Влияние конструкции шин на некоторые их свойства

Продолжающееся в настоящее время совершенствование кон­струкции шин в первую очередь направлено на повышение их долговечности, радиальной податливости, на снижение сопротив­ления качению и улучшение сцепных свойств протектора. Улучшение этих свойств достигается, в частности, подбором материалов и кон­струкции кордной ткани, взаимным расположением нитей корда в соседних слоях боковины и брекера, числом слоев корда в каркасе и брекере.

Однако за счет изменения конструкции каркаса можно улучшить и другие свойства шины. Как отмечалось, диагональные и радиальные шины по-разному передают колесу дорожные возмущения различной частоты. Как видно из графиков, представленных на рис. 11.18 а, конкретная радиальная шина передает в вертикальном направлении более низкий уровень вибраций за исключением диапазона частот 75—100 Гц. В продольном направлении (рис. 11.186) радиальная шина дает всплеск амплитуды вибраций, в диапазоне частот 35—70 Гц. Варьируя конструкцией каркаса (углом наклона нитей, числом слоев в каркасе и брекере, применением эластичных прокладок в брекере и каркасе), можно вызвать сдвиг диапазона резонансных частот в необходимую сторону и снизить амплитуду колебаний.

Так, фирма «Мишлен» предложила гибридный каркас (рис. 11.19 а), в котором содержится один слой радиального стального корда, но под протектором он формованием изгибается и проходит под углом 40° к экваториальной линии. На каркас накладывается единственный брекерный слой из металлокорда, нити в котором

а б

Рис. 11.19. Шины с гибридным радиально-диагональным кар-

а- с однослойным каркасом и брекером; б - с двухслойным каркасом

направлены под углом 20° к экваториальной линии в противопо­ложном направлении.

Фирма «Континенталь» предложила каркас из двух слоев ра­диального синтетического корда (рис. 11.196), который сразу же за плечевой зоной образует диагональную конструкцию.

Фирма «Юнироял» предложила конструкцию, в которой один слой корда расположен радиально, а другой -- под углом 5—45° к радиальным нитям. По мнению этой фирмы, такая комбинация снижает амплитуды вибраций в резонансных зонах.

Выше отмечалось, что радиальные шины, имея благодаря бре-керному поясу из металлокорда большое сопротивление уводу, об­ладают значительной боковой податливостью боковин. Для устра­нения этого недостатка и улучшения характеристик управляемости автомобиля на высоких скоростях фирма «Мишлен» создала шину с усиленными боковинами. В каркасе этой шины (рис. 11.20) всего лишь один слой радиального текстильного корда, однако он усилен двумя слоями диагонального металлического корда, обернутого во­круг бортового кольца, причем один слой простирается на 2/3, а второй на 1/2 высоты боковины. В брекерном поясе этой шины три слоя металлокорда, нижний из них обернут вокруг двух верхних на 1/4 ширины протектора.

Конструкция каркаса и брекера существенно влияет на сопро­тивление шины боковому уводу, а следовательно, и управляемость автомобиля. Для шин современных конструкций характерно уве­личение сопротивления уводу с уменьшением высоты профиля. Сверхнизко- профильные радиальные шины с металлокордным бре-кером обладают наибольшим сопротивлением уводу. Однако в пос­леднем случае возможен быстрый и неожиданный для водителя переход шины от качения с уводом к боковому скольжению. Учи-

Рис. 11.20. Шина с однослойным радиальным каркасом и усиленной боковиной а — общий вид элементов конструкции; б — поперечное сечение

тывая это явление, фирма «Мишлен» выпустила шину, у которой эрекер представлен тремя слоями металлокорда, из них нижний пояс сплошной и широкий, второй состоит из двух колец половинной ширины, а третий, узкий, только покрывает стык предыдущих. Таким образом, брекер получил большую поперечную податливость. Протектор шины имеет несимметричный рисунок. С наружной по отношению к автомобилю стороны он более насыщенный и жесткий, чем с внутренней. При движении на повороте происходит поперечное искривление брекера, что повышает плавность нарастания боковой силы, а внутренние, податливые части протектора начинают по­степенно скользить, что позволяет шине плавно перейти к боковому скольжению.

Многие свойства шины связаны с рисунком протектора. Ос­новное назначение рисунка протектора — обеспечить хорошее сцеп­ление шины с дорогой и высокую износостойкость. На сухом, чистом и гладком асфальтобетонном покрытии дорог наилучшее сцепление как в продольном, так и боковом направлении обеспе­чивает протектор без рисунка. В этих условиях сцепление шины с дорогой определяется в основном свойствами резины протектора. В реальных условиях сцепные свойства шины повышаются не только за счет соответствующих свойств резины, но и за счет подбора рисунка протектора. Рисунок с продольными канавками при одном и том же составе резины протектора создает повышенное сцепление шины с сухой дорогой в боковом направлении и недостаточное сцепление в продольном направлении, а также на мокрых и скольз­ких покрытиях. Рисунок с поперечными канавками дает обратный эффект. Поэтому на практике создаются протекторы с продольными и поперечными канавками.

Шины для дорог с твердым покрытием подразделяют на две основные группы:

— с обычным дорожным рисунком; —'для грязи и снега.

Стандартные дорожные шины имеют 4—7 продольных дорожек с поперечными канавками сложного профиля и тонкими профили­рующими надрезами для улучшения сцепных свойств (см. рис. 11.20). Беговая поверхность делается округленной. Кривизну протектора и окружную жесткость его продольных дорожек подбирают таким образом, чтобы при качении шины пути, проходимые дорожками, были одинаковыми. В противном случае износ дорожек будет не­равномерным, так как между ними появятся дополнительные на­пряжения, повысится уровень создаваемого шиной при качении шума. По краям беговая поверхность переходит в заплечики, которые для лучшего сцепления на повороте делаются скругленными и тоже профилируются. При этом добиваются определенного характера рас­пределения давлений по ширине пятна контакта при нагружении шины большой боковой силой.

Большинство шинных фирм предлагает несколько дорожных рисунков протектора для одной и той же модели шины. При создании дорожного рисунка протектора наибольшее внимание уделяется сцепным свойствам на мокром покрытии, шуму, а также внешнему виду шины.

На дорогах, покрытых пленкой воды, с увеличением толщины слоя воды и (или) скорости качения шины ее сцепление с дорожным покрытием ухудшается. Это происходит вследствие неполного уда­ления воды из зоны контакта шины с дорогой. Вода под давлением, возникающим под элементами протектора, выдавливается в канавки рисунка и прокачивается через них во всех направлениях, а также захватывается канавками и выбрасывается наружу в задней части отпечатка. Способность канавок рисунка осушать пятно контакта, а профилированных элементов протектора при этом хорошо сцеп-

Рис. 11.21. Фотография взаимодействия рисунка протектора со слоем воды на стеклянной поверхности.

ляться с опорной поверхностью определяет сцепные качества ри­сунка в этих условиях. При увеличении слоя воды на дорожной поверхности и скорости качения колеса канавки протектора не справляются с осушением пятна контакта, и водяной клин, воз­никающий в передней части отпечатка, отжимает шину от дороги. Это явление называют аквапланированием шины.

По данным фирмы «Данлоп», шина с изношенным протектором при толщине слоя воды около 1 мм практически полностью «всплы­вает» на скорости около 100 км/ч. При правильно спроектированном рисунке протектора аквапланирование возникает при толщине слоя воды 2—3 мм и скоростях свыше 100 км/ч. На рис. 11.21 приведена фотография, полученная при качении шины по стеклянной плас­тине, покрытой слоем воды. Устойчивый против аквапланирования рисунок протектора обычно имеет несколько глубоких продольных каналов для удаления воды и множество поперечных канавок, тя­нущихся к заплечикам шины и выносящих воду из контакта.

Бесшумность качения шин достигается при более мелком про­филировании рисунка протектора, что, однако, снижает устойчи­вость к аквапланированию. В отдельных случаях специальными исследованиями находится переменный шаг чередования элементов протектора по окружности. Однако последнее решение приводит к переменной окружной жесткости шины, что может усилить кру­тильные колебания в трансмиссии автомобиля. Следует иметь в виду, что шум шины возникает не только при взаимодействии ее с дорогой, но и — с окружающим воздухом.

Как отмечалось, рисунок протектора может быть выполнен не­симметричным относительно экваториальной плоскости. Делается это главным образом в целях улучшения управляемости автомобиля. Однако в этом случае при монтаже шины на обод ее следует ус­танавливать определенным образом, строго руководствуясь реко­мендациями изготовителя шины.

Шины для снега и грязи имеют крупный поперечно ориенти­рованный рисунок увеличенной глубины. Обычно, как показано на рис. 11.22 а, он состоит из отдельных резиновых блоков, допол­нительно расчлененных ножевыми надрезами, и больших выемок

Рис 11 22 Шина с шипами противоскольжения

а - рисунок протектора, б - некоторые разновидности шипов

Рис. 11.23. Шина, смонтированная о — на глубоком ободе и ее деформация в спущенном состоянии; 6 — на плоском ободе с монтажной канавкой

(или выступов) в плечевой зоне. Блоки должны иметь резко вы­раженную угловатую форму, а их ножевые надрезы при деформации блоков в пятне контакта должны создавать множество мелких за­остренных выступов. Форма блоков, канавок и надрезов обычно весьма разнообразна, однако во всех случаях они должны иметь хорошую самоочищаемость.

Улучшенное сцепление с обледенелой дорожной поверхностью имеют шины с шипами. Это специальные зимние шины, блоки протектора которых имеют массив жесткой резины, достаточный для удержания шипа. Гнезда в блоках для запрессовки шипов либо делаются при вулканизации протектора, либо высверливаются. Шип (рис. 11.226) состоит из твердосплавного сердечника 7 и стального или пластмассового корпуса 2. Корпус шипа может иметь разно­образную форму и должен надежно удерживать шип в резине про­тектора шины. Диаметр шипа для шин легкового автомобиля 8—

9 мм и до 15 мм для грузовых автомобилей. Длина шипа должна соответствовать толщине протектора и колеблется от 10 до 30 мм. Выступай ие шипа над поверхностью блока протектора не превышает 1,5 мм для легковых автомобилей и 3 мм для грузовых. Количество шипов, устанавливаемых в шину, зависит от веса автомобиля, мощ­ности двигателя и условий эксплуатации. Обычно рекомендуется иметь в зоне контакта шины с дорогой 8—12 шипов и устанавливать их ближе к плечевой зоне шины.

Шины с шипами увеличивают сцепление с ледяной поверхностью на 40—50%. Однако на дорогах с другим скользким покрытием (снег, грязь) они могут иметь сцепление ниже, чем иные зимние шины. Срыв таких шин в боковое скольжение может быть нео­жиданным для обычного водителя. На твердых покрытиях такие шины сильно шумят, имеют большое сопротивление качению и быстро разрушают дорожное покрытие. Последнее привело к тому, что во многих странах применение шин с шипами запрещено.

Отказ от шипованных шин вызвал дальнейшее совершенство­вание обычных зимних шин. Эти шины имеют также поперечно ориентированный крупный рисунок, но дополнительно расчленен­ный на отдельные элементы различного размера. Применяется ре­зиновая смесь особого состава, нечувствительная к холоду, в ряде случаев с добавками абразивных частиц.

Как отмечалось, под безопасностью шины в первую очередь понимается ее свойство обеспечить безаварийное движение при пониженном внутреннем давлении воздуха или его отсутствии в случае прокола. При падении давления в обычной шине на глубоком ободе 1 (рис. 11.23 а) она деформируется, и в результате циклического обжатия боковин закраинами обода борта шины могут сползти с полок обода в его глубокий ручей и оголить обод. Для предотв­ращения такого явления предложена конструкция цилиндрического обода 2 (рис. 11.236) с монтажной канавкой 3, закрываемой при монтаже шины пластмассовым или стальным кольцом 4. Такая конструкция препятствует полному оголению закраин обода и их касания дороги при движении на спущенной шине.

Другое достаточно простое, но эффек­тивное решение показано на рис. П.24 и заключается в установке внутри шины при ее монтаже на разборный обод кругового ограничителя деформации 1. Он может быть дисковым, цилиндрическим, тороидным и т.п. и изготовлен из твердых или элас­тичных материалов.

Шина, предложенная фирмой «Данлоп» (рис. 11.256), имеет на внутренней поверх­ности кольцевые резиновые пояски, на ко­торые опирается каркас при спускании ши­ны. Шина монтируется на цилиндрический

Рис. 11.24. Шина с встро­енным ограничителем де­формации

Рис. 11.25. Шина специальной конструкции со смазывающими капсулами на плоском ободе

Рис. 11.26. Шина с двумя воздушными полостями

а — составные части обода; б — шина в нормальном и спущенном состояниях разборный обод 7 (рис. 11.25 а), поверх которого внутри шины ус­танавливается кольцо 2 с капсулами 3, содержащими смазывающую жидкость. При падении давления воздуха шина радиально дефор­мируется, и из капсул выдавливается жидкость, которая смазывает внутреннюю поверхность шины для предотвращения ее перегрева.

По данным фирмы, автомобиль на та­кой спущенной шине может двигаться со скоростью 80 км/ч на расстояние 160 км. Имеются конструкции двухполостных шин, одна из которых упрощенно показана на рис. 11.26. Она состоит из бескамерной шины 1 и диафрагмы 2, разделяющей внутренний объем на две полости А и Б. Полость Б заполняется воздухом через вентиль шины 3, а полость А — через клапан 4. При проколе шины воздух вы­ходит только из полости А, а диафрагма и воздух в полости Б поддерживают шину, так как открытию клапана 4 препятствует его касание внутренней поверхности шины. Фирмой «Пирелли» предложена ори­гинальная конструкция шины с треуголь­ным профилем (рис. 11.27). Эта шина, смонтированная на очень узкий цилинд­рический обод, после падения давления в ней деформируется так, что при качении работает как пустотелый резиновый обруч. По данным фирмы, новый профиль по­зволяет снизить вибрации и шум шины ввиду отсутствия выпуклых боковин, уве­личивается пространство для размещения тормозов и элементов рулевого управления благодаря низкому профилю шины и малой ширине обода.

Рис. 11.27. Шина треу­гольного профиля в нор­мальном и спущенном состояниях

Дата добавления: 2015-08-13