Техническая эксплуатация автомобилей Основы обеспечения (стр. 7 из 31)

При изготовлении радиальной шины из корда отдельно собирают каркас и кольцевой пояс беговой дорожки шины (браслет). После этого браслет надевают на каркас (начальный диаметр каркаса равен диаметру обода), который поддувают до диаметра браслета; в таком состоянии проводят накладывание наружных слоев резины. Затем обычным образом проводят вулканизацию шины. Такая процедура существенно усложняет технологию сборки.

Следует обратить внимание на то, что при несимметричном накладывании браслета беговая дорожка каркаса шины оказывается смешенной, это фактически меняет плечо обкатки (расстояние от центра рабочего пятна контакта колеса с дорогой до оси шкворневой линии). Неравенство плеч у левого и правого колес может приводить к уводу автомобиля в одну сторону. Если плоскость браслета и беговой дорожки соответственно будет неперпендикулярной оси шины, то колесо с такой шиной будет выписывать «восьмерку». Поперечные колебания легковых автомобилей наблюдаются при небольших скоростях движения, когда частота вращения колеса «с восьмеркой» совпадет с собственной частотой колебаний подрессоренных масс автомобиля в поперечном направлении. Упругим элементом колебательной системы являются шины, имеющие определенную жесткость в боковом на-

правлении. В обоих случаях нарушений положения браслета шина после вулканизации внешне будет симметричной, и описанные дефекты визуально не определяются.

Таким образом, качество автомобильных шин зависит и от состава резины, и от тщательности сборки. Если слои корда будут состыкованы неаккуратно, слои корда и резины будут плохо прикатаны и между ними будет оставаться воздух или водяной конденсат (в цехе сборки обычно большая влажность из-за утечек пара, используемого для вулканизации), то долговечность шины будет низкой. Несмотря на то, что по индивидуальному номеру шины может быть установлен ее сборщик, который несет персональную ответственность за качество сборки, выпускаемые шины обычно имеют большой разброс по качеству и долговечности.

Под долговечностью автомобильных шин обычно понимают срок их службы и наработки до полного износа рисунка протектора или выхода из строя из-за разрывов каркаса и расслоений. Имеются данные, что по износу протектора выбывает из эксплуатации около 70 % шин, а по разрыву каркаса и другим эксплуатационным повреждениям — около 30% шин.

Разрушения каркаса и расслоения являются следствием усталости материалов, возникающей при многократно повторяющихся деформациях участков работающей шины. Накопление повреждений существенно возрастает при увеличении температуры, приводящей к ослаблению связей между кордом и резиной. Температура шины, естественно, зависит от температуры окружающей среды и весьма существенно — от скорости движения и давления воздуха в шине. При низком давлении воздуха участки шины сильно деформируются, что сопровождается увеличением напряжений в материале шины и ее гистерезисным разогревом. При увеличении скорости движения автомобиля в шине возрастает выделяемая энергия. Поскольку теплопроводность материалов шины плохая, теплопередача между шиной и воздухом при увеличении скорости не позволяет отводить всю теплоту, и температура шины возрастает.

Процесс трения и изнашивания рабочей поверхности протектора можно представить происходящим по трем последовательным этапам: образование фрикционных связей с поверхностью дороги; существование фрикционных связей при изменяющихся деформациях и развивающихся температурах; нарушение фрикционных связей и разрушение поверхности.

В общем случае различают пять видов нарушения фрикционных связей:

микрорезание, или царапание, которое наблюдается при наличии острых выступов на истирающей поверхности и больших контактных давлениях, когда достигается предел прочности резит.! протектора. Отделение частичек резины происходит в результате однократного воздействия;

пластическое оттеснение, возникающее при контакте резины

с тупыми выступами на истирающей поверхности при больших

нагрузках. Отделение частичек резины происходит при многократных воздействиях;

усталостный износ, который наблюдается, когда поверхностный

слой протектора упруго обтекает выступы истирающей поверхности, а затем, при выходе протектора из контакта, восстанавливает свою форму. Число циклов до разрушения большое, оно зависит от величины действовавших напряжений и свойств резины;

адгезионный отрыв, обусловленный молекулярной составляю-

щей силы трения на поверхности соприкосновения. Адгезия, как правило, невелика по сравнению с объемной прочностью материала, но она всегда сопровождает любой вид взаимодействия; окислительный износ, происходящий при разрушении окисной

пленки, как особым образом структурированной резины на поверхности протектора. Окисленная пленка, обладающая меньшей эластичностью, чем нижележащий слой резины, при деформации в зоне контакта с дорогой разрушается и отделяется от протектора.

При условиях нормальной эксплуатации из всех перечисленных видов износа превалирует усталостный износ шины. При больших нагрузках и длительном скольжении резины в одном направлении на се поверхности может образовываться «рисунок Шалламаха» — расположенные поперек траектории скольжения чередующиеся гребни и впадины.

Первичными проявлениями при таком износе являются раздиры и трещины, возникающие в результате действия сил трения, когда напряжения сдвига превышают прочность резины. Перемещение слоев резины относительно истирающей поверхности и возникающие при этом силы сопровождаются автоколебаниями. Резина, особенно мягкая, как бы скатывается в валики. Истирание посредством скатывания может происходить лишь в определенном сочетании внешних условий и свойств резины. Следует помнить, что противоизносными свойствами обладает только протекторная резина. После износа протекторного слоя на протяжении всего нескольких километров, особенно при высокой температуре воздуха летом, изнашивается брекерный слой, разрушаются нити корда и выдавливаемая в образовавшееся отверстие камера, при этом шина отказываете характерным хлопком. Связь интенсивности износа шины и крутящего момента, воздействующего на колесо, выражается степенной зависимостью с показателем степени 2 или 3. Таким образом, ведущие колеса при равных прочих условиях изнашиваются быстрее, чем ведомые. Износ шин автомобиля-тягача больше износа шин одиночного автомобиля.

Тормозной момент сильнее сказывается на износе шин, поскольку при торможении трущиеся участки шины по времени находятся в контакте с дорогой дольше, чем при буксовании шины.

Чч

Нагрев участков шины будет больше, а соответственно и интенсивность износа выше.

Увеличение боковой силы на колесо приводит к увеличению интенсивности износа шин примерно в квадратичной зависимости. Возникновение боковых сил обусловлено не только поперечным наклоном дорожного полотна и центробежными силами, действующими на автомобиль при поворотах, но и неоптимальными углами установки колес. Для автомобилей с независимой подвеской при поперечном расположении рычагов боковые силы могут возникать из-за кинематической несогласованности при вертикальных колебаниях автомобиля. Замечено, что при переменных значениях сил в контакте шины с дорогой интенсивность износа шины больше, чем при работе шины с постоянно действующими силами. Наверное, это является следствием гистерезисных потерь энергии в материале шины, что приводит к повышенной температуре и усталости резины. Кроме того, при постоянном направлении действия сил наблюдается эффект приработки. Это явление учитывается в процедуре перестановки колес, обеспечивающей одинаковый срок службы всех шин автомобиля. Ведущее колесо меняется местом с ведомым колесом таким образом, чтобы для шины направление окружной силы в контакте с дорогой не менялось.

Увеличение радиальной нагрузки на шину сверх номинального значения имеет место при общей перефузке автомобиля и при неправильном распределении фуза по платформе, износ шины в этом случае увеличивается. Характер процесса изнашивания шины при большой радиальной силе сходен с процессом работы шины при пониженном давлении воздуха. Кроме того, при больших радиальных нафузках возникают перенапряжения в нитях корда. На рис. 1.47 по данным разных авторов, испытывавших различные

шины, усредненно представлена зависимость срока службы шины от радиальной нафузки (в процентах превышения номинального значения нафузки).

Как следует из фафика, превышение нормальной нафузки на колесо на 50 % сокращает срок службы шины примерно вдвое.

Специфическим вариантом радиальной перефузки шины являются динамические нагрузки вследствие дисбаланса колеса. Признаком несбалансированности колеса является пятнистый износ протектора шины. Дисбаланс колеса зависит как от самой шины, так и обода, и ступицы колеса.

Внутреннее давление воздуха в шине весьма существенно влияет на ее долговечность. Оптимальное значение давления воздуха устанавливается заводом-изготовителем на основании доводочных испытаний автомобиля с учетом требований управляемости, плавности хода и долговечности самой шины. Усредненно характер влияния давления воздуха в шине на ее ресурс показан на рис. 1.48.

При снижении давления воздуха в Шине увеличивается деформация каркаса и за счет гистерезисных потерь повышается температура шины при ее работе. Следствием этого является снижение прочности шинных материалов, возможны расслоения, перетирания нитей корда. Износ протектора получается неравномерным (больше изнашивается плечевая зона шины).