Сопротивление качению колеса: Колесо и дорога. Силы действующие на колесо

Шины с низким сопротивлением качению стали очень популярными, особенно для гибридных и экономичных автомобилей.

Сопротивление качению шин

Шины с низким сопротивлением качению стали очень популярными, особенно для гибридных и экономичных автомобилей.

Если вы когда-нибудь ходили по магазинам шин, вы, вероятно, натолкнулись на фразу «Low Rolling Resistance» (LRR) и обнаружили, что вам интересно, что это значит. Сопротивление качению — это сила, необходимая для поддержания движения шины по прямой линии с постоянной скоростью. Чем больше сопротивление качению вашей шины, тем менее экономичным становится ваш автомобиль.

Несколько факторов могут оказать непосредственное влияние на топливную экономичность шины. Внутренняя конструкция шины и ее резиновая смесь способствуют сопротивлению качению. Шины с более низким сопротивлением качению часто имеют более тонкие боковые стенки, более мелкие протекторные блоки и специальные резиновые смеси. Эти функции работают вместе, чтобы уменьшить количество энергии, необходимой для вращения шины, тем самым увеличивая эффективность использования топлива.

ЯВЛЯЮТСЯ ЛИ НИЗКОПРОКАТНЫЕ ШИНЫ БОЛЕЕ ЭКОНОМИЧНЫМИ?

Многие бренды в настоящее время производят экономичные шины с низким сопротивлением качению. Тем не менее, не существует законодательного отраслевого стандарта для определения требований к шинам с низким сопротивлением качению. Производители шин проверяют свое сопротивление качению по-своему, как правило, в конкуренции с другими шинами этого производителя. Хотя это обеспечивает надежные данные об эффективности использования топлива по сравнению с другими шинами, произведенными этим производителем, это означает, что не обязательно существует способ точного сравнения того, как экономичные шины одного производителя сравниваются с экономичными шинами другого производителя.

Важно отметить, что когда вы покупаете комплект шин с низким сопротивлением качению, вы все равно можете обнаружить, что эффективность использования топлива снижается. Это не потому, что шины не экономичны, а из-за перехода от старых изношенных шин к новым шинам с большим весом и более глубоким протектором.

По мере износа шин они становятся легче, теряют глубину протектора, что позволяет им быть на первый взгляд более эффективными, чем новые шины. В дополнение к снижению веса и глубины протектора резиновая смесь со временем фактически затвердевает, что снижает сопротивление качению. Эти факторы могут способствовать тому, что ваши новые экономичные шины будут не такими экономичными, как старые.

Другим фактором, который следует учитывать, является то, что испытания на сопротивление качению проводятся в лабораториях с фиксированной средой. Реальные результаты ваших шин с низким сопротивлением качению могут отличаться. Как правило, вы обнаружите, что шины с низким сопротивлением качению будут более экономичными, чем обычные шины такого же размера.

Сопротивление качению • ru.knowledgr.com

Сопротивление качению, иногда называемое

катящимся трением или катящий сопротивление, является силой, сопротивляющейся движению, когда тело (такое как шар, шина или колесо) катится на поверхности. Это, главным образом, вызвано неупругими эффектами; то есть, не вся энергия, необходимая для деформации (или движение) колеса, дорожного полотна, и т.д. восстановлена, когда давление удалено. Две формы этого — потери гистерезиса (см. ниже), и постоянная (пластмассовая) деформация объекта или поверхности (например, почва). Другая причина сопротивления качению находится в уменьшении между колесом и поверхностью, которая рассеивает энергию. Обратите внимание на то, что только последний из этих эффектов включает трение, поэтому имя «катящееся трение» является до степени неправильным употреблением.

На аналогии со скользящим трением сопротивление качению часто выражается как коэффициент времена нормальная сила. Этот коэффициент сопротивления качению вообще намного меньше, чем коэффициент скользящего трения.

Вертевшее транспортное средство любого каботажного судоходства будет постепенно замедляться из-за сопротивления качению включая тот из подшипников, но железнодорожный вагон со стальными колесами, бегущими на стальных рельсах, будет катиться дальше, чем автобус той же самой массы с резиновыми шинами, бегущими на гудронированном шоссе. Факторы, которые способствуют сопротивлению качению, (сумма) деформация колес, деформация поверхности дорожного полотна и движение ниже поверхности. Дополнительные факторы содействия включают диаметр колеса, скорость, груз на колесе, поверхностном прилипании, скольжении и относительном микроскольжении между поверхностями контакта. Потери из-за гистерезиса также зависят сильно от свойств материала колеса или шины и поверхности. Например, у резиновой шины будет более высокое сопротивление качению на мощеной дороге, чем стальное колесо железной дороги на стальном рельсе. Кроме того, песок на земле даст больше сопротивления качению, чем бетон.

Основная причина

]]

Основная причина пневматического сопротивления качению шины — гистерезис:

Особенность непрочного материала, таким образом, что энергия деформации больше, чем энергия восстановления. Резиновый состав в шине показывает гистерезис. Поскольку шина вращается под весом транспортного средства, это испытывает повторенные циклы деформации и восстановления, и это рассеивает энергетическую потерю гистерезиса как высокую температуру. Гистерезис — главная причина энергетической потери, связанной с сопротивлением качению, и приписан вязкоупругим особенностям резины.

: — Национальная академия наук

Этот основной принцип иллюстрирован в числе катящихся цилиндров. Если два равных цилиндра прижаты друг к другу тогда, поверхность контакта плоская. В отсутствие поверхностного трения свяжитесь, усилия нормальны (т.е. перпендикуляр) на поверхность контакта. Рассмотрите частицу, которая входит в область контакта в правой стороне, путешествиях через участок контакта и листья в левой стороне. Первоначально его вертикальная деформация увеличивается, которому сопротивляется эффект гистерезиса. Поэтому дополнительное давление произведено, чтобы избежать глубокого проникновения двух поверхностей. Позже его вертикальная деформация уменьшается. Этому снова сопротивляется эффект гистерезиса. В этом случае это уменьшает давление, которое необходимо, чтобы разделить эти два тела.

Получающееся распределение давления асимметрично и перемещено вправо. Линия действия (совокупной) вертикальной силы больше не проходит через центры цилиндров. Это означает, что момент происходит, который имеет тенденцию задерживать катящееся движение.

Материалы, которые имеют большой эффект гистерезиса, такой как резина, которые медленно приходят в норму, показывают больше сопротивления качению, чем материалы с небольшим эффектом гистерезиса, которые приходят в норму более быстро и более полностью, такие как сталь или кварц. Низкие шины сопротивления качению, как правило, включают кварц вместо сажи в их составах шага, чтобы уменьшить низкочастотный гистерезис, не ставя под угрозу тягу. Обратите внимание на то, что у железных дорог также есть гистерезис в структуре дорожного полотна.

У

«Сопротивления качению» есть различные определения

В широком смысле определенное «сопротивление качению» (для транспортных средств) является силой за вес транспортного средства единицы, требуемый перемещать транспортное средство в равнинную местность на постоянной медленной скорости, где аэродинамическое сопротивление (сопротивление воздуха) незначительно и также где нет никакой тяги (моторных) сил или примененных тормозов. Другими словами, транспортное средство курсировало бы если бы не сила, чтобы поддержать постоянную скорость. Пример такого использования для железных дорог http://www .istc.illinois.edu/about/SeminarPresentations/20091118.pdf. Этот широкий смысл включает колесо, имеющее сопротивление, энергия, рассеянная вибрацией и колебанием и дорожного полотна и транспортного средства, и скользящее колеса на поверхности дорожного полотна (тротуар или рельс).

Но есть еще более широкий смысл, который включал бы энергию, потраченную впустую уменьшением колеса из-за вращающего момента, примененного от двигателя. Это включает увеличенную власть, требуемую из-за увеличенной скорости колес, где тангенциальная скорость ведущего колеса становится больше, чем скорость транспортного средства из-за уменьшения. Так как власть равна, чтобы вызвать скорость времен, и скорость колеса увеличилась, требуемая власть увеличилась соответственно.

Чистое «сопротивление качению» для поезда — это, которое происходит из-за деформации и возможного незначительного скольжения в дорожном колесом контакте. Для резиновой шины аналогичная энергетическая потеря происходит по всей шине, но это все еще называют «сопротивлением качению». В широком смысле «сопротивление качению» включает колесо, имеющее сопротивление, энергетическую потерю, дрожа и дорожное полотно (и землю внизу) и само транспортное средство, и скользя колеса, контакта дороги/рельса. Учебники железной дороги, кажется, касаются всех этих сил сопротивления, но не называют их сумму «сопротивлением качению» (широкий смысл), как сделан в этой статье. Они просто подводят итог всех сил сопротивления (включая аэродинамическое сопротивление) и называют сумму основным сопротивлением поезда (и т.п.).

Так как сопротивление качению железной дороги в широком смысле может быть несколько раз больше, чем просто чистое сопротивление качению сообщило, что ценности могут быть в серьезном конфликте, так как они могут быть основаны на различных определениях «сопротивления качению». Двигатели поезда должны, конечно, обеспечивать энергию преодолеть это сопротивление качению широкого смысла.

Для автомашин шоссе есть, очевидно, некоторое энергетическое рассеивание в сотрясении шоссе и земли ниже, сотрясении самого транспортного средства и скольжении шин. Но кроме дополнительной власти потребовал должный закрутить и вертеть трение отношения, нечистое сопротивление качению, кажется, не было исследовано, возможно потому что «чистое» сопротивление качению резиновой шины несколько раз выше, чем заброшенные сопротивления.

Коэффициент сопротивления качению

«Коэффициент сопротивления качению», определен следующим уравнением:

:

:where

:: сила сопротивления качению (показанный в рисунке 1),

:: безразмерный коэффициент сопротивления качению или коэффициент катящегося трения (CRF) и

:: нормальная сила, перпендикуляр силы на поверхность, на которой катится колесо.

сила, должен был толкнуть (или буксировка) колесное транспортное средство вперед (на постоянной скорости на уровне без сопротивления воздуха) за силу единицы веса. Предполагается, что все колеса — то же самое и имеют идентичный вес. Таким образом: средства, что только потребовалось бы 0,01 фунта, чтобы буксировать транспортное средство, взвешивающее один фунт. Для транспортного средства за 1 000 фунтов потребовалось бы в 1000 раз больше буксирной силы или 10 фунтов. Можно было сказать, что это находится в lb (буксирная сила)/lb (вес транспортного средства). Так как этот lb/lb — сила, разделенная на силу, безразмерное. Умножьте его на 100, и Вы получаете процент (%) веса транспортного средства, требуемого поддержать медленную устойчивую скорость. часто умножается на 1 000, чтобы получить части за тысячу, которая совпадает с килограммами (kg сила) за метрическую тонну (тонна = 1 000 кг), который совпадает с фунтами сопротивления за 1 000 фунтов

из груза или Ньютонс/кило-Ньютона, и т.д. Для американских железных дорог традиционно использовался lb/ton, который справедлив. Таким образом они — все просто меры сопротивления за вес транспортного средства единицы. В то время как они — все «определенные сопротивления», иногда их просто называют «сопротивлением», хотя они — действительно коэффициент (отношение) или кратное число этого. Используя фунты или килограммы как единицы силы, масса равна весу (в силе тяжести земли килограмм, масса весит килограмм и проявляет килограмм силы), таким образом, можно было утверждать, что это — также сила на единицу массы в таких единицах. Система СИ использовала бы N/tonne (N/T), который является и является силой на единицу массы, где g — ускорение силы тяжести в единицах СИ (метры в секунду квадрат).

Вышеупомянутое выставочное сопротивление, пропорциональное, но, явно не показывает изменения со скоростью, грузами, вращающим моментом, поверхностной грубостью, диаметром, инфляцией/изнашиванием шины, и т.д. потому что самой меняется в зависимости от тех факторов. Это могло бы казаться из вышеупомянутого определения, которого сопротивление качению непосредственно пропорционально весу транспортного средства, но это не.

Измерение

Есть по крайней мере две популярных модели для вычисления сопротивления качению.

1. «Коэффициент сопротивления качению (RRC). Ценность силы сопротивления качению разделилась на груз колеса. Общество Автомобильных Инженеров (SAE) развило испытательные методы, чтобы измерить RRC шин. Эти тесты (SAE J1269 и SAE J2452) обычно выполняются на новых шинах. Когда измерено при помощи этих стандартных испытательных методов, самые новые пассажирские шины сообщили о RRCs в пределах от 0,007 к 0,014». В случае велосипедных шин достигнуты ценности 0,0025 к 0,005. Эти коэффициенты измерены на роликах, с метрами власти на дорожных покрытиях, или с двигаются вперед без усилий тесты. В последних двух случаях должен быть вычтен эффект сопротивления воздуха, или тесты выполнены на очень низких скоростях.
2. Коэффициент сопротивления качению b, у которого есть измерение длины, приблизительно (из-за приближения маленького угла) равен стоимости времен силы сопротивления качению радиус колеса, разделенного на груз колеса.

1. используется, чтобы проверить сопротивление качению в Европе.

Результаты этих тестов могут быть тверды для широкой публики получить, поскольку изготовители предпочитают предавать гласности «комфорт» и «работу».

Физические формулы

Коэффициент сопротивления качению для медленного твердого колеса на совершенно упругой поверхности, не приспособленной для скорости, может быть вычислен

:

:where

:: sinkage глубина

:: диаметр твердого колеса

Эмпирическая формула для Crr для колес вагонетки чугуна на стальных рельсах.

:

:where

:: диаметр колеса в в.

:: груз на колесе в lbs.

Поскольку альтернатива использованию того может использовать, который является различным

коэффициент сопротивления качению или коэффициент катящегося трения с измерением длины,

Это определено следующей формулой:

:

:where

:: сила сопротивления качению (показанный в рисунке 1),

:: радиус колеса,

:: коэффициент сопротивления качению или коэффициент катящегося трения с измерением длины и

:: нормальная сила (равный W, не R, как показано в рисунке 1).

Вышеупомянутое уравнение, где сопротивление обратно пропорционально радиусу r., кажется, основано на законе дискредитированного «Кулона» (Ни закон обратных квадратов Кулона, ни закон Кулона трения). Посмотрите #Depends на диаметре. Приравнивание этого уравнения с силой за #Rolling коэффициент сопротивления и решение для b, дают b = C · r. Поэтому, если источник дает коэффициент сопротивления качению (C) как безразмерный коэффициент, это может быть преобразовано в b, имея единицы длины, умножившись C радиусом колеса r.

Содействующие примеры сопротивления качению

Стол содействующих примеров сопротивления качению: http://auto

.howstuffworks.com/tire4.htm

Например, в земной силе тяжести, для автомобиля 1 000 кг на асфальте будет нужна сила приблизительно 100 ньютонов для вращения (1 000 кг × 9,81 м/с × 0.01 = 98,1 Н).

Зависит от диаметра

Дилижансы и железные дороги (диаметр)

Согласно Dupuit (1837), сопротивление качению (колесных вагонов с деревянными колесами с железными шинами) приблизительно обратно пропорционально квадратному корню диаметра колеса. Это правило было экспериментально проверено для колес чугуна (8-24 дюйма диаметром) на стальном рельсе и для колес вагона 19-го века. Но есть другие тесты колес вагона, которые не соглашаются. Теория цилиндра, катящегося на упругом шоссе также, дает это то же самое правило, которому Они противоречат ранее (1785) тесты Кулоном вращения деревянных цилиндров, где Кулон сообщил, что сопротивление качению было обратно пропорционально диаметру колеса (известный как закон «Кулона»). Это дискутировало (или неправильно применился)

,

— «Закон кулона» все еще найден в руководствах, как бы то ни было.

Пневматические шины (диаметр)

Для пневматических шин на твердом тротуаре сообщается, что эффект диаметра на сопротивлении качению незначителен (в пределах практического диапазона диаметров).

Зависит от прикладного вращающего момента

Ведущий вращающий момент, чтобы преодолеть сопротивление качению и поддержать устойчивую скорость на равнинной местности (без сопротивления воздуха) может быть вычислен:

:

:where

:: линейная скорость тела (в оси), и

:: его скорость вращения.

Это примечательно, который обычно не равен радиусу катящегося тела.

Все колеса (вращающий момент)

«Прикладной вращающий момент» может или вести вращающий момент примененным двигателем (часто через передачу) или тормозной момент примененный тормозами (включая регенеративное торможение). Такие вращающие моменты приводят к энергетическому разложению (выше этого из-за основного сопротивления качению бесплатного вращения, которое нестимулируют, нетормозившее колесо). Эта дополнительная потеря частично вследствие того, что есть некоторое скольжение колеса, и для пневматических шин, там больше сгибает боковых стен из-за вращающего момента. Промах определен таким образом, что 2%-й промах означает, что периферическая скорость ведущего колеса превышает скорость транспортного средства на 2%.

Промах небольшого процента может привести к намного большему увеличению процента сопротивления качению. Например, для пневматических шин, 5%-й промах может перевести на 200%-е увеличение сопротивления качению. Это частично, потому что тяговая сила, примененная во время этого промаха, много раз больше, чем сила сопротивления качению, и таким образом намного больше власти за скорость единицы применяется (вспомните, что власть = вызывает x скорость так, чтобы власть за единицу скорости была просто силой). Таким образом, просто увеличение небольшого процента периферической скорости, должной уменьшаться, может перевести на потерю власти тяги, которая может даже превысить потери мощности из-за основного (обычного) сопротивления качению. Для железных дорог этот эффект может быть еще более явным из-за низкого сопротивления качению стальных колес.

Колеса стали железной дороги (вращающий момент)

Чтобы применить любую тягу к колесам, некоторое уменьшение колеса требуется. Для российских поездов, взбираясь по сорту, этот промах обычно — 1,5% к 2,5%.

Промах (также известный как сползание) обычно примерно непосредственно пропорционален тяговому усилию. Исключение — то, если тяговое усилие так высоко, что колесо близко к существенному скольжению (больше, чем всего несколько процентов, как обсуждено выше), затем подсуньте быстро увеличения с тяговым усилием, и больше не линейно. С немного более высоким прикладным тяговым усилием колесо выходит из-под контроля и снижения прилипания, приводящие к колесу, вращающемуся еще быстрее. Это — тип скольжения, которое заметно глазом — промах говорит, что 2% для тяги только наблюдаются инструментами. Такой быстрый промах может привести к чрезмерному изнашиванию или повреждению.

Пневматические шины (вращающий момент)

Сопротивление качению значительно увеличивается с прикладным вращающим моментом. В высоких вращающих моментах, которые применяют тангенциальную силу к дороге приблизительно половины веса транспортного средства, сопротивление качению может утроиться (200%-е увеличение). Это происходит частично из-за промаха приблизительно 5%. Посмотрите #All колеса для объяснения того, почему это разумно. Увеличение сопротивления качению с прикладным вращающим моментом не линейно, но увеличивается по более быстрому уровню, поскольку вращающий момент становится выше.

Зависит от груза колеса

Колеса стали железной дороги (груз)

#Rolling коэффициент сопротивления, Crr, значительно уменьшается как вес вагона за увеличения колеса. Например, пустой российский грузовой вагон имел о дважды Crr как загруженный автомобиль (Crr=0.002 против Crr=0.001). Эта та же самая «экономия за счет роста производства» обнаруживается в тестировании моих вагонов. Теоретический Crr для твердого колеса, катящегося на упругом дорожном полотне, показывает Crr, обратно пропорциональный квадратному корню груза.

Если Crr самостоятельно зависит от груза колеса за обратное правило квадратного корня, то для увеличения груза 2% только 1%-е увеличение сопротивления качению происходит.

Пневматические шины (груз)

Для пневматических шин направление изменения в Crr (#Rolling коэффициент сопротивления) зависит от того, увеличена ли инфляция шины с увеличивающимся грузом. Сообщается что, если давление инфляции увеличено с грузом согласно (неопределенному) «графику», то 20%-е увеличение груза уменьшает Crr на 3%. Но если давление инфляции не изменено, то 20%-е увеличение результатов груза в 4%-м увеличении Crr. Конечно, это увеличит сопротивление качению на 20% из-за увеличения груза плюс 1. 2 x 4% из-за увеличения Crr, приводящего к увеличению на 24,8% сопротивления качению.

Зависит от искривления шоссе

Общий

Когда транспортное средство (автомашина или поезд железной дороги) обходит кривую, сопротивление качению обычно увеличивается. Если кривая не будет окружена валом, чтобы точно ответить на центробежную силу равной и противостоящей центростремительной силой из-за банковского дела, то будет чистая неуравновешенная поперечная сила на транспортном средстве.

Это приведет к увеличенному сопротивлению качению. Банковское дело, как также известно, как «супервозвышение» или «косяк» (не перепутано с косяком рельса рельса). Для железных дорог это называют сопротивлением кривой, но для дорог у него есть (по крайней мере, однажды) названное сопротивление качению из-за движения на повороте.

Звуковые эффекты

Вращение трения производит звуковую (вибрационную) энергию, поскольку механическая энергия преобразована в эту форму энергии из-за трения. Один из наиболее распространенных примеров катящегося трения — движение шин автомашины на шоссе, процесс, который производит звук как побочный продукт. Звук, произведенный автомобилем и грузовиком, утомляется, поскольку они катятся (особенно примечательный на скоростях шоссе) происходит главным образом из-за удара шагов шины и сжатия (и последующая декомпрессия) воздуха, временно захваченного в пределах шагов.

Факторы, которые способствуют в шинах

Несколько факторов затрагивают величину сопротивления качению, которое производит шина:

• Как упомянуто во введении: радиус колеса, отправьте скорость, поверхностное прилипание и относительное микроскольжение.
• Материал — различные наполнители и полимеры в составе шины могут улучшить тягу, уменьшая гистерезис. Замена небольшого количества сажи с силаном кварца с более высокой ценой — один распространенный способ уменьшить сопротивление качению. Использование экзотических материалов включая нано глину, как показывали, уменьшало сопротивление качению в высокоэффективных резиновых шинах. Растворители могут также использоваться, чтобы раздуть твердые шины, уменьшая сопротивление качению.
• Размеры — сопротивление качению в шинах связано со сгибанием боковых стен и областью контакта шины, Например, при том же самом давлении, более широкие велосипедные шины сгибают меньше в боковых стенах, как они катятся и таким образом имеют более низкое сопротивление качению (хотя более высокое сопротивление воздуха).
• Степень инфляции — Более низкое давление в шинах приводит к большему количеству сгибания боковых стен и более высокого сопротивления качению. Это энергетическое преобразование в сопротивлении увеличений боковых стен и может также привести к перегреванию и, возможно, играло роль в позорных несчастных случаях одновременного нажатия клавиш Ford Explorer.
• По раздуванию шин (такие велосипедные шины) может не понизить полное сопротивление качению, поскольку шина может пропустить и прыгать по дорожному покрытию. Тяга принесена в жертву, и в целом катящееся трение не может быть уменьшено, когда скорость вращения колеса изменяется и увеличения уменьшения.
• Отклонение боковой стены не прямое измерение катящегося трения. Высококачественная шина с высоким качеством (и податливый) кожух будет допускать больше, сгибают за энергетическую потерю, чем дешевая шина с жесткой боковой стеной. Снова, на велосипеде, качественная шина с податливым кожухом будет все еще катиться легче, чем дешевая шина с жестким кожухом. Точно так же, как отмечено шинами грузовика Goodyear, шина с «топливным кожухом» экономии принесет пользу экономии топлива посредством многих жизней шага (т.е. восстанавливающий протектор), в то время как шина с «топливом, экономящим» дизайн шага, только извлечет выгоду, пока шаг не стирается.
• В шинах, толщине шага и форме имеет непосредственное отношение к сопротивлению качению. Чем более толстый и более очерченный шаг, тем выше сопротивление качению Таким образом, у «самых быстрых» велосипедных шин есть очень мало шага и мощных грузовиков, получают лучшую экономию топлива, поскольку шина выдавливает изнашивания.
• Эффекты диаметра, кажется, незначительны, если тротуар тверд, и диапазон диаметров ограничен. См. sectionDepends на диаметре
• Фактически все мировые рекорды скорости были установлены на относительно узких колесах, вероятно из-за их аэродинамического преимущества на высокой скорости, которая намного менее важна на нормальных скоростях.

• Температура: и с твердыми и с пневматическими шинами, сопротивление качению, как находили, уменьшилось как повышения температуры (в диапазоне температур: т.е. есть верхний предел с этой целью) Для повышения температуры от 30 °C до 70 °C, которые сопротивление качению уменьшило на 20-25%. Утверждается, что гонщики нагревают свою шину перед гонками.

Железные дороги: Компоненты сопротивления качению

В широком смысле сопротивление качению может быть определено как сумма компонентов):

1. Колесо, имеющее потери вращающего момента.
2. Чистое сопротивление качению.
3. Скольжение колеса на рельсе.
4. Потеря энергии к дорожному полотну (и земля).
5. Потеря энергии к колебанию железнодорожного подвижного состава.

Колесо, имеющее потери вращающего момента, может быть измерено как сопротивление качению в оправе колеса, Crr. Железные дороги обычно используют подшипники ролика, которые являются или цилиндрическими (Россия) или сузились (Соединенные Штаты). Определенное сопротивление качению в российских подшипниках меняется и в зависимости от погрузки колеса и в зависимости от скорости. Колесо, имеющее сопротивление качению, является самым низким с высокой нагрузкой оси и промежуточными скоростями 60-80 км/ч с Crr 0,00013 (груз оси 21 тонны). Для пустых грузовых вагонов с грузами оси 5,5 тонн Crr подходит 0.00020 в 60 км/ч, но на низкой скорости 20 км/ч он увеличивается до 0,00024 и на высокой скорости (для грузовых поездов) 120 км/ч, которые это 0.00028. Crr, полученный выше, добавлен к Crr других компонентов, чтобы получить полный Crr для колес.

Сравнение сопротивления качению дорожных транспортных средств и поездов

Сопротивление качению стальных колес на стальном рельсе поезда — намного меньше, чем резиновые колеса шин автомобиля или грузовика, но поезда намного более тяжелы за пассажира или за чистую тонну фрахта. На 1975 поезда пассажира Амтрак весили немногим более, чем 7 тонн на пассажира, в то время как автомобили весили только немногим более, чем одну тонну на пассажира. Это означает, что так большая часть энергосбережений более низкого сопротивления качению поезда потеряна его большему весу. Однако CSX управляла кампанией рекламы в 2013, утверждая, что их грузовые поезда перемещают «тонну грузовых 436 миль на галлоне топлива», тогда как некоторые источники утверждают, что грузовики перемещают тонну фрахта приблизительно 130 миль за галлон топлива, указывающие поезда более эффективны в целом.

См. также

• Коэффициент трения

• Низкое сопротивление качению утомляет

• Вращение элемента, имеющего

• Астахов П.Н. «Сопротивление движению железнодорожного подвижного состава» (Сопротивление движению железнодорожного подвижного состава) Труды ЦНИИ МПС (ISSN 0372-3305). (Издание 311) Выпуск 311. — Москва: Транспорт, 1966. – 178 стр перманент. отчет в УКЕ Беркли (В 2012, полный текст был в Интернете, но США были заблокированы)

,

• Деев В.В., Ильин Г.А., Афонин Г.С. «Тяга поездов» (Тяга поездов)

Учебное пособие. — М.: Транспорт, 1987. — 264 стр

• Сено, Уильям В. «проектирование железных дорог» Нью-Йорк, Вайли 1 953
• Херси, Мейо D., «Катя Трение» Сделки ASME, стр апреля 1969 260-275 и Журнал Технологии Смазывания, январь 1970, стр 83-88 (одно разделение статьи между 2 журналами) За исключением «Исторического Введения» и обзора литературы, это, главным образом, о лаборатории. тестирование моих колес чугуна железной дороги диаметров 8 дюймов к 24 дюймам, сделанным в 1920-х (задержка почти половины века между экспериментом и публикацией).
• Hoerner, Сайард Ф., «Жидкое динамическое сопротивление», изданный автором, 1965. (Chapt. 12 «Перенесенные землей Транспортные средства» и включают сопротивление качению (поезда, автомобили, грузовики).
• Робертс, G. B., «Потери власти в шинах», Международная Резиновая Конференция, Вашингтон, округ Колумбия 1959.
• Американское национальное бюро стандартов, «Механика пневматических шин», монография #132, 1969-1970.
• Уильямс Дж А, «Техническая трибология» издательство Оксфордского университета, 1994.

Внешние ссылки

• обучающая программа физики

• температура против сопротивления качению

• Простой катятся по тесту, чтобы измерить Crr в автомобилях и велосипедах

---

Сопротивление от трения качения колес по рельсам

Страница 3 из 10

Перекатывание колесных пар по рельсам сопровождается возникновением сил трения качения, на преодоление которых затрачивается энергия движущегося подвижного состава. Физическая природа трения качения обусловлена следующим. Под действием силы нажатия 2П колесной пары на рельсы возникают упругие деформации опорной поверхности бандажей колес и рельсов. Вследствие этой деформации колеса колесной пары опускаются на величину Δ (рис. 3), и необходимо затратить энергию на возвращение колесной пары в первоначальное состояние.

В свою очередь, на рельсе (рис. 4) перед колесом образуется «наплыв», то есть колесо из-за смятия опорной поверхности рельса гонит перед собой упругую волну металла рельса. Определенным аналогом этого явления может быть движение парохода по воде. Перед пароходом вода поднимается, появляется бурун, и пароход гонит перед собой дополнительную массу воды.

Рис. 3. Схема взаимодействия движущегося колеса с рельсом

Рис.  Схема упругой деформации колеса и рельса при образовании силы сопротивления от трения качения
При качении колес колесной пары по рельсам в зоне контактной площадки нарушается симметричное распределение напряжений по опорной поверхности рельсов. Как следствие этого явления происходит смещение точки приложения равнодействующей реакции рельса N’ (см. рис. 3) на величину т по направлению движения, то есть в точку А’. Предположим, что реакция рельса Ν’ направлена в центр колеса О. Разложим реакцию Ν’ на две составляющие N и К2.
Из подобия треугольников ОА’а и сА’b следует

(3. 8)
Учитывая, что N = 2П получим выражение для определения величины сипы сопротивления от трения качения одной колесной пары, Н:
(3.9)
Удельное сопротивление от трения качения колес по рельсам, Н/кН:
(3.10)
Таким образом, сопротивление от трения качения колес по рельсам зависит от величины смещения т, зависящей в свою очередь от твердости металла бандажей и рельсов, и диаметра колес. При величине смещения т=0,1 — 0,2 мм и диметре колесных пар DK=950 — 1250 мм удельное сопротивление от трения качения составляет 0,2 — 0,4 Н/кН. Поверхностная закалка головок рельсов позволяет уменьшить величину.
Необходимо отметить, что академик Н.П. Павлов еще в прошлом столетии доказал, что величина к2 не зависит от скорости.

Ликбез: о чем говорит маркировка шин — Автоблоги

Американская маркировка

Первыми осознали, что покупателям необходима помощь в выборе шин, в американском департаменте транспорта (DOT) более трех десятилетий назад. И обязали производителей проводить тесты, «публикуя» результаты на боковине покрышки: на ней указаны цифровые и буквенные символы износостойкости, сцепления на мокрой поверхности и стойкости к перегреву.

Под цифрой 1 — износостойкость (treadwear), 2 — сцепление на мокрой дороге (traction), 3 — сопротивляемость перегреву (temperature)

Treadwear — Износостойкость

Первый параметр — износостойкость. В самых авторитетных изданиях при тестах шин именно этот, самый важный для рядового потребителя параметр, обходят стороной. Но для продажи в США (и в России бонусом) производители шин обязаны проводить этот тест.

Все тесты проводятся в районе города Сан-Анджело, штат Техас, силами сотрудников шинных компаний или сторонних специализированных фирм. Неизменность места испытания — условие на законодательном уровне. Маршрут прописан до мелочей: где находятся знаки Stop, с какой скоростью ехать.

Методика такова: два (или четыре) автомобиля едут караваном по заданному маршруту, который не меняется десятилетиями и проложен вдоль окрестностей американского города Сан-Анджело, штат Техас. На одной машине установлены испытуемые шины, на другой — эталонные (с известными характеристиками износа), которые выпускает американское сообщество стандартизации (ASTM). Во время испытаний у покрышек постоянно измеряется износ, а после пробега в 11 520 км шинные компании, оценивая изменения глубины протектора, прогнозируют будущий ресурс своего продажного образца.

Каждые 1280 км у шин проверяется давление, а у автомобилей — развал-схождение. Каждые 2560 км эталонные и испытуемые покрышки переставляются между машинами. Когда-то эталонную шину выпускала Uniroyal, а сейчас эту же модель Tiger Paw 225/60R16, правда с измененной резиновой смесью, делает американское сообщество стандартизации ASTM (ее используют и в европейских тестах)

Сколько же проходит шина с показателем, допустим, Treadwear 200? Можно утверждать, что в два раза больше, чем эталонная, а сколько конкретно в километрах — не могут сказать даже сами производители. Конечно же, все зависит от водителя и дорог. Мы сделали небольшую расшифровку по значениям износостойкости. Ведь чем мягче резиновая смесь, тем больше сцепления с дорогой и тем быстрее изнашивается шина.

Значение Treadwear	Комментарии и предполагаемый пробег
Treadwear 100 и меньше	гоночные шины, допущенные на дороги общего пользования в качестве исключения
Treadwear 140-180	спортивные шины, которые точно прослужат один летний сезон
Treadwear 200-400	гражданские шины для обычных условий эксплуатации, прослужат несколько лет

Значение Treadwear легко сравнивать внутри одной марки шин, так как методика интерпретации результатов в компании одинакова. Но вот износостойкость покрышек разных компаний можно сравнивать с большой натяжкой (хотя если разница двукратная, вроде Treadwear 200 и 400, то ответ очевиден).

Итог: Безусловно, показатель Treadwear полезен потребителю и характеризует износостойкость шины. Но сколько километров проходит шина, перед тем, как рисунок протектора достигнет минимума, — ответить однозначно не может даже сам производитель.

Traction — Сцепление на мокрой дороге

Параметр Traction определяет сцепление шин на мокрой дороге в продольном направлении при торможении. Параметр никак не характеризует сцепление шины в поперечном направлении, управляемость, сопротивляемость аквапланированию и т.д. Насколько он полезен для потребителя?

 

Тест на сцепление на мокрой поверхности проходит на бывшем военном аэродроме Гудфеллоу, что недалеко от города Сан-Анджело. На прицеп массой 492 килограмма надевают тестируемые шины, накачивая их до 1,65 бар.

Автопоезд, проезжая на 64 км/ч мокрый участок сначала на асфальте, а потом на бетоне, кратковременно блокирует колеса прицепа. С помощью динамометрического устройства замеряются перегрузки при замедлении, которые создал трейлер. Именно это и характеризует сцепление шины на мокрой поверхности.

Маркировка сцепления (traction)	Перегрузки при блокировке колеса на мокром асфальте, g	Перегрузки при блокировке колеса на мокром бетоне, g
AA	Более 0,54	Более 0,38
A	0,47-0,53	0,35-0,37
B	0,38-0,46	0,26-0,34
C	Менее 0,38	Менее 0,26

Постойте-ка, а как же тормозной путь? Недостаток данного измерения в том, что при блокировке колес рисунок протектора никак не работает при водоотведении, и по сути при таком тесте проверятся лишь состав резиновой смеси.

К тому же современные технологии ушли далеко вперёд, и теперь большинство шин имеют маркировку AA или A. То есть потребитель никак не сможет увидеть разницу между сцепными продольными свойствами покрышек. Если вы обнаружите маркировку Traction B для легковых автомобилей, стоит серьёзно подумать — покупать ли такую шину.

Итог: Тест traction проверяет сцепные качества шины на мокрой поверхности лишь с блокировкой колес (без учета работы рисунка протектора). На сегодняшний день подавляющее число покрышек с лёгкостью проходят этот тест и потому имеют маркировку AA или A.

Temperature — Сопротивляемость перегреву

В отличие от первых двух тестов, это испытание проводится в лаборатории на испытательном барабане. Шину под нагрузкой (в 88% от максимальной) раскручивают до определённой скорости и смотрят за температурным режимом. После испытаний проверяют на предмет трещин, разрывов и других дефектов. Шина, выдержавшая самую большую скорость барабана 575 об/мин (что эквивалентно свыше 184 км/ч) — получает рейтинг А.

Маркировка (Temperature)	Шина
A	Шина выдерживает нагрузку на скорости свыше 184 км/ч
B	Шина выдерживает нагрузку на скорости от 160 до 184 км/ч
C	Шина выдерживает нагрузку на скорости от 136 до 160 км/ч

Итог: Главный посыл теста — проверка шины на разрушение в случае экстремальных нагрузок. Однако этот тест дублирует стандартную маркировку скоростного индекса шины (например 94T — означает грузоподъемность в 670 кг и лимит скорости в 190 км/ч)

Европейская маркировка

 

На рисунке под цифрой 1 обозначен параметр топливной экономичности, 2 — параметр сцепление шины на мокрой дороге, 3 — параметр шумности обозначен громкоговорителем (имеет 3 деления). Обозначение С1 — говорит о том, что шина предназначена для категории легковых автомобилей

Европейская маркировка, информирующая покупателя о свойстве конкретной шины, появилась сравнительно недавно — 1 ноября 2012 года. На протектор приклеивается наклейка с указанием данных, которые помогли бы покупателю определиться с выбором.

В ЕС решили, что для рядового потребителя цифровые обозначения будут слишком сложны и зашифровали данные в буквенных индексах. Давайте разберёмся, что означают буквы и поможет ли нам это в выборе шин.

Топливная экономичность (сопротивление качению)

 

 На беговом барабане диаметром минимум 1,7 метра высчитывается выбег шины — когда шину разгоняют до 80 км/ч, а дальше измеряют накат в метрах до остановки, вычитая аэродинамические и другие потери. Разница в сопротивлении обозначается индексом от A до G (где A — лучший, а G — худший), при этом буква D — не используется!

Во главу угла европейские чиновники поставили сопротивление качению. Именно этот показатель характеризует топливную экономичность шины. Когда она тратит часть кинетической энергии на деформацию в пятне контакта с дорогой, энергия превращается в тепловую безвозвратную, и тем самым тормозит колесо. Примерно 20% расхода топлива автомобиля уходит как раз на преодоление сопротивления качению!

Испытания проходят в аккредитованных лабораториях, где шину помещают на большой беговой барабан и раскручивают до 80 км/ч, а после высчитывают накат. Сопротивление качению измеряют в кг/т — сколько необходимо усилия, чтобы сдвинуть автомобиль массой в 1 тонну.

Коэффициент сопротивления качению

Буквенный индекс	Значение коэффициента сопротивления качению (кг/т)
A	RRC ≤ 6,5
B	6,6 ≤RRC≤ 7
C	7,8 ≤RRC≤ 9
D	Не используется
E	9,1 ≤RRC≤ 10,
F	10,6 ≤RRC ≤ 12,0
G	RRC≥ 12,1

Разница между индексом A и G почти в два раза. Если применить это к расходу топлива, то, по расчетам ученых, шина с индексом G будет на 7,5% менее экономична, чем с индексом A.

Сцепление на мокрой дороге

Автопоезд разгоняется до 65 км/ч и блокирует колеса прицепа. На шкале параметр «сцепление шины на мокрой дороге» не задействованы буквы D и G. Так что если у покрышки параметр сцепления обозначен буквенным индексом F — это худший результат из возможных

Как и в случае с американской маркировкой, европейский тест на сцепление на мокрой дороге сравнивает шины именно с точки зрения продольного «зацепа» при торможении. Однако, в отличие от американской системы, в европейской предусмотрены два варианта тестирования. Первый — на прицепе с блокировкой колес, второй — на стандартном автомобиле при торможении с 80 до 20 км/ч. В европейских испытаниях высчитывают не абсолютные цифры сцепления (так как, в отличие от США, мест для тестирования несколько), а сравнивают испытуемую модель и стандартизированную шину-эталон (Uniroyal Tiger Paw).

Буквенный индекс, характеризующий сцепление шины на мокрой дороге	Индекс G, показывающий отношение преимущества испытуемой шины над эталонной
A	1,55 ≤ G
B	1,40 ≤ G ≤ 1,54
C	1,25 ≤ G ≤ 1,39
D	Не используется
E	1,10 ≤ G ≤ 1,24
F	G ≤ 1,09
G	Не используется

Индекс G рассчитывается по сложной формуле с несколькими коэффициентами. Он показывает отношение тормозного замедления испытуемой шины к стандартизованной шине-эталону. Если на покрышке индекс F — это самый худший показатель, который примерно равен шине-эталону с рисунком и типом смеси из далеких 90-х.

Итог: В отличие от американских тестов, европейские имеют более строгую шкалу, и не все современные шины могут показать лучший результат — А. Следовательно, у потребителя есть возможность увидеть понятную картину по сцеплению на мокрой поверхности.

Шумность шины

Микрофоны замеряют шумность на расстоянии 7,5 м от автомобиля, при этом он прокатывается 20 метров со скоростью 80 км/ч

Шумность шины — важный параметр, влияющий на комфорт движения.

Замер происходит на открытом участке полигона с заданными параметрами асфальта, так как именно покрытие, а не сама шина больше влияют на уровень шумности. Автомобиль разгоняется до 70-90 км/ч (контрольная скорость при замерах — 80 км/ч), испытатель выключает двигатель, ставит коробку в нейтраль. Машина проезжает мимо микрофонов, которые находятся с обеих сторон. Чем шире шина, тем выше ставят для нее порог минимальной шумности. Например, покрышки с маркировкой XL (указывает на увеличенную грузоподъёмность) имеют послабления по громкости на 1 децибел.

Минимальные параметры шума в зависимости от ширины шины

Ширина шины, мм	Ограничение в дБ
От 165 мм до 185 мм	74
от 185 мм до 215 мм	75
Более 215 м	76

Для человека разница в громкости в три децибела ощущается как двукратное увеличение шума

Итог: Показатель шумности замеряется в условиях, близких к реальным, и может помочь потенциальному покупателю в выборе шины. Стоит смотреть на абсолютные показатели в цифровом значении (а не на пиктограмму с шумностью, которая имеет много «если»).

Есть ли еще подобные маркировки в других странах? В Японии символы, информирующие потребителя о сопротивлении качению и сцеплению на мокрой поверхности, являются добровольными и действуют с 2010 года. В Южной Корее маркировка, как в Европе, обязательна с 2012 года

Обязательные американские и европейские тесты далеки от идеала. К примеру, никак не оценивается управляемость, поперечные сцепные свойства шин или торможение на сухом асфальте. Однако большинство покрышек в России проходят эти тесты, а результаты пишутся на боковине и на наклейке протектора. И это, согласитесь, лучше, чем ничего.

Как сопротивление качению шин влияет на скорость езды — Ride Far

Сопротивление качению — это энергия, теряемая из-за деформации шин при повороте колес. Несмотря на то, что сопротивление качению составляет лишь около 10% от общего сопротивления, которое испытывает типичный велосипедист на длинные дистанции в течение всей гонки, выбор различных шин может существенно повлиять на среднюю скорость езды на велосипеде.

Содержание страницы:

Связанные страницы:

[wp_ad_camp_1]

Значения сопротивления качению шин, показанные на BicycleRollingResistance.com, потому что этот веб-сайт содержит самый последний и полный список шин (для дальнейшего обсуждения сопротивления качению см. блог Blather ’bout Bikes и блог Silca). См. Страницу «Общие методы» для получения дополнительной информации и страницу «Типы сопротивления» для оценки того, какая часть общего сопротивления велосипедиста вызвана шинами.

Градусов сопротивления проколу

Continental Grand Prix 4000S II (Amazon) — очень популярная шина среди ультрациклистов, потому что она не только имеет довольно низкое сопротивление качению, но также имеет разумную защиту от проколов и приличную долговечность.Таким образом, это шина, которая используется в стандартных симуляциях, о которых сообщается в этом разделе веб-сайта.

Поскольку проколы требуют времени у велосипедистов, которые сами себя поддерживают, некоторые ультрациклы выбирают более прочные шины, такие как Continental Grand Prix 4-Season (Amazon). Дополнительная защита от проколов требует большего количества материала в протекторе шины, что вызывает большее сопротивление качению, но насколько это влияет на ожидаемую скорость езды? К сожалению, у этой шины сопротивление качению на 40% выше, чем у GP 4000S II, из-за чего средняя скорость падает на 0.6 км / ч, что увеличивает общее время езды на велосипеде, прогнозируемое для Трансконтинентальной гонки (TCR) 2016 года, более чем на 5 часов, что делает прогнозируемое время финиша почти на полдня позже.

Некоторые ультрациклисты опасаются проколов еще больше, поэтому они выбирают еще более прочную Continental Gatorskin (Amazon), которая имеет одно из самых высоких значений сопротивления качению среди всех дорожных шин. Использование этого параметра привело бы к снижению средней скорости на дополнительно на 0,3 км / ч по сравнению с кем-то с 4-сезонными шинами GP или еще на 3 часа езды.

Прогнозируемое общее время езды на маршруте 2016 TCR на основе используемых шин и мощности водителя

Внутренние трубы

Мягкие латексные внутренние трубы вызывают меньшее сопротивление качению, чем бутиловые камеры, что дает улучшение примерно на 0,2 км / ч или на 2 часа меньше времени езды по всему маршруту 2016 TCR. Недостатки латексных внутренних трубок в том, что они быстро теряют воздух (их нужно накачивать каждый день), они хрупкие и легко повреждаются во время установки, и их не так просто ремонтировать.Поэтому я не рекомендую использовать их для самостоятельной езды на велосипеде.

Бутиловые камеры доступны в стандартном и облегченном вариантах. Облегченные версии имеют значительно меньшее сопротивление качению (разница составляет около 0,1 км / ч) и более компактны, поэтому запасные части легче хранить, но более тонкие стенки более восприимчивы к защемлению, что Continental отмечает на своем веб-сайте: «легкий трубки имеют меньшую толщину, поэтому необходимо поддерживать давление накачивания, чтобы предотвратить риск защемления плоских поверхностей ».Я обнаружил, что частота проколов от предметов, протыкающих шину (стекло, металл и т. Д.), Одинакова со стандартными и легкими камерами, потому что все, что проходит через шину, проходит через любую камеру, но я испытал при использовании легких камер даже при соответствующем давлении в шинах больше плоских поверхностей, чем обычно, поэтому я в основном их не использую.

Бескамерные шины

Бескамерная шина Schwalbe Pro One (Amazon) — самая популярная бескамерная шоссейная шина, сопротивление качению которой даже ниже, чем у Continental GP 4000S II.Использование Pro One Tubeless позволит сэкономить почти 1 час общего времени цикла по сравнению с GP 4000S II и, возможно, больше, если избежать некоторых проколов из-за использования бескамерной системы. См. Раздел «Обсуждение» ниже, чтобы узнать о преимуществах и недостатках бескамерных шин.

Шины трубчатые

Камерные шины не подходят для самоподдерживающейся гонки из-за трудностей с транспортировкой запчастей, заменой шин и ремонтом проколов. Хотя 20 лет назад хорошие трубчатые шины имели более низкое сопротивление качению, чем лучшие клинчерные шины, это уже не так.Фактически, некоторые современные шины для клинчера имеют более низкое сопротивление качению, чем лучшие трубчатые шины, поэтому Тони Мартин решил использовать шины для клинчера, чтобы выиграть гонку на время чемпионата мира 2016 года.

Ширина и давление в шинах

Как давление в шинах влияет на сопротивление качению на реальных дорогах, установить сложно. Большинство лабораторных тестов сопротивления качению показывают более низкое сопротивление при более высоком давлении, но это не всегда распространяется на езду по реальным дорогам. Представленные здесь результаты предполагают, что давление в шинах составляет 100 фунтов на квадратный дюйм (6.9 баров). В целом сопротивление качению с дорожной шиной (шириной от 23 до 28 мм) находится как минимум в диапазоне от 80 до 120 фунтов на квадратный дюйм (примерно от 6 до 8 бар) на большинстве дорог с большинством шин, для людей с большинством веса, но очень сложно сказать, что такое идеальное давление.

Хотя трудно сказать, каково идеальное давление, очевидно, что использование около 60 фунтов на квадратный дюйм (4,1 бара) или менее в дорожных шинах вместо около 100 фунтов на квадратный дюйм (6,9 бар) вызывает дополнительное сопротивление качению, при этом увеличение составляет примерно 20% до 40%. Ожидается, что средняя скорость снизится примерно на 0,5 км / ч из-за недостаточно накачанных шин, или на 4 часа больше от общего времени езды на велосипеде. Если езда на недостаточно накачанных шинах также приводит к дополнительным проколам из-за защемления, может быть потеряно еще больше времени.

Более широкие шины (например, 25 или 28 мм) иногда имеют более низкое сопротивление качению, чем более узкие шины (23 мм), но не всегда. Все тесты проводятся при стандартном давлении воздуха во всех шинах, но большинство людей используют более широкие шины, чтобы получить комфорт за счет более низкого давления воздуха.При более низком давлении сопротивление качению на ровных дорогах выше (из-за большей деформации шины). Поэтому в реальных условиях более широкие шины, вероятно, не обладают меньшим сопротивлением качению, чем более узкие, но они обеспечивают больший комфорт, что важно.

Более широкие шины лучше подходят для езды по грунтовым дорогам и булыжникам благодаря дополнительному комфорту и защите от проколов. Однако маловероятно, что такие поверхности будут составлять достаточно большую часть маршрута, чтобы принимать решения о шинах исключительно на этом участке, и поэтому необходимо достичь компромисса, чтобы получить оптимальный выбор для всего маршрута.

Сопротивление качению всех шин увеличивается при понижении температуры воздуха. Этот эффект описан на странице «Факторы окружающей среды».

Выбор шин — это, вероятно, решение, которое влияет на время финиша больше, чем любое другое оборудование, и чаще всего игнорируется. Несмотря на то, что существует много других вариантов, помимо описанных выше шин Continental и Schwalbe, я бы не стал рассматривать шину, для которой я не могу найти независимо измеренное значение сопротивления качению и с которыми у меня не было большого личного опыта, так что я знайте, что он имеет приличный уровень сопротивления проколам и долговечность.Хорошими источниками независимо измеренных значений сопротивления качению являются: BicycleRollingResistance. com, таблица, на которую есть ссылка в правом верхнем углу страницы Тома Анхальта, статья VeloNews, статья Tour и статья BikeRadar.

5-часовая разница во времени езды (прошедшее 10 часов) между шинами Continental GP 4000S II и 4-сезонной моделью впечатляет. Это такая же разница, которая прогнозируется при общем увеличении веса более чем на 7 кг! Чтобы этот выбор шины был оправдан, велосипедист должен предсказать, что он будет тратить около 20 минут в день на исправление проколов при использовании шин GP4000S II и что 4-сезонная модель предотвратит все проколы, но ни то, ни другое не является скорее всего.Шины Gatorskin обеспечивают еще большую защиту, но все же медленнее, поэтому могут быть оправданы только тем, кто не уверен в своей способности исправлять проколы самостоятельно, что, вероятно, означает, что они не подходят для участия в гонках на байках.

Почему намного легче изменить прогнозируемую скорость, заменив шины, чем уменьшив общий вес? Ответ заключается в том, что значительные абсолютные изменения веса (например, 5 кг) не так велики, если включить общий вес системы (5 кг из 85 кг = 6%), и это имеет значение только при подъеме на значительные уклоны, поэтому прогнозируемое общее изменение скорости довольно мало. Напротив, некоторые шины могут иметь сопротивление качению на 40% меньше, чем у других моделей, а сопротивление качению всегда забирает энергию на протяжении всего маршрута, что делает прогнозируемое изменение скорости относительно большим.

Вместо использования более прочной шины для защиты от проколов можно использовать бескамерные шины, потому что есть некоторые быстро катящиеся бескамерные шины (например, Schwalbe Pro One). При добавлении жидкого герметика внутрь шины небольшие проколы иногда повторно закрываются без необходимости даже останавливаться гонщику, а защемление плоских участков практически невозможно, потому что нет камеры, которую можно защемить.Более крупные порезы могут вызвать проколы, которые можно исправить, вставив «заглушку» в шину (Amazon) или используя стандартную камеру.

У бескамерных дорожных шин есть некоторые недостатки: их можно использовать только на ободах, которые помечены как совместимые, требуются специальная ободная лента и клапаны (каждый из которых иногда вызывает протечки, которые трудно диагностировать), шины могут быть небольшими. проблематично накачать и запечатать первоначально, и их может быть труднее отсоединить и снова установить на обод, если внутренняя труба все же должна быть вставлена ​​(что может быть особой проблемой, если ваши руки не работают должным образом во время гонки на сверхдистанцию из-за локтевого паралича).Наконец, бескамерные шины, безусловно, не застрахованы от отказов, как я обнаружил по-разному, используя их в двух изданиях TCR, поэтому я перестал использовать их на своих велосипедах. Другие люди добились гораздо большего успеха, чем я, с бескамерными шинами. Хотя предполагается, что герметик затыкает небольшие отверстия, я часто обнаруживал, что он не может постоянно удерживать давление в шинах дороги (выше 70 фунтов на квадратный дюйм / 5 бар), и другие люди сообщали то же самое.

Поскольку езда на недостаточно накачанных шинах приводит к потере разумного количества энергии и скорости, использование насоса со встроенным манометром и его простота использования для повышения давления в шинах оправдано. Рекомендую Topeak Road Morph G (Amazon). Шины следует прокачивать каждые несколько дней, чтобы обеспечить защиту от защемления и оптимизировать сопротивление качению.

Хотя более широкие шины могут не обеспечивать более низкое сопротивление качению, они определенно обеспечивают больший комфорт при более низком давлении воздуха (их преимущества в плане комфорта обсуждаются на странице «Комфортное седло: седло, шорты и шины»). Однако более широкая передняя шина не будет такой аэродинамической, как более узкая шина — в идеале передняя шина должна быть уже обода, см. Раздел «Сопротивление воздуху» на странице «Велосипед и оборудование».

Последнее незначительное изменение страницы: январь 2018 г.
Последнее существенное обновление страницы: ноябрь 2016 г.

---

Эта страница находится в разделе, определяющем скорость. Прежде чем обсуждать сопротивление воздуха, вызываемое велосипедом, на следующей странице рассматривается еще более важный фактор: сопротивление воздуха велосипедиста.

---

Общие сведения о сопротивлении качению | TrainingPeaks

Уделяя так много внимания весу и аэродинамике, мы часто упускаем из виду еще одну важную составляющую силы, которую гонщики должны преодолеть, чтобы продвинуть мотоцикл вперед: сопротивление качению.

Когда мы впервые создали Best Bike Split, мы взяли столько данных, сколько смогли найти, чтобы создать некоторые стандартные значения базового коэффициента сопротивления качению (Crr), основанные на типичных типах и размерах шин того времени. Мы также предоставили пользователям возможность вводить известные значения, если они у них есть, чтобы сделать модель более точной.

В последующие годы производители шин прошли долгий путь в создании более быстрых шин, общая ширина шин расширилась, и мы начали моделировать некоторые новые типы внедорожных гонок.

Для

Best Bike Split просрочено обновление системы, поэтому мы недавно «выкатили» некоторые изменения, чтобы помочь точно настроить параметры Crr, а также подчеркнуть влияние различных изменений сопротивления качению шин на общую производительность и ожидаемый результат. раз в день соревнований.

Чтобы объяснить процесс, который мы прошли над этими обновлениями, я хочу сначала обсудить, почему сопротивление качению важно, рассказать о компании, которая помогает стандартизировать наш подход к данным о шинах, и рассмотреть некоторые тематические исследования, чтобы выделить, что именно это означает для спортсменов в реальных сценариях.

Коэффициент сопротивления качению

Чтобы понять, что такое Crr, давайте сначала погрузимся в уравнение великих сил езды на велосипеде. Иллюстрация ниже упрощает концепцию, но ключевой вывод заключается в том, что все, что вы можете сделать, чтобы снизить силу против вас, поможет вам двигаться быстрее при том же количестве мощности или поддерживать скорость при более низкой выходной мощности.

Так что же такое сопротивление качению? Это просто трение между шинами и дорогой.Чем больше трение, тем медленнее вы будете двигаться. Плохие дорожные условия, шины и камеры низкого качества, вес водителя и скорость — все это способствует увеличению трения и, следовательно, замедлению вашего движения. Давление в шинах также играет важную роль, но, как и качество шин и дорожные условия, оно записано в один параметр, называемый коэффициентом сопротивления качению (Crr).

Чтобы понять, как эти переменные влияют на сопротивление качению, мы рассмотрим реальное уравнение:

Замечания:

𝒈	Гравитация
G	Градиент дороги
Вт кг	Вес в килограммах (всадник + велосипед)
Crr	Коэффициент сопротивления качению
𝒗	Скорость

В приведенных выше обозначениях легко заблудиться, но что действительно важно, так это то, что мощность, необходимая для преодоления трения, линейно увеличивается со скоростью.Чем быстрее вы пойдете, тем больше энергии вам придется произвести.

В приведенной ниже таблице показано, сколько мощности необходимо, чтобы преодолеть эту силу при увеличении скорости, используя типичный вес гонщика 160 фунтов с велосипедом 18 фунтов и общий коэффициент Crr для шины Continental 4000s II с надлежащим давлением с бутиловыми камерами в обычных условиях ровной дороги. .

Как показано выше для типичных скоростей, на которых ездят спортсмены, сопротивление качению может составлять значительную часть требуемой выходной мощности, но как сделать осознанный выбор при выборе шин и моделировании гоночных планов?

Данные о шинах спешат на помощь

Что касается аэродинамики велосипеда, мы начинаем видеть все больше и больше стандартизированных тестов и отчетов; однако производители шин, похоже, не проводят стандартных испытаний сопротивления качению и не часто сообщают потребителям цифры.

Первоначально мы собрали столько данных, сколько смогли найти, и прогнали их с помощью модели машинного обучения, чтобы определить ключевые характеристики (предполагая относительно оптимальное давление в шинах), которые привели к различиям в значениях Crr. Результаты, основанные на данных, которые у нас были, заключались в том, что ширина, тип шины и тип камеры были важными, и мы разработали базовые параметры на основе полученных уравнений.

Данные показали, что более широкие шины, как правило, лучше, клинчеры догнали или превзошли многие трубчатые шины и что латексные камеры были значительно лучше бутиловых.

За последние пять лет, прошедшие с момента нашего первоначального моделирования, шины стали шире, бескамерные шины стали лучше, а новые материалы помогли значительно снизить коэффициент Cr шин.

Дилемма заключалась в том, что у нас не было адекватных данных для повторного проведения нашего первоначального анализа. К счастью, компания с удачным названием bikerollingresistance.com увидела те же проблемы, что и мы, и вмешалась, чтобы помочь. Их сайт дает потребителям представление о данных о шинах, которые официально не доступны, а также о некоторых реальных последствиях с точки зрения экономии ватт для их конкретной испытательной установки.

На основании того, что они сделали, мы скорректировали способ моделирования Crr, чтобы он соответствовал их стандарту отчетности. Если вы используете протестированную ими шину, вы можете просто найти свою шину в их сравнительной таблице, выбрать шину, если таковая имеется, и найти значение Crr в таблице результатов испытаний сопротивления качению (пример ниже).

После того, как вы введете это значение в настройки BBS bike Crr, мы сможем вывести анализ мощности на новый уровень, показывая реальное влияние этого изменения сопротивления качению на спортсмена в день гонки и влияние изменения Crr в плане гонки. с помощью нашего инструмента анализа времени.

Каково реальное влияние на мир?

Быстро возвращаясь к уравнению, мы знаем, что вес и Crr влияют на сопротивление качению, но сколько стоит одно по сравнению с другим? Чтобы ответить на этот вопрос, нам нужно провести быстрый анализ.

Приведенная ниже таблица предполагает фиксированное значение Crr, равное 0,00387, фиксированную скорость 20 миль в час и стандартную настройку велосипеда 18 фунтов. Изменяя вес, мы можем увидеть прямое влияние, которое он оказывает на мощность, необходимую для преодоления трения сопротивления качению.

Теперь, если мы зафиксируем вес и скорость и изменим Crr от очень хорошей шины до плохой, мы сможем увидеть влияние изменений Crr. Ниже мы представили результаты для гонщиков трех разных размеров со стандартной комплектацией 18-фунтового велосипеда.

Вес, очевидно, имеет большое значение; однако следует помнить о линейных уравнениях. Окончательное силовое воздействие будет таким же, исходя из процентного уменьшения Crr или веса.При текущих разработках шин легко добиться снижения Crr на 25 или даже 50 процентов, но снизить вес на 25 процентов намного сложнее!

Итак, это означает, что если мы просто выделяем переменные, которые нужно учитывать, поскольку они связаны с сопротивлением качению, то Crr и скорость являются основными составляющими. К счастью, эта информация, наконец, становится легко доступной и при относительно низкой стоимости ваттной экономии, и любой может воспользоваться ею в день гонки.

Конечно, есть и другие причины, по которым не всегда следует выбирать самую быструю шину.Вы также можете рассмотреть вопрос об избежании проколов, долговечности или специальных тренировочных шинах, но, чтобы действительно продемонстрировать влияние, мы рассмотрим два примера: один из World Tour и известный из IRONMAN.

За считанные секунды

На уровне Pro Tour спортсмены едут очень быстро! Это особенно актуально во время индивидуальных гонок на время. Что также важно, так это то, насколько близким может быть время между главными претендентами не только на отдельных этапах, но и на всем Гранд-туре.

После тысяч километров и 89 часов гонок на Джиро де Италия 2018 было решено всего 46 секунд, когда Крис Фрум победил Тома Дюмулена.Эти результаты подчеркивают важность каждой секунды на курсе.

Перед финальным этапом гонок на время на Джиро мы смоделировали выступление Тома Дюмулена, используя оценки его аэродинамической позиции и силы. Глядя на его оборудование, мы уже знали, что он ездит на шине с чрезвычайно быстрым сопротивлением качению, но теперь мы могли разыграть сценарии «что, если бы» против лучшей протестированной шины.

В этом случае мы смотрим на Vittoria Corsa Speed ​​Tubular, испытанную на 0,00297 Crr, в сравнении с их бескамерной версией, измеренной при. 00249. Анализ показывает 10-секундный выигрыш, который на этих скоростях эквивалентен экономии 4 Вт! Это может показаться не таким уж большим, но когда грандиозные туры выигрываются или проигрываются менее чем за минуту, эти секунды могут иметь большое значение.

Хотя это сравнение может быть не совсем справедливым из-за того, что шины должны соответствовать типам спонсируемых дисков и т. Д., Оно ясно показывает, какое сопротивление качению может иметь значительное ударное сопротивление даже на шинах самого высокого уровня.

Бит у аллигатора

Есть несколько известных историй о великом американском триатлонисте ITU и IRONMAN Энди Поттсе, участвующем в гонке чемпионата мира на шинах Continental Gatorskin.По общему мнению, эти шины превосходны во многих отношениях, и, как следует из названия, они редко, если вообще когда-либо, спадают; однако они не обладают большим сопротивлением качению.

На самом деле при тестировании они, как правило, проводят тесты на очень низком уровне по сравнению с собственными шинами Continental GP 4000 и более новыми предложениями шин серии TT. Итак, как этот выбор повлиял на время Поттса и, что более важно, как он повлиял на возрастную группу?

Поскольку подавляющее большинство возрастных групп ездят медленнее, чем профессионалы, и мы знаем, что сила, необходимая для преодоления сопротивления качению, увеличивается с увеличением скорости, мы сосредоточим анализ на показателях возрастной группы Kona.

Если мы предположим, что средний вес спортсмена в возрастной группе составляет 200 Вт при умеренно агрессивном аэро-позиционировании и CdA (коэффициент аэродинамического сопротивления), используя идеальные погодные условия 2017 года и варьируя сопротивление качению шины, мы можем найти возможный выигрыш во времени на основе выбора шин.

Шина	Crr	Время	Увеличение времени
Гаторскин	.00606	5:16:45	0:00
Gran Prix 4000s II	.00387	5:05:43	11:02
Gran Prix TT	. 00315	5:02:15	14:30

Таким образом, хотя разница между очень хорошими универсальными шинами Conti 4000 и более короткими гоночными шинами TT может не стоить потенциального сползания, совершенно очевидно, что тренировка с высоким сопротивлением качению или всепогодная шина вызовут существенный недостаток времени.

Ради интереса мы рассмотрели влияние того, какая лучшая комбинация клинчер / трубка (Gran Prix TT с латексными трубками) могла бы быть для Лайонела Сандерса в прошлом году.Хотя мы не думаем, что эта комбинация будет стоить риска прокола, когда преимущество Ланге над Сандерсом на Коне составляло всего две минуты и 42 секунды, некоторые спортсмены, возможно, захотят рискнуть!

Короче говоря, ваш выбор шин может иметь большое значение. Тестируя различные сценарии сопротивления качению, погодных условий, средней мощности и т. Д., Вы сможете лучше подготовиться к своей лучшей гонке.

Не позволяйте простому решению, например, выбору шин в день гонки, обойтись вам дорого. Подпишитесь на Best Bike Split сегодня бесплатно и получите свой дневной план гонки.

Как давление и ширина в шинах влияют на сопротивление качению — VeloNews.com

Примечание редактора: Эта техническая статья была опубликована в ноябрьском выпуске журнала Velo за 2012 год.

Шина с меньшим сопротивлением качению на асфальте или на гусеничном ходу снижает мощность, необходимую для движения вперед, а также обеспечивает лучшее качество езды. Шина поглощает небольшие неровности, не передавая их велосипеду и водителю, что обеспечивает более плавную езду, более высокие скорости и лучшее прохождение поворотов.Как ты мог это пропустить?

Во время посещения в феврале 2012 года Wheel Energy, независимой лаборатории тестирования шин в Финляндии, я был очарован тестами, которые лаборатория проводила для таких производителей шин, как Vittoria, Specialized, Bontrager и многих других. Как независимая лаборатория Wheel Energy не будет раскрывать какие-либо результаты испытаний, которые она проводила для своих клиентов, поэтому единственный способ получить результаты — это оплатить наши собственные испытания. Многие из нас в Velo имеют собственное мнение о том, что способствует сопротивлению качению шин, и мы хотели посмотреть, выдерживают ли они сопротивление, когда резина выезжает на дорогу.Нас больше интересовало, как ширина и давление в шинах влияют на сопротивление качению, чем какая марка или модель самая быстрая.

Мы отправили в Wheel Energy колесо Zipp 303 и пять пар шин Challenge. Мы выбрали Challenge, потому что компания производит ряд трубок с одинаковыми каркасами и рисунками протектора для шин разной ширины. Мы протестировали следующие шины:

Forté, 700 X 22 мм, ромбовидный рисунок протектора, 240 грамм, ширина протектора 30 мм
Forté, 700 X 24 мм, ромбовидный рисунок протектора, 255 грамм, ширина протектора 30 мм
Strada, 700 X 24 мм, рисунок протектора «елочка», 250 грамм, протектор 28 мм ширина
Strada, 700 X 25 мм, рисунок протектора «елочка», 260 г, ширина рисунка протектора 29 мм
Paris-Roubaix, 700 X 27 мм, рисунок протектора «елочка», 320 г, ширина протектора 37 мм

Примечание редактора: Challenge больше не предлагает некоторые из протестированных размеров. Трубка Forté теперь доступна только в размере 24 мм и корпусе 300 тонн на дюйм. Трубка Strada доступна в размере 25 мм с обсадной колонной 300 т / дюйм, но не с обсадной колонной 260 т / дюйм. Трубчатая шина Paris-Roubaix теперь продается только с каркасом 300 тонн на дюйм и размером 27 мм. Трубки Challenge’s Criterium не тестировались для этой статьи, но они доступны в размерах 23 мм и 25 мм с оболочкой 320 tpi или шелковой оболочкой Seta.

Тест

Wheel Energy нагревает каждую шину на барабане в течение 30 минут с помощью гидравлического цилиндра нагрузки, прижимающего шину к нему.Помимо доведения шин до нормальных рабочих температур, это также служит для удаления с шины парафина и смазки, удаляющей форму.

Затем колесо переносится на гораздо больший барабан диаметром 1200 миллиметров, который имеет съемные текстурные пластины на болтах. Чтобы изобразить дорогу с трещинами или сколами, мы выбрали алмазную пластину на ролике, похожую на ступени промышленных лестниц. Каждый ромбовидный выступ имеет длину около 40 мм, высоту 4 мм и ширину 3 мм.

Каждая шина двигалась на барабане со скоростью 40 км / ч, при этом 50-килограммовая масса давила на ось колеса Zipp.Wheel Energy провела два испытания каждой шины на сопротивление качению — при 112 и 84 фунтах на квадратный дюйм.

Как только мощность стабилизируется, программное обеспечение записывает мощность, необходимую для приведения колеса в движение катком с этой скоростью. Чем выше мощность, необходимая для привода колеса, тем выше сопротивление качению шины.

На вопрос, как он измеряет мощность привода колеса, директор Wheel Energy Петри Ханкиола ответил: «Это секретная информация. Мы потратили около 1000 часов на проектирование этого устройства ». Это почти наверняка связано с измерением тока, потребляемого двигателем для поддержания скорости 40 км / ч.

Результаты

Что касается коэффициента сопротивления качению (rr), шины закончили в одном и том же порядке при обоих давлениях в шинах: 24 мм Stradas имели самый низкий коэффициент (т. е. самое быстрое качение), за ним следуют 25 мм Stradas, 27 мм Paris-Roubaix, 24 мм. Forté и 22mm Forté.

Все шины имели более низкое сопротивление качению при 112 фунтах на квадратный дюйм, чем при 84 фунтах на квадратный дюйм, причем разница была очень незначительной с шинами с более высоким RR — двумя Fortés — и разница была больше со всеми шинами с рисунком «елочка», Stradas и Париж-Рубе.

Анализ

Основываясь на опыте, особенно с шинами для велокросса и горных велосипедов, а также на данных, которыми поделились со мной Specialized, Schwalbe и Vittoria (многие из которых были получены в результате испытаний, проведенных в Wheel Energy), я ожидал, что более широкие шины будут иметь меньшее сопротивление качению. чем более узкие. Я также ожидал, что сопротивление качению будет меньше при более низком давлении. Хотя на первый взгляд первое кажется сомнительным, более пристальный взгляд показывает, что это предположение, вероятно, верно.Однако оказалось, что последнее не соответствует действительности.

Ширина в зависимости от сопротивления качению

Сопротивление качению шины на дороге вызывается (1) внутренним трением и гистерезисом (деформацией с течением времени) в материалах шины и (2) на неровной дороге небольшие неровности, которые слегка поднимают велосипед и водителя (поднимаясь в гору) при каждом небольшом ударе. .

По определению, более широкие шины будут иметь более короткие пятна контакта и, следовательно, меньший прогиб шины; если давление в шинах одинаковое, площадь пятна контакта должна быть такой же, чтобы выдерживать одинаковую нагрузку.Чем короче пятно контакта, тем меньше вертикальная глубина прогиба шины; внутреннее трение и гистерезис в материалах шины ниже.

Если более широкая шина сделана из того же материала той же толщины, что и более узкая, она будет катиться быстрее, потому что (1) внутреннее трение и гистерезис в материалах шины будут меньше, и (2) из-за несовершенства поверхности на дороге будет легче впитываться в шину (так как она имеет больший прогиб), таким образом поднимая велосипед и водителя немного меньше при каждом небольшом ударе.

Количество ниток и рисунок нити

Очевидно, что на шинах Forté более широкая шина имеет более низкую rr. Эти две шины имеют одинаковую конструкцию и протектор; они различаются диаметром корпуса, что наглядно демонстрирует, что чем шире, тем быстрее. Корпус изготовлен из нитей Super Poly с резьбой 300 нитей на дюйм (TPI), из того же материала резьбы (но не той же толщины), используемого во всех пяти тестируемых парах шин.

Чем тоньше нити, тем выше количество нитей в TPI, которое представляет собой просто количество витков нити, выстроенных рядом друг с другом на одном дюйме оболочки.На таких шинах оболочка изготавливается путем наматывания нити на длинную вращающуюся катушку и последующего смачивания ее жидким латексом. Затем его разрезают по диагонали и загибают так, чтобы получилась двухслойная оболочка, в которой нити в каждом слое пересекают друг друга под прямым углом.

Как правило, чем больше количество резьбы, тем более гибкая оболочка. Это связано с тем, что резьба в шинах с большим числом нитей тоньше, что делает каркас тоньше, легче и гибче. Кроме того, когда шина сталкивается с объектом, более тонкие нити с меньшей массой могут перемещаться и впитывать объект в каркас быстрее, чем более толстые нити.

Единственная другая шина в тесте с каркасом 300 TPI — это 24-миллиметровая Strada, шина, показавшая самый низкий показатель rr среди всех шин. Более широкие (25 мм) Strada и Paris-Roubaix (27 мм) имеют более толстые и, следовательно, более жесткие каркасы на 260 TPI, чем у трех других моделей шин. В остальном нет никакой разницы между черным корпусом Forté и коричневым корпусом Strada и Paris-Roubaix. «Это всего лишь несколько капель желтого или черного цвета в латексе», — сказал президент Challenge Tech Алекс Браунс.

Рисунок «елочка» на Strada, однако, заметно более эластичный, чем протектор Forté (рисунок «ромб с S-образными сторонами», как его называет Challenge). Рисунок протектора «елочкой» (можно также назвать его напильником) на Strada и Paris-Roubaix в спущенном состоянии лежит ровно, тогда как ромбовидный кожух на Forté кажется намного более жестким и сохраняет свою изогнутую форму в спущенном состоянии.

Состав резины в протекторе Forté и Strada такой же, но Браунс говорит, что «Paris-Roubaix имеет немного более твердый состав для повышения защиты от порезов и камней.Разница небольшая — от 50 до 55 (твердомер), чтобы избежать потери сцепления на мокрых поверхностях, но достаточная для получения более стойкого состава ». Толщина протектора у Forté такая же, как у Strada, но у Paris-Roubaix протектор толще, а его защитный пояс от проколов шире.

Поскольку 25-миллиметровая Strada имеет более жесткий корпус, более широкий протектор и более широкий пояс для защиты от проколов, чем 24-миллиметровая Strada, неудивительно, что она имеет более высокий rr, чем более узкая Strada. И хотя 27-миллиметровый Paris-Roubaix имеет ту же ткань корпуса, что и 25-миллиметровый Strada, у него более жесткий состав протектора и более широкий пояс для защиты от проколов, чем у Strada, поэтому также неудивительно, что его rr немного выше.Несмотря на эти дополнительные меры жесткости, 25-миллиметровые Strada и 27-миллиметровые шины Paris-Roubaix имеют более низкий rr, чем любая из более узких шин Forté, которые также имеют более мягкий каркас. Итак, я думаю, что утверждение о том, что более широкая шина катится быстрее при прочих равных условиях, остается неизменным.

Давление накачки в зависимости от сопротивления качению

Более низкое давление в шине означает меньшее давление в фунтах на каждый квадратный дюйм шины. Поскольку шина выдерживает ту же нагрузку при более низком давлении, пятно контакта будет больше.Например, компания Wheel Energy измерила площадь отпечатка шины 700 X 23 мм, накачанной до 112 фунтов на квадратный дюйм с 50 кг веса, что составляет 75 мм в длину и 15 мм в ширину. След от той же шины с таким же весом, но накачанной до 84 фунтов на квадратный дюйм, стал 82 мм в длину и 14 мм в ширину. Более длинное пятно контакта означает, что прогиб шины будет более глубоким, что приведет к большему внутреннему трению и гистерезису в слоях шины. Это означает, что более высокое давление снижает сопротивление качению.

Однако на неровных поверхностях шина с более низким давлением способна поглощать больше ударов, чем шина с более высоким давлением, с меньшим прогибом велосипеда и его водителя.Это тот же аргумент «подрессоренный против неподрессоренного веса», который демонстрирует, почему подвеска делает велосипед быстрее на пересеченной местности — требуется меньше энергии, чтобы поддерживать качение велосипеда, если поднимается только небольшой вес (например, небольшой участок шину), чем если бы весь велосипед и всадник поднимались за неровность.

Если бы велосипед катился по гладкому стеклу, ясно, что более высокое давление было бы быстрее. Вопрос в том, каково идеальное давление для поверхности, по которой вы будете кататься?

Для горных велосипедов и велосипедов для велокросса это намного яснее и показывает, почему лучшие гонщики, как правило, используют довольно низкое давление в шинах на неровных трассах или там, где требуется тяга на склонах.На дороге на каждой поверхности будет точка, где выше определенного давления сопротивление качению будет увеличиваться.

Интересно, что шины с самым высоким сопротивлением качению, две шины Fortés, почти не имеют разницы в сопротивлении качению при 84 фунтах на квадратный дюйм против 112 фунтов на квадратный дюйм. Самая быстрая шина, 300 TPI Strada 24 мм, и самая широкая шина, 27 мм Paris-Roubaix, показали наибольшее увеличение сопротивления качению (1,6 Вт) при снижении давления со 112 до 84 фунтов на квадратный дюйм. Это указывает на то, что более гибкие шины (из-за более гибких материалов или большей ширины) имеют наибольшее изменение формы при снижении давления и, следовательно, наибольшее количество соответствующего внутреннего трения и гистерезиса из-за перемещения материалов в слоях шины. Больше.

Выбор редакции

Очевидно, что самая быстрая шина здесь — 300 TPI 700 X 24 мм Challenge Strada. Мы бы выбрали эту шину, даже несмотря на то, что она весит больше, чем 22 мм Forté.

Мы также выбрали бы более широкую шину, если бы она была представлена ​​двумя шинами, которые в остальном идентичны.

Завод Инжиниринг | Расчет надлежащего сопротивления качению: более безопасный ход при погрузочно-разгрузочных работах

Трение играет важную роль в промышленном мире, а также в повседневной жизни.Трение — это сопротивление скольжению, качению или плавному движению объекта из-за его контакта с другим объектом. Это может быть как выгодным (когда мы тормозим машину до остановки), так и вредным (когда мы пытаемся вести машину, поставив одну ногу на педаль тормоза). В этой статье основное внимание уделяется сопротивлению качению — важному аспекту промышленных колес.

Сопротивление качению — это мера замедляющего действия поверхности пола на стыке протектора и пола колес. Обычно он выражается в фунтах и ​​представляет собой меру энергии, рассеиваемой на единицу пройденного расстояния.Представьте себе шину, катящуюся по ровной поверхности. Шина будет до некоторой степени деформироваться, и эта деформация вызовет некоторое сопротивление качению. Плоская поверхность также может деформироваться, особенно если она относительно мягкая. Песок — хороший пример мягкой, устойчивой к качению поверхности. Ездить на велосипеде по асфальтированной дороге намного проще, чем по белому песчаному пляжу. Сопротивление качению измеряет потерю энергии, когда что-то катится на определенное расстояние.

В мире промышленных колес контакт качения в идеале не оказывал бы сопротивления движению (кроме случаев, когда мы хотели, чтобы что-то оставалось на месте).Но в реальности так не работает. Рассеиваемая энергия:

• Из-за трения на поверхности контакта
• За счет упругих свойств материалов
• Из-за шероховатости поверхности качения.

Как видно на этом увеличенном виде, и колеса, и поверхность подвергаются деформации в степени, определяемой упругими свойствами двух поверхностей.

Трение качения в сравнении с трением скольжения

Коэффициент трения качения не следует путать с коэффициентом трения скольжения или, как его часто называют, коэффициентом трения.Коэффициент трения (скольжения) — это безразмерное число, которое описывает соотношение силы трения между двумя телами и силы, прижимающей их друг к другу. Коэффициент трения (скольжения) зависит от используемых материалов; например, сталь по льду имеет низкий коэффициент трения, а резина по дорожному покрытию имеет высокий коэффициент трения.

На схеме ниже рассматривается трение скольжения. Представьте себе силу, необходимую, чтобы толкнуть тяжелую коробку по полу. Статическое трение требует определенной приложенной силы для движения коробки.При движении динамическое трение требует относительно постоянной силы для поддержания этого движения. В этом примере человек, который толкает, создает «приложенную силу», а ящик с весом «N» и пол создают «силу трения», которая имеет тенденцию сопротивляться этому движению.

Причина, по которой мы используем колеса при транспортировке материалов, — это значительно меньшее усилие (сила), необходимое для перемещения объекта. Представьте, что толкаете холодильник или пианино без колес! Кроме того, подумайте, насколько легче было бы толкать ящик (упомянутый ранее) по полу, если бы он был на колесах.

Сила, необходимая для толкания / тяги колесного оборудования, всегда максимальна в начале, непосредственно перед началом движения. Эргономисты называют эту силу начальной или стартовой силой. К счастью, начальные силы обычно действуют недолго и падают до уровней устойчивых сил, когда начинается ускорение и преодолеваются любые механические помехи в начале движения. При движении с относительно постоянной скоростью потребность в силе обычно ниже. Эта сила называется постоянной силой или силой качения.

Для облегчения катания

Чтобы уменьшить усилие, необходимое для преодоления сопротивления качению колеса, можно выбрать колесо с более низким коэффициентом сопротивления качению (например, колесо из кованой стали имеет коэффициент сопротивления качению 0,019 дюйма) или использовать колесо с большим диаметром . Оптимизируйте, выполняя оба действия — используйте колесо наибольшего практичного диаметра с самым низким коэффициентом сопротивления качению.

Выбор ступичного подшипника с точки зрения сопротивления качению не так важен, как материал и диаметр колеса.Подшипники качения не так сильно влияют на сопротивление качению, как такие факторы, как материал колеса и диаметр колеса. Однако выбор подшипника может быть очень важен по другим причинам, таким как грузоподъемность, ручной или буксируемый режим, наличие ударной нагрузки или боковых толчков, а также желаемое техническое обслуживание. Можно предположить, что более мягкий материал протектора колеса обычно приводит к большему сопротивлению качению, чем очень твердый / твердый материал протектора колеса.

Основные факторы сопротивления качению

Наиболее важными факторами, которые следует учитывать, являются:

• Нагрузка
• Диаметр колеса
• Материал / жесткость протектора
• Материал пола / отделка
• Состояние пола (неровность, чистота, уклон и т. Д.).

Факторы, которые обычно можно игнорировать при расчетах:

• Тип подшипника
• Смазка или смазывающий эффект
• Температура окружающей среды
• Пробуксовка колес.

Рекомендации по эргономике

Общие рекомендации по эргономике для максимальных (ручных) толкающих сил можно найти в интерактивных таблицах в разделе Liberty Mutual Manual Material Handling на ее веб-сайте.

Использование калькулятора, представленного на этом веб-сайте, даст результаты, предполагающие процент населения (можно указать мужчин или женщин), которые могут безопасно выполнять задачу толкания или тяги.Переменные включают толкающую или тянущую силу (которая исходит из расчетов, описанных в этой статье), высоту, на которой действует сила, продолжительность толкания или тяги и частота.

В целом, любой результат, который превышает 75% женского населения, будет приемлемым с точки зрения безопасности. В частности, использование этого в качестве ориентира в значительной степени предотвратит травмы поясницы. Конечно, нет гарантии предотвращения травм спины.

Общие рекомендации для ручных и механических операций:

• Выберите подходящее колесо / протектор в зависимости от максимальной нагрузки и состояния пола.

• Если выбран эластичный протектор, обычно для защиты пола, учтите:

• Диапазон температур
• Ударопрочность
• Влага и вода
• Стойкость к свету, химическим веществам
• Отскок.

Выберите максимально возможный / практичный диаметр колеса.

Выберите колесо с наименьшим коэффициентом сопротивления качению.

Рассчитайте сопротивление качению (учтите, что при запуске усилие будет 2: 2.В 5 раз выше).

Используйте коэффициент безопасности при расчете требуемой мощности для приводных приложений.

Не забудьте учесть любой имеющийся уклон (a °). Расчетное сопротивление качению будет увеличиваться вверх по склону и уменьшаться вниз по склону (F = Fx / cosa). Например, наклон в 10 ° увеличит требуемую силу (F = Fx / cos10 ° = Fx / 0,9848 = 1,015Fx). Если наклон увеличить до 30 °, требуемая сила существенно увеличится с 1.015Fx до 1.155Fx (примерно 14%).

При буксировке с приводом очень важен выбор ступичного подшипника! Обязательно выберите подшипники, которые выдержат жесткие условия более высоких скоростей, боковых нагрузок и продолжительной работы.

Сопротивление качению играет важную роль при транспортировке материалов. Независимо от того, будут ли грузы буксироваться или толкаться вручную, правильный выбор колеса существенно повлияет на результат. Использование описанных здесь принципов позволит сделать правильный выбор.

Дэйв Липперт — вице-президент по маркетингу, а Джефф Спектор — технический директор Hamilton Caster. С ними можно связаться по адресам [email protected] и [email protected].

---

Для определения сопротивления качению промышленных колес используется «коэффициент трения качения».Это число было эмпирически определено для различных материалов и может варьироваться в зависимости от скорости вращения колеса, нагрузки на колесо и материала, с которым колесо контактирует. В приведенной ниже таблице неудивительно, что самый мягкий материал протектора (резина) имеет самый высокий коэффициент трения, а самый твердый материал (кованая сталь) — самый низкий.

* Полиуретан имеет диапазон значений коэффициентов в зависимости от конкретного выбранного полимерного материала.

Предположения

Общая нагрузка: 1200 фунтов

Материал пола: Сталь

Скорость вращения колеса: 3 мили в час

Формула

F = f x W / R

F = сила, необходимая для преодоления трения качения

f = коэффициент трения качения (единицы должны соответствовать тем же единицам, что и R (радиус))

Вт = нагрузка на колесо

R = радиус колеса

Пример

Найдите усилие, необходимое для перемещения прицепа массой 4800 фунтов, оснащенного 8-дюйм.полиуретановые колеса диаметром 85А на плоском стальном полу.

Шаг 1: На основании заданной нагрузки мы можем определить нагрузку на колесо «W».

W = 4800 фунтов / 4 (колеса) = 1200 фунтов на каждое колесо

Шаг 2: Из приведенной таблицы найдите коэффициент сопротивления качению «f».

f = 0,047 (дюйма) [Примечание: полиуретан имеет диапазон значений коэффициента в зависимости от конкретного выбранного материала.]

Шаг 3: Мы знаем, что радиус составляет ½ от 8 дюймов.диаметр колеса.

Шаг 4: Вычислите силу «F», необходимую для преодоления трения качения колеса.

F = 0,047 x 1200/4 = 14,1 фунта (Примечание: это для каждого отдельного колеса.)

Шаг 5: Рассчитайте усилие, необходимое для перемещения указанного нагруженного грузовика.

Сопротивление на колесо составляет 14,1 фунта. Поскольку грузовик имеет четыре колеса, общая сила для движения (устойчивого движения) грузовика составляет 14,1 x 4 = 56,4 фунта.

Диаметр колеса играет важную роль в силе, необходимой для перемещения груза.В приведенном выше примере с использованием 16-дюйм. Диаметр колеса (с радиусом 8 дюймов) уменьшит вдвое требуемую силу. Фактически, это закономерность, установленная уравнением. Каждое удвоение диаметра колеса приводит только к половине силы, необходимой для перемещения колеса или поддержания движения.

Сила для начала (начала) движения обычно в 2–2,5 раза превышает поддерживающую силу.