Шины легковых автомобилей эксплуатируются до предельного износа выступов рисунка протектора, устанавливаемого равным 1,6 мм. Такое ограничение принято, в первую очередь, из условия безопасности движения, особенно на дорогах, покрытых слоем воды или грязи.
Интенсивность износа обычно выражается уменьшением высоты выступов рисунка протектора на 1000 км пробега. На износ автомобильных шин влияет большое
количество эксплуатационных факторов: величина внутреннего давления воздуха в шине и нагрузки на нее, скорость качения, величина крутящего и тормозного моментов, действие боковых сил, дорожные и климатические условия, а также методы вождения автомобиля.
Необходимо строго соблюдать «Правила эксплуатации автомобильных шин» — основной документ, регламентирующий работу и обслуживание шин. Правильное представление о специфике работы автомобильных шин, соблюдение правил их эксплуатации и мастерство вождения помогают на много продлить срок их службы.
Влияние давления воздуха и нагрузки на шины
Несоблюдение норм давления воздуха (рис. 15) очень часто служит одной из главных причин преждевременного и неравномерного износа шин. Правилами эксплуатации для легковых шин допускается отклонение давления воздуха от нормы на ±0,1 кгс/см2. Постепенное падение давления воздуха в шинах — естественное следствие утечки воздуха, а также возможной недостаточной герметичности вентиля и золотника. Поэтому давление воздуха рекомендуется периодически контролировать не реже 1 раз в 5 дней. Причем замеры давления воздуха нужно вести только на «холодных» шинах, т. е. перед началом движения, так как после езды шины нагреваются и давление в них повышается. Поэтому увеличенное значение давления воздуха в шинах особенно после продолжительной езды не говорит об отклонении его от нормы.
Снижение давления воздуха резко ухудшает работу шины: увеличивается радиальный прогиб шины и искажается форма ее профиля (см. рис. 15, а), увеличивается деформация каркаса и температура нагрева, снижается прочность шинных материалов, что, в свою очередь, приводит к уменьшению числа циклов нагружений. При снижении давления воздуха резко увеличивается неравно* мерность распределения нормальных и касательных сил в плоскости контакта шины с дорогой, возрастает работа трения и увеличивается интенсивность износа. Помимо повышенного износа протектора в целом, снижение давления воздуха часто ведет к неравномерному его износу.
Эффект снижения ходимости шин из-за снижения давления воздуха различен для различных шин и их положения на автомобиле. Очень чувствительны к снижению давления воздуха радиальные шины. Эффект увеличения их ходимости за счет конструктивных преимуществ может быть сведен на нет из-за несоблюдения норм давления воздуха.
Влияние снижения давления воздуха и превышения нагрузки на уменьшение ходимости шин по износу рисунка протектора показано на рис. 16. По мере снижения давления воздуха интенсивность понижения ходимости шин возрастает. Если понижение давления воздуха на 10% ведет к снижению ходимости на 10—15%, то снижение давления воздуха на 50% снижает ходимость шин почти в 4 раза.
Снижение давления воздуха вызывает не только снижение ходимости шин, но и увеличивает опасность выхода их из строя и по другим дефектам. Вследствие более напряженной работы шины и увеличения нагрева понижается прочность связей между отдельными элементами. Это может привести к расслоению каркаса и отслоению протектора. Внешним признаком разрушения каркаса служит появление потемнений на внутренней поверхности боковых стенок покрышки, затем следует отделение нитей от резины и разрыв их.
Рис. 15. Схема деформации формы профиля шины с различным внутренним давлением:
а — пониженное давление; б — нормальное давление; в — повышенное давление
Вредное воздействие езды с пониженным давлением воздуха сказывается не сразу, а обнаруживается лишь спустя определенное время, иногда лишь при демонтаже шин.
Помимо ухудшения работы самой шины, езда с пониженным давлением воздуха существенно сказывается и на работе автомобиля. Снижение давления воздуха в шинах увеличивает сопротивление качению и ухудшает топливную экономичность автомобиля. Изменяется характеристика бокового увода шин, вследствие чего ухудшается управляемость и устойчивость автомобиля. Снижаются также скоростные свойства автомобиля и ухудшается тормозная динамика.
Эксплуатация шин с повышенным давлением воздуха происходит значительно реже, а износ шин от повышенного давления воздуха меньше, чем от пониженного. Увеличение давления воздуха сверх номинального приводит к уменьшению площади контакта шины с дорогой и к увеличению давления и касательных сил в средней части площади контакта. Кроме того, резко увеличиваются напряжения нитей корда в каркасе, что может послужить причиной разрыва каркаса, особенно при наезде колеса на твердое препятствие. Небольшое повышение давления воздуха в шинах способствует снижению сопротивления качению и температуры ее нагрева. Поэтому при быстрой езде на хороших дорогах допускается некоторое увеличение давления в шинах.
Видео:FORMULA Energy /// после 60 тысяч км.Скачать
Читайте также: Цветы из шин для дачи
Повышенное давление воздуха делает шину более жесткой в радиальном направлении, амортизационные способности ее ухудшаются, поэтому сильнее ощущаются толчки от неровностей дороги, комфортабельность езды снижается.
Увеличение нагрузки на шину сверх номинальной наблюдается при ^бщей перегрузке автомобиля и неправильном распределении груза в кузове. При движении автомобиля шины постоянно подвергаются перегрузкам вследствие перераспределения нагрузки и колебания колес и кузова.
Явление увеличения износа при увеличении нагрузки сходно по своему характеру с явлением увеличения износа от снижения давления воздуха (см. рис. 16). Несмотря на то что площадь контакта шины с дорогой увеличивается при ее перегрузке (что служит положительным
фактором), возрастает величина и неравномерность распределения нормальных и касательных сил в плоскости контакта, а также величина работы трения. Это особенно сказывается на плечевых зонах шины. При увеличении нагрузки напряжения нитей корда в каркасе значительно выше, чем при снижении давления воздуха, температура нагрева растет быстрее. Прежде всего могут начать разрушаться боковые стенки шины — появляются разрывы. У перегруженной шины чаще возникают и разрывы каркаса в зоне протектора от ударов и повреждений при наезде на дорожные препятствия; может также появиться расслоение каркаса, отслоение протектора и боковин.
Рис. 16. Влияние снижения давления воздуха и превышения нагрузки на пробег шин до полного износа
Методика расчёта изменений давления в шинах
Рубрика: Технические науки
Дата публикации: 09.12.2019 2019-12-09
Статья просмотрена: 76 раз
Библиографическое описание:
Федоров, М. Е. Методика расчёта изменений давления в шинах / М. Е. Федоров, И. М. Рябов. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2019. — № 49 (287). — С. 189-194. — URL: https://moluch.ru/archive/287/65042/ (дата обращения: 24.11.2021).
Негативное влияние ненормативного давления в шинах на эффективность эксплуатации АТС является общепризнанным фактом, как в России, так и за рубежом. Так, по сообщению Департамента Энергоресурсов США, перерасход топлива, вызванный недостаточным давлением в шинах, составляет более чем 3,5млн. галлонов (14 млн. литров) ежедневно. Актуальность проблемы определяется не только величиной финансовых потерь, но и тем, что ненормативное давление в шинах снижает безопасность, т. к. влияет на устойчивость, управляемость и тормозные свойства автомобилей. Доля шин, которые изнашиваются быстрее из-за ненормированного давления, составляет около 10 %, что соответственно увеличивает выбросы вредных веществ. Так же, в нашей стране остро стоит вопрос с переработкой автомобильных шин, т. к. предприятий по их утилизации крайне мало.
Ключевые слова: автомобильные шины, давление, износ шин, шина, шина автомобиля, градиент концентрации, материал шины.
Видео:Уравнение состояния идеального газа. 10 класс.Скачать
Известно, что при эксплуатации автомобильных шин, давление в них постепенно снижается вследствие диффузионной проницаемости материалов.
Согласно первичной статистической информации, многими водителями и владельцами автомобилей не осуществляется регулярный контроль за давлением, что приводит при эксплуатации автомобилей к негативным последствиям, о которых было сказано выше. Это связано с тем, что отсутствует научно обоснованная методика определения оптимальной периодичности проверки давления, учитывающая условия эксплуатации АТС.
Разработанная методическая модель падения давления в шине вследствие диффузии заправленных в нее газов (азота и кислорода) через резину. Приводя основные данные и соотношения, определяются наиболее важные компоненты, на которые можно влиять, для расчёта скорости диффундирования газа через материал шины. Стадии процесса диффузии представлены на рис.1:
Рис. 1. Стадии диффузии газа в шине автомобиля
Читайте также: Рено сценик шины диски
I стадия — адсорбция газа-наполнителя на внутренней поверхности шины; II — растворение газа в материале шины со стороны этой поверхности; III — активизированная диффузия газа в шину и через нее; IV — выделение газа из раствора на противоположную поверхность шины; V — десорбция газа с этой поверхности шины.
Диффузию газа через материал шины описывает второй закон Фика, который для одномерного переноса в направлении нормали к поверхности имеет вид:
,(1)
где: I — количество вещества, прошедшего в единицу времени через единицу площади сечения по нормали; D — коэффициент диффузии; — градиент концентрации. Знак минус в уравнении показывает, что диффузия идет в направлении убывания концентрации (давления).
Принимаем допущение, что диффузионный поток газа для шины является дискретно стационарным, т. е. давление в шине и её температура за рассматриваемый период не изменяется.
Для стационарного потока решение уравнения Фика приводит к выражению:
Видео:Уравнение состояния идеального газа | Физика 10 класс #33 | ИнфоурокСкачать
(2)
Здесь Q — количество вещества, прошедшего через участок шины толщиной δ и площадью S за время t при градиенте концентрации Δс. Поскольку концентрация зависит от давления газа в шине ∆р, то:
,(3)
(4)
называется коэффициентом диффузионной проницаемости. Этот коэффициент зависит от многих факторов: структуры материала шины, его толщины, строения и размеров молекул газа, температуры, давления и т. д. Он определяется экспериментально.
Для случая, когда градиент концентрации равняется 1, для определения коэффициента диффузии применима формула Эйнштейна:
,(5)
где R — газовая постоянная, Т — абсолютная температура (К), N — число Авогадро, η — вязкость среды (Па*с), r — радиус диффундирующих молекул.
Исходя из общих факторов, оказывающих влияние на интенсивность падения давления, можно предложить следующий вид общей математической модели:
,(6)
где 
– потери давления газа в шине; 
— коэффициент, учитывающий степень загрузки автомобиля; 
— коэффициент, учитывающий степень старения шины; 
— динамический коэффициент, т. е. учитывающий увеличение потерь газа-наполнителя при динамической деформации, по сравнению со статическими потерями; 
— коэффициент статических потерь внутреннего давления газа-наполнителя шины; t — период эксплуатации.
Видео:Вот вам и китайская резинаСкачать
Далее эта модель может быть уточнена и тогда принимает вид:
, (7)
где kпмасс — коэффициент влияния нагружения шины максимальной допустимой вертикальной нагрузкой (при полной массе автомобиля), — коэффициент потери давления ненагруженной вертикальной нагрузкой шины (в результате диффузии).
Однако, в случае эксплуатации в различных режимах (городской/внегородской) одного и того же вида ПС необходимо ввести коэффициент режима движения:
, (8)
где 
— коэффициент влияния городского цикла движения на скорость потери газа в шине автомобиля, 
— коэффициент влияния внегородского цикла движения, lгор — доля городского участка движения, а 1-lгор — доля внегородского цикла движения.
(9)
, (10)
где кдор — коэффициент качества дорожного покрытия, — коэффициент учёта средней скорости движения, кклим — погодный коэффициент.
Видео:Парадокс сужающейся трубыСкачать
Данная модель может быть использована для определения потерянного шиной давления исходя из конкретных условий эксплуатации. А, отнеся это значение к норме давления и сравнив с нормой отклонения (рекомендовано 5 %), можно определить и спланировать оптимальную частоту контроля, как для отдельных маршрутов или даже единиц подвижного состава, так и для всего парка автомобилей (при однородных условиях эксплуатации).
Приводится теоретический обзор требований к устройствам поддержания давления для различных типов транспорта, которые можно оптимизировать с помощью вышеизложенной математической модели. На базе знаний об основных условиях и особенностях эксплуатации приводятся рекомендации к разработчикам подобных устройств. Эти рекомендации исходят, как из конструктивных особенностей и возможностей, так и из эксплуатационных условий.
В результате теоретических и экспериментальных исследований приводится расчёты и анализ затрат, вызванных повышением износа и риска выхода из строя автомобильных шин исходя из объёма продаж шин легковых и малых грузовых автомобилей.
Согласно ранее описанной методике наблюдения, было проведено исследование падения давления в процессе эксплуатации (с его подкачкой), которое позволило определить влияние отдельных факторов на интенсивность изменения давления в шинах (рис. 2). Это влияние определялось согласно таблицам группировок различных данных по принципу подобия и сопоставления их между собой.
Читайте также: Актриса шин мин а дорамы
Рис. 2. Изменение давления в процессе эксплуатации
Данные по состоянию давления в автомобильных шинах обрабатывались согласно ранее предложенной методике. Была проверена и подтверждена гипотеза о соответствии распределения нормальному отклонению с математическим ожиданием в 91 % от нормативного давления (рис.3).
Рис. 3. Гистограмма распределения опытных данных и выравнивающая её теоретическая кривая нормального закона распределения
Определено влияние частоты проверки давления на величину амплитуды температур, входящих в этот интервал измерений. По этим данным (рис.4) обоснована оптимальная периодичность проверки давления в 3 дня (средние колебания ниже 5 %).
Рис. 4. Влияние интервала контроля давления на величину среднего отклонения давления в шине
В качестве разработок, которые можно считать решением вопроса стабилизации давления можно предложить следующие:
- Средства восстановления давления, которые предназначены на облегчение и ускорения процесса проверки и/или восстановления нормативного давления. Принципиальной схемой можно считать предложенную на рис.5.
Рис. 5. Принципиальная схема системы восстановления давления
Видео:ОБ ЭТОМ МНОГИЕ ДАЖЕ НЕ ДОГАДЫВАЮТСЯСкачать
Представленная схема в качестве корпуса с газом может использовать готовый элемент (например, небольшой баллон с указателем давления, заправленный азотом или воздухом). Редуктор также имеет указатель заправляемого давления и предохранительный клапан, исключающий перекачку шины. Главное преимущество данной системы — возможность создать резервный запас азота, исключив необходимость постоянной подкачки на специальных пунктах закачки азотом, что экономит время и снижает затраты. Заправка баллона может осуществляться на заправочных станциях.
- Система поддержания давления кумулятивного типа (рис.6) позволяет поддерживать давление вне зависимости от режима эксплуатации за счёт создания резервного объёма газа в дополнительной полости и подачи его через редуктор. При этом происходит не только компенсация потерянного давления, но и создание аварийного резерва на случай повреждения целостности шины.
Рис. 6. Принципиальная схема системы стабилизации давления с компенсационной камерой
Таким образом, предложенные устройства позволят существенно стабилизировать давление в автомобильных шинах.
- Гудков В. А. Анализ факторов, влияющих на изменение давления газа в шинах при эксплуатации / В. А. Гудков, И. М. Рябов, А. В. Сычев, К. В. Чернышев // Автотранспортное предприятие. — 2007. -№ 5. — С.46–48.
- Гудков В. А. Обоснование необходимости постоянного контроля давления в шинах автомобиля / В. А. Гудков, И. М. Рябов, А. В. Сычев // Шина плюс: всеукраинский журнал. — 2007. — № 2. — С.2–4.
- Гудков В. А. Обоснование необходимости постоянного контроля давления в шинах автомобиля / В. А. Гудков, И. М. Рябов, А. В. Сычев // Шина плюс: всеукраинский журнал. — 2007. — № 1. — С.2–5.
- Сычев А. В. Методика исследования диффузии газа в шине автомобиля / А. В. Сычев, И. М. Рябов// XI Региональная конференция молодых исследователей Волгоградской области, г.Волгоград, 8–10 ноября 2006г.: тез. Докл./ВолгГТУ и др. — Волгоград, 2009.- С.85–86.;
- Рябов И. М. Влияние состава материала автомобильной шины на потери давления / И. М. Рябов, А. В. Сычёв// Прогрессивные технологии в обучении и производстве: матер. IV Всерос. Конф., г.Камышин, 18–20 октября 2010г./ КТИ (филиал) ВолгГТУ и др. — Камышин, 2010.-Т1.-С.93–95.
- Рябов И. М. Технологии применения и получения азота для наполнения автомобильных шин / И. М. Рябов, А. В. Сычёв// Прогрессивные технологии в обучении и производстве: матер. IV Всерос. Конф., г.Камышин, 18–20 октября 2006г./ КТИ (филиал) ВолгГТУ и др. — Камышин, 2006.-Т1.-С.96–97.
- Сычёв А. В. Проблемы давления в шинах в России и за рубежом / А. В. Сычёв, И. М. Рябов //Ежегодная XVIII междунар. Интернет –конф. Молодых учёных и студентов по современным проблемам машиноведения (МИКМУС-2006): матер. (тез. Докладов) конф. 27–29 декабря 2006г. / Ин-т машиноведения им. А. А. Благонравова РАН и др.- М., 2006.-С24.
- Рябов И. М., Поздеев А. В., Сурхаев Г. М., Федоров М. Е., Горина В. В. Способ повышения надежности пневматической подвески подвижного состава в зимних условиях эксплуатации // Молодой ученый. — 2018. — № 50. — С. 53–58.
- 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
Что означает маркировка на шинах! Значение цифр и букв на резине.Скачать
Обзор летних шин Formula Energy | Стоит ли покупать?Скачать
Сперматозоид-чемпион | наглядно показано оплодотворениеСкачать
Летние шины Formula Energy - обзор 2023Скачать
Как подобрать правильное давление в шинах. Советы экспертаСкачать
ТИХИЕ ШИНЫ ЭТОГО НЕ ЗНАЮТ БОЛЬШИНСТВО АВТОМОБИЛИСТОВСкачать
Хранение шин. 3 основных правила.Скачать
Какое должно быть давление в ШИНАХ?! 2017Скачать
Уравнение состояния идеального газаСкачать
Физика # 14. Законы идеального газа, уравнение состоянияСкачать
474 Теплота и молекулярная физика Законы идеального газа и уравнение состояния Задача 491Скачать
Газовые законыСкачать
Как хранить шины - правильно? Мифы и легенды о хранении шин.Скачать
ЕГЭ. Физика. Уравнение состояния идеального газа. ПрактикаСкачать
