Wartość współczynnika tarcia wzdłużnego opony
Podstawową dla opony, jest zależność współczynnika tarcia wzdłużnego opony μW od poślizgu koła PK. Kształt wykresu i jego charakterystyczne punkty, prezentuje rys.9. Jest on typowy dla rożnych rodzajów nawierzchni, z wyjątkiem nawierzchni sypkich (niezwiązanych): żwir, piasek i sypki śnieg (powrócę do tego zagadnienia). Wartości współczynnika tarcia wzdłużnego opony μW, zależą od:
- rodzaju nawierzchni, z którą współpracuje opona;
- prędkości ruchu samochodu;
- konstrukcji opony i jej rozmiaru.
Wykresy zależność współczynnika tarcia wzdłużnego opony μW od poślizgu koła PK, dla rożnych nawierzchni przedstawia rys.10. Linie A, B i E dla cechuje występowanie maksymalnej wartości współczynnika tarcia wzdłużnego opony μW przy wartości poślizgu koła PK wynoszącej od ok. 15 do 25% - punkty: OA, OB. OE.
Gdy koło jest zablokowane, czyli wartość poślizgu koła jest równa 100%, wówczas współczynnik tarcia wzdłużnego opony μW osiąga wartości niższe niż maksymalne - punkty: ZA, ZB. ZE. Ponadto, przy zablokowanych przednich kołach, nie ma możliwości kierowania samochodem, co wyjaśnimy w kolejnych artykułach. Największe wartości współczynnika tarcia wzdłużnego opony μW cechują suchy beton lub asfalt - linia A wykresu. Mniejsze wartości tego współczynnika cechują nawierzchnie mokre, czyli pokryte tylko cienką warstwą wody – linia B wykresu. Gdy warstwa wody na jezdni jest grubsza (silniejszy deszcz, koleiny), wówczas wartości są jeszcze mniejsze. Najniższe wartości współczynnika tarcia wzdłużnego opony μW cechują lod (linia E wykresu) a najniższe, lod pokryty warstwą wody.
Proszę zauważyć, że spadek wartości współczynnika tarcia wzdłużnego opony μW, po zablokowaniu koła (PK = 100%), w stosunku do jego wartości maksymalnej (rys.10), jest:
- mniejszy dla nawierzchni suchej - linia A wykresu, różnica wartości współczynnika μW między punktami wykresu ZA i OA;
- większy dla nawierzchni mokrej - linia B wykresu, różnica wartości współczynnika μW między punktami wykresu ZB i OB.
Dla nawierzchni pokrytej lodem (linia E wykresu, rys.10), wartość maksymalna współczynnika tarcia wzdłużnego opony μW jest mała (punkt OE wykresu), a po zablokowaniu koła jego wartość ulega dalszemu obniżeniu (punkt ZE wykresu), a ponadto tracimy możliwość kierowania samochodem, o czym w kolejnych artykułach. Istotna jest również zależność współczynnika tarcia wzdłużnego opony μW od prędkości jazdy samochodu.
Dla dwóch rożnych nawierzchni, przedstawia ją rys.11. Im prędkość samochodu jest większa:
- tym mniejsze są maksymalne wartości współczynnika tarcia wzdłużnego opony μW, dla każdego z obu rodzajów nawierzchni;
- tym większa jest różnica pomiędzy wartością maksymalną współczynnika tarcia wzdłużnego opony μW a wartością, która występuje przy hamowaniu koła zablokowanego (PK = 100%); różnice te rosną szybciej dla nawierzchni mokrej w porównaniu do nawierzchni suchej.
Powróćmy do nawierzchni sypkich (niezwiązanych) - np. żwir lub sypki śnieg, (odpowiednio linie C i D wykresu na rys.10) lub nawierzchnia piaszczysta. Na nawierzchniach tego typu, maksymalna wartość współczynnika tarcia
wzdłużnego opony μW nie jest osiągana w zakresie warości poślizgu koła PK od 15 do 25%, ale przy hamowaniu koła zablokowanego (PK = 100%) - punkty ZC i ZD na rys.10. Jest to spowodowane mechanizmem hamowania koła zablokowanego na nawierzchniach tego typu. Wyjaśnia go rys.12 i jego podpis.
Na zakończenie tego artykułu zapraszam do analizy przykładowych maksymalnych wartości współczynnika tarcia wzdłużnego opony μW, zebranych w tabeli 1. Wartości te odnoszą się do opony nowej lub zużytej, oraz nawierzchni suchej, pokrytej warstwą wody o rożnej grubości lub pokrytej lodem, przy rożnych prędkościach jazdy.
Poniżej kilka uwag do tabeli:
- Na nawierzchni suchej, wyższe wartości współczynnika tarcia wzdłużnego μW, cechują opony zużyte niż opony nowe. Jest to spowodowane wyższą sztywnością bieżnika opony zużytej, w porównaniu do bieżnika opony nowej.
- Na każdym rodzaju nawierzchni, wraz ze wzrostem prędkości jazdy, maleją wartości współczynnika tarcia wzdłużnego opony μW (patrz też rys.11).
- Im grubsza warstwa wody leży na drodze, tym wartości współczynnika tarcia wzdłużnego opony μW są niższe. Dla prędkości 90 i 130 km/h osiągają one wartości zbliżone do wartości występujących na lodzie lub niższe, zarówno dla opon nowych jak i zużytych. Ta zależność jest spowodowana koniecznością odpompowywania wody z powierzchni styku opony z nawierzchnią drogi. Im grubsza jest warstwa wody, wyższa prędkość jazdy a opona szersza (brak tej zależności w tabeli) tym ilość wody, którą należy odpompować, jest większa. Jednocześnie im mniejsza jest wysokość bieżnika, tym wyższe jest ciśnienie, wody pod oponą, konieczne, aby tę wodę odpompować. To ciśnienie zmniejsza siłę, z którą koło naciska na nawierzchnię drogi (siła FNK na rys.5 i 6). Proszę zwrócić uwagę, że przy przejeździe przez kałużę o głębokości 2 mm, z prędkością 90 i 130 km współczynnik tarcia wzdłużnego opony μW osiągnął wartość zerową, czyli opona nie ma żadnego styku z nawierzchnią. To zjawisko nazywamy popularnie aquaplaningiem.
Tekst pochodzi z Dodatku technicznego do WIADOMOŚCI Inter Cars SA nr 46/październik 2012 „Układ ABS część 1 Kompendium praktycznej wiedzy”