на какую часть покрышки приходится основная динамическая нагрузка при качении

Рабочие характеристики шин

· передача нагрузки автомобиля, а также приводных, тормозных и направляющих сил на поверхность дороги;

· образование поперечных сил для поворота и удерживания направления движения, точное и быстрое реагирование на управление;

· амортизация ударов, обеспечение достаточной эластичности и способности преодолевать препятствия, низкий уровень шума и комфортабельность езды;

· хорошее сцепление с поверхностью дороги и низкое сопротивление качению;

· долговечность, безопасность движения и минимальная масса.

Рабочие характеристики шин определяют их эксплуатационные свойства и включают грузоподъёмность, долговечность, сцепление с дорогой, сопротивление качению, амортизационная способность, комфортабельность, шум при движении, проходимость, надёжность, экономичность и др.

Долговечность шины характеризуют пробегом до износа выступов рисунка протектора. По условиям безопасности движения и для защиты каркаса от повреждений минимальная высота выступов рисунка грузовых и легковых изношенных шин должна быть соответственно 0,5 и 1,0-1,5 мм. Долговечность выражают пробегом L в км в зависимости от высоты выступов рисунка h в мм новой шины и определяют по формуле: L=1000(h—h₁)/Δh, где h₁-минимально допустимая высота рисунка; Δh-удельный износ рисунка на 1000 км пробега. Долговечность шин зависит от эксплуатационных факторов, снижаясь при ухудшении дорожных и климатических условий, превышении допустимой нагрузки и увеличении скорости движения. На дорогах с булыжно-щебёночным покрытием долговечность шины составит 80-85%, а на дорогах в неудовлетворительном состоянии на лесоразработках, стройплощадках и в каменных карьерах – 50-60% долговечности на дорогах с усовершенствованным покрытием. По сравнению с пробегом шины на равнинных дорогах пробег на горных дорогах снижается на 15-20%.

Правильная эксплуатация и достижение максимального пробега шины обеспечиваются поддержанием в них оптимального внутреннего давления. При повышении его уменьшается амплитуда напряжений и деформаций в шине, что способствует снижению теплообразования, но возрастают напряжения и соответственно опасность разрыва каркаса при наезде на препятствие. Изменение конфигурации шины под нагрузкой и рост удельного давления в площади её контакта с дорогой при повышении внутреннего давления вызывают ускоренный износ протектора. С повышением давления в шине растут амплитуды деформаций и напряжений, теплообразование и усталостное разрушение, что проявляется в отслоении от резины и разрыве нитей корда, а с повышением – перераспределяется давление по площади контакта с дорогой. Оно снижается в центральной части беговой дорожки протектора и повышается по ее краям, что обуславливает ускоренный износ протектора в этой зоне. Коэффициент K_L p учитывает зависимость пробега L от внутреннего давления p и определяется по формуле: K_L p =L_p1/L_p=—1,2K 2 _p+2,9K_p-0,7, где L_p и L_p1 – пробег при оптимальном давлении p и при давлении p₁ соответственно, а K_p=p₁/p.

Сопротивление качению шины определяет динамические качества автомобиля и расход топлива на его движение, от которого зависит количество выбрасываемых в атмосферу вредных продуктов его горения. При скоростях до 100 км/час на преодоление сопротивления качению затрачивается основная часть мощности двигателя автомобиля. Этот показатель существенно зависит от массы шины и конструкции протектора, а также от материалов, из которых они изготовлены. Коэффициент сопротивления качению f=Р_к/Q, где Р_к – сила сопротивления качению. При эксплуатации на мягких грунтах f=0,3-0,4 и на хороших дорогах с асфальтобетонным покрытием f=0,014-0,015.

Дата добавления: 2015-05-16 ; просмотров: 1720 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник

Шины и все о них

Автомобильная шина — не просто «резина» одетая на диск колеса, а сложная, многофункциональная конструкция. Основное назначение шины — смягчить толчки и удары, передаваемые на подвеску автомобиля, обеспечить надежное сцепление колеса с дорожным покрытием, управляемость, передать на дорогу тяговые и тормозные силы. В значительной степени от шины зависит коэффициент сцепления, проходимость в различных дорожных условиях, расход топлива и шум, создаваемый автомобилем во время движения. Кроме того, шина должна обеспечить заданную грузоподъемность, надежность и долговечность.

• в зависимости от конструкции каркаса- на диагональные и радиальные;
• по способу герметизации внутреннего объема- на камерные и бескамерные;
• по типу рисунка беговой дорожки- дорожные (летние, всесезонные), универсальные, зимние, повышенной проходимости;
• по профилю поперечного сечения.

Диагональные шины. Вам, скорее всего, не придется выбирать шины по этому признаку, так как диагональные уже почти полностью вытеснены с рынка радиальными. Конструкция диагональных шин устарела, но их продолжают выпускать в небольших количествах потому, что они относительно дешевы в производстве. Единственное преимущество этих шин заключается в том, что у них прочнее боковина. Диагональная шина имеет каркас из одной или нескольких пар кордных слоев, расположенных так, что нити соседних слоев перекрещиваются.

Корд — обрезиненный слой ткани, состоящий из частых прочных нитей основы и редких тонких нитей утка, которые обеспечивают хорошее обрезинивание нитей корда, высокую гибкость и прочность. Корд изготавливается из хлопкового, вискозного или капронового волокна. В настоящее время большее применение находит металлокорд, имеющий нити, свитые из стальной проволоки, толщиной около 0,15 мм. Есть и более дорогие материалы, напр. кевлар, которые не могут получить массового распространения по причине своей дороговизны.

Радиальные шины. В радиальной шине корд каркаса натянут от одного борта к другому без перехлеста нитей. Направление натяжения нитей явствует из названия. Тонкая мягкая оболочка каркаса по наружной поверхности обтянута мощным гибким брекером — поясом из высокопрочного нерастяжимого корда, как правило, стального. Поэтому к надписи radial (радиальная) на боковинах шин часто добавляют belted (опоясанная) или steel belted (опоясанная сталью). Такое расположение слоев корда снижает напряжение в нитях, что позволяет уменьшить число слоев, придает каркасу эластичность, снижает теплообразование и сопротивление качению.

Каркас — важнейшая силовая часть шины, обеспечивающая ее прочность, воспринимающая внутреннее давление воздуха и передающая нагрузки от внешних сил, действующих со стороны дороги, на колесо. Каркас состоит из одного или нескольких, наложенных друг на друга слоев обрезиненного корда. В зависимости от конструкции каркаса, размеров, допустимой нагрузки и давления воздуха в шине число слоев корда в каркасе может изменяться от1 (в легковой) до 16 и более (в грузовых, сельхоз.шинах и пр).

Брекер — часть шины, состоящая из слоев корда и расположенная между каркасом и протектором шины. Он служит для улучшения связей каркаса с протектором, предотвращает его отслоение под действием внешних и центробежных сил, амортизирует ударные нагрузки и повышает сопротивление каркаса механическим повреждениям. В брекере нити корда в смежных слоях пересекаются друг с другом и с нитями корда соприкасающегося слоя каркаса, т.е. расположены диагонально, независимо от конструкции шины. Брекер в радиальных шинах более жесткий, усиленный и малорастяжимый по сравнению с брекером диагональных шин, т.к. он в основном определяет прочностные показатели шин.

Протектор — массивный слой высокопрочной резины, соприкасающийся с дорогой при качении колеса. По наружной поверхности он имеет рельефный рисунок в виде выступов и канавок между ними, так называемую «беговую дорожку». Протектор предохраняет каркас от механических повреждений, от него зависит износостойкость шины и сцепление колеса с дорогой, а также уровень шума и вибраций. Рисунок рельефной части определяет приспособленность шины для работы в различных дорожных условиях. По типу рисунка протектора шины делятся на четыре основные группы: дорожные (летние, всесезонные), универсальные, зимние, повышенной проходимости.

Плечевая зона — часть протектора, расположенная между беговой дорожкой и боковиной шины. Она увеличивает боковую жесткость шины, воспринимает часть боковых нагрузок, передаваемых беговой дорожкой и улучшает соединение протектора с каркасом.

Боковины — часть шины, расположенная между плечевой зоной и бортом, представляющая собой относительно тонкий слой эластичной резины, являющийся продолжением протектора на боковых стенках каркаса и предохраняющий его от влаги и механических повреждений. На боковинах нанесены обозначения и маркировки шин.

Борт — жесткая часть шины, служащая для ее крепления и герметизации (в случае бескамерной) на ободе колеса. Основой борта является нерастяжимое кольцо, сплетенное из стальной обрезиненной проволоки. Состоит из слоя корда каркаса, завернутого вокруг проволочного кольца, и круглого или профилированного резинового наполнительного шнура. Стальное кольцо придает борту необходимую жесткость и прочность, а наполнительный шнур — монолитность и эластичный переход от жесткого кольца к резине боковины. С наружной стороны борта расположена бортовая лента из прорезиненной ткани, или корда, предохраняющая борт от истирания об обод и повреждения при монтаже и демонтаже.

Особенности бескамерной шины

Бескамерную резину можно устанавливать только на диски, имеющие «хампы» — специальные выступы на ободе.

Бескамерная резина гораздо более безопаснее на скорости, т.к. она спускает постепенно.

Бескамерная автомобильная шина до того, как начнет спускать держит, как правило, не один, а несколько проколов.

Не стоит без особой необходимости, вставлять в бескамерную шину камеру. Если в камерной шине воздух, попадающий между камерой и шиной, выходит в атмосферу через сосок или негерметичный обод, то в бескамерной шине он остается плоскими пузырями, которые здорово затрудняют теплоотдачу колеса, и оно часто перегревается в жару при больших скоростях, это чревато.

Обозначение и маркировка шин, выпускаемых в Европе, соответствует Евростандарту, а в США — требованиями Транспортного управления этой страны. Следует отметить, что обозначения и маркировка отечественных и импортных шин по отдельным позициям совпадают, хотя среди них имеются характерные различия. Прежде всего рассмотрим маркировки шин, действующих в Европе:

Пример: 185/65 R15 87Т — размер шины и ее техническая характеристика:

Источник

Основные эксплуатационные характеристики шин

Таблица 7.2
В таблице 7.2 показан пример изменения тормозного пути автомобиля в зависимости от состояния дорожного покрытия, тормозной путь легкового автомобиля с начальной скоростью 80 км/ч увеличился с 28 м — на сухой дороге до 252 м — на обледенелой. А на влажном льду эти показатели вдвое хуже. К этому можно добавить, что слой грязи и пыли на сухой дороге может действовать как смазка, ухудшающая сцепление.
Для шин, эксплуатируемых в зимнее время года, сцепление улучшают за счет правильного выбора конструкции шины, рисунка протектора (в том числе с шипами) и рецептуры (см. параграф 4.7.1).
При качении колеса эластичная шина деформируется, стремясь в зоне контакта принять форму более твердой дорожной поверхности. При этом происходят деформации материалов шины, которые в площади контакта сопровождаются местными проскальзываниями элементов рисунка протектора относительно дороги. Проскальзывание измеряется разностью между скоростью автомобиля и линейной скоростью вращения колеса. Степень проскальзывания заметно влияет на коэффициент сцепления шины с дорогой. Нарис. 7.21 показано изменение коэффициента сцепления в зависимости от степени суммарного продольного и бокового проскальзывания шины и состояния дорожного покрытия. На графике нулевая точка соответствует перекатыванию протектора по дорожному покрытию (как гусеница); уровень проскальзывания 100% соответствует полной блокировке колес
(юзу). Максимальное значение коэффициента сцепления при прочих равных условиях достигается при проскальзывании в диапазоне от до 30 % и зависит от состояния дорожного покрытия. Современные электронные системы ABS и ESB призваны автоматически регулировать режим торможения при оптимальном проскальзывании, обеспечивающий в реальных дорожных условиях использование максимально возможной силы сцепления. При этом ограничиваются непродуктивные более высокие степени проскальзывания и, соответственно, снижается износ рисунка протектора. Однако на гладкой обледенелой поверхности эти системы практически бесполезны.
На влажной и мокрой поверхности коэффициент сцепления существенно снижается с ростом скорости (рис. 7.22) [2]. Сцепление шины с сухой дорогой сравнительно мало зависит от скорости и определяется в первую очередь типом дорожного покрытия и свойствами резины протектора. Сцепление тем выше, чем больше площадь контакта шины с дорогой. Этим объясняется некоторое увеличение коэффициента сцепления на сухой дороге у шины с изношенным рисунком протектора по сравнению с новой (верхний график): в основании рисунка площадь его выступов несколько больше.
На мокрых дорогах сцепление определяется гидродинамическими свойствами пленки воды между шиной и дорогой (рис. средний и нижний графики) и способностью рисунка протектора выдавливать и удалять жидкость из зоны контакта узкими прорезями,впитывающими влагу, и открытыми канавками, служащими для отвода воды
из зоны контакта (см. параграф 4.7.1). При малой скорости движения и тонкой водяной пленке на поверхности мокрой дороги вода почти полностью выдавливается и отводится из плоскости контакта выступов рисунка протектора с полотном дороги (рис. 7.23, а), коэффициент сцепления не намного меньше, чем на сухой дороге (рис. 7.22, начало среднего графика).
С увеличением толщины слоя воды и скорости движения резко растет объем воды, подлежащей вытеснению, удаление ее из зоны контакта затрудняется (рис. 7.23, б). Фирма Michelin назвала количество воды, необходимое для вытеснения при скорости 80 км/ч, — это приблизительно 25 л/с. Не всякая шина способна поглотить такое количество воды! Отвод воды из зоны контакта протектора с дорожным покрытием особенно затруднен у низкопрофильных и широкопрофильных шин, отличающихся относительно широкой беговой дорожкой протектора.
С увеличением водяного слоя и скорости падает коэффициент сцепления. При этом в отличие от сухой дороги с ростом скорости падение тем больше, чем больше износ рисунка протектора, так как сокращается объем углублений рисунка и, соответственно, их способность поглощать и отводить влагу. В примере, приведенном на нижнем графике рис. толщине слоя воды 6 мм и остаточной глубине
рисунка протектора 1,5 мм (немногим меньше допустимого предела 1,6 мм) при скорости около 80 км/ч коэффициент сцепления снижается до 0 и возникает аквапланирование.
По мере повышения скорости перед шиной образуется утолщение водяной пленки — водяной клин, затем объем клина увеличивается, шина не успевает отводить всю воду, клин постепенно задвигается под шину, соприкасается с дорогой лишь часть выступов рисунка по плечам
и на выходе в задней части пятна контакта. С возрастанием скорости этот контакт все больше и больше утрачивается. По достижении критической скорости водяной клин полностью задвигается под шину, колесовсплывает, автомобиль не слушается руля. Возникает катастрофическая ситуация, похожая на танец на льду, поэтому аквапланирование называют также скольжением по воде. Фотографии пятна контакта сделаны снизу через стеклянную плиту, покрытую слоем воды толщиной 5 мм при проезде по ней автомобиля с различными скоростями.
На рис. 7.25 показан пример определения критической скорости по степени скольжения переднеприводного колеса: при 80 км/ч неизношенная шина достигла предельного значения проскальзывания — 15% и полностью утратила контакт с дорогой.
Значения критической скорости современных моделей шин находятся в пределах 92 — 98 км/ч (рис. 7.26). Для шин с изношенным рисунком критическая скорость, примерно, на 30 км/ч меньше.
Влияние глубины рисунка протектора шины на величину критической скорости, при которой возникает аквапланирование при разной толщине водяной пленки, было показано на рис. 7.22.
Величина критической скорости аквапланиро-вания зависит также от внутреннего давления в шине. Скорость вхождения шины в аквапланирование уменьшается при снижении давления, так как при этом снижается удельное давление в пятне контакта шины с дорогой, особенно по центру беговой дорожки <см. рис. 7.14, б). В результате на мокрой дороге водяной клин легче задвигается под шину, значительно понижается уровень критической скорости, при которой шина всплывает (рис. 7.27).
Особенно коварно поперечное аквапланирова-ние при маневрировании на мокрой дороге: под воздействием силы бокового увода (рис. 2.1, 7.19 и 7.20) шины передней и задней осей внезапно теряют контакт с дорогой, автомобиль заносит, он становится полностью неуправляемым. Наиболее тяжелые условия — гладкий тающий лед при температуре около О °С, покрытый водяной пленкой, и слашпленинг (снежно-водяная каша,рис. 7.28).
Среди многочисленных требований, предъявляемых шине, безопасность при аквапланировании является одним из наиболее важных. Производители шин ставят эту проблему во главу угла. Однако не существует шин, обеспечивающих полную безопасность от наступления явления аквапланирования. Поэтому независимо от квалификации водителя для избежания явления аквапланирования, он должен соблюдать следующие правила:
7.7. Нормы допустимого Допустимый износ протектора ре-износа протектора гламентируют размером остаточной
высоты выступов рисунка протектора, по достижении которой шина должна сниматься с транспортного средства.
Остаточная высота рисунка протектора, ниже которой рисунок теряет свои свойства и дальнейшая эксплуатация шины становится опасной, в большинстве стран определяется законодательно. В России для шин легковых автомобилей — 1,6 мм, для шин грузовых автомобилей — 1,0 мм, для шин автобусов и троллейбусов — 2,0 мм, для шин мотоциклов и мопедов — 0,8 мм. Однако эти нормы обеспечивают безопасность лишь на сухой или слабо увлажненной дороге с твердым покрытием. Для мокрого дорожного полотна они не приемлемы. На рис. 7.29 показан пример существенного увеличения тормозного пути на влажной дороге по мере износа рисунка протектора. Тормозной
путь легкового автомобиля при снижении скорости со 100 до 60 км/ч в случае предельно допустимого износа протектора с остаточной высотой рисунка 1,6 мм достигает 80 м, т.е. в полтора раза больше, чем в случае новых шин с неизношенным рисунком высотой 7 мм.
По мере износа рисунка протектора его элементы во время качения, в момент контакта с дорожным покрытием при торможении, деформируются в меньшей степени. Чем больше глубина рисунка протектора, тем более он энергоемок, тем более эффективно торможение. По мере износа рисунка протектора уменьшается объем деформируемой резины и снижается сопротивление качению: до 3% на каждый миллиметр износа, соответственно снижается эффективность торможения (в случае одинаковой площади контакта с дорожным покрытием).
В международной практике устанавливают дифференцированные допуски на износ протектора (рис. 7.30). Известные авторы [2] рекомендуют для гарантии безопасности легковых автомобилей в летних условиях не допускать эксплуатацию шин с оставшейся глубиной рисунка менее 2 мм, а широкопрофильных шин — 3 мм. Зимние шины теряют свои ходовые качества на снегу при глубине рисунка менее 4 мм. В Австрии на некоторых горных дорогах предельный износ рисунка протектора зимой установлен 4,5 мм.
Учитывая важность своевременного обнаружения критического уровня износа для безопасности движения, канавки рисунков современных шин в нескольких сечениях по окружности имеют специальные мостики — индикаторы износа (рис. 7.31). Если по мере износа протектора на каком-то его участке высота рисунка сравнялась с индикатором, то шина должна быть заменена.

Э = СШ/QL+CT/Q,
где: Сш — сумма стоимости шины и затрат на ее ремонты; Q — грузоподъемность шины;
L — пробег шины до списания (с учетом пробега после ремонта); Ст — стоимость топлива на 1 км пути для компенсации потерь качения в шине.
7.12. Оценка качества шин Рассмотренные в настоящем параграфе эксплуатационные характеристики шины предъявляют к ней противоречивые, порой взаимоисключающие требования, которые условно можно объединить в две основные антагонистичные категории:
— требования безопасности движения, включающие высокие показатели сцепления с дорогой, торможения, устойчивости и управляемости при маневрировании, особенно зимой;
— экономичность и охрана окружающей среды, в том числе низкие сопротивление качению и теплообразование, высокие максимально допустимые скорости и износостойкость, минимальный уровень вредных выделений в окружающую среду.
Вторая группа требований обеспечивается при минимальном поглощении шиной подводимой к ней энергии, а первая группа — наоборот.
Для определения эксплуатационного качества шины в целом используют сумму баллов оценки каждой из ее эксплуатационных характеристик с учетом коэффициентов их значимости. При этом обычно используют 100-балльную систему оценки (таблица 7.3.). Для объ
ективной оценки качества каждой модели шины проводят серию испытаний по каждой из ее эксплуатационных характеристик, представляющие собой весьма трудоемкие и дорогостоящие программы. Заманчиво применение единого комплексного показателя, характеризующего технический уровень шины.
Уникальная чувствительность величины сопротивления качению шины к ее конструктивным особенностям, свойствам использованных материалов, к уровню качества изготовления (однородности и наличия скрытых внутренних дефектов), а также к условиям эксплуатации, делает этот показатель привлекательным для его использования в качестве комплексной оценки и нормирования в будущем технического уровня новой шины. Европейский союз, как заявлено в Директиве и некоторые другие государства рассматривают возможность введения норм на сопротивление качению шин. Кроме того, улучшение международного сотрудничества увеличивает потребность обмена опытом по вопросу о сопротивлении качению шин (неофициальный Документ GRRF-56-24). Сторонники такого подхода ведут исследования с целью усовершенствования или разработки новых методов оценки коэффициента сопротивления качению шин, способных более полно и адекватно отразить многообразие режимов качения и нагружения шины в процессе испытаний и обработки их результатов.
же каждая шинная компания находит свой компромисс между уровнем сопротивления качения шины и другими ее потребительскими и прочностными характеристиками. Шина, превосходящая другие по показателю потерь на качение, может оказаться не лучшей по другим характеристикам и в целом уступать по комплексу эксплуатационных показателей. Из таблицы 7.3, приведенной из американского журналаConsumer Report, который регулярно тестирует шины, популярные на потребительском рынке, можно почерпнуть сведения о характеристиках ряда шин. Как видно из таблицы, в первой пятерке лучших по всему комплексу свойств только шина Michelin (2-е место) имеет отличные результаты по сопротивлению качению. А шины фирмы Sumitomo — тоже великолепные по этому показателю — в целом признаны экспертами журнала худшими из представленных моделей из-за плохих характеристик сцепления на заснеженной дороге и торможения на льду.
Фирма Continental возражает против возможного введения требований Европейского союза по сопротивлению качению. Глава правления фирмы в Ганновере Манфред Веннемер считает, что эксплуатационные характеристики шины должны быть хорошо сбалансированы, а введение норм на сопротивление качению приведет к ухудшению других характеристик. Компания аргументирует свою позицию приведенной иллюстрацией (рис. 7. 39). При торможении со скорости 100 км/ч на мокрой дороге тормозной путь автомобиля на шинах с хо

Таблица 7.3
рошо сбалансированными свойствами составил 72 м. В то же время автомобилю на шинах, конструкция которых сфокусирована на снижении сопротивления качению, потребовалось до полной остановки 80 м, а через 72 метра торможения его скорость еще составляла около 35 км/ч [25].
С другой стороны, достижения фирмы Michelin демонстрируют высокий уровень свойств практически во всем спектре эксплуатационных показателей. Специальная научно-исследовательская программа фирмы Michelin призвана в течение следующих лет снизить по
тери на качение в шинах на 50%, что позволит на 10% сократить расход топлива автомобилем без потери качества по другим параметрам[25].
Возможно, точку в этом споре сможет поставить лаборатория которая получила недавно от правительства штата Калифорния 400 млн долларов на разработку совокупного показателя экономичности
Европейский союз планирует ввести в качестве обязательного сопроводительного документа на шины специальный ярлык, из которого наглядно будет видно, как три потребительских качества — топливная экономичность, сцепление с мокрой дорогой и уровень шума — сочетаются в конкретной модели шины [10]. Проект такого ярлыка показан на рис. 7.40 [20]. Как видно из рисунка, уровень характеристик предполагается оценивать буквами — от А до G и цветом — от зеленого до красного. Обозначение А и зеленый цвет соответствуют лучшим показателям, тогда как G и красный цвет — худшим. Уровень шума предполагается указывать в децибелах и, в скобках, буквами, аналогично двум другим показателям, но без выделения цветом.

Источник