Projektowanie opon – trudna sztuka

, 22 marca 2012, 18:49

Od czasów pierwszych samochodów przemysł oponiarski starał się zbudować oponę idealną. Cel ten do tej pory nie został osiągnięty – nadal nie mamy opony, która nadaje się do wszystkiego: przeszkadzają nam w tym prawa fizyki. Nowoczesne opony są kompromisem między dużą żywotnością, niską emisją hałasu, skutecznym hamowaniem na suchej i mokrej nawierzchni oraz redukcją zużycia paliwa. Gdyby inżynierowie udoskonalali tylko jedną cechę, pozostałe właściwości opony osłabiałyby się w związku z ograniczeniami fizycznymi.

– "Żadna z zaawansowanych opon nie może sprostać wszystkim wymaganiom na równi. Zbyt wiele jest konfliktujących ze sobą czynników, jednak wszystkie właściwości wszechstronnej opony muszą być tak zrównoważone, jak to możliwe" – mówi Bernd Korte, szef działu rozwoju produktu w Continental Commercial Vehicle Tires.

Podczas projektowania opony należy wziąć pod uwagę 70 konfliktujących ze sobą cech. Jednym z największych dylematów jest konflikt pomiędzy niskimi oporami toczenia, a dobrą przyczepnością na mokrej nawierzchni. Zastosowanie stosunkowo miękkiej mieszanki gumy sprawi, że przyczepność na mokrej nawierzchni zwiększy się, ale jednocześnie przyspieszy się proces jej zużycia, gdyż będzie zachowywała się jak gumka szkolna, która im bardziej jest miękka, tym łatwiej się ściera. Opona zoptymalizowana pod kątem przyczepności na mokrej nawierzchni zwiększy zużycie paliwa, gdyż wzrosną generowane przez nią opory toczenia.

Chemicy, inżynierowie i projektanci Continental każdego dnia starają się oszukać naturę, stosując nowe materiały, wzory bieżnika i dopracowując strukturę opony. Dzięki takim próbom, w ciągu ostatniej dekady udało się zmniejszyć opory toczenia o 1/3, przy jednoczesnej poprawie właściwości związanych z bezpieczeństwem. Celem producenta jest obniżanie oporów toczenia o 10 proc. wraz z każdą kolejną generacją opon, bez osłabiania pozostałych właściwości.

Od pomysłu do opony

Kilka działów firmy razem pracuje nad rozwojem nowych opon do pojazdów ciężarowych. Droga od pomysłu do gotowej opony jest bardzo długa – nim powstanie ostateczna wersja produktu, konieczne są długotrwałe badania i testy.


Na początku, zespół pracujący nad oponą bierze pod uwagę właściwości, których będzie w przyszłości oczekiwała branża transportowa, trendy na rynku i wymogi prawne, jak choćby jednolite unijne etykiety na opony. Gdy wszystkie cele są wyznaczone, zespół może przystąpić do pracy. Inżynierowie mają trzy obszary działania: strukturę opony, bieżnik oraz mieszankę.

W dzisiejszych czasach komputer jest głównym narzędziem wykorzystywanym do tworzenia opony. W 1985 roku firma zaczęła używać do projektowania systemu CAD. Dzięki temu systemowi części struktury opony, mieszankę i bieżnik można "zmieniać" w ciągu kilku sekund, by zasymulować właściwości zmodyfikowanych elementów. Przy pomocy metody elementów skończonych (FEM), opona jest dzielona przez komputer na niezliczoną ilość części. Zachowanie wszystkich tych części może być oddzielnie obserwowane i kalkulowane na ekranie.

Komputer wraz z elektronicznymi urządzeniami pomiarowymi pomaga w szybszym tworzeniu nowych opon dla konkretnych celów. Przyspiesza też niezbędne testy dzięki metodom symulacyjnym. W ten sposób zastępuje się testy praktyczne, co redukuje czas i koszty badania.

Projektowanie współbieżne pozwala chemikom, projektantom bieżnika i specjalistom zajmującym się strukturą opony na pracę w tym samym czasie i przy ciągłym kontakcie pomiędzy nimi. Szybkość i skuteczność badań na etapie  prototypowych egzemplarzy jest zwiększana dzięki wykorzystaniu rentgena oraz tomografu komputerowego.

Testy praktyczne nadal w cenie

W Jeversen w Niemczech od 1967 roku istnieje tor do testów praktycznych. Inżynierowie mogą tam badać rezultaty swojej pracy, porównując wartości z subiektywnymi odczuciami kierowców testowych. W dzisiejszych czasach jazdy testowe zajmują około roku. Nawet w przyszłości nie będzie można całkowicie wykluczyć testów praktycznych z procesu tworzenia nowych opon. Zdaniem ekspertów, nawet niezliczona ilość testów komputerowych nie zastąpi jazd próbnych, by "doszlifować" proces budowania nowego produktu. Jednak testy na torze położonym na zewnątrz zostaną zastąpione próbami w specjalnej hali.


Dopasowywanie opon do wymagań

Continental oferuje trzy różne typy opon, przeznaczone do standardowego zestawu ciągnika siodłowego z naczepą.

Opony z wzdłużną rzeźbą bieżnika, zawierające lamele jedynie pośrodku, są przeznaczone dla osi prowadzącej. W efekcie uzyskano precyzję sterowania, połączoną z niskimi oporami toczenia i wysoką stabilnością. Dzięki fazowaniu zewnętrznych obszarów zamkniętych żeber, są one ruchome, co sprawia, że nie ścierają się w trakcie skręcania.

Opony na oś napędową składają się głównie z bloków bieżnika, które przenoszą moc silnika na nawierzchnię. Mają większe rowki, w których połączenia między segmentami bieżnika zapewniają stabilność.

Opony na osie wleczone mają znacznie gładsze bieżniki. Ich głównym zadaniem jest utrzymywanie ciężkich ładunków i zachowywanie odporności na siły ścinające. By osiągnąć taki cel, ich bieżnik składa się z jeszcze mniejszej ilości lameli niż w oponach na oś prowadzącą, mają również mocniejsze barki.

W rozwoju opon do pojazdów użytkowych jeszcze nie osiągnięto wszystkiego. W przyszłości do podstawowych oczekiwań, czyli niskich oporów toczenia, skutecznego hamowania, pewnego prowadzenia i długich przebiegów, dołączą aspekty takie jak wpływ opon na środowisko. Coraz wyższe ceny paliw zwiększają zainteresowanie oponami o obniżonych oporach toczenia.

Continental szacuje, że gdyby opory toczenia wszystkich sprzedawanych przez niego w Europie opon regionalnych i długodystansowych obniżyły się o 5 procent, każdego roku do atmosfery emitowano by o około 318 tysięcy ton dwutlenku węgla.
 

Komentarze

Komentarz musi być dłuższy niż 5 znaków!

Proszę zaakceptuj regulamin!

Brak komentarzy!