Az autonóm és villamos (robot-) járművek hatása a gumiabroncsokra

Az autonóm és a robotjárművek nagy részénél gumiabroncsozású futóművet használnak, ezért érdemes áttekinteni a gumiabroncsokkal szembeni jelenlegi és jövőbeli elvárásokat, illetve az ilyen megoldások körvonalazódását.

Az autonóm és a villamos (robot-) járművek egyre gyakoribbá válnak a mezőgazdaságban, az élelmiszeriparban, a raktározásban és a logisztikai feladatok ellátásában is. Ezeknek az új gépeknek a kialakítása sajátos igényt támaszt az alkatrészek, a szerelvények, a rendszeregységek tulajdonságaival, képességeivel szemben. Az autonóm és a robotjárművek nagy részére gumiabroncsozású futóművet fognak használni. A gumiabroncsok kialakítását és azok felhasználását a munkagéphez, a munkakörnyezethez, míg az előállítási technológiákat a Földet kevésbé szennyező megoldások irányába igazítják. Az elvárások teljesítése legtöbbször egymásnak ellentmondó követelmények megvalósítását igényli.

RTU V1 mezőgazdaságirobotgép-hordozó (forrás: www.robotriks.co.uk)

Futásteljesítmény-növelés, nagyobb élettartam, kisebb tömeg

A legtöbbet dolgozó mezőgazdasági önjáró gépekhez alkalmazott kiváló minőségű gumiabroncsok futásteljesítménye megközelíti a 30 000 üzemórát. Az autonóm és robot munkagépek naponta akár 24 órát is üzemelhetnek, évi 300 napon keresztül, 10 éven át; ilyenkor csere nélkül a gumiabroncsnak 72 000 üzemórás futásteljesítményt kell kibírnia. A jövőbeli robotgépekhez alkalmazott gumiabroncsoknak tehát 2,4-szer tartósabbnak és kopásállóbbnak kell lenniük, de a tömegüket nem növelni, hanem csökkenteni szükséges.

A hagyományos (pneumatikus) gumiabroncsok futásteljesítménynövelése érdekében például a Continental piacra dobta a CompactMaster AG abroncsot, amely új „Turtle Shield” futófelületi réteggel és sodrott acélszalaggal készül (1/a kép). Ez a kemény héjú, megerősített gumiabroncs a mezőgazdaságban dolgozó teleszkópos és kompakt rakodókhoz hosszú ideig használható.

 a) Continental CompactMaster AG gumiabroncs, b) Michelin X TWEEL SSL 2 AT levegő nélküli abroncs (forrás: www.oemoffhighway.com)

Az elmúlt években megjelentek az új, légmentes abroncsok, amelyek már most kielégítik a futásteljesítményre vonatkozó feltételeket, és tömegük kisebb, mint a hasonló méretű pneumatikus társaiké. A Michelin legutóbb például az X TWEEL SSL 2 AT változatot vezette be értékesítésre (1/b kép). Ez az abroncs a mélyen nyitott futófelületével kiváló tapadás biztosít, és a pneumatikus gumiabroncsokhoz képest háromszor hosszabb ideig használható. A mezőgazdaságban többek között a Case, Bobcat kompakt rakodókon és John Deere, Kubota fűnyírókon alkalmazzák ezeket a légmentes abroncsokat, amelyek a jövő robotgépeihez is jól megfelelnek.

A gördülési ellenállás mérséklése

A villamos járműveknél a gördülési ellenállás csökkentése igen lényeges szempont az energiafogyasztás mérséklése érdekében. A keskeny és nagy átmérőjű abroncsok gördülési ellenállása kisebb. Az alacsony gördülési ellenállás, de az abroncs tapadó-, vonóerő-kifejtő képességének növelése érdekében is a futófelület keverékének, a mintázatnak és különösen az oldalfal felépítésének a kiválasztása lényeges szempont. A pneumatikus gumiabroncsok esetében a gördülési ellenállás nagymértékben függ a belső légnyomás értékétől. A termékre megadott optimális légnyomást – mezőgazdasági talajon az alacsonyabb értéket, míg kemény úttesten a magasabb légnyomásértéket – be kell tartani. Az új gumiabroncstermékek, mint például a ContiPressureCheck^TM, a gumiabroncsba ágyazott érzékelővel rendelkeznek, amely figyelemmel kíséri az abroncs légnyomását, hőmérsékletét, és a hozzátartozó elektronika révén jelzést küld a vezetőnek.

ContiPressureCheck™ közvetlen mérőrendszer, gumiabroncsba szerelt érzékelővel (forrás: www.continental-tires.com)

Ennek továbbfejlesztett változata az autonóm és a robotjárművek esetében az abroncs légnyomásának folyamatos szabályozását is elvégezheti.

Intelligens abroncsok

Az autonóm és a robotjárművek esetében nincs vezetői beavatkozás a jármű irányításába, ezért a gumiabroncsról nyerhető információk jelentősége megnövekedett. Az abroncsok jelentik az elsődleges kapcsolatot a talajjal, az úttal, és nem elegendő az abroncs légnyomásának, hőmérsékletének ismerete, ennél több kell. A nagy gyártók intenzív fejlesztés folytatnak az intelligens gumiabroncs előállítása és piaci bevezetése érdekében. Például a Bridgestone által kifejlesztett Smart Strain Sensor technológia segítségével a gumiabroncs légnyomása és hőmérséklete mellett a gumiabroncsra ható erők dinamikus változása, az abroncs deformációja, a kopása mértéke, az út tulajdonsága is mérhető. Az összegyűjtött adatokat a ContiConnect aContinental digitális gumiabroncs-figyelő rendszerével meg lehet osztani, rádió-, bluetooth-, internetkapcsolattal, az együtt dolgozó gépek között, az irányítóvállalat irodájával és a „felhőn” keresztül bárkivel, akinek hozzáférési lehetősége van.

ContiConnect, a Continental digitális gumiabroncs-figyelő rendszere (forrás: www.continental-tires.com)

Ezzel és a hasonló technikai megoldásokkal a csoportban haladó autonóm járműveket, önjáró munkagépeket megbízhatóan lehet gazdaságosan irányítani.

Az abroncs a keréktárcsán való elforgásának megakadályozása

Az autonóm és robotjárművek általában villamos hajtáslánccal rendelkeznek. A villanymotoros hajtású járművek üzemeltetése esetében hirtelen nagy forgatónyomaték kerülhet a gumiabroncsokra. A gumiabroncs – a kerék dinamikus nyomatékváltozása miatt – a talajon megcsúszhat, ezért a súrlódás, a kapaszkodóképesség növelésére nagyobb hangsúlyt kell fektetni. A nagy forgatónyomaték hatására a pneumatikus gumiabroncs a keréktárcsán (felnin) is elcsúszhat, elfordulhat. Ezt az elfordulást meg kell akadályozni, a gumiabroncs peremének kopása és a létrejövő energiaveszteség elkerülése érdekében. A világ egyik vezető terepjárókeréktárcsa-gyártója, az angol GKN Wheels & Structures (a GKN-t 2020 végén felvásárolta az Aurelius csoport) új kialakítású keréktárcsákat gyárt. A Profi-Grip elnevezésű keréktárcsa egyedi profillal rendelkezik, és kimondottan a gumiabroncsperem-csúszás kiküszöbölésére fejlesztették ki (4. kép). A Profi-Grip keréktárcsának erős, visszahajtott karimája van (4/a kép), és a hagyományos megoldásokhoz képest még egy körkörös bordával is rendelkezik (4/b kép), amelyik minimálisra csökkenti a felni deformálódását.

GKN Wheels & Structures gyártmányú Profi-Grip elnevezésű keréktárcsa (forrás: www.gknwheels.com)

A rezgés és a zajkeltés mérséklése

A több tucat szenzorral és pontos műszerekkel rendelkező autonóm és robotjárművek érzékenyek a nemkívánatos rezgésekre, zajokra. A gumiabroncs futófelületének bordázata jelentős rezgés- és zajkeltő hatással rendelkezik. Erre a talaj és az út felépítése is kihat, ami a gumiabroncs struktúrájával és az optimális abroncslégnyomással mérsékelhető. A gumizaj csillapítására például a Continental a ContiSilent™ zajcsökkentő technológiát dolgozta ki. A ContiSilent™ abroncsok belső falán, a futófelület alatt egy poliuretán habból készült hangtompító réteg található.

Continental gyártmányú ContiSilent™ csendes gumiabroncs (forrás: www.continental-tires.com)

Ezek az abroncsok teljesen kompatibilisek a normál kereskedelmi forgalomban kapható keréktárcsákkal, és a vezetési tulajdonságokat, a futásteljesítményt és a terhelhetőséget sem befolyásolják.

Dr. Varga Vilmos
egyetemi docens