Вплив шин на роботу автомобіля
Зміна технічного стану шин практично робить істотний вплив на всі експлуатаційні властивості автомобіля, так як більшість параметрів шин не залишається постійним в процесі їх експлуатації. У міру зменшення висоти малюнка протектора внаслідок його зносу зазнають змін як характеристики шин, так і показники експлуатаційних властивостей автомобіля.
У реальних умовах експлуатації практично на кожній з «точок опори» (колесі) автомобіля є система «колесо-дорога», що володіє різними характеристиками і властивостями по відношенню до всіх інших. Це обумовлюється і природним зносом і разнашіваемостью шин, їх технічним станом режимами навантаження в кожен момент часу, станом опорної поверхні і локальною дією сил в площині контакту.
1. Вплив шин на динамічні властивості і паливну економічність
1. Вплив шин на динамічні властивості і паливну економічність
Динамічність автомобіля об'єднує тягові і гальмівні властивості і характеризує його здатність перевозити вантажі та пасажирів з максимально можливою середньою швидкістю. Вимірювачами тягових властивостей автомобіля служать: максимальна тягова сила на першій і вищій щаблях в коробці передач; максимальна швидкість руху автомобіля; максимальне значення динамічного фактора, що визначає те граничний опір дороги, яке може бути подолане даним автомобілем при рівномірному русі на першій передачі; прискорення автомобіля на першій і вищій щаблях в коробці передач; час і шлях розгону.
В якості вимірників гальмівних властивостей прийняті: гальмівний шлях при гальмуванні автомобіля з максимальною ефективністю; зупинний шлях, що враховує відстань, яку проходить 'автомобілем за час реакції водія, і час спрацьовування гальмівного приводу; величина уповільнення автомобіля.
Тягова сила на ведучих колесах автомобіля витрачається на подолання сил опору руху - сил опору коченню, опору підйому, опору повітря і опору розгону.
У міру зменшення висоти малюнка протектора в процесі його зносу одночасно відбувається зміна двох головних чинників: зменшується радіус кочення колеса і знижується величина опору коченню. Зміна цих факторів спричиняє зміну всіх сил опору руху і тягової сили на провідних колесах автомобіля.
У міру зношування малюнка протектора шин максимальне значення тягової сили на провідних колесах зростає. Кілька зростає і значення максимальної швидкості руху, підвищується значення динамічного фактора.
При експлуатації в умовах міста автомобілі рухаються рівномірно дуже нетривалий час (15-25%), вдвічі більше вони рухаються з прискоренням, а решту часу накатом і в режимі гальмування.
Розрахунки і дослідження показують, що в міру зносу малюнка протектора значення максимальних прискорень автомобіля підвищуються, а час і шлях розгону зменшуються.
Вплив шин на гальмівні властивості дуже велике і особливо відчутно на мокрих і слизьких дорогах. Гальмівні властивості одного і того ж автомобіля на одних шинах можуть бути недостатніми, а на інших цілком відповідними необхідним вимогам, що забезпечують ефективність гальмування.
Гальмівні властивості автомобіля в основному залежать від зчіпних якостей шин. Коефіцієнт зчеплення залежить від багатьох факторів і, в першу чергу, від типу покриття і стану дороги, конструкції і матеріалів шини, тиску повітря, навантаження на колесо, швидкості руху, температури нагріву і режиму гальмування. Зчеплення коліс з сухою, твердою дорогою практично не залежить від ступеня зносу малюнка протектора, але має вирішальне значення на мокрих і особливо покритих шаром води або бруду дорогах, коли величина сили тертя в площині контакту шини з дорогою різко знижується. У міру збільшення зносу малюнка протектора зменшується глибина і обсяг дренажних канавок між виступами малюнка протектора, внаслідок чого різко погіршується відведення води із зони контакту і зчеплення шин з дорогою різко падає.
Шлях гальмування збільшується зі зростанням швидкості руху і зменшенням зчеплення.
Виключно великий вплив шин на паливну економічність автомобіля. Витрати на паливо для вітчизняних автомобілів складають 10-15% від загальних експлуатаційних витрат. Оцінка паливної економічності автомобіля, яке експлуатується на різних шинах, проводиться за величиною опору коченню.
Величина опору коченню - одна з найважливіших характеристик автомобільних шин, що обумовлюють досконалість їх конструкції і якість.
При навантаженні автомобільного колеса нормальним навантаженням просходит пружна деформація шини, супроводжувана витратою енергії. Енергія при деформації шини, що котиться по твердій опорній поверхні, витрачається на тертя в матеріалах шини і в площині контакту і на зміну форми профілю шини. Енергія, витрачена на тертя, переходить в тепло і розсіюється. Енергія, витрачена на зміну форми профілю шини, накопичується у вигляді потенційної енергії пружної деформації.
Дослідами встановлено, що основна частина енергії при коченні колеса з шиною по твердій дорозі витрачається на внутрішнє механічне та молекулярне тертя в матеріалах шини, т. Е. На гістерезис. Ці втрати і обумовлюють величину опору коченню, а отже, і витрата палива.
Опір коченню шин і витрату палива автомобілем зростають у міру збільшення нормального навантаження, зниження внутрішнього тиску повітря і збільшення швидкості руху автомобіля.
У міру зростання зносу малюнка протектора шин опір їх коченню зменшується. У шин з повністю зношеним малюнком протектора це зменшення сягає в порівнянні з новою шиною 20-25%. Зменшення опору коченню шин на 1% еквівалентно зниженню витрати палива автомобілем на 0,25-0,35%. Отже, зниження опору коченню шин у міру їх зносу тягне за собою зниження витрати палива автомобілів при його експлуатації на зношених шинах. Досліди показали, що зменшення витрат палива автомобілем у міру зносу малюнка протектора шин від нуля до максимуму становить 7-10%.
На опір коченню шин і витрату палива автомобілем впливає температура нагріву шини. Зміна температури шини в експлуатаційних умовах може викликати зміну опору коченню до 1,5 рази. Прогрів шин на 5-6 ° С зумовлює зменшення витрат палива на величину порядку 1%.
Збільшення витрати палива автомобілем може бути викликано неправильною установкою коліс (збільшені кути сходу і розвалу) і підвищеним дисбалансом шин.
У однотипних сучасних шин, але виготовлених різними заводами, відмінність у величині опору коченню може бути досить великим. При цьому відмінність у витраті палива одним і тим же автомобілем може досягати 10% і більше.
Опір коченню шин з радіальним розташуванням ниток корду в каркасі менше, ніж у діагональних шин того ж розміру.
2. Вплив конструкції шини та малюнка протектора на безпеку руху
Принципова відмінність шин типу Р і діагональних шин призводить до зміни умов їх роботи.
Основна перевага шин Р - більший їх термін служби по зносу малюнка протектора (приблизно 30%), менший опір коченню (приблизно 10%), менша маса, краща стабільність кочення по кривим, більш високе зчеплення з мокрою і слизькою поверхнею. До недоліків шин Р відносять трохи більшу схильність автомобіля до раптового замету при різких поворотах, тому при заміні діагональних шин радіальними водій повинен придбати деяку навичку керування автомобілем.
Велике практичне значення, з точки зору підвищення безпеки руху, має застосування безкамерних шин.
У порівнянні з камерними безкамерні шини, крім уже зазначеного переваги не втрачати раптово тиск повітря при проколи, мають меншу масу, більший термін служби і менший опір коченню.
Велике значення для забезпечення хороших зчіпних якостей шин, має тип і стан малюнка протектора.
На шинах легкових автомобілів найчастіше застосовують дорожній малюнок протектора. Площа виступів малюнка протектора досягає 85% від всієї поверхні бігової доріжки. Сам малюнок протектора найчастіше являє собою поєднання окружних поздовжніх ребер з щілиноподібними канавками і прорізами. Наявність цих канавок і прорізів сприяє розриву водяної плівки і забезпечує відведення вологи з поверхні контакту.
Для забезпечення надійного зчеплення коліс автомобіля з дорогами, вкритими шаром снігу, необхідний інший малюнок протектора - зимовий. Для зимового малюнка протектора характерна наявність елементів протектора різної форми, розділених більш широкими канавками, причому виступи малюнка протектора мають різну конфігурацію. Площі виступів шин з зимовим малюнком протектора складають 55-65% від загальної площі бігової доріжки шини. Глибина малюнка протектора зимових шин більше, ніж у шин з дорожнім (річним) малюнком протектора. Шини із зимовим малюнком протектора краще впроваджуються в утворився шар укоченого снігу, і автомобіль краще протистоїть заметів на поворотах, гальмівний шлях на зимових шинах істотно менше.
Великий вплив на величину зчеплення і безпеку руху має стан (знос) малюнка протектора при русі автомобіля по дорозі, покритої шаром води під час дощу. На такій дорозі спостерігається різке зниження коефіцієнта зчеплення, яке тим помітніше, чим вище швидкість руху і чим більше товщина водяного шару. Це відбувається внаслідок того, що вода не встигає відводитися із зони контакту. При певних значеннях швидкості і товщини шару води через дії гідродинамічних сил на вході в контактну зону утворюється водяний клин, який піднімає шину над опорною поверхнею. Подальше збільшення швидкості призводить до поширення цього клина на всю площину контакту і шина «спливає» на шарі води над поверхнею дороги. Таке явище називають акваплануванням, а швидкість, при якій воно виникає, критичною. В цьому випадку колесо втрачає контакт з дорогою і досить дуже незначного зовнішнього впливу (навіть пориву вітру), щоб автомобіль змінив траєкторію руху.
При швидкостях руху, що передують аквапла-вання, зона контакту складається з трьох ділянок. У передній частині контакту ділянку А-водяний клин, т. Е. Незруйнованим водяний шар. Контакту з дорогою немає. Вода не встигає відводитися в канавки протектора і в сторони. Коефіцієнт зчеплення близький до нуля. У середній частині контакту є перехідний ділянку В з частково зруйнованим водяним шаром. Тут виникає рідке і сухе тертя, а коефіцієнт зчеплення має проміжне значення між коефіцієнтом, відповідним рідкому і сухому тертю.
Мал. 1. Схема взаємодії біговій поверхні шини з дорогою, покритою шаром води: а - акваплаяірованіе відсутня; б - аквапланування; 1 - шина; 2 -. поверхню дороги; 3 - шар води
У задній частині контакту-ділянку С - має місце сухе тертя. Саме в цій області реалізуються сили, що передаються від колеса до дороги. Зі збільшенням швидкості руху водяний клин все більше поширюється від передньої частини контакту до задньої і захоплює всю площину контакту, зчеплення колеса з дорогою зникає (рис. 18,5).
Необхідна умова для забезпечення контакту шини з дорогою і збільшення швидкості аквапла-вання - видалення певного обсягу води із зони контакту через канавки малюнка протектора. Обсяг води, який потрібно видалити із зони контакту, лінійно зростає в міру збільшення швидкості і товщини шару води на дорозі.
Збільшення зносу малюнка протектора зменшує його здатність до видалення необхідного обсягу води із зони контакту, так як зменшується глибина дренажних канавок. Збільшення ж швидкості руху скорочує час контактування шини з опорною поверхнею і тим самим час для відводу води, внаслідок чого знижується критична швидкість аквапланування. Чим більше знос протектора, тим сильніше падіння зчіпних якостей шини на мокрій дорозі. Тому з метою забезпечення безпеки руху на мокрих дорогах прийнято обмежувати експлуатацію зношених шин.
«Правилами дорожнього руху» забороняється експлуатація легкового автомобіля, якщо залишкова глибина малюнка протектора по центру бігової доріжки шини менше 1,6 мм,
3. Шини з шипами проти ковзання
Ефективний захід підвищення безпеки руху на зледенілих і засніжених дорогах - застосування автомобільних шин з шипами проти ковзання, які покращують динаміку розгону автомобіля і скорочують шлях гальмування приблизно в 2 рази, зменшують небезпеку занесення. На таких шинах підвищується стійкість на поворотах, при бічному вітрі і поперечному нахилі дороги.
Сердечник шипа виготовляють з твердого сплаву, а корпус - зі сталі або пластмаси. У шин легкових автомобілів діаметр шипа складає 8-9 мм. Шип розташовується в товщі гуми протектора на деякій відстані (1-3 мм) від поверхні каркаса, сердечник шипа повинен виступати над поверхнею протектора на 1,5-2 мм. За ГОСТ 4754-74 шини, призначені для шипування, повинні мати маркування у вигляді літери ІГ Шипи рекомендується розміщувати переважно в плечових зонах бігової доріжки і рідше по всій її ширині.
Мал. 2. Шина з шипами проти ковзання: а - загальний вид протектора шини з шипами; б - конструкція шипа; в - розташування шипа в протекторі; 1 - корпус; 2 - сердечник; А - правильна установка; Б - неправильна установка
Орієнтовно вважають, що для правильної і надійної роботи необхідно мати 30 шипів на кожні 100 кг вантажопідйомності шини. Загальна кількість шипів не повинно перевищувати 200.
У зимових шинах з шипами проти ковзання необхідно підтримувати тиск повітря приблизно на 0,2 кгс / см2 більше. Потрібно уникати різких розгонів і гальмувань. При експлуатації нових шин з шипами протиковзання перші кілька сот кілометрів необхідно рухатися з помірною швидкістю з плавним гальмуванням і зворушенням з місця. Це необхідно для підробітки шипів. При заміні звичайних шин шинами з шипами необхідно зберігати початковий напрямок їх обертання.
Ефективність застосування шин з шипами протиковзання тим вище, чим менше зчеплення колеса з дорогою. Шини з шипами проти ковзання потрібно застосовувати як тимчасове (сезонне) засіб підвищення безпеки руху автомобіля на засніжених і зледенілих дорогах. На сухих і вільних від снігу і льоду дорогах переваги шин з шипами не реалізується. Навпаки, зчеплення через наявність виступаючих металевих частин знижується, а гальмівний шлях збільшується в порівнянні з шинами без шипів.
До атегорія: - Автомобільні шини