वाहनविश्व: भाग ३ संरचना आणि विभागणी

आधीचे भाग :
वाहनविश्व : भाग १ प्रस्तावना
वाहनविश्व : भाग २ इतिहास

सर्वात आधी पुढचा भाग टाकावयास एवढा उशीर झाल्याबद्दल क्षमा असावी. कार्य बाहुल्यामुळे टंकायला वेळ झाला नाही. लिहायची लिंक तुटली राव !!!

___

वाहनविश्व : भाग ३ संरचना आणि विभागणी

[अ] संरचना :
आपण जेव्हा कुठलही वाहनाकडे अभियांत्रिकी संरचनात्मक दृष्टिकोनामधुन पाहातो तेव्हा त्या वाहनाचे खालील भाग विचारात घेत असतो :

३.१ बेसिक स्ट्रक्चर
३.२ पॉवर प्लांट अर्थात ईंजिन
३.३ पॉवर ट्रान्स्मिशन सिस्टीम
३.४ कंट्रोल सिस्टीम्स
३.५ सुपरस्ट्रक्चर
३.६ ऑक्सिलरी कंपोनंट्स

(फोटो सौजन्य : बी.एम.ड्ब्ल्यु. सिनर्जी प्रोटोटाईप आणि पेंट ब्रश)

वरिलपैकी एक सुपरस्ट्रक्चर सोडलं तर बाकीचे सगळे भाग हे वाहनाच्या चासी मधे गणले जातात. आता आपण ह्या प्रत्येक विभागणी बद्द्ल थोडी थोडी माहिती घेउ. प्रत्येक विभागणी मधले घटक स्वतंत्र लेखाचा भाग असल्यानी ह्या लेखात फक्त त्यांची तोंडओळखं करुन देणार आहे.

३.१ बेसिक स्ट्रक्चर :
वाहनाचं बेसिक स्ट्रक्चर हा वाहनाच्या दणकटपणामधे हातभार लावणारा एक महत्त्वाचा घटक असतो. गाडीचा प्रत्येक सुटा भाग हा कुठल्याना कुठल्या प्रकारे बेसिक स्ट्रक्चर शी जोडलेला असतो(चं). बेसिक स्ट्रक्चर मधे खालीलं भाग येतात :

३.१.१ फ्रेम
३.१.२ सस्पेंशन सिस्टीम
३.१.३ अॅक्सल
३.१.४ व्हील्स

३.१.१ फ्रेम :
वाहनाची मजबुती ही त्याच्या फ्रेमच्या प्रकारावर अवलंबुन असते. फ्रेममधे मोठ्या प्रमाणात स्टीलच्या प्रेस (फोर्ज प्रेस) केलेल्या बीम्स चा वापर केला जातो. ह्या बीम्स ना एकमेकांना जोडुन स्टीलचा सांगाडा तयार केला जातो. त्यावर वाहनाचे वेगवेगळे भाग जोडण्यासाठी माऊंट्स तयार केलेले असतात. जगभरामधे ह्या प्रकारच्या फ्रेम्स मोठ्या प्रमाणावर वापरल्या जातात. अपघाती परिस्थितीमधे असणारा इंपॅक्ट फोर्स फ्रेम शोषुन घेते. हा फोर्स फ्रेम वाकडी करण्यासाठी किंवा अपवादात्मक परिस्थितीमधे तोडली जाण्यासाठी वापरला जातो जेणेकरुन ह्याचा कमीत कमी परिणाम प्रवासी किंवा आतमधल्या भागांपर्यंत पोचतो.

(फोटो सौजन्य : टोयोटा मोटर्स मॉडेल टुंड्रा आय फोर्स प्रोटोटाईप फ्रेम

फ्रेमच्या ऐवजी फ्रेमलेस कंस्ट्रक्शन असणारी वाहनं सुद्धा तयार केली जातात. ह्यामधे वाहनाची बॉडी आणि फ्रेम हे स्वतंत्र घटक नसुन एकमेकाशी सांधलेले असतात किंवा इंटिग्रेट केलेले असतात. फक्त बंदिस्त प्रकारची वाहने फ्रेमलेस पद्धतीनी करता येतात. कारण गाडीचं छप्पर, पिलर्स (खिडक्यांच्या मधे जे उभे खांब असतात त्यांना पिलर्स म्हणतात) आणि त्यांना एकमेकांना जोडणारे अँगल्स हे गाडीवर येणारे वेगवेगळे भार सहन करणारे घटक असतात. फ्रेमलेस कंस्ट्रक्शन मुळे वाहनाचं कमी झालेलं वजन, सुधारित पॉवर टु वेट रेशो, वाढलेल मायलेज, कमी ग्राऊंड क्लिअरन्स असे अनेक फायचे मिळतात. प्रत्येक गोष्टीचे जसे फायदे असतात त्याप्रमाणे काही तोटेसुद्धा असतात. फ्रेमलेस कंस्ट्रक्शन मधे गाडीची मजबुती तुलनेनी बरीचं कमी होते. अपघातानंतर फ्रेम दुरुस्त करुन पुर्वस्थितीमधे आणायचा खर्च जास्त असतो. कन्व्हर्टिबल गाड्या ह्या प्रकारात डिझाईन करायचा खर्च बराचं वाढीव असतो.

(फोटो सौजन्य: तत्त्कालीन मारुती-सुझुकी वॅगन आर चं फ्रेमलेस डीझाईन कन्सेप्ट)

१९७२ ते १९९५ च्या काळात फोर्ड, शेवरलेट आणि वोक्सवॅगन च्या गाड्यांमधे ह्या दोन्ही प्रकारांचे हायब्रीड डिझाईन आढळुन यायचं. नंतर कॉस्ट कटिंग साठी कंपन्यांनी छोट्या गाड्यांमधे फक्त फ्रेमलेस पद्धतीचा वापर सुरु केला.

३.१.२ सस्पेंशन सिस्टीम :
सस्पेंशन सिस्टीम चा मुख्य वापर हा मुळव्याध टाळण्यासाठी होतो =)) . खड्ड्यांमधील रस्त्यांवरुन जाताना जे हादरे बसतात ते गाडीच्या मह्त्त्वाचे भाग जसं की ईंजिन आणि कंट्रोल सिस्टिम व आतल्या प्रवाशांपर्यंत कमीत कमी प्रमाणात पोहोचावेत ह्यासाठी वेगवेगळ्या प्रकारची सस्पेंशन्स वापरली जातात. गाडीचं हँडलिंग, कंट्रोल आणि राईड कंफर्ट सस्पेंशन सिस्टीम वर अवलंबुन असतो.

(फोटो सौजन्य :हमव्ही २००२ लीफ सस्पेंशन)

सस्पेंशन सिस्टीम मधे अॅक्सल वर बसवलेलं लिफ स्प्रिंग प्रकारचं सस्पेंशन (रिजिड लिफ-बीम सस्पेंशन), कॉमन अॅक्स्ल लिंक सस्पेंशन आणि इंडिविजुअल सस्पेंशन असे महत्त्वाचे प्रकार आहेत. गाड्यांमधे जसा जसा मायक्रोकंट्रोलर्स आणि मायक्रोप्रोसेसर्स चा सहभाग वाढायला लागला तसा सस्पेंशन सिस्टीम्स मधे अनेक अत्याधुनिक सेवा सुविधा उपलब्ध व्हायला लागलेल्या आहेत. जसं की इलेक्टॉनिक ब्रेकफोर्स डिस्ट्रिबुशन (ई.बी.डी)/ इलेक्ट्रॉनिक ब्रेकफोर्स लिमिटेशन (ई.बी.एल), अँटीलॉकब्रेकींग सिस्टीम (ब्रेक आणि सस्पेंशन सिस्टीम) (ए.बी.एस.). ज्यामुळे राईड कंफर्ट आणि कंट्रोल प्रचंड प्रमाणात सुधारलं.

(फोटो सौजन्य :आंतरजाल इंडीविजुअल सस्पेंशन)

३.१.३ अॅक्सल :
गाडीवरचे स्थिर अवस्थेमधले (स्टॅटिक) आणि गतीज स्थितीमधे (डायनामिक) येणारे भार (लोड) पेलण्यासाठी अॅक्सल्सची संरचना केलेली असते. साध्या सोप्या भाषेत सांगायचं झालं तर अॅक्सल म्हणजे दोन स्थिर आधारांवर तोललेलं बीम. अॅक्सलमधे लाईव्ह अॅक्सल आणि स्टेडी/ डेड/ पॅसिव्ह असे प्रमुख प्रकार असतात. ज्या अॅक्सलवरुन चाकांना ताकद आणि गती डिफरेन्शिअल च्या माध्यमातुन दिलेली असते त्या अॅक्सल ला लाईव्ह् अॅक्सल असं म्हणतात. रिअर व्हील ड्राईव्ह गाड्यांचा पाठिमागचा अॅक्सल लाईव्ह असतो. तसचं फ्रंट व्हील ड्राईव्हबददल असतं.

(फोटो सौजन्य : डायनाट्रॅक ऑटोमोटीव्हज लिमिटेड लाईव्ह अ‍ॅक्सल

३.१.४ व्हील्स :
ह्याच्याविषयी काय लिहु हेचं खरं तर कळत नाहीये. रस्त्यावर गोल फिरुन गाडीला पुढे न्यायचं कामं चाकामुले होतं. रिम, ट्युब आणि टायर ह्यांचं मिळुन एक व्हील तयार होतं. रिम मधे प्रेस्ड रिम्स आणि लाईटवेट अलॉय व्हील्स असे प्रकार असतात. हल्ली ट्युबलेस टायर सुद्धा वापरले जातात.

(फोटो सौजन्य : पोर्श करेरा जी.टी. २०१२)

__

३.२ पॉवर प्लँट अर्थात ईंजिन :
ईंजिन हे गाडीचं धडधडणारं हृदयचं होय. थर्मोडायनामिक्स चा हा अविष्कार गाडीमधला सगळ्यात महत्त्वाचा भाग असतो. ईंजिनमधे इंधनाच्या ज्वलनामधुन निर्माण झालेल्या उष्णतेचा वापर करुन ताकद निर्माण केली जाते. इंधनाच्या ज्वलनानंतर जे प्रेशर तयार होतं ते वापरुन पिस्टन, कनेक्टिंग रॉड, क्रँक वगैरे वापरुन रेषीय गतीचं (लिनिअर मोशन) रुपांतर वर्तुळगती (रोटरी मोशन) मधे केलं जातं.

(फोटो सौजन्य : आंतरजाल इनलाईन इंजिन)

इंजिनांचे अनेक प्रकार उपलब्ध आहेत. त्यांची विभागणी ज्वलनविभाग (इंटरनल किंवा एक्सटर्नल), ईंधनाचा प्रकार (पेट्रोल, डिझेल, सी.एन.जी., एल.पी.जी, हायड्रोजन फ्युएल सेल, इलेक्ट्रिक ईंजिन, हायब्रिड ईंजिन्स), स्ट्रोक्स किती आहेत (टु स्ट्रोक, फोर स्ट्रोक, सिक्स स्ट्रोक), टर्बोचार्ज्ड, सुपरचार्ज्ड, सिलिंडर स्थिती (इन लाईन, व्ही ईंजिन्स, डब्ल्यु ईंजिन्स, लिनिअर प्रोटोटाएप हायड्रोलिक ईंजिन्स, स्पायडर किंवा मास्टर रॉड रोटरी ईंजिन) अश्या अनेक प्रकारांमधे केलं जातं. ह्याशिवाय डेराईव्हड ईंजिन्स सुद्धा असतात. त्याविषयी नंतर विस्तारानी माहिती येईलचं.

(फोटो सौजन्य : बी.एम.ड्बल्यु. एम ३ जी.टी.आर. व्ही ८ इंजिन ब्लॉक)

(फोटो सौजन्य : बुगाटी वेयरॉन ड्बल्यु १६ इंजिन ब्लॉक फास्टेस्ट इंजिन टिल २०१३)
__

३.३ पॉवर ट्रान्समिशन सिस्टीम्स :
ईंजिनामधे तयार झालेली ताकद आणि गती चाकांपर्यंत पोचवायचं काम ट्रान्स्मिशन सिस्टीम करते. ट्रान्स्मिशन सिस्टीम चे खालील भाग पडतात :

३.३.१ क्लच
३.३.२ ट्रान्समिशन अथवा गिअरबॉक्स
३.३.३ प्रॉपेलर शाफ्ट
३.३.४ डिफरन्शिअल

३.३.१ क्लच :
गरजेप्रमाणे ईंजिनाची गिअरबॉक्सकडे जाणारी ताकद थांबवण्यासाठी किंवा सुरळीतपणे पाठवण्यासाठी क्लच वापरला जातो. क्लचप्लेट जेव्हा फ्लायव्हील ला चिकटलेली असते तेव्हा ताकद गिअरबॉक्स मधे पाठवली जात असते. जेव्हा क्लच पेडल किंवा लिव्हर दाबली जाते तेव्हा हि क्लचप्लेट फ्लायव्हील पासुन वेगळी होते आणि ईंजिनाचा गिअरबॉक्सशी असणारा संबंध तुटतो (टेंपररी न्युट्रल).

(फोटो सौजन्यः आंतरजाल, मल्टीप्लेट क्लच)

३.३.२ ट्रान्स्मिशन अथवा गिअरबॉक्स :
वाहनाच्या गतीप्रमाणे आणि वाहनावर असणार्या भाराप्रमाणे लागणारा टॉर्क व आर.पी.एम. बदलतं असतो. (उदा. वाहन शुन्य गतीमधुन हलवण्यासाठी जास्त टॉर्क आणि कमी गती लागते त्यासाठी पहिला गिअर वापरला जातो.) गिअरबॉक्स मधे वेगवेगळ्या गुणोत्तरांचे गिअरव्हिल्स असतात. ते एकमेकांशी जुळवुन ताकदीचे आणि लागणार्या आर.पी.एम. चे गणित जुळवले जाते. गिअरबॉक्स मधे ३ ते ६ च्या गुणोत्तरांंमधे गिअर्स असतात. मायनिंग ईंडस्ट्रीकरता लागणार्या अर्थ मुव्हर ट्र्क्स मधे चक्क ३२ पर्यंत गिअर्स असु शकतात. चार चाकीमधे गाडीची गती उलटी करण्यासाठी रिव्हर्स रिडक्शन गिअर सेट दिलेला असतो. दुचाकी आणि चारचाकीच्या गिअरबॉक्स मधे बराचं फरक असतो तो आपण पुढे पाहु.

(फोटो सौजन्यः वोल्क्स्वॅगन, ५ स्पीड मॅन्युअल ट्रान्स्मिशन, गोल्फ जी.टी. मार्क ३

३.३.३. प्रॉपेलर शाफ्ट :
गिअरबॉक्स ची गती आणि ताकद फायनल ड्राईव्ह ला अर्थात डिफरन्शिअल ला देण्यासाठी प्रॉपेलर शाफ्टचा वापर केला जातो. शाफ्टच्या दोन्ही बाजुला युनिव्हरसल जॉईंट्स असतात.

(फोटो सौजन्य: आंतरजाल, प्रॉपेलर शाफ्ट आणि युनिव्हर्सल जॉईंट्स)

३.३.४ डिफरंशिअल अथवा फायनल ड्राईव्ह :
गाडी वळत असताना तिच्या आतल्या बाजुची चाकं आणि बाहेरच्या बाजुची चाकं एकाचं वेळेला वेगवेगळ्या वेगात असतात. अर्थातचं ती एका प्रमाणवेळेमधे वेगवेगळी अंतरं प्रवास करत असतात. अश्या वेळी जर का त्यांची गती एकचं राहीली तर गाडी स्किड होउ शकते. तसेच लाईव्ह अॅक्सल ची पण वाट लागु शकते. ह्या वेगवेगळ्या गती मिळवण्यासाठी तसचं फायनल फिक्स्ड रिडक्शन मिळायसाठी डिफरन्शिअलचा वापर केला जातो.

(फोटो सौजन्यः डायनाट्रॅक ऑटोमोटिव्हज, डिफरेन्शिअल)
__

३.४ कंट्रोल सिस्टीम्स :
कुठलही यंत्र म्हणलं की त्याच्या कार्यांवर नियंत्रण ठेवणं हा एक अविभाज्य भाग बनतो. वाहनामधे दिशा आणि गतीनियंत्रण ह्या अतिशय महत्त्वाच्या बाबी आहेत. "नजर ह्टी दुर्घटना घटी", "अतिघाई मृत्युकडे नेई" वगैरे फेमस नॉन-पुणेरी पाट्या आपण नेहेमी वाचतचं असतो. दिशानियंत्रणासाठी स्टीअरिंग सिस्टीम आणि वेगनियंत्रणासाठी ब्रेकिंग सिस्टीम्स गाडीमधे असतात.
नुसत्या स्टीअरिंग सिस्टीमचा विचार केला तर त्याच्यात बरेचं प्रकार उपलब्ध आहेत. मेकॅनिकल स्टीअरींग (स्वतःच वजन कमी करायसाठी आणि हात पिळदार करायसाठी लै भारी!!), हायड्रॉलिक असिस्टेड पॉवर स्टीअरींग, व्हेरिएबल रेशो सर्व्हो असिस्टेड स्टिअरिंग ई.ई. त्यामधे पण कंपन्या कंपन्यांच्या पेटंट टेकनॉलॉजिज सुद्धा आहेत.

(फोटो सौजन्यः आंतरजाल, स्टीअरिंग सिस्टीम)

ब्रेक्स मधे सुद्धा बरेचं उपप्रकार उपलब्ध आहेत. ड्र्म ब्रेक्स, डिस्क ब्रेक्स हे महत्त्वाचे प्रकार होत. ही मेकॅनिस्म ऑपरेट व्हायसाठी न्युमॅटीक ब्रेक्स म्हणजे एअर ब्रेक्स, हायड्रॉलिक ब्रेक्स, मेकॅनिकल ब्रेक्स असे प्रकार पडतात. वर उल्लेख केल्याप्रमाणे ए.बी.एस., क्रुझ कंट्रोल सिस्टीम वगैरे आधुनिक तंत्रज्ञान आता उपलब्ध आहे. ह्याशिवाय पार्किंग ब्रेक अर्थात हँडब्रेक ला सुद्धा विसरुन चालणार नाही. बहुतांश गाड्यांमधे हा मेकॅनिकल किंवा हायड्रॉलिक असिस्टेड मेकॅनिकल ऑपरेटेड प्रकारचा असतो.

(फोटो सौजन्यः ह्योसंग, डिस्क ब्रेक्स)

(फोटो सौजन्यः आंतरजालः ड्रम ब्रेक्स)

__

३.५ सुपरस्ट्रक्चर :
ज्या गाड्या फ्रेमलेस पद्धतीनी बनवलेल्या नसतात त्या गाड्यांना सुपरस्ट्रक्चरिंगची गरज पडते. स्ट्रक्चरल फ्रेम्स वर बॉडी, गाडीचं इंटेरिअर वगैरे बोल्ट किंवा वेल्ड केलं जातं. फ्रेमलेस गाड्यांमधे फक्त गाडीच्या बॉडीमधेच स्ट्रक्चरल रिइन्फोर्सर्स लावतात. जनरली सेदान आणि स्टेशनवॅगन ह्या प्रकारच्या गाड्यांमधे सुपरस्ट्रक्चर पाहावयास मिळते.

(फोटो सौजन्यः फ्रिटलायनर ट्रान्सलाईन्स, बस सुपरस्ट्रक्चर)
__

३.६ ऑक्सीलरी सिस्टीम्स :
गाडीमधे ईंजिनावर अवलंबुन असणार्‍या अनेक सिस्टीम्स असतात. जसं की इलेक्ट्रिकल सिस्टीम्स (हेडलाईट्स, इग्निशन सिस्टीम, क्रँक मोटर, इंडीकेटर्स, पार्किंग लाईट्स, इंटरनल लायटींग, एअर कंडीशन, म्युसिक सिस्टीम ई.ई.), हायड्रॉलिक अ‍ॅक्युम्युलेटर्स, न्युमॅटिक सिस्टीम्स ई ई. ह्या सर्व गोष्टी बेसिक स्ट्रक्चर वरती माऊंट केलेल्या असतात.
कॉर्पोरेट सेदान्स मधे मसाज सीट्स, मिनी फ्रिज, सीट वार्मर्स ई.ई. कंफर्ट फिचर्स दिलेली असतात त्यांना सेकंडरी ऑक्सीलरी सिस्टीम्स मधे गणलं जातं.

___

[ब] विभागणी =
वाहनांमधे अनेक प्रकार उपलब्ध असतात. त्यांची विभागणी करायसाठी खालील पद्धती वापरल्या जातातः

[अ]. वापरानुसार :
१. मोपेड
२. स्कुटर्स, मोटरसायकल्स आणि रिक्षा
३. कार, जीप, छोटे मालवाहु ट्रक्स
४. बसेस आणि ट्रक्स
५. रेल्वे लोकोमोटीव्ह्ज
६. सरफेस अ‍ॅंफिबिअन ट्रान्स्पोर्ट
७. अंडरवॉटर मरिन ट्रान्स्पोर्ट
८. सिव्हिलिअन एव्हिएशन
९. जेट एव्हिएशन
१०. आर्मी एव्हिएशन

[ब]. वहनक्षमता :
१. हेवी ट्रान्स्पोर्ट वेहिकल (एच.टी.व्ही)
२. लाईट ट्रान्स्पोर्ट वेहिकल (एल.टी.व्ही)
३. लाईट मोटर वेहिकल (एल.एम.व्ही.)

[क]. इंधन प्रकार :
१. पेट्रोल इंजिन (स्पार्क इग्निशन इंजिन)
२. डिझेल इंजिन (काँप्रेशन इग्निशन इंजिन)
३. एल.पी.जी. गॅस
४. सी.एन.जी.
५. हायड्रोजन फ्युअल सेल
६. इलेक्ट्रिक वेहिकल
७. हायब्रीड वेहिकल
८. स्टीम इंजिन

[ड]. स्ट्रोक्स आणि इंधनाप्रमाणे :
१. पेट्रोल टु स्ट्रोक इंजिन
२. पेट्रोल फोर स्ट्रोक इंजिन
३. पेट्रोल सिक्स स्ट्रोक इंजिन (प्रोटोटाईप)
४. डिझेल टु स्ट्रोक इंजिन
५. डिझेल फोर स्ट्रोल इंजिन
६. डिझेल सिक्स स्ट्रोक इंजिन (यशस्वी प्रोटोटाईप)
७. फोर स्ट्रोक सी.एन.जी. इंजिन
८. फोर स्ट्रोक एल.पी.जी. इंजिन
९. लिनिअर सिंगल स्ट्रोक स्टिम इंजिन
१०. हाफ रोटेशन ट्विन सिलिंडर सेमी लिनिअर स्टिम इंजिन
११. हायड्रोजन रिअ‍ॅक्टर इंजिन फोर स्ट्रोक
१२. रिजनरेटिव्ह ब्रेकिंग पेट्रोल/ डिझेल फोर स्ट्रोक

[इ]. ड्राईव्ह अ‍ॅक्सल किंवा स्पेशल टाईप प्रमाणे :
१. फ्रंट व्हील ड्राईव्ह (एफ.ड्ब्ल्यु.डी)
२. रिअर व्हील ड्राईव्ह (आर.ड्बल्यु.डी)
३. फोर व्हील ड्राईव्ह (४*४)
४. कन्व्हेअर ड्रिव्हन (रणगाडे वगैरे)

[ई]. इंजिन लोकेशन :
१. फ्रंट इंजिन
२. रिअर इंजिन
३. सेंट्रल इंजिन
४. ऑफसेट इंजिन (फक्त एव्हिएशन आणि मरिन इंजिन्स ह्यात येतील)

[फ]. स्टिअरिंग लोकेशन
१. राईट हँड ड्रिव्हन
२. लेफ्ट हँड ड्रिव्हन
३. सेंट्रल ड्रिव्हन

[ग]. कार्गो वाहायच्या पद्धतीनुसार
१. आर्टीक्युलेटेड ट्रक्स /ट्रेलर्स
२. एक्स्प्लोसिव्ह मटेरिअल टँकर्स

वर दिलेल्या पद्धती ह्या काही निवडक पद्धती आहेत. अश्या अजुन बर्‍याच पद्धतीनी गाड्यांची विभागणी केली जाते.

पुढील ३-४ भागात वाचुयात वेगवेगळ्या इंजिनांविषयी आणि त्याच्याशी निगडीत असणार्‍या इग्निशन आणि कुलींग सिस्टीम्स बद्दल.

पुढचा भाग:

वाहनविश्व: भाग ४ इंटर्नल कंबशन इंजिन्स

_________
फोटु आं.जा. वरुन साभार
विशेष आभार मोदक आणि मंद्या :)

क्रमशः