تایرهای رادیال: چگونه مصرف سوخت را در مقایسه با تایرهای سنتی ۸ تا ۱۲٪ افزایش می‌دهند

علم مقاومت غلتیدن: چرا تایرهای شعاعی مصرف سوخت را کاهش می‌دهند

چگونگی اتلاف انرژی توسط تغییر شکل تایر و پدیده بازماندگی (هیسترزیس)

تایرها در حین حرکت انرژی از دست می‌دهند، زیرا به طور مداوم روی سطح جاده فشرده می‌شوند. این پدیده به دلیل چیزی به نام هیسترزیس رخ می‌دهد که در واقع بدین معناست که لاستیک بلافاصله پس از فشرده شدن به شکل اولیه خود بازنمی‌گردد. حدود بیست درصد از انرژی که از موتور تولید می‌شود، به جای حرکت دادن خودرو به جلو، به صورت گرما تلف می‌شود. سه دلیل اصلی برای این اتلاف وجود دارد. اول، لاستیک در بازگشت به شکل اولیه خود دچار اصطکاک داخلی می‌شود. دوم، آج‌های تایر اصطکاک اضافی ایجاد می‌کنند هنگامی که روی سطح جاده حرکت می‌کنند. و سوم، تمام این گرما باعث تخریب سریع‌تر لاستیک در طول زمان می‌شود. اگر تایرها به درستی باد نشده باشند، وضعیت بدتر می‌شود. کاهش تنها ده درصدی فشار باد تایر می‌تواند مقاومت غلتشی را بین یک تا دو درصد افزایش دهد. تمام این تلفات به میزان قابل توجهی جمع می‌شوند و باعث می‌شوند خودروها سوخت بیشتری مصرف کنند، صرف نظر از اینکه خودرو کوچک باشد یا کامیون بزرگ.

ساختار رادیال انعطاف دیواره جانبی و تولید گرما را به حداقل می‌رساند

تایرهای رادیال دارای سیم‌های فولادی هستند که در زیر ناحیه میخ‌ها به صورت متقاطع قرار گرفته‌اند و با دیواره‌های جانبی که به راحتی خم می‌شوند ترکیب شده‌اند. این ساختار با تایرهای قدیمی‌تر بایاس-پلای متفاوت است که در آن لایه‌های نایلونی مانند پارچه‌ای بافته شده، روی یکدیگر قرار می‌گیرند و باعث می‌شوند تمام بدنه تایر هنگام پیچیدن خم شود. تایرهای رادیال به‌صورت متفاوتی کار می‌کنند، چرا که بیشتر خمش تنها در قسمتی اتفاق می‌افتد که با جاده تماس دارد. مطالعات انجام‌شده بر روی مواد نشان می‌دهد که این موضوع حرکت جانبی دیواره‌ها را حدوداً نصف می‌کند. چندین مزیت از این روش وجود دارد. اول، گرمای کمتری ناشی از اصطکاک ایجاد می‌شود که مقاومت غلتشی را بین ۲۰ تا ۳۰ درصد کاهش می‌دهد. دوم، تایر به‌صورت مسطح‌تری روی زمین قرار می‌گیرد، بنابراین فشار به‌طور یکنواخت‌تری توزیع می‌شود. سوم، دما به‌طور کلی کمتر می‌شود که به معنای سایش کندتر لایه میخ است. همه این عوامل باعث می‌شوند که تایرهای رادیال در حالت کلی حدود ۸ تا ۱۲ درصد در هزینه سوخت نسبت به نوع بایاس-پلای خود صرفه‌جویی ایجاد کنند و در شرایط سنگین‌کار، عمری دو تا چهار برابر طولانی‌تر داشته باشند.

رادیال در مقابل بایاس-پلای: تفاوت‌های ساختاری که بهبود بازدهی را رقم می‌زنند

معماری رادیال تسمه‌دار در مقابل جهت‌گیری پلی‌های متقاطع

تایرهای رادیال دارای تسمه‌های فولادی زیر ناحیه سطح اصطکاک هستند که لایه‌های پلی به صورت عمود بر جهت حرکت تایر قرار گرفته‌اند. این ساختار قسمت‌های کارکرد جداگانه‌ای ایجاد می‌کند: دیواره‌ها می‌توانند انعطاف پیدا کنند و ناهمواری‌ها را جذب کنند، در حالی که بخش بالایی محکم و مستحکم باقی می‌ماند. تایرهای بایاس پلای به شکل متفاوتی عمل می‌کنند. آن‌ها لایه‌هایی از پارچه نایلونی را در زوایای حدود ۳۰ تا ۴۵ درجه روی هم قرار می‌دهند که یک بلوک جامد داخل تایر ایجاد می‌شود. این طراحی باعث ایجاد گرمای بسیار بیشتری از اصطکاک داخلی می‌شود. تحقیقات نشان می‌دهد که تایرهای رادیال در شرایط حمل وزن یکسان، حدود ۱۵ تا ۲۰ درجه سانتی‌گراد خنک‌تر از معادل بایاس خود کار می‌کنند. اصطکاک کمتر به معنای هدررفت انرژی کمتر برای مقابله با خود تایر است، بنابراین این تایرها عمر طولانی‌تری دارند و در کل عملکرد بهتری برای اکثر رانندگان فراهم می‌کنند.

لکه تماس پایدار و توزیع یکنواخت بار در تایرهای رادیال

تایرهای رادیال دارای تسمه‌های فولادی هستند که اساساً ناحیه سطح روی پاکت را ثابت نگه می‌دارند و هنگام تماس با سطح جاده، شکلی مستطیلی زیبا ایجاد می‌کنند. اما تایرهای بایس پلای متفاوت هستند و به دلیل سفتی بالای دیواره‌های آنها، یک علامت بیضی غیرمعمول پشت سر می‌گذارند. وقتی خودرو بر روی تایرهای رادیال قرار می‌گیرد، وزن به طور یکنواخت در سراسر عرض کامل پاکت توزیع می‌شود. این امر باعث کاهش سایش در نقاط خاص و جلوگیری از تغییر شکل زودهنگام تایر می‌شود. از آنجا که فشار به طور بسیار یکنواخت توزیع می‌شود، چسبندگی بهتری بدون نیاز به توان اضافی از موتور ایجاد می‌شود که دلیل آن این است که این تایرها در مقایسه با طراحی‌های قدیمی‌تر تمایل به صرفه‌جویی در سوخت دارند.

تأیید تجربی: داده‌های برچسب تایر DOT و اتحادیه اروپا و آزمایش‌های ناوگان

مطالعات وزارت حمل و نقل آمریکا و اتحادیه اروپا بهبود ۸ تا ۱۲ درصدی بازدهی سوخت را با تایرهای رادیال تأیید می‌کنند

مطالعات مداوم نشان می‌دهند که لاستیک‌های رادیال واقعاً سوخت را صرفه‌جویی می‌کنند. بر اساس تحقیقات انجام‌شده در سال 2009 توسط وزارت حمل‌ونقل ایالات متحده، این لاستیک‌ها مقاومت غلتشی را در مقایسه با لاستیک‌های قدیمی تایر متقاطع (bias-ply) بین 18 تا 24 درصد کاهش می‌دهند. این بدان معناست که رانندگان در شرایط استاندارد آزمایش، حدود 8 تا 12 درصد کاهش مصرف بنزین را مشاهده کردند. با نگاهی به برنامه برچسب‌گذاری لاستیک در اروپا که محصولات را از کلاس A (بهترین از نظر بازدهی) تا G تحت مقررات اتحادیه اروپا 2020/740 ارزیابی می‌کند، مشاهده می‌شود که بیشتر لاستیک‌های با رتبه بالا از نوع رادیال هستند. چرا؟ زیرا آنها یک چیدمان تسمه‌ای ویژه درونی دارند که اساساً انرژی کمتری را هنگام خم شدن لاستیک در حین رانندگی هدر می‌دهند.

مطالعه کامیون‌های کلاس 8 در سال 2022: کاهش متوسط 10.3 درصدی مصرف سوخت با استفاده از لاستیک‌های رادیال

داده‌های به‌دست‌آمده از ناوگان کامیون‌های واقعی، یافته‌های آزمایشگاهی ما را تأیید می‌کند. مطالعه‌ای که در سال 2022 انجام شد، بر روی 47 کامیون بزرگ که همگی مسیرهای یکسانی را طی می‌کردند، تمرکز داشت. کامیون‌هایی که از لاستیک‌های رادیال استفاده می‌کردند، به‌طور متوسط حدود 6.8 مایل در هر گالن سوخت مصرف کردند، در حالی که کامیون‌هایی که همچنان از لاستیک‌های قدیمی تایر-پلی (bias-ply) استفاده می‌کردند، تنها به 6.1 مایل در هر گالن دست یافتند. این موضوع به معنای تفاوتی حدود 10 درصدی در مصرف سوخت با بازدهی بهتر است. نکته جالب اینجاست که این بهبود صرف‌نظر از اینکه بار کامیون سبک یا سنگین بوده و یا در شرایط جاده‌ای مختلف حرکت می‌کرده، به‌صورت پایدار حفظ شده است. فایده دیگری که باید به آن اشاره کرد، کاهش مقاومت غلتشی است. لاستیک‌های رادیال در حین کار حدود 11 درجه سانتی‌گراد خنک‌تر عمل می‌کنند که این امر باعث می‌شود عمر آن‌ها طولانی‌تر شده و نیاز به تعویض کمتری داشته باشند. تمام این اعداد و ارقام با پیش‌بینی‌های برچسب لاستیک اروپایی (European Tyre Label) نیز همخوانی دارند. بنابراین وقتی شرکت‌ها به لاستیک‌های رادیال تغییر می‌دهند، تنها در محل پمپ بنزین پول صرفه‌جویی نمی‌کنند، بلکه در بلندمدت هزینه‌های نگهداری را نیز کاهش می‌دهند.

مزایای کارآیی بلندمدت: افزایش عمر لاستیک و کاهش هزینه‌های تعمیر و نگهداری

مقاومت کمتر در برابر غلتش، دمای عملیاتی را کاهش می‌دهد و سایش لایه رویه را کند می‌کند

طراحی لاستیک‌های شعاعی به‌طور طبیعی باعث کاهش مقاومت در برابر غلتیدن می‌شود، که این به معنای تولید گرمای بسیار کمتر در حین کارکرد نسبت به انواع قدیمی‌تر لاستیک است. و این موضوع بسیار مهم است، چون زمانی که لاستیک‌ها سردتر کار می‌کنند، لاستیک به سرعت تخریب نمی‌شود و اثرات مخرب هیسترزیس که باعث فرسایش سطح لاستیک می‌شوند نیز کمتر بروز می‌کنند. بر اساس گزارش مدیران ناوگان که وسایل نقلیه خود را با استفاده از سیستم‌های تله‌ماتیک پیگیری می‌کنند، لاستیک‌های شعاعی حدود ۲۵ درصد کندتر از مدل‌های معمولی ساییده می‌شوند. این موضوع در عمل به چه معناست؟ لاستیک‌های با دوام‌تر به معنای تعویض کمتر در طول زمان است، بنابراین شرکت‌ها هزینه کمتری برای لاستیک‌های جدید پرداخت می‌کنند. علاوه بر این، از آنجا که این لاستیک‌ها گرمای کمتری تولید می‌کنند، احتمال بروز پنچری ناگهانی در جاده کاهش می‌یابد. مکانیک‌ها همچنین گزارش می‌دهند که مشکلات همترازی در لاستیک‌های شعاعی کمتر دیده می‌شود. برای شرکت‌های حمل و نقل که هر ماه صدها هزار کیلومتر را طی می‌کنند، صرفه‌جویی در هزینه‌های لاستیک می‌تواند تأثیر بزرگی بر سود نهایی داشته باشد، چرا که لاستیک‌ها اغلب در کنار سوخت، یکی از بزرگ‌ترین هزینه‌های جاری محسوب می‌شوند.

سوالات متداول

مقاومت غلتشی چیست و چگونه بر مصرف سوخت تأثیر می‌گذارد؟

مقاومت غلتشی، انرژی از دست رفته در هنگام غلتش لاستیک روی سطح است که عمدتاً به دلیل تغییر شکل و هیسترزیس رخ می‌دهد. مقاومت غلتشی بالا، مصرف انرژی را افزایش می‌دهد و برای حفظ سرعت به سوخت بیشتری نیاز است.

چرا لاستیک‌های رادیال از لاستیک‌های کلاسیک (bias-ply) کارآمدتر هستند؟

لاستیک‌های رادیال طراحی خاصی دارند که انعطاف دیواره جانبی و تولید گرما را به حداقل می‌رساند و در نتیجه مقاومت غلتشی را کاهش می‌دهد. تسمه‌های فولادی و لایه‌های آن‌ها در زاویه قائمه، توزیع یکنواخت فشار و کاهش تجمع گرما را تضمین می‌کنند.

آیا لاستیک‌های رادیال عمر طولانی‌تری نسبت به لاستیک‌های کلاسیک دارند؟

بله، لاستیک‌های رادیال معمولاً دو تا چهار برابر لاستیک‌های کلاسیک عمر می‌کنند، زیرا سایش و فرسودگی کمتری ناشی از مقاومت غلتشی پایین‌تر و توزیع بهتر بار دارند.

لاستیک‌های رادیال چگونه به صرفه‌جویی در مصرف سوخت کمک می‌کنند؟

لاستیک‌های رادیال با کاهش تولید گرما و تغییر شکل، مقاومت غلتشی را پایین می‌آورند و تا ۸ تا ۱۲ درصد در هزینه‌های سوخت صرفه‌جویی ایجاد می‌کنند.

آیا لاستیک‌های رادیال برای وسایل نقلیه سنگین مفید هستند؟

بله، تایرهای رادیال به ویژه برای وسایل نقلیه سنگین مفید هستند، زیرا بازده سوخت را بهبود می‌بخشند و عمر تایر را افزایش می‌دهند.