Sworzeń i sprzęg siodłowy: co sprawia, że ciągnik siodłowy pasuje do naczepy

Ciągnik siodłowy i naczepa kupione od różnych sprzedawców są dwiema połowami jednej maszyny, a o tym, czy utworzą działający zespół, decydują cztery liczby. Żadna z nich nie jest masą całkowitą. Trzy są wybite w metalu, a czwartą mierzy się taśmą mierniczą.

Te cztery liczby to klasa sprzęgu, wartość D w kiloniutonach, obciążenie pionowe U w tonach i wysokość sprzęgu w milimetrach. Zespół może spełniać przepisy co do masy, mieć prawidłowe tabliczki znamionowe na obu końcach, a mimo to być złym zestawieniem, bo czwarta liczba wypada poza zakres, dla którego zbudowano naczepę.

Skąd się wzięły litery klas

Klasyfikację, której wszyscy wciąż używają, zapisano w dyrektywie 94/20/WE, a ta dyrektywa nie jest już obowiązującym aktem. EUR-Lex podaje jako datę końca jej obowiązywania 31 października 2014 r.: art. 19 rozporządzenia (WE) nr 661/2009 uchylił ją, w wykazie czterdziestu dziewięciu dyrektyw, ze skutkiem od 1 listopada 2014 r. To rozporządzenie zostało następnie samo uchylone – art. 18 rozporządzenia (UE) 2019/2144 uchyla je ze skutkiem od dnia rozpoczęcia stosowania tego rozporządzenia, który art. 19 wyznacza na 6 lipca 2022 r., a EUR-Lex podaje jako datę końca obowiązywania rozporządzenia 661/2009 5 lipca 2022 r. Załącznik I do rozporządzenia (UE) 2019/2144, wykaz regulaminów ONZ, o których mowa w jego art. 4 ust. 2, zawiera pozycję 55 – mechaniczne części sprzęgające zespołów pojazdów, seria poprawek 01, Dz.U. L 153 z 15.6.2018, s. 179 – dla kategorii pojazdów M, N i O. To tam trafiły te wymagania. Nic z tego, co następuje, nie jest stwierdzeniem obowiązującego prawa homologacji typu: definicje są cytowane z uchylonej dyrektywy, ponieważ jej tekst skonsolidowany z 1 lipca 2013 r. daje się otworzyć, a aktualnego tekstu regulaminu ONZ nr 55 nie przytoczono, ponieważ nie udało się go otworzyć.

Sposób, w jaki ten sam regulamin ONZ nr 55 klasyfikuje sprzęgi dyszlowe i ucha dyszla, przedstawiono na osobnej stronie.

Pkt 1.3.7 załącznika I dzielił sprzęgi siodłowe na klasę G 50, standardowe sprzęgi siodłowe 50, i klasę G 50-X, niestandardowe sprzęgi siodłowe 50. Pkt 1.3.8 robił to samo po stronie naczepy: klasa H obejmowała sworznie sprzęgu siodłowego, a jedyną klasą, którą wymieniał, była H 50-X, niestandardowa. Samą klasę H 50 opisano w innym miejscu – pkt 8.1 załącznika V wiązał ją z ISO 337, a pkt 4.8.2 załącznika VI przypisywał części cylindrycznej sworznia klasy H 50 średnicę 50,8 mm, czyli dwucalowy sworzeń w jednostkach, których faktycznie używa warsztat.

Pkt 2.1.11 wyjaśniał, co dawało słowo standardowy: standardowe urządzenia sprzęgające odpowiadały znormalizowanym wymiarom i znormalizowanym wartościom podanym w dyrektywie i były wymienne w swej klasie, niezależnie od typu i producenta. Pkt 2.1.12 definiował klasy niestandardowe jako urządzenia klas od A do J, które nie odpowiadały klasyfikacji standardowych urządzeń sprzęgających, ale które można było łączyć ze standardowymi urządzeniami sprzęgającymi odpowiednich klas. Wymienność w mieszanym taborze była założona od początku, przy określonym rozmiarze i dla określonego obciążenia.

Litery klas przetrwały tę zmianę nienaruszone i dlatego wciąż to je odczytuje się na samym sprzęcie. JOST opisuje swój JSK 37 C jako przeznaczony do sworzni 2” (klasa G50) zgodnie z ECE R55-01, DIN 74080 i ISO 337 oraz do ograniczników sterowania zgodnie z ECE R55-01 i DIN 74085; każdy wariant w tabeli tej karty katalogowej nosi numer homologacji E1 55R-01 0116.

Wartość D to wzór, a nie parametr znamionowy

D wygląda jak parametr wytrzymałości. W rzeczywistości jest wynikiem obliczenia dla jednej konkretnej pary pojazdów, a to zupełnie co innego.

Pkt 2.1.18 załącznika I definiował wartość D jako teoretyczną siłę odniesienia siły poziomej występującej między pojazdem ciągnącym a przyczepą, przyjmowaną za podstawę obciążenia poziomego w badaniach dynamicznych. Dla sprzęgów siodłowych w ciągnikach holujących i pojazdach porównywalnych typów D w kiloniutonach równa się g pomnożonemu przez 0,6 · T · R i podzielonemu przez T + R − U. Symbole zdefiniowano w tym samym punkcie: T to technicznie dopuszczalna maksymalna masa pojazdu ciągnącego w tonach, R – technicznie dopuszczalna maksymalna masa naczepy w tonach, U – obciążenie pionowe sprzęgu siodłowego w tonach, a g – przyspieszenie ziemskie, przyjmowane jako 9,81 m/s². JOST publikuje identyczny wzór we własnym katalogu.

Podstawmy rzeczywiste liczby. Weźmy założony ciągnik o dopuszczalnej masie 18 ton – masa ciągnika jest nasza; 39 ton i 12 ton poniżej pochodzą od Krone – pod naczepą o masie 39 ton, która przenosi 12 ton na sprzęg siodłowy, a wzór da 91,8 kN. Przyjmijmy zamiast tego 26 ton dla ciągnika, a ta sama naczepa da 112,6 kN. Oba wyniki to nasze obliczenia, nieobecne w żadnym z dwóch dokumentów, podobnie jak dwie masy ciągnika, które do nich wprowadzono.

Kształt wzoru ma większe znaczenie niż którakolwiek z tych odpowiedzi. Gdy R rośnie, D zbliża się do 0,6 · g · T i na tym się zatrzymuje – 105,9 kN dla ciągnika 18-tonowego, 153,0 kN dla 26-tonowego, znów według naszych obliczeń na naszych własnych założonych masach. To dopuszczalna masa samego ciągnika, a nie naczepy, wyznacza górną granicę poziomej siły odniesienia. Gdy zestawi się te dwie granice ze 150 kN, na które według uchylonej dyrektywy należało badać standardowy sprzęg, wniosek nasuwa się sam: lżejszy ciągnik nie może osiągnąć tej wartości z żadną naczepą, a cięższy ją przekracza. D staje się realnym problemem wraz ze wzrostem masy ciągnika, a nie masy naczepy. To, która masa ciągnika ma zastosowanie, wynika z układu osi oraz z tego, jakie masy całkowite wpisano na tabliczce.

Wartość V dotyczy zupełnie innego pojazdu

Pkt 2.1.19 załącznika I definiował wartość V jako teoretyczną siłę odniesienia amplitudy siły pionowej występującej między pojazdem ciągnącym a przyczepą z osią centralną o maksymalnej masie przekraczającej 3,5 tony. Obliczano ją z równoważnego przyspieszenia pionowego – 1,8 m/s² przy zawieszeniu pneumatycznym lub równoważnym, w innych przypadkach 2,4 m/s² – długości przestrzeni ładunkowej przyczepy i teoretycznej długości dyszla pociągowego.

Każdy z tych elementów należy do zespołu z dyszlem. Pkt 2.1.20 definiował przyczepę z osią centralną jako pojazd, którego oś lub osie położone są blisko środka ciężkości w taki sposób, że na pojazd ciągnący przekazywane jest tylko małe obciążenie pionowe – w słowach samej dyrektywy „nieprzekraczające 10 % maksymalnej masy przyczepy 1 000 kg (mniejsze z tych dwóch)”. Naczepa działa odwrotnie: celowo przenosi na pojazd ciągnący wiele ton. V nie jest parametrem naczepy, a podawanie go w specyfikacji naczepy to błąd kategorii, a nie błąd zaokrąglenia.

U to liczba, od której naprawdę zależy zakup

Decyzję przesądzają dane producentów, a nie jakakolwiek dyrektywa. Krone publikuje dla Profi Liner SDP 27 eLB50-CS nacisk na siodło 12 000 kg, nacisk na osie 27 000 kg, dopuszczalną masę całkowitą 39 000 kg, masę własną 5 940 kg i technicznie możliwą ładowność około 33 060 kg. Z tej tabeli wynikają dwa sprawdzenia spójności i są one nasze: 12 000 plus 27 000 daje 39 000 kg masy całkowitej, a 39 000 minus 5 940 kg masy własnej daje 33 060 kg ładowności. Liczbą, którą należy wnieść do rozmowy o sprzęgu, jest 12 ton, bo tyle naczepa przekazuje ciągnikowi przy pełnym załadunku; resztę danych tej naczepy, w tym zakres wysokości sprzęgu, którego oczekuje, zawiera strona Krone Profi Liner.

Kögel stopniuje tę samą wartość według osprzętu, zamiast publikować jedną liczbę: w gamie Kögel Cargo szyjka ramy 90 mm ma technicznie możliwy nacisk na siodło 12 000 kg zarówno w naczepie dwuosiowej, jak i trzyosiowej, szyjka 120 mm – 15 000 kg w trzyosiowej Cargo P120, a ta sama szyjka 120 mm, o wyższej nośności, 18 000 kg w trzyosiowej Nordic P120 – stopniuje się też nośność samego zespołu osi, od 18 000 kg w naczepie dwuosiowej do 27 000 kg w każdej trzyosiowej.

Zestawmy to z tym, do czego zbudowano standardowy sprzęg. Pkt 7.10.2 załącznika V wymagał, aby standardowe sprzęgi siodłowe odpowiadały wartości D równej 150 kN i wartości U równej 20 ton i były badane pod kątem tych wartości. To, co producenci budują dziś, jest osobną obserwacją, a ta strona może podać tylko dwa przypadki, do których zajrzała: sfotografowana na górze tabliczka znamionowa SAF-Holland podaje D=150 KN, U=20 Ton, Class G50, a tabele doboru JOST dla JSK 37 C i JSK 37 CW podają wartość D 152 kN i obciążenie pionowe U 20 t przy każdym numerze zamówieniowym w obu gamach. Dwa produkty nie tworzą reguły, a to, czego regulamin ONZ nr 55 wymaga dziś od standardowego sprzęgu, nie zostało tu podane.

Nacisk na sworzeń 12 ton pod sprzęgiem 20-tonowym zostawia duży zapas i w zwykłej pracy w Europie to cała odpowiedź. Zapas kurczy się w transporcie maszyn: wycofana od tego czasu broszura Nooteboom dla naczepy semi-niskopodwoziowej Nooteboom MCOS, którą dziś można otworzyć tylko jako kopię z Internet Archive, podawała w tabelach nacisk na siodło 18,0 t dla pięciu z sześciu nazwanych typów i 14,0 t dla szóstego, MCOS-41-03(EB), z przypisem „Weights depending on version” (masy zależne od wersji). Zapas znika w dwóch miejscach: przy gęstych naczepach, które mocno obciążają szyjkę, i przy ciągnikach, których własne masy z tabliczki nie pozwalają przyjąć 12 ton przez sprzęg siodłowy bez przekroczenia limitu osi napędowej. To, które z tych dwóch ograniczeń zadziała pierwsze – U sprzęgu czy oś pod nim – rozstrzygają masy z tabliczki ciągnika, a nie cokolwiek, co zapisano na sprzęgu.

Zakres wysokości to liczba, którą mierzy się na końcu

Krone podaje wysokość sprzęgu siodłowego bez obciążenia dla SDP 27 jako zakres, a nie jedną wartość: od 1 050 do 1 200 mm. Odczytywany jako wymaganie wobec ciągnika, a nie jako właściwość naczepy, jest to najbardziej przydatny wiersz karty: zbyt nisko – i naczepa pochyla się przodem w dół; zbyt wysoko – i podłoga jedzie przodem w górę, co najpierw objawia się wysokością wewnętrzną, której zabudowa naczepy już nie zapewnia. Nie każdy producent podaje ten zakres w ten sam sposób: Schmitz Cargobull publikuje dwa dla naczepy wywrotki S.KI SOLID, od 1 140 do 1 265 mm z ładunkiem i od 1 170 do 1 295 mm bez ładunku, więc pojazdem, który musi pasować do obu, jest ten załadowany.

Regulacja odbywa się na ciągniku. JOST oferuje JSK 37 C w czterech wysokościach, H = 150, 185, 250 i 300 mm, a tabela 7 dyrektywy 94/20/WE dzieliła standardowe sprzęgi siodłowe na sześć rozmiarów, od G 50-1 do G 50-6, według wymiaru H w przedziałach od 140–159 mm do 240–260 mm. Zestawienie wysokości produktów z przedziałami dyrektywy to nasze porównanie, a nie porównanie JOST: 150 mm mieści się w pierwszym przedziale, 185 mm w trzecim, a 250 mm w szóstym, natomiast wersja 300 mm leży powyżej najwyższego przedziału 240–260 mm, poza wszystkimi rozmiarami, które wyznaczyła dyrektywa. Uchylona tabela rozmiarów i aktualna gama produktów nie opisują już tego samego obszaru. Pkt 2.5.1 załącznika VII ograniczał sposób budowy zespołu: sprzęgów siodłowych klasy G 50 nie należało mocować bezpośrednio do ramy pojazdu, chyba że dopuszczał to producent pojazdu, i trzeba je było mocować do ramy za pomocą płyty montażowej, stosując się do instrukcji montażu producenta pojazdu lub producenta sprzęgu. Wysokość to decyzja podejmowana łącznie dla ramy, płyty montażowej i sprzęgu i nie zależy od kabiny nad nią: kabina decyduje o tym, kto będzie prowadził ciężarówkę, rama – o tym, z czym może się ona sprzęgać.

Na co sprzęg musi pozwalać naczepie

Załącznik V wyjaśniał, dlaczego sprzęg, który pasuje, może mimo to być niewłaściwy. Pkt 7.4.1 i 7.4.2 określały minimalny swobodny ruch przy włożonym sworzniu: ±90° wokół osi pionowej, czego pkt 7.4.1 wyraźnie nie stosował do sprzęgów siodłowych ze sterowaniem wymuszonym, i równocześnie ±12° wokół osi poziomej prostopadłej do kierunku jazdy – kąt, który według dyrektywy niekoniecznie wystarcza do jazdy poza drogą. Pkt 7.4.3 był górną granicą, a nie dolną – dopuszczalny był obrót do ±3° wokół osi wzdłużnej, a przy pełnych oscylacjach sprzęgu siodłowego kąt ten „może być większy”, pod warunkiem że mechanizm blokujący umożliwiał ograniczenie obrotu z powrotem do ±3°. Pkt 7.5 wymagał, aby mechanizm blokujący zabezpieczał sworzeń na dwa pewne sposoby, przy czym pierwsze urządzenie blokujące musiało działać automatycznie w momencie sprzężenia. Pkt 4.6.2.2 załącznika VI określał następnie badanie, które opisuje awarię, której ludzie naprawdę się obawiają: w przypadku standardowych sprzęgów siodłowych klasy G 50 i porównywalnych urządzeń sprzęgających o tej samej średnicy sworznia sworzeń nie mógł odłączyć się od sprzęgu przy sile podnoszenia równej g · 2,5 · U. Współczynnik bezpieczeństwa jest w badaniu, a nie na tabliczce.

Odczytywanie czterech wartości w mieszanym taborze

Samo sprawdzenie jest krótkie. Tabliczka znamionowa sprzęgu – JOST umieszcza ją z boku płyty sprzęgu i podaje, że dane o dopuszczalnym obciążeniu jego sprzęgów znajdują się na tabliczce znamionowej lub w jego katalogu produktów – zawiera klasę, D i U. Nacisk na sworzeń i zakres wysokości naczepy pochodzą z karty danych producenta, a wysokość sprzęgu siodłowego ciągnika jest wynikiem pomiaru. Nacisk na sworzeń zestawia się następnie z U i z naciskami na osie z tabliczki samego ciągnika, co w przypadku ciągnika trzyosiowego jest inną rozmową niż w przypadku dwuosiowego – to dlatego Scania serii S jest sprzedawana w siedmiu układach osi, a nie w jednym.

We flocie te same cztery wartości stają się tabelą. Najniższe U wśród sprzęgów i najwyższy nacisk na sworzeń wśród naczep trzeba porównywać, a nie uśredniać, a najwęższa część wspólna zakresów wysokości to rzeczywista wymienność taboru. Pkt 1.6 załącznika VI wyrażał zasadę leżącą u podstaw: wartości charakterystyczne D, S, V i U, na których opierały się badania, należało wziąć z wniosku producenta o udzielenie homologacji typu. Były to wartości deklarowane, właściwe dla jednego urządzenia, i właśnie to wciąż zapisuje tabliczka na placu: wartości dla sprzęgu, do którego jest przykręcona, a nie dla klasy sprzętu.