Пневматическая шина благодаря наличию в ней сжатого воздуха и упругих свойств резины способна поглощать огромное количество энергии. Если шину, накачанную до определенного давления, нагрузить внешней силой, например вертикальной, а затем разгрузить, то можно заметить, что при разгружении не вся энергия возвратится, так как часть ее, расходуемая на механическое трение в материалах шины и трение в контакте, составляет необратимые потери.

При качении колеса происходит потеря энергии на ее деформацию. Так как энергия, возвращающаяся при разгрузке шины, меньше энергии, затраченной на ее деформирование, то для поддержания равномерного качения колеса необходимо постоянно пополнять потери энергии извне, что и осуществляется приложением к оси колеса либо толкающей силы, либо крутящего момента.

Кроме сопротивлений, возникающих в результате потерь, связанных с деформацией шины, движущееся колесо испытывает сопротивление, обусловленное трением в подшипниках, а также сопротивление воздуха. Эти сопротивления, хотя и незначительны, однако тоже принадлежат к категории необратимых потерь. Если колесо движется по грунтовой дороге, то, кроме потерь, перечисленных выше, будут и потери на пластическую деформацию грунта (механическое трение между отдельными его частицами).

Потери на качение оценивают также силой сопротивления качению или мощностью потерь на него. Сопротивление качению колеса зависит от многих факторов. В значительной степени влияние на него оказывают конструкция и материалы шины, скорость движения, внешние нагрузки и дорожные условия. Потери на сопротивление качению ведомого колеса при движении по дорогам с твердым покрытием состоят из потерь на разного рода трения в шине. На эти потери затрачивается значительная доля мощности двигателя. Энергия, поглощаемая шиной, приводит к значительному повышению ее температуры.

Рис. 11 - Зависимость силы сопротивления качению Рк шины 6,45— J3R модели М-130А с металлокордным брекером от скорости v.

Сопротивление качению в сильной степени зависит от скорости качения. В реальных условиях эксплуатации сопротивление качению может возрастать более чем в 2 раза. На рис. 11 показаны результаты испытания, когда шина имела нормальную нагрузку 375 кгс и соответствующее ей давление воздуха 1,9 кг/ см2. Испытания проводились на барабанном стенде при установившемся тепловом состоянии шины. На рис. 11 видны три явно выраженные зоны нарастания силы сопротивления качению. При очень малых скоростях движения (в начале зоны I) потери мощности на качение минимальны. Эти потери обусловлены сжатием резины в зоне контакта шины с дорогой.

В зоне II с увеличением скорости происходит нарастание потерь, и все больше начинают сказываться силы инерции движения колеса. Начиная с определенного значения скорости, деформация элементов шины значительно возрастает, что характеризует процессы качения в зоне III.

Увеличение давления воздуха в шине приводит к снижению потерь на качение шины по твердому покрытию во всем диапазоне изменения скорости, уменьшению радиальной деформации» и повышению ее жесткости, что уменьшает тепловые потери. Надо помнить, что в процессе качения по мере нагрева шины давление воздуха в ней повышается, а сопротивление качению уменьшается. Разогрев холодной шины до установившейся рабочей температуры приводит к снижению коэффициента сопротивления качению примерно на 20 %. Зависимость сопротивления качению от давления воздуха является важной характеристикой шины.

Повышение нагрузки на колесо при постоянном давлении воздуха в шине увеличивает силу сопротивления качению. Однако при изменении нагрузки с 80 до 110 % от номинальной коэффициент сопротивления качению практически остается постоянным. Рост нагрузки на 20 % сверх максимально допустимой повышает коэффициент сопротивления качению примерно на 4 %.

Сопротивление качению колеса несколько повышается с увеличением приложенного к колесу крутящего и тормозного моментов. Однако интенсивность нарастания потерь при тормозном моменте больше, чем при ведущем.

Для различных типов дорожных покрытий коэффициент сопротивления качению колеблется в следующих пределах:

Таблица 1 – Коэффициенты сопротивления качению шин