Выбор шин для квадроцикла. Теория поверхностей

28 июля 2014 - 12:10
Выбор шин для квадроцикла. Теория поверхностей

Продолжаем знакомить вас с особенностями выбора резины для квадроциклов. Сегодняшней темой будет рассмотрение вопроса работы шин при различных контактных поверхностях. Мы расскажем о ряде самых распространённых вариациях грунтов и о том, как работают внедорожные шины для квадроциклов в таких условиях.

Одной из главных задач при выборе шины для ATV техники, является достижение максимальной производительности резины в различных условиях эксплуатации. Эффективная работа шины зависит от ряда факторов: мощности двигателя, веса машины, нагрузки на неё в виде массы пассажира(ов), груза, а также от характера ландшафта и контактной поверхности трассы.

Для правильного выбора шины и для дальнейшего применения её с максимальной эффективностью необходимо учитывать массогабаритные характеристики, рисунок протектора и конфигурацию рабочего профиля. В идеале нам необходима шина, которая обеспечивает максимальное сцепление с трассой и при этом демонстрирует низкое сопротивление качению при сохранении комфортности движения. В итоге качественная и правильно выбранная шина не допускает проскальзывания при ускорении и  торможении, при движении в повороте, на подъёме или спуске. На практике мы очень часто сталкиваемся с большим разнообразием входящих условий, поэтому рассмотрим теорию движения квадроцикла, а затем поговорим о работе шины в различных типах грунтов.

Теория работы шины и движения квадроцикла

Ранее мы рассматривали существующую классификацию квадроциклов, разделяя их по предназначению и по объёмам двигателей. Мощность мотора является первостепенной характеристикой ATV техники, от этого зависит динамика и проходимость квадрика. Крутящий момент от двигателя через трансмиссию передаётся на ведущие оси (на обе или только на заднюю) и приводит в движение квадроцикл. Величина крутящего момента на колесе (Мкр) должна превышать момент сопротивления качению на этом же колесе (Мс) по текущему типу грунта. Если условие выполняется, квадрик движется – если нет, машина не трогается с места. Если же момент Мкр значительно превышает момент сопротивлению качения Мс, то шина начинает буксовать – излишний крутящий момент приводит к пробуксовке колеса, а это в свою очередь ведёт к снижению управляемости и динамики движения.

Момент сопротивления качению Мс зависит от рисунка протектора шины для квадроцикла, от площади контакта с грунтом, от нагрузки на колесо и от характера самого грунта (рыхлость, влажность, фракция). Если для идеального упрощения принять, что шина не сминается в зоне контакта с грунтом, то за площадь контакта можно принять габаритную ширину шины. В данном аспекте можно рассмотреть два крайних варианта. Если ширина шины превышает оптимальное значение, то площадь контакта создаёт большое значение сопротивления качению Мс и квадроцикл демонстрирует низкую разгонную динамику и слабые тяговые качества в целом. Если ширина шины ниже оптимального значения, тогда Мкр значительно превышает Мс и колесо становится склонно к пробуксовке, а при рыхлых грунтах шина зарывается в грунт в силу высоких удельных давлений при малой площади контакта. Таким образом, становится ясным, что оптимальный выбор ширины шины имеет большое значение. Особенно это актуально для лёгких малокубатурных и средних квадроциклов.

 Мощность квадроцикла и характер грунта – определяющие факторы при выборе ширины и рисунка протектора шины

В идеальном варианте для каждого участка трассы со своими характеристиками необходима шина, отличающаяся по диаметру, ширине и рисунку протектора. Для простоты понимания вопроса мы разделим трассы на четыре типа – твёрдые (Road+Hard Pack), смешанные (Hard Pack+Mud), мягкие (Mud+Deep Mud) и взвешенные (Snow+Sand). Далее мы рассмотрим особенности движения квадроцикла в зависимости от характера трассы.

Качение шины квадроцикла по твёрдым грунтам

К твёрдым трассам мы относим все покрытия с жёстким основанием: асфальт, бетон, укатанные грунтовые дороги, каменистые и плотные песчаные трассы. Так же сюда можно отнести сухие грунты, поросшие травой и сухие лесные тропы с плотным ковром опавших листьев. Твёрдые трассы самые благоприятные для движения квадроцикла. Хорошее сцепление шин с твёрдой поверхностью обеспечивает прекрасную разгонную и тормозную динамику, уверенное управление в поворотах и стабильность прямолинейной траектории.

Для твёрдых трасс рекомендуется установка на квадроцикл шин большего внешнего диаметра и меньшей ширины. Таким образом, обеспечивается более высокая максимальная скорость, прекрасный накат и оптимальное сопротивление качению. Так же шины большего диаметра обладают прекрасным ездовым комфортом, так как лучше поглощают удары и вибрацию. В качестве рисунка протектора для твёрдых трасс лучше использовать набор многоугольников в шахматном порядке. Такие зацепы могут располагаться как поперечно (для задней оси), так и продольно (для передней рулевой оси). Для лучшей управляемости и устойчивости рекомендуется увеличивать диаметр рулевых шин при одновременном снижении их ширины. При этом мы снижаем момент сопротивления качению Мс шины, увеличивая тем самым эффективность тяговой задней оси (в заднеприводном режиме 2WD).

При качении шины по твёрдому грунту деформацией поверхности можно пренебречь. Крутящий момент Мкр через пятно контакта передаётся грунту и за счёт сил трения приводит в движение квадроцикл. При движении по твёрдой трассе шины работают в оптимальном режиме, демонстрируя высокую максимальную скорость и хороший накат. Твёрдые трассы лучший вариант для обучения основам езды на квадроцикле. Так же отметим низкий износ шин и возможное использование покрышек с низкой степенью самоочистки (с плотным и частым размещением зацепов). При мокрой твёрдой поверхности большинство шин без особых проблем справляются с водоотведением из пятна контакта.

 

Качение шины квадроцикла по смешанным грунтам

Смешанные трассы характеризуются наличием рыхлого поверхностного слоя, под которым находится плотное основание. Сюда можно отнести плотные дороги с мелким верхним каменистым слоем, размокшие грунтовые дороги с сухим основанием, поверхности с небольшим слоем песка, рыхлые полевые дороги, а также умеренно влажные луговые почвы.

При движении по смешанной поверхности, шина под действием радиальной силы нагрузки вдавливается в рыхлый, поверхностный слой. В данном случае происходит уплотнение рыхлого слоя при одновременном достижении плотного основания. Когда шина катится частично погружённая в рыхлый слой, одновременно контактируя с плотным основанием, движение квадроцикла происходит благодаря двум факторам: работе силы трения от контакта протектора с твёрдым основанием и от силы зацепления протектора с рыхлым слоем.

При вдавливании шины в рыхлой слой, происходит уплотнение грунта, как в пятне контакта, так и в пространстве между зацепами протектора. Одновременно часть грунта выдавливается из зоны контакта в боковые стороны. Часть почвы, глины или гравия запрессовывается между зацепами протектора. При вращении шины эта часть срезается протектором и выводится при вращении шины из пятна контакта. Вращение колеса порождает центробежные силы, которые стремятся выбросить залипший грунт из канавок и углублений протектора. Если центробежная сила по своей величине больше, чем сила сцепления грунта с резиной в забившихся канавках, то при вращении грунт покидает рисунок протектора. Почва просто напросто выбрасывается центробежной силой и происходит процесс самоочистки шины. Если же величина центробежной силы меньше сил сцепления грунта в канавках и углублениях проектора, то очищение шины не происходит.

Участок протектора, забитый почвой, сделав полный оборот, снова попадает в зону контакта. При этом эффективность шины резко снижается, так как шина начинает работать с загрязнёнными грунтозацепами. Теперь покрышка выполняет работу исключительно за счёт сил трения в зоне контакта поверхности протектора с твёрдым основанием трассы. Если этих сил достаточно для передачи крутящего момента Мкр и он превышает остаточное сопротивление качению Мс, то квадроцикл продолжает двигаться вперёд. Если же этих сил не достаточно, то после того как шина делает один оборот и протектор теряет эффективность вследствие залипания, возникает пробуксовка шины и квадроцикл останавливается.

Существует вариант того, что при пробуксовке колеса резко повышается количество оборотов шины и происходит увеличение центробежной силы. В таком случае степень очистки шины может улучшиться до определённой величины. Если возникшего скачка центробежных сил достаточно для очистки протектора запускается циклический процесс залипания и очищения протектора. При этом квадроцикл может двигаться в натяг, выбрасывая массив почвы позади себя. Если ATV грамотно спроектирован и пространство под крыльями достаточно для накопления определённого объёма грунта, то машина будет двигаться вперёд с пробуксовкой шин и выбросом почвы. Если же грязевой зазор на крыльях недостаточен, то велик шанс, что центробежная сила забросает его грунтом и процесс самоочистки шины резко ухудшится. Это приведёт к повторному возникновению пробуксовки с забитым протектором и остановке квадроцикла. Опять же, в случае если сил трения в пятне контакта протектора будет недостаточно, чтобы преодолеть сопротивление качению Мс.

Таким образом, степень самоочистки шины зависит от нескольких факторов: характера рисунка протектора, влажности и фракции грунта. Если рисунок протектора слишком плотен, канавки между зацепами узкие и не глубокие – шина быстро забьётся грязью. Мелкий рисунок протектора быстро загрязняется, так как масса залипшего грунта невелика и текущая центробежная сила может быть недостаточной для очистки. Если же расстояние между элементами грунтозацепов будет достаточно, а рисунок будет глубок, то масса грунта на колесе начинает испытывать значительную центробежную силу и происходит отрыв грязи и очистка протектора.

Когда влажность грунта низкая, степень слипания кусочков грунта также низкая – самоочистка происходит очень хорошо, вследствие слабой формующей способности сухого грунта. Если влажность высокая – грунт хорошо слипается и имеет высокую проникающую способность, при этом рельеф протектора заполняется достаточно быстро. Силы сцепления влажного грунта запрессованного в канавки протектора достаточно высоки – шина очищается хуже. Если фракция грунта больше величины зазора между грунтозацепами, то полного загрязнения шины может не произойти. Чем мельче фракция грунта, тем выше силы сцепления между частицами и тем выше вероятность плотного загрязнения протектора.

Сегодня производители шин создают рисунки протекторов, которые обладают высокой степенью самоочистки для большинства условий. Достигается это за счёт укрупнения элементов протектора - зазоры между зацепами делают увеличенными. Сами элементы зацепов исполняют в виде многогранников с трапециевидным профилем. Такая конфигурация позволяет зацепу легче внедряться в грунт за счёт более высокого удельного давления, а также протектору в виде трапециевидного элемента легче выдавить грунт из пятна контакта в сторону. Что ещё не маловажно, спрессованный грунт между такими элементами имеет малые силы трения с самой шиной - вследствие своего клинообразного характера спрессованный элемент грунта  легко покидает протектор шины при её вращении.

Сложнее дело обстоит с передними шинами. Когда смешанное покрытие обладает определённой влажностью и фракцией, забивание протектора переднего колеса происходит очень быстро. Если при этом квадроцикл движется в режиме заднего привода 2WD, то центробежная сила на переднем колесе недостаточна для очистки протектора. Поэтому достаточно часто производители качественных шин делают модели покрышек с разным рисунком для передней и задней оси. Такие комплекты на смешанных трассах ведут себя прекрасно в первую очередь за счёт продольного рисунка протектора передней шины, которая не забивается и квадрик не теряет скорость и управляемость. Яркий пример модель шины для квадроцикла Kenda K300 Dominator. Возможным компромиссным вариантом является универсальный рисунок протектора в виде V-образных продольных или поперечных элементов, как на шинах K530 Pathfinder или на шинах K585 Bounty Hunter.

 

Качение шины квадроцикла по мягким грунтам

Третий вид поверхностей это мягкие трассы, которые представляют собой глубокий слой размокшего или рыхлого грунта. Классический пример это глубокая грязь, глинистая или чёрноземная размытая дорога, илистое дно реки или болотистая местность. При движении по влажному, рыхлому грунту без плотного основания перемещение квадроцикла осуществляется за счёт тех же сил трения и зацепления. Силы трения возникают в точках уплотнения, когда шина внедряется в рыхлый грунт. Но площадь таких пятен мала и силы трения не достаточно для передачи Мкр и создания силы тяги. Поэтому в мягких грунтах движение ATV техники осуществляется за счёт работы силы зацепления. Но здесь возникает проблема того характера, что при интенсивном самоочищении шины происходит вывод большого объёма грунта из зоны контакта и шина попросту начинает зарываться в грунт. Это приводит к увеличению момента сопротивлению движения и квадроцикл либо останавливается, либо продвигается очень медленно, затрачивая большую мощность на выброс грунта позади себя.

Выходом из данного положения является увеличения ширины шины и особый рисунок протектора. При большей ширине шины мы снижаем удельное давление на поверхность – колесо перестаёт проваливаться в грунт,  а также покрышка получает под собой большую площадь из уплотнённого грунта. Хорошим вариантом также является снижение давления в шине – таким образом, мы также может увеличить площадь контакта.

Также обращаем внимание на важный факт. Каждый грунт имеют свои физические характеристики. Для проваливания колеса в рыхлый грунт и для формирования колеи требуется определённое время. При увеличении скорости движения квадроцикла, колея может не успевать формироваться и квадроцикл как бы «всплывает» на поверхность мягкого грунта, вследствие уменьшения момента сопротивления качению. Вот почему некоторые грязевые преграды проходят на скорости, а явление аквапланирования знакомо многим. Кроме этого, заднее колесо движется с перекрытием по колее переднего колеса, что дает ему преимущество в виде предварительно утрамбованного грунта. Исходя из оговоренной физики процесса движения по мягкому грунту, мы рекомендуем разгружать переднюю ось квадроцикла. Таким образом, мы снизим сопротивление качению передней оси, повысив эффективность на задней.

Что касается рисунка протектора, то в качестве шин для езды по глубоким рыхлым грунтам мы можем рекомендовать специальную грязевую резину. Протектор таких шин представляет собой глубокий диагональный рисунок в виде цельных или смещённых V-образных лопастей. Такая резина характеризуется очень высокой степенью самоочистки. Шины с таким рисунком отлично внедряются в мягкий грунт и благодаря V-образным лопастям прекрасно производят отвод грунта в стороны и назад, передавая крутящий момент и создавая силу тяги. Агрессивные шины с характерным рисунком не зря назвали «гряземешалками», потому как перемещаемые объёмы грунтов значительны. Большие смещение грунтов в какой-то степени может напоминать реактивное движение, где движителем являются лопасти грязевой шины, а рабочим телом выступает мягкий и влажный грунт, будь то глинистая почва или органический ил.

Для езды по мягким грунтам мы рекомендуем проверенные модели грязевых шин - Kenda K299 Bear Claw, K538 Executioner, K592 Bear Claw Evo и K587 Bear Claw HTR.

 

Качение шины квадроцикла по взвешенным грунтам

Последним четвёртым типом трасс являются взвешенные грунты. Классическим примером является глубокий сухой песок или сухой снег. Проблема движения по таким поверхностям заключается в том, что уплотнения грунта в точках контакта протектора практически не происходит. Все движение строится на преобразовании крутящего момента Мкр в силу тяги за счёт сил зацепления. При езде по песку силы прилипания или уплотнения нет, поэтому степень самоочистки шины очень высокая, что приводит к ещё большему проваливанию и зарыванию колеса.

Для езды по взвешенным грунтам необходимо эксплуатировать шины со специальным рисунком протектора и с низким давлением. Таким образом можно увеличить площадь контакта с поверхностью, предупредив тем самым проваливания колеса в грунт. Специальный  рисунок протектора в свою очередь позволит шине работать с максимальным эффектом.

Шины для езды по взвешенным трассам, в частности для песчаных дюн, имею практически гладкое основание без ламелей, а протектором выступают продольные или поперечные развитые лопасти. Взгляните на шины для квадроциклов от торговой марки Kenda моделей K298 и K292 Dune Runner или K534 Gecko. В модели Dune Runner передняя шина имеет продольную лопасть на гладкой базе протектора, что улучшает управляемость в песке и снижает момент сопротивления качению, а задняя шины представляет собой резину с одинаковым рисунком протектора в виде широких V-образных лопастей. Исключительная эффективность на взвешенных трассах!

В заключении сказанного скажем, что вам необходимо примерно определить с каким типом трассы вы столкнетесь. Исходя из этого, вы и сделаете выбор в пользу той или иной шины. Так же не забывайте о правильной ширине и внешнем диаметре для передней и задней оси.

Количество читателей:
567

     Автор: Тульчинский Алексей

Статьи по теме
Экспресс предложения
Дизельный генератор AKSA AC 66
Тротуароуборочная машина МТЗ-82
Тротуароуборочная машина МТЗ-82 предназначена для очистки улиц, площадей, тротуаров, дорог ... далее »
Колесный асфальтоукладчик Dynapac F 161-8W
Колесные асфальтоукладчики Dynapac известны миру своей надежностью в течение долгих лет ... далее »
запомнить
 
войти
 
Информация: ожидание действий