Vinterdäck på drivaxel till tunga fordon En väggreppsstudie

Transkript

1 VTI notat Utgivningsår Vinteräck på rivaxel till tunga foron En väggreppsstuie Mattias Hjort

2

3 Föror Detta arbete har utförts av VTI på upprag av Trafikverket. Testerna utföres av Nokians mättekniker uner överseene av VTI på en testbana i anslutning till Ivalo flygplats. Mätresultaten har sean analyserats och sammanställts av VTI. Författaren vill rikta tack till Nokian för att ha ställt upp me manti, utrustning och testbana. Tack också till Niklas Fröj på Volvo 3P för värefull information om tunga lastbilskombinationer. Linköping maj 2012 Mattias Hjort VTI notat Dnr 2012/

4 Kvalitetsgranskning Intern peer review har genomförts av Jonas Jansson och. Mattias Hjort har genomfört justeringar av slutligt rapportmanus. Projektlearens närmaste chef, Jonas Jansson, har ärefter granskat och gokänt publikationen för publicering Quality review Internal peer review was performe by Jonas Jansson. Mattias Hjort has mae alterations to the final manuscript of the report. The research irector of the project manager Jonas Jansson examine an approve the report for publication on 13 May VTI notat

5 Innehållsförteckning Sammanfattning... 5 Summary Bakgrun Testmeto Beräkning av maximal backlutning Foronskombinationer Mätning av friktionsväret Resultat Diskussion Referenser Bilaga 1 Biler på äcken Bilaga 2 etaljerae beräkningar VTI notat

6 VTI notat

7 Vinteräck på rivaxel till tunga foron en väggreppsstuie av Mattias Hjort VTI Linköping Sammanfattning Varje vinter i Sverige uppstår framkomlighetsproblem för tunga foron. Branta uppförslutningar kan vara svåra att passera när et är halt, vilket får konsekvenser även för övrig trafik å trafikstockning uppstår. För att minska problemen me framkomlighet har et iskuterats om att införa ett lagkrav på vinteräck på rivaxeln för tunga foron. Det saknas ock vetenskapligt utföra stuier angåene hur stora skillnaer i väggrepp som kan förväntas mellan vinter- och sommaräck på olika vinterväglag för kategorin rivaxeläck. Denna stuie utföres ärför för att ge öka kunskap i frågan. Då resurserna var begränsae fanns et enast möjlighet att testa ett fåtal äck. Ett sommaräck tillsammans me tre olika vinteräck, varav ett regummerat, vales ut för testerna. Viare utföres testerna på en testbana me en typ av vinterväg, packa snö. Grepptesterna på packa snö visar att et kan vara stor skillna i grepp mellan vinteroch sommaräck. Skillnaen mellan äcken är ock starkt beroene av snöytans beskaffenhet, varför et är vanskligt att ange generella vären. Minst skillna mellan äcken uppmättes på riktigt hår packa snö, är vinteräcket presterae 20 % bättre grepp än sommaräcken. Då snöytan var något mjukare och me snöfall till och från presterae vinteräcket rygt 60 % bättre grepp än sommaräcket, vilket skulle innebära att flera foronskombinationer skulle klara ubbelt så branta backar me et specifika snöväglaget me vinteräck på rivaxeln jämfört me sommaräck. De båa testae snöytorna var ock båa relativt håra och erbjö bra grepp för alla testae äck. Vi kan inte från essa tester förutsäga hur stora skillnaer mellan äcktyperna som skulle erhållits vi tester på halare snöunerlag. Teoretiska beräkningar visar att foronets rullmotstån kan ha stor påverkan på hur väl ett foron kan ta sig upp för en backe. Tjock lössnö på vägen kan ärför kraftigt reucera ett forons backtagningsförmåga. Vi stort rullmotstån blir skillnaen mellan bra och åligt grepp på riväcken ännu större. För att ra viare slutsatser om hur framkomligheten för tunga foron vinterti skiljer sig me vinter- respektive sommaräck på rivaxeln skulle ytterligare äcktester behöva utföras på anra unerlag såsom is och mjukare snö. VTI notat

8 6 VTI notat

9 Winter tires for rive axle for trucks a roa grip stuy by Mattias Hjort VTI (Sweish National Roa an Transport Research) SE Linköping Sween Summary Every winter in Sween, winter roaways pose problems for heavy vehicles. Steep graients can be ifficult to pass when it is slippery, which has implications also for other traffic when congestion occurs. To reuce the problems it has been iscusse whether to impose a legal requirement for winter tyres on rive axle for trucks. However, there are no scientific stuies of the ifferences in roa grip that can be expecte between winter an summer tyres on various winter conitions for the category of rive axle tyres. This stuy was therefore conucte to provie a better unerstaning of the issue. Since resources were limite, it was only feasible to test few tyres. One summer tyre together with three winter tyres, of which one was retreate, were selecte for the tests. The tests were carrie out on a test track with one type of winter roa conition, namely packe snow. Traction tests on packe snow show that there can be a big ifference in grip between winter an summer tyres. The ifference between the tyres, however, is strongly epenent on the nature of the snow surface, so it is ifficult to give general values. The least ifference between the tyres was measure on very har packe snow, where the winter tyres ha 20% better grip than the summer tyre. When the snow surface was slightly softer, with occasional snowfall, the winter tyre prouce over 60% more grip than the summer tyre, which implies that several vehicle combinations woul be able to pass twice as steep slopes with the specific snow surface conition with winter tyre on the rive axle compare to the summer tyre. The two teste snow tracks were both relatively har an offere goo grip for all the teste tyres. We can not from these tests preict how large the ifferences between the two tyre types woul be on more slippery roa conitions, such as ice. Theoretical calculations show that the vehicle's rolling resistance can have a major impact on how well a vehicle can climb a hill. Thick snow on the roa can significantly reuce a vehicle's climbing ability. At high rolling resistance, the ifference between goo an ba grip on the rive tires becomes even more significant. In orer to raw further conclusions about how the climbing ability of heavy vehicles in winter conitions epen on the use of winter or summer tires on the rive axle further tire tests woul be require to be carrie out on other surfaces, such as ice an soft snow. VTI notat

10 8 VTI notat

11 1 Bakgrun Varje vinter i Sverige så uppstår framkomlighetsproblem för tunga foron. Branta uppförslutningar kan vara svåra att passera när et är halt. Ett exempel är Göteborgsbacken i Jönköping, är tunga lastbilar me släp åtminstone tiigare ofta fastnae på vintern i en långa branta backen (2,0 km lång, 130 m hög, 7 % lutning). Framkomlighetsproblemen i en backen har lösts genom att vägen har byggts ut till två körfält nerför och tre fält uppför me mitträcke, är et treje körfältet är uppvärmt, vilket gör att körfältet hålls isfritt. Framkomlighetsproblem kan ock uppstå även i minre branta backar när et är halt, och tunga foron kan fastna även på helt plana vägsträckor. Lastbilschaufförer vittnar om att et kan uppstå problem efter att man tillfälligt stannat foronet. En tänkbar förklaring som förts fram är att varma äck i kombination me högt tryck mot marken kan smälta och komprimera ett snöunerlag som snabbt fryser till is, varvi et lätt bilas en ishal grop som äcken fastnar i. I en norsk stuie, Vaa och Giæver (2009), så genomföres försök me tunga lastbilskombinationer i branta lutningar vi vinterväglag för att närmare stuera e utmaningar som föreligger me hänsyn till framkomlighet för tunga lastbilar. Testerna utföres i huvusak på vägar me packa snö me en el lös snö. Resultaten visar att tyngen på rivhjulen är av avgörane betyelse för framkomligheten i backar, och att et ärför kan vara en stor förel att ha en ragbil me boggi vilket möjliggör en högre rivaxellast. Det är också en stor förel om rivaxellasten kan ökas över et maximalt tillåtna 10 ton, vilket är möjligt me en boggi är ena axeln kan lyftas. Semi-trailer-ekipage utan boggi på ragbilen är vanliga i Norge blan utlänska foron. Me liten, eller tom, last får ofta essa foron problem att ta sig upp för lutningar vi vinterväglag. Viare konstaterae man att äckvalet kan påverka ett forons framkomlighet, är håra äck generellt har sämre grepp än mjukare. Man mätte vägens friktionskoefficient me en så kalla TWO-mätbil och kom fram till att en friktionsnivå på 0,25 var tillräcklig för att reucera problemen me håra äck me hänsyn till framkomlighetsproblematiken i backar. Foronets motoreffekt i förhållane till foronets totalvikt visae sig också vara en viktig faktor i vissa fall. Foron me ett högt förhållane mellan motoreffekt och totalvikt kan ha högre hastighet uppför backen. Dock, om vikten på rivaxeln är låg så har motoreffekten i praktiken ingen, eller begränsa, betyelse. Det finns iag inget lagkrav för tunga foron att använa vinteräck vinterti. VTI utföre också uner åren 1997 till 2000 på upprag av Vägverket och Vegirektoratet en omfattane unersökning av tunga forons vinteräck som slutrapporteraes i Öberg m.fl., VTI kom å bl.a. fram till att väggreppet för tunga foron vi is/snöväglag är betyligt sämre än för personbilar. Bromssträckan för ett tungt foron me oubbae vinteräck är ubbelt så lång som för en personbil me ubbäck. Me ubbae vinteräck på alla hjul kan ett tungt foron få 30 % bättre bromsförmåga jämfört me oubbat, men är änå betyligt sämre än personbilen. Olycksstuien gav inte ett unerlag som visae att et skulle bli säkrare me vinteräck på tunga foron. När et gäller tunga bussar fanns et en jämförelse av äckanvänning som meföre en trafiksäkerhetsförbättring (ej statistiskt säkerställ) och et var bussar som hae vinteräck på båe styr- och rivaxel som hae lägre olycksrisk än bussar som hae vinteräck på styraxeln och sommaräck på rivaxeln. En senare stuie av bussars olycksrisk vinterti (Hjort m.fl., 2008) visae inte heller på någon statistiskt säkerhetsställ skillna i relativ VTI notat

12 olycksrisk för använning av vinteräck kontra sommaräck. Lägst skatta olycksrisk hae bussar me sommaräck på styraxeln och vinteräck på rivaxeln (ock ej statistiskt säkerhetsställ). I en stuien genomföres också bromstester i VTI:s äckprovningsanläggning på blank is och ingen större skillna kune påvisas mellan sommaräck och oubbae vinteräck på et unerlaget. En aktuell fråga är huruvia vinteräck på rivaxeln kan lea till bättre framkomlighet för tunga foron vi vinterväglag. Syftet me stuien presentera i etta notat har ärför varit att via fältmätningar jämföra tillgängligt grepp på packa snö mellan sommar- och vinteräck till tunga foron. Testerna genomföres me hjälp av Nokian, på eras testbana i Ivalo, me en meto som e utvecklat. Resultaten av grepptesterna presenteras i form av möjliga backlutningar som olika foronskombinationer kan ta sig upp för, me sommaräck respektive vinteräck på rivaxeln, givet att backens väglag är samma som på en preparerae testbanan. Slutligen gjores en teoretisk beräkning över vilken friktionsnivå mellan rivhjul och vägbana som måste finnas för att en viss foronskombination ska kunna ta sig upp för en specifik backlutning. 10 VTI notat

13 2 Testmeto Som visas nean så avgörs en maximala lutningen ett foron klarar att ta sig upp för av tre saker: tillgänglig friktion på rivaxelhjulen, anel vikt på rivaxelhjulen samt rullmotstånet. För att uppskatta hur stor påverkan olika typer av äck har på en maximala backlutningen har vi i enna stuie mätt upp tillgänglig friktion för olika typer av lastbilsäck på snö. Anel vikt på rivaxeln har tagits fram på teoretisk väg för några olika foronskombinationer. För rullmotstånet så har angivna siffror från äckbranschen samt litteraturen använts. I etta kapitel beskrivs hur en maximala backlutningen beräknas samt hur en tillgängliga friktionen uppmätts. Detaljerae uträkningar för vikt på rivaxel för olika foronskombinationer ges i bilaga Beräkning av maximal backlutning Utifrån uppmätt ragkraft, eller friktionsväre mellan riväck och vägbana kan en maximala backlutningen beräknas. N f N α f r f mg Figur 1 De krafter som verkar på foronet vi körning i backe. Betrakta ett foron me massan m som antingen står still eller kör me konstant hastighet uppför en backe me lutning given av vinkeln α, enligt Figur 1. Förutom tyngkraften så verkar en normalkraft på varje hjulaxel, samt friktionskrafter från alla hjulen vilka motverkar tyngkraften. För att foronet ska kunna starta från stillaståene i backen (eller köra me konstant hastighet) krävs en rivkraft f från rivhjulen. Vi rörelse så uppstår också en motrikta kraft f r i backens plan på grun av rullmotstån (luftmotstån bortses från å hastigheten är låg). Summan av krafterna i backens riktning måste vara positiv, vs. f f r mg sin 0 är olikhetstecknet gäller för start i backe och likhetstecknet gäller för framförane i konstant hastighet. Krafterna vinkelrätt mot backen summeras till noll: N N f mg cos 0 Anta att viktförelningen mellan fram- och rivaxel är VTI notat

14 N x N x ( N N f ) är N är foronets totala vikt mot backplanet. Den rivane kraften ges av friktionen och vikten på rivaxeln enligt f N är µ är friktionskoefficenten. Om ovanståene formler kombineras ser man att tan x f r N Vi små hastigheter så är en retarerane kraften enbart en effekt av hjulens rullmotstån. Generellt så skalar rullmotstånet linjärt me normallasten, f r Cr N, är C r är en så kallae rullmotstånskoefficienten. Då fås ett enkelt samban för en maximala backlutningen i x (1) C r är backens lutning i tan. En backlutning på exempelvis 6 % innebär att i = 0,06. Den maximala lutningen ett stillaståene foron klarar att ta sig upp för beror alltså på tre saker: tillgänglig friktion på rivaxelhjulen, anel vikt på rivaxelhjulen samt rullmotstånet. Normalt så varierar en maximalt tillgängliga friktionen mellan ett äck och unerlaget me äckets hjullast. Vi har inte haft någon möjlighet att mäta upp friktionen vi olika hjullaster och ärför bortsett från enna effekt i e beräkningar som följer. Detta beöms ock inte påverka e skillnaer som observeras mellan e olika äcken, och inte heller e slutsatser som ragits. En ungefärlig bil över hur friktionsnivån och anel tyng på rivaxeln påverkar en maximala backlutningen för en lastbil ges i Figur 2, tagen från Trafikverkets grunvären för vägar och gators utformning (Vägverket 2004). Figuren bygger på ekvation 1, är man använt en rullmotstånskoefficient på 0,011. Figur 2 Maximal lutning som funktion av friktionsnivå och anel tyng på rivaxel från Vägverket (2004). 12 VTI notat

15 2.1.1 Rullmotstån Från litteraturen framgår att ett typiskt väre på rullmotstånskoefficienten är 0,005 0,007 (Gent och Walter, 2005). Från Nokian har vi fått följane vären: 0,006 för äck till styraxel, 0,007 för äck till rivaxel och 0,005 för äck till släp. Rullmotstånskoefficienten i ekvation 1 är ett genomsnittligt väre för foronets alla äck, är e viktats via hur stor anel av totalvikten e bär. Skillnaen i rullmotstån mellan äcktyperna är ock så pass liten att et inte är meningsfullt att använa olika vären på rullmotstånskoefficienten för olika foronskombinationer, eller huruvia e är utrustae me sommar- eller vinteräck på rivaxlarna. Ett lämpligt väre på rullmotstånskoefficienten för en lastbilskombination är 0,006. Detta gäller ock enast vi körning på barmark. Vi framförane av foronet på väg me mjuk eller lös snö så ökar rullmotstånet å et åtgår energi för att pressa ihop och flytta snön. Rullmotståns koefficienten blir å summan av en äckberoene och en snöberoene el. Det har gjorts en el stuier av rullmotstån i snö (van Es, 1999; Liström, 1979; Kihlgren, 1977). Dessa har ock främst behanlat flygplanshjul, och et finns ärför inga tillgängliga siffror över hur en lastbil påverkas. Rullmotstånet beror ock starkt på snölagrets tjocklek, ess ensitet, samt hur fort foronet framförs. Det är främst e främre hjulen som påverkas. I van Es (1999) görs följane klassificering av snö: Nysnö ( kg/m 3 ) Puersnö ( kg/m 3 ) Komprimera snö ( kg/m 3 ) Blötsnö ( kg/m 3 ) I Figur 3 visas et teoretiskt beräknae tillskottet till rullmotstånskoefficienten från körning i torr snö (ensitet 100 kg/m 3 ) me olika snöjup (från Liström, 1979). Beräkningen avser ett flygplanshjul me hjullast 100 kn, vilket är ungefär en faktor 3 högre än normallasten för ett lastbilshjul. Enligt en teoretiska moellen så är en snöberoene elen av rullmotstånskoefficienten proportionell mot snöensiteten, och omvänt proportionell mot hjullasten, vilket innebär att värena för en hjullast på 30 kn skulle vara ungefär 3 gånger så stora som e i figuren. Me torr snö me en givna ensiteten skulle å rullmotstånskoefficienten för ett lastbilshjul öka me ca 0,015 för 5 cm snöjup och låg foronshastighet. För tyngre snö, me exempelvis ensiteten 400 kg/m 3, skulle ökningen vara ca 0,06. Ökningen gäller ock enast e främre hjulen i hjulspåren. Enligt van Es (1999) så visar försök me personbilar att et snöberoene rullmotstånet för efterföljane hjul kan vara i storleksorningen 20 % av rullmotstånet för et främre hjulet. Han argumenterar också att för att vi högre hjullaster och äcktryck så kompakteras snön så pass mycket av e främre hjulen att en snöberoene elen av rullmotstånet för efterföljane hjul i praktiken är noll. Vi en uppskattning av en totala rullmotstånsökningen från körning i lös snö för en viss tung foronskombination måste ärför en justering av e teoriska värena göras me en faktor (antal främre hjul i spåren/totala antalet hjul). En foronskombination vars rullmotstån skulle påverkas mycket av snön är ärför en lastbil me enkel bakaxel av tvillingtyp, är 4 av e 6 hjulen går i först i hjulspåren (ger en faktor 4/6 = 0,67), mean exempelvis en ragbil me semitrailer me sammanlagt 5 axlar av tvillingtyp och en framaxel enast har 4 av e 22 hjulen i första hjulspår (ger en faktor 4/22 = 0,18). Att förutsäga vilket rullmotstån ett specifikt ekipage skulle ha vi vissa snöförhållanen är naturligtvis väligt svårt. Vi har valt att använa en total rullmotstånskoefficient på 0,01 för e fortsatta beräkningarna en enna rapport, men et är tänkbart att e verkliga värena är högre än så vi svåra förhållanen, och et kan inte uteslutas att rullmotstån uppemot VTI notat

16 0,02 0,03 eller mer kan förekomma i svåra förhållanen, är foron me hög anel främre hjul i hjulspåren påverkas extra mycket. Figur 3 Det beräknae extra biraget till rullmotstånskoefficienten, f s, vi körning i snö me tjocklek h 0 för ett flygplanshjul me bre 0,3 m, raie 0,55 m och hjullast 100 kn, me snöensitet 100 kg/m 3. Från Liström (1979) Vikt på rivaxelhjul Hur mycket av foronets vikt som belastar rivhjulen beror på foronets konstruktion samt hur et är lastat. På plant unerlag kan lastförelningen enkelt bestämmas om foronets masscentrum är känt. N h N f l b l f mg Figur 4 Ett forons statiska lastförelning. Betrakta ett foron me hjulbas L=l b +l f, är masscentrum positionerat på höj h över marken och på avstån l f bakom framaxeln, se Figur 4. Vrimomentet kring masscentrum är noll: N f l f N l b 0 14 VTI notat

17 vilket ger att N l f N x L 0 N är vi låter x 0 beteckna anel vikt på rivaxel på plant unerlag. För ett foron i uppförsbacke så ökar anelen vikt på rivaxeln jämfört me förelningen på plant unerlag. För att bestämma viktförelningen i backe anta först att foronets fjäring är så pass styv att foronets masscentrum inte flyttas (ett rimligt antagane). Betrakta situationen enligt Figur 1. Vrimomentet kring masscentrum är noll, vilket ger att N f l f N l b ( f f ) h 0 r Vi stillaståene, eller körning i konstant fart så gäller f f r vilket ger N mg sin mg cos tan N i l f h i h i N ( x 0 ) N L L Insatt i ekvation 1 så erhålles i ( x 0 h i ) L C r vilket me lite algebra kan skrivas om som h i ( x 0 Cr ) (1 ) (2) L h Den ökae vikten på rivaxeln i backe gör alltså att foronet klarar en något högre lutning jämfört me va viktförelningen på plant unerlag skulle ge. Ökningen är ock relativt liten. Betrakta exempelvis ett foron me hjulbas L=6 meter och tyngpunktshöj h=1,2 meter. Låt friktionsväret vara 0, 2 och rullmotstånskoefficienten Beräkna maximal lutning ökar å me en faktor 1,04 jämfört me om ingen hänsyn till viktförskjutning görs. Man kan visa (se bilaga 2) att för lastbil me eller utan släp, så ges en maximala backlutningen me go precision av i x 0 L ( ) L h C r (3) är 0 x = foronskombinationens anel vikt på rivaxeln på plant unerlag, L=lastbilens hjulbas och h=lastbilens tyngpunktshöj. För ragbil me semitrailer är formeln något moifiera, se bilaga 2. VTI notat

18 2.2 Foronskombinationer I Trafikverkets grunvären för vägar och gators utformning (Vägverket, 2004) så beskrivs tre olika typforon, se Figur 5 Figur 7. Vi har använt vären från essa beskrivningar som typiska vären på lastbilens/ragbilens hjulbas. Även foron me en hjulbas som avviker från e vären som anges för typforonen omfattas väl av typforonsbeskrivningarna, å ekvation 3 inte är särkskilt känslig för föränring av hjulbasväret. Tyngpunktshöjen för lastbilen/ragbilen framgår inte av figurerna. Representativa vären är 1,5 m för fullasta lastbil och ragbil me semitrailer, och 2,0 m för fullasta skogsbil/timmerbil. För tomt ekipage vales tyngpunktshöjen 0,9 m. Det visar sig att variationer i tyngpunktshöj enast ger en marginell föränring av maximal backlutning för lastbilar me hjulbas på 5,6 m, varför et inte finns någon anlening att ta me skogsbil som en separat foronskombination för analyserna. Figur 5 Lastbil + släpvagn (från Vägverket 2004). Figur 6 Dragbil + semitrailer (från Vägverket 2004). Figur 7 Skogsbil (från Vägverket 2004). Det foronsrelaterae mått som ger störst inverkan på maximal backlutning är vikt på rivaxel och totalvikten. Totalvikter och anel vikt på rivaxeln för ett antal olika 16 VTI notat

19 foronskombinationer, fullastae likväl som tomma, ges i Vägverket (1983), se Tabell 1. Foronsvikterna har änrats en el sean en skrevs, så en har uppaterats me aktuella vären erhållna från Volvo. Vikten för en ragbil utan boggi har satts till 7 ton, och till 9 ton för e me boggi. För lastbilar och ragbilar me ubbel bakaxel (boggi) så kan boggin els vara av tanem-typ, är båa axlarna är rivane, eller en boggi beståene av en rivaxel och en löphjuls-axel. För en senare konstruktionen så kan löpaxeln hissas upp vi körning utan last för att på så sätt generera tillräcklig last på rivaxeln. En lastbil eller ragbil me enkel bakaxel betecknas ofta 4x2 (totala antalet hjul x antalet rivane hjul), ubbel bakaxel me löphjul betecknas 6x2 och e me tanemaxel 6x4. Vi har i beräkningarna inte tagit me alternativet när löpaxeln är upphissa. För lastbilar me ubbel bakaxel är uppskattningsvis ca 33% me tanemaxel, och 67% me rivaxel + löphjulsaxel. För ragbilar me ubbel bakaxel är anelen me tanem minre än för lastbilarna. Tabell 1 Olika lastbilskombinationer och eras tyng på rivaxeln (från Vägverket 1983). Komplettera me aktuella ata. Aktuell information 60 tons ekipage: 26 ton bil + 34 ton släp 11 ton rivaxel + 7 ton löpaxel + 8 ton styr =>anel riv = 0,18 Tom me lyft löpaxel: 5 ton styr + 5 ton riv+ 7 ton släp => anel riv=0,29 18 ton lastbil, varav 11 ton på rivaxel och 7 ton styr Får ra 42 ton men 34 ton mer realistiskt. => anel riv=0,21 Tom: 4,5 ton styr, 4,5 ton riv, 7 ton släp => anel riv= 0,28 4x2: 22/11/7 ton => 0,275 6x2: 24/11,5/7,5/7=>0,23 6x4:24/9,5/9,5/7=>0,38 Tom: 4x2: 5/4/5 ton => 0,285 6x2: 5/6/0/5=>0,375 6x4: 5/2,5/2,5/5=>0,33 VTI notat

20 2.3 Mätning av friktionsväret Mätning av tillgängligt friktionsväre mellan rivhjul och en preparera snöbana utföres i samarbete me Nokian, på en av eras testbanor i Ivalo. Ett testforon me fixa axellaster är hopkopplat me ett tyngre foron via en bogserlina me en kraftgivare montera, se Figur 8 och Figur 9. Foronen framförs sean i låg hastighet (ca 5 km/h) me sträckt lina, varvi et bakre foronet långsamt applicerar en ökane bromskraft tills båa foronen är stillaståene. Föraren i testforonet måste gravis ge mer gas och via abs-bromsarnas hjulpulsmätare kan rivhjulens slip bestämmas, vilket resulterar i en uppmätning av äckens så kallae slip-kurva för en rivane friktionskraften. Figur 8 Mätuppställning. Figur 9 Kraftmäton. 18 VTI notat

21 Hjulets slip efinieras som en relativa skillnaen mellan hjulets rotationshastighet och foronets hastighet. När ett hjul rullar me samma hastighet som foronet (frirullane hjul) är slipet noll och ingen glining sker mellan äck och unerlag. Inga friktionskrafter verkar å på äcket. När mer gas appliceras börjar hjulet rotera fortare än foronshastigheten och glining uppstår mellan äck och unerlag vilket resulterar i en rivane friktionskraft. Ett hjul som roterar ubbelt så fort som foronshastigheten har ett slipväre på 100 %. För snö så är friktionskrafterna maximala mellan % slip, för att sean minska när slipet ökar. En typisk slipkurva visas nean i Figur 10. Figur 10 Schematisk bil över friktionskraften som funktion av slip. De slipkurvor som genereraes vi mätningarna var meelvären av slipkurvor från 10 upprepae mätningar. Vi körning på hala unerlag kan et vara svårt att reglera gas så att maximal friktionskraft erhålles. Ett mer relevant mått på e friktionskrafter som ett äck kan generera är meelväret av en uppmätta slipkurvan i intervallet % slip. Friktionskoefficienten µ fås sean genom att iviera friktionskraften me rivaxellasten. Däcken testas i sekvens, me ett referensäck först och sist i sekvensen för att kontrollera eventuella skiftningar i unerlaget. Testforonet var en Volvo FE 300 4x2, me axellasterna kg på styraxel och kg på rivaxel. Däckens lufttryck var 8,25 bar. Bromsforonet var en Sisu 6x6 fire engine me totalvikt 26 ton. VTI notat

22 3 Resultat Mätningar av en tillgängliga friktionskraften för nya rivaxeläck på packa snö utföres vi två olika tillfällen, är snöns egenskaper var signifikant annorluna mellan testtillfällena. VTI meverkae vi anra testtillfället (mars 2012), mean Nokian själva utföre testerna vi första tillfället (mars 2011). Vi första tillfället jämföres e rivane friktionskrafterna mellan vinteräck och ett allväersäck, och vi anra testtillfället testaes samma äck samt ytterligare två vinteräck, varav ett regummerat. Biler på äcken visas i bilaga 1. Alla äcken testaes me 8,25 bars lufttryck och rivaxellasten var kg. Tabell 2 De testae äcken vi testtillfälle 1. Däck Moell Typ Dimension Mönsterjup D1 Nokian HKPL Truck E M+S Vinteräck 315/70R mm D2 Michelin XDE2+ M+S Sommar/Allväers-äck 315/70R mm Tabell 3 De testae äcken vi testtillfälle 2. Däck Moell Typ Dimension Mönsterjup D1 Nokian HKPL Truck E M+S Vinteräck 315/70R mm D2 Michelin XDE2+ M+S Sommar/Allväers-äck 315/70R mm D3 Michelin Multiway XD M+S Vinteräck 315/70R ,5 mm D4 Noktop HKPL E M+S Regummerat vinteräck 315/70R ,5 mm Unerlaget var packa snö och temperaturerna var jämförbara vi båa testtillfällena, se Tabell 4. Det förelåg ock en skillna mellan hårheten på snön, är snöhårheten vi test 1 var mjukare än vi test 2. Snöhårhet mäts me en speciell CTI-mätare, se Figur 11. Denna består av en konforma metallvikt fäst i en stång. Stången släpps sean i ett rör från en specifik höj över snöbanan och intryckningsjupet mäts. Ett högre CTIväre innebär hårare packa snö. Viare så föll en el snö uner test 1, mean kraftig blåst uner test 2 gjore att lös snö uppe på banan försvann. Tabell 4 Temperatur och snöhårhet vi e två testtillfällena. Test Lufttemperatur Snötemperatur Snöhårhet (CTI skala) Förhållanen Test 1-1,5 C till -9 C -2 C till -7 C Visst snöfall (mars 2011) Test 2 (mars 2012) -2 C till -7 C -3 C till -8 C Blåsigt 20 VTI notat

23 Figur 11 Mätning av snöhårhet. Uppmätt friktion Slipkurvorna från testerna visas i Figur 12 och Figur 13, och mätvären ges i Tabell 5 och Tabell 6. Referensmätningar i början och slutet av varje test visae att testförhållanena varit jämna inom respektive test. Dock så är et stora skillnaer i resultat mellan e två testerna. I et första testet så ger vinteräcket 63 % bättre grepp jämfört me sommar/allväers-äcket. I et anra testet så är skillnaen mellan samma äck enast 20 %. Detta visar att skillnaen mellan olika typer av äck är starkt beroene av unerlaget, varför et kan vara vanskligt att jämföra äck i alltför generella termer. Det kan tyckas paraoxalt att äck D1 faktiskt genererar något bättre grepp vi test 1 jämfört me test 2, när äck D2 uppvisar et omväna beteenet. Vi kan bara spekulera va etta beror på. En tänkbar förklaring kan vara att en något mjukare snönytan vi test 1 meföre att äckens klackar kune få bättre tag i snön jämfört me en hårare snöytan vi test 2, samtiigt som närvaron av lite lös snö uner test 1 gjore att sommaräcket som till skillna från vinteräcket saknar sajpningar, tappar grepp. I test 2 så framkom ingen signifikant skillna mellan e tre olika vinteräcken, varför vi enast använt resultaten från äck D1 och D2 för en viare analysen. Tabell 5 Mätvären från test 1. Däck Max friktionskraft Meel (10 70 %) friktionskraft Max friktionsväre D1 23,6 kn 19,6 kn 0,45 0,38 D2 14,0 kn 12,1 kn 0,27 0,23 Meel (10 70 %) friktionsväre VTI notat

24 Tabell 6 Mätvären från test 2. Däck Max friktionskraft Meel (10 70 %) friktionskraft Max friktionsväre D1 23,1 kn 18,2 kn 0,44 0,35 D2 20,3 kn 14,9 kn 0,39 0,29 D3 22,5 kn 18,2 kn 0,43 0,35 D4 23,3 kn 18,5 kn 0,45 0,36 Meel (10 70 %) friktionsväre Figur 12 Slipkurvor från test 1. Figur 13 Slipkurvor från test VTI notat

25 Maximal backlutning Värena från friktionsmätningarna (10 70 % meelvären) använes för att beräkna maximal backlutning för e olika foronskombinationerna givna i Tabell 1. En rullmotstånskoefficient på 0,01 använes för beräkningarna. Resultaten presenteras i Figur 14 och Figur 15 samt Tabell 7 och Tabell 8. Störst skillna mellan vinteräcket och sommar/allväers-äcket framkom från test 1, å snöytan var något mjukare och me snöfall till och från. Me et väglaget skulle flera foronskombinationer klara ubbelt så branta backar me vinteräcket på rivaxeln jämfört me sommar/allväers-äcket. Det bör poängteras att et självklart finns halare väglag än e som testaes i e båa testerna, vilket skulle innebära att e maximala backlutningarna minskar jämfört me e här reovisae uppskattningarna. Från ekvation 3 går et att ta fram vilken friktionsnivå som krävs för att ta sig upp för en given backlutning me konstant hastighet: ( i Cr ) L (4) ( i C ) h x L r 0 I Figur 16 och Figur 17 visas e friktionsnivåer som krävs för att olika foronskombinationer att ta sig upp för en backe me en given lutning. Vi har ock inga ata på hur friktionen mellan vinter och sommaräck skiljer sig för anra väglag och kan ärför inte säga hur stor förel vinteräcken har på halare väglag. 16,0 Maximal lutning: test 1 Backlutning % 14,0 12,0 10,0 8,0 6,0 4,0 2,0 D1 D2 0,0 a a (tom) c c (tom) e (4x2) e (6x2) e (6x4) e (4x2) (tom) Foronskombination e (6x2) (tom) e (6x4) (tom) Figur 14 Beräkna maximal backlutning me friktionsvären från test 1. VTI notat