Метод, оборудование и регистрирующая аппаратура

Влияние температуры на сопротивление качению шины.

Вед. инж. Д.И. Хохлов, e-mail: [e-mail]

Аннотация

В статье изложена оценка влияния температурного состояния шины на параметр сопротивления качению автомобильных шин, полученная в ходе работ отдела “АСКиТЭ” НАМИ под руководством проф.
В.А. Петрушова на шиноиспытательном стенде НАМИ-354.

Ключевые слова: шина пневматическая,сопротивление качению, гистерезис, повторяемость, воспроизводимость, температура, время прогрева.

Key words: tyre, rolling resistance, hysteresis, repeatability, reproducibility, temperature, time of warm-up.

Введение

В последнее время уделяется большое внимание энергоэффективности транспорта и экономии моторных топлив. Существует резерв повышения топливной экономичности транспортных средств в части уменьшения сил сопротивлению движению. Большую роль в этом играет именно сопротивление качению шин. Поэтому имеется высокая значимость понимания процессов, связанных с сопротивлением качению.

Обозначения

C_r – коэффициент сопротивления качению, измеренный, Н/кН (кг/тонну);

F_r – сила сопротивления качению в даН;

L_m – вертикальная нагрузка в даН;

R – радиус барабана;

t_a – температура окружающего воздуха, °C;

t_t – температура плечевой зоны шины, °C.

Сокращения

LT(CV) – легкогрузовые шины (Light Truck, Commercial Vehicles);

PC – шины легковых автомобилей (Passenger Car);

TB – шины грузовых автомобилей и автобусов (Truck and Bus).

LI – индекс нагрузки на шину.

Метод, оборудование и регистрирующая аппаратура

Метод испытаний, обработки данных и регистрирующая аппаратура подробно представлены в статье [4].

Принципиальная схема шиноиспытательного стенда НАМИ-354 показана на рис.1. Стенд предназначен для измерения сопротивлений качению легковых и грузовых автомобильных шин методом выбега (coastdown method). В ходе последней модернизации на стенде установлена электромагнитная муфта фирмы INTORQ для разъединения двигателя от барабана для обеспечения “чистого” выбега. Также, в силу использования разновидности метода замедления (deceleration method), на стенде имеется возможность высокоточного измерения моментов инерции и радиусов качения. Общие параметры стенда приведены в таблице 1.

Рис. 1. Принципиальная схема стенда НАМИ-354 (1-барабан,
2 –электродвигатель c электромагнитной муфтой, 3 – опора)

Таблица 1.Технические характеристики стенда и измерительной аппаратуры.

Диаметр бегового барабана, [мм]
Ширина бегового барабана, [мм]
Макс. скорость испытаний (ограничена принудительно) [км/ч]
Максимальная нагрузка на шину, [даН]
Максимальный крутящий момент двигателя [Н*м]
Максимальная мощность электродвигателя, [кВт]	18,5
Передаточное отношение нагрузочного механизма
Рабочий ход несущей каретки, [мм]
Точность измерения коэффициента сопротивления качению, [%]	1,0
Точность измерения любых интервалов времени – не хуже, [мкс]	50
Точность измерения температуры шины, [^o С]	0,1

Общий вид аппаратуры, регистрирующей температуру, и схема ее размещения показаны на рис.2. Бесконтактный датчик температуры шины типа Exergen (рис.3) был направлен на плечевую зону шины на расстоянии
15 см. В стандартах ISO измерение температуры шины в ходе испытаний на сопротивление качению не регламентировано.

Рис. 2. Схема размещения аппаратуры регистрации температур на стенде НАМИ-354 (1- датчик температуры окружающего воздуха, 2 – плечевой зоны шины, 3 – беговой дорожки барабана)

Рис. 3. Общий вид бесконтактного датчика температуры

Датчик температуры окружающей среды 1 (см. рис 2) – это термопара типа J с защитным перфорированным экраном, который установлен на расстоянии 1 м от боковины шины, согласно стандарту [2].

Использование термопар для измерения реальной температуры материалов шины при качении весьма затруднительно, особенно при размещении датчиков в протекторной зоне. На основе математического моделирования методом конечных элементов и экспериментально подтверждено, что пиковые температуры можно наблюдать в плечевой зоне шины [3]. (Рис. 4).По приблизительным оценкам на эту зону приходится до 40% всего тепла выделяемой шиной.

Доказана прямая взаимосвязь температуры на поверхности шины и внутри в работах Помпеи – разработчика бесконтактных датчиков температуры типа Exergen [5].

Рис. 4. Расчет температур в системе ABAQUS-CATIA* (шина 205/60 R15)

* Abaqus – программный комплекс мирового уровня в области конечно-элементных расчетов на прочность, с помощью которого можно получать точные и достоверные решения для самых сложных линейных и нелинейных инженерных проблем. Семейство продуктов Abaqus разрабатывается и поддерживается компанией Abaqus, Inc. (USA)

Стандарты ISO регламентируют время выдержки шин в лабораторном помещении перед испытаниями 3 ч для легковых и 6 ч – для грузовых шин.

Температурная стабилизация – прогрев шин. Стандарт ISO [2] также регламентирует время обязательного прогрева шин на скорости 80 км/ч (или 60 км/ч– для грузовых с индексом скорости J и ниже) перед началом первого замера. Для шин легковых автомобилей – 30 мин (легкогрузовых – 50 мин), и 150 мин (180 мин для шин с размерностью >R22.5) – для грузовых. Этим, по заверению разработчиков стандартов, будет обеспечена высокая повторяемость и воспроизводимость измерений. Опыты наблюдения за температурой на поверхности показывают правильность выбора таких временных интервалов для большинства типоразмеров шин, т.к. за это время температура и внутреннее давление шины становятся установившимся.

t, min

Однако этими же документами определяются стандартные лабораторные условия с температурой 25±5°С, что может существенно исказить установившуюся температуру материалов шины и сам результат сопротивления качению. В большинстве случаев межлабораторных испытаний (сличений) именно это приводит к разнице в коэффициентах сопротивлений качению для одной и той же шины. Даже, несмотря на использование формулы приведения к стандартной температуре, не удается добиться высокой воспроизводимости данных различных лабораторий. Вопросы повторяемости и воспроизводимости стендовых испытаний шин были затронуты ранее в предыдущей статье [4].

Формула приведения к стандартной температуре 25°Спо стандарту [2]:

F_r25 = F_r [ 1 + K (t_amb – 25°)],

где К – константа, равная

0.008 - для легковых (PC) шин

0.01 –для легкогрузовых (LT с индексом LI≤121)

0,006 – для грузовых

В данной работе произведена проверка адекватности применения формулы приведения к стандартной температуре для легковых шин в условиях стенда НАМИ-354.

В Европейском Союзе с 2009 г. введены требования по маркировкам (наклейкам) на шины для информации потребителя о различных параметрах, в том числе, и о сопротивлении качению (рис. 5).

Рис. 5. Наклейка с указанием класса энергоэффективности шины и уровня ее шума в соответствии с требованиями Еврокомиссии 1222/2009.

Однако вопрос о достоверности заявленных параметров сопротивления качению различными производителями, полученными на разных стендах в различных условиях разными методами, остается открытым.

Дата добавления: 2015-08-09