VESTA    LADA  
 
   

  Арочные шины

В последние годы (с 1952 г.) в иностранной литературе появились сообщении о шинах новой конструкции, имеющих конфигурацию, близкую к сферической (рис. 28). Отличительной

Рис. 28. Шины «Липсоид» фирмы Штраусслер:

1 — протектор с рисунком повышение й проходимости и центральным шашечным поясом; 2 — протектор с рисунком повышенной проходимости и центральным продольным поясом; 3 — протектор с рисунком повышенной проходимости.

особенностью этих шин является большая ширина профиля *при сравнительно небольшом наружном диаметре и высоте профиля. Фирма «Штраусслер» (Англия), впервые изготовившая эти шины, назвала их шинами «Липсоид (Lipsoid). В табл. 5

Таблица 5

Характеристика шин «Липсоид» фирмы «Штраусслер»

Наружный диаметр шины

Ширина профиля шины

Площадь контакта

Диаметр сбода дюймы

Число слоев

Нагрузка на шину кГ

дюймы

мм

дюймы

мм

ДЮЙМЫ

см2

32

815

16

406

318

2040

16,5

8

1 500

41

1041

26

660

742

4800

19

8

3 500

44

1120

28

714

870

5600

22,5

8

5 000

52

1323

28

714

1028

6640

26

10

7 000

66

1680

33

840

1452

9400

38

12

12 000

приведены данные из каталога фирмы «Штраусслер» по шинам «Липсоид». В последующих рекомендациях фирма «Штраусслер» указывает гораздо меньшую допустимую нагрузку на шины (табл. 6).

Таблица 6

Уточненные нагрузки на шины «Липсоид» фирмы «Штраусслер»

Размер шины дюймы

Уточненная нагрузка на шину кГ

32X16

750

41x26

2500

44x30

3000

52x28

5000

66x33

8000

Шины «Липсоид» применяются на специальных тягачах, автомобилях и тракторах, предназначенных для работы по бездорожью. По утверждению фирмы «Штраусслер», автомобиль на шинах «Липсоид» может на большой скорости преодолевать крутые подъемы и спуски, проходить по мягким грунтам (песок, размягченная грунтовая дорога, заболоченная местность). Максимальная скорость движения автомобиля достигает 80 км/час.

Шины «Липсоид» производятся кустарным способом. Сначала изготавливают гладкую шину, вулканизуют ее в котле, затем вручную наклеивают профилированные грунтозацепы из сырой резины и шину вторично вулканизуют.

Кроме фирмы «Штраусслер», шины «Липооид» изготавливает также фирма «Метцелер» (ФРГ).

Работа по созданию арочных шин была начата в Советском Союзе в 1956 г. В НИИ шинной промышленности был разработан проект первой арочной шины размером 1000X650. Для получения предварительных данных о 'работе арочных шин институт изготовил арочные шины 1000 X650 с гладким протекторам. В 1957 г. Ярославским шинным заводом были изготовлены первые опытные образцы арочных шин 1140X700 модели Я-146 для автомобиля ЗИЛ-150, а НИИ шинной промышленности изготовлены шины 1000X650 модели И-182 для автомобиля ГАЗ-51. Шина 1000x650 допускает максимальную нагрузку 2000 кГ при внутреннем давлении воздуха 1,4 кГ)см2у а шина 1140X700 три том же внутреннем давлении воздуха—нагрузку

Рис. 29. Арочная шина 10С0Х 650 модели И-182 (а); арочная шина 1140 X 700 модели Я-146 (б); разрез арочной шины (в).

б

3000 кГ. Шина 1000 x 650 устанавливается на задний мост автомобиля ГАЗ-51 вместо сдвоенных шин 7,50—20, на передних колесах остаются шины 7,50—20; шина 1140X700 устанавливается на задний мост автомобиля ЗИЛ-150 вместо сдвоенных шин 260—20, на передних колесах остаются шины 260—20. Общий вид шин 1000X650 модели И-182 и шин 1140X700 модели Я-146 шоказан на рис. 29.

Конструкция шин

Арочная шина по своим конструктивным данным и внешнему виду существенно отличается от обычных автомобильных шин. Она (представляет собой шар, усеченный с двух сторон. В поперечном сечении арочная шина напоминает арку с двухсторонним закреплением бортов (обычные автомобильные шины имеют форму тора с односторонним закреплением бортов).

Основные конструктивные соотношения арочных шин, изготовляемых в настоящее время шинной промышленностью, и соответствующих им обычных шин приведены в табл. 7.

Как видно из табл. 7, ширину профиля арочной шины принято брать равной 0,50—0,65 ее диаметра. Арочные шины в 2,5—3,5 раза шире обычных автомобильных шин. Высота профиля арочных шин гораздо меньше их ширины: отношение высоты профиля к ширине (Н/В) у этих шин лежит в пределах 0,3—0,4, в то время как у обычных шин высота профиля равна или несколько больше ширины профиля (Н/В для обычных грузовых и легковых автомобильных шин равно 0,95—1,15).

Отношение ширины беговой дорожки протектора к общей ширине у арочных шин достигает величины 0,95—0,98. У стандартных грузовых шин это соотношение лежит в пределах 0,72—0,81. Увеличение ширины беговой дорожки протектора объясняется стремлением улучшить сцепление шины с мягким грунтом.

Арочные шины по условиям работы обычно снабжаются протектором с рисунком повышенной проходимости.

У арочных шин моделей И-182, И-185 и Я-146 (рис. 29) этот рисунок выполнен в виде грунтозацепов шириной 25—35 мм, расположенных под углом 45° к окружному сечению шины. Глубина рисунка достигает 40—60 мм, в то время как у грузовых шин с дорожным или комбинированным рисунком глубина рисунка не превышает 13 мм, с рисунком повышенной проходимости — 25 мм, у сельскохозяйственных шин глубина рисунка достигает 25—35 мм, у тракторных шин, -предназначенных для работы в болотистой местности, — 60 мм. Грунтозацепы расположены по протектору с большим шагом («225 мм). Площадь грунтозацепов составляет 16—17% от общей площади протектора. Такая конструкция рисунка обеспечивает хорошее сцепление шины с мягким грунтом и хорошую самоочищаемость. Однако существенным недостатком этого рисунка является низкая износостойкость.

Учитывая, что арочные шины предназначены для работы при больших деформациях (до 30%) и передачи большого крутящего момента, они изготовляются из высокопрочного капронового корда и резин на основе натурального каучука (100%). С целью уменьшения напряжений изгиба, которые концентрируются по углам беговой дорожки, в шинах 1000X650 и

Таблица 7

Арочные шины

Обычные шины

Характеристика шин

1000 x 650

1140 x 700

1500x840

900-20

260-20

7,50-20

Модель

И-182

Я-146

И-185

М-13

И-125

Я-44

Число слоев корда

6

4

8

6

10

10

8

Ширина обода, мм

650

650

700

820

152

152

127

Габариты шины по форме

Наружный диаметр, мм

j 1000

1000

1140

1500

1022,6

1044

937

Посадочный диаметр, мм

! 508

1

508

629

1000

509

509

509

Высота профиля, мм

| 246

246

255

250

256

267

212

Ширина профиля, мм

650

650

700

840

246

231

192

Ширина протектора по хорде, мм ,

620

620

500

820

200

178

146

Стрела дуги протектора, мм

107

107

54

128

22

25

17

Отношение высоты профиля к ширине

0,38

0,38

0,37

0,30

1.11

1,08

1,11

Отношение ширины протектора по хорде к ширине профиля,

0,95

0,95

0,72

0,98

0,72

0,81

0,76

Отношение стрелы протектора к высоте профиля

h/H

44

44

51

8,6

9,2

8,3

Отношение ширины профиля к наружному диаметру В

/D

0,65

0,65

0,61

0,56

0,24

0,22

0,21

Глубина рисунка

40

40

60

40

11,5

11

13,0

Толщина протектора по короне, мм

47

47

71

47

18

20

20

Площадь выступов, % от всей поверхности протектора

17

17

16,8

16

61

53

Габариты надутой шины

Максимальная рекомендуемая нагрузка, кГ

2000

500

3000

3000 (1575)

1550

1550

1000

Внутреннее давление, кГ/см2

1,4

0,5

1,4

1,4 (0,7)

4,5

4,5

4,0

Наружный диаметр, мм .

1035

1021

1578 (1562)

1014

1040

930

Статический радиус, мм

442

472

465

— (783)

478

490

445

Среднее удельное давление в площади контакта кГ/см

1,0

0,84

1,6

- (0,66)

4,6

3,8

4,7

Радиус качения, мм (динамический)

495

550

480

493

438

Среднее удельное давление на выступах (при качении по твердой поверхности), кГ/см2

7,5

4,0

- (3,4)

7,6

7,2

9,0

Вес покрышки, кГ

7,0

114

145

48

48

33

Напряжение на нить, кГ/нить (по короне) ....

0,95

0,50

0,48

1,29

1,17

Примечание. В скобках указаны нагрузки и соответствующие им внутренние давления воздуха в шинах.

Конструктивные характеристики арочных шин и соответствующих им обычных автомобильных шин

1500X840 предусмотрено наложение в этой зоне на первый слой каркаса усилительных резиновых ленточек калибром 5,0 мм и шириной до 80 мм.

НИИ шинной промышленности и шинные заводы разработали ряд конструкций арочных шин для основного парка грузовых автомобилей и других машин (табл. 8).

Таблица 8

Основные размеры арочных шин, разработанных в Советском Союзе

Арочные шины изготавливаются бескамерными; сжатый воздух подается непосредственно в полость между ободом и покрышкой.

Для уменьшения диффузии воздуха в тело шины на внутренней стороне покрышки предусмотрен герметизирующий слой резины. Этот слой может быть изготовлен из резины на основе натурального каучука. Целесообразно применение в герметизирующем слое резин из бутилкаучука, обладающего большой воздухонепроницаемостью.

Особенности изготовления шин

В настоящее время арочные шины изготавливаются в основном по технологии, принятой для обычных автомобильных бескамерных шин, на имеющемся технологическом оборудовании шинного производства. Однако в технологии изготовления таких шин имеется ряд особенностей, обусловленных различиями их конструкции.

Большая ширина профиля арочной шины вызывает необходимость применения протектора шириной 840—1000 мм. Для выпуска такой заготовки нужны 12" и более мощные шприц-машины. При использовании менее мощных шприц-машин протектор приходится .изготавливать из нескольких деталей. Из-за 'большого объема варочных камер, применяемых для вулканизации арочных шин, варочные камеры не могут заправляться в заготовку сырой покрышки механическим способом на экспендере. В настоящее время заправка и выемка варочной камеры из арочной шины остается тяжелой ручной операцией.

Конструкция обода и колеса

Шины монтируются на специальный герметичный обод, конструкция которого рассмотрена ниже.

Автомобильной промышленностью разработано два типа опытных ободов к арочным шинам: обод с распорным кольцом и обод с фланцевым креплением бортов шины.

Общий вид обода с распорным кольцом показан на рис. 30,а. Обод с распорным кольцом состоит из двух частей: наружной 1 и распорного кольца 3. Борта шины 2 посажены на конические полки обода. Угол наклона полки обода равен 10°. Борта шины закрепляются на ободе с помощью разрезного распорного кольца 3. Для увеличения жесткости распорное кольцо имеет гофрированную поверхность в поперечном направлении. Герметизация шины пo борту достигается за счет плотной посадки борта на полку обода. Диаметр шины на 1,8 мм меньше диаметра обода. Для предотвращения утечки -воздуха по месту разъема обода укладывается резиновый уплотнительный шнур — 4. Воздух в полость между ободом и шиной подается через вентиль типа МО-2, устанавливаемый непосредственно на ободе колеса.

Монтаж шины на обод «производится в следующем порядке. Разрезное распорное кольцо несколько сжимается в окружном направлении и вставляется внутрь шины. В шине кольцо центрируется и в месте разреза скрепляется внахлестку тремя винтами. На внутреннюю (половину обода, положенную на полку шпильками вверх, укладывают уплотнительный шнур, а затем на нее надевают шину с распорным кольцом. После этого в шину устанавливают верхнюю половину обода и обод стягивают шпильками до полной посадки бортов шины на полку обода.

После монтажа и подкачки шины колесо должно -проверяться на герметичность. Места соединений бортов шины с закраиной и места разъема обода смачиваются мыльной водой. Появление пузырьков указывает на пропуск воздуха.

Эксплуатационные испытания шин 1000x650 и 1140X700 показали, что герметизация в местах соединений бортов шины с ободом и в местах разъема обода не всегда надежна. Распорное кольцо является дополнительной сравнительно тяжелой деталью. При наезде шины на препятствие высотой более 200—250 мм из-за значительного пробега пгины может про-

изойти деформация распорного кольца. В результате этого уменьшается сила, удерживающая борт шины на полках обода, посадка борта ослабляется, что может привести .к «потере герметичности шины.

На рис. 30,6 и 30,в показаны два варианта обода с фланцевым креплением бортов шины. Герметизация мест соединения бортов шины с ободом достигается за счет плотного прилегания сферических «поверхностей внутренних фланцев к бортам шины. Колесо в первом варианте (рис. 30,6) состоит из обода /, двух дисков 2 и четырех бортовых фланцев: двух внутренних 3 и двух наружных 4. Диски приварены к ободу. Один hs наружных фланцев 4 является съемным, а остальные фланцы постоянно соединены с ободом, причем один из внутренних фланцев 3 может передвигаться на ширину обода, располагаясь между двумя фланцами, приваренными к ободу. Борта шины зажимают фланцами. Как показано на рис. 30,6 и на рис. 30,в, левый борт зажимается между съемным наружным и неподвижным внутренним фланцами. Правый борт зажимается между «подвижным внутренним и неподвижным наружным фланцами. Крепление фланцев осуществляют шпильками 5, приваренными к внутренним бортовым фланцам, и гайками 6. Для предотвращения утечки воздуха между внутренним подвижным и наружным бортовыми фланцами прокладывают уплотнительный резиновый шнур (см. рис. 30,6). Воздух в полость шины подается через вентиль 7 типа МО-2, установленный на ободе колеса. Уплотнение вентиля на ободе достигают с помощью двух резиновых шайб 8. Вес обода описанной конструкции для шины 1140X700 составляет 108 кг.

При монтаже арочной шины на обод используют монтажные лопатки, два установочных стержня динамометрический ключ. Монтаж шины на обод показан на рис. 31.

Второй вариант обода с фланцевым креплением бортов шины (рис. 30,в) отличается от первого (рис. 30,6) тем, что оба внутренних фланца приварены к ободу, а оба наружных фланца съемные. Фланцы скрепляют между собой рядом шпилек, расположенных снаружи под ободом колеса. Герметизация мест соединения шины с ободом, как и в первом варианте обода, достигается путем плотного прилегания сфери-

рис. 31. Монтаж арочной шины,

чеоких поверхностей внутренних фланцев к бортам шины. Приварка обоих внутренних фланцев к ободу улучшает герметичность обода за счет уменьшения числа герметизирующих мест.

Съемные фланцы имеют конические -полки с углом при вершине конуса 10°. Посадочный диаметр обода на 1—1,5 мм больше посадочного диаметра шины. Таким образом борта шины садятся на полки обода с натяжением, что предохраняет шину от проворачивания на ободе.

Диски колеса смещены относительно середины обода, это смещение обуславливается величиной колесных проемов у автомобилей. Такое несимметричное расположение дисков приводит к неравномерному нагружению подшипников ступицы колеса.

Описанные конструкции ободов с фланцевым креплением имеют ряд недостатков [ненадежность герметизации с помощью уплотнительного шнура, наличие болтов (12 шт.), усложняющих монтаж; кроме того, при затяжке гаек очень часты случаи срыва резьбы] и не удовлетворяют полностью предъявляемым к ним требованиям.

Как показали эксплуатационные испытания, модернизированный обод с фланцевым креплением (рис. 30,в) надежен в эксплуатации, удобен при монтаже и демонтаже шины, хорошо обеспечивает герметизацию. Таким образом, обод данной конструкции является наиболее совершенным для арочных шин.

Особенности эксплуатации шин

При движении автомобиля на обычных автомобильных шинах по дорогам с твердым покрытием сила сцепления шины с дорогой вполне достаточна, чтобы реализовать тяговые усилия и обеспечить хорошие димамические качества автомобиля. При движении -по мягким грунтовым дорогам (размокший грунт, лесок, заболоченная луговина, пахота и т. д.), а также тю снежной целине сила сцепления обычных шин с грунтом, как правило, недостаточна и у автомобиля резко ухудшаются динамические качества, а порой автомобиль полностью теряет способность к передвижению.

Обычные шины также не могут обеспечить хорошую проходимость и других самоходных машин (комбайн, самоходное шасси и др.) при движении по бездорожью.

Арочные шины обладают значительными преимуществами по сравнению с обычными шинами и гусеницами. Гусеничные движители благодаря большой опорной поверхности позволяют достичь низкого удельного давления на грунт (0,1—0,5 кг/см2) и вследствие этого дают хорошее сцепление с грунтом. Однако гусеницы имеют значительный вес и дороги в эксплуатации. На изготовление их требуется много металла. Благодаря интенсивному износу, особенно в местах шарнирных соединений, гусеницы имеют низкий срок службы. На преодоление трения в шарнирах и самих гусеницах расходуется значительная часть мощности двигателя.

Шины повышенного диаметра и профиля при малом значении внутреннего давления воздуха в них обеспечивают большую площадь контакта. Однако при этом центр тяжести машины смещается, а габариты машины увеличиваются. Повышенная масса шины и обода увеличивает инерцию колеса, что ухудшает динамические качества машины.

Колеса с арочными шинами могут применяться на всех самоходных машинах, работающих на мягких грунтовых дорогах и по бездорожью, в частности на автомобилях, самоходных шасси, комбайнах, тракторах и других машинах. Наиболее рационально арочные шины устанавливать на ведущие мосты самоходных машин.

В серийных грузовых автомобилях (ГАЗ-51, ЗИЛ-150 и др.) колеса с арочными шинами устанавливаются на задний мост. У подавляющего числа отечественных грузовых автомобилей на заднем мосту имеется >по два колеса с каждой стороны. Колеса с арочной шиной устанавливаются по одному с каждой стороны, таким образом одной арочной шиной заменяются две обычные шины. При установке колес с арочными шинами на задний мост грузового автомобиля не требуется никаких дополнительных переделок автомобиля, т. е. колеса с арочными шинами и обычные — взаимозаменяемы.

Низкое удельное давление в зоне контакта арочной шины с дорогой и хорошее сцепление с грунтом дают возможность реализовать в условиях мягких и влажных грунтов большие тяговые усилия, в результате чего проходимость автомобиля существенным образом возрастает. Проходимость автомобилей ГАЗ-51 и ЗИЛ-150, имеющих задние колеса с арочными шинами, становится равноценной «проходимости автомобилей ГАЗ-63 и ЗИЛ-151, соответственно, с двумя и тремя ведущими осями.

В качестве -примера в табл. 9 приведены относительные значения тягового усилия автомобиля ГАЗ-51 на арочных и

Таблица 9

Тяговые усилия автомобиля ГАЗ-51 на арочных и на обычных шинах и автомобиля ГАЗ-бЗ на обычных шинах

Тип автомобиля и шин

Тяговые усилия о/ /о

автомобиля

на сухом песке

на разбитой грунтовгй (глинистой) дсроге

ГАЗ-51 ГАЗ-63 ГАЗ-51

на шинах 7,50—20 модели Я-44

на шинах 9,00—18 модели И-98

на арочных шинах 1000x650 модели И-182

100 200 344

30 166 244

обычных шинах и автомобиля ГАЗ-бЗ на обычных шинах (по данным Горьковокого автомобильного завода). Значение тягового усилия автомобиля ГАЗ-51 на стандартных шинах 7,50—20 модели Я-44 на сухом песке принято за 100%.

Из табл. 9 видно, что на сухом песке автомобиль на арочных шинах развивает в 3,5, а на разбитой глинистой дороге — в 8 раз большее тяговое усилие, чем на обычных шинах.

Автомобиль с арочными шинами может надежно передвигаться по мягкому переувлажненному грунту, жидкой грязи, сухому песку, заснеженной целине. Результаты лабораторно-дорожных испытаний арочных шин, проведенные НАМИ, НИИШП и ЯШЗ, а также опыт эксплуатации опытных шин 1140X700 в ряде автомобильных хозяйств показали, что при движении по жидкой грязи глубиной до 500—700 мм в период весенней распутицы автомобили ЗИЛ-150 и ГАЗ-51 на арочных шинах могли уверенно идти со скоростью до 12 км/нас. В указанных условиях эти автомобили на обычных шинах передвигаться не могли. На арочных шинах автомобили ГАЗ-51 и ЗИЛ-150 могут преодолевать неглубокие водоемы с илистым дном, заболоченную луговину. На сухой суглинистой и черноземной пахоте (глубина вспашки 200 мм) автомобиль может развивать скорость до 18 км/час.

В зимних условиях проходимость автомобиля с арочными шинами также значительно выше, чем на обычных автомобильных шинах. Автомобили ГАЗ-51 и ЗИЛ-150 на арочных шинах легко проходят по снежной целине глубиной 500—600 мм. При наличии наста сила сопротивления движению автомобиля, в особенности качению передних колес, резко возрастает. В этом случае автомобиль ГАЗ-51 может преодолевать снежный покров глубиной до 300 мм. При глубине покрова 350—400 мм автомобиль может двигаться только с применением заднего хода — путем «раскачки». Наблюдались случаи, когда автомобиль с арочными шинами на снежной целине проходил три-четыре раза по одному следу, и по проложенной колее могли двигаться обычные грузовые автомобили. Эта особенность указывает на возможность организации в зимнее время автоколонн во главе с тремя-четырьмя автомобилями на колесах с арочными шинами. Такие автоколонны могут двигаться по снежной целине или по сильно заснеженной дороге.

При движении автомобиля в зимнее время по укатанным шоссейным или обледенелым дорогам арочные шины с рисунком протектора высокой проходимости в виде отдельных грунтозацепов не обеспечивают достаточного сцепления с дорогой, особенно в боковом направлении. Автомобиль становится очень чувствительным к боковому заносу. Для повышения сцепления арочной шины с дорогой в боковом направлении целесообразно видоизменить рисунок протектора. Вероятно, будет целесообразным рисунок протектора с непрерывными кольцевыми выступами в окружном направлении. Такой непрерывный пояс выступов рисунка протектора должен способствовать увеличению сцепления шины с дорогой в боковом направлении.

Реализация больших тяговых усилий колесами с арочными шинами требует .повышенного внимания со стороны водителя. Водитель должен помнить, что три движении по бездорожью резкое включение сцепления, особенно при использовании понижающих передач (первой и второй), всевозможное рывки могут привести к поломке элементов силовой передачи автомобиля. Только (плавное движение и отсутствие рывков -позволяют водителю полностью использовать высокие качества арочных шин.

Как уже отмечалось выше, арочные шины значительно шире обычных сдвоенных колес автомобилей. Это обстоятельство иногда отрицательно сказывается на эксплуатации арочных шин. Так, например, при движении арочной шины по колее, образованной обычными сдвоенными шинами, только часть арочной шины размещается в колее. Края шины идут по кромке -колеи. Если грунт кромок колеи мягкий, то он деформируется до тех пор, пока нагрузка не рассредоточится по всей площади контакта шины. Если же грунт колеи твердый и под действием нагрузки он деформируется незначительно, арочная шина -провисает на краях. В этом случае наблюдается значительная перегрузка отдельных зон шины (чаще всего бортовых зон). Даже кратковременная перегрузка шины способствует более быстрому ее разрушению. Особенно опасно движение на арочных шинах по грунтовым дорогам в период ранней весны или поздней осени, когда возможны кратковременные заморозки. Неровности замерзшей почвы при недостаточном внимании водителя могут явиться причиной повреждения шины и обода колеса. На рис. 32 показано механическое повреждение борта арочной шины 1140X700, .полученное три движении автомобиля ЗИЛ-150 по грунтовой дороге ранней весной, после кратковременного заморозка.

Большая эластичность и низкое внутреннее давление обеспечивают арочным шинам высокие амортизационные качества. Арочные шины могут плавно «обтекать» препятствия в виде отдельных камней, твердых кочек, пней и т. д. высотой до 250 мм, .при условии, что .препятствие попадает в зону середины беговой дорожки шины. Это .подтверждает, что амортизационные качества арочных шин значительно выше, чем у обычных шин. Однако в случае наезда бортовой части шины на высокое (препятствие вызывается концентрированная нагрузка на колесо, что может явиться причиной повреждения шины и колеса.

Рис. 32. Разрушение покровной резины в надбортовой части арочной шины 1140x700 при эксплуатации ее на автомобиле ЗИЛ-150 на дорогах с глубокой замерзшей колеей.

По литературным данным известно, что собственная частота (колебаний арочной шины вследствие большого объема воздуха, находящегося под низким давлением, и особенностей конструкции шины составляет 90—130 кол/мин., что эквивалентно колебаниям хорошей рессоры (собственная частота колебаний обычной шины равна 400—500 кол/мин). Поэтому характеристика рессорной подвески при арочных шинах имеет меньшее значение.

При движении автомобиля по дорогам с твердым покрытием на арочных шинах, имеющих рисунок «протектора «косая елка», в виде отдельных грунтозацепов высотой 40—60 мм, расположенных с шагом 220—230 мм (шины 1140X700 модели Я-146, шины 1000X650 .модели И-182), наблюдается вибрация колеса. При скоростях примерно 30 и 50 км/час собственные колебания колеса усиливаются за счет резонанса с колебаниями элементов ходовой системы автомобиля. Таким образом, возникают незатухающие колебания колеса и автомобиля в целом. Вибрация

Рис. 33. Автомобиль ГАЗ-51 на арочных шинах 1000 X 650 с центральными продольными ребрами.

автомобиля в значительной степени утяжеляет условия работы водителя, а также может явиться причиной поломок отдельных деталей. Чтобы избежать отрицательных последствий вибрации автомо8иля при движении по дорогам с твердым покрытием, водителю приходится ограничивать максимальную скорость движения автомобиля 40—45 км/час.

Следует, однако, иметь в виду, что вибрация колеса с арочной шиной может быть существенно уменьшена за счет измене

ния рисунка протектора шины. Одним из видов измененного рисунка протектора может явиться рисунок с беговой дорожкой посередине. На рис. 33 показана смонтированная на автомобиле ГАЗ-51 опытная арочная шина 1000X650 с двумя беговыми дорожками посередине, изготовленная в НИИ шинной промышленности. Результаты испытаний арочной шины с беговой дорожкой посередине, установленной на автомобиле ГАЗ-51, показали, что при движении автомобиля по асфальтовому шоссе со скоростью до 60 км/час вибрации автомобиля незначительны.

В 1958 г. НИИ Шинной промышленности была разработана конструкция арочной шины 1000X600 модели И-213 (рис. 34) для автомобиля ГАЗ-51 и Ярославским шинным заводом — конструкция шины 1140X700 новой модели Я-170. В конструкции этих шин внесен ряд усовершенствований по сравнению с шинами -первых моделей. В частности, <по центру беговой дорожки протектора веден шашечный пояс, что позволило устранить вибрацию автомобиля и снять ограничение скорости при движении по дорогам с твердым покрытием. В надбортовой части, для защиты- закраины обода, введена резиновая подушка.

Техническое обслуживание арочных шин (принципиально не отличается от обслуживания обычных шин с учетом некоторых особенностей, вызываемых тем, что эти шины — бескамерные.

Работа шин

В периодической печати имеется информация, освещающая эксплуатационные качества арочных шин, но сообщений об исследованиях работы этих шин нет, что существенным образом затрудняет разработку их конструкции. В частности, при выборе параметров арочных шин конструктору приходится в основном опираться только на опыт, накопленный при конструировании автомобильных шин, шин для тракторов, сельскохозяйственных -машин и других шин повышенной проходимости. Для более рационального выбора конструктивных параметров арочных шин необходимо всестороннее исследование работы их как в лабораторных, так и в дорожных условиях.

Рис. 34. Арочная шина 1000 X 600 с центральным шашечным поясом.

Ниже приводятся некоторые результаты испытаний арочных шин, проведенных в НИИ шинной промышленности. Эти испытания представляют собой одну из первых попыток выявления особенностей работы арочных шин. Можно полагать, что приведенные данные помогут более полно представить специфику работы шины. Прогиб шины под действием радиальной нагрузки является одной из важных величин, характеризующих работу элементов, эластичность .и амортизационные качества шины.

Для обычных автомобильных шин величина прогиба при максимальной рекомендуемой радиальной нагрузке и соответствующем ей внутреннем давлении находится, как уже указывалось, в пределах 10—14%, у шин для тракторов и сельскохозяйственных машин — в -пределах 14—18%. Величина прогиба арочных шин в силу особенности их конструкции принимается значительно большей и достигает 27% при максимальной рекомендуемой радиальной нагрузке и соответствующем внутреннем давлении воздуха. На рис. 35 показаны результаты измерения прогиба шины 1000X650 модели И-182, шины 1140X700 модели Я-146 и шины 52X28 фирмы Штраусслрр. Прогиб шины определялся при различных значениях внутреннего давления от 0,5 до 4 кГ/см2 в зависимости от величины «радиальной нагрузки, изменяющейся в пределах от 500 до 3000 кГ. Обжатие шин производилось на плоской твердой опорной поверхности. Прогиб ш.ин определялся как разница между средним радиусом .шины в свободном состоянии (без радиальной нагрузки) и статическим радиусом.

Характеристика испытывавшихся шин приведена в табл. 6 (стр. 37) и табл. 8 (стр. 42).

Как видно из рис. 35, прогиб арочной шины увеличивается пропорционально увеличению нагрузки. При малых нагрузках (500—1000 кГ) прогиб растет более интенсивно, чем при нагрузках 2500 кГ и выше. Это объясняется тем, что при больших нагрузках все большее сопротивление оказывают элементы бортовой части шины, обладающие повышенной жесткостью. Прогиб шины существенным образом зависит от величины внутреннего давления. Так, например, у шины 1000X650 повышение внутреннего давления с 0,5 кГ/см2 до 2 кГ/см2 приводит к уменьшению прогиба с 43 мм до 23 мм при нагрузке 500 кГ и со 140 мм до 84 мм при нагрузке 3000 кГ, т. е. увеличение давления в четыре раза приводит к уменьшению прогиба примерно вдвое при нагрузке 500 кГ и примерно на 80% при нагрузке 3000 кГ. Непропорциональное изменение прогиба в зависимости от изменения внутреннего давления при различных нагрузках объясняется также изменением жесткости шины в зависимости от величины прогиба. Для шины 52x28 фирмы Штраусслер увеличение внутреннего давления с 1 кГ/см2 до. 4 кГ/см2 приводит к уменьшению прогиба с 34 мм до 12 мм при нагрузке 1000 кГ и со 109 мм до 46 мм при нагрузке 5000 кГ, т. е. повьь шение давления в 4 раза вызывает уменьшение прогиба в 2,8 при нагрузке 1000 кГ и в 2,1 раза при нагрузке 5000 кГ.

Изменение прогиба с изменением нагрузки у арочных шин идет более плавно, чем у обычных автомобильных шин, за счет больших габаритов, меньшего внутреннего давления и меньшей жесткости арочных шин. Если у обычных шин 260—20 и 7,50—20 средняя жесткость -равна 60—80 кГ на 1 мм прогиба шины, то у арочных шин она равна примерно 40 кГ/мм.

Рис. 35. Прогиб арочной шины в зависимости от нагрузки при различном внутреннем давлении воздуха:

а — шнна 1000 х 650 модели И-182, давление воздуха: 1 — 0,5 кГ/см-\ 2 — 1,0; 5—1,5; 4 — 2,0;

б—шнна 1140 х 700 модели И-146, давление воздуха 1,5 кГ/см2\

в — шнна 52 х 28 (фирма Штраусслер), давление возд\ха: 1 — 1,0 кГ/см2; 2— 1,4; 3 — 2,0; 4 — 4,0

Из сравнения данных, «приведенных на рис. 35 для шин 1000X650 и 1140X700, видно, что прогиб шины 1140X700 меньше, чем у шины 1000x650 при тех же нагрузках и внутреннем давлении. Это объясняется тем, что шина 1140X700 имеет восемь слоев, а шина 1000X650 — шесть слоев. Калибр подканавочного слоя у шины 1140X700 равен 11 мм, а у шины 1000x650 составляет 7 мм, высота и ширина грунтозацепов у шины 1140X700 составляет 60x35 мм, а у шины 1000X650 равна 40X25 мм.

Площадь 'контакта арочной шины с дорогой представляет собой круг. Ввиду сравнительно малой кривизны профиля шины площадь контакта с увеличением нагрузки быстро растет. При качении по мягкому грунту, в результате деформации его, площадь контакта также быстро растет. Площадь контакта арочной шины гораздо больше, чем площадь контакта обычной шины. Величины площади контакта арочных и обычных шин при эксплуатационных значениях внутренних давлений и нагрузок приведены в табл. 10.

Как видно из табл. 10, «площадь контакта шины 1000X650 при качении по твердому грунту при нагрузке 2000 кГ и внутреннем давлении воздуха в шине 1,4 кГ/см2 составляет 1980 см2у

Таблица 10

Площадь контакта и удельное давление по площади контакта арочных и обычных автомобильных шин

Размер шин

Модели

Нагрузка кГ

Давление кГ/см2

Площадь контакта

СМ2

Удельное давление К г /см2

1000X650

И-182

2000

1,4

1980

1,01

7,50—20

М-9

2000

4,0

500

4,00

1140X700

Я-146

3000

1,4

2060

1,46

260-20

И-125

3100

4,5

806

3,84

среднее удельное давление равно 1,01 кГ/см2. Площадь контакта двух шин 7,50—20, вместо которых устанавливается шина 1000X650, при внутреннем давлении воздуха в шине 4,0 кГ/см2 и нагрузке на обе шины 2000 кГ равна 500 см2. Среднее удельное давление в площади контакта — 4,0 кГ/см2. Площадь контакта арочной шины 1140X700 при нагрузке 3000 кГ и внутреннем давлении 1,4 кГ/см2 равна 2060 см2, среднее удельное давление составляет 1,46 кГ/см2. Площадь контакта двух шин 260—20, вместо которых устанавливается шина 1140X700, при внутреннем давлении воздуха в шине 4,5 кГ/см2 и нагрузке на две шины 3100 кГ равна 806 см2.

Как видно из приведенных данных, площадь контакта арочной шины в 2,5—4,0 раза больше, чем суммарная площадь контакта сдвоенных автомобильных шин, вместо которых применены арочные шины. Благодаря резкому увеличению площади контакта при применении арочных шин снижается удельное давление в площади контакта и повышается проходимость автомобиля.

При качении по дороге с твердым покрытием шина соприкасается с дорогой только выступами рисунка и вся нагрузка воспринимается ими. Но площадь выступов рисунка у шин 1000X650 модели И-182 и шин 1140x700 модели Я-146 составляет только 17% от величины поверхности беговой дорожки. Отношение площади выступов рисунка к общей площади контакта в среднем составляет ту же величину. Среднее удельное

давление на грунтозацеп шины 1000X650 при нагрузке 2000 кГ и внутреннем давлении воздуха 1,4 кГ/см2 составляет 6 кГ/см2у а у шины 1140X700 при нагрузке 3000 кГ и внутреннем давлении воздуха 1,4 кГ/см2 оно составляет 8,6 кГ/см2. Измерение удельного давления в зоне контакта шины 1000X650 дорогой при указанном режиме показало, что удельное давление по грунтозацепу, расположенному в средней части площади (контакта, распределяется следующим образом: в центре беговой дорожки 6— 8 кГ/см2, посередине длины грунтозацепа 11—12 кГ/см2 и по краю площади контакта 8— 10 кГ/см2. Таким образом, максимальное удельное давление наблюдается посередине длины грунтозацепа.

Износ рисунка ^протектора арочных шин 1000X650 и

1140X700 идет неравномерно. Максимальное истирание рисунка протектора шины наблюдается на расстоянии 200 мм влево и вправо от средней линии протектора. Как показали измерения, зона максимального износа рисунка протектора шины совпадает с зоной максимального удельного давления. По центру беговой

дорожки удельное давление несколько меньше, а эластичность шины, которая способствует уменьшению проскальзывания элементов рисунка относительно дороги, посередине беговой дорожки — больше. Это и обусловливает меньшее истирание рисунка протектора посередине беговой дорожки шины.

Наблюдение за истиранием рисунка «протектора шины 1000Х Х'650 и шины 1140X700 показывает, что .наиболее интенсивно истирается задняя кромка грунтозацепа и что внутренняя сторона шины истирается значительно быстрее наружной стороны.

На рис. 36 .показаны результаты измерения истирания протектора шин 1000X650 модели И-182, установленных на задних колесах автомобиля ГАЗ-51. Испытания проводились на заснеженном асфальтовом шоссе три средней скорости движения 27 км/час (максимальная скорость 40 км/час), /при постоянной нагрузке на автомобиль 2000 кГ и внутреннем давлении воздуха в шине 1,4 кГ/см2.

Износ шины оценивался изменением конфигурации грунтозацепов в «процессе эксплуатации. Замер износа производился у четырех грунтозацепов, равнорасположенных по окружности шины как с внутренней, так и с наружной стороны ее. При замере снимался контур трех поперечных сечений каждого грунтозацепа. Результаты замеров показаны на рис. 36 (на общем

виде шины 1000X650 указаны точки измерения износа шины, стрелкой показано направление качения шины).

Общий вид шины 1000X650 левого колеса автомобиля после пробега 26 000 км показан на рис. 37. Последние 6000 км автомобили проходили весной в основном на мокром асфальтовом шоссе. Ввиду направленности рисунка протектора и трудности монтажных и демонтажных работ перестановка колес с арочными шинами во время испытаний не производилась.

Износ протектора с внутренней стороны шины в конце испытаний достиг последних слоев каркаса, в то время как с наружной стороны на шине видны следы начала истирания под-канавочного слоя (толщина подканавочного слоя шины 1000x650 равна 7 мм). Особенно интенсивно истирание протектора происходит при движении автомобиля в летних условиях (по дорогам с твердым ^покрытием. В летних условиях интенсивность износа увеличивается примерно в десять раз по сравнению с зимними условиями. На грунтовых дорогах интенсивность истирания протектора значительно ниже, чем на асфальтовых дорогах, однако ввиду отсутствия точных данных количественную оценку износа рисунка протектора арочных шин на грунтовых дорогах в настоящее время произвести нельзя. Характер износа шины, на грунтовых дорогах остается таким же, как на дорогах с твердым покрытием. Следовательно, неравномерный износ арочной шины не зависит от типа дорог, а полностью определяется особенностями конструкции шины, в частности широким профилем и большим прогибом. Интенсивному износу рисунка протектора арочных шин способствует в большой степени конструкция рисунка: высокие (40—60 мм) грунтозацепы^ расположенные с большими интервалами. Шаг рисунка достигает 226 мм.

Рис. 37. Общий вид арочной шины 1000 X 650 (модели И-182) левого заднего колеса после пробега 26 тыс. км по асфальту в зимних условиях.

Деформация элементов шины, возникшая в результате прогиба в зоне соприкосновения шины с дорогой, не локализуется только площадью контакта, а распространяется на лежащие вблизи от площади контакта элементы шины. У стандартных легковых и грузовых шин деформации распространяются влево и вправо от середины площади контакта примерно в пределах центрального угла, равного 60°, т. е. на 7з окружности шины. Вне этой зоны деформация элементов шины постоянна и равна деформации под действием внутреннего давления воздуха. У арочных шин зона дополнительных деформаций распространяется примерно на 110° влево и вправо от центра площади контакта. Увеличение зоны деформации у арочных шин по сравнению с обычными шинами связано с большей эластичностью и большей площадью контакта этих шин. Напряжения и деформации элементов шины могут быть оценены величинами линейных деформаций по крайней мере в трех направлениях: по нити корда, по меридиану и окружности шины. Кривые деформации первого слоя корда арочной шины 1000X650 модели И-182 при качении (в различных точках по профилю, в участках, расположенных под грунтозацепами) для этих направлений показаны на рис. 38. Деформации в шине замерялись резино-проволочными датчиками. Сопоставление кривых деформаций арочной и стандартных грузовых и легковых шин показывает, что характер изменения деформаций в различных точках шины при качении для всех сравнваемых типов шин — одинаков. Кривые изменения меридиональных и окружных деформаций по первому слою каркаса шины имеют характерную форму с тремя экстремумами. Точки экстремума у арочных шин испытуемых вариантов соответствуют сечениям, составляющим центральные углы 10—15 и 30— 35°. У стандартных шин точки среднего экстремума располагаются в вертикальной плоскости симметрии. У арочной шины точки среднего экстремума смещены на угол 15°. Такое сме-

щение объясняется влиянием рисунка протектора шины. При нормальных условиях (Рв = 1,4 кГ/см2 и Q= 1850 кГ) в плоскости контакта арочной шины с дорогой одновременно находятся 3—4 грунтозацепа. По мере перекатывания шин величина площади соприкосновения грунтозацепов с дорогой в начале площади контакта, т. е. от входа до середины контакта, и в конце площади контакта не одинакова. Таким образом, нагрузка по площади контакта распределяется не симметрично. Последнее обусловливает несимметричную деформацию каркаса, что и отображается в несимметричности кривых деформаций.

Деформации во всех точках в окружном и меридиональном направлениях имеют разные знаки. Растяжению в окружном направлении соответствует сжатие в меридиональном, и, наоборот, сжатию в окружном — соответствует растяжение в меридиональном направлении. Значения деформаций в окружном и меридиональном направлениях (средний экстремум кривых деформации) приведены в табл. 11.

Таблица 11 Деформация нитей корда шины 1С00Х650

Точка измерения деформаций

Деформация элементов шины, %

Деформация

по нити %

в окружном направлении

в меридиональном направлении

Корона

-0,5

+1.5

0,7

1 10 мм от короны

+ 1,7

—3,0

3,5

220 » »

+4,2

-6,0

4,7

280 » »

+4,2

-4,6

3,2

Максимальная деформация достигает 4—6%. По деформации в окружном и меридиональном направлениях можно приближенно рассчитать величину деформации резины в слое. Так как база датчика захватывает несколько нитей, измеряемая датчиком окружная и -меридиональная деформации лредстав-ляют собой среднюю деформацию слоя.

Если предположить, что нить по сравнению с резиной практически не деформируется, то вся измеренная деформация возникает за счет изменения ширины участков резины между .нитями. Относя измеренную деформацию к размеру этих участков, найдем деформацию резины (е) по формуле:

t

'где еизм. — измеренная относительная деформация;

t — шаг нитей (расстояние между осями соседних нитей); d — калибр (нити.

Капроновый корд 14к, из которого изготовлена шина 1000X650, имеет калибр 0,55 мм. Шаг корда по короне шины

равен 0,78 мм. Таким образом, множительпо короне шины

будет равен _

Деформация резины в окружноми в меридиональном

направлениях будет равна:

По короне указанные деформации являются главными. Следовательно, по их величине может быть рассчитана деформация •сдвига, отнесенная к осям, идущим -под углом 45° к главным осям. Деформация сдвига равна:

Характер кривой деформации нитей корда арочной шины также аналогичен обычной шине. Нити корда при качении работают на растяжение. Максимальная деформация сжатия достигает 5%. Сжатие примерно такой же величины наблюдается у легковых шин, изготовленных из капронового корда. У грузовых шин максимальная величина сжатия лежит в пределах 3,5—4,5%. Следовательно, по величине максимальной деформации арочная шина 1000X650 модели И-182 стоит на уровне легковых шин и работает в более тяжелых условиях по сравнению со стандартными грузовыми шинами.

Усталостная долговечность нитей корда наряду с величиной первоначального напряжения определяется размахом колебаний деформации. Максимальный размах колебаний (4,7%) наблюдается в точке на расстоянии 220 мм от короны.

Тепло, выделяющееся при качении, разогревает элементы шины до наступления теплового равновесия, определяемого соотношением между выделяющимся теплом и теплоотдачей. Изменение теплового состояния шины при качении является одной из важнейших характеристик, указывающих на изменение работы элементов шины. Наиболее важно оценить тепловое состояние элементов шин в дорожных условиях, соответствующих условиям эксплуатации шины. Такое измерение теплового состояния элементов шины было произведено на шине 1000Х650 в условиях наиболее тяжелого режима качения шины, встречающегося в эксплуатации (длительное движение автомобиля по дороге с твердым покрытием при максимальной нагрузке). На твердом дорожном -покрытии наблюдается наибольший прогиб шины и концентрация нагрузки в зонах грунтозацепов,. что утяжеляет условия работы элементов шины.

На рис. 39 показаны данные измерений температуры в каркасе и брекере шины под грунтозацепами и между грунтозаце-

ягами в зависимости от скорости качения. Температура шины измерялась в сухое летнее время «при температуре воздуха 20—25°.

Рис. 39. Температура арочной шины 1000 X 650 модели И-182 в зависимости от скорости качения по твердой поверхности:

п) в брекере; б) в каркасе; J—100 мм от середины беговой дорожки (вдоль грунтозацепа); 2—то же, 200 мм\ 3—то же,

350 мм.

Между грунтозацепами ввиду хорошего теплоотвода температура в брекере и каркасе во всех точках низкая и лежит в пределах 30—48°. С увеличением скорости качения с 20 до 60 км/час температура возрастает всего только на 10—12°, достигая в каркасе максимального значения 42—48°.

Под грунтозацепами температура в зоне брекера и каркаса одинакова и примерно в 2—2,5 раза выше, чем между грунтозацепами. В средней зоне беговой дорожки (точки на расстоянии 100—200 мм от середины) при увеличении скорости качения с 10 до 60 км/час температура шины возрастает примерно в два раза, т. е. с 50° до 100—110°. Повышение температуры в брекере и каркасе происходит прямо пропорционально увеличению скорости качения, и температура растет тем быстрее, чем ближе элементы шины расположены к середине беговой дорожки.

Температура в точках, расположенных по краю беговой дорожки (на расстоянии 350 мм от середины), лежит в пределах 40—65°, т. е. на 30—40% ниже, чем посередине беговой дорожки. Таким образом, исследование теплового состояния шины указывает, что наиболее напряженно работают элементы в зоне середины беговой дорожки, где и наблюдается наибольшее истирание выступов рисунка протектора.


  2016 г.
lada-vesta@yandex.ru