Силы сопротивления качению оказывают существенное влияние при движении велосипеда, причём наибольшие потери энергии за счёт их действия происходят в системе «колесо- дорога».
Проводилось сравнение коэффициентов трения качения двух комплектов сликовых покрышек 23- 622 с металлическим кордом: одни с утончёнными стенками, другие, на 30% тяжелее, с обычными, давление составляло 7 атм.
Суть экспериментов заключалась в следующем: велосипедист съезжал с возвышенности (высотой 5 м, длиной около 200 м) с достаточно хорошим асфальтовым покрытием. Измерялся полный пройденный путь, считалось, что действует только сила сопротивления качению и её величина постоянна ввиду невысоких скоростей. Из законов сохранения энергии mgh=Fтрs, Кулона Fтр=(Кkmg)/r, где g=9,8 м/с 2 — ускорение свободного падения, r= 0,34 м- радиус колеса, получается выражение для коэффициента трения качения: Kk=(hr)/s. Для велосипеда, на колёса которого был установлен первый комплект покрышек, длина пути до остановки составила 393 м, второй- 443 м; среднее значение коэффициента трения в первом случае 0,00433 м, во втором- 0,00384 м.
Результаты экспериментов говорят о том, что более жёсткие колёса лучше катят по ровной твёрдой поверхности за счёт меньшего значения коэффицинта трения качения. Жёсткость колеса повышается из- за большей толщины стенок покрышек, которые можно рассматривать как пружины, вместе с воздухом в камере образующими систему параллельно соединённых пружин, жёсткость которой равна сумме жёсткостей отдельных. При вращении колеса шина с воздухом деформируется в месте пятна контакта. С точки зрения движения велосипеда как системы, в которой действуют внешние неконсервативные силы, эти деформационные потери энергии необратимы- один участок сжался, другой расправился, но на сжатие затрачивается энергия движения, которая при расправлении не возвращается в систему.
Для снижения потерь энергии движения необходимо повышать жёсткость системы «шина- воздух», чему могут способствовать: использование обода с неглубоким внутренним профилем, ободных лент большей толщины для уменьшения высоты воздуха с целью увеличения его упругих свойств; применение сликовых шин с более упругими боковыми стенками; увеличение давления в шине. При определённой внутренней ширине обода наименьший коэффициент трения качения будет достигаться при использовании возможно более узкой шины из рекомендуемого диапазона размеров. При данном поперечном размере шины минимальное значение силы сопротивления качению будет достигнуто при её установке на обод с возможно большей из рекомендуемых внутренней шириной.
Таким образом, оптимальный подбор шины и обода позволяет существенно уменьшить величину сил сопротивления качению при движении по ровной дороге с твёрдым покрытием.
Обновлено 29.11.2018 в 00:54 Pranevich Ihar
34 первых свиданий покрышки с дорогой
Чтобы облегчить ход велосипеда необязательно менять раму на карбоновую и высчитывать каждый грамм сидушки, ободов и т.п. Можно просто подобрать правильные покрышки на колеса, ведь протектор, давление и ширина покрышки очень влияют на сопротивление Вашему усилию. Это доказали наши велоединомышленники финны, а вот как они это сделали — читайте далее.
Так что же делает велосипедную покрышку быстрой? На этот вопрос мы искали ответ в Финляндии, а именно за 100 км от Хельсинки, в общине Настола. Там, в лабораториях компании Wheel Energy, находится самая точная аппаратура в мире для оценки сопротивления качению. Поэтому именно здесь мы решили протестировать 34 шины различных моделей и производителей.
Такое количество мы взяли не просто так, а для честности, чтобы тестирование было для науки, а не для рекламы.
Велосипедисту, чтобы удерживать темп 40 км/час во время езды по ровной дороге, надо вырабатывать энергию в 270-350 ватт. При этом большая часть энергии тратится на сопротивление ветру. Вторым по потреблению энергии стоит сопротивление качению. Так, например, чтобы выдерживать средний темп 40 км/час, две велопокрышки с сопротивлением качению каждой около 50 ватт вместе будут требовать 100 ватт. Поэтому неудивительно, что на грубой толстой старой туристической шине Вы можете почувствовать себя медленным слабаком.
Также мы определили, что на скорость качения мягкой и широкой резины значительное влияние имеет рисунок протектора. Хотя до этого мы, как и большинство велосипедистов, предполагали, что лишь гладкие тонкие покрышки будут иметь наименьшее сопротивление качению. Но тест показал, что только одна из пяти лидировавших шин, которые мы тестировали, была гладкая, остальные же были полностью обработанные с помощью серы и высоких температур, а также спрессованные с тканью.
Так что, если Вы ищете быструю шину, то не бойтесь выбирать более широкие модели, и не подвергайтесь обманчивости «традиционной» вере в скорость тонких незаполненных покрышек. Ведь даже наш тест показал, что самой быстрой шиной стала обработанная и наполненная герметиком – Specialized S-Works Turbo Tubeless Light.
Видео:Давление в покрышках велосипеда - ликбез от УльтраспортСкачать
Поразительно видеть, что производителем четырех из пяти лидирующих протестированных велосипедных покрышек был Specialized. Но также стоит заметить, что все пять моделей однотипного дизайна. Все они схожи с 25-ти миллиметровой Continental GP 4000S II с протектором Black Chili, которая была одной из самых продаваемых в мире шин высшего класса на протяжении многих лет. И что самое интересное, что эта шина была создана инженерами, которые в настоящее время работают в компании Specialized.
Читайте также: Пирелли шины летние р17 225 50
Здесь Вы можете увидеть нашу классификацию протестированных 34-ех покрышек по порядку. В таблице указаны порядковый номер, название, тип, ширина в мм, вес в гр, плотность плетения каркаса, которая обозначается числом нитей на дюйм, внутреннее покрытие, цена и ватты.
Тестировали мы с силой, которую измеряли в ваттах, которой требует темп 40 км/час. Показания даны для одной покрышки, то есть, чтобы узнать показатели для двух – их надо умножать. Но это только если Вы не Питер Саган – словацкий велогонщик, который вытворяет чудные вещи на одном колесе.
В лаборатории Wheel Energy есть специальная установка, с барабаном – диаметром в 120 см – которая имеет различные сменные поверхности. Например, чтобы сымитировать обычную асфальтовую дорогу, они используют поверхность с алмазным покрытием с рисунком как на ступеньках металлических лестниц.
Шины мы брали разной ширины от 22 до 26 мм, включая клинчерные, трубчатые покрышки (с англ. Tubular, далее по тексту – трубка) и бескамерные покрышки. При этом для верности каждую накачали до показателя 116psi, придали нагрузку в 50 кг, скорость качения – 40 км/час. А для симуляции обыденного использования колес мы использовали камеры: 70 граммовые Bontrager XXX Latex Tubeи 95 граммовые обычные, более дешевые, бутиловые камеры. А бескамерные велопокрышки наполнили на 25 гр герметиком Bontrager TLR.
Все стандартные клинчерные покрышки мы ставили на обода Mavic Ksyrium Super Light, а бескамерные – на Fulcrum Racing 1 wheels.
Wheel Energy имеют строгий протокол калибровки, по которому они обещают обеспечивать точность показаний с максимальным отклонением в +/- 0,15 ватт. В этот процесс входит запуск аппаратуры за 12 часов до начала испытаний, доставка барабана и стабилизация температуры воздуха в помещении по стандарту. Также лаборанты проводят три теста для измерения показателей с контрольными покрышками, для проверки налаженности работы техники. И в заключении, каждая покрышка пробегает на барабане по 10 минут, перед тем как лаборанты начинают снимать показания (10 минут нужны для того, чтобы шина прогрелась, села на обод и выработала четкое внутреннее напряжение). Так что процедура калибровки предусматривает максимальную скорость тестирования – 2 покрышки в час.
Редко, но бывают случаи, когда Wheel Energy находят между показаниями тестов двух разных покрышек одной модели разницу 0.1 или 0.2 ватта. Исходя из этого, для точности показателя, мы тестировали две покрышки одной модели и брали средний показатель двух испытаний. Поэтому на одну модель у нас уходил целый час.
Видео:Понимание сопротивления качению!Скачать
Значение состава покрышки
Состав шины – это неточная наука смешивания разных органических полимеров и, зачастую, неорганических составляющих. Все настолько неопределенно, потому как компании, которые производят покрышки, заботятся, чтобы формула их состава оставалась в тайне.
Не секрет, что один из вариантов снижения среднего показателя расхода бензина в автомобилях – это использование колес с хорошим накатом. Понятно также и то, что производители покрышек работают над тем, чтобы автомобилисты приобретали именно их шины. Для этого они вводят в состав шин больший процент синтетических составляющих в виде кремния, ведь он снижает показатель сопротивления качению, но при этом не влияет на сцепление с дорожным покрытием. Плюс кремния и в том, что он снижает в резине внутреннее трение. Это объясняется тем, что для изменения формы резины тоже нужны затраты энергии, ведь сначала нужна энергия для того чтобы деформировать резину, а после для того, чтобы обратно вернуть ей былой вид. Как раз этим объясняется эффект угасающих прыжков резинового мяча.
Рассмотрим график. На нем проиллюстрировано соотношение состава покрышки и силы, которая влияет на нее, как во время обычного ее использования. При возрастании нагрузки новая покрышка обычно не спешит реагировать и лишь в определенный момент она прогибается под воздействием силы. Когда груз убирают с шины, она естественным образом возвращает прежнюю форму.
Такая задержка в реакции на внешнее воздействие называется гистерезис (запаздывание), в связи, с чем график выглядит как на рисунке ↓. Величина затраченной энергии равна участку в центре «петли гистерезиса». Чем быстрее состав покрышки, тем этот участок петли меньше. Чем меньше петля, тем быстрее велошина.
Какую роль сыграл состав шины в испытании?
Читайте также: Рынок с шинами кунцево
Это хорошо видно на примере двух лидирующих покрышек, по иронии судьбы, они обе одного бренда. Наш серебряный призер – 24-ех мм Specialized Turbo Cotton – во время испытания постоянно показывал погрешность в округлении, но смотря на показатель лидера таблицы, его погрешность не играла никакой роли, ведь лидер – 26-и мм S-Works Turbo Tubeless Light– в любом случае был на 3 ватта быстрее.
Видео:Что такое сопротивление качению шинСкачать
Turbo Cotton – это комбинация составляющих покрышки и ее исполнения. В графе состав Specialized пишет Gripton, но что это за комбинация составляющих неизвестно. По идее состав материала покрышки зависит от модели и цели ее применения. Turbo Cotton – единственная покрышка в вверху таблицы с шириной меньше 25-ти мм. Чтобы быть самой быстрой (то есть иметь наименьший центр петли гистерезиса) Gripton размещают в центре протектора. А в состав плечевой зоны входят полимерные компоненты с большим показателем гистерезиса, чтобы сохранять сцепление даже с влажной дорогой.
Латексная пропитка эластичного и необработанного хлопкового каркаса покрышки с плотностью 320-TPI гарантирует низкий гистерезис. Каркас из нейлона или полиэстера, обработанный под высокой температурой, имеет больший гистерезис, а следовательно, и более высокие затраты энергии.
Так что Turbo Cotton – это самая быстрая клинчерная покрышка нашего теста, и при этом она может похвастаться отличным сцеплением плечевой зоны. Ведь зачем вообще скорость без возможности ее контролировать!?
Что же по поводу 26-ти мм S-Works Turbo Tubeless Light, то ее составляющие это: легкая боковина из обработанного нейлона с плотностью 180-TPI и гриптоновым протектором с низким сопротивлением качению. Все это, вдобавок к нулевому трению с отсутствующей внутренней камерой, и помогло занять наивысшую позицию в таблице классификации.
Стоит обратить внимание, что первыми продуктами, которые производила компания Specialized, были именно покрышки, и сейчас на протяжении нескольких лет компания вложила значительные инвестиции в улучшение ряда моделей. Дополнительно Specialized наняли двух немецких инженеров – Вольфа Ворма Вальде исследователя и разработчика шин и Вольфганга Аренца специалиста по составу резины – которые ранее работали на немецкую компанию Continental.
«Зона протектора – это место, где покрышка получает самую выразительную деформацию» — говорит Ворм Вальде. «Как раз там и проявляется сопротивление качению. Именно эта зона нас интересует при работе над составом резины».
Гибкий каркас уменьшает сопротивление качению, но не компенсирует плохой состав
Все шины имеют несколько слоев нитей, которые удерживают все участки покрышки вместе. Два слоя нитей, которые лежат поперек – считаются одним слоем. Каркас шины имеет свою плотность, которая измеряется в TPI (threads per inch – пер. нитей на дюйм) на слой.
Однако, сравнивание TPI это не просто сравнение количества нитей. Хотя и должно быть таковым, но в Continental считают иначе, что затрудняет сравнение TPI их покрышек и покрышек других производителей. Чтобы посчитать TPI покрышек Continental нити всех слоев одного листа суммируют. К примеру, каркас шины GP 4000S II, в которой по стандартному подсчету 165-TPI, у Continental выходит 330 TPI. Это вводит в заблуждение и, на самом деле, не имеет смысла, потому как, очевидно, что показатель возрастает, а с ним и представление о том, что шина очень жесткая (в таблице мы указывали все TPI по общепринятым стандартам), ведь чем больше TPI, тем менее гибкая покрышка.
Видео:Лысая покрышкаСкачать
Но также наш тест показал, что и покрышки с высоким TPI могут быть быстрыми. Например, Turbo Cotton от Specializedс TPI 320 (показатель рассчитанный по общепринятым стандартам) и еще одна из пятерки лидеров – Zipp Tangente Speed – хороший тому пример.
Несмотря на показатели, другие бескамерные шины от Vittoria, Veloflex и Challenge стоят в таблице ниже. Почему так? Мы предполагаем, что тут все зависит от состава самой шины, который в данном случае уступает составу лидирующих покрышек. Даже в пределах одной компании разные модели шин могут иметь совершенно разные составы. Например, Challenge Elite с хлопково полиэстерной боковиной и плотностью в 265-TPI не такая гибкая как Challenge Criterium с плотностью 320-TPI из хлопка, а также требует затраты энергии на 4 ватта больше с той же самой шириной. Действительно, тут объяснением может быть лишь состав шины.
Трубка необязательно имеет более низкое сопротивление качению
Честно говоря, мы ожидали, что покрышки трубки будут иметь низкое сопротивление качению, так как у них нет внутри камеры, которая обычно трением с покрышкой поднимает показатель сопротивления качению. И с одной стороны были правы, ведь лидер таблицы – покрышка трубка. Однако в целом наше испытание показало, что трубки и клинчерные шины имеют примерно одинаковый показатель сопротивления качению, за исключением идеальной поверхности, по которой мы запускали колеса, но такую не встретишь в реальных условиях.
Читайте также: Загрузка контроллера шины видеокарты что это
По неровной поверхности, где вероятность проколоть колесо повышается, трубка – это довольно привлекательный вариант, особенно, когда она наполнена герметиком, пусть при этом она уступает по скорости. К примеру, 25-ти мм клинчер Schwalbe ONE с латексной камерой имеет, по сути, такое же сопротивление качению, как и 25-ти мм трубка Schwalbe ONE. Это объясняется тем, что у трубки должны быть более толстые стенки каркаса, чтобы держать давление воздуха. Поэтому и вес у них примерно такой же, как и у клинчерных шин с камерой.
Многие велосипедисты зацикливаются на давлении воздуха в колесе. Но как оказывается, для покрышек высокого качества этот вопрос в действительности не такой уж и важный. При этом низкокачественный каркас будет тормозить в любом случае, независимо от правильности давления в шине. Плюс низкого давления в покрышке в том, что она становится мягче и съедает неровности дорожного покрытия. Хотя при этом давление от 109 до 73 psi съедает дополнительно и по 5 ватт энергии на каждую покрышку.
В принципе все логично, ведь чем меньше давление в шине, тем меньше она накачана и потому больший участок протектора касается дороги. Для доказательства ребята из Wheel Energy испытали покрышку с параметрами 700х23, которую накачали до 112 psi и придали нагрузку силой в 50 кг: при этих условиях покрышка оставила след длинной в 75 мм. След той же шины в тех же условиях, только с давлением 84 psi был длиннее на 7 мм, соответственно – 82 мм.
Видео:Писк велосипедной резины:)?Скачать
Стоит помнить также и про внутреннее трение с камерой, которое увеличивается при потере упругости покрышки. Поэтому для скорости важно высокое давление в колесах. Wheel Energy также провели эксперимент на барабане с гладкой поверхностью с 22 мм трековой бескамеркой, которую постепенно накачивали – от 101 psi до 203 psi – в результате чего постепенное возрастание давления сбивало показатель сопротивления качению, что в очередной раз доказывает влияние высокого давления на скорость шины.
На барабане с грубой поверхностью покрышка с более низким давлением показала себя лучше, ведь низкое давление это более мягкая шина, соответственно она съедает неровности дороги. Собственно это похоже на спор про рессоры, где подвеска делает автомобиль быстрее на неровной дороге, потому как, чем меньше сопротивление при встрече с каждым бугорком, тем меньше энергии тратится на удержание скорости.
Но какое давление все же наилучшее для поверхности, по которой Вы планируете ехать? Это зависит от типа покрышки, на которой Вы собираетесь ехать. Так, клинчерная необработанная с грубым протектором будет мягче, чем тонкая жесткая трубка.
Одной из причин сопротивления качению в покрышке есть внутреннее трение материалов и неровности дороги, которые нарушают равновесие велосипеда и велосипедиста.
Когда дело доходит до внутреннего трения, то у широких покрышек контакт поверхностей короче, что, в результате, меньше влияет на деформацию. При одинаковом давлении, зона контакта зависит также и от веса нагрузки на велосипед. При стабильных показателях давления в колесах и веса нагрузки на велосипед, зона контакта будет та же самая. Более широкая и короткая зона контакта, которая не имеет особо заметной деформации по вертикали, означает, что внутреннее трение и гистерезис этой шины незначительные.
Широкая шина сделанная с тех же материалов, что и узкая, покажет уровень качения по грубой дороге выше, даже, несмотря на ее больший вес. Это можно объяснить тем, что в широкой меньший показатель внутреннего трения и широкая покрышка лучше амортизирует неровности дороги, о чем мы уже говорили выше.
Латексные камеры быстрее, чем бутиловые
Шина Challenge Elite 25 мм была единственной, с которой мы провели испытание с камерами двух видов – латексной и бутиловой. Тест показал, что колесо с латексной камерой потребовал на 1.3 ватта меньше энергии, чем с бутиловой (латексная – 41.1 ватт, бутиловая – 42.4 ватта). На гладком барабане разница была еще более ощутимая – на целых 3 ватта в пользу латексной камеры (латексная – 27.8 ватта, бутиловая – 31.0 ватт).
Мы предполагаем, что латексная камера показала такой результат, потому что она более легкая, эластичная и плотнее прилегает к каркасу покрышки, чем грубая бутиловая.
Видео:TPU vs Резина - КАКАЯ КАМЕРА ПРОЧНЕЕ?Скачать
Если Вы хотите надежности – широкие бескамерки с герметиком для Вас. Если же проколы не проблема для Вас и Вы не хотите сверхскорости и головных болей по поводу давления в колесах, то клинчерные шины с направленным рисунком протектора – то, что Вам нужно.
- Свежие записи
- Нужно ли менять пружины при замене амортизаторов
- Скрипят амортизаторы на машине что делать
- Из чего состоит стойка амортизатора передняя
- Чем стянуть пружину амортизатора без стяжек
- Для чего нужны амортизаторы в автомобиле
🎥 Видео
Фэтбайк 5.05 и опять ступенькиСкачать
Лайфхак Как помыть велосипед правильно #shortsСкачать
Как улучшить накат велосипеда | ЭкспериментСкачать
Червяк в бескамерное колесо ведосипеда.Скачать
Бескамерные колеса 😎Скачать
Какое давление качать в колеса велосипеда?Скачать
Дорожный хромолевый велосипед Fuji Feather -классический фикс для города. Легкая и надежная классикаСкачать
Сниженное сопротивление качениюСкачать
ТЕСТИРОВАНИЕ НАКАТА ВЕЛОСИПЕДНЫХ ПОКРЫШЕК Полуслик против протектораСкачать
Магия дрифта...Скачать
Сопротивление качениюСкачать
Самые нереальные шины - не боятся даже проколов!Скачать
Велосипед плохо едет? Решение!Скачать
Какое давление качать в колесах велосипедаСкачать
