Проект СТО на 9 постов для Кировского района

 
Рис. 20. Неравномерный износ

 

3.3. Изменение технического состояния шин в процессе эксплуатации автомобиля

 

3.3.1. Критерий изменения технического состояния  шин

 

Критерием изменения  технического состояния любого агрегата или отдельного его элемента будет разница, отличие физико-химических параметров геометрических размеров от начальных. Применительно к шинам, где практически не изменяются физико-химические свойства материала (хотя процесс старения неизбежен), результат эксплуатации проявляется через изменение геометрических размеров элементов протектора и накопление усталостных, разрушений. Поэтому интенсивность изменения эксплуатационных свойств шины (долговечность, коэффициент сопротивления качению, сцепления, расход топлива и т.д.) зависит от интенсивности изменения, прежде всего геометрических размеров шины, а точнее протектора.

Некоторые авторы в качестве оценочного параметра эксплуатационного состояния шин предлагают использовать величину нормальных напряжений в пятне контакта шины с опорной поверхностью. Считают, что для устойчивого качения колеса с наименьшей интенсивностью изнашивания протектора эпюра нормальных напряжений должна быть равномерной, при этом уменьшается проскальзывание элементов шины в зоне контакта, обусловленное разностью нормальных давлений.

Итак, критерием изменения  технического состояния шик является износ протектора шины, он характеризует и интенсивность усталостного разрушения; интенсивность изнашивания элементов протектора зависит от величины нормального давления и величине проскалъзования в зоне контакта шины с дорогой. Считают, что при равномерной эпюре нормальных напряжений по ширине контакта шины с дорогой ресурс шины наибольший.

 

3.3.2. Изменение условий взаимодействия шины с дорогой из-за износа протектора

 

В процессе эксплуатации шины из-за износа её протектора изменяются условия взаимодействия шины с дорогой, как правило, в худшую сторону. Уменьшается коэффициент сцепления; полностью изношенные шины снижают тягово-сцепные качества автомобиля в два-три раза.

По мере уменьшения глубины дренажных канавок меньше уходит воды из зоны контакта и аквапланирование  наступает при меньшей скорости. Поэтому глубина канавки должна быть не менее 1,5 - 2 мм. Износ протектора до остаточной глубины ( 1,6 мм для шин легковых автомобилей, 1,0 мм - грузовых, 2,0 мм - автобусов и троллейбусов) уменьшает коэффициент сцепления колеса с дорогой и на сухих и на мокрых асфальтобетонных и цементо-бетонных покрытиях. При этом минимальная величина коэффициента сцепления составляет 0,6 [2] на сухих покрытиях и в два раза меньше на мокрых.

Время разгона автомобиля линейно уменьшается по мере износа протектора шин, у полностью изношенных оно на 11% меньше, чем у новых.

Тормозной путь автомобиля по сухой дороге практически не зависит  от степени износа рисунка протектора.

Рис. 21. Изменение коэффициента сцепления ψ

по мере износа протектора Sп в долях от первоначальной глубины:

1 – при 80 км/ч, 2 – при 112 км/ч,

3 – аквапланирование при слое воды 1.5 мм

Рис. 22. Коэффициент сцепления от скорости

 движения υ при высоте  рисунка протектора:

1 – 8 мм, 2 – 4 мм , 3 – 1 мм, 4 –  0 мм.

 

Рис. 23. Расход топлива (1), время разгона (2), тяги на крюке (3)

 

Коэффициент сопротивления  качение ψ уменьшается по мере износа протектора. Потери на качение примерно в 1,5 раза меньше при изменении глубины рисунка протектора с 20 до 7 ми.

Интенсивность разрушения каркаса в зависимости от пробега  и износа протектора изменяется по степенной функции.  Основными факторами, определявшими изменение интенсивности разрушения в зависимости от износа протектора, является накопление усталостных повреждений в каркасе и снижение его прочности, а также уменьшение толщины протектора и снижение его экранизирующего свойства по мере износа.

Интенсивность  изнашивания  зависит от условий эксплуатации подвижного состава, и в частности,  от эпюры в зоне контакте шины с опорной поверхностью, а, следовательно, определяется условиями взаимодействия с дорогой.

Также техническое состояние  шины зависит от таких параметров как:

а) Давление воздуха в шинах. При недостаточном давлении воздуха в шине наибольшие повреждения получает каркас покрышки по всей окружности боковых стенок – нити корда начинают отслаиваться от резины, быстро перетираются и рвутся, происходит кольцевой излом каркаса, который не поддаётся ремонту. При работе шины с пониженным давлением воздуха увеличивается сопротивление качению колёс и вследствие этого значительно возрастает расход топлива.

От понижения давления воздуха  в шине зависят как абсолютная величина износа покрышки, так и характер износа. Износ протектора увеличивается, несмотря на увеличение площади контакта шин и уменьшение среднего удельного давления её на дорогу. Это объясняется увеличением деформации беговой поверхности шины, вследствие чего увеличивается неравномерное распределение нагрузки по площади контакта. При пониженном давлении воздуха в шине средняя часть протектора разгружается, прогибаясь внутрь шины, отчего в плечевой зоне протектора увеличивается нагрузка, вызывающая повышенное давление материала. Более вредно пониженное давление воздуха в шинах для ведущих колёс, так как они нагружены крутящим моментом, передаваемым от двигателя, а также для сдвоенных колёс, когда преждевременно изнашивается, кроме шины с пониженным давлением воздуха, и соседняя исправная шина, нагрузка на которую резко увеличивается. От взаимного качания сдвоенных шин при смежно деформирующихся беговых стенках появляется дополнительное трение шин, увеличивающее разрушение каркаса.

Увеличение давления воздуха в  шинах против нормы также приводит к снижению долговечности шин: возрастают напряжения в нитях корда каркаса, приводящие к его ускоренному старению, увеличивается удельное давление шины на дорогу и появляется преждевременный износ протектора в его средней части. Уменьшается, амортизационные свойства резины и увеличивается ударная нагрузка. Перенапряжение нитей корда с течением времени приводит к преждевременному разрыву каркаса.

 

Рис. 24. Влияние давления воздуха в шине на её пробег

 

Следует отметить всё  же, что износ шин от повышенного  давления воздуха меньше, чем от пониженного. Оптимальное давление воздуха зависит от условий эксплуатации.

Выбор давления воздуха  для каждого заданного режима эксплуатации создаёт наиболее благоприятные условия для работы шин и обеспечивает максимальную продолжительность их службы.

Проведённые на АТП наблюдения показали, что у 40–60% [3] шин давление воздуха не соответствует норме. Плотности вероятностей распределения давлений, с которыми эксплуатируются шины, имеют такие характеристики: математические ожидания на 5–10% [3] меньше норматива, коэффициенты вариации v= 0,06:0,15 [3]. Потери ресурса шин составляют 4 – 10%[3]. Объясняется это сложностью измерения давления во внутренних колёсах, порчей золотников при частом их вскрытии, закупоркой вентилей грязью и т.д.

б) Весовая перегрузка шин. Перегрузка шин имеет место при общей перегрузке автомобиля или при неправильном распределении груза на его платформе. Характер повреждений покрышки остаётся примерно таким же, как и при езде на шинах с пониженным давлением, только больше, что объясняется увеличением напряжений в нитях корда каркаса, большим нагревом, особенно в плечевой зоне покрышки, а также повышением и неравномерным распределением удельного давления на площади контакта шины с дорогой.

Перегрузка шины не может быть полностью  компенсирована повышением давления воздуха в ней, так как это вызовет значительное увеличение напряжения в нитях корда каркаса. К перегрузке шин также приводит снижение внутреннего давления воздуха в одной из шин сдвоенного колеса. Так же, как при пониженном давлении воздуха, при перегрузке шины увеличиваются потери мощности автомобиля на качение колёс и расход топлива.

 

Рис. 25. влияние весовой нагрузки на пробег шины

 

в) Скорость движения автомобиля. В результате увеличения скорости движения и частоты циклов деформаций шины возрастает динамическая нагрузка на шину, т.е. увеличивается трение о дорогу, ударная нагрузка, деформация материала и резко повышается температура в шине. Влияние высокой скорости движения на шины проявляется тем сильнее, чем продолжительнее движение, больше весовая нагрузка и хуже дорожные условия.

Практически высокая  скорость может привести к увеличенному истиранию протектора, иногда с выкрашиванием частиц резины, к ослаблению связи между спаями резины и тканью покрышки с возможным их расслоением и к отставанию заплат на отремонтированных участках покрышки и камеры. Шина изнашивается неравномерно практически на всех эксплуатационных скоростях движения автомобиля.

 

 

 

 

 

4. КОНСТРУКТОРСКАЯ ЧАСТЬ

 

4.1. Анализ существующих конструкций

 

 Стенд для испытания шин на износ.

 

Авторское свидетельство  № 1633314.

Опубликовано: 09.11.88.

Авторы:  С.С Капралов, А.Б Дик.

Патентообладатели: Сибирский автомобильно-дорожный институт им. В.В Куйбышева.

Формула изобретения:

Изобретение относится  к средствам испытаний пневматических шин различной грузоподъемности на износостойкость протектора и может быть использовано на предприятиях автомобильной и шинной промышленности. Цель изобретения  сокращение сроков испытаний за счет форсирования усталостного износа протектора шин. Изобретение относится к средствам испытаний пневматических шин различной грузоподъемности на износостойкость протектора и может быть использовано на предприятиях автомобильной и шинной промышленности. Стенд для испытания шин на износ, содержащий установленный на станине беговой барабан с приводом его вращения и с абразивной поверхностью, узел установки шины, шарнирно связанный с исполнительным органом механизма создания радиальной нагрузки, механизм создания угла увода и измерительные устройства, отличающийся тем, что, с целью сокращения сроков испытания за счет форсирования усталостного износа протектора шин, он снабжен роликами и закрепленными на узле установки в плоскости вращения шины вдоль ее взаимно перпендикулярных осей по крайней мере тремя силовыми цилиндрами, на штоках которых установлены ролики, имеющие рифленую поверхность и выполненные с возможностью взаимодействия с шиной, при этом механизм создания радиальной нагрузки выполнен в виде силового цилиндр.

 

Достоинства:

Данный способ определения износостойкости колеса очень информативен. Данный стенд позволяет измерять износ протектора как на колесах грузовых, так и легковых автомобилей. Так как в основном  испытания на изностойкость, известные на сегодняшний день, являются очень продолжительными, данный стенд сокращает срок испытаний за счет форсирования усталостного износа протектора шин. Так же достоинством стенда является механизм, имитирующий увод колеса.

Недостатки:

К недостатка данного  стенда можно отнести следующее: сложность в конструкции, наличие многочисленных дополнительных нагрузочных элементов, а также дополнительный элемент имитирующий увод колеса, который является достоинством, но в тоже время усложняет конструкцию.  Использование дополнительных средств данный стенд металлоемкий, что делает его дорогим в изготовлении и менее экономичным.

 

Стенд для испытания  шин на износостойкость.

 

Авторское свидетельство № 1800306.

Опубликовано: 07.03.1993.

Автор: В.А Ермилов, О.Г Смайловский, В.К. Яровой. 

Патентообладатель: В.А. Ермилов.

Формула изобретения:

Изобретение относится  к стендовому оборудованию, предназначенному для испытания шин любых конструкций и типоразмеров.

Цель изобретения - создание стенда, обеспечивающего испытание  шин в условиях, максимально приближенным к реальным.

Поставленная цель достигается  тем, что в известном стенде, содержащем основание с размещенными на нем имитатором дорожного полотна и ободными дисками с установленными на них испытуемыми шинами, а также приводом их движения, имитатор дорожного полотна выполнен в виде отдельных беговых элементов, образующих в зоне контакта с шиной элемент дорожного полотна, обеспечивающий формирование реального пятна контакта, а ободные диски являются поворотными относительно поверхностей беговых элементов, контактирующих с шиной, и подрессоренными.

Стенд для испытания  шин на износостойкость, содержащий установленный на основании имитатор дорожного полотна и ободные диски с помещенными между ними испытуемыми шинами, а также привод их движения, отличающийся тем, что, с целью повышения точности испытаний за счет более полной имитации условий эксплуатации шин, имитатор дорожного полотна выполнен в виде отдельных беговых элементов, образующих в зоне контакта с шиной элемент дорожного полотна для формирования реального пятна контакта, а ободные диски выполнены подрессоренными и поворотными относительно поверхностей беговых элементов, контактирующих с испытуемой шиной.

Достоинства:

Существенным отличием предлагаемого стенда от известных аналогов является то, что имитатор дорожного полотна выполнен в виде отдельных беговых элементов, образующих в зоне контакта с шиной элемент дорожного полотна, обеспечивающий формирование реального пятна контакта, а ободные диски являются поворотными относительно поверхностей беговых элементом, контактирующих с шиной, и подрессоренными. Однако в реальных условиях эксплуатации автомобиля колесо испытывает еще целый ряд нагрузок, которые на известном стенде нельзя воспроизвести. Так же достоинством стенда является условия максимально приближенные к реальным.