Renkaiden epätasapainon, ilmanpaineen ja muotovirheiden vaikutus raskaan kaluston energiankulutukseen

No Thumbnail Available
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
School of Engineering | Master's thesis
Checking the digitized thesis and permission for publishing
Instructions for the author
Date
2010
Major/Subject
Auto- ja työkonetekniikka
Mcode
Kon-16
Degree programme
Language
fi
Pages
124 s. + liitt. 8
Series
Abstract
The aim of this Master's thesis was to investigate the effects of tyre unbalance, pressure and ununiformity on heavy vehicle energy consumption. Also investigate what other effects these features have to the vehicle as an environmental viewpoint. Issues are also being considered from the perspective of costs and profitability. The first part of the thesis deal with heavy vehicle tires, the properties and manufacture, and matters which effects on key issues. Work is largely based on the literature survey on these subjects. No formal studies on the direct effects of imbalance on energy consumption are found. Some studies have found of effects that imbalance caused, for example, the dynamic wheel load variation effects. Studies on the effects of ununiformity, mainly dealt with matters affecting the ride comfort. A wide range of tire balancing solutions are on the market, so advertising materials will be readily received. However, there could not be found significant research results for the claims of advertisements. Based on the results gathered, it would appear that the tire unbalance has no impact on energy consumption. The vehicle component wear is likely quite small. Result is largely that the heavy vehicle wheel loads are so large that unbalance does not cause significant variation. The stress of the road will increase. Most impact is the travel comfort and the steering wheel vibration. Comparative calculations have been made in support of the results and the unbalance does not have any detectable effect. In Nokian Tyres was made the measurement of tyre unbalance and radial run out effects. The results are in line with previous estimates. The measurements show no effect of imbalances in energy consumption. The tire pressure has a direct effect on rolling resistance and thus energy consumption. Approximately 10 % of the pressure deficit in heavy vehicle tires increase fuel consumption by 0,5 - 0,75 % and 20 % deficit 1 - 1,75 %. On average approximately 20 % of the heavy vehicle tires pressure is incorrect. The effects of ununiformity are largely similar to an unbalance. Most of the normal magnitudes of ununiformity have no impact on energy consumption. Tyre radial run out cause some increase in energy consumption. Tyre ununiformity especially radial run out decrease the ride comfort. In long-term use tyre ununiformity and unbalance caused faster and irregular tread wear, which increases tyre costs.

Tämän diplomityön tavoitteena oli selvittää millaisia vaikutuksia renkaan epätasapainolla, ilmanpaineella ja muotovirheillä on raskaan kaluston energiankulutukseen. Samalla tarkasteltiin millaisia muita vaikutuksia kyseisillä renkaiden ominaisuuksilla on niin ajoneuvon kuin ympäristönkin kannalta. Asioita on tarkasteltu myös kustannusten ja kannattavuuden näkökulmasta. Työn alussa on käyty läpi raskaan kaluston renkaiden ominaisuuksia ja valmistusta sekä asioita joiden pohjalle keskeisten aiheiden vaikutukset muodostuvat. Työn perustana on suurelta osin kirjallisuustutkimus kyseisistä asioista. Varsinaisia suoria tutkimuksia ei epätasapainon vaikutuksista energiankulutukseen löytynyt. Osaan epätasapainon aiheuttamista vaikutuksista löytyi tutkimustuloksia, esimerkiksi pyörän dynaamisen kuormituksen vaihtelun vaikutuksista. Muotovirheiden vaikutuksia koskevat tutkimukset käsittelivät lähinnä matkustusmukavuuteen vaikuttavia seikkoja. Löydettyjen lähteiden perusteella keskeisten aiheiden ympärillä on markkinoilla monia erilaisia ratkaisuja, joten aiheeseen liittyvää mainosmateriaalia tulee helposti vastaan. Kuitenkaan mainosväitteiden perustoiksi ei löytynyt merkittäviä selvitys- tai tutkimustuloksia. Koottujen tulosten perusteella vaikuttaisi siltä, että renkaan epätasapainolla ei ole juurikaan vaikutusta energiankulutuksen kannalta. Muut ajoneuvon kulumista aiheuttavat vaikutukset jäänevät myös melko pieniksi. Tulos johtuu suurelta osin siitä, että raskaassa kalustossa pyöränkuormat ovat niin suuria, ettei niihin aiheudu merkittävää vaihtelua epätasapainosta maantienopeuksillakaan. Tiehen aiheutuvat rasitukset kasvavat jonkin verran. Eniten vaikutusta on matkustusmukavuuteen ja ohjauspyörän värinöihin. Epätasapainolla on oma osuutensa renkaiden nopeampaan kulumiseen. Sen vaikutusten suhteellinen osuus on vaikeasti selvitettävissä, koska muita vaikuttajia kuten mm. muotovirheitä ei saada poistettua. Löydettyjen tulosten perusteeksi on tehty vertailevia laskelmia, jotka tukevat tuloksia siitä, että epätasapainolla ei ole havaittavaa vaikutusta energiankulutuksen kannalta. Nokian Renkailla tehtiin epätasapainon ja säteisheiton vaikutuksia kartoittava mittaus, jonka tulokset ovat samassa linjassa edellisten arvioiden kanssa epätasapainon vähäisestä vaikutuksesta energiankulutukseen. Renkaan ilmanpaineella on suora vaikutus vierinvastukseen ja sitä kautta energiankulutukseen. Noin 10 % paineen vajaus raskaan kaluston renkaissa nostaa polttoaineenkulutusta 0,5 - 0,75 % ja 20 % vajaus vastaavasti 1 - 1,75 %. Keskimäärin noin 20 % :ssa raskaan kaluston renkaista on virheellinen paine. Renkaan rungon vahingoittumisen kannalta 20 % painevajaus on jo kriittinen. Muotovirheistä aiheutuvat vaikutukset ovat paljolti epätasapainosta aiheutuvien kaltaisia, eikä useimmilla tavanomaista suuruusluokkaa olevilla virheillä ole kovinkaan suurta vaikutusta energiankulutukseen. Muotovirheistä vain pyörän huomattavalla säteisheitolla on energiankulutusta lisäävä vaikutus. Sen sijaan matkustusmukavuuteen useimmat muotovirheet ja erityisesti pyörän säteisheitto vaikuttavat. Muotovirheistä ja epätasapainosta aiheutuu pitkällä aikavälillä renkaan nopeampaa ja epätasaisempaa kulumista, joka nostaa rengaskustannuksia.
Description
Supervisor
Juhala, Matti
Thesis advisor
Kaijalainen, Osku
Keywords
tyre, rengas, tire, raskas kalusto, wheel, kuorma-auto, heavy vehicle, epätasapaino, truck, muotovirhe, unbalance, rengaspaine, pressure, energiataloudellisuus, uninformity, polttoaineenkulutus, energy consumption, vierinvastus, fuel consumption, säteisheitto, rolling resistance, radial run out
Other note
Citation