Что такое сопротивление качению шин — все про топливную экономичность резины

Сопротивление качению и промышленные колёса

Трение и сопротивление качению

Процесс трения (фрикционное взаимодействие) играет важную роль в промышленном мире и повседневной жизни. Сила трения оказывает сопротивление скольжению, вращению, качению, полёту объекта из-за его контакта с другим объектом. Она может быть полезной (к примеру, когда нужно задействовать тормоза, чтобы остановить автомобиль), или вредной (при попытке ехать с ногой на педали тормоза). Эта статья расскажет о важном аспекте промышленных колёс – о сопротивлении качению.

Сопротивление качению – притормаживающее действие, которое оказывает поверхность пола на шинку (контактный слой) катящегося колеса. Оно является мерой энергии, потерянной на определённом расстоянии.

Рассмотрим катящееся по плоской поверхности колесо. Его шинка деформируется, что вызывает некоторое сопротивление движению качения. Плоская поверхность также может деформироваться, особенно если она мягкая. Хорошие примеры сильно сопротивляющихся вращению поверхностей – грязь или песок. Катить тележку по асфальту значительно легче, чем по песку.

Факторы, влияющие на рассеивание энергии катящегося промышленного колеса:

  • трение контактирующих поверхностей;
  • упругие свойства материалов;
  • грубость поверхностей.

Трение качения и трение скольжения

Коэффициент трения качения не следует путать с коэффициентом трения скольжения. Коэффициент трения скольжения выражает отношение силы трения между телами и силы, прижимающей тела друг к другу. Данный коэффициент зависит от типа используемых материалов. К примеру, сталь на льду имеет низкий коэффициент трения, а резина на асфальте имеет высокий коэффициент трения.

Рисунок 2 поясняет понятие трения скольжения. Представьте силу, которую нужно применить, чтобы протянуть тяжёлый ящик по полу. Статическое трение требует применения определённой силы, чтобы сдвинуть ящик с места. С началом движения, возникает динамическое трение, требующее постоянного приложения определенной силы для поддержания движения. В этом примере, человек, толкающий ящик, прикладывает силу Fapp, ящик весит N, а пол создает силу трения f, которая сопротивляется движению.

Причина, по которой мы используем колёса для перемещения материалов в том, что они позволяют тратить значительно меньше силы. Представьте, что приходится волочь холодильник или пианино! Более того, подумайте, насколько легче было бы передвинуть вышеупомянутый ящик, если бы применялись колёса.

Сила, требуемая для передвижения оборудования на колёсах, велика только при старте. Ее часто называют «первоначальной или «стартовой» силой. Как только получено нужное ускорение, для продолжения движения необходима гораздо меньшая сила, которую называют «перманентной» или «катящей». Как правило «стартовая» сила превышает ее в 2-2.5 раза.

Расчёт силы трения качения

Помочь узнать сопротивление качению промышленных колёс помогает коэффициент трения качения. Его значение для различных материалов получено эмпирическим путем и может варьироваться в зависимости от скорости вращения колеса, нагрузки на колесо, материала опорной поверхности.

Читайте также:  Правила проезда железнодорожных переездов регулируемого и нерегулируемого, особенности, штрафы за на

В таблице ниже приведены коэффициенты трения качения наиболее распространенных материалов, из которых изготавливают промышленные колеса. Неудивительно, что самый мягкий, легко деформирующийся материал (резина) обладает самым высоким коэффициентом трения качения, а самый твёрдый материал (кованая сталь) – самым низким.

Что такое сопротивление качению шины?

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.

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.

Что такое сопротивление качению шины

К аждый владелец машины вам уверенно заявит, что от качества автомобильных шин очень сильно зависит не только управляемость авто, но и расход топлива, сцепление с асфальтом и динамика движения. Кроме того, мы уверены, что вы точно слышали о таком термине, как «сопротивление качению шин» и наверняка задавались вопросом о том, что он означает и как он влияет на общие свойства покрышек. В нашей статье мы рассмотрим, что такое сопротивление качению шины, и как шины с низким сопротивлением качению могут повысить топливную эффективность вашего автомобиля. Итак, приступим!

  • Что такое сопротивление качению шины?
  • Как конструкция покрышки влияет на сопротивление качению
  • Минимальное сопротивление качению шины
  • Сопротивление качению шин и экономия топлива
  • Резюме
Читайте также:  Замена клапанной прокладки Daewoo Nexia 8 и 16 клапанов; Авторемонт, замена своими силами

Что такое сопротивление качению шины?

Давайте разберемся, что такое сопротивление качению шин. Когда вы нажимаете на педаль газа в вашем автомобиле, вы начинаете ускоряться. Но если посмотреть более детально на сам процесс ускорения автомобиля, то можно увидеть, что нажимая на педаль газа вы передаете энергию от сгорания топлива в моторе, или электрическую энергию (все зависит от того, какой тип двигателя вы используете) через другие системы прямиком на шины вашего автомобиля. Это приводит к тому, что ваши покрышки начинают оборачиваться и набирать достаточный импульс, чтобы ваш автомобиль начал двигаться. Но для того, чтобы колесо начало двигаться, ваши покрышки должны преодолеть очень много факторов, которые препятствуют началу движения. И одним из этих факторов является сопротивление качению шины.

Если говорить техническим языком, то сопротивление качению шины – это минимальная энергия, которую ваше транспортное средство должно передать на колеса, чтобы поддерживать постоянную скорость на ровном дорожном полотне. Другими словами, это усилие, которое нужно для того, чтобы колесо постоянно двигалось.

Главным источником сопротивлению качения является процесс, который называется гистерезис. С технической точки зрения, гистерезис – это, по сути, потеря энергии, которая возникает при прохождении шины по поверхности дорожного полотна. Из-за того, что двигатель автомобиля должен постоянно компенсировать гистерезис, он должен вырабатывать дополнительную энергию, что приводит к увеличению расхода топлива.

Как конструкция покрышки влияет на сопротивление качения

Что такое сопротивление качению мы уже разобрались. Но от чего непосредственно зависит сопротивлении качению? Как бы это странно не звучало, но качение покрышки напрямую зависит от конструкции шины и ее свойств. Давайте детально рассмотрим все ключевые аспекты.

Сама конструкция и материалы, из которых она установлена, напрямую влияет на качение шины. Кроме того, иногда индекс сопротивления качению двух визуально одинаковых покрышек может отличаться практически в два раза. Помимо конструкции, на свойства качения покрышки сильно влияет индекс скорости. Высокий индекс скорости означает, что покрышка обладает высокой курсовой устойчивостью, а сама покрышка специально усилена, чтобы выдерживать большие нагрузки. Хоть такие покрышки и обеспечивают большую безопасность на высоких скоростях, но из-за этого приходится жертвовать увеличенной мощность сопротивления. Немаловажным параметром также является размерность колеса. Здесь все просто: чем больше диаметр колеса, тем меньшим будет сопротивление качению. Известно, что плюс один сантиметр к диаметру колеса – это минус 1% от общего числа сопротивления качению.

Читайте также:  Видеорегистратор с камерой заднего вида комплектация и принцип работы устройства

Если хотите, чтобы мощность вашего двигателя израсходовалась на то, чтобы придавать вашему авто нужное ускорение, тогда вам нужно выбрать правильный протектор колеса. Запомните, что чем глубже протектор на покрышке, тем больше величина сопротивления. Поэтому, когда покрышки уже изрядно износятся, сопротивления качению может упасть на целых 30% от первоначальной величины.

Также всегда обращайте внимание на давление воздуха в покрышках. Помните, что приспущенное колесо неправильно прилипает к дороге и неравномерно распределяет давление. В результате в автомобиле сильно ухудшается сцепление с дорожным полотном и падает управляемость. Кроме того, при езде на плохо накаченных шинах приводит к тому, что сами шины быстро нагреваются, деформируются. При этом, увеличивается сопротивление качению, увеличивается расход топлива и сами покрышки быстрее изнашиваются.

Минимальное сопротивление качению шины

Скажем сразу, что избавиться сопротивления качению шины нельзя исходя из законов физики. Но раз его нельзя полностью устранить, его можно попробовать свести к минимуму. Как мы уже выяснили, сопротивление качения шин вызвано гистерезисом. Чтобы минимизировать его влияние можно спроектировать покрышку таким образом, чтобы ее протектор был как можно меньше. Минусом такого подхода будет очень малый срок службы покрышки.

Второй способ более технологичен, ведь он требует разработки качественно новых материалов для шин. Покрышки из таких материалов получат снижение сопротивления качению благодаря тому, что они будут устойчивыми к выработке тепла и их протектор будет иметь минимальный прогиб во время сцепления с дорожным покрытием. Современные шины с низким сопротивлением качению используют именно второй подход.

Сопротивление качению шин и экономия топлива

Итак, если просуммировать все вышесказанное, можно сказать, что если мы выберем шины, у которых коэффициент сопротивления качению довольно низкий, то мы сможем больше мощности двигателя перенаправить на увеличение скорости или поубавить газ для экономии топлива. В целом, такое предположение вполне обосновано.

Чтобы проверить эту теорию на практике ученые из автомобильной индустрии провели ряд независимых тестов. В них использовались покрышки, у которых снижения сопротивление качению достигло 10-12 % по сравнению с обычными шинами. При этом, использовались шины от разных производителей. Само тестирование проводилось на гоночном треке на специальном спортивном седане. Во время теста автомобиль проехал около 400 км с несколькими заправками.

В результате тестирования ученые выяснили, что использование шин с низким сопротивлением качения позволило снизить расход топлива на 6 процентов по сравнению с обычными покрышками. В целом, это не очень большое преимущество. Но если брать в пересчете на годовой запас топлива, то может получить довольно неплохая экономия семейного бюджета.

Кроме того, в отчете исследования сказано, что на размер экономии топлива будет влиять не только коэффициент сопротивления качения покрышек, но и стиль вождения, качество дорожного покрытия и общее техническое состояние автомобиля. Поэтому, сам факт того, что вы обули ваше авто в покрышки с низким сопротивлением качения, еще не гарантирует вам того, что вы сможете получить достаточную экономию топлива ��

Ссылка на основную публикацию
Что такое сальник коленвала и как его поменять Видео
Что такое сальник коленвала и как его поменять Видео Что такое сальник коленчатого вала и как он устроен В процессе...
Что такое гидроблок в АКПП и как его отремонтировать
Что такое гидроблок АКПП-автоМастер Гидромодуль, клапанная плита управления или гидроблок – это один из самых ответственных узлов, который входит в...
Что такое Глиссер Выход на глиссирование лодки пвх
Глиссирование - что это такое, выход на глиссирование, скорость, режим, видео Такой максимально экономичный режим передвижения плавательных средств, как глиссирование,...
Что такое секвентальная коробка передач
Секвентальная КПП принцип работы, её плюсы и минусы Коробка переключения передач автомобиля является одним из самых прогрессирующих узлов транспортного средства....
Adblock detector