Technika...czyli o układzie przeniesienia napędu
Sercem każdego autobusu jest silnik. Maszyna ta wytwarza napęd, który trzeba doprowadzić do kół. Czy nie wystarczyłoby połączyć silnik bezpośrednio z kołami? Byłoby to wprawdzie wygodne, ale w praktyce trzeba się uciec do bardziej wyszukanych rozwiązań. Od razu nasuwa się pytanie – dlaczego? Tutaj odwołać się trzeba do tego, co nazywane jest charakterystyką silnika:
Zielony kolor - krzywa mocy, niebieski - krzywa momentu obrotowego
Wypada tu opisać, co przedstawia ten wykres. Na osi poziomej znajduje się prędkość obrotowa (n) wału korbowego, zwyczajowo przedstawiana w obrotach na minutę. Na osi pionowej, po prawej stronie – moment obrotowy (T) w niutonometrach. Moment obrotowy to w rozumieniu fizyki siła w ruchu obrotowym. Jest to więc siła, z jaką silnik obraca wałem korbowym. Moc (P) jest natomiast iloczynem dwóch pozostałych wielkości – czyli jest to moment obrotowy pomnożony przez prędkość obrotową. Moc znalazła się po lewej stronie.
Jak widać na wykresie, moment obrotowy osiąga wartość 1250 Nm i utrzymuje ją aż do do prędkości 1700 obr/min. Moment następnie spada. Odmiennie wygląda wykres mocy. Narasta ona gwałtownie aż do chwili, w której moment obrotowy zaczyna się zmniejszać. Wówczas moc ma wartość maksymalną – tą podawaną we wszystkich folderach reklamowych.
Postawmy sobie proste zadanie. Chcemy ruszyć z miejsca. Rzut okiem na wykres – co się dzieje przy prędkości zerowej? Nie ma ani momentu, ani mocy, wykres zaczyna się od 1000 obrotów na minutę. A co przy mniejszej prędkości?
Wyjaśnienie jest proste. Silnik spalinowy pracuje stabilnie dopiero przy prędkości obrotowej rzędu 500-600 obr/min – wówczas generowana moc wystarcza tylko na pokonanie oporów tarcia w samym silniku. Pożądana duża moc jest uzyskiwana tylko w wąskim zakresie prędkości – dla przykładowego silnika dla przedziału 1000-2200 obr/min.
Co zrobimy w takiej sytuacji?
Oszukamy silnik!
Z pomocą przychodzi przekładnia. Najprostsza składa się z dwóch kół zębatych o różnych wymiarach i różnych liczbach zębów. Jeśli małe koło o liczbie zębów 12 (liczba czysto przykładowa) napędza duże koło o liczbie zębów dwa razy większej, równej 24, to aby koło duże obróciło się raz, koło małe musi obrócić się 2 razy. Trzeba tu dodać, że przekładnia nie zmienia mocy. Przypominamy sobie, że moc to iloczyn prędkości obrotowej i momentu obrotowego. Skoro więc prędkość spadnie, to aby iloczyn był stały, moment musi wzrosnąć. Tak też dzieje się w praktyce!
Załóżmy, że chcemy, by przy minimalnej prędkości z wykresu ukazującego charakterystykę silnika – 1000 obr/min – koło obróciło się raz w ciągu sekundy. 1000 obrotów na minutę to 17 obrotów na sekundę, więc trzebaby wykorzystać przekładnię o przełożeniu 17. Dla znanego z Solarisa Urbino 18 koła z oponami o wymiarach 275/70 R22,5 jeden obrót to przejazd 3 metrów, więc taki też odcinek przejechałby autobus.
Do rozwiązania pozostaje jeszcze jeden problem. Skoro silnik pracuje stabilnie dopiero przy prędkości 600 obr/min, a dużą moc uzyskuje dopiero przy 1000 obr/min, to jak rozpędzić koło do chwili, w której uzyskujemy z silnika dostatecznie dużą moc? Silnik połączony od razu bezpośrednio z kołem zdławiłby się przecież i od razu zgasł. Przydałoby się takie urządzenie, które najpierw przekaże z silnika do kół tylko część jego mocy, a potem stopniowo coraz więcej i więcej, aż w końcu cała moc kierowana będzie na koła. Wtedy silnik nie zgasłby i stopniowo uzyskał prędkość tysiąca obrotów na minutę. Właśnie – sprzęgło.
Teraz pozotaje tylko przeniesienie tych krótkich rozważań na praktyczne elementy w autobusie – ale to już w następnym odcinku.
