книги из ГПНТБ / Бухарин Н.А. Автомобили. Конструкции, нагрузочные режимы, рабочие процессы, прочность агрегатов автомобиля учеб. пособие

ральной части и более крупную в боковой части (рис. ХІѴ.З, б). При движении по дорогам ухудшенного качества вступают в дей­ ствие боковые выступы, позволяющие улучшить проходимость. На плохих грунтовых дорогах (автомобили повышенной прохо­ димости) применяются шины с грузозацепами (рис. ХІѴ.З, ß). С целью'снижения износов грунтозацепов и шума при движении на дорогах с твердым покрытием последняя разновидность про­

тектора нередко снабжается центральным беговым пояском. В отдельных случаях для спе­ цифических условий эксплуа­ тации применяются рисунки протектора особой формы. Так,

порезами истиранию. При эксп­ луатации автомобилей на зим­ них дорогах (заснеженные до­ роги, гололед) рекомендуется протектор (рис. ХІѴ.З, д), име­ ющий множество узких глубо­ ких и щелевидных канавок (поперечных и диагональных). Канавки создают концентрацию давления на дорогу по кромкам выступов рисунка, предотвра­ щая буксование ведущих колес.

Примерно такой же формы, как и для гололеда, рекомендуется протектор (рис. ХІѴ.З, ё) для песчаных дорог, только канавки выполняются еще более узкими (Ігп = 0,70—0,80). Это позволяет снизить заглубление колес в песчаный грунт за счет снижения удельного давления и уменьшения выгребания песка грунтозацепами.

Для зимних условий ряд фирм выпускает шины с металличес­ кими шипами противоскольжения. Из всех типов протекторов протекторы шин с развитыми грунтозацепами работают в наиболее напряженном режиме.

При проектировании рисунка протектора его коэффициент полноты kn (насыщенность) выбирается в зависимости от эксплу­ атационного назначения шин. Под коэффициентом полноты kn понимается отношение площади выступающих частей протектора к общей площади, беговой части шины. Для шин дорожного типа

350

щину от 3 до 7 мм, состоит из разреженного корда,| обложенного слоем резины. Брекер смягчает воздействие ударных нагрузокна каркас и более равномерно распределяет по его поверхности воспринимаемые колесом усилия. По сравнению с другими эле­ ментами шины брекер в процессе работы наиболее сильно нагре­ вается (до НО— 120°С). В связи с этим для изготовления брекера выбираются специальные марки корда (вискозный и полиамид­ ный) с повышенной теплостойкостью.

Толщина боковин 4, предохраняющих каркас от повреждений, равна 1,5—3,5 мм. Для придания бортам 5 достаточной механи­ ческой прочности они снабжаются стальными проволочными кольцами 6, а с наружной стороны обкладываются одной-двумя прорезиненными лентами из чефера. Бортовые кольца являются основой, на которой замыкаются усилия, действующие в нитях корда. Шина с поврежденным бортовым кольцом не пригодна для эксплуатации. Поэтому кольца выполняются всегда с большим запасом прочности п — 5 ч- 8.

Требуемая герметичность тороидных шин обеспечивается ка­ мерой, монтируемой внутри покрышки. Наружный диаметр ка­ меры принимается на 3—5% меньше диаметра шины по внутрен­ ней поверхности шины (короне) и на 4—6% больше диаметра ободной ленты. Это обеспечивает жесткую посадку камеры внутри шины, т. е. исключает появление складок, а следовательно, пе­ ретирание камеры. Толщина стенки камеры обычно равна 1,5— 2,5 мм для легковых автомобилей и 2,5—5,0 мм для грузовых авто­ мобилей и автобусов.

Камеры с толстой стенкой работают в более напряженном теп­ ловом режиме вследствие повышенного гистерезиса резины. На поверхности камеры выполняются радиальные риски, способ­ ствующие отводу наружу диффундирующего из камеры воздуха (через неплотности в ободе или в месте установки вентиля) и воз­ духа остающегося между камерой и покрышкой при сборке шины.

Камеры изготавливаются из высокопрочной резины с большим (до 40—50%) содержанием натурального или синтетического кау­ чука. Для обеспечения накачки воздуха в камеру, его удержания и выпуска служит вентиль. В зависимости от конструкции и раз­ мера обода, схема установки шин (сдвоенные или одинарные) вентили выпускаются различной конструкции, длины и формы. Вентили для камер бывают двух типов: резино-металлические с обозначением Р (рис. XIV.4, а) и металлические с обозначениями D и В (рис. XIV.4, б , б). Металлические вентили могут быть привулканизированы к камере своей пяткой (рис. XIV.4, б) или кре­ питься к ней при помощи зажима (рис. XIV.4, в).

351

Вентили стандартизованы. Для камер легковых машин приме­ няются резино-металлические вентили разных размеров типа Р-05 (рис. XIV.4, а) н реже металлические типа В (рис. XIV, 4, в),

невыгодно, так как приводит к образованию поперечных складок. Все шире практикуется применение бескамерных шин (рис.

XIV.5), по внешнему виду мало отличающихся от камерных.

352

Бескамерные шины конструктивно проще камерных (уже хотя бы потому, что не имеют камеры). Но главное— это повышение бе­ зопасности движения автомобиля: при проколе шины воздух выходит медленно, что дает возможность водителю успеть оста­ новить машину и тем самым избежать аварии.

Воздух из полости бескамерной шины выходит наружу только через отверстие прокола, в то время как у камерной — через обширную область разрыва камеры (камера, будучи напряженной давлением воздуха, при проколе разрывается) и неплотности, имеющиеся между лентой и ободом.

Бескамерная шина по сравнению с камерной имеет меньшую теплонапряженность, что повышает ее сцепление на зимних до­ рогах.

Бескамерн'ые шины имеют ряд специфических деталей: гер­ метизирующий слой 2 толщиной в 1,5—3,0 мм, уплотнительную бортовую резину 1 и специальную форму обода 3 с вентилем 4 (показан отдельно). Герметизирующий слой отличается повышен­ ной воздухонепроницаемостью. На его изготовление расходуются более плотные сорта резины (бутилкаучук, наприт и др.).

Кроме того, при производстве бескамерных шин всегда от­ дается предпочтение капроновому и вискозному корду. Этот корд лучше противостоит диффузии сжатого воздуха. Его воздухопро­ ницаемость в 10— 15 раз ниже, чем у хлопчатобумажного корда. Применяющийся в ряде конструкций самозаклеивающийся слой повышает эксплуатационную надежность бескамерных шин. За счет более умеренного температурного режима н использования улучшенных сортов корда средний срок службы таких шин на

20 9и больше обычных. Вместе с этим необходимо отметить, что бескамерные шины требуют более совершенной технологии н вы­ сокой культуры производства п эксплуатации (нарушение гер­ метичности посадочных поверхностей шины при деформировании закраин обода).-

Стремление к повышению безопасности движения автотран­ спорта привело к появлению двухполостпых шин (рис. XIV.6 ). Двухполостная шина состоит из трех частей: внешней оболочки 1, сконструированной по типу бескамерной шины, герметизирующего слоя 2 и монтируемой внутри ее диафрагмы 3.

Рис. ХІѴ.6. Конструкция двухполостпых шип

Диафрагма выполняется из двух-трех слоев прорезиненного полиамидного корда. Полость А заполняется воздухом через -клапан 5, а полость Б — через вентиль 4. В случае прокола шины и выхода воздуха из полости А работоспособность шины сни­ жается незначительно благодаря наличию воздуха в полости Б. Применение двухполостпых шин позволяет обходиться без запас­ ных колес.

Повышению безопасности движения способствует также при­ менение шин с ограничителями — жесткими металлическими (рис. XIV.7, а) или упругими из пористой резины (рис. XIV.7, б). Наличие ограничителей позволяет также в крайне неотложных случаях продолжать движение на спущенной шине без резкого «пережевывания» ее боковин и опасности повреждения обода.

Известным достижением в конструировании автомобильных шин является применение металлокорда. В связи с высокой прочно­ стью последнего шины из него могут выполняться с малослойным каркасом (2—4 слоя) и брекером. Плотность расположения ни­ тей в слое в 1,5—2,0 раза меньше, чем у шин с текстильным или вискозным кордом. Для придания эластичности металлокордной шине между отдельными слоями корда в каркасе вращиваются

354

резиновые прокладки до 0,75— 1,5 мм. Несмотря на целый ряд положительных свойств (теплостойкость, меньшая чувствитель­ ность к перегрузкам, меньшее проскальзывание и др.) шины из металлокорда из-за низкой устадостной прочности не могут быть

Рис. XIV.7. Конструкция шины с ограничителем де-, формации

рекомендованы для эксплуатации на плохих дорогах. Такие шины целесообразно применять для' автомобилей и автобусов, систематически работающих с большой нагрузкой и на больших скоростях только на дорогах с усовершенствованным покрытием.

радиальную эластичность шин. Восприятие тангенциальных уси­ лий осуществляется мало растяжимым брекером (шины типа Р) или двумя-тремя съемными протекторными кольцами 2 (шины типа PC), которые для увеличения тангенциальной (окружной) жесткости армируются металлокордом <3. Это обеспечивает по сравнению с обычными шинами малый износ протектора, снижение

потерь на качение колес (п расхода горючего на 8 — 1 2 %), более благоприятный температурный режим (уменьшение темпе­ ратуры нагрева на 20—30° С).

Съемные кольца устанавливаются на шины типа PC, когда они находятся в ненакачанном состоянии. При заполнении шины воздухом, благодаря высокой радиальной эластичности, кольца прочно сцепляются с профильными канавками поверхности кар­ каса. Установка и снятие колец производятся вручную.

3)недостаточная окружная прочность боковин и их повышен­ ная гибкость, приводящая из-за отсутствия тангенциальной связи между нитями корда к растрескиванию стенок боковин и прежде­ временному выходу шин из строя;

4)возможность соскакивания съемных колец при уменьшении давления воздуха в шинах во время движения по плохим доро­ гам;

5)для шин Р и PC необходимо применение большого числа деталей (в 2 —3 раза), более качественных сортов резины, более высокой точности изготовления (меньшие допуски на размеры, двухстадийная по сравнению с обычными шинами сборка, тща­ тельность балансировки и пр.).

Размеры тороидных шин наносятся на ее боковине. Для шин низкого давления принято символическое обозначение в виде В—d, для шин высокого давления D х В, где В — ширина профиля

шины, d — диаметр посадочного обода (внутренний диаметр шины), D — наружный диаметр шины. Размеры В, d и D нано­ сятся в дюймах, например: 18.00—24, 34X7 и т. д. В варианте обозначений В— d возможна комбинированная размерность, на­ пример 260—20, где В — в мм, d — дюймах.

По статистическим данным выход шин в ремонт, составляет: по износу протектора 50%, разрыву каркаса и его повреждениям 40%, отслоению протектора и разлохмачиванию каркаса 10%. Норма пробега тороидных шин в среднем составляет: для грузовых автомобилей 40 000 км, для легковых автомобилей 30 000 км. Срок службы шин типа Р доходит до 75—80 тыс. км, а шин типа

щие эксплуатационно-технические факторы: нагрузка на колесо GK, величина давления рв воздуха в шинах, скорость движения V автомобиля и тип дороги. Увеличение нагрузки GK на колесо

356

сверх номинальной в 1,5 раза приводит к снижению нормы про­ бега на 50—60%. К такому же результату приводит эксплуата­ ция шин на разбитых и неблагоустроенных дорогах по сравне­ нию с эксплуатацией на дорогах с асфальто-бетонным покрытием (при всех прочих равных условиях). Очень чувствительны шины в отношении износа к отклонениям от нормы давления воздуха в них: например, снижение давления воздуха в 2 раза сокращает пробег шин не менее чем на 40—50%.

Вследствие наличия значительного гистерезиса шины при ка­ чении, как отмечалось ранее, нагреваются. Допустимая темпе­ ратура нагрева не должна превосходить 100° С. При очень высо­ ких температурах неизбежны расслоение и разрыв каркаса, отрыв протектора. Наблюдения показывают, что температура шины после начала движения стабилизируется уже в первые 10— 15 мин. Первостепенное влияние на на-грев шины оказывает тип резины, способ сборки шины и число слоев в каркасе. Каждый новый слой каркаса дает увеличение температуры нагрева шины на 5— 10°. Наиболее «горячими» точками обладает брекер и про­ тектор шины.

Для каждого типоразмера шины существует вполне опреде­ ленное значение скорости, превышение которой приводит к су­

ее центральной части, м; qcp — масса шины, приходящаяся на 1 м2

поверхности ее беговой части; qzp -— , ---- 3 — (у — удельный вес

резины, Н/м3; t — толщина беговой части шины, м; g — ускоре­ ние силы тяжести, равное 9,81 м/с2).

При скоростях больших п,.р на беговой поверхности шины возникают непрерывные тангенциальные колебания с весьма зна­ чительными амплитудами.

При входе очередного участка шины в соприкосновение с до­ рогой волновое движение протектора приводит к появлению уда­ ров, в результате чего резко увеличивается сопротивление ка­ чению, возрастает теплообразование, сокращается до минимума срок службы шин. Проектирование шин должно вестись из рас­ чета, чтобы ѵкр была бы в 1,5—2,0 раза больше, чем предельная эксплуатационная скорость движения автомобиля.

Важнейшей характеристикой пневматической шины является ее упругая характеристика, т. е. зависимость прогиба h (ради­ альной деформации) от величины нагрузки GK. На основании экспериментальных данных для пневматических шин получена

357

следующая эмпирическая зависимость:

(XIV.2)

где Сх и С2 — постоянные для данной шины коэффициенты, учитывающие особенности ее конструкции и геометрические раз­ меры; рк — жесткость каркаса, изменяющаяся в пределах 0 ,0 1 —• 0,03 МПа (0,1—0,3 кгс/см2) — меньшие значения для малослов­ ных шин.

Для выполненных конструкций торопдных шин по опытным данным Сj = 0,02 -г- 0,04 м2/МПа (0,002—0,004 см2 /кгс); меньшие значения для шин дорожного типа, большие для шин повышен­ ной проходимости, а С2 = 0,50 4 - 0,90 1/см. І4з выражения (XIV.2) может быть установлена зависимость для /;., которая под номинальной • нагрузкой не должна превосходить (0,12ч-0,15) Н.

Используя формулу (XIV.2) и соответствующие выводы тео­ рии размерностей, можно прийти к выражению для определения максимально допустимой нагрузки на шину, МН (кгс)

(ХІѴ.З)

где /г— коэффициент грузоподъемности шины, МПа (кгс/см2); В — ширина профиля надутой шины, м; d — диаметр обода рас­

рически подобны. Для всех геометрически подобных шин коэф­ фициент k одинаков и поэтому

где индексы 1 , 2 , 3, . . . а — номера геометрически подобных шин. Геометрически подобные шины имеют, кроме того, одинаковые внутренние давления.и относительные, деформации, одинаковые ßK и одинаковые модули сдвига резины [XIV. 1, ХІѴ.З].

Анализ конструкций стандартных шин показывает, что хотя формы профилей этих шин и удовлетворяют условиям подобия (поскольку для них НІВ, ЫВ, tIB, изменяются в узких пределах,

358

стандартных шин грузовых автомобилей, D = const (20"), в го время как В задается в пределах от 6,5 до 16 (аналогичная картина

идля легковых автомобилей).

§65. СПЕЦИАЛЬНЫЕ ШИНЫ

Кспециальным относятся шины с регулируемым давлением, широкопрофильные и арочные шины и пневмокатки. Приме­

нение специальных шин позволяет существенно поднять прохо­

менты ее конструкции приведены на рис. XIV.9.

Протектор шин с регулируемым давлением выполняется круп­ ным, с широко расставленными грунтозацепами, выходящими на боковую стенку. Глубина грунтозацепов доходит до 20—30 мм.. Грунтозацепы прорезаны поперечными канавками с целью умень­ шения гистерезисных потерь и для придания протектору повышен­ ной эластичности, что способствует его самоочищению от забива­ ния грязью и снегом.

Так как шины с регулируемым давлением работают в более тяжелых дорожных условиях и при более пониженном давлении воздуха, чем обычные тороидные, они быстрее выходят из строя. Для увеличения срока службы шин с регулируемым давлением нагрузка на них принимается на 30—50% меньшая, чем для

359