Hóláncok fizikája – 1. rész – Mintázatok és lánctagok

Havas körülmények között a közlekedési hatóságok előírhatják, hogy gépjárművek kerekére hóláncokat vagy más tapadást növelő eszközöket kell felszerelni, de legalább a gépjármű kötelező tartozékai kell legyenek. Egyes területeken/útvonalakon szükség lehet a hólánc használatára bizonyos időjárási körülmények között. Nade hogyan működnek, hogyan segítik haladásunk pl. az Alpokban? Ezt tárgyaljuk több részes cikkünkben.

A hóláncok, vagy abroncs-láncok, olyan eszközök, amelyek a jármű hajtott kerekeire szerelhetőek, hogy segítsék a tapadást hóval vagy jéggel borított úton történő közlekedés során. Bár a hólánc az acél láncról kapta a nevét, napjainkban már más anyagokból is készülhetnek, különféle mintázatokban és szilárdsági fokozatokban találkozhatunk velük. A láncokat párosával értékesítik és többnyire kerékmérethez (abroncsméret és futófelület szélesség) kötöttek. Használatuk során a megengedett sebesség körülbelül 50 km/h, legfőbb oka: lassabb sebesség lehetővé teszi a vezető számára, hogy időben reagáljon az esetleges veszélyekre vagy nehézségekre, amelyeket a téli időjárás, a hó és a jég okozhat. Mechanikai oka pedig: magasabb sebesség esetén ez vibrációhoz és a jármű részeinek fokozott terheléséhez vezethet, a fékút és az irányíthatóság pedig változik.
 

Története

A hóláncokat 1904-ben találta fel és védette le Harry D. Weed Canastota, Weed "Grip-Tread for Pneumatic Tires" („tapadó-futófelület pneumatikus abroncsokhoz”) néven szabadalomként az Egyesült Államokban. A történet szerint az ötletet az sugallta, hogy az automobilok vezetői télen havas, jeges utakon kötelet tekertek autómobiljaik abroncsaira, hogy megakadályozzák kerekeik kipörgését, elakadását. Az autók akkoriban általánosságban nem voltak téli üzemre tervezve, a havat pedig csak a városokban távolították el az utcákról. Weed olyan megoldást akart, amely a köteleknél tartósabb és működik hóval, sárral egyaránt.
 

Anyagfajták, geometriák és a lánctagok igénybevétele

A hóláncok statikai szempontból egy rácshálót alkotnak, ahol a terhelés kritikus tényező. A terhelés azokat az erőket jelenti, amelyek hatnak a rácshálóra, és a háló kapacitásának ki kell bírnia ezeket. A terhelés lehet statikus vagy dinamikus jellegű, mindkettő fontos szempont biztonság tekintetében.

Álló helyzetben, amikor a statikus terhelés a rácshálót nyugalmi állapotban éri - ide tartozik a jármű saját súlya, valamint az esetleges további terhek, például a járműben lévő teher vagy az utasok súlya - a rácshálónak el kell bírnia ezt a statikus terhelést anélkül, hogy deformálódna vagy sérülne. A jármű mozgásakor pedig a dinamikus terhelés - gyorsulás, fékezés vagy kanyarodás - közben ébredő erők gyakran nagyobbak lehetnek és a rácshálónak képesnek kell lennie ezekre a rendszertelenül változó terheléseket mechanikai károsodások nélkül kibírni, hanem azokra válaszolni is.

A hólánc tervezésének kiemelt fontosságú, kritikus tényezője az anyag kiválasztása, melyeknek elegendő szilárdsággal és tartóssággal kell rendelkeznie a rendszertelenül változó terhelések elviseléséhez. Természetesen a különböző hólánc konstrukciókat alkotó egyes láncszemek különböző kialakításai is hordoznak magukban különbségeket. Találkozhatunk hagyományos láncszemekkel, amelyek kiváló tapadást biztosíthatnak, de rugalmasságuk korlátozottabb lehet, lapított láncszemekkel, melyek felületi érintkezése nagyobb, kevésbé sérülékenyek, de jeges fényesebb jégfelületen tapadásuk korlátozottabb lehet, illetve csavart láncszemekkel, melyek a hagyományos láncszemek rugalmassági korlátaira adnak választ kialakításukkal. Az acél és más szilárd ötvözetek gyakran preferált anyagok a hóláncok gyártásához, azonban az anyagtechnológia drasztikus fejlődésével használatba kerültek az acél mellett a poliuretán, a gumi, illetve egyes szövet „hólánc”-változatok is.

A rácshálók geometriája alapvetően meghatározza a terhelés felvételének módját, amelynek további kritikus feltétele a kerekékabroncsra való illeszkedés és rögzítettség. A hóláncok mintázatai közé tartoznak a létra, a diagonál, és a gyémánt hálók, melyek mindegyike specifikus előnyökkel rendelkezik:

• Létra mintázat:

A létra mintázatú hóláncok keresztirányú lánctagokból épülnek fel, ami egyenletes terheléseloszlást eredményez. A létra mintázatú hóláncok merőleges keresztirányú láncai kevesebb torziós igénybevétellel nézhetnek szembe, de ez függ az útviszonyoktól és a jármű mozgásától; könnyen alkalmazkodhatnak az útfelület változásaihoz, mivel a keresztirányú láncok rugalmasan követik a talajkontúrokat. Általában egyenletes feszültségállapotúak, mivel a keresztirányú láncok egyenletesen oszlanak el a terhelés alatt.

• Diagonál mintázat:

A diagonál mintázatú hóláncok átlósan elhelyezkedő lánctagokkal rendelkeznek, melyek átlósan helyezkednek el az úthoz képest, elősegítve az átlós tapadást, különösen hegyi szerpentineken. Ez előnyös lehet olyan keskenyebb hegyi kanyargós utakon, ahol az iránystabil közlekedés kritikus fontosságú. Átlós lánctagjaik rugalmasan alkalmazkodhatnak a különböző útfelülethez, aminek előnye, különösen a kanyargósabb szakaszokon érezhető. Feszültségállapotuk változatosabb a terhelés során, tehát esetükben az előbbieknél lazább láncokról beszélünk.

• Gyémánt mintázat:

A gyémánt mintázatú hóláncok különböző irányokban helyezkedő lánctagokkal rendelkeznek, ami segíthet a többirányú tapadásban és a terhelés egyenletes elosztásában. A mintázat segíthet a kiegyensúlyozott torziós igénybevételben, fokozza rugalmasságukat és ők is változó feszültségállapotúak az igénybevétel során.

A mintázatok közötti különbségeket tekintve a változó feszültségállapotú (lazább láncok) előnyei azokban a helyzetekben érvényesülnek, ahol az útviszonyok és a terhelés gyakran változnak. Ebben az esetben a lánctagok alkalmazkodni tudnak a különböző erőhatásokhoz és terhelésekhez, amelyek különböző irányokból érkezhetnek, míg egyenletes útviszonyok és dinamikus terhelés esetén - pl. sík vidékek - az egyenletes feszültségállapotú (feszes) lánc a jobb választás. A lánctagok torziós igénybevétele szempontjából is sajátosságai vannak az egyes mintázatoknak. A torziós igénybevételt/forgó mozgás kezelését a lánctagok kialakítása és elrendezése célozza meg, minimalizálva ezzel az instabilitást, illetve az abroncsok és az egyes lánctagok deformációját. Létra típusú elrendezés esetén a lánctagok rájuk merőleges torziós igénybevétellel találkoznak, így velük szemben követelmény a merőleges igénybevétellel szembeni kisebb torzulás. Diagonál láncoknál a lánctagok az átlós elhelyezkedés miatt inkább az út irányában kapják a legnagyobb igénybevételt, és ennek irányában hajlamosak reagálni. Gyémánt mintázat esetén pedig a különböző irányokban helyezett lánctagok miatt változatos torziós igénybevételek jöhetnek létre. A lánctagok ezen változatos torziós igénybevételekkel szemben különböző irányú rugalmassággal reagálnak.

Mint a bevezetőben említettük, az acél láncokon az anyagtechnológia fejlődésével már átlépett a hólánc-technológia. Milyen eredménnyel? Ezt tudhatja meg következő cikkünkben a kedves olvasó, tehát:

Folytatjuk!
 

Hogy mire képesek a hóláncok az alábbi videóban prezentálja a neves osztrák hólánc gyártó Pewag és a Red Bull F1 csapata: