Στο τεύχος Μαρτίου που κυκλοφορεί αναφερόμαστε στο «βήμα» που πρέπει να έχει κάθε όχημα, λαμβάνοντας υπ’ όψιν τους βασικούς παράγοντες που καθορίζουν αν ένα φορτηγό πρέπει να έχει γρήγορο, μεσαίο ή αργό «βήμα». Η επιλογή της σωστής γραμμής κίνησης σε ένα όχημα σχετίζεται άμεσα με τη λειτουργία και τις ανάγκες του μεταφορικού έργου που συνήθως αυτό εκτελεί.
Όμως, κατά την αγορά ενός οχήματος, η αξιολόγηση των βασικών χαρακτηριστικών δεν θα πρέπει να περιορίζεται μόνο στις προδιαγραφές του κινητήρα ή του κιβωτίου, αλλά πολύ περισσότερο στη μετάδοση της ισχύος. Ο οδηγός πρέπει να έχει στη διάθεσή του ένα επαγγελματικό όχημα τέτοιο ώστε, ανάλογα με τη συνήθη χρήση του, να μπορεί να ανταποκρίνεται ικανοποιητικά και αποδοτικά στις συνθήκες εργασίας χωρίς επιβάρυνση στην κατανάλωση.
Τι σημαίνει βήμα;
Βήμα αποκαλείται η συνολική σχέση μετάδοσης του οχήματος ως συνάρτηση των στροφών και της ταχύτητας του οχήματος. Και αυτό γιατί οι σχέσεις μετάδοσης που υπάρχουν στο κιβώτιο τα- χυτήτων αλλά και στο διαφορικό καθορίζουν τη συνεργασία των στροφών/ταχύτητας. Συνήθως, το βήμα του οχήματος το καταλαβαίνουμε με την τελευταία σχέση μετάδοσης. Έτσι λοιπόν, εάν μια νταλίκα τρέχει με 80 χλμ./ώρα και ο κινητήρα δουλεύει στις 1200-1300 σ.α.λ. και χαμηλότερα, θεωρείται το βήμα της «γρήγορο» καθώς στα «πολλά χιλιόμετρα» οι στροφές του κινητήρα διατηρούνται σε χαμηλά σχετικά επίπεδα. Αντίστοιχα στις 1400-1500 σ.α.λ. θεωρείται «μεσαίο», ενώ από τις 1500 σ.α.λ. και πάνω θεωρείται «αργό».
Τα οχήματα με «γρήγορο» βήμα (λέγεται και «μακρύ» βήμα) προορίζονται για διαδρομές μεγάλων αποστάσεων, καθώς τα περισσότερα χιλιόμετρα, τα ευρωπαϊκά τουλάχιστον, γίνονται σε παρατεταμένες ευθείες και αυτοκινητόδρομους όπου τα φορτηγά κινούνται στις υψηλότερες επιτρεπτές ταχύτητες και θα πρέπει ο κινητήρας να λειτουργεί σε όσο το δυνατόν χαμηλότερο εύρος στροφών.
Το ίδιο ισχύει και για οχήματα που έχουν ισχυρούς κινητήρες αλλά δεν έχουν μεγάλη μάζα, όπως π.χ. είναι τα τριαξονικά οχήματα, τα λεωφορεία κλπ. Τα φορτηγά «μεσαίου βήματος» χρησιμοποιούνται σε διαδρομές που έχουν δύσκολη μορφολογία με πολλές αναβάσεις. Επίσης σε οχήματα που επιταχύνουν/επιβραδύνουν συνεχώς (σταμάτα-ξεκίνα) και δεν χρειάζεται να αναπτύξουν μεγάλες ταχύτητες (π.χ. αστικά λεωφορεία, φορτηγά διανομών).
Επιπλέον, το «μεσαίο βήμα» χαρακτηρίζει όλα εκείνα τα παλιά οχήματα που πριν από δεκαετίες κυκλοφορούσαν στους διάφορους δρόμους εκτελώντας μεταφορικό έργο. Τέλος, τα «κοντού βήματος» οχήματα διευκολύνουν την κίνηση σε εκτός δρόμου διαδρομές, σε ανώμαλα εδάφη συχνές απότομες ανηφοριές κ.λ.π. όπου απαιτούνται μικρές ταχύτητες και εκκινήσεις σε δρόμους με μεγάλη κλίση, όπως συμβαίνει με τα χωματουργικά και άλλα εργοταξιακά οχήματα.
Παράγοντες επιλογής μετάδοσης ισχύος
Αρχικά, λαμβάνουμε ως παράγοντα επιλογής μετάδοσης ισχύος τα όρια ταχύτητας και μεγίστου φορτίου που αντιστοιχούν στον τύπο του οχήματος. Είναι διαφορετικές οι απαιτήσεις για ένα όχημα που έχει μικτό βάρος 17 τόνους και πολύ περισσότερες για έναν συρμό συνολικού βάρους 60 τόνων. Επίσης τα 80-85 χλμ./ ώρα θεωρούνται από τους κατασκευαστές ως ανώτερη ταχύτητα οδήγησης καθώς η νομοθεσία, τουλάχιστον η ευρωπαϊκή δεν επιτρέπει υπέρβαση των 89 χλμ./ώρα. Σημαντικό επίσης στοιχείο εί- ναι η μορφολογία του εδάφους καθώς σε ανηφορική διαδρομή οι απαιτήσεις σε ισχύ είναι περισσότερες απ' ότι μιας ήπιας κλίσης.
Η Ελλάδα χαρακτηρίζεται ορεινή, κατά συνέπεια οι διαδρομές εί- ναι ποικίλης μορφολογίας με πολλών και μεγάλων κλίσεων ανα- βάσεις. Παρόλα αυτά, με τον εκσυγχρονισμό του οδικού δικτύου και την εμφάνιση των αυτοκινητοδρόμων, τα ορεινά «πέταλα» που υπήρχαν παλαιότερα αντικαταστάθηκαν με ομαλοποιημένα, λιγότερο ανηφορικά περάσματα, στα οποία το όχημα μπορεί να αναρριχηθεί ευκολότερα.
Τέλος, οι συνολικές αντιστάσεις είναι ιδιαίτερα σημαντικές διότι δυσχαιρένουν την κίνηση του οχήματος. Οι κυριότερες είναι:
- Η αεροδυναμική αντίσταση, που προβάλλει ο αέρας στο όχημα.Είναι αμελητέα σε χαμηλές ταχύτητες όχι όμως σε υψηλές ταχύτητες.
- Η αντίσταση λόγω τριβής κύλισης, που οφείλεται στην τριβή των ελαστικών με το οδόστρωμα.
- Η αντίσταση λόγω αδράνειας, η δυσκολία δηλαδή του φορτηγού είτε είναι ακινητοποιημένο είτε με σταθερή ταχύτητα να αλλάξει την κινητική του κατάσταση. Όσο μεγαλύτερο είναι το φορτίο, τόσο δυσκολότερη η εκκίνηση/επιτάχυνση/επιβράδυνση.
- Η αντίσταση κλίσεως δρόμου, όπως αναφέραμε παραπάνω, είναι η επιβράδυνση του οχήματος εξαιτίας του βάρους που το ωθεί προς τα πίσω.
Επιλογή κινητήρα
Η μελέτη σχεδίασης της γραμμής κίνησης ξεκινάει από την ιπποδύναμη και τη ροπή της μηχανής. Η τεχνολογία έχει προχωρήσει αρκετά στον τομέα των κινητήρων με ηλεκτρονικά ελεγχόμενες λειτουργίες, οι οποίες προσφέρονται σε αρκετές επιλογές ιπποδύναμης και ροπής. Παλαιότερα, οι κινητήρες διέθεταν αρκετά μικρή ροπή η οποία αποδίδονταν κυρίως στις υψηλές στροφές της μηχανής.
Γι’ αυτό τον λόγο τα «πράσινα» του στροφόμετρου, δηλαδή η οικονομικότερη λειτουργία του κινητήρα κυμαινόταν μεταξύ 1500-2200rpm. Ως εκ τούτου, οι ταχύτητες που ανέπτυσσε το όχημα επιτυγχάνονταν πάντοτε στα «όρια» και τον «κόφτη» της μηχανής. Επιπλέον το όχημα δεν είχε μεγάλη τελική ταχύτητα και η κατανάλωση καυσίμου ήταν αρκετά μεγάλη. Ωστόσο, με το πέρασμα των ετών, η ροπή αυξήθηκε από χαμη- λότερες στροφές κάνοντας τους κινητήρες «ελαστικότερους».
Έτσι, τα «πράσινα» της μηχανής μετακινήθηκαν αριστερότερα του στροφόμετρου μεταξύ 1000-1400 σ.α.λ. Πλέον σε μεγάλους κινητήρες αυξημένης ισχύος συναντούμε ροπές που ξεκινούν από τις 900 σ.α.λ. (!), μη συνηθισμένο για τα μέχρι τώρα δεδο- μένα. Συνεπώς, η παραπάνω εξέλιξη των κινητήρων, έδωσε την δυνατότητα στους κατασκευαστές να προσαρμόσουν ένα αρκετά γρήγορο δηλαδή ένα «μακρύ βήμα» στα φορτηγά προκειμένου στις υψηλές ταχύτητες να εκμεταλεύονται τις μεγάλες ροπές που αποδίδονται χαμηλά.
Ελκτική δύναμη
Θα ήταν λάθος να αναλύουμε το βήμα ενός οχήματος και να μην συμπεριλάβουμε την ελκτική δύναμη. Η ελκτική δύναμη είναι η ροπή περιστροφής του τροχού μέσω των ελαστικών στο οδόστρωμα. Με άλλα λόγια, είναι η δύναμη που γυρνάει τις ρόδες του φορτηγού. Η ελκτική δύναμη πρέπει να αντισταθμίζει τις αντιστάσεις που δεν αφήνουν τον τροχό να περιστραφεί (τις εξηγήσαμε παραπάνω). Η πρώτη ταχύτητα του οχήματος έχει την μεγαλύτερη ελκτική δύναμη.
Γενικότερα, όσο αυξάνεται η συνολική σχέση μετάδοσης, δηλαδή ο οδηγός «ανεβάζει ταχύτητες», μειώνεται η ελκτική δύναμη. Γι' αυτόν το λόγο όταν το όχημα κινείται σε μία ανηφόρα χρειάζεται να «κατεβάσει ταχύτητα», προκειμένου να αυξήσει την ελκτικότητα και την αναρριχητικότητα. Επίσης, το ίδιο συμβαίνει με την εκκίνηση ενός άδειου και ενός γεμάτου φορτηγού. Όταν είναι άδειο το όχημα ενδέχεται να ξεκινήσει με 4η ή 6η ταχύτητα ενώ όταν είναι φορτωμένο με μικρότερη (πχ 1η, 2η ).
Άρα όταν ένα όχημα έχει «κοντό» βήμα, μπορεί να ανέβει ταχύτερα και «ξεκούραστα» μία ανηφόρα συγκριτικά με ένα «μακρύτερο» βήμα οχήματος του ίδιου κινητήρα.
Πρόσφατα, η Volvo λανσάρισε ένα νέο αυτοματοποιημένο κιβώτιο ταχυτήτων με επιπλέον «σούπερ αργές» ταχύτητες (βλέπε Τ&Τ #336) με τη σχέση μετάδοσης να φτάνει τα 32:1, δηλαδή για 32 περιστροφές του κινητήρα, το σασμάν να γυρνάει μόλις μία φορά. Χαρακτηριστική ήταν η δοκιμή που έγινε στο συγκεκριμένο κιβώτιο όταν ένας τράκτορας Volvo Fh16 750hp, ανέλαβε επιτυχώς να εκκινηθεί με 40 εμπορευματοκιβώτια συνολικής μάζας 750 τόνων !!
Over-drive / Direct-drive
Εφόσον η αποδοτική λειτουργία του κινητήρα κυμαίνεται από 1000-1400rpm, πολλοί κατασκευαστές επιλέγουν να χρησιμοποιήσουν τα τελευταία χρόνια κιβώτια ταχυτήτων με επιταχυνόμενη σχέση μετάδοσης, η γνωστή over-drive. Η επιταχυνόμενη ταχύτητα είναι η τελευταία σχέση μετάδοσης στο κιβώτιο η οποία δίνει περισσότερες στροφές στην έξοδό της απ' ότι λαμβάνει από τον κινητήρα (πχ 0.82:1 ,0.71:1 ). Σε αυτή την σχέση μετάδοσης, εάν ο κινητήρας δίνει 1200 στροφές ανά λεπτό, το σασμάν βγάζει 1400-1500 στην υπόλοιπη μετάδοση.
Άρα στο όχημα μπορεί να χρησιμοποιηθεί διαφορικό «μεσαίου βήματος» δίνοντας δύο βασικά πλεονεκτήματα: οι ενδιάμεσες σχέσεις είναι σχετικά «κοντές» προσφέροντας μεγαλύτερη ελκτική δύναμη, ενώ η τελευταία είναι «μακριά» προσφέροντας οικονομία. Για αυτό το λόγο τα οχήματα μικρής ιπποδύναμης (πχ 420hp) καταλαμβάνουν ένα μεγάλο μερίδιο στον μεταφορικό κόσμο.
Στο direct-drive, η τελευταία ταχύτητα έχει σχέση μετάδοσης 1:1, δηλαδή το σασμάν δίνει όσες στροφές λαμβάνει από τον κινητήρα. Κατά συνέπεια το διαφορικό πρέπει να είναι σχετικά «γρήγορο» δηλαδή να έχει μικρή «τελική σχέση μετάδοσης» έτσι ώστε να προσφέρεται οικονομία στα πολλά χλμ/ώρα. Αν όμως το όχημα «φοράει γρήγορο βήμα», τότε όλες οι ενδιάμεσες ταχύτητες θα έχουν μειωμένη αναρριχητικότητα. Ως εκ τούτου το όχημα εάν δεν έχει δυνατό και «ροπάτο» κινητήρα, ενδέχεται να «κρεμάει» στην ανηφόρα και να καίει περισσότερο καύσιμο.
Επιπλέον, όπως μας έχουν τονίσει μηχανικοί, τα «γρήγορα» διαφορικά είναι περισσότερο ευπαθή συγκριτικά με τα «αργά». Οι οδοντώσεις που υπάρχουν επάνω στην κορώνα-πηνίο επειδή είναι πολλές, προκειμένου να χωρέσουν όλες κατασκευάζονται λεπτότερα. Αντίθετα, ένα «αργό» διαφορικό κατασκευάζεται με λιγότερες αλλά πιο παχιές και ανθεκτικές οδοντώσεις.
Μετατροπές μετάδοσης κίνησης
Πολλοί αυτοκινητιστές επιλέγουν να αναβαθμίσουν τον κινητήρα τους προσθέτοντας περισσότερα άλογα. Με την αύξηση όμως της ισχύος και της ροπής του κινητήρα πέραν του φυσιολογικού, ενδέχεται να υπάρξει ρήξη στα υπόλοιπα εξαρτήματα της μετάδοσης. Εάν ο κινητήρας έχει πολλή δύναμη και το διαφορικό είναι «αργό», η ισχύς δεν προλαβαίνει να εκτονωθεί με αποτέλεσμα όλη η δύναμη να «ξεσπάει» στη μετάδοση. Ως εκ τούτου, οι πειραγμένες μηχανές, «κούρευαν» τα διαφορικά καταστρέφοντας τις οδοντώσεις. Επιπλέον τα ημιαξόνια αλλά και οι «σταυροί» του κεντρικού άξονα αστοχούσαν επιφέροντας πολλαπλές ζημιές. Έτσι λοιπόν, κάθε ιδιοκτήτης οφείλει να συμβουλεύεται το συνεργείο πριν προβεί σε ορισμένες μετατροπές. Αντιθέτως, λόγω της μεγάλης ιπποδύναμης, αρκετές ήταν οι περιπτώσεις που τα οχήματα τοποθετούσαν πολύ «γρήγορα» διαφορικά αγγίζοντας τελικές ταχύτητες άνω των 160 χλμ/ώρα. Σήμερα τα οχήματα είναι εξίσου γρήγορα με τελικές που υπολογίζεται ότι ξεπερνούν τα 180χλμ./ώρα, αν αναλογιστούμε ότι ένα φορτηγό μπορεί να κινηθεί αποδοτικά και οικονομικά με 80 χλμ./ώρα στις 1000rpm. Ωστόσο η ύπαρξη περιοριστή ταχύτητας («κόφτη») στα 89 χλμ./ώρα αποτρέπει τέτοιου είδους δοκιμές.
Μετάδοση ισχύος και οικονομία καυσίμου
Οι γενικότερες μεταβολές της τεχνολογίας πάνω στα θέματα της μετάδοσης ισχύος από τον κινητήρα προς τους τροχούς, γίνονται χάριν οικονομίας καυσίμου. Κατά κανόνα, όσο λιγότερες είναι οι στροφές που λειτουργεί ένας κινητήρας, τόσο λιγότερο είναι και το καύσιμο που καταναλώνει. Η ειδίκευση παρόλα αυτά είναι αρκετά περίπλοκη και ενδιαφέρουσα καθώς μέσα σε όλο αυτό το θεματικό κύκλο, σχετίζονται άμεσα η ειδική κατανάλωση, η ροπή, η ισχύς, οι σχέσεις μετάδοσης και οι διάφορες αντιστάσεις.
Παρόλα αυτά θα αναφέρουμε συμπερασματικά κάποια στοιχεία προκειμένου να απλοποιηθεί η παραπάνω μελέτη. Λέμε, λοιπόν, ότι για κάθε πάτημα του γκαζιού και για κάθε ταχύτητα περιστροφής, ο κινητήρας έχει μια συγκεκριμένη κατανάλωση καυσίμου. Άρα, με λίγο γκάζι και πολλές στροφές ο κινητήρας μπορεί να καταναλώνει ακριβώς όσο με περισσότερο γκάζι και λιγότερες στροφές.
Οπότε, εάν το όχημα βρίσκεται π.χ. στις 1000 σ.α.λ. και ο οδηγός πατάει τέρμα το γκάζι, λόγω ζορίσματος, το όχημα θα καταναλώσει περισσότερο απ’ ότι αν κατέβαζε ένα «όβερ» (άρα περισσότερες σ.α.λ. –στροφές ανά λεπτό) προκειμένου οι στροφές της μηχανής να συνεργαστούν καλύτερα με τη μετάδοση και την ελκτικότητα.
Αναφερόμαστε στα μηχανικά κιβώτια ταχυτήτων καθώς με τα αυτοματοποιημένα, οι αλλαγές ταχυτήτων γίνονται αν όχι άριστα, με πάρα πολύ καλό χειρισμό.
Έστω ότι έχουμε 2 φορτηγά ίδιου τύπου, φορτίου, κινητήρα κλπ. αλλά με διαφορετικό «βήμα». Εάν τα συγκρίνουμε σε μία διαδρομή (με μικτή μορφολογία εδάφους) με σταθερή την ταχύτητα τους (π.χ. 80 χλμ./ώρα), τότε το φορτηγό με το γρήγορο «βήμα» θα έχει λιγότερη κατανάλωση καυσίμου λόγω λιγότερων στροφών. Όμως θα φτάσει αργότερα στον προορισμό καθώς σε ενδε- χόμενες αναβάσεις η αναρριχητικότητά του θα είναι μικρότερη , άρα το δεύτερο όχημα θα το προσπεράσει στις ανηφόρες και θα φτάσει γρηγορότερα.
Συμπερασματικά
Κλείνοντας, μπορούμε να πούμε ότι στην αγορά έχει εδραιωθεί το «μακρύ βήμα» καθώς προσαρμόζεται καλύτερα η μετάδοση στις χαμηλές συνθήκες λειτουργίας του κινητήρα. Προσφέρεται έτσι χαμηλότερη κατανάλωση καυσίμου ενώ παράλληλα το φορτηγό μπορεί να «τρέξει» περισσότερο. Επίσης, δίνεται η δυνατότητα ο ιδιοκτήτης να τοποθετήσει μικρότερης διαμέτρου ελαστικά (π.χ. jumbo) χωρίς να επηρεάσει σε μεγάλο βαθμό την κατανάλωση.
Επιπλέον όταν τα χιλιόμετρα είναι άφορτα (σε πολλά φορτηγά είναι οι μισές διαδρομές) η οικονομία και η εκμετάλλευση της χαμηλής περιοχής είναι ακόμη καλύτερη και το όχημα πιο αποδοτικό. Στα αρνητικά, συγκαταλέγονται η μικρότερη αναρριχητικότητα στις ανηφόρες. Αν ο οδηγός ζορίζει το όχημα σε αναβάσεις, τότε η κατανάλωση αυξάνεται σημαντικά. Επίσης οι επιταχύνσεις και οι «ρεπρίζ» είναι αδύναμες.
Τα φορτηγά «μεσαίου βήματος» έχουν πάντοτε διαθέσιμη ισχύ προσφέροντας υψηλή ικανότητα αναρριχητικότητας. Στις ευθείες καταναλώνουν περισσότερο πετρέλαιο λόγω περίσσιας ισχύος, όμως στις ανηφόρες μπορούν να κινηθούν ευκολότερα και οικονομικά εάν ο οδηγός δεν τα ζορίζει. Στις κατηφόρες ωστόσο βοηθούν τον κινητήρα να «φρενάρει» ευκολότερα. Επίσης προσαρμόζονται καλύτερα στη λειτουργία μικρότερων κινητήρων χωρίς να τους ζορίζουν και, τέλος, έχουν καλύτερες «ρεπρίζ» και επιταχύνσεις.
