Încărcarea acoperișului mașinii și corturile iKamper

AVERTISMENT: Nu depășiți niciodată specificațiile date de producător. Acest lucru poate provoca daune materiale sau vătămări corporale.

Acest articol răspunde la întrebările în legătură cu siguranța utilizării cortului de plafon Skycamp iKamper. Este vehiculul în siguranță doar cu greutatea cortului? Ce se întâmplă când sunt oameni în cort?

Înainte de a începe articolul, trebuie să definim două concepte, încărcarea dinamică și încărcarea statică.
Vorbim despre încărcare statică atunci, când greutatea este aplicată fără nici-o acumulare de energie, adică nu se miscă. Această sarcină este independentă de timp, nu se schimbă. Greutatea aplicată pe acoperișul unei mașini staționare este considerat încărcare statică.
Vorbim despre încărcarea dinamică atunci, când intervin forțe sau presiuni mari asupra unui obiect în timpul mișcării. Aceste forțe sunt dependente de timp, se schimbă în continuu (accelerare, frânare, denivelări, etc. ). La obiectele care sunt proiectate pentru mișcare constantă, cu greutăți suplimentare aplicate (de ex. o mașină) vorbim despre sarcină dinamică.

Montarea echipamentelor, ca și  a cortului de plafon ridică centrul de greutate al vehiculului și schimbă modul în care se comportă mașina. Cu încărcătură pe acoperiș mașina se va mișca lateral mai mult atunci când se află sub viraje, când urcă pe o pantă sau când călătorim pe un teren neuniform. Acest lucru schimbă comportamentul mașinii și crește riscul de răsturnare. Producătorii specifică o sarcină maximă pe acoperiș pentru a menține caracteristicile de manevrabilitate și pentru a asigura că riscul de răsturnare crescut este menținut în limite rezonabile. Cealaltă caracteristică ce este luată în considerare de producător, este încărcarea dinamică – câtă forță va trebui să susțină acoperișul atunci când vă deplasați pe drum cu denivelări. Dacă montați mai mult decât sarcina maximă specificată de constructor, va scădea manevrabilitatea mașinii, crește riscul de răsturnare și riscul de deteriorare a acoperișului.

Sarcina maximă a acoperișului specificată de producător este pentru condiții dinamice – în timp ce conduceți mașina. Aceasta ia în considerare manevrabilitatea vehiculului, riscul de răsturnare și încărcarea dinamică.

Ce se întâmplă cu încărcarea acoperișului mașinii în timp ce nu se mișcă, ca în cazul dormitului într-un cort de plafon Skycamp iKamper? Nu am văzut nici un producător specificând o capacitate statică de încărcare a acoperișului. Este un parametru irelevant pentru majoritatea oamenilor și ar putea induce în eroare unele persoane în suprasolicitarea acoperișului în condiții dinamice. Depinde de noi să decidem dacă este sigur să punem două sute de kilograme de oameni și un cort pe acoperișul unui vehicul parcat.

Manevrabilitatea nu are sens atunci când nu conduceți. Deci, pentru o mașină care nu se mișcă, nu trebuie luată în considerare manevrabilitatea. Pericolul de răsturnare este, de asemenea, irelevant în timp ce nu se mișcă vehiculul. Încărcarea acoperișului unei mașini parcate nu o va face să se răstoarne spontan. Atât riscul de manevrabilitate scăzută cât și răsturnarea necesită accelerare pentru a intra în vigoare. Când nu se mișcă mașina, accelerația este zero. Tot ce ne rămâne să considerăm este capacitatea de încărcare a acoperișului. Este acoperișul suficient de puternic pentru a menține greutatea?

Să analizăm cât de puternic trebuie să fie acoperișul pentru a susține limita de încărcare specificată de producător. Încărcările dinamice pot fi semnificativ mai mari decât încărcările statice. Aceasta înseamnă că știm, că acoperisul unei mașini poate ține mult mai mult decât sarcina maximă recomandată de producător, deoarece această recomandare ține cont de toate forțele care au efect în timpul conducerii. Majoritatea oamenilor presupun că acoperișul mașinii este suficient de puternic pentru a putea dormi pe ea. În loc de a presupune acest lucru, haideți să facem niște calcule în legătură cu sarcina dinamică, pentru a ne oferi un ghid privind încărcarea unui acoperiș în condiții dinamice. Acest lucru ne va asigura că acoperișul este destul de puternic pentru a suporta greutatea necesară. În exemplul nostru vom folosi un Toyota Hilux. Calculele se bazează pe o serie de ipoteze și, desigur, nu vor fi 100% corecte. Ideea nu este de a furniza un număr exact, ci mai degrabă să ne facem o idee despre ce fel de greutate poate suporta acoperișul.  

AVERTISMENT: Secțiunea următoare conține matematică. Treceți peste, pentru a evita plictiseala.

Încărcarea maximă a acoperișului pentru un Toyota Hilux este de 80 kg. Să presupunem că suntem încărcați la 80 kg și conducem la 80 km/h pe un drum cu denivelări unde denivelările sunt la o distanță de 1 m. Să presupunem că denivelările sunt de 4 cm de la bază până la vârf, iar anvelopele și suspensia absorb trei sferturi din aceasta și acoperișul se mișcă 1 cm de la vârf la vârf.

La 80km/h frecvența (Hz) ar fi:

Frecvența = 80 * 1000 / 3600 / 1 = 22.22 Hz

Presupunând un profil sinusoidal, deplasarea de la vârf la vârf de 1 cm corespunde unei amplitudini de 0,5 cm, iar deplasarea în funcție de timp ar fi:

Deplasarea = 0.005 sin (2π x 22.22t), unde timpul t este exprimat în secunde iar deplasare în metri.

Luând primul derivat, obținem viteză:

Viteza = 0.005 x 2π x 22.22 cos (2π x 22.22t)

Luând din nou derivatul, obținem accelerația:

Accelerație = 0.005 x 2π x 2π x 22.22 x 22.22 sin (2π x 22.22t)

Accelerația maximă apare când sin (2π x 22.22t) = 1, deci accelerația maximă este:

Accelerație maximă = 0.005 x 2π x 2π x 22.22 x 22.22 = 97m/s/s

Pentru a calcula forța maximă, utilizâm formula Forță = masă x accelerație, iar folosind o masă de 80kg, care este sarcina maximă pe acoperiș a lui Hilux o să avem:

Forța maximă = 80 x 97 = 7760 N

Să comparăm forța maximă cu forța aplicată de aceeași greutate când mașina nu se mișcă. Forța aplicată de greutatea statică este 80 kg ori accelerația datorată gravității (9,8 m / s / s):

Forța statică = 80 x 9,8 = 784 N

Deci, forța maximă este de aproape de 10 ori mai mare decât forța statică. Transformarea forței maxime într-o greutate statică echivalentă:

Greutatea statică echivalentă forței maxime = 7760 / 9.8 = 791.83 Kg

Notați când vehiculul se deplasează în sus în ciclul de lovire, forța maximă ar fi aproximativ egală cu 791Kg + 70Kg (total 861Kg). Acoperișul nu numai că accelerează masa, dar lucrează împotriva gravitației. Forța maximă atunci când se deplasează în jos va fi mult mai mică, deoarece acoperișul funcționează cu gravitatea și viteza cu care poate să cadă este oarecum limitată de gravitație, deși suspensia și masa asociată vor trage vehiculul puțin mai rapid decât gravitația. Rezultatul este un val sinusoidal, cu o înclinare către cicluri mai scurte, mai abrupte cănd se mișcă în sus și cicluri mai lungi când se mișcă în jos.

Deci, sub ipotezele pe care le-am făcut, cu 80 kg de sarcină, acoperișul ar avea o încărcătură dinamică maximă de aproximativ 790 kg atunci când conduceți pe drum cu denivelări. Calculele nu sunt 100%  perfecte, dar vă dau o idee despre modul în care sarcina dinamică escalează în mod semnificativ în comparație cu sarcina statică și ce fel de stres este suportat de acoperiș atunci când conduceți pe drum cu denivelări / teren accidentat.

AVERTISMENT: Nu vă dați niciodată cu ciocanul în cap!

Nu ne credeți? Un experiment pe care il puteti face pentru a vedea cu cât mai mare este sarcina dinamică comparată cu sarcina statică este, să vă puneți un ciocan pe cap, permitând capului să susțină greutatea ciocanului. Observați forța cu care ciocanul “apasă” capul. Apoi, țineți ciocanul cu 10 cm deasupra capului și lăsați-l să cadă. Nu o forțați, doar permiteți-i să scadă cu propria greutate. Observați cât de mult vă doare și comparați cu primele rezultate. Presupun că veți avea niște dureri îngrozitoare! Când lucrurile se mișcă și încep să accelereze, forțele cresc rapid. Este fizică de bun simț.

Conform calculelor de mai sus, acoperișul unui Hilux poate deține cel puțin 791 Kg. Dar nu ar trebui să ne uităm prea mult la numărul în sine, probabil că nu este foarte precis. Ceea ce putem spune însă este că acoperișul poate suporta o greutate statică mult mai mare decât cel dynamic, specificat de producător. Cât de mult poate ține? Nu știm exact, dar destul de mult! Acest lucru este confirmat, dacă ați văzut vreodată o mașină odihnindu-se pe acoperiș după o răsturnare. De obicei, acoperișul este în mare parte intact în timp ce susține întreaga greutate a mașinii.

Adeseori, după o răsturnare, acoperișul este încă destul de intact ca mașina să poate fi condusă! La fel ca mașina de mai jos:

Să calculăm acum cât de multă greutate va fi pe acoperiș atunci când dormiți în cort.

Greutatea cortului = 70 Kg

Greutatea barei de suport = 6Kg

Greutatea persoanelor = 2 x 80 kg = 160 Kg

Greutate totală = 236 Kg

În cazul cortului Skycamp iKamper jumătate din cort se îndepărtează de vehicul și este susținută de scară:

Dacă cortul Skycamp este instalat, în jur de 1/3 din greutate este susținută de scară. În cazul corturilor de tip pop-up, scara nu suportă nici o sarcină.

În cazul nostru greutatea suportată de acoperiș este: 236 x 2/3 = 157,3 Kg

Greutatea totală pe acoperiș este de 157,3 Kg – de mai multe ori mai mică decât cele 791 Kg pe care le-am calculat. Deci, deși 791 Kg este un calcul aproximativ, diferența până la 157,3 Kg este suficient de mare încât putem spune că avem un bun factor de siguranță.

Luați în considerare forma denivelărilor pe drum și a găurilor. Sunt profiluri sinusoidale perfecte, cum ar fi cele presupuse în calculele de mai sus? Dacă gaura are un profil mai ascuțit, atunci accelerația este mai mare și sarcina va fi mai mare. Profilul sinusoidal subestimează sarcina maximă pe care trebuie să o suporte acoperișul. Acoperișul este mult mai puternic decât credem noi.

Un alt lucru ce trebuie luat în considerare este că, în condiții dinamice, sarcina este transferată în toate direcțiile, depinzând de exemplu dacă vehiculul se învârte, accelerează, încetinește, etc. Acoperișul este în permanență sub efectul forțelor mari din toate direcțiile. Cu o sarcină statică, forța trage doar în jos, presând uniform acoperișul și evitând orice forță de răsucire. Așadar, putem fi și mai încrezători că, pentru încărcăturile statice, acoperișul este mult mai puternic decât pentru încărcăturile dinamice recomandate de producător, deoarece în condiții dinamice trebuie tolerate forțele crescute – așa cum sunt calculate mai sus -, să tolereze forțele care apar din cauza răsucirii, distribuții neuniforme unde anumite părți ale acoperișului pot fi suprasolicitate,  greutatea fiind concentrată în anumite puncte.

Un alt factor ce trebuie luat în considerare este că în timpul mersului pe un drum cu denivelări, nu numai că greutatea dinamică va fi mare, dar se întâmplă în condiții ciclice. Sarcina este în continuă în creștere, în scădere și schimbare de direcții și asta se întâmplă de mii de ori. Cele aproximativ 791 Kg de forță pe care le-am calculat mai sus sunt în mod constant aplicate, îndepărtate și inversate. Ciclurile provoacă oboseală de material.Ca să poată suporta, acoperișul trebuie să fie chiar mai puternic decât ne-am aștepta – să susțină pur și simplu 791 kg de forță. Dormitul în cort nu provoacă aceeași încărcare ciclică.

Cortul Skycamp cântărește aproximativ 70 Kg, mai adăugați greutatea barelor de suport (de obicei 5 – 6 Kg). Dacă totalul se încadrează în încărcarea maximă admisă a acoperișului și / sau în încărcarea maximă admisă a barelor de suport, puteți monta cortul Skycamp pe acoperișul vehiculului. Când vine vorba de a dormi în cortul montat pe acoperiș, este sigur că vehiculul va suporta cu ușurință sarcina.

O notă despre operațiunea Offroad

Unii producători de autovehicule, precum și unii producători de bare de acoperiș, își evaluează sarcina maximă admisă și pentru condiții offroad. Aceasta este o consecință a încărcărilor dinamice extreme care pot apărea atunci când vehiculul traversează un teren neuniform. În plus, există un efect suplimentar dăunător asupra manevrabilității și a riscului de răsturnare atunci când vehiculul se mișcă pe teren accidentat. Aceste valori, stabilite de producător trebuie respectate dacă intenționați să mergeți offroad.

Chiar dacă autovehiculul și barele de suport nu au evaluare pentru condiții de offroad, ar trebui să încercați să vă aflați sub valoarea maximă a încărcării dinamice și când intenționați să utilizați autovehiculul offroad să conduceți încet și mai atent.