Исследование особенностей технической эксплуатации ходовой части автомобилей "Toyota" (стр. 9 из 15)

Рис. 1.6.2. Распределение удельных сил в центральном продольном сечении площади контакта: 1 — скорость до 100 км/ч; 2 — скорость свыше 100 км/ч; 3.7 — предел сцепления (произведение удельных давлении на коэффициент трения); 4 — ведущий режим; 5 — ведомый режим; 6 — тормозной режим;

/₂ — зоны проскальзывания.

Несоответствие любого из перечисленных факторов оптимальным параметрам вызывает проскальзывание отдельных элементов пятна контакта и неравномерный износ протектора. Так, с уменьшением давления воздуха увеличивается и возрастает предрасположенность элементов протектора к проскальзыванию. Углы установки колес (особенно угол схождения) при отклонении их от норматива приводят к увеличению поперечных касательных напряжений. На выходе шины из пятна контакта превышается предел сцепления с опорной поверхностью и происходит проскальзывание.

Для радиальных шин и шин с изношенным рисунком протектора касательные напряжения всегда меньше.

Критическая скорость качения. Увеличение скорости качения приводит к изменению характера эпюры q (см. рис. 1.6.2) и проскальзыванию элементов протектора. С дальнейшим увеличением скорости шина подвергается действию инерционных сил. Частота деформации элементов шины начинает совпадать с их собственной частотой. Скорость восстановления формы шины после прохождения контактной зоны меньше скорости выхода элементов из контакта. В результате из контакта выходят невосстановленные элементы, которые под действием упругих и инерционных сил также начинают колебаться. Резонансные явления приводят к возникновению волн на боковинах и беговой дорожке. Наступает критическая скорость качения и, как следствие, разрыв шины.

Критическая скорость шины всегда выше максимальной скорости автомобиля, для которого она рекомендована. Однако нагружение автомобиля выше нормы, а особенно пониженное давление в шине резко снижают порог критической скорости, поэтому, согласно ГОСТ 4754— 80, при предстоящем движении легкового автомобиля (более 1 ч) со скоростью свыше 120 км/ч давление воздуха в шинах следует повысить на 0,03 МПа относительно нормы.

Аквапланирование. При движении по мокрой дороге на низких и средних скоростях выступы протектора шины успевают продавить водяную пленку. Из пятна контакта вода выводится через канавки протектора, которые выполняют роль дренажа. При больших скоростях количество выводимой в единицу времени воды растет, и дренаж с этим может не справиться. Между протектором и дорогой появляется водяной клин, нарушающий контакт шины с опорной поверхностью. Возникает аквапланирование, и автомобиль становится неуправляемым. Скорость аквапланирования зависит от скорости автомобиля, толщины водяной пленки вязкости (загрязнения) воды, конструкции шины (отношение Н/В), давления воздуха в шине достаточной высоты рисунка протектора.

Пониженное давление воздуха и изношенный протектор резко приближают момент возникновения аквапланирования.

Влияние технического состояния шины на топливно-экономические и тягово-сцепные свойства автомобиля. По мере износа протектора меняются характеристики шин, что отражается на эксплуатационных свойствах автомобиля. Высота рисунка протектора новых грузовых шин 16—20 мм, легковых 8—10 мм. С уменьшением высоты рисунка протектора возрастает вероятность дорожно-транспортных происшествий, ухудшаются тягово-сцепные качества шин на большинстве опорных поверхностей (особенно увлажненных или заснеженных).

Однако на сухих дорогах шины с изношенным протектором имеют меньшие потери при деформации, что уменьшает сопротивление качению и обеспечивает сокращение, расхода топлива (рис. 1.6.3).

Рис. 1.6.3.Изменение эксплуатационных свойств автомобиля при износе протектора:

1 —расход топлива; 2 —время разгона; 3 — сила тяги на крюке.

Поэтому замену изношенных шин, на новые целесообразно проводить в начале осенне-зимнего сезона. Это будет способствовать увеличению ресурса шин. Новые шины на начальном этапе эксплуатации имеют высокую интенсивность износа протектора. На мокрых и скользких, покрытиях износ в несколько раз меньше, чем на сухих дорогах особенно при летних температурах.

Факторы, определяющие ресурс шин. Шина считается исчерпавшей свой ресурс, если износ протектора достиг предельной величины или в покрышке возникли какие-либо повреждения — порезы (разрывы) нитей корда, расслоение каркаса, вздутие протектора или боковины, сквозные пробои, отрывы бортов и др. Предельная остаточная высота рисунка протектора установлена 1 мм для шин грузовых автомобилей, 2 мм для автобусов и 1,6 мм для легковых автомобилей. Некоторые шины имеют индикаторы износа — поперечные выступы по дну канавок протектора (в шести сечениях), высота которых равна предельной. Шина должна быть снята, если при равномерном износе протектора индикатор появился в одном сечении, при неравномерном — в двух.

При отсутствии индикаторов измерение остаточной высоты протектора следует проводить в местах наибольшего износа. Согласно Правилам эксплуатации автомобильных шин, предельным износом рисунка протектора считается такой износ, когда остаточная высота выступов рисунка протектора имеет минимально допустимую величину на площади, ширина которой равна половине ширины беговой дорожки протектора, а длина равна 1 /6 длины окружности шины по середине беговой дорожки протектора, или при неравна износе — на суммарной площади такой же величины (рис. 1.6.4).

Рис. 1.6.4. Плошадь предельного износа рисунка протектора:

R- радиус шины; B- ширина профиля.

В практической деятельности удобнее исходить из того, что площадь суммарного предельного износа протектора не должна превышать участка его беговой дорожки, равного по длине половине радиуса шины.

Первым циклом эксплуатации шины считается период ее работы до износа протектора или какого-либо повреждения, которое невозможно устранить в условиях АТП. Вторым (и последующим) циклом — работа шины на новой беговой дорожке, наваренной на изношенную покрышку при отсутствии серьезных повреждений ее конструктивных элементов. Эти шины принято называть восстановленными.

Основной причиной снятия шин легковых автомобилей является износ протектора до предельной величины. У грузовых автомобилей часты случаи повреждения шин, что приводит к списанию в утиль 60—70 % снимаемых с эксплуатации шин. Причины (если всё—100%): сквозные повреждения протектора 26 %; повреждения боковин 23 %; отрыв бортов 14 %; расслоение каркаса, брекера 12 %; износ протектора до нитей корда 9 %; заводской брак 7 %, прочие причины 9 %. В большинстве случаев эти повреждения являются следствием неаккуратного вождения автомобиля, его перегрузки, плохого состояния дорог. Остальные шины (30—40 %) остаются пригодными к восстановлению, но и они имеют потери ресурса. Равно износ протектора достигается только у четвертой части шин. У остальных — различные виды неравномерного износа: односторонний, по центру, по краям, пятнистый.

При правильной эксплуатации шины ее ресурс определяется главным образом темпом износа протектора, который зависит от ряда факторов (рис. 1.6.5), причем первые две группы вызывают, как правило, равномерный износ, а неудовлетворительная реализация третьей группы факторов — различные виды неравномерного износа.

Рис. 1.6.5. Управляемость факторов, определяющих преждевременный износ протектора.

Поэтому основным показателем правильной эксплуатации шины является равномерный износ протектора. Любые отклонения в работе шины вызывают перераспределение сил в пятне контакта, проскальзывание элементов протектора, их неравномерный износ по профилю и контуру.

Ухудшение дорожного покрытия сокращает ресурс шин. По сравнению с асфальтобетонными дорогами на гравийно-щебеночных дорогах ресурс снижается примерно на 25 %, на каменистых разбитых дорогах на 50%.

Температура окружающего воздуха также влияет на ресурс шин. Повышенная температура вызывает более интенсивный нагрев шины. При этом снижается сопротивление качению, но и сокращается ресурс. Наивыгоднейший температурный режим для шины с позиции указанных параметров 70—75 °С. Температура шины до 100 °С считается допустимой, при 120 °С опасной, выше — критической. При повышении температуры от нуля до 100 °С прочность резины снижается в 2—3 раза, а прочность связи между резиной и кордом в 1,5—2 раза. При низких отрицательных температурах (минус 40 °С и ниже) непрогретые при движении шины из обычной (неморозостойкой) резины при резком троганни с места, ударах о неровности могут разорваться.

Для современных транспортных потоков скорость движения в значительной степени зависит от интенсивности движения потока. При этом особое значение приобретает также качество вождения автомобиля. Неопытный водитель неправильно выбирает скоростной режим на поворотах, резко тормозит и разгоняет автомобиль. Все это снижает ресурс шин, так как интенсивность износа протектора по мере увеличения тяговой или тормозной сил возрастает в степенной зависимости (со степенью примерно 2.2 для тяговой и 2,6 для тормозной). При увеличении скорости с 50 до 100 км/ч ресурс снижается примерно на 40 %.

Нагрузка на шину и ее ресурс также взаимосвязаны. Перегрузка шины на 10 % снижает ресурс на 20 %. Под действием повышенных нагрузок повреждается каркас, протектор изнашивается по краям беговой дорожки. В технической документации задают нагрузку на шину обычно на 5—10 % меньше допустимой. Такую нагрузку называют экономичной. Уменьшение нагрузки приводит к увеличению пробега.