Интересный вопрос: какие шины лучше всего подходят для сложных условий? Даже с грязевыми шинами MT внедорожники могут пробуксовывать, в то время как машины с гусеницами, например, бульдозеры, экскаваторы или танки, почти никогда не теряют сцепления.
Прежде чем говорить о различиях между гусеницами и колесами, нужно понять связь между площадью контакта и давлением.
· Чем больше площадь контакта, тем меньше давление.
· Чем меньше площадь контакта, тем выше давление.
Давление — это отношение силы, приложенной к поверхности, к площади контакта. Проще говоря, чем выше давление, тем больше сила сцепления.
Сила трения шин определяется двумя факторами, к которым добавляется ещё один:
1. Шероховатость контактной поверхности.
2. Нормальная сила давления.
3. Площадь контакта.
Сила трения определяется первыми двумя факторами. Если она достаточно велика, шины не будут пробуксовывать. Однако нормальная сила (вес автомобиля) остаётся постоянной. Проще говоря, масса автомобиля без нагрузки (снаряжённая масса) не изменяется, а полная масса зависит только от числа и веса пассажиров, что не оказывает значительного влияния.
Таким образом, ключевыми факторами, влияющими на сцепление шин, являются шероховатость контактной поверхности и площадь контакта.
Площадь контакта в основном определяется шириной протектора обычных шин. Более широкие шины сильнее деформируются и обеспечивают лучшее сцепление на высокой скорости. В целом, действительно, более широкие шины имеют более высокий предел пробуксовки на снегу или льду, тогда как более узкие шины легче скользят. Однако в случае с противоскользящими цепями этот эффект не так выражен.
Масса автомобиля остаётся неизменной, значит, давление на шины не меняется. А это значит, что давление остаётся постоянным, и единственный способ его изменить — это уменьшить площадь контакта.
Уменьшение площади контакта
Давление зависит от площади контакта и нормальной силы давления, а сила трения — от тех же факторов (их можно рассматривать как взаимосвязанные). Если нормальная сила давления неизменна, то для увеличения давления нужно уменьшить площадь контакта. Увеличение площади контакта, наоборот, снижает давление.
Для резиновых шин увеличение площади контакта помогает за счёт деформации протектора улучшить сцепление. Но в случае с противоскользящими цепями или гусеницами, выполненными из металла, этот фактор не учитывается, так как они уменьшают площадь контакта. Такое объяснение может показаться сложным, но на самом деле всё просто.
Увеличение площади контакта помогает резиновым шинам улучшить сцепление, но не увеличивает силу трения. Если площадь контакта велика, шероховатость контактной поверхности снижается, поверхность становится гладкой, и сила трения уменьшается.
Если гусеницы были бы полностью гладкими, их большая площадь контакта уменьшила бы давление и силу трения, что привело бы к пробуксовке. Но если большая часть гусеницы утоплена, а с поверхностью соприкасаются только выступающие металлические края, это уменьшает площадь контакта и увеличивает шероховатость (за счёт неровностей и выступов), что повышает силу трения. Именно поэтому гусеничные машины практически не буксуют. Конечно, дополнительным фактором является их большой вес, как в случае с танками или экскаваторами.
(Гладкие ролики гусениц выполняют функцию опорных колёс, а ведущие колёса имеют специальную конструкцию, которая зацепляется за гусеницу.)
Противоскользящие цепи работают по тому же принципу, что и гусеницы.
Обычные металлические противоскользящие цепи практически являются мини-гусеницами. Однако из-за небольшой массы автомобилей давление, создаваемое цепями, часто оказывается недостаточным, чтобы разрушить уплотнённый лёд на снегу или создать достаточное сцепление, что приводит к пробуксовке.
Противоскользящие цепи из полиуретана с шипами решают эту проблему. Шипы контактируют с поверхностью только своими остриём, что значительно уменьшает площадь контакта. При неизменной массе автомобиля это приводит к увеличению давления, которое становится достаточно высоким, чтобы шипы врезались в лёд, обеспечивая надёжное сцепление и продвигая автомобиль вперёд.
Только шипы, способные врезаться в лёд, или чрезвычайно высокая сила трения могут предотвратить пробуксовку, что недостижимо для обычных шин. Поэтому для движения по льду и снегу рекомендуется использовать противоскользящие цепи с шипами. Также можно использовать модифицированные гусеницы, но они выглядят слишком громоздко и обходятся слишком дорого.
