Файл: Салтыков, А. В. Основы современной технологии автомобильных шин.pdf

Шины с разъемным ободом маркируются так же, как обычные шины. Грузовая бескамерная шина для глубокого обода имеет обозначение 8—22,5, а для разъемного герметичного обода — 12,00—21. Также обозначаются грузовые камерные шины, пред­ назначенные для уширенных ободов с коническими полками на всю ширину борта, например, 16,00—21. Такая же шина, предна­ значенная для плоского обода, обозначается 16,00—20.

В СССР для некоторых размеров шин ширину профиля принято обозначать в миллиметрах, а посадочный диаметр в дюймах (на­ пример, специальные грузовые шины 260—20, 210—20, 200—20 и другие, сконструированные с учетом местных условий эксплуата­ ции). Подобными обозначениями пневматических шин пользуются и в других странах, где принята метрическая система мер (Фран­ ция, ФРГ и т. д.). В этих странах выпускаются шины, у которых и ширина профиля, и посадочный диаметр обода обозначены в миллиметрах.

С 1970 г. в СССР также начали обозначать размеры шин в миллиметрах. Так, грузовая шина 260—508, где 260 — ширина про­ филя (в мм) на рекомендуемом ободе, а 508 — посадочный ди­ аметр обода (в мм). Легковая шина также имеет обозначение* например, 170—380, где 170 — примерная ширина профиля на рёкомендуемом ободе, а 380 — номинальный диаметр обода (15").. Чтобы получить действительный посадочный диаметр обода легко­ вой шины, следует, как сказано выше, вычесть из номинального

шины с ободом 15"); также рассчитывают посадочный диаметр для других ободов.

Широкопрофильные шины обозначаются тремя числами, со­ единенными между собой знаком умножения и тире. Например,

тремя числами. Арочные шины имеют обозначение 1000—600, где 1000 — номинальный наружный диаметр (в мм), 600 — номиналь­ ная ширина профиля (в мм).

Пневмокатки — принято такое же обозначение, как и для широкопрофильных шин: 1000X1000 — 250, где 1000 — наружный диа­ метр и ширина профиля шины и 250 — номинальный диаметр обода.

Некоторые фирмы за рубежом для шин, в которых применен металлокорд, дают буквенное обозначение профиля и посадочный диаметр в дюймах, например, так: Д—20, — что соответствует шине 10,00—20 диагонального построения из металлокорда фирмы «Мишлен»; фирма «Клебер — Коломб» обозначает шины из капро­ нового корда Д4—20, что также соответствует шине 10,00—20.

В США применена новая классификация легковых шин. На­ пример: F78—14, где F — грузоподъемность; 78 — серия, т. е.

55

Гла ва 3

РАБОТА ПНЕВМАТИЧЕСКИХ ШИН. ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА ИХ СРОК СЛУЖБЫ

Работа современной автомобильной пневматической шины основана на использовании рабочих свойств сжатого воздуха и эластических свойств покрышки и камеры.

Пневматическая шина работает в сложных и тяжелых усло­ виях, которые в той или иной степени влияют на продолжитель­ ность ее службы. Во время пробега шина испытывает различные деформации, действие нагрузок и сил, высоких и низких темпе­ ратур и т. п.

ЭЛАСТИЧНОСТЬ И ДЕФОРМАЦИЯ ШИНЫ

Современная пневматическая шина обладает значительной эла­ стичностью. Шина, смонтированная на ободе колеса, проявляет эластичность в направлении радиуса колеса (радиальная эластич­ ность), в направлении окружности колеса (тангенциальная эла­ стичность) и в направлении, перпендикулярном плоскости колеса (боковая эластичность). Наиболее полезной для комфортабель­ ности езды является радиальная эластичность шины, смягчающая удары, которые приходятся на колесо при движении автомобиля по неровной дороге.

Боковая эластичность смягчает боковые удары, но одновремен­ но вызывает боковой увод колес автомобиля, снижает боковую устойчивость машины и затрудняет управление ею. Поэтому при проектировании пневматической шины необходимо стремиться к увеличению радиальной и снижению излишней боковой эластич­

ности.

При качении под действием внешней нагрузки шина испыты­ вает сложные деформации, в результате которых площадь кон­ такта шины с дорогой и ширина ее профиля увеличиваются, а рас­ стояние от оси колеса до поверхности дороги уменьшается. При этом наружные слои боковых стенок покрышки испытывают рас­ тяжение, а внутренние — сжатие; в зоне контакта шины с доро­ гой — наоборот. В покрышке в зонах беговой дорожки и боковых стенок возникают не только напряжения растяжения и сжатия, но

57

и напряжения сдвига, последние особенно возрастают при трогании автомобиля с места и торможении. Деформации сдвига до­ стигают наибольших значений в тех местах брекера, которые не­ посредственно прилегают к контурной линии контакта шины с до­ рогой.

В состоянии покоя под действием внутреннего давления воз­ духа в каркасе покрышки возникают постоянно действующие на­ пряжения растяжения. При качении в результате деформации шины (наезде на препятствия) Напряжения растяжения периоди­ чески снижаются, на короткое время, а иногда переходят в на­ пряжения сжатия. Деформации и напряжения, возникающие при этом относительно невелики, но в отдельных участках (концентра­ ции напряжений в местах порезов и трещин) материалы шины могут испытывать напряжения, близкие к разрушающим.

Деформации носят периодический характер и многократно по­ вторяются. Грузовая шина среднего размера за время эксплуата­

покоя шины находятся под действием статической нагрузки. Ста­ тическая нагрузка, приходящаяся на одну шину, называется но­ минальной нагрузкой.

Допускаемая статическая (номинальная) нагрузка на шину устанавливается в зависимости от типа и размера шины и внут­ реннего давления в ней. Поскольку грузоподъемность шины об­ условлена упругостью сжатого воздуха, допускаемая статическая нагрузка зависит от объема и давления воздуха в шине. Одна и та же нагрузка может восприниматься шиной, имеющей небольшой объем при большом внутреннем давлении или шиной, имеющей большой объем при малом внутреннем давлении. Этим, собствен­ но, и объясняется принципиальное различие между шинами высо­ кого и низкого давления.

Превышение допустимой нагрузки на шину и пониженное по сравнению с нормой давление приводит к увеличению деформа­ ции шины, к быстрой усталости материала и преждевременному разрушению покрышки вследствие расслоения и разрыва кар­ каса.

Радиальная деформация определяется как отношение прогиба шины, деформированной под нагрузкой, к высоте профиля недеформированной шины и выражается в процентах. Высота про­ филя измеряется от основания борта покрышки. В некоторых слу­ чаях (грузовые бескамерные шины, авиашины) высота профиля измеряется от закраины обода, что, по-видимому, правильнее. Оче­ видно, при расчете радиальной деформации для бескамерной шины, смонтированной на глубоком ободе, высоту профиля сле­ дует измерять от закраины обода, иначе получаются результаты, несопоставимые с данными для обычных шин. В зависимости от типа шины при нормальном давлении и нагрузке, радиальная де­

58

формация шин находится в следующих пределах (в % к высоте профиля):

При движении машины в результате толчков ,и ударов на шину действует динамическая нагрузка. Динамическая нагрузка зави­ сит от скорости движения машины, качества поверхности дороги, жесткости шин (внутреннего давления) и др.

Повышенное давление приводит к увеличению: жесткости шины (площадь контакта шины с дорогой уменьшается), напряжений в корде и межслойных резинах и к возрастанию динамических на­ грузок. Пониженное давление влечет за собой увеличение дефор­ мации и перегрев шины, быструю усталость материалов.

В шинах высокого давления динамическая нагрузка превышает статическую до 40%. В шинах низкого давления вследствие хоро­ шей амортизационной способности динамическая нагрузка пре­ восходит статическую незначительно (на 15%). Повышенное про­ тив нормы давление в шинах ухудшает амортизационные свой­ ства и ускоряет износ покрышек*.

НАГРЕВ ШИНЫ

Срок службы в большой степени зависит от типа и состояния дорог, а также от степени нагрева шины.

Исследованиями установлено, что при эксплуатации шины на плохих дорогах пробег сокращается на 50—60% по отношению к пробегу на дорогах с хорошим покрытием. На гладких и ровных дорогах долговечность шины определяется сроком службы про­ тектора.

На упругие деформации, возникающие в шине при качении, и на трение расходуется энергия. Работа, затраченная на упругие деформации, обратима, а работа, затраченная на трение, превра­ щается в тепло.

Различают трение между шиной и поверхностью дороги и внут­ реннее трение в материалах шины. Потери энергии на трение между шиной и твердой поверхностью дороги невелики. Внутрен­ нее трение в шине, сопровождающееся незначительным сдвигом слоев корда относительно друг друга, возникает в результате де­ формации шины.

* Превышение внутреннего давления в шине на 25% по сравнению с нормой снижает пробег покрышки на 10—15%,

59

Многочисленными опытами доказано, что при опоре на твер­ дую поверхность основная часть энергии (15—30% мощности мо­ тора автомобиля) расходуется на внутреннее трение в материа­ лах шины. Чем эластичнее материалы, из которых изготовлена шина, тем меньше потери на внутреннее трение в шинах (гистере­ зис) и как следствие меньше потери мощности на качение шин.

Суммарные потери мощности в результате деформации шины при качении, зависящие от состояния дорожного полотна, учиты­ ваются коэффициентом сопротивления качению. Для асфальтобе­ тона в хорошем состоянии коэффициент сопротивления качению находится в пределах 0,012—0,015; при движении по мягкому грунту он возрастает в несколько раз.

Коэффициент сопротивления качению зависит также от ско­ рости движения автомобиля. При критической скорости * наблю­ дается резкое увеличение сопротивления качению. Потери энер­ гии возрастают примерно пропорционально квадрату скорости. В результате внутреннего трения выделяется энергия, которая в основном преобразуется в тепловую, вызывая нагрев шины.

Наиболее высокая температура наблюдается в брекере. В цент­

При резком повышении температуры механические свойства резины и корда ухудшаются, увеличивается их усталость при многократных деформациях и ослабляется связь резины с нитями корда. В результате этого может произойти отслоение протектора, расслоение каркаса, а в некоторых случаях — сквозной разрыв покрышки по короне или в плечевой зоне.

При температуре покрышки около 120 °С разрывная прочность обычных резин снижается более чем на 40%. В конечном счете внутреннее теплообразование способствует ускорению износа и разрушению шины.

При качении шины низкого давления деформируются значи­ тельно больше, чем шины высокого давления, однако теплообра­ зование в них меньше. Это объясняется наличием в них более тон­ кого каркаса, который способствует лучшему отводу тепла из шины, а также увеличенным объемом воздуха в ней и большей на­ ружной поверхностью покрышки.

Нагрев покрышек в большой степени зависит от температуры окружающего воздуха. Практически установлено, что износ по­ крышек при движении машины по сухой и горячей дороге при­ мерно в два раза больше, чем при движении по холодной и сырой дороге. Этим объясняется ускоренный износ покрышек в летнее время и в местностях с жарким климатом.

* Критической скоростью называется скорость, при которой на поверхности покрышки возникают стоячие волны. При этом скорость вращения становится равной скорости распространения бегущей волны деформации по окружности по­ крышки.

60