Pneumatik kao faktor stabilnosti vozila

UVOD

Točak sam po sebi, pronađen pre više hiljada godina, predstavljao je neprestanu težnju ljudi od invencije da se usavrši, učini sigurnijim, udobnijim i uopšte boljim u svakom pogledu. Posle dugih godina pokušaja da se na točak montira neki materijal koji će ga učiniti udobnijim, došlo je do revolucionarne ideje da obloga bude od gume. U početku je bilo dosta problema s tim, sve do otkrića vulkanizacije (Charls Goodyear – 1840. godine). Pre toga korišćeni kaučuk je postajao mekan i lepljiv u letnjim mesecima, a tvrd i krut u toku zime, te nije mogao da se koristi u neke ozbiljnije svrhe. Točkovi sa punom gumenom oblogom su predstavljali veliki napredak u svakom pogledu. Kočije onog doba sa ovakvim točkovima predstavljale su vozila visoke klase. Kada su ta vozila dobila mehanički pogon, čekalo se praktično da se ovaj izum primeni i na njima. Razlog za ovo bilo je primetno kašnjenje procesa vulkanizacije.
Prva pneumatska guma pojavila se u Engleskoj 1845. godine. Patentirao ju je R. W. Thomson. Englesko plemstvo je imalo mogućnost da za popriličnu svotu od 42,2 funte po setu i dodatnih 12 šilinga za pumpu za vazduh, isproba taj novi izum na svojim kočijama. Prve reakcije u ondašnjoj štampi bile su veoma pozitivne, a Thomsonove gume su imale niz prednosti. Bile su bešumne i komforne, a uz to su se i veoma malo habale.
Magazin „Mechanics” iz 1847. godine kaže da ove gume prelaze i do 1.200 milja bez znakova oštećenja. I pored ovako laskavih ocena, pneumatske gume nisu bile opšte prihvaćene, pre svega zbog svoje visoke cene. No i pored svega, s vremenom, popularnost im je sve više rasla.
Za dalji razvoj pneumatskih guma najznačajniji je običan bicikl. Naime, u to se vreme mnogo radilo na tome da se bicikli učine lakšim i udobnijim za vožnju, pa je to navelo irskog veterinara J. B. Dunlopa da montira pneumatsku gumu na njega. Upotreba prve ovakve gume zabeležena je na biciklističkoj trci u Belfastu 18. maja 1889. godine. Ta guma se sastojala od unutrašnje gume, koja se pumpala vazduhom, i spoljnog omotača, koji je za naplatak bio fiksiran ukivcima (kao što su nekad okivane cipele). U ovom slučaju promena gume bila je priličan problem, mada su biciklisti širom sveta veoma često koristili ovaj izum. Braća Eduard i Andre Michelin su prvi isprobali pneumatske gume na „kočijama bez konja” u trci Pariz–Bordo–Pariz. Stigli su na cilj poslednji, menjajući gume svakih 90 milja, tako da je pobednik trke (čije ime nije ostalo zabeleženo u istoriji) izjavio da pneumatske gume nikad neće biti prihvatljive za motorna vozila. Braća Michelin su, i pored ovog neuspeha, uskoro otvorili prvu fabriku za proizvodnju pneumatskih guma.
Odmah sy ih sledili B. F. Goodyear u Americi i J. B. Dunlop u Engleskoj, što je označilo početak rađanja nove industrije, koja od tada neprestano hrli napred.
Videli smo da pneumatska guma u stvari ima dva „oca”. Moralni pobednik Robert W. Thomson je, ispostavilo se, patentirao šuplji omotač napravljen od kaučuka i gutaperke koji se napumpa vazduhom, tako da točkovi u svakom trenutku leže na vazdušnom jastuku. Thomsonov patent iz 1890. godine je za Johna B. Dunlopa predstavljao veliki problem pri pokušaju komercijalizacije svog izuma. No, ipak ime Dunlop postalo je mnogo poznatije u ovom kontekstu.
U svakom slučaju razvoj auto–industrije je izuzetno ubrzao i razvoj automobilskih guma. U toku 20. veka ubrzano se radilo na pronalaženju montažno–demontažnih guma, dvosmernog ventila, te uvođenju novih materijala, radijalnoj konstrukciji Tubeless guma itd.
Sve je to dovelo do toga da se već gume sa naplatkom od 20 cola montiraju na putničke automobile.


2. KARAKTERISTIKE PNEUMATIKA

2.1. DIFERENCIJALNE JEDNAČINE KRETANJA TOČKA

Točkovi savrenenih motornih vozila snabdeveni su elastičnim pneumaticima, koji im obezbeđuju elastičnost u svim pravcima: radijalnom, bočnom i tangencijalnom (uzdužnom). Zbog osobine elastičnosti pneumatika, poluprečnik točka nije konstantan, već se menja u toku kretanja motornog vozila pod dejstvom sila koje deluju na vozilo.
Ako pretpostavimo da na točak ne deluju bočne sile, on se tada kotrlja u vertikalnoj ravni simetrije točka, koju ćemo zvati ravan kotrljanja. U zavisnosti od dejstva sile na točak, on može da vrši različito kotrljanje.
Na sl. 2.1 prikazana je shema točka s pneumatikom i pri tome su date sile i momenti koji deluju na pogonski (motorni) točak.


Sl. 2.1. – Sile i momenti koji deluju na pogonski točak Mt < Mf

Na motorni točak deluju vertikalno opterećenje koje prima točak od rama – sila F2, težina točka – Gt, horizontalna sila od rama vozila – Fx, obrtni moment – Mt, moment otpora kotrljanja – M1 i horizontalna X, odnosno vertikalna Z reakcija kolovoza.
Horizontalna reakcija kolovoza X – zove se sila prianjanja, a normalna reakcija Z kolovoza zove se još i normalno opterećenje točka.
Vertikalna reakcija Z pomerena je u smeru kretanja u odnosu na centar točka, zbog dejstva obrtnog momenta Mt na točak i njegove deformacije. Osim toga na točak deluje sila otpora vazduha Frv i momenat otpora vazduha Mrv.