Camgora.ru

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

Сила и мощность сопротивления качению

Сила и мощность сопротивления качению

Возникновение силы сопротивления качению при движении обусловлено потерями энергии на внутреннее трение в шинах, поверхностное трение шин о дорогу и образование колеи (на деформируемых дорогах). Потери на трение в шине необратимы, так как при деформации она нагревается и из нее выделяется теплота, которая рассеивается в окружающую среду.

Сила сопротивления качению (Рк) достигает наибольшего значения при движении по горизонтальной дороге.

(3.1)

где G – вес автомобиля, Н;

f – коэффициент сопротивления качению.

При движении на подъеме и спуске сила сопротивления качению уменьшается по сравнению с (Рк) на горизонтальной дороге, и тем значительнее, чем они круче и, следовательно: Рк = f·G·cosα

Коэффициент сопротивления качению зависит от многих конструктивных и эксплуатационных факторов и определяется экспериментально. Его средние значения для различных дорог при нормальном давлении воздуха в шине составляют 0,01–0,3. На дорогах с твердым покрытием сопротивление качению обусловлено главным образом деформациями шины. С ростом числа дорожных неровностей коэффициент сопротивления качению возрастает.

При скорости движения до 50 км/ч коэффициент сопротивления качению можно считать постоянным. При повышении скорости движения коэффициент сопротивления качению существенно увеличивается вследствие возрастания потерь энергии в шине на трение.

Коэффициент сопротивления качению в зависимости от скорости движения можно приближенно рассчитать по формуле:

(3.2)

где v – скорость автомобиля, км/ч.

На деформируемых дорогах коэффициент сопротивления качению определяется деформациями шины и дороги. В этом случае он зависит не только от типа шины, но и от глубины образующейся колеи и состояния грунта.

Коэффициент сопротивления качению во многом зависит от рисунка протектора, его износа, конструкции каркаса и качества материала шины.

На дорогах с твердым покрытием при уменьшении давления воздуха в шине коэффициент сопротивления качению повышается. На деформируемых дорогах при снижении давления воздуха в шине уменьшается глубина колеи, но возрастают потери на внутреннее трение в шине. Поэтому для каждого типа дороги рекомендуется определенное давление воздуха в шине, при котором коэффициент сопротивления качению имеет минимальное значение.

Зная силу сопротивления качению, можно определить мощность в кВт, затрачиваемую на преодоление этого сопротивления:

(3.3)

где v – скорость автомобиля, м/с.

Для горизонтальной дороги, где cos0° = 1 выражение 3.3 упростится.

Что такое сопротивление качению шины

При движении колеса часть энергии шина тратит на деформацию вследствие перемещения пятна контакта. Эта энергия вычитается из сообщенной телу кинетической энергии, и поэтому колесо тормозит. На сопротивление качению уходит до 25%-30 % энергии топлива. Впрочем, этот процент сильно зависит от скорости автомобиля. На больших скоростях он ничтожно мал.
Сопротивление качению зависит от многих конструктивных и эксплуатационных факторов:

1) Конструкции шины;
2) Давления воздуха в шине;
3) Температуры;
4) Нагрузки;
5) Скорости движения автомобиля;
6) Состояния дорожной поверхности.

В наибольшей степени сопротивление качению зависит от таких конструктивных параметров шин, как количество слоев и расположение нитей корда, толщина и состояние протектора. Уменьшение количества слоев корда, толщины протектора, применение синтетических материалов (и стекловолокна) с малыми гистерезисными потерями способствуют снижению сопротивления качению. С увеличением размера шины (диаметра) при прочих равных условиях сопротивление качению также снижается.
Велико влияние эксплуатационных факторов на величину момента сопротивления качению. Так, с повышением давления воздуха в шине и ее температуры сопротивление качению уменьшается. Наименьшее сопротивление качению имеет место при нагрузке, близкой к номинальной. С увеличением степени изношенности шины оно уменьшается.

На дорогах с твердым покрытием сопротивление качению во многом зависит от размеров и характера неровностей дороги, обусловливающих повышенное деформирование шин и подвески и, следовательно, дополнительные затраты энергии. При движении по мягким или грязным опорным поверхностям затрачивается дополнительная работа на деформирование грунта или выдавливание грязи и влаги, находящихся в зоне контакта колеса с дорогой.
Исследования показывают, что при движении автомобиля со скоростью до 50 км/ч сопротивление качению можно считать постоянным. Интенсивное увеличение сопротивления качению наблюдается при скорости свыше 100 км/ч. Объясняется это увеличением затрат энергии при ударах и колебательных процессах, происходящих в шине при высоких скоростях движения.

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.

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.

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%.

Как влияют параметры шин на экономичность автомобиля

При выборе шин для своего автомобиля, как правило, мало кто задумывается о том, что сопротивление качению шин и колес вносит свой, пусть не самый большой вклад в увеличение расхода топлива.

Насколько увеличивается расход горючего в каждом конкретном случае оценить сложно, результатами исследований и оценок отдельных специалистов «General Motors Proving Grounds» заявлены величины потерь всего в десятые доли литров. Насколько подобные заявления соответствуют действительности проверить или оспорить невозможно, но практически все автомобилисты могут подтвердить реально ощутимое изменение величины выбега автомобиля на холостом пробеге при замене с одной марки авторезины на другую (даже замены летней на зимнюю и наоборот).

Более достоверными являются сведения о характеристиках и условиях работы автомобильных покрышек, опубликованных непосредственными производителями авторезины. Согласно данным таких грандов как «Данлоп» и «Пирелли» уменьшение потерь, вызванных сопротивлением качения колеса, на 10 процентов снижает расход горючего на 2 процента.

Сопротивление катящегося колеса автомобиля связано с постоянно возникающей деформацией участка покрышки в месте контакта колеса с дорожным покрытием, вследствие смещения точки давления на дорогу. При этом разные участки резиновой ленты покрышки растягиваются и сжимаются одновременно.

В течение постоянных процессов сжатия и растяжения резины происходят так называемые процессы диссипации или рассеивания внутренней энергии деформации. Резина плохо проводит тепло и при отсутствии внешнего охлаждения (водой луж, снегом, морозным воздухом), в условиях длительного движения, колесо нагревается до значительной температуры. В отдельных случаях, при значительной перегрузке, возможно даже возгорание.

Справедливости ради попробуйте прикоснуться рукой к покрышке колеса своего автомобиля после длительного пробега.

Экспериментально доказано, что наилучшими, с точки зрения экономичности, являются шины, изготовленные на основе природного каучука. Далее, с небольшим снижением показателей идут шины из полиизопрена и бутадиена, значительно хуже показали себя бутил-бутадиеновые материалы.

Длительные практические испытания всевозможных моделей и марок шин, с разными протекторами и скоростными характеристиками показали следующее:

1. Для увеличения экономичности предпочтительно выбирать колеса с максимальным наружным диаметром и наименьшей высотой профиля.

2. Широкопрофильная шина всегда имеет более низкий коэффициент сопротивления качению, чем обычная.

3. Даже небольшое снижение давления воздуха в шине может значительно увеличить сопротивление качению. Например, при уменьшении давления воздуха в колесе на 40% сопротивление качению возрастает на 60%. Рекомендовано, для улучшения экономичности, увеличить давление на 10 процентов выше рекомендованных фирмой — производителем автомобиля. Основной причиной увеличения сопротивления качению при низком давлении является значительное уменьшение жесткости боковин покрышек.

Очень часто водители намеренно уменьшают давление воздуха в колесах, стараясь уменьшить общую жесткость системы «колесо+подвеска», тем самым повысить комфортность и мягкость хода. Последствия таких новаций – значительное увеличение сопротивления качению.

4. Колеса и шины, изготовленные из низкокачественных материалов, или предназначенные для езды по бездорожью конструктивно не будут экономичными. Модели, изготовленные для зимних условий, покажут неплохие результаты только при отрицательных температурах или повышенном внутреннем давлении воздуха. Высота протектора до определенного значения не влияет на экономичность, но при значениях близких к критичным 2 мм, экономичность шин снижается.

Все вышеприведенные материалы и выводы справедливы для исправной и правильно отрегулированной подвески автомобиля.

Читать еще:  Какие колеса тормозит ручник ниссан

При изменении угла развал-схождения колес на 1 градус по сравнению с расчетным, приводит к увеличению потерь на 12%. Износ боковин увеличивается на 15-18%, ресурсный пробег колеса падает практически на 20%.

При наличии хороших дорог наиболее экономичным вариантом для выбора шин является установка на диски большого диаметра низкопрофильных шин максимальной ширины с протектором, препятствующим возникновению эффекта аквапланирования. Неудобством такой резины может быть некоторое снижение комфорта езды для моделей с жесткой спортивной подвеской. Управляемость и экономичность на такой резине будет вне конкуренции.

Все приведенные рекомендации справедливы как для диагональных, так и радиальных вариантов шин. Но, в сравнении между собой, последние имеют характеристики более чем на 25% лучше конкурентов, независимо от фирмы изготовителя или модели. Поэтому нет необходимости рассматривать шины с заведомо более низкими параметрами, тем более, что в мировой практике фактически отказались от выпуска диагональных моделей авторезины.

1.2 Сила сопротивления качению

Соприкосновение шин с дорогой происходит по площади их контакта. В каждой точке площади контакта на шину действует бесконечно малая сила — элементарная нормальная реакция опорной поверхности. Равнодействующую нормальных сил к опорной плоскости элементарных реакций, приложенных к колесу со стороны опорной поверхности, называют нормальной реакцией опорной поверхности.

У ведомого колеса вся подведенная к нему энергия затрачивается на преодоление сил сопротивления качению, а у ведущего она расходуется как на сопротивление качению, так и на преодоление внешних сил. Ведущее колесо преобразует подведенный к нему крутящий момент в толкающую силу.

Рисунок 1.2 Схема приложения сил, моментов и реакций к эластичному автомобильному колесу при качении по твердой дороге.

Когда колесо с шиной катится по горизонтальной твердой поверхности, элементарные реакции dZ дороги и их равнодействующая Rz расположены вертикально. Можно считать, что на цементобетонных и асфальтобетонных покрытиях сопротивление качению возникает в основном за счет затрат энергии на деформирование шин, так как деформации дороги незначительны. Работа, затраченная на деформирование шины, больше, чем возвращенная в зоне восстановления ее формы, т.е. по мере выхода участка шины из контакта с дорогой часть энергии расходуется на внутреннее трение частиц резины. Поэтому давление в передней части контакта больше, чем в задней (рисунок 1.2), а равнодействующая нормальных реакций будет смещаться относительно вертикальной плоскости, проходящей через ось колеса, вперед на расстояние а. Это расстояние называют плечом сопротивления качению. Оно характеризует рассеяние энергии при качении колеса. Если колесо будет катиться под действием силы тяги Рк, то, составив уравнение моментов относительно точки А, получим:

,

где rД – динамический радиус колеса. Отсюда

, Н

Отношение называют коэффициентом сопротивления качению f:

.

Произведение fRZ=Pf называют силой сопротивления качению, представляющей условную количественную характеристику сопротивления качению колеса. Моментом сопротивления качению называют произведение

.

Коэффициенты сопротивления качению у ведущих и ведомых колес автомобиля практически можно считать равными, хотя на самом деле при расчетах, связанных с анализом происшествий, они различаются. Если нормальные реакции ведущих и ведомых колес будут равными RZ1=RZ2, то сила сопротивления качению автомобиля составит

, Н (1.3)

где G – сила тяжести автомобиля, в Н.

Мощность, необходимая для преодоления сопротивления качению при движении автомобиля со скоростью Va м/с, будет равна

кВт (1.4)

На менее ровных дорожных покрытиях (щебеночных, гравийных, булыжной мостовой) сопротивление качению возрастает от ударов колес о неровности покрытия. На грунтовых дорогах с мягкой поверхностью и на неуплотненном снеге сила сопротивления качению увеличивается за счет, усилия, затрачиваемого на деформирование грунта или снега при образовании колеи.

Сопротивление качению несколько уменьшается с увеличением размера (и соответственно грузоподъемности) шин. При постоянном внутреннем давлении в шине повышение нормальной нагрузки на колесо приводит к возрастанию силы сопротивления движению. Увеличение нагрузки на 20% сверх максимально допустимой повышает коэффициент сопротивления качению примерно на 4%. В реальных дорожных условиях коэффициент сопротивления качению возрастает с увеличением скорости и при движении по твердой дороге изменяется в широких пределах (в 2 — 3 раза).

При расчетах, связанных с анализом автотранспортных происшествий, можно пользоваться данными таблицы Приложение.2. Для учета же изменения коэффициента сопротивления качению при высоких скоростях движения (до 11—13,9 м/с он практически не изменяется) можно пользоваться эмпирической формулой

(1.5)

или несколько уточнённой

, (1.6)

где f – коэффициент сопротивления качению при движении со скоростью до 11 – 13,9 м/с (таблица П 1.2).

Так, сила и мощность сопротивления качению автомобиля ГАЗ-24 (его масса с пассажирами G =1825 кг) при движении по дороге с асфальтобетонным покрытием, находящимся в отличном состоянии (f=0,015), со скоростью V1 =13,9 м/c(50км/ч) и V2=33,3 м/c(120км/ч,) составляют:

сила сопротивления качению

Н;

мощность сопротивления качению

кВт;

Н;

кВт

При движении по деформирующимся грунтовым дорогам (с образованием колеи) зависимость между силой сопротивления качению и массой колеса более сложная:

, Н

где Н – глубина колеи после прохода колеса, м;

D – диаметр колеса, м;

ξ – коэффициент, меняющийся от 0,6 до 1,0 в зависимости от состояния грунта;

Gк – весовая нагрузка на колесо, кг.

Составляющая массы автомобиля на уклонах дороги равна Ph=G∙cosα (см. рисунок 1.1), поэтому сила сопротивления качению на уклонах составляет:

Уклон дороги i и коэффициент сопротивления качению в совокупности определяют общее дорожное сопротивление. Сила дорожного сопротивления равна:

, Н (1.8)

Алгебраическую сумму f+i=φ называют коэффициентом дорожного сопротивления.

Следовательно, Рφ=Gφ Н и

кВт (1.9)

Сила сопротивления подъему всегда действует одновременно с силой сопротивления качению, поэтому коэффициент φ, учитывающий оба вида сопротивления движению, имеет большое значение в практических расчетах.

Коэффициент сопротивления качению


Коэффициент сопротивления качению существенно влияет на потери энергии при движении автомобиля. Он зависит от многих конструктивных и эксплуатационных факторов и определяется экспериментально. Его средние значения для различных дорог при нормальном давлении воздуха в шине составляют 0,01 . 0,1.
Рассмотрим влияние различных факторов на коэффициент сопротивления качению.
Скорость движения. При изменении скорости движения в интервале 0. 50 км/ч коэффициент сопротивления качению изменяется незначительно и его можно считать постоянным в указанном диапазоне скоростей.
При повышении скорости движения за пределами указанного интервала коэффициент сопротивления качению существенно увеличивается (рис. 3.15, а) вследствие возрастания потерь энергии в шине на трение.
Коэффициент сопротивления качению в зависимости от скорости движения можно приближенно рассчитать по формуле 3
uде v— скорость автомобиля, км/ч.
Тип и состояние покрытия дороги. На дорогах с твердым покрытием сопротивление качению обусловлено главным образом деформациями шины.
При увеличении числа дорожных неровностей коэффициент сопротивления качению возрастает.
На деформируемых дорогах коэффициент сопротивления качению определяется деформациями шины и дороги. В этом случае он зависит не только от типа шины, но и от глубины образующейся колеи и состояния грунта.
Значения коэффициента сопротивления качению при рекомендуемых уровнях давления воздуха и нагрузки на шину и средней скорости движения на различных дорогах приведены ниже:
Асфальто- и цементобетонное шоссе:
в хорошем состоянии 0,007. 0,015
в удовлетворительном состоянии 0,015. 0,02
Гравийная дорога в хорошем состоянии 0,02. 0,025
Булыжная дорога в хорошем состоянии 0,025. 0,03
Грунтовая дорога сухая, укатанная 0,025. 0,03
Песок 0,1. 0,3
Обледенелая дорога, лед 0,015. 0,03
Укатанная снежная дорога 0,03. 0,05
Тип шины. Коэффициент сопротивления качению во многом зависит от рисунка протектора, его износа, конструкции каркаса и качества материала шины. Изношенность протектора, уменьшение числа слоев корда и улучшение качества материала приводят к падению коэффициента сопротивления качению вследствие снижения потерь энергии в шине.
Давление воздуха в шине. На дорогах с твердым покрытием при уменьшении давления воздуха в шине коэффициент сопротивления качению повышается (рис. 3.15, б). На деформируемых дорогах при снижении давления воздуха в шине уменьшается глубина колеи, но возрастают потери на внутреннее трение в шине. Поэтому для каждого типа дороги рекомендуется определенное давление воздуха в шине, при котором коэффициент сопротивления качению имеет минимальное значение.
Нагрузка на колесо. При увеличении вертикальной нагрузки на колесо коэффициент сопротивления качению существенно возрастает на деформируемых дорогах и незначительно — на дорогах с твердым покрытием.
Момент, передаваемый через колесо. При передаче момента через колесо коэффициент сопротивления качению возрастает (рис. 3.15, в) вследствие потерь на проскальзывание шины в месте ее контакта с дорогой. Для ведущих колес значение коэффициента сопротивления качению на 10. 15 % больше, чем для ведомых.
Коэффициент сопротивления качению оказывает существенное влияние на расход топлива и, следовательно, на топливную экономичность автомобиля. Исследования показали, что даже небольшое уменьшение этого коэффициента обеспечивает ощутимую экономию топлива. Поэтому неслучайно стремление конструкторов и исследователей создать такие шины, при использовании которых коэффициент сопротивления качению будет незначительным, но это весьма сложная проблема.

Шины Pirelli цена

Хорошая резина и диски от УкрШина, шины Pirelli цена — хорошие цены, по луганску.

Коэффициенты сопротивления качению и сцепления как показатели взаимодействия автотранспортных средств с опорной поверхностью

Автомобильное колесо с пневматической шиной является наиболее распространенным движителем АТС. Под движителем вообще понимается рабочий механизм, взаимодействующий с поверхностью дороги или грунтом и обеспечивающий передвижение машины. Движители могут быть колесными, гусеничными, шнековыми, шагающими и т.д.

Коэффициент сопротивления качению. Колесо преобразует вращательное движение в поступательное и при этом происходят потери мощности. Количественной мерой потерь является коэффициент сопротивления качению f. Его физический смысл заключается в том, что он численно равен мощности в ваттах, теряемой при качении колеса, нагруженного силой Pz = 1 Н при скорости Vx = 1 м/c.

Значительное влияние на величину коэффициента сопротивления качению, оказывают:

— конструктивные параметры шин (материал, конструкция и состояние);

— давление воздуха в шине;

— нагрузка на колесо;

— тип и состояние покрытия дороги;

— режим движения колеса.

Коэффициент сопротивления качению существенно снижается с увеличением температуры шины. Например, изменение температуры на 100º С (от -7 до +93º С) у шин обычной конструкции уменьшает сопротивление качению почти в три раза.

Сцепление колеса с опорной поверхностью. При передаче момента через колесо некоторые элементы шины скользят относительно опорной поверхности. Чем больше момент, тем больше элементов шины скользят. Однако продольная реакция Rx продолжает расти. При некоторой степени скольжения она достигает максимального значения, а затем уменьшается. Скольжение колеса в тормозном режиме удобно характеризовать коэффициентом скольжения S. В ведущем режиме этот коэффициент — коэффициент буксования.

Эти коэффициенты изменяются от нуля до единицы (либо чистое буксование, либо чистое скольжение).

Читать еще:  Что дает прошивка двигателя

Наибольшего значения коэффициент сцепления достигает на сухих чистых дорогах с асфальтобетонным покрытием.

Наименьшее значение коэффициент сцепления имеет на обледенелых и заснеженных дорогах при температурах близких к нулю, причем при снижении температуры коэффициент сцепления на таких дорогах увеличивается.

Коэффициент сцепления j зависит от многих конструктивных и эксплуатационных факторов:

— величины скольжения (буксования);

— типа и состояния покрытия дороги;

— скорости движения АТС;

— размеров колеса и конструктивных особенностей шины;

— нормальной нагрузки на шину и т.д.

Большое влияние на коэффициент сцепления оказывает шероховатость покрытия дороги, определяемая высотой и формой выступающих над общей поверхностью покрытия неровностей.

Увеличение скорости особенно сильно снижает коэффициент сцепления на мокрых и загрязненных дорогах с недостаточной шероховатостью.

Из конструктивных особенностей шины наибольшее влияние оказывают рисунок протектора, размеры колеса и давление воздуха в шинах.

На сухих дорогах с твердым покрытием коэффициент сцепления несколько возрастает с увеличением коэффициента насыщенности рисунка протектора, т. е. с увеличением отношения площади контакта по выступам рисунка протектора к общей площади контакта. На мокрых дорогах коэффициент сцепления тем выше, чем лучше рисунок протектора обеспечивает отвод влаги и грязи из зоны контакта.

Давление воздуха в шинах по-разному влияет на величину коэффициента сцепления. На сухих чистых дорогах с твердым покрытием увеличение давления воздуха до некоторых пределов увеличивает коэффициент сцепления в связи с тем, что в результате повышения удельных давлений улучшаются условия выдавливания из контакта влаги или грязи. На деформируемых дорогах (рыхлый снег, песок, размокшая грунтовая дорога) к повышению коэффициента сцепления приводит уменьшение давления воздуха. Исключение составляют деформируемые покрытия с твердым подслоем. На таких дорогах при увеличении давления воздуха колесо продавливает мягкий подслой, в результате чего сцепление улучшается.

Как шины влияют на расход топлива

Вы меняли шины и заметили разницу в расходе топлива? Это очень возможно, потому что подходящие шины для вашего автомобиля являются одним из факторов, которые могут повлиять на вашу экономию топлива или более высокие расходы.

Во времена, когда цены на топливо высоки, и мы слышим об опасностях загрязненного воздуха со всего мира, стоит искать более оптимальные решения, которые будут более щедрыми для нашего кошелька и окружающей среды.

Топливная эффективность шин и сопротивление качению

Если вы хотите выбрать шины, которые не способствуют увеличению сгорания и, следовательно, имеют наивысшую энергоэффективность, сначала проверьте этикетку шины .

По закону, шины, продаваемые в странах Европейского Союза, должны иметь видимую маркировку. Это информация для водителей о производительности модели в трех ключевых категориях:

класс топливной эффективности шины,

торможение и сцепление на мокрой дороге,

уровень излучаемого шума .

Сгорание топлива и сопротивление качению

Если вы хотите выбрать шины с наименьшим средним сопротивлением качению и, следовательно, с наивысшей энергоэффективностью, вам следует обратить внимание на шины с классом «А» на этикетке — лучшие из семи классов по сопротивлению качению и горению.

Представленные значения позволяют сравнивать разные модели, что однозначно помогает при выборе нового набора. Помните, однако, что при изменении размера шины ее свойства могут измениться.

Что такое сопротивление качению шины?

Это оптимизированное соотношение между затратами энергии на движение и внешними факторами, которые замедляют его. На сопротивление качению влияют аэродинамическое сопротивление, вес, структура и форма протектора, микроскольжение и уровень давления.

Что еще влияет на уменьшение сгорания?

Структура шин

Вес шины — это элемент, который, несомненно, влияет на уровень сгорания — взаимосвязь очень простая, чем легче модель, тем меньше сопротивление качению, и автомобиль использует меньше энергии для перемещения колес.

Также тип конструкции шин оказывает влияние на уровень выделяемых выхлопных газов, диагональные модели — некогда единственные на рынке, имели на 20% более высокое сопротивление качению по сравнению с радиальными.

Сгорание топлива не связано с формой протектора (до 60% сопротивления качению шины). Расположение блоков и других элементов лицевой поверхности шины влияет на ее деформацию или изгиб во время движения, что напрямую приводит к снижению (более жесткости) или повышению сопротивления качению.

Почему стоит проверить, какие материалы использовались для построения конкретной модели? Для получения резиновой смеси, которая впоследствии используется в процессе изготовления шин, используются различные типы каучука (бутадиен, натуральный и бутадиен-стирол), наполнители (сажа и диоксид кремния) и вулканизующий агент, то есть сера.

Более низкое сопротивление качению характерно для шин, которые состоят из большего количества бутадиеновых частей и наполнителя (предпочтительно кремнезема с силановым связующим в форме силанов).

Как уменьшить расход топлива?

Стоит вспомнить о шинах сегмента Eco, большинство производителей предлагают экологичные модели, но также и экономичные. Этот тип шин характеризуется пониженным сопротивлением качению, что может повлиять на стоимость топлива в долгосрочной перспективе.

Однако, прежде чем выбирать такие шины, вы должны проверить, подойдут ли они вашему автомобилю, стилю вождения и потребностям.

Начальник технического отдела

Размер шин

Размер модели также важен, поэтому очень часто сезонные испытания шин проводятся с определенным размером, чтобы гарантировать их измеримость и надежность, поскольку изменение одного из параметров влияет на результаты испытаний.

Ширина шины и сгорание — это одна из проблем, которая беспокоит водителей, и, как выясняется, размер имеет значение с точки зрения сопротивления качению.

Если водитель решает изменить размер шины при смене комплекта сезонных шин, это может повлиять на разницу в стоимости топлива.

Низкопрофильные шины имеют свои преимущества и недостатки, но они, безусловно, делают шину более жесткой и, следовательно, имеют более низкое сопротивление качению.

Учитывая широкие шины , стоит знать, что уменьшение их размеров всего на 1 см приведет к снижению аэродинамического сопротивления примерно на 1,5%.

Обычно водители меняют ширину обода по эстетическим соображениям, и изменение размера (конечно, в пределах допустимых для данной модели автомобиля) может повлиять на жесткость шин.

Износ шин и его влияние на экономию топлива

Шина изнашивается, стирая последующие слои протектора, что напрямую влияет на поддержание оптимальных параметров шины во время движения. Чем меньше протектор и чем мельче протектор, тем ниже сопротивление качению, но тем хуже сцепление с мокрой дорогой. Такой изношенный продукт больше не защищает от проскальзывания и не обеспечивает короткого тормозного пути, поэтому важно своевременно менять шины. Значительный износ протектора также может привести к снижению веса и увеличению жесткости шины.

Давление в шинах

Более низкое давление в шинах означает, что шины будут больше изгибаться и деформироваться , что приведет к увеличению сопротивления качению.

снижение давления на 0,3 бар — увеличение сопротивления качению на 6%,

снижение давления на 1 бар — увеличение сопротивления качению на 30% — увеличение расхода топлива на несколько процентов.

Одним из наиболее важных элементов, определяющих уровень расхода топлива, является давление в шинах.

Когда давление падает, сопротивление качению и, следовательно, горение значительно возрастают. Поэтому не забывайте регулярно проверять свое транспортное средство (не реже одного раза в месяц) и поддерживать уровень давления в соответствии с рекомендациями изготовителя транспортного средства. Кроме того, уровень инфляции также следует корректировать с учетом текущей нагрузки. Поэтому, если вы собираетесь путешествовать с семьей или перевозить большие грузы, не забудьте позаботиться об этой важной проблеме.

Начальник технического отдела

Как водить, чтобы уменьшить сгорание?

Обычного расчета расхода топлива недостаточно, чтобы ездить по-настоящему экономно. Когда мы говорим о способах снижения расхода топлива, стоит также упомянуть популярную в настоящее время концепцию экологичного вождения , то есть принципы экономичного вождения.

Несколько простых приемов позволяют водителям существенно влиять на процесс сгорания, вам нужно только выработать новые полезные привычки во время вождения.

Среди нескольких основных методов мы можем упомянуть:

избегая динамического торможения и ускорения,

езда на максимально возможной передаче,

контроль дороги и окружающей среды перед нами, так что наши маневры планируются заранее.

Коэффициент сопротивления качению

Коэффициент сопротивления качению существенно влияет на потери энергии при движении автомобиля. Он зависит от многих конструктивных и эксплуатационных факторов и определяется экспериментально. Его средние значения для различных дорог при нормальном давлении воздуха в шине составляют 0,01 . 0,1.

Рис 3.15. Зависимости коэффициента сопротивления качению от

скорости движения (а), давления воздуха в шине (б) и момента,

передаваемого через колесо (в)

Рассмотрим влияние различных факторов на коэффициент со­противления качению.

Скорость движения.При изменении скорости движения в ин­тервале 0. 50 км/ч коэффициент сопротивления качению изме­няется незначительно и его можно считать постоянным в указан­ном диапазоне скоростей.

При повышении скорости движения за пределами указанного интервала коэффициент сопротивления качению существенно уве­личивается (рис. 3.15, а)вследствие возрастания потерь энергии в шине на трение.

Коэффициент сопротивления качению в зависимости от ско­рости движения можно приближенно рассчитать по формуле

f =(115+v)/10000

где v — скорость автомобиля, км/ч.

Тип и состояние покрытия дороги.На дорогах с твердым по­крытием сопротивление качению обусловлено главным образом деформациями шины.

При увеличении числа дорожных неровностей коэффициент сопротивления качению возрастает.

На деформируемых дорогах коэффициент сопротивления ка­чению определяется деформациями шины и дороги. В этом случае он зависит не только от типа шины, но и от глубины образую­щейся колеи и состояния грунта.

Значения коэффициента сопротивления качению при рекомен­дуемых уровнях давления воздуха и нагрузки на шину и средней скорости движения на различных дорогах приведены ниже:

Асфальто- и цементобетонное шоссе:

в хорошем состоянии. 0,007. 0,015

в удовлетворительном состоянии. 0,015. 0,02

Гравийная дорога в хорошем состоянии. 0,02. 0,025

Булыжная дорога в хорошем состоянии. 0,025. 0,03

Грунтовая дорога сухая, укатанная. 0,025. 0,03

Обледенелая дорога, лед. 0,015. 0,03

Укатанная снежная дорога. 0,03. 0,05

Тип шины.Коэффициент сопротивления качению во многом зависит от рисунка протектора, его износа, конструкции каркаса и качества материала шины. Изношенность протектора, уменьше­ние числа слоев корда и улучшение качества материала приводят к падению коэффициента сопротивления качению вследствие снижения потерь энергии в шине.

Давление воздуха в шине.На дорогах с твердым покрытием при уменьшении давления воздуха в шине коэффициент сопро­тивления качению повышается (рис. 3.15, б). На деформируемых дорогах при снижении давления воздуха в шине уменьшается глу­бина колеи, но возрастают потери на внутреннее трение в шине. Поэтому для каждого типа дороги рекомендуется определенное давление воздуха в шине, при котором коэффициент сопротивле­ния качению имеет минимальное значение.

Читать еще:  Двс своими руками чертежи

Нагрузка на колесо.При увеличении вертикальной нагрузки на колесо коэффициент сопротивления качению существенно возрастает на деформируемых дорогах и незначительно — на до­рогах с твердым покрытием.

Момент, передаваемый через колесо.При передаче момента через колесо коэффициент сопротивления качению возрастает (рис. 3.15, в)вследствие потерь на проскальзывание шины в месте ее контакта с дорогой. Для ведущих колес значение коэффициента сопротивления качению на 10. 15 % больше, чем для ведомых.

Коэффициент сопротивления качению оказывает существен­ное влияние на расход топлива и, следовательно, на топливную экономичность автомобиля. Исследования показали, что даже не­большое уменьшение этого коэффициента обеспечивает ощути­мую экономию топлива. Поэтому неслучайно стремление конст­рукторов и исследователей создать такие шины, при использова­нии которых коэффициент сопротивления качению будет незна­чительным, но это весьма сложная проблема.

Сила сопротивления подъему

Вес автомобиля, который движется на подъеме, можно разло­жить на две составляющие (см. рис. 3.12): параллельную и перпен­дикулярную поверхности дороги. Составляющая силы тяжести, параллельная поверхности дороги, представляет собой силу со­противления подъему, Н:

Рп= G sin α,

где G — вес автомобиля, Н; α — угол подъема, °.

Рис. 3.16. Зависимости силы сопро­тивления подъему Рпи мощности Nп, необходимой для его преодоле­ния, от скорости автомобиля

В качестве характеристики кру­тизны подъема наряду с углом α используют величину i, называе­мую уклоном и равную i = Нп/Bп , где Нп высота подъема; Вп длина его проекции на горизон­тальную плоскость. Сила сопротивления подъему может быть направлена как в сто­рону движения, так и против него. В процессе подъема она дей­ствует в направлении, противоположном движению, и является силой сопротивления движению. При спуске эта сила, направлен­ная в сторону движения, становится движущей.

Зная силу сопротивления подъему, можно определить мощ­ность, кВт, необходимую для преодоления этого сопротивления:

,

где v — скорость автомобиля, м/с.

Зависимости силы сопротивления подъему Рпи мощности Nп,необходимой для преодоления этого сопротивления, от скорости автомобиля v приведены на рис. 3.16.

Сила сопротивления дороги

Сила сопротивления дороги представляет собой сумму сил со­противления качению и сопротивления подъему:

Рд = f G cos α+ G sin α= G (f cos α + sin α).

Выражение в скобках, характеризующее дорогу в общем слу­чае, называется коэффициентом сопротивления дороги:

ψ = f cos α + sin α.

При малых углах подъема (не превышающих 5°), характерных для большинства автомобильных дорог с твердым покрытием, ко­эффициент сопротивления дороги

ψ = f + i.

Рис. 3.17. Зависимости силы сопро­тивления дороги Рди мощности Nд , затрачиваемой на его преодоление, от скорости автомобиля

Сила сопротивления дороги в этом случае

Рд = ψ G.

Зная силу сопротивления доро­ги, можно определить мощность, кВт, необходимую для его преодо­ления:

,

где скорость автомобиля v выражена в м/с, вес G – в Н, мощ­ность Nд — в кВт.

Зависимости силы сопротивления дороги Рди мощности Nд, затрачиваемой на его преодоление, от скорости автомобиля v представлены на рис. 3.17.

Сила сопротивления воздуха

При движении действие силы сопротивления воздуха обуслов­лено перемещением частиц воздуха и их трением о поверхность автомобиля. Если он движется при отсутствии ветра, то сила со­противления воздуха, Н:

тогда как при наличии ветра

где kв коэффициент сопротивления воздуха (коэффициент об­текаемости), Н·с 2 /м 4 ; Fa— лобовая площадь автомобиля, м 2 ; v — скорость автомобиля, м/с; vв — скорость ветра, м/с (знак «+» со­ответствует встречному ветру, знак «–» — попутному).

Коэффициент сопротивления воздуха, зависящий от формы и качества поверхности автомобиля, определяется эксперимен­тально при продувке в аэродинамической трубе.

Коэффициент сопротивления воздуха, Н·с 2 /м 4 , составляет 0,2. 0,35 для легковых автомобилей, 0,35. 0,4 — для автобусов и 0,6. 0,7 — для грузовых автомобилей. При наличии прицепов со­противление воздуха увеличивается, так как возрастает наружная поверхность трения и возникают завихрения воздуха между тяга-

Рис. 3.18. Площади лобового сопротивления легкового (а) и грузового

(б) автомобилей

чом и прицепами. При этом каждый прицеп вызывает увеличение коэффициента kвв среднем на 15. 25 %.

Лобовая площадь автомобиля зависит от его типа (рис. 3.18). Ее приближенное значение, м 2 , можно вычислить по следующим фор­мулам:

Fa= BHa— для грузовых автомобилей и автобусов;

Fa = 0,78BaHa— для легковых автомобилей,

где В — колея колес автомобиля, м; На наибольшая высота автомобиля, м; Ва наибольшая ширина автомобиля, м.

Мощность, кВт, затрачиваемая на преодоление сопротивле­ния воздуха:

при отсутствии ветра;

при отсутствии ветра.

Зависимости силы сопротивления воздуха Рви мощности Nв,необхо­димой для преодоления этого сопро­тивления, от скорости автомобиля v приведены на рис. 3.19.

Рис. 3.19. Зависимости силы сопротивле­ния воздуха Рви мощности Nв ,необхо­димой для преодоления этого сопротив­ления, от скорости автомобиля

Сила сопротивления разгону

Сила сопротивления разгону воз­никает вследствие затрат энергии на раскручивание вращающихся частей двигателя и трансмиссии, а также колес при движении автомобиля с ускорением.

Сила сопротивления разгону, Н:

,

Рис. 3.20. Зависимости силы сопротивления разгону Рии мощности Nи ,необходимой для преодоления этого сопро­тивления, от скорости авто­мобиля

где G — вес автомобиля, Н; g — ус­корение силы тяжести, м/с 2 ; δвр — коэффициент учета вращающихся масс автомобиля; j — ускорение ав­томобиля, м/с 2 .

Мощность, кВт, затрачиваемая на разгон:

Зависимости силы сопротивления разгону Рии мощности Nи,необходимой для преодоления этого сопротивления, от скорости автомобиля v представлены на рис. 3.20.

Сопротивление качению в зимних шинах уменьшается.

Fuel Saver, Eco Impact, Ecopia, Energy Saver, Efficient Grip: если вы покупали в этом году новые летние шины, то наверняка обратили внимание на то, как часто производители упоминают о минимальном сопротивлении качению и сниженном расходе топлива. Но на зимних шинах вы напрасно будете искать обозначения этих качеств. Что же, снижение выброса СО2 не актуально для зимних шин? Или хорошее сцепление на льду и снегу по своей природе несовместимо со сбережением энергии? Нет — говорят эксперты «TÜV SÜD» — немецкой компании, специализирующейся на контроле качества и сертификации в сфере услуг. Эксперты готовы не только рассказать о развитии производства зимних шин, но и дать несколько практических советов — на что обратить особое внимание покупателю: снег, дождь, сцепление или безопасность окружающей среды.

Прошлое и настоящее.

Вернемся лет на десять назад, когда переход на зимние шины сразу же давал о себе знать: дрожащий руль, громкий шум и ощутимое увеличение расхода топлива — все это было тогда в порядке вещей. «Зачастую переход на зимние шины повышал расход топлива на поллитра на каждые сто километров. Но сейчас все это в прошлом. В последние годы при разработке зимних шин производители заботятся и о ходовых характеристиках и о низком сопротивлении качению» — говорит Михаель Штауде, эксперт по шинам в «TÜV SÜD Automotive». Это доказывают и тесты зимних шин: в том, что касается сопротивления качению, зимняя резина не уступает летней. И чтобы еще сильнее улучшить эти показатели, с ноября 2012 года предельные значения для шинной продукции будут постепенно ужесточаться. Цель — снижение выброса СО2 даже в зимний период. На продукции будет ставиться клеймо, на котором сразу будут видны основные свойства шины. Параметры: сцепление на мокрой дороге, расход топлива, сопротивление качению и генерация шума.

Исследования и тесты.

Прежде чем покупать зимние шины, автолюбитель должен ясно представлять себе, как он собирается использовать машину в холодное время года. Если вы часто ездите за город, на первом месте для вас будут показатели шин при движении по снегу и льду. Много ездите по городу? Тогда для вас важнее износоустойчивость и ходовые характеристики на мокрой дороге. Если вы уже знаете, чего хотите от зимних шин — изучите результаты шинных тестов. А заслуживающие доверия тесты информируют, помимо прочего, и о сопротивлении качению.

Безопасность и экологичность.

Сбережение энергии не должно происходить в ущерб безопасности. «Продукция известных крупных производителей шин представляет собой компромисс таких показателей, как сцепление на снегу, долговечность, движение на мокрой и сухой дороге, а также низкого сопротивления качению» — говорит Штауде.

Давление и расход топлива.

Давление наполнения оказывает большое влияние на расход топлива. Снижение давления на несколько десятых долей бар повышает сопротивление качению до 20 процентов — и многократно понижает безопасность. Каждый год жители Евросоюза теряют свыше двух миллиардов евро из-за недостаточного давления в шинах! «Если давления в ваших шинах будет на 0,2-0,3 бар больше — это не повредит» — советует Штауде. Однако если вашим зимним шинам приходится выдерживать предельные нагрузки — например, в горах, — тогда лучше придерживаться предписанного давления. Штауде: «Тогда шина проявляет свои лучшие показатели».

Протектор и инструкции.

Хотя, согласно европейскому законодательству, минимально допустимая остаточная глубина рисунка протектора у зимних шин составляет, как и у летних, 1,6 миллиметра, но эксперты и производители шин придерживаются того мнения, что глубина протектора зимних шин должна быть не менее четырех миллиметров. Не в последнюю очередь это связано с конструкцией зимних шин, у которых резиновые смеси каркаса и протектора различаются гораздо сильнее, чем у летней резины. При вулканизации разные составы резины смешиваются в пограничной зоне. Вследствие этого, если шина сильно изношена, обнажается зона смешения различных составов, пропадает нужная консистенция и необходимые показатели. К тому же, эффективность снижается из-за того, что зимние шины состоят главным образом из ламелей. «Чем короче становятся ламели, тем они менее эластичны — что плохо сказывается на сцеплении» — поясняет специалист по шинам.

Ширина и ходовые характеристики.

Эмпирическая формула для шин на снегу: чем уже шина, тем лучше сцепление. И еще: у более узких шин более низкое сопротивление качению и следовательно, такие шины гораздо экологичнее широкопрофильных «шлепанцев». Почти все автомобили могут ездить с шинами различной ширины. Зимой лучше выбирать самые узкие шины, какие только возможно.

Европа и Азия.

Эксперты констатируют: за время экономического кризиса состояние автомобилей на дорогах Европы значительно ухудшилось. Автовладельцы экономят и на покупке шин. Шины дальневосточного производства могут оказаться выгодной альтернативой. Однако следует проявить осторожность и перед покупкой дешевых шин ознакомиться с результатами тестирований.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector