OPIS KARTA

 Konstrukcja ramy.

Rama jako główna część każdego karta jest elementem bardzo odpowiedzialnym. Oprócz funkcji niesienia zawodnika, spełnia jeszcze rolę łącznika między pozostałymi elementami karta. Wymiary ramy rzutują na wymiary główne karta (rozstaw osi i kół), które z kolei mają znaczny na jego własności trakcyjne.

Ze względu na dużą różnorodność konstrukcji ram trudno je sklasyfikować. Ogólnie podzielić je można na ramy płaskie oraz przestrzenne.

Do ramy zaliczyć należy również belkę osi przedniej, chociaż istnieją konstrukcje, w których rzeczywistej osi przedniej nie ma, rolę jej spełniają odpowiednio ukształtowane podłużnice ramy oraz zderzak przedni.

Każda rama, oprócz podłużnic, zderzaków, belki osi przedniej, ma wiele wsporników i uchwytów, służących do mocowania mechanizmów karta. Jeżeli kart jest konstrukcją "z prawdziwego zdarzenia", wsporniki te rozmieszczone są funkcjonalnie i zapewniają kartowi opinię "eleganckiego".

Na ramy płaskie używa się rur stalowych przeważnie stopowych, o średnicy od 28 mm do nawet 40 mm, i o grubości ścianki od 1 mm do 2 mm . Dążenie konstruktorów do zmniejszenia ciężaru kartów doprowadziło do wykonania serii pojazdów z ramami ze stopu lekkiego. Nie dało to jednak spodziewanego rezultatu, ponieważ podłużnice ramy o przekroju prostokątnym nie były wiele lżejsze od zwykłych ram z rur stalowych. Niewspółmiernie natomiast wzrosły trudności z budową takich ram oraz kłopoty z ich ewentualną naprawą. Do elementów ramy należy zaliczyć również podłogę karta, która łączona jest z kartem na stałe lub też przykręcona. Podłoga zazwyczaj wykonana jest z cienkiej blachy stalowej lub aluminiowej i sięga od miejsca zamocowania pedałów do fotela kierowcy, a czasem osłania również fotel od spodu. Jeżeli podłogę stanowi cienka blacha stalowa, ma ona kilka usztywniających przetłoczeń zapobiegających drganiom. Podłoga z blachy aluminiowej mocowana jest do ramy za pośrednictwem uchwytów i ma tę przewagę nad podłogą stalową, że nie ulega widocznemu wpływowi korozji, jest grubsza, sztywna ,a zarazem lekka. Często również spotyka się specjalnie profilowane wgniecenia przewidziane do oparcia nóg kierowcy, przy czym wtłoczenia te wyłożone są zwykle elastycznym materiałem.

 Układ kierowniczy.

 Schemat układu kierowniczego karta różni się od schematu układu kierowniczego samochodu tylko brakiem przekładni kierowniczej. Na układ kierowniczy karta składa się:

1. koło kierownicy,

2. wałek kierownicy,

3. drążki kierownicze,

4. ramiona zwrotnic.

Koło kierownicy połączone jest z wałkiem kierownicy zwykle za pomocą trzech szprych (blachy lub cienkich rurek) albo tylko jednej szprychy, której koniec jest zagięty na końcu wałka kierownicy. To ostatnie rozwiązanie stosowane jest wtedy, gdy kształt koła kierownicy odbiega znacznie od okrągłego. Wałek kierownicy mocowany jest zwykle w dwóch łożyskach. Łożyska wykonane są przeważnie jako tulejki z brązu, jednak spotkać można również osadzenie wałka kierownicy wprost w tulejach gumowych. Wałek kierownicy wykonany jest z rury stalowej o średnicy 20 mm . Na jednym jej końcu umocowane jest koło kierownicy, na drugim zaś ramię wałka kierownicy oraz łożysko dolne. Koło kierownicy jest określeniem zaczerpniętym ze słownictwa samochodowego, lecz nazwy tej nie należy brać dosłownie, nie wszystkie bowiem karty mają "okrągłe koło" kierownicy. Istnieją dwa systemu układu drążków kierowniczych. Pierwszy z nich polega na bezpośrednim połączeniu ramion zwrotnic obu kół przednich jednym dłuższym drążkiem, a następnie połączenie drążkiem którym ramienia zwrotnicy jednego z kół z ramieniem wałka kierownicy. System ten ma wiele zalet. Przede wszystkim można bardzo precyzyjnie zaprojektować układ zwracania kół przednich, ponieważ wzajemne położenie obu kół zależne jest tylko od położenia ramion zwrotnic i na to wzajemne położenie kół przednich nie ma wpływu sposób połączenia z wałkiem kierownicy. Jednak układ taki chociaż prosty do zaprojektowania, jest kłopotliwy w wykonaniu, ma bowiem większą długość. Drugim systemem układu drążków kierowniczych jest połączenie ramienia wałka kierownicy oddzielnie z ramionami zwrotnic przy każdym kole. Drążki te są wtedy odpowiednio krótkie. Bezsporną wadą takiego układu jest trudność w uzyskaniu prawidłowej kinematyki układu kierowniczego. Z własnych doświadczeń autora wynika, że w układzie takim niemożliwe jest zaprojektowanie kinematyki.

W układach kierowniczych kartów stosowane są dwa typy przegubów. W kartach wytwarzanych fabrycznie spotkać możemy przeguby kuliste o niewielkich wymiarach, z których większości, dzięki zastosowaniu elementu z tworzywa sztucznego, nie wymaga smarowania. Natomiast w kartach amatorskiej konstrukcji przeważa dążenie do takiego wzajemnego ustawienia poszczególnych części układu kierowniczego, aby każde dwa poruszające się względem siebie elementy wykonywały ruch tylko w jednej płaszczyźnie. Można wtedy zamiast przegubu kulistego stosować zwykłe połączenie za pomocą sworznia.

 Fotel kierowcy

 Fotel kierowcy jest o wiele istotniejszą częścią karta niż się na ogół wydaje. Zadaniem fotela jest mocne trzymanie ciała zawodnika w czasie jazdy na łukach, co pozwala na precyzyjne prowadzenie karta. Fotel kierowcy ma zapewnić zawodnikowi maksimum komfortu w czasie jazdy, zapewniając w znacznym stopniu resorowanie karta. Fotel ma także ułatwić kierowcy utrzymanie pozycji, w której może on swobodnie operować wszystkimi mechanizmami sterowania pojazdu. W konstrukcjach foteli można zauważyć dwie grupy. Pierwszą z nich stanowią specjalne fotele kartingowe, wytwarzane i sprzedawane przez wytwórnie kartów. Fotele te świetnie spełniają wszystkie wymagania, a oprócz tego wyglądają bardzo elegancko. Fotele wytwarzane przez wytwórnie sprzętu kartingowego mają ustalony kształt przez starannie wymodelowaną skorupę, wykonaną z tworzyw sztucznych. Skorupa taka jest lekka, sprężysta, a zarazem wytrzymała, ma jeszcze dodatkową zaletę - jest niepalna. Drugą grupę foteli stanowią wszelkie konstrukcje oparte na szkielecie rurek stalowych. Ten typ jest szczególnie rozpowszechniony w krajach socjalistycznych, gdzie karty wykonywane są własnoręcznie przez zawodników i gdzie nie ma wytwórni sprzętu kartingowego. Szkielet z rurek obłożony jest zwykle na siedzeniu i oparciu cienką blachą stalową lub aluminiową oraz pokryty poduszkami wypełnionymi gąbką. Wiele takich foteli wykonanych jest dość prymitywnie i z pewnością nie spełnia stawianych warunków, co wpływa ujemnie na prawidłowość pozycji kierowcy. Osobnym problemem jest miejsce ustawienia fotela na ramie karta. Wydawałoby się, że należy ustawić go możliwie daleko do tyłu w celu uzyskania jak największego obciążenia tylnej osi, zachodziłaby jednak obawa że, tak znaczne cofnięcie fotela spowoduje zmniejszenie obciążenia kół przednich, a tym samym ograniczenie zdolności sterowania kartem, już i tak utrudnionego brakiem mechanizmu różnicowego. W praktyce okazało się, że problem ten nie jest aż tak ważny. W istniejących konstrukcjach kartów fotel ustawiony jest zarówno w połowie długości karta, jak i tuż przed jego tylnią osią. Tak więc, rozważając gdzie ustawić fotel należy brać pod uwagę nie tyle rozkład ciężarów na oś karta, ile raczej zapewnienie kierowcy wygodnej pozycji. Lepszą pozycję niewątpliwie zapewni fotel przesunięty możliwie najdalej do tyłu karta.

W kartach napędzanych silnikami motocyklowymi połączonego ze skrzyniami biegów, fotel kierowcy przesunięty jest zazwyczaj z osi podłużnej karta, w celu uzyskania miejsca na ustawiony z boku silnik. Przesunięcie to jest rzędu 50 do 100 mm i nie ma ujemnego wpływu na komfort jazdy.

Oś przednia karta.

 Do zespołu osi przedniej należą następujące części:

- belka osi wraz z obejmami sworzni zwrotnic

- zwrotnice wraz z czopami zwrotnic

- piasty kół i łożyska

W kartach stosowane są zwrotnice dwóch typów. Jedne zwrotnice wykonane są przeważnie z grubej blachy stalowej ( do 5 mm) i ukształtowane w postaci litery C. Wtedy obejmę sworznia zwrotnicy, będącą częścią belki osi, stanowi odcinek rurki stalowej przyspawany do belki, w pozycji zbliżonej do pionu. Długość tej rurki jest nieco niż rozwartość końców zwrotnicy, w celu pozostawienia miejsca na kołnierze tulejek ślizgowych, zmniejszających tarcie przy zwracaniu kół. Po wciśnięciu w obejmy tulejek ślizgowych zwrotnica zostaje nałożona na rurkę i obie części zostają połączone obrotowo za pomocą prze-tkniętego przez nie sworznia zwrotnicy. Tulejki ślizgowe zmniejszają tarcie, stosowane są we wszystkich prawie konstrukcjach. Wykonane są z brązu lub tworzywa sztucznego, nie wymagającego smarowania. Sworzeń zwrotnicy wykonany jest ze stali i zabezpieczony przed wypadnięciem przez nakrętkę (zwykle koronkową). Czopy zwrotnic wykonywane są z dobrego gatunku stali, a ich średnica zależna jest od wymiarów użytych łożysk. W wielu kartach czop ma zmienną średnicę, a piasta obraca się na nim za pośrednictwem dwóch łożysk o różnych średnicach. Oczywiście łożyska te są również zabezpieczone nakrętką koronkową by nie z sunęły się z czopa. Następnym zagadnieniem jest geometria osi.

Ogólnie wiadomo, że skonstruowana oś przednia musi uwzględniać następujące kąty: kąt pochylenia i wyprzedzenia sworznia zwrotnicy, oraz kąt pochylenia kół przednich. Dobrze dobrane kąty zmniejszają siłę potrzebną do obrócenia koła kierownicy przy skręcaniu oraz przyczyniają się do samoczynnego powracania zwróconych kół przednich do kierunku jazdy na wprost. Kąt ustawienia kół przednich oraz ustawienia sworznia zwrotnicy w kartach są większe od kątów stosowanych w samochodach. Wynika to z mniejszych wymiarów kół karta, innych proporcji wymiarów osi przedniej oraz innego przeznaczenia kartów. Wartość liczbowa kątów osi i kół przednich dobierane są doświadczalnie i każda firma kartingowa przyjmuje je inne. Charakterystyczne, że prawie wszyscy konstruktorzy zakładają kąt pochylenia przednich kół 0 , co oznacza , że jeżeli pominiemy zbieżność kół, płaszczyzny kół przednich, są do siebie równoległe.

 Oś tylna karta

 Oś tylna karta jest jedną z najbardziej obciążonych części w karcie. Musi wytrzymać obciążenia wywołane hamowaniem i przyspieszaniem karta, musi wytrzymać dodatkowe obciążenie siłami powstającymi w czasie jazdy na zakrętach, a nie może ulegać zbytnim odkształceniom. Wskazane jest jednocześnie aby oś tylna była możliwie lekka. Trudności zaczynają się już przy zdobyciu pręta o długości około 900 mm wykonanego ze stali o znacznej wytrzymałości. Niektórzy radzą sobie w sposób, że jako materiał na tylną wykorzystują półoś samochodu osobowego lub też drążek skrętny resorowania. Wtedy jednak pojawiają się trudności z wytoczeniem żądanego kształtu. Twardy nawet po odpuszczeniu materiał drążka skrętnego wymaga znacznego nacisku noża tokarskiego, co powoduje wyginanie toczonej osi i konieczność użycia tzw. podtrzymki, co jest dodatkowym utrudnieniem. Rozwiązaniem praktyczniejszym wydaje się jednolita oś tylna wykonana jednak nie z pręta, a z rury, zakończonej dwiema wytoczonymi z pręta końcówkami. Krótkie toczne końcówki pozwalają na wytoczenie kołnierzy o większej średnicy, do których można przykręcić elementy hamulca lub koło łańcuchowe. Rura takiej osi musi być odpowiednio sztywna, o średnicy około 30 mm i grubości ścianki około 2 mm. Ponadto powinna być ona rurą ciągnioną bez szwu. Z przeprowadzonych rozważań wynika, że jeżeli mamy możliwość zdobycia odcinka rury ciągnionej z dobrego materiału, lepiej zdecydować się na wykonanie osi z rury, ze wspomnianymi wcześniej końcówkami z pręta. Zanim przystąpimy do obliczenia średnicy osi tylnej, musimy tę oś naszkicować. Na szkicu powinniśmy ustalić odległość pomiędzy łożyskami osi tylnej, miejsce zamocowania bębna lub tarczy hamulcowej oraz położenie koła łańcuchowego. Szkic taki należy wykonać przy założeniu wstępnej średnicy osi (np. 18mm). Obliczenia pokażą czy przyjęta średnica jest wystarczająca, czy też zbyt mała.

Przykład obliczenia i konstruowania osi tylnej (na ogólnych danych)

Dane:

mn - współczynnik obciążenia osi tylnej

Ms - momęt skręcający

i - wartość całkowitego przełożenia między silnikiem a osią tylną

rd - promień dynamiczny opony

Gt - ciężar przypadający na oś tylną

L - rozstaw osi karta

b - rozstaw kół karta

a - odległość środka ciężkości karta karta od osi przedniej

h - wysokość położenia środka ciężkości karta

u - maksymalny współczynnik tarcia opony o nawierzchnię drogi

c - odległość od płaszczyzny symetrii koła do punktu podparcia osi łożyskiem

d - średnica osi tylnej w okolicy łożyska

Mo - moment obrotowy działający na oś tylnią

Pn - siły napędowe

Nn - siły reakcji jezdni

Nn - siła reakcji jezdni działająca na jedno koło karta jest równa połowie cięża-ru obciążającego oś tylną i wynosi Gt/2

Możemy więc napisać:

Nn = Gt/2 mn

czyli

mn = 1 + Moh/Gt Lrd

Obliczona siła Nm powoduje zginanie osi momentem równym iloczynowi siły oraz ramienia c.

Obliczamy Mn - moment powodujący zginanie osi

Mn = Nn c

Siła napędowa występująca w miejscu styku opon z jezdnią równa jest momentowi napędowemu Mo podzielonemu przez promień dynamiczny opony r.

Pn = Mo/rd

Siła ta również powoduje zginanie osi, a moment zginający Mp wynosi:

Mp = Pn c

Niezależnie od zginania, oś tylna jest skręcana przez moment napędowy Mo.

Ze znanych wzorów wytrzymałościowych można obliczyć naprężenia w obliczonym przekroju osi, wywołane przez wszystkie siły i momenty:

- naprężenia zginające wywołane momentem Mn,

= Mn/0,1 d

- naprężenia zginające wywołane momentem Mp,

= Mp/0,1 d

- napięcia skręcające wywołame momentem Mo,

t = Mo/0,2 d

Pozostaje obliczenie naprężeń zastępczych, uwzględniających wszystkie naprężenia obliczone dotychczas. Wynoszą one:

z =

3.6 Hamulce w kartach.

Mechanizmami mającymi decydujący wpływ na bezpieczeństwo zawodnika są hamulce kartów. Dają one największe pole do popisu konstruktora, nieustannie dążącym do zwiększania skuteczności działania hamulców. Wytwarzanie hamulców w większych seriach na odlewie szczęk hamulców ze stopu lekkiego z przyklejonymi do nich okładzinami ciernymi. Ukształtowanie bębna hamulcowego jest wtedy bardziej skomplikowane, uwzględnia zwykle problem odbierania od hamulca znacznej ilości ciepła wytwarzanego przez tarcie. Hamulce takie ma większość kartów krajów zachodnio-europejskich oraz amerykańskich. Hamulce bębnowe hamujące oś tylną karta, są w różnych konstrukcjach umieszczane, w rozmaitych miejscach na szerokości osi. bębny hamulcowe połączone są zwykle tylną osią lub też z którymkolwiek z tylnych kół karta, zaś tarcza z przymocowanymi do niej szczękami umocowana jest sztywno do ramy. Poszukiwania praktycznego układu hamulców wpłynęły na rozpowszechnienie się nowoczesnych hamulców tarczowych. Hamulce takie maję przewagę nad hamulcami bębnowymi dzięki swej wysokiej odporności na grzanie oraz prostej konstrukcji i niewielkim wymiarom. Tarcza hamulcowa umieszczona jest na osi tylnej karta, a hamowanie odbywa się przez jej obustronne zaciskanie dwiema szczękami hamulcowymi pokrytymi okładziną cierną. Tarcze hamulcowe wykonane są z blachy stalowej o grubości 2 do 4 mm . Większych trudności przysparza zastosowanie hamulców tarczowych do hamowania kół przednich. Zmusza to bowiem do odsunięcia sworznia zwrotnicy od płaszczyzny koła w celu zrobienia miejsca na tarczę i na mechanizm szczękowy. Przy znacznej średnicy opon (np. 8") jest to łatwiejsze ze względu na niewielki stosunek odległości osi koła i sworznia zwrotnicy do średnicy zewnętrznej opony. Przy małych kołach (np. 4") zwiększona odległość od sworznia zwrotnicy do płaszczyzny koła ma już ujemny wpływ na kierowanie kartem. Wszystkie opisane typy hamulców sterowane są w sposób mechaniczny, bądź też giętkich linek suwających się w pancerzach. Przeciętny kart konstruowany w krajach socjalistycznych ma trzy hamulce: jeden na oś tylną, a dwa na koła przednie, każdy z nich jest jednak problemem regulacji hamulców. Istnieje jeszcze jeden rodzaj hamulców, co prawda już zanikający, jednak jeszcze spotykany. Są to hamulce taśmowe. Skuteczność takich hamulców jest wystarczająca, lecz nie są one zbyt wygodne do regulacji. Niejednokrotnie stosowany jest w kartach mieszany układ hamulców. Z przodu stosowane są hamulce bębnowe, z tyłu zaś jeden hamulec tarczowy. Przy prawidłowym dobraniu skoku rozpieraczy obu typów hamulców układ mieszany daje dobre wyniki.

 Opony i obręcze stosowane w kartach.

 Oprócz silnika, jedynymi częściami karta, których amator nie może wykonać samodzielnie, są opony. Wszystkie rodzaje opon kartingowych na świecie produkowane są fabrycznie, a wszystkie znane firmy produkujące opony włączyły opony kartingowe do asortymentu swoich wyrobów. Regulamin sprzętu pozwala na używanie do kartów opon o średnicy zewnętrznej od 222 mm do 441 mm . W praktyce stosuje się opony o średnicy zewnętrznej mieszczącej się w granicach od 305 mm do 410 mm. Istotny wpływ na szybkość ścierania się bieżnika oraz na przyczepność ma pole powierzchni styku opony z nawierzchnią drogi. Aby tę powierzchnię możliwie powiększyć, stosuje się szerokość bieżnika równy szerokości opony. Z tego również względu większość opon kartingowych ma bieżnik zupełnie płaski i gładki, zachowujący się poprawnie na suchych i gładkich nawierzchniach.

Najnowsze typy opon kartingowych mają nie symetryczny profil bieżnika, który pod działaniem sił odśrodkowych występujących w czasie jazdy staje się płaski i wykazuje dużą przyczepność. Popularnym wymiarem ogumienia kartingowego są opony 305 mm , a więc opony szersze niż wyższe. Niekiedy takie opony mają wysokość mniejszą od średnicy wewnętrznej, a przy tak znacznej szerokości nadaje im dużą sztywność poprzeczną (opony niskoprofilowe). Choć kart na takich oponach wygląda nieco groteskowo, ich własności trakcyjne są godne uwagi.

Specjalne gumy kartingowe są bardzo lekkie. Opona taka wraz z dętką waży niecały kilogram, a tak mały ciężar uzyskuje się dzięki stosowanemu najwyżej dwóch przekładek osnowy. Wiele kartów ma opony o innych wymiarach na kołach przednich, a innych na kołach tylnych. Koła tylne ogumione wtedy są oponami większymi. I tak jeżeli opony kół przednich mają wymiar 305 mm, to tylne opony używane są zwykle o wymiarze 350 mm . Ze względu na niewielkie średnice opon kartingowych, obręcze kół składają się z dwóch części. Obręcze takie są spawane lub tłoczone z blachy albo też odlewane ze stopu lekkiego, lub też - co można dostrzec w najnowszych konstrukcjach - wykonane z tworzyw sztucznych o dużej wytrzymałości. Niekiedy spotkać można obręcze wytłoczone ze stali, ale ten sposób wykonania jest dopuszczalny tylko wtedy, gdy nie ma innych możliwości.

 Układ zasilania paliwem.

 Układ zasilania silnika paliwem nie jest w kartach skomplikowany. Większość konstrukcji składa się ze zbiornika paliwa umocowanego za oparciem fotela kierowcy, z przewodów z kurkiem odcinającym. Ze zbiornika paliwo spływa do gaźnika pod własnym ciężarem lub też podawane jest przez pompę paliwową. Zbiornikiem paliwa jest zazwyczaj blaszana bańka o kształcie dopasowanym do całości konstrukcji karta. Wiele kartów ma zbiorniki paliwa w kształcie półkul, wykonanych z osłon reflektorów samochodowych. Spotyka się również zbiorniki wykonane z różnego rodzaju baniek po oleju, przytwierdzonych do oparcia fotela kierowcy za pomocą jednego lub dwóch pasków skórzanych. Wszystkie zbiorniki zaopatrzone są w kurki paliwa. Układ paliwowy, w którym paliwo spływa pod własnym ciężarem nie pozwala na utrzymanie stałego ciśnienia. Szczególnie dotkliwie można to odczuć na zakrętach, na których niekiedy paliwo przestaje w ogóle spływać, odrzucane na boczną ściankę zbiornika siłą odśrodkową. Z tego względu większość kartów wyposażone jest w układy paliwowe, w których paliwo podawane jest do gaźnika przez niewielką pompę. Takie rozwiązanie pozwala na mocowanie zbiornika w dolnym miejscu karta. Jedne zbiorniki umieszczone są nisko za fotelem kierownicy, inne zaś pod wałkiem kierownicy, między nogami kierowcy.

 Układ ssąco - wydechowy.

 Układ ssący w silniku kartingowym jest nieskomplikowany: kanał ssący, gaźnik oraz przewód wlotu powietrza. Przeróbki tego układu, po uprzednim wykonaniu kanału ssącego, sprowadza się do zapewnienia możliwie swobodnego przepływu powietrza przez gaźnik oraz ułatwienie mu wlotu do gardzieli gaźnika. Zmiany układu ssącego obejmują również przepustowości dyszy głównej, zmianę kształtu iglicy przepustnicy, oraz podcięcie tylnej krawędzi przepustnicy. Ze względu na osiągnięcie znacznej trwałości celowe jest zastosowanie filtra powietrza, umieszczonego na wlocie do gaźnika. Ważną sprawą jest dobranie do danego silnika właściwego układu wydechowego. W silnikach używanych do napędu kartów nie używa się zwykle tłumików, lecz tzw. komór rozprężnych, stanowiących puste puszki o specjalnym kształcie. W takich komorach każdy szczegół ma wpływ na osiągi silników. Wpływa na nie pojemność komory, długość układu wydechowego, średnica otworu końcowego, kształt komory, a nawet kąty jej stożków. Przy projektowaniu i doborze układu wydechowego do silnika kartingowego należy również brać pod uwagę możliwości jego umieszczenia w karcie.