja se trenje. Postoje dva osnovna uzroka trenja između gume protektora i tvrde podloge: adhezija i histerezis gume. Ostali mogući uzroci trenja se mogu potpuno zanemariti.

Trenje izazvano adhezijom - Gumeni blok položen na čistu površinu ostvaruje bliski kontakt sa njom i to tačkasto po celoj površini. U ovim tačkama dolazi do vezivanja - lepljenja između gume i podloge. Ukoliko želimo da pomerimo blok i vučemo ga stalnom brzinom potrebna je sila da se ove veze raskinu.

Na slici 11.39 prikazan je uvećani detalj kontakta gumenog bloka i suve ravne površine. Srednji pritisak (p) je daleko niži od stvarnog koji vlada u tačkama kontakta. Otpor smicanju zavisi od stvarne površine kontakta (Aai) i čvrstoće na smicanje (τ ).

157

Slika 11.39: Mehanizam adhezije

Trenje izazvano histerezisom - Ukoliko gumeni blok kliza po podmazanoj talasastoj - neravnoj površini adhezioni kontakt između gume i podloge se ne može ostvariti. U ovom slučaju bi i otpor kretanju, ukoliko bi zavisio samo od adhezije, bio ravan nuli. Međutim, otpor kretanju postoji i u takvim slučajevima i to zahvaljujući histerezisu gume protektora.

Na slici 11.40 prikazan je kontakt deformisanog gumenog bloka i talasaste podmazane površine. Proces deformisanja gume sastoji se od faze sabijanja i faze širenja- rastezanja. Predpostavimo da je za sabijanje gume, pri nailasku na prepreku - neravninu, potrebna neka količina energije (Ek). Kada se gumeni blok pomera, njegov deo koji je prethodno bio sabijen sada se rasterećuje. Pri rasterećenju usled histerezisa oslobađa se samo deo akumu-lirane energije (Ee). Razlika između energije sabijanja i oslobođene energije (ΔE) pretvara se u toplotu.

Zbog održavanja energetske ravnoteže histerezisni gubici se moraju nadoknaditi spoljašnjim radom. Otpor zbog pojave histerezisa je proporcionalan histerezisnoj vrednosti gume i ostvarenoj deformaciji.

Fz

Slika 11.40: Mehanizam histerezisa

Na osnovu ovoga što je iskazano može se napisati izraz za ukupnu silu otpora trenja, koja se sastoji iz adhezione i histerezisne komponente:

F F Ft adh hist= + .

Udeo sile trenja, koji proizilazi iz adhezije, temelji se na utrošenoj energiji za promenu oblika gume i prekidanja molekularnih veza gume i podloge (vidi sliku 11.43). Uslov za pojavu adhezijske komponente je čvrst kontakt oba materijala.

Sa povećanjem brzine klizanja adhezijska komponenta sile trenja se smanjuje. Ukoliko između gume i podloge postoji sloj vode ili nekog drugog materijala koji razdvaja gumu protektora od podloge, adhezijske komponente nema (pošto nema ni smičućih napona).

Histerezisna komponenta sile trenja je posledica gušenja energije u gumi. Za povratak gume u početni oblik i dimenzije, potrebna je energija i određeno vreme. Histerezisna komponenta ima

158

značajnijeg udela u ukupnoj sili trenja tek za veće brzine klizanja i na mokrim i klizavim podlogama, kada je adhezija mala.

Ukoliko se obe strane jednačine za izračunavanje ukupne sile otpora trenja podele sa vertikalnom silom Z, dobija se sledeća jednačina:

ha μ+μ=μ ,

gde je: μ - ukupni koeficijent trenja; μa - adheziona komponenta koeficijenta trenja; μh - histerezisna komponenta koeficijenta trenja.

Slika 11.41: Koeficijent trenja gume u funkciji učestanosti promene opterećenja i temperature

Na slici 11.41 data je zavisnost koeficijenta trenja gume i logaritma frekvencije, odnosno logaritma brzine klizanja. Sa slike se vidi da veoma važan uticaj na veličinu maksimuma i oblik krive trenja ima i temperatura gume. Povećanje temperature za neku vrednost temperature (ΔT) uslovljava pomeranje maksimuma adhezije i maksimuma ukupnog koeficijenta trenja, prema većim brzinama klizanja.

11.3.3.2. Mehanizam prianjanja pneumatika

Mehanizam prenošenja sila u kontaktu kod realnog pneumatika je mnogo složeniji nego što je u slučaju gumenog bloka. Delovi protektora pneumatika pri kotrljanju prolaze kroz ciklus opterećivanja i rasterećivanja tako da se proces trenja u kontaktu može smatrati nestacionarnim.

Interakcija u kontaktu pneumatik - kolovoz, bez obzira na radne uslove pneumatka i uslove okoline, može se podeliti na dva odvojena dela: zonu elastične deformacije pneumatika u odnosu na naplatak točka, i klizanje pneumatika u odnosu na kolovoz.

Reaktivne sile koje se javljaju u ravni kolovoza sastoje se, takođe, od dve komponente: elastične, izazvane elastičnim deformacijama, i frikcione koja predstavlja otpor klizanju protektora u kontaktu.

U "elastičnom" delu kontakta ostvaruje se bliska, trenutno stacionarna, veza pneumatika i kolovoza. Definisana je odnosom maksimalne vrednosti horizontalne reaktivne sile i vertikalnog opterećenja točka i mera je "čvrstine" zahvata u kontaktu. Stacionarna veza potiče od adhezije i od mikroskopskih deformacija protektora i njegovog utiskivanja u neravnine kolovoza.

Ovaj fenomen se može objasniti na jednostavnom primeru. Osmotrimo kontakt pogonskog zupčanika izrađenog od krutog materijala i valjka od veoma elastičnog materijala. Zubi krutog zupčanika stvaraju međuzublja deformišući "elastični" valjak. Za mali broj obrtaja i malo opterećenje prenos sila se vrši bez klizanja i oštećenja materijala.

Vratimo se sada na realan pneumatik i njegov kontak sa kolovozom. Lokalne deformacije, posledica lokalnih pritisaka u kontaktu, uslovljavaju stvaranje reaktivnih sila u ravni kolovoza i omogućavaju kretanje vozila. Naprezanja na mestima kontakta su niža od granice razaranja, pa na elementu ne ostaju tragovi (uz uslov da odnos visine i širine neravnine nije veći od četiri). Adhezija se javlja u delovima kontakta gde su rastojanja između delića dva materijala (gume protektora i površine

159

kolovoza) manja od polusfere delovanja međumolekularnih sila, uz uslov veoma visokih lokalnih pritisaka i čistoće obe kontaktne površine.

Kada i ukoliko lokalna sila u kontaktu dostigne maksimalnu raspoloživu silu, delić protektora se oslobađa "zahvata" sa kolovozom i počinje da kliza po površini kolovoza.

11.3.3.3. Pojam klizanja pneumatika

Za točak se kaže da kliza ukoliko se translatorna brzina centra točka razlikuje po intenzitetu, pravcu ili smeru od obimne brzine točka u kontaktu. Ukoliko brzine imaju isti pravac, a različite intenzitete imamo čisto klizanje. Kada su pravci upravni radi se o čisto bočnom klizanju. Postoji i slučaj kombinovanog klizanja kada se brzine razlikuju i po pravcu i po intenzitetu.

Pri definisanju pojma klizanje potrebno je podvući razliku između "razlike brzina" usled elastične deformacije pneumatika u odnosu na naplatak točka i one koja se javlja pri relativnom kretanju pneumatika u odnosu na kolovoz.

Eksperiment [33, 19] pokazuje da i u slučaju "idealnog" prianjanja, isključivo uz elastičnu deformaciju pneumatika, postoji razlika između obimne i translatorne brzine točka, za različite elementarne slučajeve opterećenja točka. Eksperiment je izvršio prof Schalamach, sa točkom sa gumenim zubima male tangencijalne krutosti i velikog koeficijenta trenja. Simulirano je kretanje vođenog točka koji se kreće pravolinijski, vođenog točka pod dejstvom bočne sile, kočenog i pogonskog točka. Točak je tokom ispitivanja ostavljao jasne tragove na podlozi. Upoređenjem tragova prof. Schalamach je došao do sledećih zaključaka:

- za jedan obrtaj najduži put pređe kočeni točak,

- pogonski točak, za jedan obrtaj, pređe kraći put nego vođeni točak,

- vođeni točak, pod dejstvom bočne sile, ostavlja tragove koji su pod uglom u odnosu na podužnu osu vozila,

- svi tragovi su bili jasni i sa oštrim ivicama, što isključuje mogućnost da je tokom kretanja došlo do pojave klizanja u kontaktu.

Kod realnog točka razlike su još izrazitije usled postojanja klizanja u kontaktu. U [19] i [23] data su fizička i matematička objašnjenja ovih pojava. Sile potrebne za pogon i upravljanje vozilom prenose se preko kontakta pneumatika i podloge. Na svaki delić protektora koji je u kontaktu sa kolovozom deluje sila proizvoljnog pravca i smera, koja se može rastaviti na dve komponente jednu upravnu na površinu kontakta (normalnu) i jednu koja leži u ravni kontakta (tangecijalnu). Kao posledice delovanja normalne komponente sile javljaju se radijalni naponi i deformacije u kontaktu.

Tangentna sila se može razložiti na podužnu i bočnu komponentu. Podužna komponenta izaziva pojavu odgovarajućih τ smičućih napona u ravni kontakta. Ovi naponi su posledica kotrljanja točka i pogonskih ili kočnih sila. Podužna sila izaziva mala i uglavnom simetrična Naprezanja u bočnom pravcu, koja se takođe javljaju, su mala i uglavnom simetrična u odnosu na podužnu osu točka. Kada na točak deluje i spoljna bočna sila, u kontaktu se javljaju neimetrična bočna naprezanja (naponi i deformacije) većeg intenziteta.

Prenos sila sa vozila na podlogu ili obrnuto ograničen je raspoloživim trenjem materijala u kontaktu i obavezno je praćen klizanjem. Klizanje je fenomen koji se manifestuje kao vektorska razlika translatorne brzine točka i podužne brzine delića u kontaktu. Razlika u brzinama se može kompenzirati deformacijom ili klizanjem u ravni kontakta:

v v v vs o pom kl= + +

gde su: vs - translatorna brzina točka; vo - obimna brzina točka u kontaktu; vpom - brzina pomeranja protektora u kontaktu u odnosu na naplatak; vkl - brzina klizanja protektora u odnosu na kolovoz.

U "elastičnom" delu kontakta ostvaruje se stacionarna veza, koja potiče od adhezije i histerezisa. Raspoloživo trenje je, kao mera "čvrstine" zahvata, približno konstantno sa obzirom da je klizanje pneumatika u odnosu na podlogu zanemarljivo.

U drugom delu, nakon što se prekorači granica raspoloživog trenja u kontaktu, dolazi do pojave klizanja. Protektor u kontaktu, ili samo njegov deo, oslobađa se "zahvata" i počinje da kliza. Smer

160

klizanja zavisi od režima rada točka. Trenje klizanja je merilo otpora relativnom kretanju protektora u odnosu na kolovoz.

Odnos tangentne i vertikalne komponente sile u kontaktu naziva se koeficijentom prianjanja i obeležava sa ϕ.

Koeficijent prianjanja zavisi od velikog broja parametara:

- vrste i kvaliteta kolovoza,

- konstrukcije i materijala od koga je pneumatik izrađen,

- pritiska vazduha u pneumatiku,

- raspodele naprezanja u kontaktu pneumatika i kolovoza,

- uslova okoline i

- klizanja u kontaktu.

Vođeni točak

Razmotrimo slučaj vođenog točka koji se kotrlja pravolinijski i koji je opterećen silama u vertikalnom, podužnom i bočnom pravcu. Vertikalna sila nastaje zbog delovanja težine vozila koja se prenosi na točak. Podužna sila je nastaje usled otpora kotrljanju, odnosno zbog histerezisnih gubitaka u karkasi. Pri kotrljanju javljaju se i uravnotežene bočne sile usled deformisanja profila pneumatika. Takođe, mogu se javiti i nesimetrične bočne sile koje su posledica nepodešenosti sistema za oslanjanje i vođenje točkova, grešaka u pneumatiku, nagiba puta …

Razlika obimne brzine točka i podužne brzine kompenzira se deformacijom u pneumatiku u odnosu na naplatak točka. Klizanje u kontaktu pneumatik-kolovoz je zanemarljivo. Ostvarena zbirna sila u kontaktu naziva se otporom kotrljanju. Napadna tačka ove sile pomerena je u pravcu kretanja točka u odnosu na vertikalnu osu točka, za veličinu ef.

Kočeni i pogonski točak

Ukoliko vođeni točak opteretimo obrtnim momentom, on postoje pogonski ili kočeni, u zavisnoti od smera delovanja momenta. Pri tome menja njegov poluprečnik kotrljanja, a kontaktna površina, usled dopunskih deformacija u vertikalnom i podužnom pravcu, dobija oblik "mačijeg oka".

Slika 11.42: Raspodela tangencijalnih napona u kontaktu kočenog točka

Na slici 11.42 prikazana je predpostavljena raspodela tangencijalnih napona po dužini kontakta, koji u posledica kočenja točka [22, 25]. Tangencijalni napon je proporcionalan deformaciji delića protektora u kontaktu. Tangencijalni napon τ raste od ulaska delića u kontakt dok ne dostigne maksimalnu vrednost μop i može se izračunati na sledeći način:

τ τ μ= ⋅ ≤ ≤ ⋅K S px def ; 0 0

gde je: Kx- podužna krutost pneumatika; Sdef -podužna deformacija delića u kontaktu.

161

Nakon toga tangencijalni napon do kraja kontakta ostaje jednak raspoloživom τ μ= ⋅ p . Vrednost koeficijenta trenja μ je manji od μo, usled postojanja klizanja u kontaktu:

μ μ= ⋅ −o

cVe kl

gde je: vkl - srednja brzina klizanja u kontaktu vkl=λv; μo - maksimalno raspoloživo trenje u kontaktu; c - konstanta.

Delovi protektora ulaze u kontakt sa kolovozom prednapregnuti u tangentnom pravcu. U kontaktu se naprezanje protektora još povećava. Ukoliko reaktivne sile u kontaktu, po apsolutnoj vrednosti, dostignu raspoloživu silu zahvata, dolazi do klizanja protektora po kolovozu i do rasterećenja elemenata protektora u tangentnom pravcu i pre izlaska iz zone kontakta.

Podužna sila u kontaktu se sastoji iz dve komponente, koje se dobijaju integraljenjem tangencijalnih napona po površini kontakta za svaku od zona posebno.

Slika 11.43: Zavisnost koeficijenta prianjanja od klizanja u kontaktu kočenog točka [22]

Na slici 11.43 data je zavisnost koeficijenta prianjanja kočenog točka od procenta klizanja pri kretanju u pravcu. Zavisnost ϕ−λ naziva se stacionarnom i postavljena je uz uslov da su podužna brzina kretanja, vertikalno opterećenje i pritisak vazduha u pneumatiku tokom merenja konstantni. Tačka A ima kordinate ϕmax (maksimalno ostvareno prianjanje) i λϕmax (koeficijent klizanja za slučaj maksimalnog prianjanja). Tačka A je granica tzv stabilne zone u kojoj prianjanje raste kada se moment kočenja povećava. Zavisnost prianjanja i klizanja u ovoj oblasti je približno linearna. Procenat klizanja pri maksimalnom prianjanju kreće se između 15-20%.

U nestabilnoj zoni ostvareno prianjanje opada kada klizanje u kontaktu raste. Nagib ϕ−λ krive u nestabilnoj zoni definiše se koeficijentom K, koji predstavlja odnos maksimalnog prianjanja i prianjanja blokiranog točka K = ϕ ϕmax 100 . Ovaj odnos raste, odnosno nagib raste sa povećanjem podužne brzine točka.

Ponašanje pogonskog točka je slično ponašanju kočenog točka. Sa povećanjem pogonskog momenta raste i ugaona brzina točka, odnosno obimna brzina u kontaktu. Translatorna brzina točka je manja od obimne brzine za neku veličinu Δv zbog pojave proklizavanja u kontaktu.

Slika 11.44: Zavisnost koeficijenta prianjanja i klizanja u kontaktu kod pogonskog točka

Na slici 11.44 data je zavisnost koeficijenta prianjanja pogonskog točka od procenta klizanja, pri kretanju točka u pravcu. Tačka C predstavlja maksimum ili prelomnu tačku, nakon koje dolazi do

162

naglog proklizavanja. U tački D brzina klizanja je jednaka obimnoj brzini, a podužna brzina je jednaka nuli.

Točak koji skreće

Točak pod dejstvom bočne sile skreće sa zadane putanje, odnosno, kako je već ranije rečeno, povodi se. Dopunsko bočno deformisanje protektora izaziva reakciju u ravni kontakta. Sa povećanjem deformacije reaktivna sila dostiže vrednost raspoložive bočne sile i nakon toga počinje klizanje. Element protektora, do tada u zahvatu sa podlogom, počinje da kliza ka svom inicijalnom položaju u odnosu na naplatak. Kontaktna površina ima specifičan oblik sličan pasulju. Intenzitet klizanja zavisi, pored ostalog, od ugla skretanja i vertikalnog opterećenja točka.

Slika 11.45: Shematski prikaz vođenog točka pod dejstvom bočne sile

Na slici 11.45 dat je prikaz vođenog točka koji skreće pod uglom δ u odnosu na ravan obrtanja točka. Brzina klizanja u podužnom pravcu, u posmatranom slučaju, je zanemarljiva, odnosno važi da je vx=vr. Intenzitet vektorske razlike brzine Δv jednak je brzini klizanja u bočnom pravcu.

Slika 11.46: Zavisnost bočnog prianjanja od klizanja u kontaktu

Na slici 11.46 data je pojedostavljena zavisnost koeficijenta prijanjanja od koeficijenta klizanja pri povođenju vođenog točka. Tačka C je granica do koje ostvareno prianjanje raste, kada se ugao povođenje povećava. Procenat klizanja pri maksimalnom prianjanju je između 10% i 12%. Ukoliko ugao δ i dalje raste ostvareno prijanjanje se ne menja.

Kočeni/pogonski točak pri skretanju

Razmorimo sada slučaj kada na točak koji skreće deluje pogonski ili kočni moment. Radi lakše analize predpostavimo da su krutost pneumatika i raspoloživo trenje u kontaktu isti u podužnom i bočnom pravcu.

163

Slika 11.47: Kočeni točak pod dejstvom bočne sile

Na slici 11.47 prikazan je pogled odozgo na kočeni točak pod dejstvom bočne sile. Na točak deluju ukupna sila F

−, odnosno njene komponente u bočnom Fy i podužnom pravcu Fx, stabilizacioni moment

Ms. Brzina u pravcu kretanja v−

se sastoji od vektora brzine klizanja vkl i brzine kotrljanja točka vr. Brzina klizanja ima podužnu vkly i bočnu komponentu vykl. Pravci ukupne sile F

− i vektora brzine

klizanja vkl se poklapaju, uz uslov da su karakteristike pneumatika u poprečnom i podužnom pravcu jednake. Povođenju točka pod dejstvom bočne sile protivi se stabilizujući moment Ms.

Slika 11.48: Zavisnost bočnog prianjanja od podužnog klizanja za δ=const

Na slici 11.48 date su zavisnosti prianjanja u podužnom i bočnom pravcu u funkciji ostvarenog klizanja u podužnom pravcu kod kočenog točka. Sa slike se može zaključiti da je, ako je podužno klizanje 100%, odnosno ako je točak blokiran, raspoloživo pranjanje u bočnom pravcu minimalno. U slučaju blokiranog točka kontakt pneumatika i kolovoza ne može primiti nikakvo dodatno opterećenje u bočnom pravcu.

11.3.3.4. Elipsa trenja

Raspoloživo trenje u kontaktu ima približno pođednaku vrednost u pravcu podužne ose i poprečne ose točka:

( ) ( )ldkpmax 21

μ+μ⋅μ+μ=μ .

Grafička intepretacija promene ukupnog koeficijenta trenja u funkciji ugla skretanja i intenziteta kočenja-pogona, data je na slici 11.49. Elipsa predstavlja envelopu familija krivih dobijenih odgovarajućim ispitivanjima.

δ=const

164

Slika 11.49: Grafička predstava ukupnog koeficijenta trenja - elipsa trenja

Kriva stvarnog iskorišćenja prianjanja ima oblik raže. Glava raže je zatupasta, obzirom da je iskorišćenje raspoloživog trenja na suvom kolovozu pri pogonu ograničeno snagom motora. Raspon krila/peraja zavisi od granice stabilnosti vozila, a dužina repa, od karakteristika sistema za kočenje i kapaciteta kočnica.

11.3.3.5. Prianjanje na mokrim kolovozima

Mehanizam prianjanja pneumatika na mokrim kolovozima prvenstveno zavisi od količine vode na kolovozu, a zatim od režima rada pneumatika (kotrljanje, kočenje, pogon, skretanje...). Kontakt pneumatika i kolovoza, u uslovima mokrog trenja, može se podeliti u tri odvojene zone, kako je to dato na slici 11.50.

Slika 11.50: Raspodela zona naleganja gume protektora na površinu kolovoza

Na slici su jasno označena tri područja i to: zona uronjavanja (1), prelazna zona (2) i zona suvog trenja (3). Sa porastom brzine kretanja dužina 1. i 2. zone progresivno rastu, a dužina područja 3 (C-D) se smajuje.

Na uslove prianjanja na mokrim kolovozima presudnu ulogu ima količina vode, odnosno njena debljina u kontaktu. Elipsa trenja, koja je ranije prikazana, odnosila se na suve kolovoze. Ukoliko na površini postoji sloj vode raspoloživo trenje se smanjuju.

Za uspostavljanje suvog kontakta između gume protektora i površine kolovoza potrebno je određeno vreme, koje se sa porastom brzine kretanja smanjuje. Viskoznost i gustina vode su parametri koji dodatno otežavaju istiskivanje vode iz kontakta.

Na slici 11.51 prikazan je uticaj povećanja translatorne brzine točka na veličinu pojedinih zona u kontaktu.

Zona 1 je oblast uronjavanja pneumatika u sloj vode. Deo tečnosti se istiskuje sa strane, a deo utiskuje ispod pneumatika u desen protektora (ako postoji) i u drenažne prostore kolovoza. U zoni 1

165

postoji relativno debeo sloj tečnosti između pneumatika i kolovoza i jedini otpor kretanju je posledica otpora vode.

Kod kočenog točka dolazi do preraspodele pritiska u kontaktu i pomeranja centra pritiska u nazad. Tako u uslovima mokrog kolovoza, centar pritiska može biti i ispred i iza ose točka.

Što je brzina veća, zona 1 raste, a zone 2 i 3 se smanjuju. Pri tome, zone 2 i 3 dobijaju oblik potkovice. Na slici 11.51(d) je prikazan ekstremni slučaj kada je cela površina kontakta - zona 1. Za potpuno odvajanje gume od površine kolovoza koriste se dva termina aquaplaning ili hydroplaning.

Slika 11.51: Uticaj translatorne brzine na izgled površine kontakta na mokrom kolovozu

Zona 2 je prelazna zona. Najveći deo vode je istisnut i u kontaktu je ostao samo tanak sloj tečnosti. Na kraju zone 1 i u zoni 2, naglo oticanje vode je zaustavljeno i pritisak vode se održava zahvaljujući viskoznom efektu. Tanak sloj vode se raskida samo na mestima velikog kontaktnog pritiska - na oštrim vrhovima neravnina. U prisustvu vode kao sredstva za podmazivanje koeficijent trenja gume je značajno smanjen u odnosu na suvu površinu.

Ukupna sila trenja u ovoj zoni je veoma mala. Na slici 11.51(c) praktično je izgubljen suvi kontakt između pneumatika i kolovoza i u kontaktu postoje samo zona 1 i zona 2.

166

Zona 3 predstavlja deo kontakta pneumatik-kolovoz u kome dominira suvo trenje. U ovoj zoni se generiše najveći deo ukupne sile trenja. Na kolovozima prekrivenim vodom, ukupna sila otpora trenja zavisi od relativnog učešća zone 3 u ukupnoj površini kontakta.

Slika 11.52: Karakteristike elipse trenja u funkciji dubine vode na kolovozu

Na slici 11.52 prikazane su elipse trenja za različite dubine vode u kontaktu pneumatika i kolovoza. Ukoliko je dubina vode veća od 2 mm vrednost trenja u kontaktu je toliko mala da je kretanje većim brzinama skoro nemoguće.

Na sposobnost prianjanja u kontaktu, osim dubine vode, utiču i brzina kretanja i pohabanost protektora pneumatika. Na suvim kolovozima koeficijent trenja opada sa povećanjem brzine kretanja, ali je ta promena relativno mala. Na suvim kolovozima koeficijent trenja pneumatika bez desena je veća nego kod pneumatika sa desenom (vidi sliku 11.53).

Uticaj dubine vode na kolovozu zavisi od brzine kretanja. Do 50 km/h ovaj uticaj je evidentan, ali sposobnost trenja nije drastično umanjena. Pad je izrazit tek na na višim brzinama, kao i kod pneumatika bez desena.

167

Brzina [km] Slika 11.53: Uticaj dubine vode na raspoloživo bočno trenje za različitebrzine kretanja i stanje

protektora

Na raspoloživo vreme za uspostavljanje suvog kontakta utiču brzina vožnje, težina vozila, drenažna sposobnost protektora i površine kolovoza i debljina sloja vode.

11.3.3.6. Faktori koji utiču na realizovano prianjanje

Realizovano prianjanje u kontaktu pneumatik-kolovoz zavisi od velikog broja faktora koji se mogu podeliti u četiri odvojene grupe:

- uticaji pneumatika

- uticaji vozila

- uticaji kolovoza

- uticaji uslova rada.

U okviru svake od ovih grupa moguće je identifikovati veliki broj podgrupa faktora, odnosno parametara koji, manje ili više, utiču na realizovano prianjanje u kontaktu pneumatik-kolovoz. U tabeli 11.3 dati su najvažniji uticaji koji ulaze u svaku od pomenutih grupa.

168

Tabela 11.3: Faktori koji utiču na realizovano prianjanje

Pneumatik: Vozilo:

- oblik i dimenzije pneumatika - konstrukcija protektora - konstrukcija karkase - sastav i svojstva gume protektora

- pogonska grupa (pogon, kočenje, upravljanje)

- sistem za oslanjanje - konstrukcija karoserije

Površina kolovoza: Uslovi rada:

- sastav i svojstva površinskog sloja kolovoza

- geometrijska svojstva površine - zaprljanost i vlažnost kolovoza

- pritisak pumpanja - vertikalno opterećenje točka - brzina klizanja u kontaku - temperatura u kontaktu

Uticaj pneumatika

Osnovne dimenzije pneumatika su: spoljni prečnik pneumatika, širina poprečnog preseka pneumatika, visina profila pneumatika i nominalni prečnik naplatka na koji se pneumatik montira.

Za prilagođavanje dimenzija pneumatika specifičnim uslovima eksploatacije pojedinih vrsta vozila postoje tri osnovne mogućnosti:

- Povećava se spoljašnji, odnosno nazivni prečnik pneumatika dok visina profila ostaje konstantna. Ovo utiče na povećavanje visine težišta vozila, dužine i površine kontakta i smanjenje specifičnog pritiska na podlogu, koeficijenta prianjanja i otpora kotrljanju.

- Povećavaju se širina i visina profila dok nazivni prečnik ostaje konstantan. Povećava se spoljni prečnik pneumatika, nosivost pneumatika, površina kontakta, prianjanje na suvim kolovozima, a prianjanje na vlažnim kolovozima zavisi od konstrukcije desena.

- Spoljašnji i nazivni prečnik ostaju konstantni, povećava se širina profila pneumatika. Time se povećava širina kontakta, stabilnost vozila i postiže bolje prianjanje na suvim kolovozima.

U poslednjih dvadeset godina postoji trend povećavanja širine pneumatika i smanjivanja njegovog profila (odnos H/B), što utiče i na smanjivanje ukupnog prečnika točka. Profil pneumatika se u zadnjih trideset godina smanjio sa 1:1 na 0,5:1. Dobre strane smanjenja prečnika su povećanje površine kontakta, snižavanje težišta vozila i smanjenje ukupne mase točka.

Međutim, postoji i čitav niz dobrih razloga, datih u [23], koji govore da to nije jedini, a možda ni najbolji, put za unapređenje performansi pneumatika. Radi se, prema mišljenju autora, o nekritičkom prihvatanju zahteva konstruktura i potencijalnih kupaca vozila. Autor se zalaže da se trend smanjenja prečinika zaustavi i za to navodi niz argumenata. Sa povećanjem prečnika pneumatika dobilo bi se:

- pomeranje granice akvaplaninga zahvaljujući većoj dužini kontakta.

- smanjenje otpora kotrljanju vođenog točka.

- smanjene unutrašnjih napona u karkasi usled smanjenja cetrifugalnih sila.

- smanjenje u savijanju protektora pneumatika pri ulasku / izlasku iz kontakta sa podlogom.

169

Promena širine pneumatika

Smanjenje Povećanje

-Podizanje granice akvaplaninga. - Smanjen otpor kotrljanju.

- Poboljšanje bočne stabilnosti. - Manje habanje - Veći otpor na zagrevanje.

Slika 11.54: Uticaj promene širine pneumatika na njegove performanse

Na slici 11.54 date su posledice smanjenja, odnosno povećanja širine pneumatika. Odluke o optimalnom odnosu prečnika i širine mogle bi se doneti tek na osnovu obimnih eksperimenata.

Radijalni pneumatici imaju bolje prianjanje, zbog manje mase, veće elastičnosti i manjih histerezisnih gubitaka.

Parametri vozila

Pneumatici su deo, kako je to već rečeno, različitih sistema i podsistema automobila. Oni su deo sistema za upravljanje, sistema za kočenje, element sistema za prenos snage, a mogu se smatrati i delom sistema elastičnog oslanjanja vozila. Stoga je veoma važno da pneumatik pri kretanju zadrži propisane dimenzione i mehaničke karakteristike [26].

Na promenu mehaničkih karakteristika najviše utiče promena vertikalnog opterećenja. Za svaki tip pneumatika propisano je statičko opterećenje kao i pritisak pumpanja. Značajne promene opterećenja, do kojih dolazi u toku eksploatacije, utiču na promenu karakteristika i ponašanje pneumatika.

Povećano opterećenje (iznad propisanog) izaziva veće deformacije protektora, pojačano zagrevanje pneumatika i veće klizanje u kontaktu. Pri manjem opterećenju (od propisanog) pneumatik se ponaša na sličan način kao da je pneumatik prepumpan.

Promena karakteristika pneumatika ima velikog uticaja na funkcionisanje sistema čiji je pneumatik deo. Takođe, postoji povratna sprega, funkcionisanje ovih sistema utiče na funkcionisanje pneumatika. Na primer, uključenje ABS (protivblokirajućeg uređaja) u sistem za kočenje smanjuje klizanje u kontaktu i habanje protektora. Sa druge strane nagle promene intenziteta kočenja, odnosno pulsiranje sile, može uticati na oscilatorno ponašanje pneumatika.

Uticaj kolovoza

Karakteristike površine kolovoza

Postoje dve bitne karakteristike kolovoza od kojih zavisi raspoloživo trenje -prianjanje na savremenim kolovozima [20]:

- mikrohrapavost i

- makrohrapavost.

Površinska oštrina - mikrohrapavost osiguravaju delići slobodnih mineralnih zrna drobljenog peska i sitnog kamena, koji štrče iz habajućeg sloja kolovoza. Makrohrapavost treba da osigura drenažu kolovozne površine ispod gume protektora u uslovima velikih padavina.

Drenažni sistem - makrohrapavost predstavljaju međuprostori između zrnaca, ili prostor koji se pravi utiskivanjem vezivnog materijala, na primer, valjanjem gumenim valjcima (na slici 11.55 data je skica tipičnog profila kolovoza).

170

Geometrijska uobličenostpovršine kolovoza

Mikrohrapavost od 10 do 100 μm

Makrohrapavost od 6 do 20 mm

Utisnuti drenažni sistem postaje efikasan, ukoliko udubljenja između pojedinih kontaktnih pragova iznose barem nekoliko desetina milimetara. Površina kolovoza ima i sitnu - mikro i grubu - makro hrapavost istovremeno, pa se, po pravilu i posmatraju zajedno, jer zajedno utiču na nastanak sile trenja.

Slika 11.55: Profil površine kolovoza

Idealizovani osnovni oblici kolovozne površine, prikazani su u tabeli 11.4, u praksi gotovo nikada ne postoje, ali omogućavaju prikaz ekstremnih uticaja i mogućih posledica.

Kod malih brzina kretanja dovoljna je već oštrina zrna da se na mokroj površini ostvari zadovoljavajuća sila trenja. Visoki kontaktni pritisci su dovoljni za probijanje tankog filma vode. Kod viših brzina (preko 60 km/h), potreban je dopunski drenažni sistem. Ukoliko njega nema, guma zbog suviše sporog oticanja vode sa površine naleganja ne može dopreti do oštrih zrna, što bi osiguralo potrebne sile trenja.

Mineralna zrna, koja su dovoljno velika, a imaju oštre ivice, stvaraju među sobom drenažni sistem i time osiguravaju odgovarajuće sile trenja između gume i kolovoza i kod viših brzina vožnje.

Tabela 11.4: Idealizovani osnovni oblici površine kolovoza

Sila vlažnog trenja

Brzina vožnje Red broj Područje Prikaz Opis površine Izgled

površine mala velika

1 glatka

potpuno glatka površina glatka mala mala

2 zatvorena površina: iz okruglih zrnaca srednja mala

3

sitna hrapavos

t iz zrnaca sa oštrim ivicama

glatka velika mala

4 otvorena površina: iz

okruglih zrna mala mala

5

gruba hrapavos

t iz grubih oštrih zrna hrapava

velika velika

171

Za merenje teksture površine kolovoza na raspolaganju su brojni merni uređaji, od najednostavnijih za zapunjavanje i otiskivanje, do najkomplikovanijih, namenjenih za snimanje celog preseka puta. Jugoslovenski standard (JUS U.C4.018) propisuje dve metode merenja rapoloživog trenja:

- uz pomoć prenosnog mernog uređaja po principu klatna (SRT-Skid Resistance Tester).

- vučenim ukočenim - blokiranim točkom (Pavement Skid Tester).

Isti standard propisuje dve metode merenja drenažnog kapaciteta nakvašene površine habajućeg sloja betonskih i asfaltnih kolovoza. Svrha svih ovih merenja je indentifikacija stanja površine kolovoznog zastora sa gledišta bezbednosti saobraćaja.

Istraživanja ukazuju da postoje razlike u mikro i makro-hrapavosti kolovoza na različitim deonicama istog puta. Ovo znači da postoje i varijacije u vrednostima raspoloživog prianjanje i da njihova raspodela odgovara zakonu normalne raspodele.

Na slici 11.56 dati su rezultati merenja kliznog trenja obavljena prikolicom sa kočenim točkom na magistralnim putevima u bivšoj Jugoslaviji [27]. Merenja su ponavljana u toku niza godina, više puta godišnje i to za različite brzine klizanja.

Merenja ukazuju na pad kliznog trenja sa povećanjem brzine klizanja. Isti autor [27] postavio je i empirijsku zavisnost između koeficijenta trenja i brzine klizanja:

μ μ= ⋅ − ⋅o

c Ve( )

gde je: μo - koeficijent statičkog trenja, c - koeficijent i V - brzina klizanja.

Slika 11.56: Promena kliznog trenja izmerena na magistralnom putu u bivšoj Jugoslaviji (Slovenija)

Stanje površine kolovoza Materijal od koga se sastoji površina kolovoza se sastoji od agregata i veziva. Agregat (šljunak, tucanik, pesak,…) utiče na prianjanje svojim dimenzijama i svojim fizičkim karakteristikama. Na primer, uglačani i obli agregat ima niži koeficijent trenja u odnosu na agregat sa oštrim ivicima. Vezivo (cement, asfalt,…) utiče na svojstva kolovoza u zavisnosti da li pokriva deliće agregata onemogućavajući njihov kontakt sa točkom.

U toku eksploatacije kolovozna površina je izložena različitim uticajima koji prouzrokuju prolazne ili trajne promene koeficijenta trenja. Do danas još nije otkriven postupak obezbeđenja trajne sposobnosti trenja kolovozne površine bez obzira na klimatske i saobraćajne uslove.

Problemi se javljaju već na novopostavljenim kolovozima. Za asfaltne kolovoze je karakteristično da mineralna zrna nisu ravnomerno prekrivena bitumenom i da stoga postoji velika neravnomernost veličine trenja. Ovaj problem se razrešava nakon početnog perioda eksploatacije, što se može videti na slici 11.57.

Na slici 11.57 prikazan je uticaj dužine upotrebe puta na promenu koeficijenta trenja. Intenzitet saobraćaja utiče na brže habanje i uglačavanje površine kolovoza što smanjuje raspoloživo trenje. Sa

172

slike se vidi da se stanje kolovoza na putu na kome se odvija gust saobraćaj, nakon početnog porasta vrednosti trenja, menja različito od stanja kolovoza na sporednom putu. Uglačavanje je intenzivnije u kolotrazima nego na ostalim delovima kolovoza.

Slika1 11.57: Promena koeficijenta kliznog trenja u funkciji gustine saobraćaja i

dužine eksploatacije puta Promene koeficijenta trenja površine kolovoza su posledica:

- glačanja mineralnih zrna,

- habanja površine kolovoza,

- naknadnog zbijanja kolovozne površine,

- smanjenja sposobnosti odvodnjavanja,

- ostalih faktora koji utiču na trenje u kontaktu.

Brzina glačanja zavisi od efektivne dodirne površine gume protektora i kolovoza. Manja efektivna površina podrazumeva veće specifično opterećenje gume protektora, niže prianjanje i veće habanje protektora i kolovoza. Efektivna dodirna površina u zavisnosti od vrste kolovoza iznosi za [27]:

- peščani asfalt približno 90%

- sitnozrnasti asfalt-beton 80%

- srednjezrnasti asfalt-beton 70%

- grubozrnasti asfalt-beton 60%

- drenažni asfalt 40%

Drenažna sposobnost sama po sebi ne obezbeđuje visoko trenje. To je posebno problematično ukoliko krupnozrnasta struktura nema potrebnu oštrinu.

Površina kolovoza je kod svakog prolaza vozila izložena silama u ravni kontakta, pa se usled toga haba i uglačava. Uglačavanje teži nekoj graničnoj vrednosti, oko koje se sa većom ili manjom amplitudom koleba. Na promene utiču:

- vremenske promene koje se javljaju češće tokom godine (delovanje ugljenične kiseline koja povećava oštrinu zrna) i

- klimatski, mehanički i vremenski uticaji, koji se pojavljuju zimi.

173

Slika 11.58: Promena SRT vrednosti u funkciji godišnjeg doba

1.58 je prikazan uticaj godiišnjih doba i temperature okoline na raspoloživo trenje kolovoza. Radi se o rezultatima merenja koeficijenata kliznog trenja merenih dva puta godišnje, zimi (oznaka 1) i leti (oznaka 2) u periodu 1970. - 1976. godine [27].

Voda, sneg i led

Vozila čiji pneumatici nisu u suvom kontaktu sa kolovozom lako gube stabilnost ili upravljivost.

Za određeni desen, spoljašnje opterećenje i vrstu pneumatika postoji kritična brzina iznad koje, na mokrim kolovozima, dolazi do potpunog gubitka kontakta između pneumatika i kolovoza.

Snežni pokrivač na kolovozu utiče na smanjenje koeficijenta prianjanja. Istiskivanje snega je mnogo složeniji problem nego istiskivanje vode. Sneg se lepi za gumu, popunjava kanale u protektoru, puni prostor u karoseriji i tako ograničava mogućnost okretanje točka. Ponašanje pneumatika na snežnim kolovozima zavisi od dva osnovna parametra, a to su konstrukcija karkase pneumatika i desen protektora. Od konstrukcije pneumatika zavisi veličina i raspodela pritiska u kontaktu, površina kontakta i samočišćenje kanala protektora. Ovde su radijalni pneumatici u prednosti u odnosu na bias-belted i dijagonalne pneumatike. Za ovakve uslove eksploatacije se koriste pneumatici sa krupnim desenom (takozvani M+S pneumatici) i lanci.

Poseban problem predstavlja kretanje vozila po zaleđenom putu. Ledena kora na kolovozu onemogućava normalan saobraćaj i do danas nije nađeno zadovoljavajuće rešenje koje bi omogućilo dobro prianjanje pneumatika na ledu, a ne bi ugrozilo bezbedno kretanje vozila na suvim kolovozima. Poslednjih godina se eksperimentiše sa pneumaticima koji su opremljeni "gumenim" spajkovima.

Uticaj uslova rada

Pritisak vazduha u pneumatiku je od velikog značaja za ponašanje pneumatika u eksploataciji. Propisani pritisak pumpanja, koji odgovara statičkom opterećenju točka, obezbeđuje optimalno prianjanje i na suvim i na vlažnim kolovozima. Niži pritisak u pneumatiku utiče na blago povećanje prianjanja, uz povećano i nejednako trošenje protektora. Na vlažnim kolovozima sa sniženjem pritiska prianjanje se smanjuje usled otežanog istiskivanja vode iz kontakta. Viši pritisak od propisanog utiče na smanjenje površine kontakta i povećanje specifičnog pritiska na površinu kolovoza.

Pneumatik prilikom kotrljanja prenosi na vozilo vibracije različitih frekvenci, u zavisnosti od vrste pobude kolovoza. Ove vibracije, čija je učestanost između 5 i 10 Hz, nazivaju se "trešenje" [27] i nastaju zbog:

- nekružnosti oblika naplatka i ekscentričnosti centralnog otvora naplatka u odnosu na posteljicu naplatka;

- nejednakog rastojanja rupa za pričvršćivanje točka ili nepoklapanja centra naplatka sa centrom kruga koji povezuje rupe;

- pojave neuravnotežene mase na pneumatiku, točku, glavčini ili dobošu kočnice.

174

Sprega više navedenih uticaja izaziva velike promene sila na točku čak i kada su pojedinačni uticaji mali. Trešenje nepovoljno utiče na vek karkase pneumatika i izaziva nejednako trošenje protektora.

Varijacija sila se povećava sa povećanjem obimne brzine točka. Ove varijacije nepovoljno utiču na ostvareni nivo prianjanja i čine da se sila prianjanja u kontaktu periodično menja

11.3.4 Habanje pneumatika Habanje protektora se definiše kao akumulacija gubitaka gume protektora koja je rezultat interakcije pneumatika i podloge u različitim eksploatacionim i atmosferskim uslovima. Zbog interakcije u ravni kontakta se generišu smicajne sile koje se sastoje od elastične komponente i komponente kliznog trenja.

Na slici 11.59 prikazana je interakcija pneumatik-kolovoz. Element protektora od ulaza u kontakta, usled "zahvata" (stacionarne veze) sa podlogom, prati pravac kretanja točka i bočno se deformiše u odnosu na naplatak. Stacionarna veza potiče od mikroskopskih deformacija protektora (slika 11.60) i od adhezije.

Slika 11.60: Mikroskopske deformacije gume protektora u kontaktu sa neravnom podlogom

Kada smicajna sila dostigne vrednost raspoložive reaktivne sile - sile prianjanja, dolazi do pojave klizanja. Delić protektora kliza ka svom inicijalnom položaju u odnosu na naplatak. Pri tome na hrapavoj podlozi oštre neravnine zadiru u protektor ostavljajući duboke brazde u gumi. Klizanje je ograničeno otporom trenja u kontaktu.

Slično se događa i pri pogonu ili kočenju gde se elementi protektora u kontaktu pomeraju napred (nazad) i nakon prekoračenja granice prianjanja vraćaju u inicijalni položaj.

Slika 11.59: Interakcija u kontaktu pneumatik-kolovoz pri skretanju

175

11.3.4.1. Vrste habanja

Pri kotrljanju protektor pneumatika se troši. U slučaju gume radi se o četiri međusobno različita mehanizma trošenja - habanja, koja zavise od vrste kolovoza i hrapavosti njegove površine:

- abrazivno habanje

- habanje usled zamora

- koheziono habanje

- devulkanizacija gume protektora.

Svaki od navedenih mehanizama habanja biće detaljnije razmatran u narednom tekstu.

Abrazivno habanje

Na veoma hrapavim podlogama, koje obezbeđuju visok koeficijent trenja, preovlađuje abrazivno habanje. Abrazivno habanje javlja se pri naglim kočenjima, ubrzanjima, skretanjima ili oštrim manevrima. Oštre neravnine izazivaju visoke koncentracije pritiska u kontaktu kao i adheziju i mehaničko vezivanje između vrhova neravnina i gume protektora. Kao posledica abrazivnog trenjana protektoruostaju brazde. Intenzitet abrazije raste na hrapavijim podlogama i kod "mekših" protektora.

Habanje usled zamora

Tokom kotrljanja ili klizanja guma protektora u kontaktu sa neravninama kolovoza, doživljava ciklično opterećivanje i rasterećivanje. Frek-vencija zavisi od obima točka i brzine kretanja vozila i kreće se od 5Hz kod teretnih vozila pa do 30 Hz kod putničkih vozila. Promene opterećenja dovode do zamora gume protektora što se manifestuje odvajanjem delića gume i tragovima gume na asfaltu. Habanje je jače kada je klizanje duže i kada je mikrotekstura izraženija. Na njegov intenzitet utiču temperatura i sadržaj čađi u gumi. Efekti zamora postaju vidljivi tek tokom duže eksploatacije.

Koheziono habanje

Oba prethodna mehanizma habanja podrazumevaju da je kontakt pneumatika i kolovoza manje ili više hrapav. Dosta deonica puta je i ravno i glatko, ali i na njima dolazi do habanja protektora pneumatika. Ova vrsta habanja se naziva koheziono habanje i posledica je raskidanja kohezionih veza u gumi protektora. Manifestuje se otpadanjem komadića gume i pojavom udubljenja na protektoru. Javlja se u slučajevima kada postoji "čvrst" zahvat delića protektora i površine kontakta i kad je realizovana sila prianjanja veća od kohezione.

Na veličinu ove vrste habanja utiče tvrdoća gume protektora. Manja tvrdoća podrazumeva veću deformaciju protektora bez pojave klizanja i veće koheziono habanje. Sa povećanjem tvrdoće povećavaju se efekti abrazivnog trošenja. Ukoliko guma protektora ima više od 75 SH (Šora) dominira habanje usled zamora.

Devulkanizacija gume protektora

Do devulkanizacije gume protektora dolazi usled lokalnog pregrevanja i stvaranja plikova na površini protektora. Ovo se najčešće događa kod blokiranih točkova na površinama sa niskim prianjanjem. U ekstremnim slučajevima guma se odvaja od protektora i ostavlja uočljive tragove na kolovozu. Mešavine gume izrađene od sintetičkog kaučuka otpornije su na ovu vrstu habanja nego gume izrađene od prirodnog kaučuka. Ovo je prvi put uočeno u toku Drugog svetskog rata na avionskim pneumaticima koji su korišćeni na travnatim aerodromima.

11.3.4.2. Mehanizmi habanja

Zahvat između pneumatika i kolovoza omogućava prenošenje sila između vozila i kolovoza. Ove sile omogućavaju kontrolu brzine i pravca kretanja vozila. Sile koje kontrolišu brzinu kretanja vozila generišu se u vozilu (u motoru ili kočnicama) i preko točkova prenose na kolovoz. Nasuprot tome sile kojima se kontroliše pravac kretanja generišu se u pneumatiku, pri zakretanju upravljačkih točkova, i prenose se sa pneumatika na vozilo. Pri prenošenju energije sa ili na vozilo dolazi do habanja

176

protektora pneumatika. Mehanizam i intenzitet habanja zavisi od više faktora. U daljem tekstu biće razmotreni mehanizmi habanja kod nekoliko tipičnih režima kretanja točka.

Pravolinijsko kotrljanje točka

Bočne i podužne sile u kontaktu točkova koji se slobodno kotrljaju su relativno male. Podužna sila je jednaka otporu kotrljanju i rezultat je histerezisa karkase pneumatika i podužne deformacije protektora u kontaktu. Bočne sile u kontaktu se javljaju usled nesavršenosti pneumatika, neodgovarajućeg podešavanja položaja točka, nagiba puta i bočnog vetra. Pošto su sile male i klizanje u kontaktu je zanemarljivo i habanje točka koji se slobodno kotrlja je takođe malo. Ovde preovlađuje habanje usled zamora.

Pogonski / kočeni točak

Osnovni uzrok habanja protektora pneumatika pri kočenju ili pogonu je klizanje u kontaktu. Put klizanja i veličina sile trenja u kontaktu zavise od elastičnih karakteristika karkase i vrednosti momenta. Intenzitet habanja zavisi direktno od dužine puta klizanja, odnosno "puta habanja" kako ga još često zovu.

Kod pogonskog točka mehanizam istrošenja je sledeći. Prilikom ulaska u kontakt element gume ostvaruje čvrst zahvat sa kolovozom. Kao rezultat zahvata delić naglo usporava i za momenat ostaje nepokretan, odnosno prestaje da se kreće u odnosu na površinu kolovoza. Za to vreme metalni deo točka nastavlja da se obrće oko svoje ose. Razlika brzina dela u kontaktu i ostalog dela točka izaziva sabijanje gume protektora pred ulazak u kontakt i njeno istezanje posle izlaska iz kontakta.

Čvrsta veza protektora i površine kolovoza je ograničena raspoloživom silom trenja. Kada sile u kontaktu prekorače ovu granicu dolazi do klizanja delića po površini kolovoza pod dejstvom reaktivnih elastičnih sila gume. Prilikom vučenja gume po podlozi javljaju sile trenja koje se protive ovom kretanju.

Dužina puta klizanja i veličina sile kliznog trenja utiču na veličinu istrošenja, a zavise od elastičnih karakteristika pneumatika i veličine obrtnog momenta. Kod pogonskog ili kočenog točka preovlađuje abrazivno habanje koje se manifestuje otkidanjem delića gume pri njenom prevla-čenju preko neravnina na kolovozu. Tom prilikom na gumi protektora ostaju zarezi do 30 μm dubine. Veličina habanja po jedinici puta uslovljena je brojem neravnina u kontaktu sa gumom, dubine utiskivanja neravnine u gumu protektora i dužinom puta klizanja.

Broj neravnina u zahvatu zavisi od karakteristika površine kolovoza. Ovaj broj je veći ako je makrotekstura sitnija, a mikrotekstura na vrhu neravnine gušća. Na broj neravnina u zahvatu utiču i veličina i raspodela pritiska u kontaktu i veličina površine kontakta. Povećanje vertikalnog opterećenja i smanjenje pritiska vazduha u pneumatiku utiču na porast broja neravnina u zahvatu.

Dubina zareza zavisi od svih navedenih faktora (oštrine neravnine, opterećenja točka, pritiska u kontaktu) i tvrdoće gume protektora. Na tvrdoću gume utiče temperatura protektora, koja opet zavisi od uslova vožnje i temperature okoline. Može se reći da dubina zareza zavisi od režima eksploatacije (opterećenja, ubrzanja, usporenja, skretanja i brzine vozila) i temperature okoline. Na temperaturu okruženja, osim atmosferskih uslova, utiču i drugi sistemi na vozilu kao što su motor, kočnice ili transmisija.

Put habanja direktna je funkcija uslova eksploatacije i karakteristika pneumatika. Put habanja za jedan obrtaj točka jednak je proizvodu koeficijenta klizanja i puta koji točak pređe za jedan obrtaj:

l Rx kλ λ π= ⋅ ⋅ ⋅2 ,

gde je: λx - koeficijent podužnog klizanja (pogon/kočenje u pravcu); Rk - poluprečnik kotrljanja točka.

Klizanje točka zavisi od veličine sila u kontaktu i krutosti točka. Ova krutost se definiše kao promena pogonske ili kočne sile za jediničnu promenu koeficijenta klizanja.

Na krutost utiču elastične karakteristike pneumatika, kao i pritisak pumpanja i vertikalno opterećenja. Zavisnost pogonske/kočne sile i koeficijenta podužnog klizanja je linearna za prosečne uslove eksploatacije (do 5% klizanja). Put habanja raste kada raste obimna sila ili kada krutost pneumatika opada.

177

Točak koji skreće

Pri skretanju svi točkovi na vozilu se povode za određeni ugao. Stoga se pravac kretanja ne poklapa sa pravcem ose točka. Od ulaska u kontakt element protektora prati pravac kretanja ose točka. Pri tome delić ostvaruje čvrst kontakt sa kolovozom deformišući se u bočnom pravcu. Bočna elastična sila raste kako raste bočna deformacija. Kada elastična sila dostigne silu prianjanja element gume počinje da se vraća u prvobitni položaj. Ovo kretanje predstavlja put habanja pri skretanju, koje na gumi protektora ostavlja zareze slične kao kod pogona/kočenja, ali različite dužine i pravca.

Intenzitet habanja zavisi od ugla klizanja i površine kontakta. Vrednost deformacije (ugla klizanja) potrebne za prenošenje odgovarajuće sile pri skretanju zavisi od ugaone krutosti pneumatika i opterećenja točka. Manja krutost i povećano opterećenje uslovljavaju veće uglove povođenja-klizanja. Dužina bočnih zaseka, odnosno veličina habanja se povećava sa smanjenjem krutosti i povećanjem opterećenja točka.

Habanje pri skretanju je veće i neravnomerno što je bitna razlika u odnosu na habanje, koje bi sila istog intenziteta ostvarila pri kočenju ili pogonu. Uzrok je manja krutost pneumatika u bočnom pravcu i nelinearna veza između bočne sile i ugla klizanja. Ugaona krutost pneumatika zavisi od elastičnosti karkase i protektora. Pohabanost protektora malo utiče na promenu ove krutosti.

Za zadati ugao klizanja put habanja raste sa povećanjem dužine kontakta. Pošto dimenzije kontaka zavise od pritiska pumpanja i vertikalnog opterećenja točka jasno je da ovi faktori utiču na intenzitet habanja pneumatika.

11.3.4.3. Uticaj hrapavosti kolovoza

Sve do sada rečeno navodi na zaključak da je neravnost podloge osnovni uzrok habanja pneumatika. Habanje usled zamora javlja se na neravnim glatkim podlogama, abrazivno habanje je karakteristično za neravne hrapave podloge, dok se samo kohezivno habanje javlja i na glatkim podlogama. Pogledajmo sada kako makro i mikro hrapavost utiču na intenzitet habanje, bez obzira na vrstu habanja.

Na slici 11.61 prikazan je uticaj pohabanosti protektora na učešće aktivnog kontakta, na vlažnom kolovozu sa (a) velikom i (b) malom makro-hrapavošću.

Sa slike 11.61a vidi se da je aktivna površina kontakta veća kod pohabanog pneumatika nego kod novog i da se ovaj odnos ne menja za ceo posmatrani opseg brzina. Efekti habanja, prikazani strelicama, su veći kod pohabanih pneumatika i pri većim brzinama kretanja. Obzirom da adhezija

Slika 11.61: Uticaj pohabanosti pneumatika na učešće aktivne površine u kontaktu pri kotrljanju na

vlažnom kolovozu sa (a) velikom, i (b) malom makro-teksturom kolovoza

178

doprinosi ukupnom trenju i da zavisi od površine može se zaključiti da pohabanost u ovakvim situacijama poboljšava prianjanje. Naravno pod uslovom da je drenažni kapacitet neravnina dovoljno veliki da onemogući pojavu aquaplaninga -hidroplaninga u posmatranom opsegu brzina.

Na slici 11.61b je prikazano ponašanje pneumatika na podlozi sa malim makro-neravninama. Kod pohabanog pneumatika dolazi do hidroplaninga pri brzini od 70 km/h. Ispod ove brzine promene su slične onima na slici 11.61a. Aktivna površina kontakta je veća kod pohabane gume, a veća površina kontakta podrazumeva i veće habanje. Iznad kritične brzine sve je obrnuto. Učešće aktivne površine je sada veće kod novog pneumatika nego pneumatika sa pohabanim protektorom. Kod nove gume aktivna površina blago, pa sve brže opada sa povećanjem brzine kretanja. Kod pohabanag pneumatika je ovaj pad mnogo intenzivniji. Na 90 km/h učešće aktivne površine u ukupnoj površini kontakta je jedva jednu petina od one na 50 km/h, što ukazuje na važnost stanja i karakteristika desena pneumatika za odvođenje vode iz površine kontakta.

Slika 11.62: Intenzitet habanja pneumatika u funkciji

mikro-hrapavosti površine kolovoza

Uticaj mikro-neravnina na vlažno trenje i habanje prikazan je na slici 11.62. Oba parametra rastu nelinearno sa povećanjem visine hrapavosti. Izbor mikro-hrapavosti kolovoza predstavlja kompromis želje da ostvarimo maksimalno prianjanje uz minimalno moguće habanje. Mikro-neravnine igraju važnu ulogu u probijanju tankog sloja vode i izborom hrapavosti između 10 i 70 μm ostvaruju se prihvatljive vrednosti oba parametra i prianjanja i habanja.

11.3.4.4. Uticaj konstrukcije pneumatika

Deformacije elemenata protektora su mnogo veće kod dijagonalnih nego kod radijalnih pneumatika. Veće deformacije prouzrokuju i veće habanje.

Ukoliko su ova pomeranja u kontaktu istog pravca i suprotnog smera u odnosu na smer obrtanja točka onda ona utiču na povećanje sile trenja u kontaktu. U suprotnom, generisane sile se poništavaju i povećano habanje nema nikakve efekte na prianjanje. Primer je raspodela bočnih napona u kontaktu pri kotrljanju točka u pravcu. Njihova raspodela je simetrična u odnosu na osu točka i oni prouzrokuju tzv. parazitsko habanje pneumatika bez ikakvog efekta na ostvareno prianjanje u kontaktu. Ova naprezanja su veća kod dijagonalnih pneumatika nego kod radijalnih, a najmanja kod radijalnih pneumatika sa čeličnim kordom.

Ukupni vek trajanja protektora, ali i sve druge performanse su mnogo više kod radijalnih pneumatika nego kod dijagonalnih. Uz minimalno parazitsko habanje, manje zagrevanje i abraziju radijalni pneumatici ostvaruju isti nivo prianjanja kao dijagonalni. Prosečna vrednost habanja kod dijagonalnih pneumatika, odnosno gubitak visine protektora, iznosi oko 0,25 mm na 1000 km pređenog puta, dok je kod radijalnih pneumatika ova vrednost skoro upola manja [28].

179

11.3.4.5. Uticaj uslova eksploatacije

Faktori koji utiču na vek pneumatika mogu se razvrstati u dve grupe. U prvu grupu spadaju oni na koje korisnik vozila ne može neposredno uticati kao što su:

- vrsta vozila i njegove dimenzije;

- maksimalna brzina vozila;

- osovinsko opterećenje;

- raspored pneumatika na vozilu;

- vozna svojstva vozila;

- vrsta kolovoza;

- ekonomičnost eksploatacije.

U drugu grupu faktora ulaze oni na koje bi korisnik može i treba da utiče, a to su:

- brzina kretanja;

- opterećenje točka;

- pritisak vazduha u pneumatiku;

- tehnika vožnje;

- održavanje vozila;

- održavanje pneumatika.

Većina od navedenih faktora je već razmatrana tako da ćemo se ovde samo ukratko na njih osvrnuti.

Povećanje brzine kretanja na suvim kolovozima direktno utiče na povećanje intenziteta habanja. Do toga dolazi usled povećanja krutosti gume protektora i smanjenja aktivne površine u kontaktu. Pod aktivnom površinom smatramo deo ukupne površine kontakta u direktnom zahvatu sa neravninama kolovoza.

Sa slike 11.63 se vidi da histerezisna frikciona sila raste do neke mere sa povećanjem brzine kretanja, a kasnije, ukoliko se brzina i dalje povećava, počinje da opada. Na slici 3.4.5a prikazan je kontakt nepokretnog točka i neravne podloge. Prikazani su i dužina aktivnog kontakta (a-b) i raspodela

Slika 11.63: Uticaj aktivne površine kontakta na ostvarenu frikcionu silu pri klizanju.

180

pritiska u kontaktu (P). Pošto je raspodela pritiska simetrična ne postoji nikakva rezultujuća sila u ravni kontakta. U slučaju koji je označen sa (b) guma kliza po površini kontakta nekom brzinom (V). Kontakt se pomera unazad i zauzima novi položaj c-d. Ovo prouzrokuje asimetričnost pritiska u kontaktu i frikcionu silu (Fhist), koja se suprostavlja kretanju. Sa povećanjem brzine i asimetričnost pritiska raste, pa i otpor kretanju raste. Srednji pritisak (p) u kontaktu takođe raste, jer se dimenzije kontakta smanjuju sa povećanjem brzine kretanja, a usled povećanja krutosti gume. Sa daljim povećanjem brzine dužina kontakta se i dalje smanjuje, srednji pritisak povećava, ali se asimetričnost pritiska, usled pomeranja tačke e u desno, smanjuje.

Na vlažnim kolovozima, kako je već ranije rečeno, na nižim brzinama pritisak koji guma protektora vrši na podlogu je dovoljan da istisne vodu iz kontakta. Na višim brzinama to nije uvek moguće i tada dolazi do pojave aquaplaninga. Granična brzina zavisi od niza parametara, ali na prvom mestu od pohabanosti pneumatika.

Statičko vertikalno opterećenje točka zavisi od veličine i raspodele opterećenja vozila po osovinama. Prilikom izbora pneumatika mora se voditi računa o nosivosti pneumatika uz odgovarajući pritisak pumpanja. Vertikalno opterećenje se u toku vožnje menja usled delovanja inercijalnih sila (ubrzanje, kočenje, skretanje), nagiba puta i makro-neravnina na putu. Promena opterećenja utiče na promenu dimenzija kontakta i na ravnomernost raspodele pritiska u kontaktu. Kada je opterećenja niže od nominalnog više se troši srednji deo protektora. Ukoliko je opterećenje veće od nominalnog, usled nedovoljnog pritiska u pneumatiku, prenošenje sila preuzimaju obodni krući delovi protektora koji se i intenzivnije habaju. Središnji deo protektora u ekstremnim situacijama se može potpuno odvojiti od kontakta. Veća deformacija u kontaktu dovodi do većeg zagrevanja pneumatika. Ukoliko teperatura pređe kritičnu granicu dolazi do trajnih promena u karakteristikama gume protektora i njenog brzog propadanja.

Slični problemi se javljaju ukoliko pritisak u pneumatiku ne odgovara stvarnom opterećenju. Posledice nižeg pritiska pumpanja su slične kao kod preopterćenja točka, a prepumpan točak se ponaša slično kao i manje opterećen točak. Kontrolu pritiska vazduha treba vršiti kada je pneumatik "hladan", odnosno pre kretanja na vožnju.

Na habanje pneumatika u velikoj meri se može uticati odgovarajućom tehnikom vožnje. Oštra kočenja ili usporavanja kao i nagle promene pravca značajno skraćuju vek pneumatika i povećavaju potrošnju goriva.

11.3.4.6. Habanje i klizanje

Koeficijent klizanja u podužnom pravcu predstavlja odnos prosečne podužne brzine klizanja u kontaktu i podužne brzine točka:

λ xklx

x

vV

= ,

gde je: Vklx - prosečna brzina klizanju podužnom pravcu; Vx - podužna brzina vozila.

Uz predpostavke da je veza između ostvarenog prianjanja i koeficijenta klizanja linearna i da je gubitak zapremine proporcionalan energiji utrošenoj na klizanje može se napisati:

klxzxklxxhx lFlFV ⋅⋅ϕ≈⋅≈Δ ,

gde je:

xxx l⋅λ=ϕ ,

odnosno da je:

( )ΔV c F l c F lhx x x z x x x z x x≈ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ≈ ⋅ ⋅ ⋅λ λ λ 2

gde je: ΔVhx - gubitak zapremine protektora usled habanja; Fx - podužna sila u ravni kontakta; lx - put delića u podužnom pravcu u kontaktu; lklx - put klizanja delića u podužnom pravcu u kontaktu; Fz - vertikalno opterećenje točka; λx - koeficijent klizanja u podužnom pravcu; cx - podužna krutost, odnosno veza između ostvarenog prianjanja i koeficijenta klizanja. Iz gornje jednačine sledi da je habanje po jedinici pređenog puta direktno proporcionalno kvadratu koeficijenta klizanja.

181

Slična zavisnost se može postaviti i za habanje pri skretanju ukoliko λx zamenimo sa λy, odnosno sa tan(α).

( ) 2yyzyyxzyyklyzyklyyhy lFclFclFlFV λ⋅⋅⋅≈⋅λ⋅⋅λ⋅=⋅⋅ϕ=⋅≈Δ

gde je: ΔVhy - gubitak zapremine protektora usled habanja; Fy - bočna sila u ravni kontakta; Fz - vertikalno opterećenje točka; λy - koeficijent klizanja u bočnom pravcu; cy - bočna krutost.

Pri izračunavanju ukupnog habanja treba se uzeti u obzir da je habanje pri skretanju uvek veće od habanja pri kočenju ili pogonu. Pneumatik je, sa gledišta habanja, mnogo osetljiviji na manevre u toku vožnje nego na promene brzine pri ubrzavanju ili usporavanju.

11.3.4.7. Merenje habanja pneumatika

Prianjanje i habanje su međusobno zavisne pojave. Prva je uzrok, a druga posledica molekularne interakcije u kontaktu pneumatika i kolovoza. Prianjanje se definiše trenutno izmerenim / generisanim veličinama kao što su pogonska ili kočna sila, vertikalno opterećenje, klizanje u kontaktu… Habanje je posledica delovanja spoljnih opterećenja u dužem vremenskom periodu čiji učinak nije odmah vidljiv. Gubitak gume ili habanje može se meriti kao gubitak mase, ili kao promena zapremine, odnosno dimenzija jednog ili oba materijala u kontaktu. U tabeli 11.5 dato je pet osnovnih načina merenja habanja protektora pneumatika.

Osnovni problem klasičnih načina merenja habanja je dugačko vreme između dva merenja, jer smanjenje debljine gume protektora iznosi od 0,10 mm do 0,25 mm na hiljadu kilometara. Promena debljine gume protektora se meri dubinomerom odgovarajuće preciznosti na više unapred definisanih mesta po obimu pneumatika. Ukoliko se koristi metoda promene mase potrebno je pre svakog merenja skinuti pneumatik sa vozila, oprati ga i tek onda mu izmeriti težinu.

Danas se koriste i radioaktivni postupci merenja intenziteta habanja pneumatika. Priprema se sastoji u impregniranju gume protektora radioaktivnim rastvorom ili ubacivanjem radioaktivnih izotopa u mešavinu za pra-vljenje gume protektora. Prvi metod daje dobre rezultate, jer omogućava merenje gubitka mase gume sa tačnošću od 10-9 grama. Merenjem radioaktivnosti tragova kočenja na kolovozu neposredno nakon kočenja moguće je proceniti habanje protektora pri jednom kočenju. Drugi način je manje precizan, ali daje dobre informacije o zonama povećanog habanja.

Tabela 11.5: Merenje habanja protektora pneumatika

Habanje protektora pneumatika Vrsta merenja

Definicija Matematički izraz

Linearno Debljina skinutog sloja

Dužina klizanja KhLl =

Zapreminsko Skinuta zapremina

Dužina klizanja x površina kontakta KVol

L AVa

=⋅

Δ .

Maseno Masa skinutog materijala

Dužina klizanja x površina kontakta KW

L Awa

=⋅

Δ

Energetsko Skinuta zapremina

Rad trenja KVol

F LE =⋅

Δ .

Abrazivnost Skinuta zapremina

Rad trenja γ =⋅

ΔVolF L

.

182

Slika 11.64: Habanje protektora u funkciji vrste kretanja i veličine usporenja

Na slici 11.64 prikazani su uporedno rezultati merenja habanja dva pneumatika za različite režime kotrljanja [23]. Ovde nećemo komentarisati ponašanje ispitivanog pneumatika već nivoe habanja u zavisnosti od uslova ispitivanja. Sa slike se vidi da je intenzitet habanja točka kada se slobodno kotrlja najmanji, a da je najveći kod oštrih skretanja. Negde između ova dva ekstrema nalazi se habanje kod kočenja ili ubrzavanja. Na veličinu istrošenja utiče veličina sile, odnosno nivo ostvarenog ubrzanja/usporenja.

Tabela 11.6: Klasifikacija intenziteta istrošenja-habanja pneumatika

Intenzitet habanja Mera habanja l [km/mm dubine]

1. Sporo l > 5000

2. Srednje 5000 > l > 2500

3. Intenzivno 2500 > l > 1250

4. Katastrofalno 1250 > l

Radi poređenja intenzitet istrošenja se može podeliti na nekoliko grupa od onog najmanjeg - najblažeg do najintenzivnijeg - najoštrijeg.

U tabeli 11.6 data je jedna od mogućih skala za poređenje intenziteta habanja različitih pneumatika u istim uslovima eksploatacije, odnosno istih pneumatika u različitim uslovima eksploatacije.

11.3.5 Otpor kotrljanju Osnovni uzrok trošenja energije pri slobodnom kotrljanju točka je unutrašnje trenje u karkasi (gumi i kordu). Klizanje u kontaktu i otpor vetra su od manje važnosti. Klizanje u kontaktu učestvuje sa 5 do 10% ukupnih gubitaka pri kotrljanju, dok učešće otpora vazduha ne prelazi 4% [23].

183

Slika 11.65: Raspodela pritiska, tangencijalnih napona i obimne brzine

u kontaktu vođenog točka

Na slici 11.65 prikazana je raspodela normalnog pritiska u kontaktu, podužne sile, obimne brzine i brzine u kontaktu vođenog točka. Pri ulasku u kontakt dužina elementa protektora (na slici označena sa L) se sabija na dužinu λL (gde je λ <1). Raspodela pritiska po dužini kontakta nije simetrična i vertikalna reakcija u kontaktu Z je pomerena u pravcu kretanja u odnosu na vertikalnu osu točka za određenu vrednost ef. Otpor kotrljanju i koeficijent otpora kotrljanju zavise od vrednosti ef i intenziteta vertikalne reakcije i to na sledeći način:

R Ger

odnosno ferf t

f

d

f

d= ⋅ =, ,

gde je: ef - normalno odstojanje vertikalne reakcije točka Z od ose točka; Gt- vertikalno opterećenje točka; rd - dinamički poluprečnik točka, definisan kao vertikalno rastojanje ose točka (koji se slobodno kotrlja) od površine kolovoza; f - koeficijent otpora kotrljanju; Rf - otpor kotrljanju.

Otpor kotljanju točka određuje se eksperimentalno i zavisi od čitavog niza činilaca, kao što su:

- tip i konstrukcije pneumatika,

- brzina vozila,

- tip i sastav podloge kolovoza,

- vertikalno opterećenje i pritisak vazduha u pneumatiku,

- veličina obrtnog momenta na točku.

Na slici 11.66 su date promene koeficijenta otpora kotrljanju novih i pohabanih pneumatika različitih konstrukcija u zavisnosti od brzine kretanja. Postoji razlika u ponašanju pneumatika radijalne i dijagonalne konstrukcije. Pneumatici radijalne konstrukcije imaju prednost u području brzina ispod 145 km/h.

184

Postoje empirijske formule preko kojih se može izraziti zavisnost koeficijenta otpora kotrljanju, na nekoj vrsti kolovoza, od brzine kotrljanja točka:

( )[ ] 2voo vkffili50vk1ff ⋅+=−⋅+⋅=

gde je: fo - tabelarna vrednost koeficijenta otpora kotrljanju (vidi tabelu 3.5.1); v - brzina kretanja vozila (km/h); k - koeficijent (0,0065 h/km); kv- koeficijent (0,5x10-6 h2/km2).

Porast koeficijenta otpora kotrljanju sa povećanjem brzine kretanja objašnjava se povećavanjem broja ciklusa deformisanja pneumatika u jedinici vremena i nedostatkom vremena da se materijal pneumatika u potpunosti regeneriše - rastereti između dva prolaska kroz kontakt. Otpor

kotrljanju pneumatika bez desena na suvim kolovozima je niži nego kod pneumatika sa desenom.

Slika 11.66: Uticaji brzine i pohabanosti protektora na koeficijent otpora kotrljanju radijalnih i bias

belted pneumatika

Koeficijent otpora kotrljanju se razlikuje od podloge do podloge. Otpor kotrljanju je veći na hrapavim i neravnim kolovozima. U narednoj tabeli su date vrednosti ovog koeficijenta za različite vrste i stanja kolovoza.

Tabela 11.7: Koeficijenti otpora kotrljanju na različitim kolovozima

Vrsta i stanje površine kolovoza fo - koeficijent otpora kotrljanju

Dobar beton 0,018 - 0,010

Loš beton 0,015 - 0,020

Dobar asfalt 0,010 - 0,012

Loš asfalt 0,016 - 0,023

Dobar makadam 0,010 - 0,023

Loš makadam 0,018 - 0,035

Brzina kretanja utiče i na zagrevanje pneumatika. Otpor kotrljanju opada sa povećanjem temperature u materijalu pneumatika. Na slici 11.67 prikazana je zavisnost otpora kotrljanju od temperature pneumatika. Kao mera zagrevanja pneumatika uzima se temperatura ramena spoljne gume.

185

Slika 11.67: Uticaj vremena rada na otpor kotrljanju i temperaturu pneumatika

Na temperaturama iznad 100 oC veličina otpora se stabilizuje. Problem je u tome što povišene temperature izazivaju privremene ili trajne promene u gumi, od koje je pneumatik prevashodno izrađen. Na temperaturama iznad 200oC dolazi do devulkanizacije gume i raslojavanja strukture pneumatika.

Slika 11.68: Promena otpora kotrljanju u funkciji pritiska pumpanja i opterećenja

Veća deformacija pneumatika u kontaktu znači i veći otpor kotrljanju i obrnuto. Na slici 11.68 data je zavisnost otpora kotrljanju od radijalne deformacije u kontaktu za različita vertikalna opterećenja i različite pritiske vazduha u pneumatiku. Sa slike se vidi da su linije konstantne radijalne deformacije približno horizontalne. Ovo znači da se otpor kotrljanju za propisane parove normalnih opterećenja i pritisaka pumpanja ne menja značajno.

Prilikom skretanja sila otpora kotrljanju Fα je pod uglom α u odnosu na osu točka. Veličina otpora kotrljanju zavisi od veličine otpora kotrljanju u ravni točka (FR), ugla klizanja (α) i bočne sile (Fy):

F F FR yα α α= ⋅ + ⋅cos sin .

Sa povećanjem ugla klizanja raste bočna sila i otpor kotrljanju (slika 11.69).

186

Slika 11.69: Uticaj ugla klizanja na otpor kotrljanju

U nekim situacijama je otpor kotrljanju predstavljen kao snaga koju pneumatik troši pri kotrljanju (P). U tom slučaju se koeficijent otpora kotrljanju može izračunati na sledeći način:

fP

G vR vG v

RGt

f

t

f

t=

⋅=

⋅⋅

= .

Uticaj kočenja/pogona prikazan je na slici 11.70 gde su promene koeficijenta otpora kotrljanju predstavljeni u funkciji iskorišćenog prianjanja pri kočenju i pogonu [19].

Slika 11.70: Uticaj iskorišćenog prianjanja na koeficijent otpora kotrljanju

Ostali faktori koji utiču na otpor kotrljanju su profil pneumatika (odnos H/B) i neke druge konstruktivne karakteristike pneumatika. Sa smanjenjem profila povećava se radijalna krutost karkase, smanjuje radijalna deformacija i histerezisni gubici u materijalu, što utiče na smanjenje otpora kotrljanju.

Smanjenje broja slojeva-platana u karkasi, korišćenjem savremenih materijala, takođe smanjuje otpor kotrljanju. Na isti način utiče i smanjenje ugla vlakana korda, odnosno povećanje radijalne krutosti. Montaža pneumatika na širi naplatak smanjuje radijalnu deformaciju pneumatika i utiče na smanjenje otpora kotrljanju.

Zagrevanje pneumatika, koje je posledica histerezisa u materijalu, može se smanjiti korišćenjem prirodne gume i čeličnih vlakana. Danas se proizvode celočelične radijalne spoljne gume koje imaju manji broj platana i koji se koriste bez unutrašnje gume.

Nosivost pneumatika za teretna vozila je do deset puta veća nego kod putničkih vozila. Količina ugrađenog materijala je veća, odnosno pritisci pumpanja su viši. Koeficijenti otpora kotrljanju

187

pneumatika za komercijalna vozila se kreću između 0,5% i 1,2% od normalnog opterećenja točka i niži su nego kod putničkih vozila. Niže vrednosti se odnose na "široke" pneumatike (wide ili super single tires), koji se koriste umesto udvojenih, na prikolicama i poluprikolicama. Na slici 11.70 date su uporedo promene otpora kotrljanju za dva navedena slučaja.

Radijalni pneumatici koji se montiraju kao udvojeni na istu osovinu su veoma osetljivi na razlike u obimu. Mala razlika u obimu uzrokuje pojavu velike sile i podužnog klizanja u kontaktu vođenog točka. Ovo je razlog i za pojačano habanje pneumatika.

Slika 11.70: Otpor kotrljanja udvojenih i wide tire ili "širokih" pneumatika

11.3.6 Udobnost Neravnine na voznim površinama su osnovni uzrok njihanja vozila. Frekvencija oscilacija zavisi od karakteristika neravnina i brzine kretanja. Ove oscilacije se preko pneumatika i sistema za oslanjanje prenose na karoseriju vozila ugrožavajući udobnost putnika i ispravnost osetljivih tereta.

Ovakva njihanja prouzrokuju znatne promene vertikalnog opterećenja. Na dobrim voznim površinama (autoputevima) ustanovljene vrednosti stvarnih opterećenja su do 40% više od statičkih [27]. Na neravnim kolovozima stvarna opterećenja mogu biti i za 100% veća od statičkih.

Udobnost je element bezbednosti vozila. Neudobno vozilo zamara vozača i povećava opasnost od nezgode. Pneumatik, kao deo sistema za oslanjanje, utiče na udobnost vožnje svojom elastičnošću i sposobnošću da amortizuje udare. Sposobnost amortizacije udara može se proveriti prili-kom prelaska točka preko neke prepreke na putu (kamena, sastava na putu, ivičnjaka …). Pneumatik deo udarne sile preuzmima na sebe čineći vožnju udobnijom. Primljena energija se, zahvaljujući histerezisu materijala, od koga je pneumatik izrađen, pretvara u toplotu.

Miran hod zavisi od ravnomerne raspodele mase točka i ravnomerne elastičnosti gume. Točak sa nemirnim hodom uzrokuje trešenje sistema za upravljanje i celog vozila. Oscilacije automobila mogu se pojaviti i na idealno ravnoj podlozi i to usled nejednake elastičnosti točkova [29]. Kod proizvedenih pneumatika, bez obzira na izbor materijala, savremenu tehnologiju i rigoroznu kontrolu, uvek postoje određena odstupanja u njihovim dimenzijama i karakteristikama. Uzroci neuniformnosti pneumatika mogu biti:

- nejednaka krutost pneumatika po obimu,

- ekscentričnost ili ovalnost,

- neuravnoteženost rotirajućih masa.

Na slici 11.71 prikazan je oscilatorni model elastičnog točka, gde je pneumatik zamenjen sa oprugama odgovarajuće krutosti. Ukoliko je krutost pneumatika po celoj periferiji jednaka i konstantna onda će i sila u kontaktu, pri obrtanju točka, ostati konstantna. U slučaju kada je krutost pneumatika po obimu promenjiva onda će se menjati i sila u kontaktu

Slika 11.71: Oscilatorni model elastičnog točka

188

(slika 11.72). Vrednost ove promene (razlika između minimalne i maksimalne vrednosti sile za jedan obrtaj) je mera ravnomernosti krutosti i mirnog hoda pneumatika. Neravnomerna elastičnost pneumatika nastaje zbog grešaka u izradi: nejednakog rasporeda slojeva u karkasi ili njihovog nesimetričnog postavljanja.

Slika 11.72: Promena sile u kontaktu usled nejednake elastičnosti pneumatika

Nemiran hod se javlja i zbog ekscentričnost točka, kada se centar točka ne poklapa sa osom točka. Prema slici 11.73a centar točka je u tački T, osa osovine u tački O, a rastojanje ove dve tačke je e. Kada se točak obrće, uz pretpostavku da po obimu ima konstantnu krutost, dinamička komponenta menjaće se po sinusnom zakonu, sa periodom od 2π, a rastojanje između 0 i 2e.

Slika 11.73: Ekscentričnost i ovalnost elastičnog točka

Slično se događa i kada se tačke T i O poklapaju, ali je točak ovalan i ima približno oblik elipse (slika 11.73b). U ovom slučaju je učestanost pobuđivanja dva puta veća. Sa povećanjem broja izbočina (tri, četiri …) raste i frekvencija pobuđivanja.

Treći mogući razlog za nemiran hod pneumatika je neravnomeran raspored masa u strukturi pneumatika. Treba napomenuti da pored pneumatika na stvaranju neizbalansiranih masa učestvuju metalni deo točka, obrtni deo kočnica i ostali obrtni delovi.

189

Neravnomeran raspored masa se može u određenoj meri ublažiti balansiranjem točka. Balansiranje točka se vrši na specijalnim mašinama pravilnim postavljanjem odgovarajućih dodatnih masa. Postoje dve vrste mašina kojima se može balansirati točak: one koje su namenjene balansiranju točkova pre montaže na vozilo i mašina uz čiju pomoć je moguće balansirati točak montiran na vozilo.

Za utvrđivanje neuniformnosti pneumatika koriste se takozvane "uniformity" mašine. Postupak je sledeći: pneumatik se montira na posebno urađen naplatak koji raspolaže uređajem za brzo pumpanje. Napumpani točak se pritisne na valjak koji se obrće sa 60 o/min. Mašina ima mogućnost merenja i zapisivanja radijalne, bočne i tangentne sile. Ukoliko je neuniformnost pneumatika izvan dozvoljenih tolerancija postoji nekoliko načina da se uzroci neuniformosti pre ili nakon motaže točka potpuno ili delimično otklone.

Slika 11.74: Točak sa neuravnoteženom masom [30]

Slika 11.75: Princip uravnoteženja točka dodatnim masama [30]

Prvi način je već spomenut - dinamičko uravnoteženje točka. Ovaj postupak, koji podrazumeva dodavanje olovnih tegova, daje dobre rezultate i točak se ponaša uniformno, ukoliko je to bio osnovni razlog neuniformnosti.

Drugi način uzima u obzir da se neuniformnost uvek javlja i kod pneumatika i kod metalnog dela točka i da se odgovarajućim uparivanjem, uz korišćenje mašine za uravnoteženje, mogu postići veoma dobri rezultati [19]. Smisao postupka je da se radijalna "bacanja" elastičnog i metalnog dela međusobno ponište.

Treći način podrazumeva korigovanje neuniformnosti pneumatika kontrolisanim skidanjem-brušenjem gume protektora. Radijalno bacanje se eliminiše minimalnim skidanjem gume sa mesta, po obodu protektora, koja bi se i inače intenzivnije habala u početnom periodu eksploatacije. Najbolji efekti se

190

postižu skidanjem gume u zoni ramena. Slični rezultati se mogu postići i korišćenjem uređaja koji ceo posao obavljaju na vozilu. Na slici 11.76 prikazano je radijalno "bacanje" i varijacija radijalne sile pre i nakon intervencije, odnosno brušenja protektora..

Slika 11.76: Korekcija uniformnosti pneumatika brušenjem

Nedostatak ovog postupka je gubitak dela zapremine protektora, ali su ukupni efeki pozitivni, jer uravnoteženi točak ima mirniji hod i ravnomernije habanje.

Veliki problem kod savremenih pneumatika je njihova bučnost. Posebna vrsta buke javlja se pri intenzivnim kočenjima ili naglim startovima vozila, kao i pri brzoj vožnji u krivinama. Zvuk koji se pri tome javlja predstavlja i neku vrstu opomene da se pneumatik nalazi na granici prianjanja. Buka od točkova može se smanjiti nesimetričnim rasporedom blokova u protektoru.

11.4 OBELEŽAVANJE PNEUMATIKA

11.4.1 Načini obeležavanja Pneumatici za motorna i priključna vozila moraju biti obeleženi shodno evropskim i američkim pravilnicima: ECE (Economic Commission for Europe), ETRTO (The European Tyre and Rim Technical Organization) i DOT (Department of Transport of USA).

Obeležavanje pneumatika obuhvata: dimenzije pneumatika, konstrukciju spoljne gume, da li je pneumatik izveden sa ili bez zračnice, nosivost, dozvoljenu maksimalnu brzinu, namenu pneumatika, oznaku desena, jačinu karkase, kao i druge podatke koje zahtevaju propisi različitih zemalja.

U skladu sa JUS propisima, koji su usklađeni sa propisima ETRTO, osnovni podaci, koji se upisuju na bočnoj strani, su sledeći:

191

U navedenom primeru radi se o radijalnom pneumatiku bez unutrašnje gume koji je namenjen za teretna vozila i autobuse.

Pneumatici koji su namenjeni prodaji na američkom tržištu moraju da ispune norme propisane "Department of Transportation" standardima ili skraćeno DOT standardima. Na bočnoj strani spoljnje gume se u skladu sa navedenim standardima upisuju sledeći podaci:

1. Oznaka DOT znači da pneumatik ispunjava ili prevazilazi minimalne zahteve postavljene DOT standardima.

2. Oznaka fabrike proizvođača pneumatika. Na primer, oznaka XB znači da se radi o italijanskoj fabrici Pirelli iz grada Setima kod Torina. Naše fabrike su takođe obuhvaćene ovim označavanjem: T5 je oznaka za "Tigar" iz Pirota, "U3" je oznaka za fabriku "Trayal" iz Kruševca, a fabrike "Rekord" iz Rakovice kod Beograda i "Ruma-guma" iz Rume nisu za sada na DOT listi.

3. Predstavlja kôd kojim se označava dimenziju pneumatika.

4. Četvrta grupa oznaka je rezervisana za potrebe proizvođača pneumatika.

5. Datum proizvodnje koji je važan zbog evetualnih reklamacija i određivanje starosti pneumatika (preporuka je da se, bez obzira na intenzitet upotrebe, pneumatik isključi iz eksploatacije nakon pet godina). Na primer, oznaka 472 znači da je pneumatik izrađen 47 nedelje 1992.godine.

Uz to u nekim zemljama, kao na primer u SAD, vlade su propisale dopunske zahteve, koje pneumatik mora da ispuni, u pogledu istrošenja, prianjanja i temperature rada. Radi se "Uniform Tire Quality Grading"ili skraćeno UTQG. Na našem jeziku to bi se zvalo "Jedinstveni sistem kvaliteta pneumatika". Provere vrše sami proizvođači, uz korišćenje odgovarajućih testova, a ocene se upisuju na bočnicu spoljnje gume. Na primer oznaka:

Oznaka "Treadwear" se odnosi na vek trajanja pneumatika. Merenja se vrše u skladu sa propisanim standardom, a vek protektora daje se relativno u odnosu na vek referentnog pneumatika čiji je vek označen sa 100. Treadwear 160 znači da je vek ispitivanog pneumatika za 60% duži od veka referentnog pneumatika, ispitivanog pod istim uslovima. Stvarno istrošenje zavisiće od uslova u kojima se pneumatik koristi, odnosno navika vozača, uslova saobraćaja, karakteristika puta i klimatskih uslova. Podaci o veku trajanja se moraju uzimati samo uslovno, obzirom na način provere i koriste se za poređenje različitih modela pneumatika istih dimenzija i istog proizvođača.

"Traction" je mera sposobnosti pneumatika da se zaustavi na mokrom afaltnom ili betonskom kolovozu u uslovima pravoliniskog kočenja u kontrolisanim uslovima. Oznaka "Traction" je slovna i može biti A, B ili C. Ocena A je najbolja, a C najlošija i ne odnosi se na ponašanje pri skretanju ili

192

kretanju po snegu. Pneumatik iz primera ima maksimalni nivo prianjanja, odnosna minimalni put kočenja,

UTQG takođe predviđa merenje otpornosti pneumatika na zagrevanje u normalnim radnim uslovima (propisana brzina, pritisak pumpanja i normalno opterećenje), a u skladu sa propisanom procedurom. Ispitivanja se sprovode na propisanim brzinama. Prekoračenje propisanih brzina, niži pritisak vazduha u pneumatiku ili preopterećenje utiču na preterano zagrevanje pneumatika. Visoke temperature značajno skraćuju vek pneumatika. Otpornost na zagrevanje, koje se na engleskom označava sa "Temperature" takođe se upisuju na bok spoljnje gume:

- "A"- maksimalni nivo i označava da propisano napumpan pneumatik opterećen odgovarajućim normalnim opterećenjem može da izdrži najmanje pola sata na brzini od 180 kmh.

- "B"- pneumatik izdržava zadate uslove na 160 kmh, ali ne i na 180 kmh.

- "C"- pneumatik strada nakon pola časa rada na brzini od 160 kmh.

Kod pneumatika iz primera oznaka B znači da je prilikom ispitivanja na zagrevanje pneumatik izdržao 1/2 časa na brzini od 160 kmh, ali nije i na 180 kmh.

11.5 . Obeležavanje spoljnje gume Veliki broj informacija o pneumatiku mogu se dobiti čitanjem i tumačenjem oznaka na boku spoljnje gume. Na 11.77 prikazana je bočna strana pneumatika za teretna vozila, pojedine oznake su obeležene brojevima, a u daljem tekstu su data neophodna objašnjenja:

1. "12 R 22.5" je oznaka dimenzije spoljnje gume pneumatika. Radi se o radijalnom pneumatiku čija je širina 12", montažni prečnik naplatka 22,5" (dimenzija naplatka nam sugeriše i da se radi o TUBELESS pneumatiku).

2. "146/143" sa "146" je označen indeks nosivosti pneumatika (3.000 kg); oznaka "143" (2.725 kg) odnosi se na nosivost pneumatika u slučaju udvojene montaže.

3. "L" predstavlja brzinski razred pneumatika (maksimalna dozvoljena brzina je 120 km/h).

4. "REGROOVABLE" je oznaka da se u protektoru mogu urezivati kanali, uz poštovanje uputstva proizvođača spoljnje gume.

Slika 11.77: Označavanje spoljnje gume autobusa

193

5. "TUBELESS" označava pneumatik bez unutrašnje gume.

6. "RS 415 - N" je oznaka modela.

Na svakom pneumatiku je naznačen i proizvođač pneumatika, u našem slučaju radi se o firmi "Continental". Obično uz naziv se stavlja i zaštitni znak, a ponekad i zemlja proizvodnje.

7. "DOT"- (Department of Transport) predstavlja oznaku da je spoljnja guma izrađena po američkim propisima.

8. "CU" - je oznaka prozvođača; napomena: oznake "3T J14 155" američkom potrošaču daju podatke o dimenziji pneumatika, vrsti pneumatika i datumu proizvodnje, a "12 R 22.5 RADIAL TUBELESS" podatke o dimenzijama pneumatika i njegovoj konstrukciji.

9. "MAX LOAD SINGLE 6610 LBS AT 120 PSI COLD" - maksimalno dozvoljeno opterećenje pneumatika (3000 kg) pri zadatom pritisku (8,2 bar) kod pojedinačne montaže, odnosno "MAX LOAD DUAL 5800 LBS AT 110 PSI COLD"- maksimalno dozvoljeno opterećenje pneumatika (2630 kg) pri zadatom pritisku (7,5 bar) kod udvojene montaže. Oznaka "COLD" znači da se podaci za pritiske odnose na hladne pneumatike. Podaci su dati u skladu sa američkim propisima.

10. Oznaka "H" je oznaka opsega opterećenja, koja važi za američko tržište.

11. Oznaka "TREAD 4 PLIES STEEL", govori o strukturi spoljnje gume. U našem slučaju radi se o radijalnom pneumatiku sa četiri sloja sa čeličnim vlaknima u pojasu.

12. "SIDEWALL 1 PLY STEEL"označava da je bočnica spoljnje gume izrađena od jednog sloja sa čeličnim vlaknima.

Osim navedenih oznaka na bočnoj strani spoljnje gume za teretna vozila i autobuse obavezno se nalaze i sledeće oznake:

- "BRAND TYRE HERE" obeležava mesto na bočnici spoljnje gume gde korisnik može urezati interni broj pneumatika (dubina slova/brojeva može biti maksimalno 1,5 mm).

- "Exx" je oznaka zemlje u kojoj je izvršena homologacija pneumatika u skladu sa propisom ECE R-54. Za pneumatike homologirane u Jugoslaviji oznaka bi bila E10, uz ovu oznaku obavezno ide i broj izveštaja o homologaciji.

- Na više mesta po obimu ramena pneumatika obično postoje oznake "TWI", što je skraćenica od "Tread Wear Indicator", odnosno u prevodu indikator istrošenja protektora. Radi se o sledećem, na dnu žljeba formirane su izbočine koje se, kod istrošenih guma izravnavaju sa površinom protektora. Visina mostića je 2 mm kod pneumatika za teretna vozila i predstavlja granično istrošenje.

11.6 . Obeležavanje unutrašnje gume/zračnice U katalogu svakog od proizvođača mogu se naći, uz podatke o spoljnim gumama i oznake zračnica koje im odgovaraju. U tabeli 11.8 dat je pregled oznaka zračnica, ventila i pojaseva koji se koriste kod pneumatika za teretna vozila i autobuse.

Unutrašnje gume-zračnice za teretna vozila obeležavaju se na isti način kao spoljnje gume za teretna vozila dijagonalne konstrukcije. Na primer, unutrašnja guma sa oznakom 11.00-20 može se koristiti u sklopu sa spolj-njim gumama, za teretna vozila i autobuse, čije su oznake 11.00 R 20. U ovoj oznaci 11.00 označava širinu spoljnje gume u koju se može staviti navedena unutrašnja guma, a 20 nazivni prečnik naplatka na koji se unutrašnja guma montira.

194

Tabela 11.8: Unutrašnje gume, ventili i pojasevi za teretna vozila i autobuse

Oznaka zračnice

Dijagonalni pneumatici

Radijalni pneumatici Oznaka ventila Zaštitni pojas

7.50-15 7.70 R 15 V3-03-3 E15 8.25-15 8.25 R 15 V3-03-3 E15 7.50 -20 7.50 - 20 M 95 D20 8.25-20 8.25 - 20 8.25 R 20 M 105 E20 9.00-20 9.00 - 20 9.00 R 20 M 115 E20 10.00-20 10.00 - 20 10.00 R 20 M 127 E20 11.00-20 11.00 - 20 11.00 R 20 M 127 F20 12.00-20 12.00 R 15 M 127 F20 12.00-18 12.00-18 M 115 F18

11.6.1 Obeležavanje ventila Postoji nekoliko sistema označvanja ventila i to prema ETRTO propisima, prema DIN-u, a svoj način označavanja imaju i veliki proizvođači pneumatika kao što je Michelin na primer. Oznaka ventila za teretna vozila i autobuse sastoji se od slova i brojeva. U katalogu svakog od proizvođača mogu se, uz oznake zračnica i dimenzija spoljnih guma koje im odgovaraju, naći i oznake za ventile. Za jednu dimenziju zračnice stoji nam na raspolaganju veći broj ventila koji se mogu razlikovati po obliku, dužini, montažnom prečniku otvora u naplatku. Posebnu grupu čine ventili namenjeni pneumaticima bez unutrašnje gume.

11.6.2 Obeležavanje pojasa/štitnika U katalogu svakog proizvođača pneumatika za teretna vozila i autobuse mogu se naći i podaci o oznakama zaštitnih pojaseva. Na primer, pojas sa oznakom E 20 može se koristiti u sklopu sa spoljnim gumama 8.25 R 20, 9.00 R 20, 10.00 R 20 i naplacima od 6.50-20 do 8.00-20. Oznaka E određuje nedeformisanu širinu podmetača, a 20 predstavlja nazivni prečnik naplatka na koji se stavlja zaštitni podmetač.

11.6.3 Obeležavanje naplataka Naplaci za motorna vozila označavaju se oznakom profila naplatka i nazivnim prečnikom naplatka. Na primer:

3.00 x 10 4-J x 15 4-J x 15-S 5.0 - 20 Profil se označava širinom naplatka. Širina naplatka definiše se kao razmak između korenova ruba profila, mereno u inčima i sa tačnošću od 1/4 inča. Iza oznake za širinu stavlja se slovna oznaka, koja nije obavezna. Velikim slovima bliže se označava profil naplatka (A, B,..., M). Između dimenzija za širinu naplatka i nazivnog prečnika naplatka stavlja se jedna od sledeće dve oznake. Kada se radi o olučastim naplacima ova oznaka je (X), a kada se radi o ravnim profilima koristi se oznaka (-). Nazivni prečnik naplatka izražava se u celim inčima, izuzetno i u polovinama inča. Kod simetričnih naplataka na kraju oznake dodaje se oznaka S.

11.7 IZBOR PNEUMATIKA Osnovni zadatak pneumatika je prenošenje težine vozila, putnika i tereta na podlogu. Proizvođači pneumatika propisuju za svako spoljno opterećenje i odgovarajući pritisak vazduha u pneumatiku, čime se obezbeđuje približno ista deformacija pneumatika i ista površina kontakta. Noseća konstrukcija može da primi određenu količinu toplote, odnosno da se zagreje do određene temperaturu bez trajnih posledica. To je razlog zbog kojeg proizvođači pneumatika, uz maksimalno dozvoljeno opte-rećenje i odgovarajući pritisak vazduha, propisuju i maksimalnu dozvo-ljenu obimnu brzinu pneumatika. Ukoliko je ova brzina viša od dozvoljene i traje duže doći će do pregrevanja pneumatika i trajnih oštećenja noseće konstrukcije spoljne gume.

195

Prilikom kotrljanja točka javlja se i određeni otpor koji se naziva, kako je to već ranije rečeno, otpor kotrljanju. Otpora kotrljanju je na prvom mestu posledica histerezisa materijala pneumatika i zavisi od konstrukcije i desena pneumatika, opterećenja točka i brzine kretanja. Veći otpor kotr-ljanju znači veću potrošnju goriva, brže habanje i zagrevanje pneumatika.

Prianjanje pneumatika i kolovoza je takođe važno svojstvo pneumatika. Veće prianjanje obezbeđuje bolje startovanje, kočenje i bezbednu vožnju u krivinama. Od velike važnosti je da pneumatik ima dobro prianjanje na različitim vrstama kolovoza (beton, asfalt, makadam, …) i u različitim atmosferskim uslovima (kiša, sneg, …). Na nivo ostvarenog prijanjanja utiču: karakteristike desena protektora, veličina površine kontakta, brzina kretanja, procenat klizanje, čistoća površine, sloj vode ili snega na kolovozu i sa tim u vezi dubina desena protektora.

Korisnik nabavlja vozila za određenu namenu i uslove eksploatacije. Prilikom nabavke sa vozilom se dobijaju i novi pneumatici. Izbor dimenzija i karakteristika pneumatika treba da budu usklađeni sa karakteristikama vozila i sa njegovom očekivanom namenom - uslovima eksploatacije, koje možemo podeliti u odgovarajuće grupe i to:

- vrsta vozila i njegove dimenzije;

- maksimalna brzina;

- osovinsko opterećenje;

- položaj pneumatika na vozilu;

- vozna svojstva vozila;

- karakteristike kolovoza;

- ekonomičnost eksploatacije.

Konačan izbor vrši se u skladu sa preporukama proizvođača vozila i pneumatika. Pri tome osnovni izvor podataka je tehnička dokumentacija proizvođača. Tu se može naći veliki broj različitih informacija, o perfomansama i pogodnost pojedinih tipova pneumatika za različite namene, što bi trebali da korisniku da olakšaju konačni izbor.

Pri izboru moraju se praviti i određeni kompromisi, obzirom da su željena svojstva u dosta slučajeva u međusobnoj suprotnosti. Konačni sud prilikom izbora pneumatika, osim tehničkih podataka, treba da se zasniva i na iskustvima korisnika (vozača, mehaničara, …) kao i na analizama podataka dobijenih praćenjem sličnih ili istih pneumatika u eksploataciji.

11.7.1 Vrsta i dimenzije vozila Svaka vrsta vozila zahteva od pneumatika odgovarajuće dimenzije i svojstva. Na primer, teretna vozila i autobusi zahtevaju veliku nosivost i kreću se relativno malim brzinama. Pri izboru pneumatika mora se voditi računa o raspoloživom prostoru u karoseriji za smeštaj točka i potrebnim "klirensom" vozila. Radna širina pneumatika je ograničena raspoloživim prostorom, a statički poluprečnik klirensom vozila.

Slika 11.78: Pravila montaže udvojenih pneumatika

Na slici 11.78 su označene dimenzije o kojima se mora voditi računa pri montaži udvojenih pneumatika na pogonsku ili prateću osovinu. Radi se o rastojanju između osa udvojenih pneumatika i unutrašnjeg pneumatika od najbližeg dela karoserije. Sa (a) je označeno preporučeno minimalno ras-tojanje osa udvojenih točkova. Njegova veličina zavisi od dimenzija udvo-jenih pneumatika i od toga da li je predviđena montaža lanaca za sneg na spoljne pneumatike.

196

Rastojanje od boka pneumatika do najbližeg dela karoserije označeno je sa (b). Preporuka za udvojene pneumatike važi i za jednostruku monta-žu na neupravljačku osovinu.

U tabeli 11.9 data su preporučena rastojanja za pneumatike različitih dimenzija. Pri tome je vođeno računa da se montažom lanaca za sneg gabariti točka povećavaju.

Tabela 11.9: Preporučena rastojanja između udvojenih pneumatika i najbližeg dela karoserije

Rastojanje a [mm] Dimenzija

pneumatika Naplatak

bez lanaca sa lancima*

Minimalno rastojanje do karoserije b [mm]

7.50 20 6.0-20 239 256 35

8.25 R 20 6,5-20

7,0-20

261

266

280

285 40

9.00 R 20 7,0-20

7,5-20

285

290

306

311 40

10.00 R 20 7,5-20

8,0-20

304

309

326

331 40

11.00 R 20 8,0-20

8,5-20

322

327

344

349 45

12.00 R 20 8,5-20

9.0-20

344

349

368

373 45

8 R 22.5 5.25-22.5

6.00-22.5

232

239

249

256 45

9 R 22.5 5.25-22.5

6.00-22.5

254

261

273

280 45

10 R 22.5 5.25-22.5

6.00-22.5

278

285

299

256 45

11 R 22.5 5.25-22.5

6.00-22.5

302

309

324

331 45

12 R 22.5 5.25-22.5

6.00-22.5

327

334

349

356 45

13 R 22.5 5.25-22.5

6.00-22.5

344

351

368

375 45

Još jedna važna veličina je dinamički poluprečnik točka rd. Dinamički poluprečnik je rastojanje od ose točka koji se obrće do površine podloge i uvek je veći od statičkog. Proizvođač vozila uzima veličinu rd u obzir pri izboru/proračunu pogonskog motora, menjača i glavnog prenosnika.

Druga važna veličina je poluprečnik kotrljanja ili kinematski poluprečnik rk. On se računa tako što se pređeni put za jedan obrtaj točka podeli sa 2π. Ova veličina je važna pri određivanju odnosa translatorne brzine vozila i ugaone brzine točka.

Moguće zamene, kod teretnih vozila, se odnose na prelaz sa pneumatika sa unutrašnjom gumom na tzv TUBELESS pneumatike. Naravno, pri ovakvim zamenama moraju se konsultovati i uputstva proizvođača i odabrati odgovarajući naplatak. Za montažu tubeless pneumatika se moraju koristiti strmorameni naplaci. Neke moguće zamene pneumatika za teretna vozila i autobuse prikazane su u tabeli 11.10.

197

Tabela 11.10: Moguće zamene kod radijalnih pneu-matika za teretna vozila i autobuse

Pneumatik

sa unutrašnjom gumom bez unutrašnje gume

7.50 R 20 8 R 22.5 8.25 R 20 9 R 22.5 9.00 R 20 10 R 22.5 10.00 R 20 11 R 22.5 11.00 R 20 12 R 22.5 12.00 R 20 13 R 22.5

Navedeni pneumatici imaju iste ili slične dimenzije i nosivost. Postoje male razlike u elastičnim karakteristikama i maksimalnoj dozvoljenoj brzini. Ovde su tubeless pneumatici u maloj prednosti.

11.7.2 Maksimalna brzina vozila - SH Neekonomično je da se na sva vozila montiraju pneumatici za brzine od 200 km/h i više. Performanse vozila i zakonska ograničenja čine da za većinu namena ova brzine mogu biti i značajno niže. To su razlozi što se pneumatici, u pogledu maksimalne dozvoljene brzine, podeljeni u tzv. brzinske razrede, odnosno brzinske kategorije, označene velikim slovom abecede. Maksimalne dozvoljene brzine za pojedine razrede prikazane su u tabeli 11.11.

Tabela 11.11: Maksimalne dozvoljene vrednosti brzina za različite brzinske raz-rede pneumatika

Oznaka SH A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 B C D E F G

Brzina [km/h] 5 10 15 20 25 30 35 40 50 60 65 70 80 90

Oznaka SH J K L M N P Q R S T U H V

Brzina [km/h] 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 >210

Razredi od A1 do E odnose se, pre svega, na pneumatike za poljoprivredna i radna vozila (traktore, kombajne i prikolice), a ostali razredi na pneumatike za putnička i komercijalna vozila.

Prilikom zamene dotrajalih pneumatika mora se voditi računa da brzinska karakteristika novonabavljenih pneumatika mora biti jednaka onoj koju je preporučio proizvođač vozila.

11.7.3 Osovinsko opterećenje - IN Prilikom kotrljanja točka pod optrećenjem dolazi do njegovog zagrevanja. Osovinsko opterećenje određuje opterećenje pneumatika i veličinu normalne deformacije u kontaktu. Kako pneumatik može da akumulira samo određenu količinu toplote, proizvođači, uz maksimalnu dozvoljenu brzinu kotrljanja, propisuju i najveću dozvoljenu deformaciju gume, odnosno maksimalno dozvoljeno opterećenje pneumatika.

Vrednost deformacije za određeni pritisak pumpanja daje se preko maksimalnog dozvoljenog opterećenja, odnosno indeksa nosivosti. Indeks nosivosti predstavlja najveće dozvoljeno opterećenje pneumatika za odgovarajući pritisak i najveću dozvoljenu brzinu. Vrednost indeksa se, prema JUS-u, kreće između 60 i 200. Analitička veza između nosivosti i indeksa nosivosti je:

nosivost pneumatika (RIN 2= ⋅ =43 257 0 9990 029, , ),e

Proizvođači pneumatika ne preporučuju da se pneumatik stalno eksploatiše pod maksimalnim opterećenjem. Bolje je odabrati pneumatike veće nosivosti kod kojih neće doći do preopterećenja, a i vožnja će sa tako izabranim pneumaticima biti udobnija i bezbednija

198

Tabela 11.12: Nosivost pneumatika - IN

Indeks nosivosti Nosivost Indeks

nosivosti Nosivost Indeks nosivosti Nosivost

IN kg IN kg IN kg 130 1900 144 2800 158 4250

131 1950 145 2900 159 4375

132 2000 146 3000 160 4500

133 2060 147 3075 161 4625

134 2120 148 3150 162 4750

135 2180 149 3250 163 4875

136 2240 150 3350 164 5000

137 2300 151 3450 165 5150

138 2360 152 3550 166 5300

139 2430 153 3650 167 5450

140 2500 154 3750 168 5600

141 2575 155 3875 169 5800

142 2650 156 4000 170 6000

143 2725 157 4125 171 6150

U tabeli 11.12 je data veza između indeksa nosivosti označenog na pneumatiku i maksimalnog vertikalnog opterećenja točka za indeks nosivosti između 130 i 171, odnosno za najveću masu koju nosi točak nosi između 1900 kg i 6150 kg.

11.7.4 Položaj pneumatika na vozilu Položaj pneumatika na vozilu definiše unutrašnju strukturu i desen pneumatika. Kod putničkih vozila je uobičajeno da se na sve osovine montiraju pneumatici istih karakteristika i istog desena. Kod komercijalnih vozila, sa gledišta uslova opterećenja pneumatika razlikujemo tri različite osovine: upravljačku, pogonsku i slobodnu. Za svaku od ovih osovina važno je obezbediti pneumatike odgovarajućih karakteristika.

Na prvom mestu to je konstrukcija spoljne gume pneumatika. Redosled prilikom izbora, sa gledišta unutrašnje strukture, trebao bi da bude sledeći: Na prvom mestu su tzv celo-čelični pneumatici, odnosno radijalni pneuma-tici sa čeličnom karkasom i čeličnim pojasevima. Slede radijalni pneumatici izrađeni od kombinacije čeličnih i tekstilnih vlakana i radijalni pneumatici sa tekstilnim vlaknima. Dijagonalne pneumatike bi trebalo izbegavati osim za korišćenje kod vanputnih vozila.

U pogledu desena pneumatika važno je odabrati takav desen koji će odgovarati opterećenjima kojima je pneumatik na odgovarajućoj osovini izložen. Pneumatici na upravljačkoj osovini autobusa i kamiona u vožnji primaju bočne i kočne sile. Na slikama 11.79, 11.80, 11.81, 11.82, 11.83, 11.84 i 11.85 dato je nekoliko primera desena namenjenih pneumaticima koji bi se montirali na različite osovine autobusa i teretnih vozila.

Upravljačka osovina mora u vožnji da održi bočne sile (u krivinama) i sile kočenja. Zbog toga pneumatici namenjeni za montažu na ovu osovinu imaju i odgovarajući desen.

199

Slika 11.79: Primer desena pneumatika namenjenih upravljačkim osovinama kamiona i autobusa

Na slici 11.79 prikazan je desen pneumatika namenjenog upravljačkoj osovini kamiona i autobusa. Dug vek garantuje velika površina kontakta (1). Desen ima četiri široka kanala (4) po obimu, koji obezbeđuju efikasno uklanjanje vode iz kontakta i dobro prianjanje na vlažnim kolovozima. Tri centralna (3) i dva široka i kruta rebra (2) na ivicama obezbeđuju dobro "držanje" puta u krivinama. Asimetrični blokovi obezbeđuju nizak nivo buke. Pneumatici sa ovim desenom, prema navodima proizvođača, preporučuju se i za upravljačke osovine autobusa, a mogu se koristiti na teretnim vozila.

Pneumatici montirani na pogonsku osovinu opterećeni su, osim bočnim i kočnim, i pogonsk silama. Posebno je važno napomenuti da su pneumatici na pogonskoj osovini, kod komercijalnih vozila po pravilu i udvojeni.

Na slici 11.80 prikazano je jedno od mogućih rešenja desena pneumatika za udvojenu montažu na pogonske osovine teretnih vozila namenjenih "long distance" transportu. Velika širina protektora (1) i dubina desena

Slika 11.80: Primer desena pneumatika namenjenih za pogonske osovine kamiona

obezbeđuje dug vek protektora i dobar prenos pogonskih sila. Proizvođač navodi da je dobro prijanjanje u svim vremenskim uslovima (M+S) obezbeđeno širokim kanalima (2), posebnim oblikom istaknutih delova (blokova) protektora i kosim zarezima na njima. Pneumatici sa ovakvim desenom se ne preporučuju za montažu na upravljačke osovine.

Slika 11.81: Primer desena pneumatika namenjenih pogonskim osovinama teških kamiona

200

Na slici 11.81 prikazan je desen pneumatika za teške kamione koji se prvenstveno koriste na putevima sa tvrdim kolovozima. Desen obezbeđuje dobru transmisiju pogonskih i kočnih sila. Namenjen je pre svega za korišćenje na pogonskim i slobodnim osovinama.

Pneumatik sa desenom, prikazan na slici 11.82, namenjen je za montažu na sve osovine teretnih vozila i autobusa. Takođe odgovara i za montažu na osovine prikolica i poluprikolica. Karakterišu ga plitki zarezi (1) kojima se povećava elastičnost elemenata protektora-blokova i obezbeđuje dobro prianjanje na suvim kolovozima. Nizak koeficijent otpora kotrljanju obezbeđen je sa četiri kanala po obimu (2) i asimetrično formiranim blokovima protektora koji su na slici označeni sa (3).

Slika 11.82: Primer univerzalnog desena pneumatika namenjenih za montažu na sve osovine

kamiona i autobusa

Na slici 11.83 prikazan je desen za pneumatike namenjene za montažu na prikolice i poluprikolice. Ovi pneumatici imaju izrazito rebrast desen. Široki kanali i podužna rebra (4) obezbeđuju nizak otpor kotrljanju. Posebno oblikovani krajevi blokova (1) i (2) obezbeđuju dobru otpornost na mehanička oštećenja.

Slika 11.83: Primer desena pneumatika namenjenih prikolicama i poluprikolicama drumskih vozila

Za vozila koja se deo svog radnog veka kreću i van puteva, po gradilištima, kamenjaru ili slično potrebni su pneumatici sa krupnim izrazitim desenom, kao što je onaj prikazan na slici 11.84. Terenska šara dizajnirana je za radne uslove na gradilištima. Posebno je dizajnirana za pogonske osovine ali se može montirati i na upravljačke.

Slika 11.84: Primer desena pneumatika namenjenih radnim vozilima

201

Osnovno je pravilo pri montaži da pneumatici na istoj osovini moraju biti iste konstrukcije, istog desena i približno istog stepena istrošenosti. Takođe je važno da pneumatici na istoj osovini moraju biti i jednako napumpani. Nepoštovanje ovog pravila može imati ozbiljne posledice.

Slika 11.85: Promene pogonske sile i koeficijenta klizanja kao posledice razlika u obimu kod

udvojenih pneumatika [4]

Na slici 11.85 prikazana je promena pogonske sile i koeficijenta klizanja u funkciji razlike u obimu između udvojenih pneumatika. Razlika obima od 50 mm generiše silu od 100 daN što je tri puta više od otpora kotrljanju. Uz to se javlja i odgovarajuće podužno klizanje koje iznosi o,5% (vidi sliku 11.85). Važno je napomenuti da 50 mm razlike u obimu znači 8 mm manju dubinu šare protektora.

Neravnomerna raspodela opterećenja na pogonskoj osovini teretnog vozila ili autobusa može biti i posledice nejednako napumpanih pneumatika na pogonskoj osovini, kao i postojanja poprečnog nagiba kolovoza. Ovo je jedan od razloga što je dozvoljeno opterećenje za udvojenu montažu pneumatika uvek niže od onog koje je dato za pojedinačnu montažu.

11.7.5 Karakteristike kolovoza Pod pojmom vrsta kolovoza se podrazumeva pre svega materijal od koga je habajući sloj puta izrađen (asfalt, beton, asfalt-beton, makadam, zemlja, pesak…), ali i stanje puta (pukotine, rupe …) i postojanje kontaminata (voda, sneg, led, blato …). Vrsta kolovoza je od velike važnosti prilkom izbora desena pneumatika. Za tvrde kolovoze na raspolaganju imamo pneumatike sa letnjim i zimskim desenima. Aktivna površina kod letnjih pneumatika je veća nego kod zimskih, a kod zimskih veća nego kod terenskih. Prilikom donošenja odluke o izboru mora se voditi računa da zimski pneumatici nisu pogodni za eksploataciju u letnjim uslovima i obratno. Zimski pneumatik je na suvom kolovozu bučan, povećava potrošnju goriva, a njegov vek je u takvim uslovima kraći.

U širem smislu pod pojmom kolovoz podrazumevaju se i geometrijske karakteristike puta, radijusi krivina i podužni i bočni nagibi, koji su od velikog uticaja na nivo opterećenja pneumatika pri kretanju.

Tabela 11.13: Transportna rastojanja u Francuskoj i EU (S.E.C) [31]

Transportno rastojanje Francuska Evropska zajednica km % % do 50 56 64

više od 50 do 150 21 21 više od 150 do 500 17 12

više od 500 6 3

202

Prilikom izbora pneumatika je potrebno voditi računa o rastojanjima koje vozila prelaze pri obavljanju transportnih zadataka. U tabeli 11.13 dati su podaci o prosečnim transportnim distancama u Francuskoj i EU. Podaci govore da se u većini slučajeva (80%) radi o rastojanjima do 150 km. Ostali deo transporta se vrši najviše do 500 km. Preko 500 km se transportuje 6% u Francuskoj, odnosno svega 3% u Evropi. Sličnim podacima za svoja vozila trebalo bi da raspolažu i radne organizacije kod nas.

Na slici 11.86 dat je dijagram na kome su predstavljeni karakteristični uslovi eksploatacije pneumatika na različitim kolovozima [31]. Karakteristike uslova puta su predstavljene preko sledećih parametra:

- brzine kretanja,

- uzdužna i poprečna opterećenja pneumatika (sile i momenti na točku) na koja utiču gustina saobraćaja, usponi / padovi, krivine, poprečni profil puta, ruža vetrova …,

- agresivnost podloge koja zavisi od vrste kolovoza - podloge, njenog stanja i postojanja nečistoće na putu (kamenje, šljunak, zemlja …),

- transportna rastojanja koja vozila prelaze u transportu.

Slika 11.86: Uslovi eksploatacije pneumatika na različitim kolovozima [31]

Sa A su označeni uslovi eksploatacije vozila koja se pretežno kreću po auto-putevima. Ovo podrazumeva mala uzdužna i poprečna opterećenja pneumatika i dobar kolovoz sa malim otporom kotrljanja. Međutim, od ovih pneumatika se traži dobro prianjanje na velikim brzinama, na suvim, ali i vlažnim i snežnim kolovozima. Takođe, podrazumeva se da vozila prelaze velike distance bez dužih zaustavljanja. Slične uslove imaju i pneumatici namenjeni eksploataciji na dugim relacijama na regionalnim putevima (E).

Posebno su izdvojeni uslovi eksploatacije u kojima rade pneumatici linijskih i gradskih autobusa (U). Ovi pneumatici su svojom konstrukcijom i dezenom protektora moraju biti prilagođeneni ovim specifičnim i veoma teškim uslovima saobraćaja. Pri tome se misli pre svega na ojačanja bočnica spoljnih guma i povećanje otpornosti na oštećenja, koja su česta u gradskim uslovima vožnje.

Opasnost od oštećenja pneumatika zavisi od karakteristike kolovoza, odnosno njene agresivnosti. Za primenu na agresivnim podlogama, zbog opasnosti od oštećenja boka ili proboja, trebalo bi odabrati radijalne pneumatike sa pojačanim bokom i čeličnim pojasevima. Takođe, prepo-ručuje se i upotreba pneumatika bez unutrašnje gume. Ova vrsta pneuma-tike pri proboju sporije ispušta vazduh, pa se zato vozilo može blagovre-meno zaustaviti bez većih posledica. Prema [32], prosečna kilometraža između 2 proboja karkase, usled nailaska na ekser ili staklo, iznosi 30.000 km i to ne zavisi od vrste pneumatika. Kod tubeless pneumatika samo jednom u pet slučajeva bila je neophodna zamena ili

203

popravka točka na putu. U ostalim slučajevima bilo je moguće vozilo dovesti do prvog servisa ili pumpne stanice.

11.7.6 Ekonomičnost eksploatacije Ekonomičnost pneumatika se može posmatrati kroz vek trajanja, vred-nost otpora kotrljanju, odnosno ostvarenoj potrošnji goriva. Ekonomičnost korišćenja pneumatika se može unaprediti primenom određenih mera kao što su:

- Pravilan izbor pneumatika i poštovanje pravila eksploatacije - pneumatici se moraju koristiti i održavati u skladu sa preporukama proizvođača.

- Primena pneumatika radijalne konstrukcije - pneumatici sa radijalnom strukturom imaju znatno duži vek trajanja i manji otpor kotrljanju od dijagonalnih pneumatika. Takođe, pneumatici sa čeličnim kordom, zbog veće čvrstoće imaju manju masu i teže se greju.

- Urezivanje novog desena u pohabani protektor - postupak je dozvoljen samo kod pneumatika kod kojih je proizvođač unapred predvideo urezivanje. na boku ovakve gume postoji oznaka "REGROOVABLE". Kanali istrošenog protektora se produbljuju posebnim alatom i dubina urezane šare se kreće od 2 do 4 mm. Vek urezanog protekora iznosi 20 do 25% novog protektora.

- Protektiranje pneumatika - to je postupak kojim se pohabani protektor zamenjuje novim, uz uslov da je noseća struktura spoljne gume pneumatika neoštećena.

Na slici 11.87 prikazani mogući efekti predloženih mera za produženje veka trajanja pneumatika, odnosno povećanja ekonomičnosti eksploatacije pneumatika [31].

a)

Novi pneumatik Novi pneumatik Troškovi 100 100 200

Vek 100 100 200 =1,0

b)

Novi pneumatik Obnavljanje Troškovi 100 50 150

Vek 100 80 180 =0,83

c) Novi

pneumatik Urezivanje Obnavljanje Urezivanje

Troškovi 100 5 50 5 160

Vek 100 20 80 20 220 =0,7

3

Slika 11.87: Mogućnosti povećavanja ekonomičnosti eksploatacije pneumatika

Sa (a) je označen slučaj eksploatacije dva nova pneumatika koji se nakon korišćenja odbacuju i čiji su troškovi eksploatacije, radi lakšeg poređenja, označeni sa 1. U primeru (b) pohabani pneumatik se ne otpisuje, već se nakon obnavljanja protektora ponovo vraća na vozilo.

Ovde je su troškovi za 17% niži nego u slučaju (a). Pri tome je pretpo-stavljeno da troškovi obnavljanja iznose 50% nabavne cene novog pneumatika i da je vek obnovljenog protektora za 20% kraći od veka novog. U trećem primeru (c) pneumatik prolazi kroz četiri životne faze: novi pneumatik, pneumatik sa urezanim desenom, protektirani pneumatik i protektirani pneumatik sa urezanim desenom. Postupak urezivanja produžava vek protektora za 20% uz troškove urezivanja, koji ne prelaze 5% od cene novog pneumatika. Na ovakav način se štedi 27% novca, u odnosu na slučaj (a).

204

Obnavljanje i urezivanje pneumatika je važno i sa gledišta troškova ži-votnog ciklusa, utroška materijala i energije, kao i za zaštitu životne sredine od prevelikog i nepotrebnog zagađenja. U primeru (a) za posmatranu kilometražu pohabana su dva pneumatika čija masa na primer, ukoliko se radi o pneumaticima 295/80 R 22,5, iznosi 62 kg. Za izradu ovih pneu-matika (prema [33]) bilo je uloženo 4 GJ energije i na kraju je ostao otpad mase 100 kg. U slučaju (c) u proizvodnju jednog pneumatika utrošeno je upola manje energije (2 GJ). Na ovo je potrebno dodati i energiju utrošenu za izradu novog protektora, čija je masa 12 kg (0,4 GJ) [33]. Ukupna utrošena energija za životni ciklus pneumatika iznosi 2,4 GJ, a masa otpada 50 kg.

Tabela 11.14: Efekti tehničkih mera na direktnu i globalnu ekonomičnost korišćenja pneumatika

Varijanta Pokazatelj Jedinica mere

A B C

Prosečan vek km/(km A1)* 1 1,8 2,2

Jedinični troškovi ND/(ND A2)** 1 0,83 0,73

Utrošak energije za proizvodnju GJ/(GJ A3)*** 1 0,67 0,54

Količina otpada kg/(kg A4)**** 1 0,55 0,45 1 Broj kilometara koji prelazi nov pneumatik; 2 Troškovi nabavke novog pneumatika; 3 Utrošak energija za proizvodnju novog pneumatika; 4 Masa pohabane spoljne gume, * Odnos kilometraža; ** odnos direktnih troškova za isti pređeni put; *** odnos utrošene energije za proizvodnju pneumatika za isti pređeni put; **** odnos količine otpada za isti pređeni put.

U tabeli 11.14 dati su relativni odnosi direktnih i globalnih efekata za navedene primere. Izborom alternative (c) ostvaruje se 46% manji utrošak energije za izradu pneumatika i ostaje 55% manje otpada po jedinici pređenog puta.

Rezultate ostvarene u sprovođenju mera, čiji je cilj povećanje ekono-mičnosti eksploatacije, treba uporediti sa rezultatima drugih sličnih firmi, kao i sa podacima koje daju proizvođači pneumatika. Kao primer neka posluže rezultati istraživanja poznatog francuskog proizvođača Michelina koji navodi da 50% pneumatika 315/80 R 22,5 u Francuskoj prelazi do otkaza između 50.000 i 210.000 km. Uz korišćenje postupaka urezivanja protektora i eventualnim obnavljanjem prosečan vek bi mogao biti i dvostruko duži.

205

12. LITERATURA 1. Janićijević, N., Automatizacija sistema motornog vozila, Mašinski fakultet, Beograd, 1976.

2. Goljd, B.V., Konstruirovanie i rasčot avtomobilja, Mašgiz, Moskva, 1962.

3. Janićijević, N., Živanović, Z., Tendencije razvoja prenosnika snage na poljoprivrednim traktorima sa posebnim osvrtom na menjačke prenosnike, Zbornik radova internacionalnog simpozijuma “Poljoprivredno mašinstvo i nauka“, Beograd 1978.

4. Milek, T., Froslie L. E., Smith, R. W., Transmission Friction Element, SAE Design Practices-Passenger Car Transmissions, New York, 1973.

5. Janićijević, N.,Borak, Đ., O proračunu potpuno rasterećenih pogonskih poluvratila, Saopštenje skupa “NMV 71“ JUMV, “, Beograd 1971.

6. Anilovič, B. Ja., Vodolažčenko, Ju. T., Konstruirovanie i rasčet seljskohozjajastvonih traktorov, Mašinostroenie, Moskva, 1976.

7. Magendovič, E. M., Gidravličeskie impulsnie sistemi, Mašinostroenie, Leningrad, 1977.

8. Jandasek, V. J., Design of Single-Stage, Tree-Element Torque Converter, SAE Design Practices-Passenger Car Transmission, New York, 1973.

9. Stüper, J., Automatische Automobilgetriebe, springer-Verlag, Wien-New York, 1965.

10. Bašta, T. M., Mašinska hidraulika, Beograd, 1972. ( prevod sa ruskog )

11. Grupa autora, Osnovi hidraulike, Savez mašinskih i elektrotehničkih inženjera i tehničara Srbije, Beograd, 1969.

12. Zakin, Ja. H. i dr., Konstrukcii i rasčot avtobiljnjih poezdov, Mašinostroenie, Moskva, Leningrad, 1968.

13. Jakovlev, A. I. i dr., Osobenosti motorkoles traktornih mašin s elektroprivodom, Trudi NAMI, Bgin.65, 1964.

14. Jakovlev, A., Elektroprivod avtomobilej i avtopaezdov, Mašgiz, Moskva, 1966.

15. Heldt, P. M., Convertisseurs de couple transmissions automatiques, DUNOD, Paris, 1953.

16. Commercial Trades Institute, Automatic Transmissions, McGraw-Hill Book Company, New York, 1973.

17. Cross, R. (1996): Tire Pressure Monitors, Commercial Carrier Journal No 64, November 1996., pp. 7-16.

18. Kummer, H., Meyer, W.(1960): Rubber and Tire Friction, Engineering Research Bulletin B-80, The Pennsylvania State University, 1960, p. 96.

19. Clark, K. S. (1982): Mechanics of the Pneumatic Tires, US DOT, National Highway Traffic Safety Administration,D.C. 20590, 1982, p. 931.

20. Lenasi, J., Žeželj. S., Danon, G.: Motorna vozila, udžbenik, Saobraćajni fakultet, 1995, p 456.

21. Pillai, P., S., Fielding-Russell, G. S. (1985): Empirical Equations for Tire Footprint Area, Rubber Chemistry and Technology, Vol. 59, pp. 155 - 159.

22. Danon, G. (1988): Dinamičko prianjanje pneumatika pri kočenju automobila u pravcu, doktorska disertacija, Mašinski fakultet Beograd, 1988. godina. p. 170.

23. Moore, F., D.(1975): The Friction of the Pneumatic Tyres, Elseveir, 1975, p. 220.

24. Čućuz, N., Rusov, L. (1973): Dinamika motornih vozila, Privredni pregled, Beograd, 1973, p. 450.

25. Danon, G., Žeželj S., Lenasi, J. (1996): Influence of Sliding Velocity on Dynamic Friction in Tire Contact, Mobility &Vehicle Mechanics, International Journal for Vehicle Mechanics, Engines and Transportation Systems, Vol 22, Number 1/2 Mart/Juni 1996, pp. 54-60.

206

26. Lenasi, J., Danon, G., Žeželj S.: A Method for Calculating the Probability of Wheel Locking During Braking, Mobility &Vehicle Mechanics, International Journal for Vehicle Mechanics, Engines and Transportation Systems, Vol 24, Number 1 Mart 1998, pp 3-7. Žmavc, J. (1981): Kriteriji za kvantitativno vrednovanje karakterističnih svojstava savremenih voznih površina, Institut za puteve Beograd, p. 165.

27. Žmavc, J. (1981): Kriteriji za kvantitativno vrednovanje karakterističnih svojstava savremenih voznih površina, Institut za puteve Beograd, p. 165.

28. Muzikravić, V (1998): Zamena mesta pneumatika na vozilu, Glasnik Jugoslovenskog društva za bezbednost saobraćaja -YUBS, Br. 2, Godina II, 1998., pp. 4-5.

29. Dixon, C. J. (1996): Tires, Suspension and Handling, Second Edition, SAE, 1996, p.. 621.

30. Markun, B. (1982): Automobilska pneumatika, Sava Kranj, Papir konfekcija Krško, 1982.

31. Anon (1998): La GAMME POIDS LOURD, Michelin, Clermont -Ferrand p. 34.

32. Dobie, J., W. (1968): Demographic Study of Tire Hazard Failures, Rubber Chem. Technology, No 41, 1968, pp. 1074-1079.

33. Bennett, C. (1998): Predicting the HDM Volume of Wearable Rubber from Tyre Typology, Guidelines on Data Collection and Calibration of the HDM Model, Draft 9, July 1998, pp. 52-54.