Ajoneuvon kuormaaminen ja kuorman varmistaminen osa 4; kitka

Päivitys 22.5.2020

Artikkelisarjaa päivitetty kuvien ja sisällön osalta. Artikkeleissa otettu huomioon kesäkuussa 2020 voimaan astuvan tieliikennelain tuomat muutokset niiltä osin kuin ne on lakiin kirjattu päivityksen aikana.

Kitkaa käsittelevät asetukset

Sarjan edellisessä artikkelissa käytiin läpi liikenneministeriön päätöksen (14.12.1982/940) ja asetuksen ajoneuvojen käytöstä tiellä (4.12.1992/1257) pykälien 13 ja 47, ensimmäisessä momentissa määrättyjä vaatimuksia kuorman varmistamisesta. Erityisesti keskityttiin kiihtyvyyden ymmärtämiseen ja kuinka sitä pitäisi soveltaa säädöksen näkökulmasta käytäntöön.

Tämä artikkelisarjan neljäs osa käsittelee saman pykälän toista momenttia, mikä on kirjoitettu molempiin säädöksiin samalla tavalla;

Liikenneministeriön päätös ajoneuvojen kuormakoreista, kuormaamisesta ja kuorman kiinnittämisestä (14.12.1982/940) ja Asetus ajoneuvojen käytöstä tiellä (4.12.1992/1257)

13 § ja 47 § Kuorman varmistamiseen tulee käyttää kuorman tuentaa, sitomista, lukitsemista tai peittämistä. Kuorman varmistuksen lujuutta arvioitaessa saa kitkan tarjoaman pidätyskyvyn ottaa huomioon.

Momentin ensimmäinen lause on selkeästi kirjoitettu ja siinä annetaan keinot, miten kuorma tulee varmistaa. Lisäksi kuormapeitteen käytöstä on annettu samassa pykälässä erillisiä määräyksiä;

Liikenneministeriön päätös ajoneuvojen kuormakoreista, kuormaamisesta ja kuorman kiinnittämisestä (14.12.1982/940) ja Asetus ajoneuvojen käytöstä tiellä (4.12.1992/1257)

13 § ja 47 § Kuorma on suojattava kuormapeitteellä, jos on vaara, että kuorma pölyää tai varisee tielle ajoviiman vaikutuksesta.

13 § Jos kuorman varmistamiseen käytetään kuormapeitettä tai verkkoa, se on kiinnitettävä siten, ettei ilmavirta irrota sitä ajon aikana.

Ensimmäisen momentin toisessa lauseessa annetaan yleispätevä ohje, jossa mainitaan, kuinka kuorman varmistuksen tarvittavaa lujuutta arvioidessa, voidaan ottaa huomioon myös kitkan tarjoama pidätyskyky.

Kitkan huomioimiseen kuorman varmistuksessa tulee uuden Tieliikennelain myötä seuraavanlainen muutos;

Tieliikennelaki (10.8.2018/729)
5 Luku Ajoneuvon käyttäminen

109 § Kuorman varmistaminen; Kuorman varmistuksen lujuutta määritettäessä saa ottaa kitkavoiman tarjoaman pidätyskyvyn huomioon. Kuormakorin pohjan ja kuorman välisen kitkavoiman tarjoaman pidätyskyvyn saa kuitenkin ottaa huomioon vain, kun kuorman liikkuminen kuormakoriin nähden pystysuunnassa on estetty sitomalla tai muulla vastaavalla tavalla.

Kitkan antama pidätyskyky (kitkavoima) huomioiden voidaan siis vähentää muun varmistuksen määrää, mutta ainoastaan siinä tapauksessa että kuorman liikkuminen on estetty myös pystysuunnassa, eli ylisidonnalla.

Säädöksessä annetusta mahdollisuudesta huolimatta, kitkan ottaminen huomioon käytännössä on hieman ongelmallista. Ongelmat johtuvat seuraavassa kappaleessa listattujen, kitkaan vaikuttavien tekijöiden määrästä ja niiden arvioimisen hankaluudesta.

Lisäksi ainoa kitka, joka täytyy ottaa huomioon kuormaa varmistaessa, ei ole kuormatilan lattian ja esimerkiksi lavan välinen kitka. Riippuen kuorman laadusta, päällekkäin lastattujen kollien tai kappaleiden välinen kitka voi olla eri kuin kuormatilan lattian antama pidätysvoima. Tästä esimerkkinä päällekkäin kuormatut teräslevyt, putket, paperirullat jne.

Eri kohdissa vaikuttavat kitkavoimat

Kitka eli liikevastus

Kitka on esimerkiksi kuormalavan ja kuormatilan pohjan välisestä kosketuksesta aiheutuvaa liikettä tai liikkeelle lähtöä vastustava voima.

Kitka on ilmiönä hankala kuvattava, koska siihen vaikuttavat hyvin monet syyt. Esimerkiksi koskettavien pintojen materiaali ja rakenne vaikuttaa kitkan suuruuteen. Kuormatilan lattialla olevat epäpuhtaudet, kuten lumi, lika tai vesi vaikuttavat kitkaan.

Pinta-alalla ei puolestaan ole kitkaan merkitystä, sillä suuremmalla pinta-alalla paino jakautuu suuremmalle alueelle ja kokonaiskitka on sama kuin jos sama paino jakautuu pienemmälle alueelle. 

Suurempi massa antaa suuremman lepokitkan. Tätä voi ajatella niin, että suurempi massa ikään kuin ”painaa” pintoja tiiviimmin yhteen, jolloin niitä on vaikeampi liikuttaa toisiaan vasten.

Eri pintojen välisiä ominaisuuksia on kokeellisesti mitattu ja niistä on laskettu kitkakertoimet, joita voidaan hyödyntää kuorman varmistuksessa.

Seuraavaksi muutamia termejä selkiyttämään, mistä kitkassa on kysymys;

Lepokitka ja liikekitka

Kappaleille on olemassa sekä lepokitka että liikekitka. Lepokitka pyrkii vastustamaan liikkeelle lähtöä ja vaikuttaa silloin kun kappaleen nopeus on nolla. Lepokitka on yleensä suurempi kuin kappaleen liikekitka, joka puolestaan pyrkii pysäyttämään jo alkaneen liikkeen.

Ylisidonnalla ja kiristysvoimalla, joka on sidontavälineen tuottama voima, pyritään tavallaan lisäämään kuorman ”painoa”. Painetaan kappaleita kasaan. Tämä kasvattaa kosketusvoimaa ja lepokitkaa. Näin pyritään estämään kuorman siirtyminen kuormatilassa.

Käytännössä siis kuormakorissa oleva varmistamaton kappale pysyy paikallaan niin kauan, kun siihen kohdistuu lepokitkaa pienempiä voimia. Näitä voimia syntyy ajoneuvon liikkeestä.

Kappaleeseen kohdistuvien voimien ylittäessä lepokitkan, lähtee kappale siirtymään ja siihen alkaa vaikuttamaan liikekitka. Se kuinka suureksi kappaleen nopeus ehtii kasvaa, ennen törmäystä kuormakorin seiniin, riippuu liikekitkan suuruudesta ja kiihtyvyyksistä mitä kappaleeseen kohdistuu.

Esimerkki; varmistamaton, 1000 kg painava kolli, on asetettu kuormatilassa 6 metrin etäisyydelle etuseinästä. Ajoneuvoa joudutaan jarruttamaan 80 km/h nopeudesta, hidastuvuudella 5 m/s². Jarrutuksessa kolli ehtii siirtyä 3,3 sekunnin ajan ennen törmäystä etuseinään, johon se törmää nopeudella 3,6 m/s. Nopeus ei ole suuri, mutta jos etuseinän joustovara on 1 cm, tarkoittaa törmäys siihen hidastuvuutta 650 m/s².

LASKENTA (Esimerkki)

1000 kg * 650 m/s² = 650 000 N
650 000 N * 0,102 = 66 300 kg
(1 N = 0,102 kg)

Etuseinän pitäisi siis kestää 650 kN (66 300 kg) suuruinen voima.

Kosketusvoima

Kitka on kosketusvoima, kuten esimerkiksi ilmanvastus. Kosketusvoima syntyy, kun kappaleet koskettavat toisiaan. Kosketusvoimaa kutsutaan myös normaalivoimaksi. Kumpaankin kappaleeseen vaikuttaa tällöin yhtä suuri voima;

Newtonin kolmas laki; jos kappaleeseen vaikuttaa toinen kappale jollain voimalla, niin samanaikaisesti kappaleen täytyy vaikuttaa toiseen kappaleeseen yhtä suurella, mutta suunnaltaan vastakkaisella voimalla.

Kyseessä on yksinkertainen, mutta ehkä hieman hankalasti ymmärrettävä periaate; kollin massa tuottaa kuormakorin lattiaa vasten tietyn suuruisen ja suuntaisen voiman. Vastaavasti kuormakorin lattia tuottaa yhtä suuren, vastakkaissuuntaisen voiman kollia kohden.

Tähän perustuu siis massan vaikutus kitkaan. Mitä suurempi kappaleen massa, sitä voimakkaammin kappale painaa kuormatilan lattiaa ja lattia työntää vastaan.

Kuva 1; ajoneuvon tärinä vähentää kosketusvoimaa

Kosketusvoimaa ja samalla kitkaa vähentävä tekijä kuljetuksissa on ajoneuvon tärinä. Kun kuorma pääsee liikkumaan pystysuunnassa, kosketusvoima kuormatilan lattian ja kappaleen välillä heikkenee. Tämä pienentää kitkaa.

Kitkakerroin (μ)

Kitkakerroin (μ) on kappaleen liikkeelle saattamiseen tarvittavan voiman ja kappaletta pintaan puristavan voiman pintaa vastaan kohtisuoran komponentin suhde.

Kitkakerroin on laskennallinen arvo, joka on määritelty valmiiksi, eikä sitä tarvitse erikseen laskea kuorman varmistuksen yhteydessä.
Kitkakertoimet eri aineiden välille on määritetty kokeellisesti ja ne voidaan ottaa kuorman varmistamiseen alla olevasta taulukosta. Suurimmalla osalla aineista kitkakerroin on pienempi kuin 1;

Materiaaliyhdistelmät kosketuspinnallaKitkakerroin (μ)
metalli – metalli0,3
puu – puu0,3
puu – metalli0,3
puu – betoni / kivi0,4
puu – kitkavaneri0,4
metalli – betoni0,3
puu – kumi0,4
metalli – kumi0,4

Edellä annetut kitkakertoimet on laskettu kuivan ja puhtaan kuormakorin lattian kertoimiksi. Lumi, jää, kosteus ja muut epäpuhtaudet lattialla pienentävät kitkakerrointa.

Kitkan tarjoama pidätyskyky eli kitkavoima

kitkavoiman kaava
Kuva2; kitkavoiman kaava

Kitkavoima on arvo, joka voidaan laskea hyväksi kuorman varmistuksessa. Säädöksissä puhutaan kitkan tarjoamasta pidätys kyvystä ja kitkavoimasta käytetään myös nimitystä enimmäiskitkavoima. Näillä tarkoitetaan samaa asiaa.

Kitkavoima voidaan laskea kuvassa olevan kaavan avulla; kitkavoima (F) saadaan kertomalla kitkakerroin (μ) ja kollin massa (G) toisillaan. Esimerkiksi 1200 kg painava puulavalla oleva kolli, joka kuormattu puiselle kuormatilan lattialle, kitkakerroin 0,3;

LASKENTA (Kitkavoima)

F = μ * G
360 kg = 0,3 * 1200 kg
1200 kg - 360 kg = 840 kg

Tässä tapauksessa kitkavoima on 360 kg. Tämä tarkoittaa käytännössä, että kitkan pidätysvoima huomioon otettuna kolli täytyy varmistaa muilla keinoin 840 kg osalta.


Kuvien lähteet;

admin

2 thoughts on “Ajoneuvon kuormaaminen ja kuorman varmistaminen osa 4; kitka

Vastaa

Sähköpostiosoitettasi ei julkaista. Pakolliset kentät on merkitty *