Зареждане на покрива на автомобила и палатки iKamper
ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ: Никога не надвишавайте спецификациите на производителя. Това може да причини материални щети или нараняване.
Тази статия отговаря на въпроси относно безопасността при използване на таванната шатра Skycamp iKamper. Безопасно ли е превозното средство само с теглото на палатката? Какво се случва, когато в палатката има хора?
Преди да започнем статията, трябва да дефинираме две концепции, динамично натоварване и статично зареждане.
Говорим за статичен заряд, когато теглото се прилага без натрупване на енергия, т.е. не се движи. Тази задача е независима от времето, тя не се променя. Теглото, приложено към покрива на неподвижен автомобил, се счита за статично натоварване.
Говорим за динамично натоварване, когато по време на движение се появят високи сили или налягания върху обект. Тези сили са зависими от времето, постоянно се променят (ускорение, спиране, неравности и др.). За обекти, които са проектирани за постоянно движение, с приложени допълнителни тежести (например машина), говорим за динамично натоварване.
Монтирането на оборудването, както и на палатката на покрива, повдига центъра на тежестта на автомобила и променя начина на поведение на автомобила. С натоварването на покрива колата ще се движи странично повече, когато е под ъглите, когато се изкачва по наклон или когато пътуваме по неравна земя. Това променя поведението на автомобила и увеличава риска от преобръщане. Производителите определят максимално натоварване на покрива, за да поддържат маневрените характеристики и да гарантират, че рискът от преобръщане се поддържа в разумни граници. Другата характеристика, която се взема предвид от производителя, е динамичното натоварване - колко сила ще трябва да поддържате покрива, когато пътувате по неравни пътища. Ако инсталирате повече от максималния товар, посочен от производителя, това ще намали маневреността на машината, ще увеличи риска от преобръщане и риска от повреда на покрива.
Максималното натоварване на покрива, посочено от производителя, е за динамични условия - по време на шофиране. Той отчита маневреността на превозното средство, риска от преобръщане и динамичното натоварване.
Какво се случва с товаренето на покрива на автомобила, докато той не се движи, както в случая със спане в таван на SkyCamp iKamper? Не съм виждал производител да указва статична товароносимост на покрива. Това е неподходящ параметър за повечето хора и може да заблуди някои хора да претоварят покрива в динамични условия. От нас зависи да решим дали е безопасно да сложим двеста килограма хора и палатка на покрива на паркирано превозно средство.
Маневреността няма смисъл, когато не шофирате. Така че, за автомобил, който не се движи, маневреността не трябва да се взема предвид. Опасността от преобръщане също е без значение, докато превозното средство не се движи. Зареждането на покрива на паркирана кола няма да доведе до нейното спонтанно преобръщане. Както рискът от ниска маневреност, така и преобръщането изискват ускорение, за да влязат в сила. Когато колата не се движи, ускорението е нула. Всичко, което трябва да вземем предвид, е товароносимостта на покрива. Покривът е достатъчно здрав, за да побере тежестта?
Нека да разгледаме колко здрав трябва да бъде покривът, за да поддържа границата на натоварване, посочена от производителя. Динамичните натоварвания могат да бъдат значително по-високи от статичните. Това означава, че знаем, че покривът на автомобил може да издържи много по-дълго от максималното натоварване, препоръчано от производителя, тъй като тази препоръка отчита всички сили, които имат ефект по време на шофиране. Повечето хора предполагат, че покривът на колата е достатъчно здрав, за да може да се спи. Вместо да предположим това, нека направим някои изчисления относно динамичното натоварване, за да ни даде ръководство за товарене на покрив в динамични условия. Това ще гарантира, че покривът е достатъчно здрав, за да издържи необходимото тегло. В нашия пример ще използваме Toyota Hilux. Изчисленията се основават на редица предположения и, разбира се, няма да бъдат 100% верни. Идеята не е да се предостави точен брой, а по-скоро да се добие представа каква тежест може да издържи покривът.
ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ: Следващият раздел съдържа математика. Преминете върху него, за да избегнете скуката.
Максималното натоварване на покрива за Toyota Hilux е 80 кг. Да предположим, че сме натоварени с 80 кг и караме с 80 км/ч по неравен път, където неравностите са на разстояние 1 м. Да предположим, че неравностите са на 4 см от основата до върха, а гумите и окачването поглъщат три четвърти от него и покривът се движи на 1 см отгоре нагоре.
При 80 км/ч честотата (Hz) ще бъде:
Честота = 80 * 1000/3600/1 = 22,22 Hz
Ако приемем синусоидален профил, изместването от пик до пик от 1 cm съответства на амплитуда от 0,5 cm, а изместването като функция на времето ще бъде:
Водоизместване = 0,005 sin (2π x 22,22t), където времето t се изразява в секунди, а изместването в метри.
Вземайки първата производна, получаваме скорост:
Скорост = 0,005 x 2π x 22,22 cos (2π x 22,22t)
Вземайки отново производната, получаваме ускорението:
Ускорение = 0,005 x 2π x 2π x 22,22 x 22,22 sin (2π x 22,22t)
Максималното ускорение възниква, когато sin (2π x 22.22t) = 1, така че максималното ускорение е:
Максимално ускорение = 0,005 x 2π x 2π x 22,22 x 22,22 = 97m/s/s
За да изчислим максималната сила, използваме формулата Force = маса x ускорение и използвайки маса от 80 kg, което е максималното натоварване на покрива на Hilux, което ще имаме:
Максимална сила = 80 x 97 = 7760 N
Нека сравним максималната сила със силата, приложена от една и съща тежест, когато машината не се движи. Силата, приложена от статичното тегло, е 80 kg или ускорението поради гравитацията (9,8 m/s/s):
Статична сила = 80 x 9,8 = 784 N
Така че максималната сила е почти 10 пъти по-висока от статичната сила. Преобразуване на максималната сила в еквивалентно статично тегло:
Статично тегло, еквивалентно на максимална сила = 7760/9,8 = 791,83 кг
Имайте предвид, че когато превозното средство се движи нагоре в цикъла на удара, максималната сила ще бъде приблизително равна на 791Kg + 70Kg (общо 861Kg). Покривът не само ускорява масата, но работи срещу гравитацията. Максималната сила при движение надолу ще бъде много по-ниска, тъй като покривът работи с гравитация и скоростта, с която може да падне, е донякъде ограничена от гравитацията, въпреки че окачването и свързаната с него маса ще изтеглят автомобила малко по-бързо от гравитацията. Резултатът е синусоида, с наклон към по-кратки, по-стръмни цикли при движение нагоре и по-дълги цикли при движение надолу.
И така, според предположенията, които направихме, с 80 кг товар, покривът ще има максимално динамично натоварване от около 790 кг, когато се движи по неравни пътища. Изчисленията не са 100% перфектни, но ви дават представа за това как динамичното натоварване ескалира значително в сравнение със статичното натоварване и какъв стрес се понася от покрива при шофиране по неравен/груб терен.
ВНИМАНИЕ: Никога не се удряйте в главата с чук!
Не ни ли вярвате? Един експеримент, който можете да направите, за да видите колко по-динамичен е натоварването в сравнение със статичното натоварване, е да поставите чук на главата си, позволявайки на главата ви да издържи тежестта на чука. Забележете силата, с която чукът „притиска“ главата. След това задръжте чука на 10 см над главата си и го оставете да падне. Не го насилвайте, просто го оставете да падне със собственото си тегло. Забележете колко боли и сравнете с първите резултати. Предполагам, че ще ви боли ужасно! Когато нещата се движат и започват да се ускоряват, силите се увеличават бързо. Това е физика на здравия разум.
Според горните изчисления покривът на Hilux може да побере най-малко 791 Kg. Но не бива да гледаме прекалено отблизо самото число, вероятно не е много точно. Това, което можем да кажем обаче, е, че покривът може да поддържа много по-голямо статично тегло от динамичното, посочено от производителя. Колко може да продължи? Не знаем точно, но доста! Това се потвърждава, ако някога сте виждали кола, почиваща на покрива след преобръщане. Обикновено покривът е до голяма степен непокътнат, като същевременно поддържа цялото тегло на автомобила.
Често след преобръщане покривът все още е непокътнат, за да може автомобилът да бъде управляван! Същото като колата отдолу:
Нека сега изчислим колко ще тежи на покрива, когато спите в палатката.
Тегло на палатката = 70 Kg
Тегло на носещата лента = 6 кг
Тегло на хората = 2 х 80 кг = 160 кг
В случай на палатката Skycamp iKamper, половината от палатката се отстранява от превозното средство и се поддържа от стълба:
Ако е инсталирана палатката Skycamp, около 1/3 от теглото се поддържа от стълбата. В случай на изскачащи палатки, стълбата не поддържа никакъв товар.
В нашия случай теглото, поддържано от покрива, е: 236 x 2/3 = 157,3 Kg
Общото тегло на покрива е 157,3 Kg - няколко пъти по-ниско от 791 Kg, което изчислихме. Така че, въпреки че 791 Kg е приблизително изчисление, разликата до 157,3 Kg е достатъчно голяма, за да можем да кажем, че имаме добър коефициент на безопасност.
Помислете за формата на неравности по пътя и дупки. Перфектни ли са синусоидалните профили, каквито се приемат в горните изчисления? Ако отворът има по-остър профил, тогава ускорението е по-голямо и натоварването ще бъде по-голямо. Синусоидалният профил подценява максималното натоварване, което покривът трябва да издържи. Покривът е много по-здрав, отколкото си мислим.
Друго нещо, което трябва да имате предвид, е, че при динамични условия натоварването се прехвърля във всички посоки, в зависимост например от това дали превозното средство се върти, ускорява, забавя и т.н. Покривът е постоянно под въздействието на големи сили от всички посоки. При статично натоварване силата се изтегля само надолу, притискайки равномерно покрива и избягвайки всякакви сили на усукване. Следователно можем да бъдем още по-уверени, че при статични натоварвания покривът е много по-здрав, отколкото при динамични натоварвания, препоръчани от производителя, тъй като при динамични условия повишените сили трябва да се толерират - както е изчислено по-горе - за да толерират силите, които възникват поради неравномерно разпределение, при което определени части от покрива могат да бъдат претоварени, като тежестта се концентрира в определени точки.
Друг фактор, който трябва да се има предвид, е, че докато шофирате по неравен път, динамичното тегло не само ще бъде голямо, но това се случва при циклични условия. Задачата непрекъснато се увеличава, намалява и променя посоките и това се случва хиляди пъти. Приблизително 791 Kg сила, която изчислихме по-горе, непрекъснато се прилага, отстранява и обръща. Циклите причиняват умора на материала. За да издържи, покривът трябва да бъде дори по-здрав, отколкото очаквахме - просто да поддържа 791 кг сила. Спането в палатка не причинява същото циклично натоварване.
Палатката Skycamp тежи около 70 Kg, добавете теглото на носещите пръти (обикновено 5 - 6 Kg). Ако общото количество попада в рамките на максимално допустимото натоварване на покрива и/или максимално допустимото натоварване на носещите пръти, можете да монтирате палатката Skycamp на покрива на автомобила. Що се отнася до спането в шатра, монтирана на покрив, със сигурност автомобилът лесно ще издържи натоварването.
Бележка за операция Offroad
Някои производители на автомобили, както и някои производители на покривни барове, оценяват своя максимално допустим товар и за офроуд условия. Това е следствие от екстремните динамични натоварвания, които могат да възникнат, когато превозното средство пресича неравен терен. Освен това има допълнителен вреден ефект върху маневреността и риска от преобръщане, когато превозното средство се движи по неравен терен. Тези стойности, зададени от производителя, трябва да се спазват, ако възнамерявате да излезете извън пътя.
Дори ако превозното средство и опорните щанги не са оценени за офроуд условия, трябва да се опитате да бъдете под максималната стойност на динамичното натоварване и когато възнамерявате да използвате офроуд автомобила, карайте бавно и по-внимателно.