0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Сопротивление качению

Сопротивление качению

Сопротивление качению зависит от массы автомобиля и коэффициента трения качения. Масса автомобиля при этом оказывает первостепенное влияние на величину сопротивления качению. Большая масса проявляется неблагоприятно в любом случае, если мы стремимся к экономии энергии, то уменьшение массы автомобиля является одной из первостепенных задач.

Масса проявляется в виде силы, прижимающей автомобиль к земле. Передвижению препятствует сила, которая зависит от коэффициента трения качения между автомобилем и поверхностью дороги. Здесь имеется возможность экономить определенную энергию. Сила сопротивления качению автомобиля Pf рассчитывается по формуле

где Q – нормальная нагрузка; f – коэффициент трения качения.

Коэффициент сопротивления качению

Ниже приведены значения коэффициента f , которые действительны для качения шины колеса по поверхности дороги с различным покрытием и для других движителей:

Значения коэффициента трения качения f для различных движителей

ПокрытиеЗначение f
Колесо с шиной
Асфальтобетон0,01
Бетон, мелкая брусчатка0,015
Гравийное укатанное с дёгтевой пропиткой0,02
Щебёночное0,025
Грунтовое укатанное0,05
Грунтовое размокшее0,1
Пахота0,15-0,35
Гусеничный движитель
Пахота0,07-0,15
Укатанный снег0,15
Рыхлый снег0,3
Стальное колесо на рельсе0,001-0,002
Примечание. Значения первых семи коэффициентов зависят также от давления в шине и ее типа, о чем будет сказано ниже.

В приближенных расчетах можно допускать, что коэффициент сопротивления качению с изменением скорости автомобиля не меняется. Наименьшее сопротивление качению имеет стальное колесо на рельсе, наибольшее – гусеничный движитель на рыхлом снегу. Чем меньше деформация поверхности, тем меньше сопротивление качению.

Сопротивление качению на неровной дороге

При движении по неровной дороге сопротивление качению зависит от жесткости амортизирующего элемента.

Наезд колеса на препятствие

Если на поверхности дороги возникает препятствие высотой h (см. рис. слева) и автомобиль наезжает на него с малой скоростью, то он может остановиться. На рисунке масса автомобиля представлена грузом М , прикрепленным к оси колеса через пружину F . Предположим, что масса М жестко соединена с осью. В этом случае для преодоления препятствия необходима такая вертикальная сила V , которая способна поднять массу М на высоту h . Эта сила может обеспечиваться, например, кинетической энергией автомобиля при движении. Чтобы автомобиль мог продолжать движение, необходимо, чтобы его кинетическая энергия была большей, чем требуется для поднятия автомобиля на высоту h . Необходимая величина вертикальной силы зависит от угла наезда α и рассчитывается по формуле

Время подъема определяется скоростью автомобиля, а форма препятствия определяет процесс изменения скорости и ускорения. На вершине твердого препятствия скорость массы М не будет равна нулю, и колесо отскочит от препятствия. Однако гравитационная сила остановит массу М и вернет ее на землю путем свободного падения. Энергия горизонтальной силы Н будет затрачена на перемещение колеса на высоту препятствия, но при отскоке колеса эта сила уже не действует и, следовательно, не влияет на увеличение сопротивления качению автомобиля [2].

Если масса М опирается на пружину F и колесо снабжено упругой шиной, то исчезает необходимость подъема колеса и массы М на высоту препятствия h . При благоприятном отношении неподрессоренной массы колеса и подвески к подрессоренной массе М колесо не отскочит от препятствия, и часть энергии, аккумулированная в сжатой пружине и шине, после преодоления препятствия вернется и передвинет автомобиль вперед. Однако значительная часть энергии за счет внутреннего трения в амортизирующих элементах потеряется, превратившись в теплоту. Достаточно мягкая подвеска колес может уменьшить потери энергии при переезде через неровность.

Сопротивление качению на деформируемом покрытии

На дороге с хорошим покрытием действует правило: жесткое колесо на твердом, малодеформируемом покрытии обеспечивает наименьшие потери, обусловленные сопротивлением качению. Если неровности имеют большой размер, то увеличение жесткости колеса и амортизирующих элементов вызывает рост сопротивления качению. В этом случае выгодным является использование мягкой шины больших размеров и нежестких амортизаторов. Шина больших размеров с мягкой боковой поверхностью и низким давлением сама амортизирует мелкие неровности, так что и неподрессоренная масса будет испытывать колебания весьма малой амплитуды, которые хорошо гасятся мягкой подвеской. Небольшое давление в шине увеличивает площадь ее контакта с поверхностью дороги, что уменьшает глубину погружения колеса в мягкое покрытие и соответственно образует колею меньшей глубины.

Коэффициент трения качения жёсткого колеса на деформируемом покрытии имеет иной характер, чем на твердой поверхности, и определяется по формуле

где h – глубина погружения колеса в покрытие, мм; D – диаметр колеса, мм.

В этом случае давление воздуха в шине может влиять противоположно тому, как это имеет место на твердом покрытии, поскольку из-за малого погружения колеса в покрытие при низком давлении в шине коэффициент сопротивления качению будет меньше, чем при высоком. После того как автомобиль с такими шинами выйдет с бездорожья на шоссе, в них необходимо увеличить давление, иначе боковые поверхности шин при большом прогибе будут сильно разогреваться. На некоторых автомобилях используется специальное оборудование, позволяющее изменять давление в шинах, не прекращая движения.

Читайте также

Для того чтобы двигатель имел малую массу и размеры, необходимо повышать его рабочие частоты вращения. Тем самым к двигателю предъявляются требования противоположного характера, и из-за этого возникает необходимость поиска компромиссного решения.

Зависимость расхода топлива от давления в шинах, углов установки колёс. Противоречивость требований предъявляемых к шинам и др.

Сноски

  1. ↺ Мацкерле Ю. Современный экономичный автомобиль/Пер. с чешск. В. Б. Иванова; Под ред. А. Р. Бенедиктова. — М.: Машиностроение, 1987. — 320 с.: ил.//Стр. 16 — 18 (книга есть в библиотеке сайта). – Прим. icarbio.ru
  2. ↺ При последующем контакте колеса с дорогой энергия сопротивления качению проявится в виде части энергии, поглощенной шиной при ударе колеса о поверхность дороги. – Прим. ред. А.Р. Бенедиктова

Комментарии

Спасибо!Ваша информация очень помогла.

коэф трения качения — в какой размерности? мм, см .

Что такое сопротивление качению шины?

Что такое сопротивление качению шины?
Все про сопротивление качению шин, топливная экономичность резины

Сопротивление качению — это совокупность сил, которые воздействуют на шину и препятствуют её свободному движению вперёд. На его преодоление необходима дополнительная энергия, поэтому 5-15% топлива автомобиль расходует лишь на то, чтобы просто катиться вперёд.

Чтобы понять как это работает на практике, представьте: вы разгоняете автомобиль, затем отпускаете педаль газа и просто катитесь вперёд. Спустя какое-то время машина останавливается. На одних шинах это произойдет через 15 метров, на других через 18м, на третьих через 20м. Шины, которые проедут дальше всех, обладают самым низким сопротивлением качению и лучшей топливной экономичностью. Класс экономичности обычно указан на этикетке шины и обозначается латинскими буквами от A до G, где A — лучшая экономичность, G — худшая.

Разберём, что влияет на экономичность шины и производители работают над её улучшением.

Содержание
От чего зависит сопротивление качению шины
Как производители снижают сопротивление качению
У топливоэкономичных шин худшее сцепление с дорогой?
От чего зависит сопротивление качению шины
Есть два основных фактора, которые влияют на сопротивление качению покрышки:

Во время движения боковины и блоки протектора постоянно деформируются и возвращаются в исходное положение. На такие короткие, но регулярные циклы приходится до 90% потери энергии.
Также на шину также воздействует аэродинамическое сопротивление, которое отнимает ещё от 0 до 15% энергии.
Как производители снижают сопротивление качению
Изменение практически каждого элемента шины имеет потенциал к повышению её топливной экономичности. Вот что делают производители:

Облегчают массу шины, без ущерба для её прочности.
Уменьшают высоту протектора, чтобы снизить деформации блоков во время движения. Но при этом важно сохранить устойчивость шины к аквапланированию и её ресурс.
Оптимизируют боковину, расположение и форму блоков протектора таким образом, чтобы они меньше деформировались при езде.
Улучшают состав резиновой смеси за счет специальных добавок и соединений, которые снижают нагрев покрышки и её силу трения.
Оптимизируют рисунок протектора, чтобы ему оказывалось меньшее аэродинамическое сопротивление.
У топливоэкономичных шин худшее сцепление с дорогой?
Есть мнение, что высокая топливная экономичность шины вредит её тормозным качества. Ведь с одной стороны покрышка должна испытывать меньшую силу трения, чтобы легко катиться и потреблять меньше топлива. С другой стороны, сила трения должна быть большой, чтобы у шины было надежное сцепление с асфальтом. Это подтверждают и многие тесты, в которых «зелёные» шины занимают первые места по расходу топлива, но слабо тормозят на асфальте.

Это справедливо лишь в отношении дешевых шин или старых моделей. Ежегодно компании вроде Michelin, Continental, Goodyear и другие премиум-производители вкладывают огромные деньги в разработку новых шин. Современные материалы и технологии моделирования позволяют выпускать максимально сбалансированные покрышки, которые обладают высокой топливной экономичностью и отличными сцепными качествам. Но и являются такие шины самыми дорогими в своём классе.

Преимущества шин с низким сопротивлением качению.

Сопротивление качению — одна из пяти сил, которые должен преодолеть автомобиль, чтобы двигаться.

К прочим силам относятся аэродинамическая, которая зависит от скорости автомобиля, сила инерции при ускорении, играющая важную роль в городских условиях движения, сила тяжести при подъеме и силы внутреннего трения автомобиля.

При этом автомобилю также необходима энергия для работы его вспомогательных механизмов и устройств (кондиционера, мультимедийных устройств, усилителя рулевого управления и т. д.).

В легковом автомобиле на долю шины приходится 20% потребляемой энергии, то есть один полный топливный бак из пяти. Для большегрузного автомобиля эта доля может составлять более 30% от общего количества потребляемой энергии.

Сложность технологии «низкого сопротивления качению» заключается в том, что необходимо сохранить на том же уровне основополагающие характеристики шины, а именно те, которые связаны с безопасностью и ходимостью.

Что такое сопротивление качению?

С каждым оборотом колеса шина деформируется под воздействием дорожного полотна. Все усилия, позволяющие делать ускорения, тормозить или проходить повороты прилагаются в пятне контакта.

Деформируясь, материалы, из которых изготовлена шина, нагреваются и рассеивают часть энергии, передаваемой двигателем. Это явление и называется сопротивлением качению.

Коэффициент сопротивления качению выражается в кг/т. Коэффициент в 12 кг/т означает, что, если на шину давит груз в одну тонну, к ней нужно постоянно прилагать силу в 120 Н, чтобы не дать ей возможность потерять скорость под воздействием сопротивления качению.

Факторы, влияющие на сопротивление качению:

Сама шина:

  • Конструкция:
    Конструкция и материалы влияют на сопротивление качению в равной степени. Иногда разница этого показателя у шин для одного и того же автомобиля может доходить до 50%.
  • Индекс скорости шины:
    Выполнение требований, предъявляемых к конструкции и усилению ее элементов для обеспечения курсовой устойчивости на высоких скоростях, как правило, также приводит к повышению сопротивления качению.
  • Размерность шины:
    Чем больше внешний диаметр шины, тем ниже сопротивление качению. При каждом дополнительном сантиметре сопротивление качению уменьшается на 1%.
  • Рисунок протектора:
    Увеличение глубины рисунка протектора на 50% приводит к увеличению сопротивления качению на 12%.
    В конце жизненного цикла шины ее сопротивление качению снижается на 25% по сравнению с новой шиной.

Давление воздуха:

  • Недостаточно накачанная шина создает неравномерное распределение давления на поверхность дороги и приводит к изменению формы пятна контакта. В связи с этим ухудшаются сцепные свойства, и происходит преждевременный износ шины.
  • Недостаточное давление в шине приводит также к увеличению амплитуды деформаций, повышенному нагреву и, таким образом, потере энергии, которая проявляется в повышении сопротивления качению и увеличении расхода топлива.
  • Если бы все европейские автомобилисты ездили с правильным давлением воздуха в шинах, это дало бы выигрыш до 2,5% в расходе топлива и снижении выбросов СО2.

Характеристики дорожного покрытия:

  • Температура окружающей среды: При увеличении температуры на каждые 10°С (в диапазоне от 10 до 40°С) сопротивление качению уменьшается на 6%.
  • Тип дорожного покрытия: Чем более шероховатым является дорожное полотно, тем выше сопротивление качению. Разница может достигать 40%.

Значительный потенциал снижения выбросов СО2:

Несмотря на то что с момента выпуска на рынок первой зеленой шины в 1992 году она была значительно усовершенствована, а именно сопротивление качению было снижено на 25% или еще на 3 кг/т, возможности достижения более впечатляющих результатов в области сопротивления качению остаются еще очень большими. Исследовательские группы компании Michelin прогнозируют снижение этого показателя примерно на 25% в течение ближайших 10 лет.
Такое снижение имеет исключительную важность, поскольку уменьшение сопротивления качению на 3 кг/т* соответствует экономии топлива порядка 0,21 литра на 100 км (источник: исследование ALD).

* Разница между черной шиной (12 кг/т) и зеленой шиной (9 кг/т).

Достижения компании Michelin в области снижения сопротивления качению

Две революционные новинки: появление радиальной шины в 1946 году и начало использования кремнезема в 1992 году

Что такое сопротивление качению шины

Сопротивление качению

Некоторое количество энергии вырабатываемой топливом шина при движении колеса расходует на деформацию из-за смещения пятен контактов. Данная энергия отнимается из приданной шине кинетической энергии, и вследствие этого колесо замедляется. Около 25—30 процентов энергии топлива может затрачиваться на сопротивление качению. Хотя, данный % в большой степени зависит от скорости автомобиля. Он очень невелик на высоких скоростях.

Сопротивление качению связано с большим количеством эксплуатационных и конструктивных особенностей:

1) состояния дорожной поверхности

6) конструкции шины

В основном сопротивление качению связано с такими конструктивными характеристиками шин, таких как толщина и состояние протектора, число слоев и расположение нитей корда. Снижение численности слоев корда, толщины протектора, использование синтетических материалов и стекловолокна с небольшими утратами помогает снижению сопротивления качению. При увеличении размера шины т.е. диаметра при иных одинаковых обстоятельствах сопротивление качению тоже уменьшается.

«Не забывайте проверять давление в шинах». Проверено, что понижение давления в шинах всего на 0,1 атм. приносит повышение расхода топлива на 2-3 %. Определить на глаз шину с давлением 1, 2 атм. от 2,0 атм. способен не каждый человек, однако водитель, хозяин автомобиля с подспущенными шинами, дожжен будет затрачивать на каждой заправке своего автомобиля лишние деньги.

Завышение предельно допустимого давления в шинах чрезвычайно опасно на скользкой и мокрой дороге. Ни в коем случае нельзя применять этот метод зимой, так как расходы на ремонт автомобиля после ДТП, могут во много раз быть больше по сравнению со средствами сэкономленными от бензина.

С 1 ноября в странах Евросоюза введены обязательные этикетки для производителей шин, облегчающие выбор потребителю.

По новым требованиям, новые шины обязаны иметь дополнительную этикетку с указанием таких ключевых характеристик, как сопротивление качению, сцепление на мокрой дороге и уровень внешнего шума.

Чем меньше сопротивление качению при движении шины, тем меньше энергии рассеивается и, соответственно, тем меньше требуется топлива для продолжения движения. Сопротивление качению составляет до 20% расхода топлива легкового автомобиля и до 30% грузового. Поэтому топливная эффективность помогает снизить прямые расходы и выбросы углекислого газа. Разница между шинами классов G и A по маркировке значительна. В расчете на четыре шины для легкового автомобиля экономия за период использования шин может составить до 300 евро на покрышку благодаря сокращению расхода топлива на 7,5%.

Для больших грузовиков с увеличенным числом колес финансовая разница может быть еще больше. Так, при использовании шин класса A по сопротивлению качению вместо шин G грузовая компания может сэкономить более 5 тыс. евро за период эксплуатации шин.

Ожидается, что использование шин с улучшенными показателями сопротивления качению, а маркировка упростит процедуру, позволит сократить выброс углекислого газа в Европе на 20 млн тонн в год и экономить 10 млрд евро ежегодно.

Величину силы сопротивления качению (условно это Ск) можно расчитать по следующей формуле:
Ск = f G,

где Ск — сила сопротивления качению в кг;

G — вес авто в кг;

f — коэффициент сопротивления качению, который учитывает действие сил деформации шин и грунта, а также трение между ними в различных дорожных условиях.

Определение коэффициента трения качения

Очень большое влияние оказывают эксплуатационные характеристики сопротивления качения на величину момента . Поэтому, с увеличением давления в шине и температуры сопротивление качению понижается. Минимальное сопротивление качению возможно при нагрузке, приближенной к минимальной. С увеличением коэффициента износа шин сопротивление качению уменьшается.

Что такое сопротивление качению шины

4.1. Сопротивление качению автомобиля

Одним из главных требований, предъявляемым к шинам легковых автомобилей и связанным с топливной экономичностью, является наименьшее значение коэффициента сопротивления качению. Кроме того, шины должны обладать хорошей устойчивостью и управляемостью, не допускать заноса автомобиля при отклонениях колеса от направления движения.

Потеря контакта с поверхностью дороги наступает при наличии на ней значительного слоя воды. В этом случае возникает эффект жидкостного трения, подобного трению в подшипнике, и шина скользит по воде. При помощи соответствующего рисунка протектора можно обеспечить отвод воды в сторону, чтобы в контакте шины с поверхностью дороги не образовывался слой воды, на котором шина теряет управляемость и возникает опасный эффект «аквапланирования».

Шины с изношенным протектором намного опаснее с точки зрения вышеизложенного эффекта, чем новые. Зависимость коэффициента сцепления от скорости автомобиля и толщины слоя воды для новых и изношенных шин показана на рис. 8. При падении коэффициента сцепления ниже 0,05 автомобиль становится неуправляемым.


Рис. 8. Зависимость коэффициента сцепления φсц от скорости автомобиля v и толщины слоя воды на поверхности дорожного покрытия: а — новая шина; б — изношенная шина без протектора

С точки зрения плавности хода автомобиля и устранения шума в кабине, шина должна поглощать небольшие неровности дороги и не передавать вызываемые ими вибрации на кузов. Это требует прежде всего увеличения податливости боковины шины, но лишь до такой степени, чтобы не допустить потери управляемости автомобиля. Жесткость боковины влияет на боковой увод колеса, возникающий при наличии осевой силы, действующей в плоскости, перпендикулярной оси вращения колеса.

Жесткость боковин шины определяет ее конструкция, и прежде всего способ наложения корда. На рис. 9 изображены различные типы шин: а диагональная с укладкой слоев корда под углом; б радиальная с укладкой слоев корда по радиусу шины с армирующими слоями под протектором; в диагональная улучшенного типа с армирующими слоями под протектором.


Рис. 9. Способы укладки слоев корда шин

Прогресс в области шин направлен на создание все более низкопрофильных шин, имеющих меньшие потери на качение и лучшие показатели устойчивости и управляемости. Профиль шины оценивается процентным отношением его высоты к ширине. На рис. 10 показаны сечения шин серий «80»-«40». Наиболее широко применяется серия «70», а серия «40», например, предназначена уже только для гоночных автомобилей.


Рис. 10. Сечения шин серий ’80’-’40’

Поскольку передаточное отношение трансмиссий автомобиля рассчитывают с учетом диаметра колеса, то и при использовании низкопрофильной шины этот диаметр должен быть сохранен неизменным. Для этого шина должна монтироваться на обод большего диаметра. Это имеет свои положительные стороны: например, можно увеличить ширину и диаметр тормозов, что улучшит их охлаждение. Однако масса колеса увеличится, если не применить для его изготовления легкие сплавы.

В предыдущих главах для простоты изложения использовалось допущение, что коэффициент сопротивления качению не зависит от скорости движения. В действительности это не так, поскольку конструкция, технология изготовления или материал шин оказывают влияние на изменение этого коэффициента, особенно при больших скоростях движения. На рис. 11 приведены реальные значения коэффициента сопротивления качению, измеренные у шин итальянской фирмы «Пирелли» серий «80»-«50».


Рис. 11. Зависимость сопротивления качению шин f от скорости автомобиля υ

При высоких скоростях отчетливо проявляется преимущество низкопрофильных шин серий «60» и «50». Например, шина HR/60 на скорости 160 км/ч имеет сопротивление качению на 26 % меньше, чем шина SR/80.

Среднее удельное давление в площади контакта у шины с упругой боковиной приблизительно равно давлению воздуха в шине. Поэтому как широкая, так и узкая шины одинаково нагруженного колеса будут иметь равный размер площади контакта с поверхностью дороги. Однако формы поверхности контакта будут различными. На рис. 12 показаны два колеса с шинами различной ширины и их отпечатки. Площадь обоих отпечатков одинакова, но у более широкой шины он растянут по ширине, у менее широкой — по длине. Как изображено на боковой проекции колеса, деформация широкой шины h0 меньше, чем узкой hu. Это является причиной меньшего погружения колеса в мягкое покрытие и, следовательно, меньшего коэффициента сопротивления качению. Данное правило действует и на твердом покрытии, так как изменяется угол наезда α, образуемый между касательной к окружности колеса и поверхностью дороги в месте контакта ее с колесом. Коэффициент сопротивления качению измеряется при качении колеса по ровному покрытию, имеющему большую жесткость, что моделирует качение эластичного колеса по жесткому покрытию и приблизительно соответствует условиям качения шины по дороге с асфальтовым или бетонным покрытием. В этом случае можно пренебречь влиянием деформации дорожного покрытия, и деформация колеса будет протекать таким образом, как показано на рис. 13. При статическом нагружении деформация симметрична, а равнодействующая сил проходит через центр тяжести отпечатка.


Рис. 12. Поверхности контакта узкой и широкой шин с дорожным покрытием


Рис. 13. Распределение давления р на поверхности контакта шины с дорожным покрытием

Колесо представляет собой пневматическую пружину с высокопрогрессивной характеристикой. Характеристику этой пружины можно получить путем нагружения колеса и измерения положения его центра тяжести в зависимости от величины нагрузки. При вращении шины каждую элементарную площадку на ее окружности можно считать самостоятельной, предварительно сжатой пружиной. Дополнительное сжатие этих парциальных пружин при контакте с дорогой требует затраты работы, которая увеличивает сопротивление качению шины. При выходе из контакта этих пружин после достижения максимального сжатия в среднем положении энергия, аккумулированная в них, высвобождается, и сила действует в направлении движения, уменьшая сопротивление качению. Для идеальной шины вложенная энергия была бы равна энергии высвобожденной, и колесо катилось бы без потерь.

Однако шина снабжена реальным протектором и, кроме того, в ней имеется внутреннее трение. При деформации протектора, помимо силы, необходимой для сжатия пневматической пружины, требуется сила для придания ускорения парциальной массе. Наличие внутреннего трения вызывает расход еще части энергии на разогрев шины. Следовательно, в первой половине цикла соприкосновения шины с дорогой должно быть развито усилие, достаточное для сжатия пружины, придания ускорения массе протектора и преодоления внутреннего трения. Однако во второй половине цикла вся сила сжатия пружины не высвободится, так как часть ее уйдет на придание обратного ускорения массе и на преодоление внутреннего трения. При вращении колеса на массу протектора воздействует также центробежная сила. Распределение удельных давлений по площади отпечатка будет поэтому неравномерным.

Равнодействующая всех сил расположена в первой половине отпечатка и удалена от оси колеса на расстояние s. За счет этого возникает момент сопротивления sG, который вызывает горизонтальное сопротивление H = G tg φ, где tg φ = s/R = f; G — нагрузка на шину.

В действительности, при передаче окружного усилия с шины на дорогу зависимости гораздо сложнее, но для наглядности объяснения приведенная выше упрощенная модель вполне пригодна. Так как центробежная сила и время сжатия зависят от окружной скорости у, то и сопротивление качению также частично зависит от нее. Эта зависимость выражается уравнением

Значение f0 и в особенности показатель степени n, по мнению различных авторов, имеют весьма широкий диапазон. По Э. Эверлингу n = 1; В. Камм считает n = 2, Андро n = 3,7.

Для наших рассуждений о путях снижения сопротивления качению вполне пригодны реально измеренные значения коэффициента сопротивления f (см. рис. 11) и влияние на него давления в шине (рис. 14). Из графиков на рис. 14 видно, что малое давление значительно увеличивает сопротивление качению, особенно при больших скоростях движения.


Рис. 14. Зависимость коэффициента сопротивления качению f от скорости автомобиля v и давления в шинах р

Как показано на рис. 11, до скорости 60-80 км/ч сопротивление качению несколько падает, но при больших скоростях резко увеличивается. Сверхнизкопрофильная шина серии VR/50 сохраняет небольшую величину сопротивления качению вплоть до скорости 200 км/ч. Таким же свойством обладает и шина HR/60.

Весьма опасным для шин является резонанс протектора, возникающий на высоких скоростях. При достижении определенных оборотов колеса могут начаться колебания элементов слоя протектора на пневматической пружине под влиянием постоянных импульсов сжатия при каждом повороте колеса. На поверхности шины в момент выхода ее из контакта с дорогой появляются статические волны, которые могут распространиться по всей окружности колеса. Резонанс протектора является причиной больших выделений теплоты и поэтому недопустим. При его возникновении в течение нескольких десятков секунд слой протектора может отделиться и, таким образом, возникнет аварийная ситуация.

Резонанс протектора резко повышает сопротивление качению, а рост энергии, потребляемой для преодоления сопротивления, сильно разогревает шину. Границы резонанса можно сдвинуть в сторону больших частот вращения колеса повышением внутреннего давления в шине и уменьшением массы протектора. Максимально допустимая скорость для отдельных типов шин фирмы «Пирелли» ограничивается следующим образом: SR — 180 км/ч; HR — 210 км/ч; VR — более 210 км/ч.

Снижение сопротивления качению у низкопрофильных шин весьма значительно и поэтому способствует повышению топливной экономичности. Фирма «Пирелли» гарантирует, что использование нового типа шин Р8 вызывает уменьшение расхода топлива до 4 %, что соответствует снижению сопротивления качению на 20 %. Одновременно повышается срок службы шин. Шина Р8 относится к серии «65» и пригодна для использования на скоростях до 180 км/ч.

Низкопрофильные шины обладают большей жесткостью боковин, что проявляется в меньшей величине бокового увода. На рис. 15 показано влияние угла бокового увода на коэффициент сопротивления качению. Пунктирная кривая характеризует шины серии «80», сплошная — серии «60».


Рис. 15. Зависимость коэффициента сопротивления качению f узкой и широкой шин от угла бокового увода β

Одним из главных требований, предъявляемых к шинам, является обеспечение хорошего сцепления с поверхностью дороги. Оно обусловливается шириной профиля шины, рисунком протектора и качеством его материала. Для обеспечения максимального сцепления с поверхностью дороги у гоночных автомобилей применяются шины, изготовленные из особо мягкого материала с гладким протектором без рисунка. Мелкие углубления на поверхности протектора делаются лишь для контроля износа, который у этих шин при малых пробегах достигает значительных размеров. Сопротивление качению у таких гладких шин меньше, чем у тех, которые снабжены протектором с рисунком.

Как видно из вышеизложенного, правильный выбор типа шины и соблюдение установленного внутреннего давления воздуха в них являются важными факторами, влияющими на уменьшение расхода топлива. Поскольку, однако, доля сопротивления качению в сумме общего сопротивления движению автомобиля значительно уменьшается с ростом скорости, то уменьшение этого вида сопротивления движению не означает пропорционального снижения расхода топлива. Так, уменьшение сопротивления качению шин на 10 % вызывает снижение потребления топлива лишь на 2%. Низкопрофильные шины обеспечивают лучшие условия движения, что может приводить к увеличению скорости, при котором экономия топлива, достигнутая снижением сопротивления качению, практически сведется к нулю. В этом случае необходимо принимать в расчет, какое снижение расхода достигается уменьшением сопротивления качению шин и насколько увеличивается этот расход из-за роста скорости движения.

При действии боковой силы коэффициент сопротивления качению шины растет. Боковая сила возникает чаще всего при движении на поворотах. Чтобы не допустить при этом снижения скорости автомобиля, необходимо увеличить мощность двигателя. Боковая сила растет с ростом скорости и соответственно увеличивается сопротивление качению. Поэтому при прохождении поворотов на большой скорости потребление топлива увеличивается.

Поворот можно проезжать и способом плавного скольжения всех колес (так называемый управляемый занос автомобиля), что весьма эффективно, но при этом требуется значительная мощность двигателя. Все колеса автомобиля в таком случае отклонены от направления движения. Умение экономично проезжать поворот на большой скорости заключается в прохождении его с наименьшим буксованием колес.

Сколько топлива «потребляют» шины? Тест на сопротивление качению

Смотрите-ка: на носу Новый год, а на улице все еще плюсовая температура. Примерно в таких условиях мы тестировали пять комплектов зимних шин и один комплект летних. Самое долгое, нудное и времязатратное, но очень важное испытание касалось экономичности покрышек. Установленный факт: от 5 до 15% топлива тратится на то, чтобы автомобиль просто катился вперед. Роль шин в этом процессе немаловажная, и потому производители придают большое значение т. н. сопротивлению качения. Его-то и будем измерять.

Что такое сопротивление качению?

Сначала давайте разберемся в терминах. Шинники часто обращаются к понятию «сопротивление качению». Оно у разных покрышек разное: одна модель катится свободно, без усилий, другая — натужно, как бы противится (отсюда — сопротивление).

Чтобы ранжировать шины по экономичности, придумали классы — от A до G. Если покрышка классифицирована как А — это высший результат. Следовательно, у нее низкое сопротивление качению. Маркировка «В» свидетельствует о чуть большей «прожорливости», «С» — еще большей и так далее. В конце списка — класс G, у которого высокое сопротивление качению.

Считается, что на сопротивление качению шины влияют несколько факторов. Многое зависит от самой покрышки: веса, состава резины, высоты и рисунка протектора, формы боковины и т. д.

По данным производителей, от 5 до 15% топлива тратится на то, чтобы автомобиль просто катился вперед.

Условия испытания: разгоняемся до 80 км/ч и ждем-ждем-ждем.

При измерении выбега автомобиль разгоняют до определенной скорости, переводят рычаг КПП в положение «N» и ждут, никак не воздействуя на педали, пока машина полностью не остановится.

Именно такого алгоритма придерживался Юрий Краснов, выступавший водителем-испытателем в шинных тестах Onliner. Подчеркнем, что заезды проводились на одном и том же участке Республиканского полигона для испытания мобильных машин (более известен как «Липки»).

Температура воздуха в дни проведения тестов составляла от +5 до +6 градусов по Цельсию. Ветер был слабым — всего 1—3 метра в секунду.

В салоне всегда находились два человека (Юрий Краснов за рулем и штурман). Давление в шинах, которые перед испытаниями проходили небольшую обкатку (до 100 км), составляло 2,2 бара.

В качестве инструмента для измерения выступал высокоточный прибор Racelogic VBOX Sport. Он позволяет определять динамические характеристики автомобиля, а также тормозной (корректнее в данном случае сказать остановочный) путь. Устройство фиксирует показатели в рамках заданных параметров. В данном случае был установлен диапазон с 80 до 0 км/ч.

Нам предстояло узнать расстояние, за которое остановится машина. Чем оно больше, тем меньше сопротивление качению, а значит, лучше результат.

Дальнейшее — дело техники. Нужно определиться с выборкой репрезентативных результатов и вывести среднее арифметическое, которое будем считать итоговым показателем.

Напомним, в нашем распоряжении по-прежнему пять комплектов «зимы» и один — «лета».

Viatti Bosco S/T V-526

Наступает черед российских покрышек Viatti Bosco S/T V-526. Продавец говорил о них как о крепком середнячке. Так и получается, судя по результатам нашего шинного теста.

Про экономичность этой модели информации мало. Покрышки продавались без стикера. На сайте дистрибьютора продукции заявляется об их энергоэффективности. Что ж, поверим, но проверим!

Надо сказать, что в этот раз российским шинам удается удивить! Не считая двух результатов, явно выбивающихся из общего числа, получаются весьма серьезные показатели. Среднее арифметическое — 1308,3 м. Хорошая заявка.

Данные Nokian Tyres о сопротивлении качению

Компания Nokian Tyres всегда активно популяризировала экологичные шины, недавно финские специалисты опубликовали резюме о сопротивлении качению, экономии топлива во время движения за счет легкости качения шины и сокращении вредных веществ при выбросе выхлопного газа. Рассмотрим их данные более подробно.

Что такое «низкое сопротивление качению»? При качении шина, как любой физический объект, подвергается воздействию сил, которые препятствуют ее свободному движению, замедляют ее. На преодоление воздействия этих сил шине требуется дополнительная энергия: исследования показывают, что 5-15% топлива автомобиль тратит просто на то, чтобы ехать вперед. Поэтому шинные разработчики много лет пытаются спроектировать свой продукт так, чтобы максимально снизить воздействие на него сторонних сил. Чтобы шина катилась легко и расходовала как можно меньше топлива.

По статистике, предоставленной шинниками Nokian Tyres, по сравнению с 2013-ым годом сопротивление качению у шин Nokian снизилось на 8%. Это эквивалентно объему выхлопных газов 65000 автомобилей. Увеличение экономии топлива за счет низкого сопротивления качению – это не только экономически выгодное решение, оно благотворно влияет на экологическую ситуацию и углеродный след за счет снижения выхлопов CO2. Это касается также электромобилей: шины с низким сопротивлением качению увеличивают дальность их пробега.

На примере зимней модели Nokian Hakkapeliitta R3 (SUV) можно привести следующие данные: если установить их на все легковые авто Финляндии, Швеции и Норвегии экономия топлива могла бы достигнуть 300 миллионов литров, а сокращение углекислого газа при выхлопе – 710 тысяч тонн. Этот расчет был сделан на основании сравнения сопротивления качению шин Nokian с аналогичными зимними шинами премиум-марок. Расчет верен при следующих условиях: число автомобилей Финляндии — 2,6 млн., их средний годовой пробег – 14,4 тыс.км. , среднее потребление топлива — 6,7 литра на 100 км. В Финляндии 45% пробега приходятся на зимние шины. Издержки по выбросам CO2 определялись с учетом цены 40 евро за одну тонну выбросов углекислого газа, что соответствует данным Финского транспортного агентства, Государственного автодорожного управления Норвегии и Агентства по охране окружающей среды США*.

По оценкам Евросоюза на движение транспорта приходится около 24% выбросов парниковых газов, в связи с чем была установлена цель – к 2020 году снизать этот показатель на 20% по сравнению с уровнем на 1990 год. С 2021 года в силу войдет ужесточение целевых показателей, установленных ЕС.

Nokian Tyres вместе с другими премиальными шинными производителями постоянно работают над оптимизацией своих новых моделей: вводят новые резиновые смеси, продумывают конструкцию и протекторный рисунок, чтобы максимально снизить сопротивление качению.

Преимущества шин Nokian Tyres в топливной экономичности

В ассортименте Nokian Tyres – около 90% моделей обладают очень низким сопротивлением качению, об этом свидетельствует маркировка – А, В и С. При этом самая распространенная маркировка у аналогов, согласно анализу Европейской ассоциации производителей шин и резиновых изделий за октябрь 2018 года, — Е. Премиальные шины с оптимальным давлением экономят до 0,5л/100км по сравнению с аналогичными шинами, имеющими высокий показатель сопротивления качению.

Не стоит забывать, что компания Nokian Tyres была удостоена титула Silver Class в Robeco SAM Sustainability Yearbook 2019.

*Источник: Оценка с применением методики истинной оценки KPMG.

Европейская маркировка шин

C 1 ноября 2012 года маркировка шин стала обязательной в Европе согласно закону (CE) n°1222/2009 [1] . С этого момента все шины для легковых (С1), коммерческих (С2) и грузовых автомобилей (С3), продаваемые в Европейском союзе, должны иметь стандартизированную маркировку. Новые правила не распространяются на шины с восстановленным протектором, шины повышенной проходимости для профессиональных автомобилей, шины для автомобилей, зарегистрированных до 1 октября 1990 года, запасные шины типа Т или докатка, шины с индексом скорости ниже 80 км/ч, шипованные шины, шины для гоночных автомобилей, шины для установки на диски меньше или равные 25,4 см и выше или равные 63,5 см.

В 2021 году европейская система маркировки была переработана, ключевые данные остались неизменными, но добавилось еще несколько важных обозначений. Помимо того, что на этикетке по-прежнему указываются стандартные данные о расходе топлива, сцеплении на влажным покрытии и уровне шума, добавились:

  • артикул,
  • QR-код,
  • информация о производителе, модели шины и типоразмере,
  • параметры сцепления на заснеженных и ледяных трассах.

Содержание

  • 1 Цели
  • 2 Критерии
    • 2.1 Топливная эффективность (сопротивление качению)
    • 2.2 Сцепление на мокрой поверхности
    • 2.3 Внешний шум
  • 3 Ожидания и результаты после введения маркировки шин в Европе
  • 4 Маркировка шин в других странах
    • 4.1 Япония
    • 4.2 Южная Корея
  • 5 Примечания
  • 6 Ссылки

Цели [ править | править код ]

Цели Европейской маркировки шин заложены вокруг 3 направлениий. В первую очередь, её введение направлено на предоставление потребителю большей информации для правильного выбора шин. Также среди целей — снижение негативного влияния на окружающую среду. И в конце концов, улучшение безопасности на дорогах Европы.

Критерии [ править | править код ]

Шины оцениваются по трем критериям: топливная эффективность, качество сцепления на мокрой поверхности и внешний шум качения.

Топливная эффективность (сопротивление качению) [ править | править код ]

Топливная эффективность — первый критерий, который можно увидеть на этикетке автошины. От шины зависит приблизительно 20 % расхода топлива автомобиля. Чем выше сопротивление качению шины, тем выше расход топлива автомобиля. Этикетка указывает класс сопротивления качению шины и ранжируется от A до G. Так, шина с оценкой А (метка в самом верхнем левом углу) имеет самое низкое сопротивление качению, а оценка G указывает на наивысший уровень данного критерия. Следовательно, автошины с оценкой A позволяют автомобилю расходовать меньше топлива, чем шины с оценкой G.

Сцепление на мокрой поверхности [ править | править код ]

Критерий характеризует длину тормозного пути на мокрой поверхности. Шины имеют оценку от A до F. К примеру, разница длины тормозного пути между шиной с оценкой A и шиной с оценкой F равна 18-ти метрам, при условии, что автомобиль движется со скоростью 80 км/ч.

Внешний шум [ править | править код ]

Критерий указывает на уровень шума, который возникает при движении автошины, измеряется в децибелах. Шины с шумом качения до 60 дБ оцениваются как самые тихие, а шины, у которых шум качения превышает 74 дБ являются очень шумными.

Ожидания и результаты после введения маркировки шин в Европе [ править | править код ]

До введения маркировки шин 70 % европейских потребителей нуждались в консультация при покупке. Так 8 из 10 человек выступали за введение Европейской маркировки шин.

Через год после введения Европейской маркировки шин был проведен опрос для проверки эффективности и степени значимости новой официальной регламентации. Так, опрос, проведенный среди потребителей шин Европы французской компанией Rezulteo совместно с исследовательским центром Ipsos, показал, что только 8 % респондентов имеют правильное представление о введенных трех критериях и всего лишь 36 % потребителей обращают внимание на маркировку шин при покупке.

Поведение покупателей при совершении выбора шин будет исследоваться и в дальнейшем, с целью оценки важности маркировки шин для европейского потребителя.

Маркировка шин в других странах [ править | править код ]

Европейский союз не является первоначальником введения системы маркировки показателей шин. Маркировка шин имеется также в других странах.

Япония [ править | править код ]

Японская маркировка шин незначительно отличается от европейской системы этикеток. Она основывается на двух критериях: сцепление на мокрой поверхности и сопротивление качению (топливная эффективность). Оценочная шкала сопротивления качения насчитывает 5 классов: AAA, AA, A, B и C. Шкала оценки сцепления на мокрой поверхности состоит из 4 классов: A, B, C и D.

Южная Корея [ править | править код ]

Система маркировки шин основана на тех же двух критериях, что и в Японии (сцепление на мокрой поверхности и сопротивление качению) по шкале в 5 классов (от 1 до 5) для обоих критериев.

Качение шины

Радиус качения

При качении шина подвергается действию центробежных сил. Величина центробежных сил зависит от скорости качения, массы и размеров шины. Под действием центробежных сит шина несколько увеличивается по диаметру. Испытания показали, что при качении шины со скоростью 180—220 км/ч высота профиля увеличивается на 10—13% (результаты испытаний шин на шоссейно-кольцевых мотоциклетных гонках).

Одновременно действие центробежных сил вызывает (за счет увеличения радиальной жесткости шины) некоторое увеличение расстояния от оси колеса до опорной поверхности (плоскости дороги) с одновременным уменьшением площади контакта шины с дорогой. Это расстояние называется динамическим радиусом шины Rо, который больше, чем статический радиус Rс, т. е. Rо>Rc.

Однако при эксплуатационных скоростях движения Rо, практически равен Rс.

Радиусом качения называется отношение линейной скорости движения колеса к угловой скорости вращения колеса:

где Rк — радиус качения, м;
V — линейная скорость, м/с;
w — угловая скорость, рад/с.

Сопротивление качению

Рис. Качение шины по твердой поверхности

При качении колеса по твердой поверхности каркас шины подвержен циклическим деформациям. При входе в контакт шина деформируется и прогибается, а при выходе из контакта — восстанавливает свою первоначальную форму. Энергия деформации шины, образующаяся при входе элементов в контакт с поверхностью, расходуется на внутреннее трение между слоями каркаса и проскальзывание в зоне контакта. Часть этой энергии превращается в тепло и передается окружающей среде. Вследствие потерь механической энергии скорость восстановления первоначальной формы шины при выходе элементов шины из контакта меньше скорости деформации шины при входе элементов в контакт. В силу этого нормальные реакции в зоне контакта несколько перераспределяются (по сравнению с неподвижным колесом) и эпюра распределения нормальных сил принимает вид, как показано на рисунке. Равнодействующая нормальных реакций, равная по величине радиальной нагрузке на шину, перемещается вперед по отношению к вертикали, прохооящей через ось колеса, на некоторую величину а («снос» радиальной реакции).

Момент, создаваемый радиальной реакцией относительно оси колеса, называется моментом сопротивления качению:

При условии установившегося движения (при постоянной скорости качения) ведомого колеса действует момент, уравновешивающий момент сопротивления качению. Этот момент создается двумя силами — толкающей
силой Р и горизонтальной реакцией дороги X:

М = XRд = PRд,
где Р — толкающая сила;
X — горизонтальная реакция дороги;
Rд — динамический радиус.

PRд = Qa — условие установившегося движения.

Отношение толкаюшей силы Р к радиальной реакции Q называется коэффициентом сопротивления качению k.

На коэффициент сопротивления качению кроме шины значительное влияние оказывает качество дорожного покрытия.

Мощность Nк, затрачиваемая на качение ведомого колеса, равна произведению силы сопротивления качению Рс на линейную скорость качения V:

Раскрывая это уравнение, можно написать:

Nк = N1 + N2 + N3 — N4,
где N1 — мощность, затрачиваемая на деформацию шины;
N2 — мощность, затрачиваемая на проскальзывание шины в зоне контакта;
N3 — мощность, затрачиваемая на трение в подшипниках колеса и сопротивление воздуха;
N4— мощность, развиваемая шиной при восстановлении формы шины в момент выхода элементов из контакта.

Потери мощности на качение колеса значительно возрастают с увеличением скорости качения, так как в этом случае возрастает энергия деформации и, следовательно, большая часть энергии превращается в тепло.

При увеличении прогиба резко возрастает деформация каркаса и протектора шины, т. е. потери энергии на гистерезис.

Одновременно увеличивается теплообразование. Все это, в конечном итоге, ведет к увеличению мощности, затрачиваемой на качение шины.

Испытания показали, что на качение мотоциклетной шины в условиях ведомого колеса (по гладкому барабану) затрачивается мощность от 1,2 до 3 л. с. (в зависимости от размера шины и скорости качения).

Таким образом, общие потери от шин весьма значительны и соизмеримы с мощностью двигателя мотоцикла.

Совершенно очевидно, что решение вопроса снижения мощности, затрачиваемой на качение мотоциклетных шин, имеет исключительное значение. Уменьшение этих потерь не только увеличит долговечность шин, но значительно увеличит моторесурс двигателя и агрегатов мотоцикла, а также положительно скажется на топливной экономичности двигателей.

Исследования, проведенные при создании шин типа Р, показали, что потери мощности при качении шин этого типа значительно меньше (на 30—40%), чем у шин стандартной конструкции.

Кроме того, снижаются потери при переводе шин на двухслойный каркас из корда 232 КТ.

Особенно важно максимально снизить потери мощности при качении шин для гоночных мотоциклов, так как при их движении на высоких скоростях потери в шинах составляют до 30% по отношению к общим затратам мощности на движение. Один из методов снижения этих потерь — применение в каркасе гоночных шин капронового корда 0,40 К. Применив такой корд, уменьшили толщину каркаса, снизили вес шины, она стала более эластичной, менее подверженной нагреву.

Большое влияние на коэффициент сопротивления качению шины оказывает характер рисунка протектора.

Для уменьшения энергии, образующейся при входе элементов в контакт с дорогой, максимально снижена масса протектора гоночных шин. Если у дорожных шин глубина рисунка протектора находится в пределах 7—9 мм, то у гоночных шин она составляет 5 мм.

Кроме того, рисунок протектора гоночных шин выполняют таким образом, чтобы его элементы оказывали наименьшее сопротивление при качении шины.

Как правило, рисунок протектора шин переднего (ведомого) и заднего (ведущего) колес мотоцикла различен. Это объясняется тем, что назначение шины переднего колеса — обеспечение надежной управляемости, а заднего колеса — передача крутящего момента.

Наличие кольцевых выступов на шинах передних колес способствует снижению потерь при качении и улучшает управляемость и устойчивость, особенно на поворотах.

Рис. Кривые зависимости потерь мощности от скорости качения: 1 — шина размера 80-484 (3,25-19), модели Л-130 (дорожная); 2 — шина размера 85-484 (3,25-19) модели Л-179 (для заднего колеса шоссейно-кольцевых мотоциклов)

Зигзагообразный рисунок протектора заднего колеса обеспечивает надежную передачу крутящего момента и также снижает потери на качение. Все вышеизложенные меры позволяют в общем существенно снизить потери мощности при качении шин. На графике показаны кривые изменения потерь мощности при различных скоростях для дорожных и гоночных шин. Как видно из рисунка, гоночные шины по сравнению с дорожными имеют меньшие потери.

Рис. Появление «волны» при качении шины на критической скорости: 1 — шина; 2 — барабан испытательного стенда

Критическая скорость качения шины

Когда скорость качения шины достигает некоторого предельного значения, потери мощности на качение резко возрастают. Коэффициент сопротивления качению увеличивается примерно в 10 раз.

На поверхности беговой дорожки шины появляется «волна». Эта «волна», оставаясь неподвижной в пространстве, перемещается по каркасу шины со скоростью ее вращения.

Образование «волны» приводит к быстрому разрушению шины. В зоне протектора-каркаса резко увеличивается температура, так как внутреннее трение в шине становится более интенсивным, и уменьшается прочность связи между протектором и каркасом.

Под действием центробежных сил, значительных по величине при высоких скоростях качения, происходит отрыв участков протектора или элементов рисунка.

Скорость качения, при которой появляется «волна», считается критической скоростью качения шины.

Как правило, при качении на критической скорости шина разрушается после пробега 5—15 км.

При увеличении давления в шине критическая скорость увеличивается.

Однако практика показывает, что во время ШКХ скорость движения мотоциклов на некоторых участках на 20—25% превышает критическую скорость шин, определенную на стенде (при качении шины по барабану). При этом шины не разрушаются. Это объясняется тем, что при качении по плоскости деформация шины меньше (при одинаковом режиме), чем при качении по барабану, а следовательно, критическая скорость выше. Кроме того время движения мотоцикла со скоростью, превышающей критическую скорость шин, незначительно. При этом шина хорошо охлаждается встречным потоком воздуха. В связи с этим технические характеристики шин спортивных мотоциклов, предназначенных для ШКГ, допускают кратковременное превышение скорости в определенных пределах.

Качение шины в условиях ведущего и тормозного колеса. Качение шины в условиях ведущего колеса происходит при приложении к колесу крутящего момента Мкр.

Схема сил, действующих на ведущее колесо, приведена на рисунке.

Рис. Схема сил, действующих на шину ведущего колеса при качении

К колесу, нагруженному вертикальной силой Q, приложен крутящий момент Мкр.

Реакция дороги Qp, равная по величине нагрузке Q, смещена относительно оси колеса на некоторое расстояние а. Сила Qp создает момент сопротивления качению Мс:

Крутящий момент Мкр создает тяговую ситу Рт:

где Rк— радиус качения.

При качении шины в условиях ведущего колеса под действием крутящего момента происходит перераспределение касательных сил в контакте.

В передней по направлению движения части контакта касательные силы увеличиваются, в задней — уменьшаются. При этом равнодействующая касательных сил X равна тяговой силе Рт.

Мощность, затрачиваемая на качение ведущего колеса, равна произведению крутящего момента Мкр на угловую скорость Wк вращения колеса:

Это уравнение справедливо только в том случае, когда в контакте отсутствует проскальзывание.

Однако касательные силы вызывают проскальзывание элементов рисунка протектора относительно дороги.

В силу этого действительная величина скорости поступательного движения колеса Уд несколько ниже теоретической Vт.

Отношение действительной скорости поступательного движения Vд к теоретической Vт называется коэффициентом полезного действия колеса, учитывающим потери скорости на проскальзывание шины относительно дороги.

Величину проскальзывания а можно оценить по следующей формуле:

Очевидно, значение действительной скорости Vд может меняться в пределах от Vт до 0, т. е.:

Интенсивность проскальзывания зависит от величины касательных сил, определяемых в свою очередь величиной крутящего момента.

Ранее было показано:

Mкр = XRк;
Х = Рт = Qv,
где v — коэффициент сцепления шины с дорогой.

При увеличении крутящего момента до некоторого значения, превышающего критическое, величина равнодействующей касательных сил X становится выше допустимой и шина полностью проскальзывает относительно дороги.

Cуществующие мотоциклетные шины в диапазоне рабочих нагрузок могут передавать без полного проскальзывания крутящий момент 55—75 кгс*м (в зависимости от размера шины, величины нагрузки, давления и т. д.).

При торможении мотоцикла силы, действующие на шину, по характеру аналогичны силам, возникающим при работе шины в условиях ведущего колеса.

При приложении к колесу тормозного момента Мт в зоне контакта происходит перераспределение касательных сил. Наибольшие касательные силы возникают в задней части контакта. Равнодействующая касательных сил по величине и направлению совпадает с тормозной силой Т:

При увеличении тормозного момента Мт выше некоторого критического значения тормозная сила Т становится больше силы сцепления шины с дорогой (T>Qv) и в контакте начинается полное проскальзывание, наступает явление юза.

При торможении на юз в зоне контакта повышается температура протектора, падает коэффициент сцепления, резко увеличивается износ рисунка протектора. Эффективность торможения уменьшается (увеличивается тормозной путь).

Наиболее эффективное торможение происходит при значениях тормозной силы Т, близкой по величине силе сцепления шины с дорогой.

Следовательно, при использовании водителем динамических качеств мотоцикла в целях уменьшения износа шин к ведущему колесу должен подводиться крутящий момент, обеспечивающий наименьшее проскальзывание шины относительно дороги.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector