Загрязнения, вызванные износом шин и тормозных колодок, могут быть в тысячу раз хуже, чем выбросы из выхлопных труб автомобилей. Такие выводы получены из отчета британского исследовательского института Emission Analytics.
Ученые предупреждают о загрязнении, которое возникает при износе шин. По мнению британцев, пыль от смесей шин и абразивных компонентов тормозных систем представляет гораздо большую угрозу для здоровья человека, чем вещества, выделяемые из выхлопных газов автомобилей. Что еще хуже, эксперты настораживают, что никто никогда не занимался этой проблемой всерьез.
Ричард Лофтхаус, эксперт Emissions Analytics, сказал: «Пора подумать не только о том, что выходит из выхлопной трубы автомобиля, но и о загрязнении частицами, вызванными износом шин и тормозов. Наши первоначальные испытания показали, что в шинах может быть огромное количество молекулярных примесей — в тысячу раз хуже, чем выбросы из выхлопной системы автомобиля».
Считается, что «выбросы без выхлопных газов», также известные как TRWP (частицы износа шин и дорог), то есть частицы, выделяющиеся в воздух в результате износа тормозов, шин, дорожного покрытия и возбуждения этих загрязнений в воздухе во время движения, являются основным источником твердых частиц в автомобильный транспорт — они генерируют 60 процентов ТЧ2,5 и 73 процента PM10.
Видео:Виды износа протектора. ЧТО, КАК и ПОЧЕМУ?Скачать
Электричество и внедорожники наименее экологичны
Что еще хуже, ситуация усугубляется растущей популярностью больших, тяжелых внедорожников и, как ни парадоксально, растущей продажей . электромобилей. Почему? Зеленые электромобили могут способствовать их более высокой эмиссии, чем в случае транспортных средств с двигателями внутреннего сгорания, потому что они тяжелее их, и они ускоряются быстрее, что ускоряет износ шин. Шина легкового автомобиля среднего размера теряет даже более килограмма веса в течение всей своей эксплуатации, а ее остатки в виде пыли попадают в атмосферу.
Emission Analytics провела предварительные испытания износа шин в семейном хэтчбеке на совершенно новых, правильно накачанных шинах. Оказалось, что автомобиль выбрасывал 5,8 грамма вредных частиц от выбросов без выбросов выхлопных газов на километр. Та же машина выбрасывала 4,5 миллиграмма на километр частиц в выхлопе. Это означает, что нерегулируемый выброс вредной пыли от шин в этом случае был более чем в тысячу раз выше, чем у выхлопных газов!
Британские эксперты подчеркнули, что различия могут быть намного выше, если автомобиль использует шины более низкого класса со слишком низким давлением воздуха.
Что это значит Исследовательская организация предлагает нам сосредоточиться не только на том, что они излучают из выхлопных труб, но и на их весе, поскольку это оказывает колоссальное влияние на количество выбрасываемой пыли.
Видео:Как понять, когда протектор износился и шины пора менятьСкачать
Почему изнашиваются шины?
В Месопотамии 6 тысяч лет назад изобрели колесо (вероятно). В 1846 году Роберт Томсон надел на него шину. И оно покатилось, пока остаточная глубина протектора не составила 1,6 миллиметра летом или 4 миллиметра зимой. Тогда шина была отправлена в утиль — и (в идеале) на переработку, дабы, случись пожар, не отравляла атмосферу токсичными газами. Эта, в деталях правдивая, а в основе, конечно, выдуманная история наводит на вопрос: «Нельзя ли было отсрочить столь печальный исход для столь легендарной шины? Да и не для нее одной, а для всякой другой тоже?» Этим вопросом задаются не только автолюбители, но и ученые с инженерами.
Итак, почему шины изнашиваются. Все дело в разрушающем воздействии сил трения, а точнее, в тех механизмах, которые его вызывают: адгезия и гистерезис. Они оба обусловлены шероховатостью поверхности (от этого не уйти, как ни шлифуй материалы), но имеют различную природу.
Адгезия — это «слипание» поверхностей разнородных тел. Оно происходит по следующему сценарию. Если просто прислонить поверхности друг к другу, то из-за шероховатости они будут соприкасаться не всей видимой площадью, а лишь выступающими неровностями рельефа — пиками. Но пики тоже не смогут сблизиться полностью из-за сил отталкивания между молекулами разных материалов. Эту преграду можно преодолеть, приложив внешнее давление (например, поставить колесо на дорогу, чтобы оно грузило область контакта своим весом, а потом еще и машину сверху). Тогда на края неровностей придется колоссальное напряжение и, если оно превысит предел текучести (напряжение, при котором в материале происходит необратимая деформация), между кончиками пиков образуются молекулярные мостики. Так возникает сила сухого трения.
Читайте также: Зимние шины continental run flat
При движении тел относительно друг от друга поверхности отлипают. Если молекулярные мостики оказались прочнее, чем связи между частицами одного из веществ, то разрыв происходит внутри этого материала и от него отсоединяется некоторая часть. Именно так происходит износ резины, который называется «адгезивным». При этом адгезивной частью сил трения считают энергию, которая идет на разрыв межмолекулярных связей при отлипании.
Гистерезис имеет механическую природу. При качении колеса шина постоянно деформируется: отчасти от неровностей, которые в нее утыкаются, отчасти из-за того, что на нее давит поверхность дороги. При этом в резине запасается энергия (упругой деформации), чтобы вернуться в прежнее состояние, как делает это, например, сжатая пружинка. Но некоторая часть рассеивается в виде тепла, поэтому шина приходит в себя не полностью и сопротивляется качению. Чтобы преодолеть это сопротивление, колесу приходится сообщать дополнительную энергию. Именно ее и относят к гистерезису. С ним, в свою очередь, связывают усталостный износ шин — разрушение материала после многократных деформаций в одной и той же области.
Кто виноват?
Зная механизмы износа, можно понять, какие факторы влияют на то, что шины уходят в утиль раньше отмеренного им срока:
- Температура. Повышение температуры приводит к уменьшению энергии разрыва связей при адгезии, вызывает термическое и окислительное разрушение резины.
- Скорость. Во-первых, вместе со скоростью растет температура, потому что чаще происходит циклическое соприкосновение одного и того же участка протектора с дорогой и чаще рассеивается тепло, которое образуется при деформации шины. Теплопроводность резины низкая, поэтому оно концентрируется в области контакта с дорогой. Во-вторых, на поворотах скорость вызывает дополнительный износ плеч шины. Дело в том, что центробежная сила прямо пропорциональна расстоянию до оси поворота и квадрату угловой скорости вращения. Как самый удаленный элемент, протектор испытывает значительное воздействие, а основная нагрузка приходится на его плечевые зоны.
- Распределение давления внутри: влияет на то, какие участки шины берут на себя основную нагрузку и чаще соприкасаются с поверхностью дороги.
- Материалы дороги и протектора. От этого фактора зависит эффективность адгезии.
- Рисунок протектора. От насыщенности рисунка протектора зависит пятно контакта шины с дорогой. С одной стороны, чем больше площадь пятна, тем меньше давление в области касания. С другой стороны, больше площадь истирания. Поэтому влияние этого фактора сильно зависит от других условий.
- Перегруз. Для каждой категории шин рассчитывается нагрузка, которую она способна выдержать. Если вес больше, то появляется неучтенная энергия деформации резины. При движении она рассеивается в виде тепла: происходит нагрев.
Какие бывают типы износа?
Глобально можно выделить два: естественный и избыточный. Первый обусловлен тем, что, как ни крути, колеса трутся о поверхность дороги и протектор постепенно стирается. Однако этот процесс может значительно ускориться, если нарушена конструкция автомобиля (например, неверные углы установки колес) и на одни области колеса приходится большая нагрузка, чем на другие. Тогда возникает избыточный износ, который делится на подтипы, в зависимости от того, в каких местах шина истирается сильнее.
Что делать?
В частном порядке проще всего решается вопрос с избыточным износом: достаточно визуально определить симптомы, а потом из журналов для автолюбителей или с помощью работы исследователей Технического университета Эйндховена определить источник неполадки.
Естественный износ — вопрос гораздо более тонкий и должен решаться для конкретной машины. Подходящий тип резины сильно зависит от покрытия дороги, сезона, температуры, категории автомобиля и тому подобных переменных. Из общих рекомендаций — профилактика: нужно быть полегче на поворотах и при наборе скорости, следить за конструкцией автомобиля, давлением в шинах, выбирать резину в сезон и с подходящими температурными характеристиками, так как у каждого типа материала есть температура, при которой износ шин будет минимальным.
Читайте также: Автомобильные шины cordiant winter drive 2 225 60r17 103t
В общем порядке вопрос решается учеными и инженерами. Можно, например, находить оптимальную конструкцию автомобиля. Так, инженеры из Падерборнского университета рассчитали углы установки колес для задней подвески серийного автомобиля, при которых износ снижается на 56,6 процента при прямолинейном движении. Для этого они строили модель подвески, используя нелинейный закон износа шины (зависимость массы стертой резины от мощности сил трения описывается степенной функцией), и рассматривали ее движение, меняя величину углов.
Можно улучшать конструкцию колеса. К примеру, ученые из Шаньдунского университета науки и технологий оптимизировали борт шины, потому что на него приходится большая статическая нагрузка и, как следствие, часто возникают поломки. Обычно борт состоит из прорезиненной ленты и стальных сердечников. Авторы разработали полностью стальную конструкцию, что на 50 процентов повысило износостойкость и на 40 процентов уменьшило напряжение фон Мизеса (такая рассчитываемая для материала под нагрузкой величина, которая используется для критерия того же фон Мизеса: материал деформируется, когда это напряжение достигает предела текучести (о нем мы говорили в третьем абзаце).
Естественно, нужно работать с резиной для протектора. Иногда на этой почве находятся достаточно экзотические эксперименты. Ученые Цзилиньского университета пытались повысить износостойкость шины, создавая на поверхности образцов ямки по аналогии с теми, что у навозного жука вокруг усов. Однако для протектора ямки оказались не так эффективны, как для навозного жука: износостойкость повысилась всего на 0,98 процента.
Ямки, оставленные на шинах учеными Цзилиньского университета, и ямки вокруг усов навозного жука
Chunyu Mao et al 2019 Mater. Res. Express 6 085331
Видео:ИНДИКАТОРЫ УРОВНЯ ИЗНОСА ШИН!Скачать
В дорожной пыли преобладают частицы изношенных шин
Ученые из Пенсильванского университета (США) выяснили, что от транспорта в атмосферу помимо выхлопных газов попадают крошечные частицы шин, тормозных колодок и дорожного покрытия, которые поднимаются в воздух от движения автомобилей. На участках с более интенсивным движением обнаружено на 30% больше частиц, среди них преобладают продукты износа шин. Об этом сообщает Phys.org.
«У нас недостаточно информации о дорогах, – считает руководитель исследования, профессор кафедры наук о Земле и окружающей среде Пенсильванского университета Рето Гире. – Если трассы загружены, много автомобилей и грузовиков, пыль с дорог поднимается в атмосферу и мы ей потом дышим. Чтобы выяснить, как эти частицы влияют на здоровье, важно понять, из чего состоит дорожная пыль».
Исследование показало, что 90% частиц пыли у обочин были связаны с автомобильным движением. При этом на трассах с медленным движением было обнаружено меньшее количество частиц от износа тормозных колодок, но большее — от износа шин. На шоссе, где машинам приходится чаще останавливаться, замечено большее количество частиц от тормозных механизмов. Исследователи также заметили, что если погода была сухой и теплой, в воздухе наблюдалось большее скопление частиц. По словам Гире, повышение температуры, связанное с изменением климата, может усугубить ситуацию.
Гире объединился с коллегами из Федерального научно-исследовательского института автомобильных дорог Германии, Немецкой метеорологической службы и Университета Фрайбурга для отбора проб и анализа воздуха вдоль обочин. В 2017 г. они опубликовали результаты исследования, изучив состояние воздуха на двух немецких автотрассах разной загруженности.
Чтобы изучить пыль, исследователи использовали пробоотборники с прозрачным липким покрытием на дне. Ученые проверяли пробы каждую неделю и меняли липкую «ловушку». Команда сначала использовала оптический микроскоп для анализа собранных частиц, позже подключила мощный растровый электронный микроскоп, чтобы максимально точно определить их состав.
В исследовании с использованием растрового электронного микроскопа основное внимание уделялось крупным частицам дорожной пыли более 10 мкм (для сравнения, диаметр человеческого волоса – 75 мкм). Такие частицы менее вредны для здоровья, чем более мелкие частицы, которые легче вдохнуть. Тем не менее эти более крупные частицы могут накапливаться в водоемах и почве, влияя на дикую природу и, возможно, сельскохозяйственные культуры.
Гире заметил, что почти 30% микропластика, попадающего в океаны – это частицы шин. Ученый обратил внимание, что ежегодно около 4 млн человек умирают от загрязнения воздуха и 2 млн – из-за загрязнения воды.
Читайте также: По дворам летят шины мы с тобой едем
Как отмечает Phys.org, производители шин и тормозных колодок не раскрывают состав своей продукции, но известно, что некоторые из них используют цинк, свинец, сурьму, силикаты, кадмий и асбест. Эти вещества могут представлять угрозу для здоровья, если они попадают в атмосферу, в том числе при сжигании.
Чтобы уменьшить загрязнение окружающей среды, ученые предлагают успокоить трафик, например, отрегулировать светофоры таким образом, чтобы уменьшилось количество остановок автомобилей.
Материал предоставлен проектом +1.
Видео:Подборус дает советы. Износ шинСкачать
Британские ученые: вред от шин в тысячу раз хуже выхлопных газов!
За один километр пути шины выделяют 5,8 грамма вредных элементов, что более чем в тысячу раз превышает выбросы от двигателя внутреннего сгорания, соответствующего шестому классу экологичности, утверждают специалисты компании Emissions Analytics. Выбросы от среднего современного двигателя составляют около 4,5 миллиграмма твердых частиц на километр.
Микропыль от стирания от шин, а также от тормозов — серьезная экологическая проблема, которая усугубляется популярностью больших и тяжелых транспортных средств, таких как внедорожники, и растущим спросом на электрокары, которые тяжелее стандартных автомобилей из-за их аккумуляторов.
Еще хуже то, что загрязнение, получаемое в результате износа автомобильных шин и других автокомпонентов, никак не регулируется, в отличие от выхлопных газов, нормы для которых быстро ужесточаются благодаря давлению, которое на автопроизводителей оказывают экологи. При этом не существует законодательства, ограничивающего или сокращающего «выбросы без выхлопных газов» (NEE), но эти выбросы не менее вредны для экологии и также негативно влияют на качество воздуха.
Новые автомобили теперь выделяют сравнительно мало твердых частиц, но озабоченность по поводу «выбросов без выхлопных газов» продолжает расти. NEE — это то, что выделяется в воздух из-за износа тормозов, шин, дорожного покрытия, а также смеси этого «букета» с дорожной пылью.
Группа экспертов правительства Великобритании, изучивших качество воздуха, рекомендовала, чтобы NEE признавались источником концентраций взвешенных частиц в воздухе даже для транспортных средств с нулевым выбросом выхлопных газов, таких как электромобили.
Чтобы понять масштаб проблемы, Emissions Analytics — ведущий независимый специалист по глобальному тестированию и данным для научного измерения реальных разрешений — провел несколько тестирований. Оказалось, что 5,8 грамма на километр частиц — это выбросы при качественных шинах и достаточном давлении воздуха в них. Но если если на транспортном средстве были недостаточно накаченные шины или дорожное покрытие было более грубым, что привело к более интенсивному истиранию покрышек или использованные шины были из бюджетного диапазона — показатели «вредности» увеличиваются.
Ричард Лофтхаус, старший научный сотрудник Emissions Analytics, отмечает, что пришло время регламентировать не только то, что выходит из выхлопной трубы автомобиля, но и загрязнения, получаемые в результате износа шин и тормозов. Регулирующие правила устарели, все еще по старинке озабоченны выбросами выхлопных газов, отмечает специалист.
В краткосрочной перспективе, установка шин более высокого качества и их оптимальная накачка — способы сократить эти выбросы. Однако в перспективе автомобильной промышленности придется искать способы снижения веса автомобиля.
Приведенные исследователями данные вызывают определенные сомнения (вряд ли шины изнашиваются столь быстро и сильно), хотя вред, наносимый шинами и колодками, действительно мало изучен, и видимо, экологам предстоит этим заняться.
Впрочем, исполнительный директор британского Союза производителей и продавцов автомобилей (SMMT) Майк Хоуз назвал исследование Emissions Analytics сенсационным и безответственным.
«Выбросы от тормозов, шин и дорожных покрытий, критичных для экологии, очень трудно измерить, и эта проблема уже серьезно воспринимается сектором, правительствами и глобальной группой ООН, которые работают вместе, чтобы лучше понять и согласовать, как их тестировать по-научному. Кроме того, нет никаких доказательств того, что электромобили имеют склонность выбрасывать больше невыхлопных частиц, чем любые другие — фактически, их системы рекуперативного торможения означают, что износ значительно снижается», — полагает он.
- Недавно, Европейская комиссия объявила, что с 2021 года шины должны быть более четко маркированы, чтобы потребители могли легко выбирать энергосберегающие модели.
- Свежие записи
- Нужно ли менять пружины при замене амортизаторов
- Скрипят амортизаторы на машине что делать
- Из чего состоит стойка амортизатора передняя
- Чем стянуть пружину амортизатора без стяжек
- Для чего нужны амортизаторы в автомобиле
📺 Видео
Экспертиза шин. "Недокач" и "Перегруз"Скачать
По какой причине могут быстро изнашиваться новые шиныСкачать
Износ шинСкачать
Причины неравномерного износа шин и cпособы устранения. Внешний и внутренний износ шин. MONROEСкачать
Неравномерный износ шин: причины и как его исправитьСкачать
Пора менять шины! 5 Признаков Износа Зимней РезиныСкачать
Когда пора менять шины? | Подробнее об износе автомобильных покрышекСкачать
КАК ОПРЕДЕЛИТЬ ВЫСОТУ ПРОТЕКТОРА ШИН НЕ ИМЕЯ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ИНСТРУМЕНТСкачать
Загрязнение воздуха от автомобильных шинСкачать
Измеряем и проверяем остаточную глубину протектора специальнам измерителем СВОИМИ СИЛАМИСкачать
Когда менять РЕЗИНУ?! Какая глубина протектора шин допустима? #авто #diy #своимируками #резинаСкачать
Что такое допустимый износ шин: разница в индексе для летней и зимней резиныСкачать
НЕРАВНОМЕРНЫЙ ИЗНОС ШИНСкачать
ЭКСПЕРИМЕНТ-износ резины!!Скачать
Неравномерный пятнообразный износ шинСкачать
Внешний износ шин причины и способы устранения.Скачать
