Вопрос 13. Причины потерь мощности, связанные с качением.

Мерилом потерь, связанных с качением является коэффициент сопротивления качению f, который численно равен мощности в Вт, теряемой при качении колеса, нагруженного нормальной силой в 1Н при скорости 1 м/с.

Из формулы (7) видно, что потери мощности происходят из-за:

1. Продольного сноса нормальной реакции а , а или а.

2. Неравенства кинематического и динамического радиусов.

Причинами наличия сноса являются:

В 1-м случае а -внутренние потери в материале шины, связанные с потерями в процессе сжатия-распрямления элементов шины в месте контакта колеса с дорогой, и в меньшей степени потери из-за трения элементов шины с дорогой. Несимметричность эпюры нормальных реакций при этом связана с тем, что элементарные нормальные реакции на набегающей части шины, больше элементарных нормальных реакций на сбегающей части.

Во 2-м случае а -потери, связанные с пластической деформацией грунта, причина смещения несимметричность контактной поверхности и, как следствие, несимметричность нормальных реакций.

В 3-м случае а – потери, связанные с внутренними потерями в шине и потерями на деформацию грунта.

Причинами неравенства динамического и кинематического радиусов являются:

В 1 случае r r из-за наличия зоны скольжения в задней части контакта. Скольжение элементов шины вызывает потери мощности, которые должны покрываться за счет мощности, подводимой к колесу.

Во 2-м случае изменение радиуса качения происходит в результате окружной деформации грунта и проскальзывания колеса относительно поверхности грунта.

В 3-м случае имеются потери мощности, связанные как с окружной деформацией шины, так и с деформацией дороги.

Т.о., в общем случае сопротивление качению обусловлено:

- гистерезисными потерями в материале шины;

- потерями на деформацию грунта;

- потерями на трение колеса о дорогу.

Например:

Ведомое колесо при качении по твердой дороге (85% - гистерезисные потери в шине; 10% - упругие деформации в материале дороги; 5%- потери связанные со скольжением контакта.

Вопрос 14. Влияние эксплуатационных и конструктивных факторов на величину к-та сопротивления качению.

По общепринятой методике f определяется в ведомом режиме, при котором имеют место только силовые потери.

Эксплуатационные факторы.

Тип дорожного покрытия.

Определяет в основном потери, связанные с деформацией опорной поверх-

ности. Чем больше деформация поверхности, тем больше f. Так на асфальтовом покрытии – f = 0,015…0,018, на укатанной грунтовой дороге - f = 0,025…0,035, на сухом песке - f = 0,1…0,3.

Наличие промежуточного слоя воды увеличивает f на 3…5%, наличие снега на 20…50%. Имеющиеся на дороге неровности вызывают деформацию шины и связанные с этим гистерезисные потери. Так булыжное покрытие имеет f в 1,5 раза выше, хотя деформация дороги практически та же.

2. Скорость движения. С увеличением скорости движения f увеличивает-

ся. Причиной этого являются волнообразные деформации беговой дорожки колеса, вызываемые качением по опорной поверхности, частота колебаний которых совпадает с собственной колебаний шины.

3. Давление воздуха в шине. Влияние давления воздуха в шине сказывается

на величине f по-разному на различных покрытиях. Так на дороге с твердым покрытием увеличение давления приводит к уменьшению f, при этом минимум f соответствует номинальному давлению. При Дальнейшем увеличении давления f начинает увеличиваться. При движении по деформируемой дороге уменьшение давления воздуха в шине приводит к увеличению потерь, связанных с деформацией шины, при этом уменьшаются потери, связанные с деформацией дороги.

4. Температура шины. При увеличении температуры шины на 100 С f уменьшается примерно в три раза.

5. Нагрузка на колесо. Увеличение нагрузки на колесо при неизменном давлении воздуха в шине приводит к увеличению f, причем, чем больше увеличивается нагрузка, тем более интенсивно увеличивается f. Чем больше деформируется поверхность дороги, тем существеннее зависимость f от нагрузки. На дорогах с твердым подслоем увеличение нагрузки может привести к снижению f.

6. Режимы качения колеса. У колеса в тормозном и ведущем режиме f растет с увеличением передаваемого момента, причем у тормозящего колеса эта зависимость меньше. При передаче момента ведущим колесом растут кинематические потери в степенной зависимости от величины передаваемого момента.

Конструктивные факторы.

1. Толщина протектора. С увеличением толщины f увеличивается, особенно у диагональных шин. По мере износа f уменьшается. Для полностью изношенной шины f меньше на 20…25%. У вне дорожных шин при движении по асфальту f больше на 25…30%, чем у дорожных.

2. Число слоев корда. У шин с шестислойным кордом f больше, чем у шины с трехслойным кордом на 5%.

3. Отношение ширины обода к ширине шины. С увеличением этого отношения f уменьшается.

4. Отношение высоты профиля шины к ее ширине. При уменьшении этого отношения f уменьшается.

5. Строение каркаса шины. При скоростях до 30…35 м/с меньшие значения f имеют радиальные шины, в среднем на 15…20%. При больших скоростях у низкопрофильных диагональных шин f ещё меньше. При износе протектора эти различия стираются.

6. Диаметр колеса. Увеличение диаметра колеса приводит к уменьшению f. Особенно сильно эта зависимость проявляется на дорогах с неровностями и на деформируемых дорогах.

7. Ширина колеса. Увеличение ширины колеса на дорогах с твердым покрытием незначительно увеличивает f, а на дорогах с деформируемым покрытием существенно снижает.

8. Рецептура резины. При движении по твердой дороге более 60% потерь на качение связано с внутренними потерями в шине. По этому за счет применения так называемых малогистерезисных шин возможно снижение f на 40%.

Лучшие образцы современных шин при использовании всех возможностей имеют f = 0,005.