Teoria
L’IMPORTANZA DEL DIAMETRO DEI RULLI
Sui banchi prova potenza, Il diametro dei rulli è tra i principali fattori di limitazione della potenza misurabile.
Tale limite è imposto dalla massima velocità raggiungibile sul banco prova, che è determinato da due fattori:
- Diametro esterno dei rulli del banco prova
- Velocità massima in giri/minuto dei cuscinetti di supporto, utilizzati nel banco prova
I supporti ritti (cuscinetti) disponibili sul mercato, adeguati per diametri e pesi necessari a questo tipo di utilizzo, sono certificati per velocità massime attorno ai 3.000 giri/min (con qualche eccezione a 3.500 giri/minuto).
Di conseguenza, dato il diametro dei rulli (e la loro circonferenza) possiamo dedurre la velocità massima raggiungibile sul banco prova (sapendo che ad ogni giro di rullo ovviamente corrisponde una data percorrenza).
Ai fini dei calcoli esposti sotto, abbiamo preso come riferimenti:
- i cuscinetti più performanti disponibili, certificati a 3.500 giri/min
- i diametri rulli maggiormente diffusi tra i vari produttori:
VELOCITA’ MASSIME SUI BANCHI A RULLI
- Rulli da 240 mm – Velocità max 158 km/h
- Rulli da 318 mm – Velocità max 210 km/h
- Rulli da 400 mm – Velocità max 264 km/h
I banchi prova potenza Sport Devices sono equipaggiati con:
- Rulli da 500 mm – Velocità max 330 km/h
- Rulli da 635 mm – Velocità max 419 km/h
Un rullo di grande diametro è inoltre di fondamentale importanza, al fine di evitare slittamenti dei pneumatici durante le prove a banco (che genererebbero perdite di lettura della potenza),
Questo grazie alla naturale e è più ampia superficie di contatto tra pneumatico e rullo.
L’INDENTAZIONE PNEUMATICI
Più piccola è questa area di contatto tra pneumatico e rullo, maggiore è il carico di taglio (‘indentazione’), che opera sulla superficie di contatto del battistrada.
Queste forze, non previste nella normale progettazione dei pneumatici da strada, ne deformano e sollecitano continuamente le pareti laterali durante le prove sul banco.
Combinando alta potenza ed alta velocità, con rulli di piccolo diametro, questa elevata deformazione (indentazione) può surriscaldare i pneumatici, con il rischio di compromettere sia l’integrità degli stessi, sia i risultati dei test.
Banco prova mono-rullo
BANCHI PROVA MONO-RULLO
I banchi prova mono-rullo, via via con l’aumentare delle potenze dei veicoli, sono diventati nel tempo la soluzione più diffusa tra tutti i diversi produttori di banchi prova potenza.
Come possiamo vedere dalle analisi a seguire, i pneumatici trovano le loro condizioni di esercizio ottimali in strada (Fig. A).
Osservando le simulazioni sotto (Fig. B e C) possiamo osservare come al maggior diametro del rullo, corrisponda una minore ‘indentazione’ e quindi minore stress (Fig. B) per le gomme, ottenendo inoltre:
- Maggiore grip (più ampia superficie di contatto)
- Migliore mantenimento di condizioni di esercizio costanti, durante i test
BANCHI PROVA BI-RULLO
Originariamente nati per esigenze di tipo diagnostico (in un periodo storico in cui i veicoli avevano potenze decisamente più basse di quelle odierne) offrivano una buona stabilità del veicolo in prova, sacrificando però il mantenimento dei pneumatici.
Questa scelta progettuale era al tempo anche giustificata dagli scopi per cui era stato inizialmente progettato il banco a doppi rulli; ovvero il suo uso all’interno di centri diagnostici che si limitavano a fare brevi e rapidi test di potenza.
ELEVATE CONDIZIONI DI STRESS PER I PNEUMATICI
Come si evince dalle figure a seguire (Fig. D, E) il banco prova auto o moto a doppi rulli (siano tra loro collegati da una cinghia o meno) sottopongono comunque i pneumatici ad elevate condizioni di stress, anche a causa della elevata indentazione dovuta all’impossibilità di utilizzare rulli di grande diametro, implicita in queste soluzioni.
VEICOLI MODERNI SEMPRE PIU’ POTENTI
Queste condizioni di stress si evidenziano sempre più, all’aumentare della potenza e coppia dei veicoli.
Pensiamo quindi ai moderni veicoli endotermici, ibridi o elettrici, le cui coppie e potenze sono cresciute a dismisura negli ultimi anni, raggiungendo livelli più che doppi rispetto alle potenze per cui questo tipo di banco a doppi rulli fu messo inizialmente in commercio (anni 80).
Tipicamente, svolgendo test di media/lunga durata, i riscaldamenti delle gomme rischiano di influenzare i risultati; a causa di:
- diverso grip nel contatto pneumatico/rullo alle diverse temperature (causa di dissipazione di energia e variazione delle letture di potenze alla ruota e della potenza dissipata.
- variazioni del diametro deI pneumatici, che potrebbero verificarsi a causa della loro aumentata pressione interna con possibili differenze di lettura giri motore.
DIVERSA VELOCITA’ DI ROTAZIONE RUOTA E RULLI
Ulteriore criticità dei banchi a doppi rulli è rappresentata dalle diverse velocità di rotazione di pneumatici e rulli.
Durante il periodo di accelerazione, i pneumatici tendono naturalmente a voler ‘salire’ sul rullo anteriore (Fig. D), deformandosi ancora di più a causa dello spostamento e diversa distribuzione della massa veicolo.
Questo comporta inoltre lo spostamento dei centri di rotazione di ruote e rulli (e del diametro relativo di rotolamento), modificando di conseguenza le velocità di rotazione dei singoli componenti in gioco (rullo ant/rullo post/pneumatico).
Per comprendere questa dinamica, basta osservare le Fig. D ed E sotto; le distanze dagli assi di rotazione dal centro di rotazione del pneumatico, cambiano al cambiare della posizione dell’asse del veicolo.
Si creano quindi due diverse possibili condizioni di esercizio, in funzione della presenza o meno di un vincolo meccanico tra rulli anteriore e posteriore:
- Quando NON vincolati tra loro (Fig. D), il rullo posteriore ruota ad una velocità superiore di rotazione, condizione che può causare slittamenti ed influenzare negativamente i test
- Quando vincolati tra loro (Fig. E), il rullo posteriore porta un effetto sfregamento sulla superficie del pneumatico, dovuto alla sua velocità di rotazione in questo caso inferiore; aumentando così usura e temperatura di esercizio dei pneumatici.
Banco prova potenza a doppio rullo
APPROFONDIMENTI
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