Шины с регулируемым давлением

КОНСТРУКЦИЯ ШИН

 

Рис. 8. Шина 12,00—18 с регулируемым внутренним давлением на ободе 9,0—18 (разрез): 1 — покрышка; 2 — протектор; 3 — брокер; 4 — каркас; 5 — боковина; 6 — борт; 7 — ездовая камера; 8 — диск колеса; 9 — шпплъкн крепления наружного обода; 10 — гайка шпильки; 11 — наружная часть обода; 12 — направляющая вентиля камеры; 13 — распорное кольцо; 14 — бортовое кольцо; 15 — внутренняя часть обода.

Рис. 9. Бескамерная шина 12,00—18 модели И-179 с регулируемым внутренним давлением на ободе 9,0—18 (разрез): 1 — протектор; 2 — брокер; 3 — каркас; 4— боковина; 5 — борт; 6 — углубления для вывода воздуха из тела бескамерной шины; 7—внутренний герметизирующий слой; 8—уплотни-тельный бортовой слой; 9 — гайка крепления наружной части обода; 10 — наружная часть обода; 11 — распорное кольцо; 12 — уплотнительное резиновое кольцо; 13— вентиль; 14 — внутренняя часть обода.

Шина с регулируемым внутренним давлением (рис. 8 и рис. 9) состоит из тех же основных частей, что и обычная шина. Однако она имеет ряд конструктивных особенностей в связи со специфичностью условий работы.

1. Увеличенная на 25—40% ширина профиля.

2. Специальные рисунки протектора (в основном типа «расчлененная елка») с большой глубиной (до 30 мм) и шириной (до 50—70 мм) впадин и, в ряде моделей, боковые округления беговой дорожки, обеспечивающие хорошее сцепление шин с мягким грунтом.

3. Уменьшенное число слоев корда -в каркасе (в 1,5—2 раза меньше, чем в обычных шинах) с мягкими резиновыми (прослойками между слоями.

Конструкция шины обеспечивает возможность ее работы в большом диапазоне изменения внутреннего давления: от нормального до резко пониженного (0,5—0,7 кГ/см²).

Разработан ряд шин с регулируемым внутренним давлением воздуха (табл. 1). Часть из этих шин выпускается в серийном производстве, остальные находятся в стадии испытания. Намечается дальнейшее увеличение ассортимента шин, разработка новых типо-размеров, а также создание новых конструкций с улучшенными эксплуатационными качествами.

В последнее время спроектированы и изготовлены бескамерные шины с регулируемым давлением.

Опытные бескамерные шины (НИИШП) отличаются от обычных шин, помимо отсутствия камеры, наличием внутреннего герметизирующего слоя и специальной конструкцией бортовой части (рис. 9).

СИСТЕМА РЕГУЛИРОВАНИЯ ДАВЛЕНИЯ

Для удобства эксплуатации изменение внутреннего давления в шинах с регулируемым давлением производится без остановки автомобиля, на ходу. Это обстоятельство, создает особо благоприятные условия при использовании таких шин на различных автомобилях, снижение простоев которых является важнейшей задачей. Для изменения внутреннего давления в шинах во время движения применяется центральная система регулирования. Эта система применяется как на отечественных, так и на зарубежных автомобилях, в различных конструктивных вариантах, но принцип действия остается общим.

Имеющаяся на автомобилях (в частности, на автомобиле ЗИЛ-157) центральная система регулирования давления воздуха дает возможность проводить следующие основные операции:

1. Регулировать внутреннее давление воздуха в шинах в зависимости от дорожных условий, повышая тем самым проходимость автомобиля «на труднопроходимых участках.

2. В случае прокола «камеры или другого небольшого повреждения шины обеспечивает возможность движения автомобиля без перемонтажа шины за счет непрерывной подачи в нее воздуха.

3. Дает возможность наблюдать за давлением воздуха в шинах и регулировать его при отклонении от заданного значения.

В качестве примера ниже приведено краткое описание центральной системы регулирования внутреннего давления воздуха в шинах, применяемой на автомобилях ЗИЛ-157, предназначенные для работы в тяжелых дорожных условиях (рис. 10), в частности в сельском хозяйстве.

Техническая характеристика шин с регулируемым давлением

Примечание. У всех шин протектор с рисунком повышенной проходимости.

Таблица 1

На этих автомобилях регулирование давления воздуха в шинах осуществляется пневматической системой, состоящей -из источников сжатого воздуха, регулирующих устройств и воздухопроводов.

Рис. 10. Автомобиль ЗИЛ-157 на шинах 12,00—18 модели И-111 с регулируемым давлением.

Система регулирования воздуха (рис. 11) подключена к системе привода тормозов и питается от общего компрессора 1 и воздушных резервуаров 7. Резервуары имеют предохранительные клапаны и сливной кран. Из резервуара воздух попадает в клапан 3 ограничения давления, который прекращает доступ воздуха в систему при падении давления в резервуаре ниже 4,5 кГ/см².

Таким образом, при недостаточном давлении в резервуарах и фактической невозможности накачки шин клапан автоматически отключает систему. После клапана ограничения давления воздух поступает в центральный кран управления 11, находящийся в кабине автомобиля. С помощью этого крана осуществляются три операции:

1. Впуск воздуха в блок кранов подачи воздуха в шины.

2. Выпуск воздуха из шин в атмосферу при необходимости снижения в них внутреннего давления.

3. Предотвращение выпуска воздуха из шин в пневмосистему в случае падения в ней давления воздуха.

Рис. 11. Система регулирования давления воздуха в шинах и подвода воздуха в шину на автомобиле ЗИЛ-157 (схема): 1 — компрессор; 2 — центральный кран управления системы регулирования воздуха в шинах; 3— клапан ограничения падения давления воздуха; 4 — клапан подвода воздуха к шине через ступицу; 5 — манометр—измеритель давления воздуха в шинах; 6 — регулятор давления; 7 — вездушный баллон; 8 — трубопроводы системы регулирования давления воздуха в шинах; 9 — запорный кран; 10 — головка подвода воздуха; 11 __ рычаг центрального крана управления системой регулирования давления воздуха в шинах; 12 — блок шинных кранов; 13 — датчики допустимого давления в шинах; 14 — кольцевой канал подвода воздуха; 15 — штуцер головки подвода воздуха; 16 — шланг подвода воздуха к цапфе.

Для выполнения этих операций кран ставят в одно из трех положений. Правое положение — накачка шин, левое положение—выпуск воздуха из шин, нейтральное положение — сохранение постоянного -внутреннего давления в шинах.

Давление воздуха в кране управления фиксируется манометром. Из -крана управления воздух подается в блок шинных кранов 12, .имеющий шесть вентилей (по числу шин), которые дают возможность отсоединять от системы любую шину.

На трубопроводе, соединяющем манометр и блок шинных кранов, расположены электрические датчики 13, включающие контрольную лампочку. Лампочка загорается при превышении давления в шинах выше 3,5 кГ/см² и при падении давления ниже 0,5 кГ/см². Из блока шинных кранов воздух проходит к цапфам и далее через головки подвода воздуха 10 и шланги, соединяющие вентиль камеры со штуцером подвода воздуха на ступице (ем. рис. 11), поступает в шины.

Описанная центральная система накачки шин конструктивно оформлена так, что все узлы и детали ее «находятся внутри контура автомобиля и нет выступающих наружу частей.

В -некоторых других типах аналогичных систем имеются выступающие за габариты автомобиля части—воздухопроводы я шланги. Основными -недостатками таких «систем являются:

а) повышенная возможность повреждения в эксплуатации;

б) трудность изоляции внешних органов подвода воздуха к шине при работе в тяжелых дорожных условиях;

в) затруднительность монтажа и демонтажа колес (повышенная трудоемкость).

Принципиальной «разницы в действии частей систем с внутренним ¹и внешним расположением органов подвода воздуха к колесам нет. Некоторое конструктивное изменение диктуется лишь указанным выше различием.

За рубежом имеется ряд типов центральной системы регулирования воздуха с внешним и внутренним расположением органов подвода воздуха. Из наиболее распространенных типов следует отметить следующие: «Теропин», «Джиэмси», «Праля». Центральная накачка «Теропин» применяется на плавающих автомобилях (амфибиях). Регулирование давления производится только в четырех средних колесах, остальные четыре (два передних и два задних) работают три постоянном давлении. Во время движения по мягким грунтам давление в средних колесах снижается, благодаря чему достигается равномерное распределение нагрузки по осям, что также повышает проходимость автомобиля. Система регулирования воздуха «Теропин» состоит: из двухцилиндрового компрессора производительностью 0,36 м³/сек; резервуара с регулятором, обеспечивающего постоянное давление в резервуаре в пределах 5,6—7 кГ/см²; главного распределительного крана; подводящих воздухопроводов и запорных клапанов.

Центральные системы регулирования типа «Джиэмси» и «Праля» состоят из тех же основных частей, что и система регулирования «Теропин», но отличаются от предыдущей конструктивным решением.

ОСОБЕННОСТИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ШИН

Изготовление шин с регулируемым давлением в основном не отличается от изготовления обычных шин. Изготовление бескамерных шин имеет ряд особенностей.

Отличие технологического процесса изготовления бескамерных шин определяется особенностями конструкции и условиями их эксплуатации. Одним из основных требований, предъявляемых к бескамерным шинам, является их высокая воздухонепроницаемость. Как было указано выше, в результате диффузии воздуха в теле бескамерной шины возникают значительные давления и соответствующие дополнительные напряжения между слоями. Для уменьшения этого давления в бескамерной шине применяется внутренний герметизирующий слой, основная роль которого заключается в уменьшении проникновения воздуха в каркас. Для той же цели — -снижения давления воздуха в теле шины — служат углубления в боковых частях шины» доходящие до каркаса (см. рис. 9). Эти углубления получаются при вулканизации шины путем установки специальных штырей в прессформе.

Резиновая смесь, из которой изготовляется герметизирующий слой, должна обладать минимальной газопроницаемостью.

Газопроницаемость резиновых смесей зависит от многочисленных факторов, в том числе от типа применяемого каучука, ингредиентов резиновой смеси, степени их дисперсности, а также от толщины резинового слоя.

Газопроницаемость резин из 'синтетических каучуков (особенно бутилкаучука) ниже газопроницаемости резин из натурального каучука, однако из-за технологических затруднений бутилкаучук применяется для изготовления герметизирующего слоя еще в небольших количествах.

Для изготовления герметизирующего слоя в настоящее время широко используется натуральный каучук.

Ниже приведены данные по воздухопроницаемости шин, в каркасе которых (применены резины, содержащие 50% СК и непропитанный хлопчатобумажный корд (9Т), в зависимости от материала герметизирующего слоя:

Для повышения качества герметизирующего слоя к применяемым материалам предъявляются повышенные требования. Высокое качество резиновых смесей обеспечивается применением незасоренных материалов, чистотой технологического оборудования, на котором приготавливаются и обрабатываются указанные смеси, очисткой смесей на червячном фильтрпрессе. Для изготовления герметизирующего слоя такие резиновые смеси шприцуют на шприц-машине; «полученный резиновый рукав разрезают вдоль и разворачивают. Другой способ заключается в выпуске листов резины на каландре с последующей сборкой нескольких тонких слоев резины до нужной толщины.

К резине, идущей на изготовление бортового слоя, также предъявляются высокие требования, в том числе ряд специфических требований, вытекающих из условий работы бортовой части бескамерной шины. Наиболее важным из них является повышенная теплостойкость. При применении недостаточно теплостойких резин при эксплуатации значительно осмоляется бортовая часть и вследствие этого бескамерные шины выходят из строя. В связи с возможностью повреждений при монтажно-демонтажных работах бортовая резина должна иметь повышенную прочность. Для обеспечения герметичной посадки шины на ободе бортовая резина должна быть упругой и иметь небольшую остаточную деформацию.

В настоящее время достигнуты наилучшие результаты при использовании для бортового слоя обрезиненйого моноволокна.

Следует также отметить, что хотя внутренний герметизирующий и бортовой слои играют большую роль в уменьшении проникновения воздуха в каркас шины, наилучших эксплуатационных качеств шин можно добиться при комплексном решении вопроса.

Из табл. 2 видно, что капроновый и вискозный корд обеспечивают большую воздухонепроницаемость, чем хлопчатобумажный корд.

Таблица 2 - Влияние типа корда и пропитки на газопроницаемость шины

* Каркас шины изготовлен из резин, содержащих 50% СК, а герметьзьрующий слой—из л К; 3-383

На уменьшение проникновения воздуха в каркас шины благоприятно влияет также пропитка корда.

Изготовление резиновых смесей для других деталей шины, «пропитка и обрезинка кордов, выпуск листовых резин на каландре, изготовление крыльев, выпуск протекторов и подготовка их к сборке — аналогичны серийным технологическим процессам производства покрышек для камерных шин. Тщательность •сборки бескамерных шин должна способствовать обеспечению наибольшей их воздухонепроницаемости. Достигается это строгим контролем поступающих на сборку деталей и правильным выполнением операций сборки. Сборка бескамерных шин аналогична сборке обычных камерных шин и производится на тех же сборочных станках. В отличие от сборки обыкновенных покрышек здесь имеются операции, связанные с введением герметизирующего и бортового слоев. При выполнении этих операций особое внимание следует обращать на аккуратную заделку стыков, прикатку без складок и удаление пузырей. Собранные бескамерные шины поступают на участок формования, а затем на вулканизацию. Для изготовления бескамерных шин применяются варочные камеры, имеющие на поверхности канавки глубиной I—1,5 мм. Назначение канавок — предупреждать появление недопрессовок герметизирующего и бортового слоев. Вулканизация бескамерных шин принципиально не отличается от вулканизации обычных камерных шин, но производится в прессформах, в которых изменена бортовая часть и, кроме того, поставлены дренажные штыри. Углубления, получающиеся в боковых частях шины по окружности, служат для вывода воздуха из тела шины при ее эксплуатации. После вулканизации бескамерные шины не должны иметь дефектов, снижающих их эксплуатационные качества: отрыв и повреждения герметизирующего и бортового слоев, пузыри в резине, т₍рещины на внутренней поверхности бортового слоя и др.

КОНСТРУКЦИЯ КОЛЕСА И ОБОДА

Для камерных шин с регулируемым внутренним давлением применяются съемные дисковые колеса с разъемным ободом,

В настоящее время в Советском Союзе применяются такие колеса с ободами шириной от 6,5 до 17"; посадочный диаметр обода от 16 до 28".

На автомобиле ЗИЛ-157 применяется колесо с ободом 9,0—18, ширина которого 9" (228 мм) и посадочный диаметр 18" (457 мм).

Колесо (см. рис. 8) состоит из диска с внутренней частью обода, наружной части обода, крепящейся к диску на шпильках, и распорного кольца. Закраина внутренней части обода съемная. Обод имеет конические полки с уклоном 5°.

Борта шины надежно закрепляются на ободе между внутренним распорным кольцом и закраинами обода путем затяжки гаек на шпильках. Затяжка производится постепенно до полного соприкосновения обеих разъемных частей обода. У некоторых ободов применяется накатка в местах посадки бортов шины для устранения возможности проворачивания шины.

В связи с напряженной работой шин с регулируемым давлением, при значительных и переменных по направлению и величине нагрузках, колеса должны выполняться в строгом соответствии с чертежами, причем особое внимание должно быть обращено на точность изготовления и обработки ободов. Профили ободов стандартизованы» по всем размерам. Монтаж и демонтаж шин необходимо производить в следующем порядке:

1. Проверить состояние колеса (не допускаются вмятины, повреждения, коррозия, грязь).

2. Вложить камеру в покрышку, (расправить ее и слегка подкачать, чтобы она расправилась по внутреннему контуру покрышки.

3. Вставить распорное кольцо в сложенном виде в покрышку; установку кольца производить так, чтобы отверстие в нем совпадало с вентилем. Продвинуть вентиль в отверстие распорного кольца.

4. Слегка подкачать камеру так, чтобы борта покрышки несколько раздвинулись, и расправить кольцо в замке, чтобы оно оказалось между бортами.

5. Надеть на внутреннюю часть обода колеса покрышку в сборе с камерой и распорным кольцом так, чтобы вентиль камеры вошел в прорезь обода.

6. Надеть наружную часть обода колеса на шпильки и равномерно подтягивать гайки. Затяжку диаметрально противоположных гаек производить постепенно, до полного соприкосновения обеих разъемных частей обода.

7. Накачать шину до нормального давления.

Демонтаж шин (Производится в обратном порядке.

Обод для бескамерной шины должен быть герметичный, так как вместе с шиной он непосредственно замыкает воздушную полость.

Для бескамерных шин с регулируемым внутренним давлением применяются, так же как и для камерных, съемные дисковые колеса с разъемным ободом (см. рис. 9), но конструкция их изменена для обеспечения герметичности обода. Герметичность обода бескамерной шины с регулируемым давлением достигается плотной посадкой бортов шины на ободе и уплотни-тельным кольцом 12, прокладываемым между частями обода. Вентиль на ободе крепится герметично через резиновую втулку.

ОСОБЕННОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИИ ШИН

Шины с регулируемым давлением могут работать, как было указало выше, в значительном диапазоне изменения внутреннего давления. Тем не менее работа их при различных внутренних давлениях должна строго регламентироваться. Как будет показано дальше, температурный режим и напряжения в шине существенно изменяются .при различных величинах внутреннего давления. Поэтому во избежание чрезмерного нагрева шины и концентрации больших напряжений необходимо соблюдать следующие правила:

1. Ни в коем случае не эксплуатировать шины при внутреннем давлении ниже предусмотренного минимального внутреннего давления (см. табл. 1).

2. При движении по дорогам с твердым покрытием -поддерживать соответствующее данной нагрузке внутреннее давление (табл. 3).

3. Работу шин на пониженном давлении (не соответствующем нагрузке) допускать только по мягким грунтам при невысоких скоростях движения (см. табл. 4). При эксплуатации автомобилей по мягким грунтам снижение внутреннего давления в шинах производить в соответствии с данными табл. 3.

При эксплуатации шин с регулируемым давлением следует особо опасаться перегрузки автомобиля, так как это может привести к быстрому разрушению шин при работе их со сниженным внутренним давлением.

Естественный износ шины зависит от многих факторов, в том числе и от положения колес на автомобиле. Например, как правило, шины на колесах правой стороны автомобиля изнашиваются быстрее, чем на колесах левой (вследствие некоторого наклона автомобиля к краю дороги). Шины задних колес при движении по дорогам с твердым покрытием изнашиваются больше, чем «передние, которые не все время работают в качестве ведущих.

В силу этого для равномерной изнашиваемости шин целесообразна периодическая перестановка колес. Пробег между перестановками колес может быть выбран из расчета, что шина за время полной амортизации должна работать при всех положениях колес на автомобиле. Учитывая это обстоятельство и удобство проведения работы, рекомендуется перестановку колес производить при проведении всех работ технического обслуживания № 2 (ТО-2) автомобиля . Перестановка колес осуществляется по схеме, показанной на рис. 12.

Следует обращать внимание на характер износа протектора. При неправильно выбранной величине внутреннего давления (например, сниженное давление при движении по дорогам с твердым покрытием) сильно изнашиваются края беговой дорожки, что приводит к преждевременному выходу шины из строя.

Таблица 3 - Максимально допустимая нагрузка на шины с регулируемым давлением при долговременной эксплуатации их по труднопроходимым дорогам

Примечание. Величина нагрузки дана в кГ.

 

Наоборот, езда на шинах с завышенным давлением приводит к сильному износу центральной части протектора.

Эксплуатационные повреждения шин с регулируемым давлением и причины, их вызывающие, «примерно те же, что и у обычных шин. Следует, однако, отметить, что наиболее частым видом разрушения является кольцевой излом каркаса по боковине (рис. 13), что объясняется особенностью работы» шины при

Рис. 13. Кольцевой излом каркаса шины с регулируемым внутренним давлением.

пониженных давлениях. Остальные виды эксплуатационных тто-зрежденний: отслоение, разрывы по боковине и протектору и др. имеют место у шин с регулируемым давлением так же, как и у обычны¹ шин, но при несоблюдении режима пользования пониженным давлением могут встречаться чаще.

Уход за шинами с регулируемым давлением и их хранение должны производиться согласно «Правилам эксплуатации и хранения автомобильных шин» Министерства автомобильного транспорта и шоссейных дорог РСФСР

НЕКОТОРЫЕ ОСОБЕННОСТИ БЕСКАМЕРНЫХ ШИН

Бескамерная шина (см. рис. 9) имеет ряд преимуществ по сравнению с обычными (камерными) шинами.

Основные преимущества: повышение безопасности движения автомобиля и возможность продолжения движения -при проколе—достигаются тем, что у эескамерной шины воздух из отверстия при проколе выходит очень медленно (рис. 14). Если же предмет, проколовший шину, остался в ней, воздух большей частью не выходит вообще, и движение можно продолжать. Это свойство бескамерной, шины особенно ценно при движении автомобилей на больших скоростях, а также в условиях горных и плохих дорог.

При применении бескамерных шин уменьшаются простои автомобиля в пути. В случае необходимости путевого ремонта простой автомобиля намного меньше, чем при эксплуатации обычных шин, так как при проколе этих шин необходимы демонтажно-монтажные

работы и ремонт (или замена) камеры. Следует отметить простоту и легкость монтажа бескамерной шины.

К преимуществам бескамерных шин относится и несколько облегченный тепловой режим работы, что положительно влияет на срок ее службы. Эта особенность бескамерной шины имеет важное значение для шин с регулируемым давлением, работающих при более напряженном режиме. Меньший нагрев бескамерных шин объясняется лучшим отводом тепла через обод, который не закрыт камерой, как у обычных шин, а также отсутствием трения между камерой и покрышкой. Следует, однако, отметить, что бескамерная шина, выполняя одновременно функции покрышки и камеры, работает в более напряженных условиях, чем обычная шина. В обычной шине (камерной) воздух, диффундирующий сквозь стенки камеры, выходит наружу через вентильное отверстие обода и между бортами покрышки и полками обода. У бескамерной шины воздух из внутренней полости проникает в ее тело и создает там довольно значительное давление, вызывающее дополнительные напряжения. При этом наибольшее давление воздуха наблюдается в областях, ближайших к внутренней полости шины. Схематически давление воздуха в шине и соответствующие дополнительные напряжения могут быть представлены в виде ломаной линии (рис. 15) наклон элементов которой зависит от соотношения удельных газопро-ницаемостей, поверхностей и толщин герметизирующего слоя, каркаса и протектора (боковин). По горизонтальной оси рис. 15, последовательно отложены величины, пропорциональные толщинам частей шины, по вертикали — давление воздуха.

Давление воздуха в шине может достигать значительных величин. Это обстоятельство, а также необходимость стабильного уплотнения бортов бескамерной шины на ободе выдвигает повышенные требования к соблюдению всех правил технической эксплуатации бескамерных шин. Ниже кратко указываются дополнительные работы по уходу за бескамерными шинами.

После накачивания бескамерные шины проверяют на герметичность. Проверку производят путем погружения колеса в ванну с водой. Таким образом можно быстро проверить герметизацию мест посадки шины на ободе, а также герметичность самой шины. Можно применять и другой, более легкий способ проверки, не требующий к тому же наличия громоздкой ванны с водой: места проверки смачивают водой (лучше мыльной), воду заливают также между бортами шины и закраиной обода колеса, лежащего горизонтально.

Учитывая, что герметичность посадки борта на ободе нарушается из-за попадания между ними даже незначительного количества песка или грязи, при монтаже бескамерных шин нужно соблюдать чистоту, особенно следя за местами герметизации шины и колеса — бортами шины и полками обода. Общие правила ухода «при эксплуатации остаются те же, что и для обычных шин. Следует лишь отметить необходимость систематических осмотров шин в пути при остановках автомобиля, так как прокол бескамерной шины не вызывает быстрого снижения давления воздуха в шине и может остаться незамеченным. Испытания показали, что на отечественных бескамерных шинах при сквозном проколе гвоздем и застревании его в шине автомобили в ряде случаев могут пройти несколько тысяч километров и давление воздуха в шине практически не снижается. Однако длительное движение на шине с проколовшим ее предметом не рекомендуется, так как при этом отверстие увеличивается, что может затруднить последующий ремонт шины.

Для бескамерных шин разработана специальная инструкция по эксплуатации и ремонту. Некоторые основные сведения приведены ниже.

Рис. 16. Шприц и резиновые пробки для ремонта бескамерных шин: а — шприц; б — сплошные пробкн; в — пробки с несквозным отверстием; г—грибок.

При проколах бескамерные шины ремонтируются без демонтажа их с колеса. Отверстия малых проколов (до 2—3 мм) рекомендуется заполнять пастой с помощью специального шприца (рис. 16). В проколы, сделанные предметами больших размеров, сводят резиновые .пробки различных конструкций. На рис. 16 показаны сплошные пробки и пробки с несквозным внутренним отверстием, облегчающим их ввод в место прокола шины (рис. 16, б и в). Для лучшей герметизации места прокола на наружной поверхности этих пробок имеются кольцевые выступы. Бескамерные шины могут ремонтироваться также пробками, выполненными в виде грибка (рис. 16, г), при этом достигается хорошая герметизация места прокола за счет стержня, контактирующего со стенками отверстия, и головки грибка, наклеиваемой на внутреннюю поверхность герметизирующего слоя. Однако такой ремонт производится в гараже после демонтажа шины с обода колеса.

Указанные выше основные преимущества бескамерных шин могут быть реализованы только при правильной их эксплуатации; нарушение правил эксплуатации приводит к резкому ухудшению работы шин, снижению сроков их службы.

При организации производства бескамерных шин необходимо учесть новые требования к технологическому процессу в шинной промышленности. Необходимо внедрять более совершенную технологию, усовершенствованные приемы работы.

При изготовлении бескамерных шин требуются также улучшенные и новые материалы. Одновременно должно быть улучшено качество колес, повышена точность их изготовления, обеспечена их герметизация, улучшена окраска.

Бескамерные шины широко распространены за рубежом, где нашли применение не только на обычных легковых и грузовых автомобилях, но и в специальном парке — строительно-дорожных, коммунальных и других автомобилей и машин, а также в военной материальной части, в том числе на автомобилях повышенной проходимости.

Использование шин с регулированием давления бескамерной конструкции весьма перспективно в связи с указанными выше преимуществами этого типа шин. Следует также отметить что отсутствие камеры для шин с регулируемым давлением особенно благоприятно в связи с наблюдающимся, как указывалось выше, у этих шин нагревом в боковых частях три работе на пониженном давлении.

РАБОТА ШИН

Шина воспринимает всю нагрузку, приходящуюся на колесо. При движении автомобиля эта первоначальная статическая нагрузка может увеличиваться в несколько раз при наезде на неровности дороги. Кроме того, шина передает тяговые и тормозные усилия и усилия, возникающие при изменении скорости и направления движения автомобиля.

В связи с этим условия работы шины характеризуются непрерывными деформациями различной формы и величины, вызывающими нагрев ее, а также усталостные явления. Температура нагрева шины повышается при снижении внутреннего давления, что видно из рис. 17. При нагреве покрышки прочность материалов, из которых она изготовлена, снижается, поэтому весьма важно не допускать превышения расчетных температур нагрева. Нагрев шины находится в прямой зависимости от ее деформации, которую, следовательно, нужно ограничивать. Кроме того, увеличение деформации шины приводит к повышению деформаций и напряжений в нитях корда (см. далее). Аналогичная зависимость имеет место также в отношении сдвиговых деформаций резины, увеличивающихся при увеличении деформации шиныи. Для того чтобы радиальная деформация шины осталась в расчетных пределах, должно выдерживаться определенное соотношение между нагрузкой на шину и внутренним давлением воздуха в ней.

В табл. 3 приведены нормы максимальной нагрузки на шины с регулируемым давлением и рекомендуемые давления воздуха.

При работе шин с регулируемым давлением на дорогах с твердым покрытием в шинах поддерживается нормальное внутренее давление. Радиальная деформация в этом случае несколько больше, чем у обычных шин. Наиболее значительна деформация у шин больших размеров. Так, например, у шины 18,00—24 радиальная деформация при максимально рекомендуемой нагрузке и соответствующем внутреннем давлении достигает 25%.

Работа шин с регулируемым давлением на мягких грунтах проходит в несколько других условиях. При снижении внутреннего давления в шинах увеличивается их радиальная деформация, что улучшает проходимость автомобилей. Следует, однако, иметь в виду, что вследствие деформации грунта характер деформации шины получается несколько иной, чем при качении ее по твердой поверхности.

Для выяснения этого вопроса в НИИ шинной промышленности были проведены соответствующие замеры величин деформации шины в различных дорожных условиях. Замерялись радиальная деформация шины (изменение высоты профиля), а также изменение ширины профиля в зависимости от различных эксплуатационных параметров.

Для замеров применялись резино-проволочные электрические датчики сопротивления. Результаты замеров показаны на рис. 18 и 19. Установлено, что радиальная деформация ( по средней линии протектора) и изменение ширины профиля под нагрузкой у шин с регулируемым давлением на мягких грунтах (песок, суглинок) на 15—40% (в зависимости от внутреннего давления) меньше, чем на твердой поверхности. Различие в указанных величинах более значительно при увеличении внутреннего давления в шинах, что объясняется большей деформацией грунта в этих условиях вследствие увеличения удельных давлений «в площади контакта шин с грунтом.

С помощью электрических датчиков сопротивления другого типа, закладываемых непосредственно в тело шины, были замерены в различных дорожных условиях величины напряжений в нитях корда первого слоя каркаса шин с регулируемым давлением. В этом случае также заметно изменение характера работы шины в зависимости от вида опорной поверхности. В шинах с регулируемым давлением, как и в обычных шинах, и центральной части беговой дорожки наблюдается растяжение нитей корда, практически не зависящее от внутреннего давления.

В крайних зонах беговой дорожки наблюдается как сжатие, так и растяжение нитей корда. Сжатие нитей корда (рис. 20) наблюдаемое в боковых частях шины, увеличивается с уменьшением внутреннего давления.

Деформация нитей корда больше при опоре на твердый грунт, чем при опоре на мягкий грунт. Деформация нитей при сниженном до 0,5 кПсм² внутреннем давлении достигает 15—20% на твердом и 8—10% на мягком грунте.

Из приведенных выше данных видно, что эксплуатация шин при пониженном внутреннем давлении приводит к значительному увеличению деформации и, следовательно, к повышенному нагреву шины. Кроме того, отри увеличенной деформации шины возникают значительные деформации нитей корда, причем по боковине имеет место сжатие, весьма неблагоприятное для работы корда. Следует также иметь в виду, что сдвиговые деформации слоев корда значительно увеличиваются при увеличении общей деформации шины и снижают ее долговечность.

Температура нагрева шин с регулируемым давлением измерялась с -помощью игольчатых термопар (рис. 21) три обкатке шин на станках. Были выявлены области повышенных температур по беговой части протектора при нормальном внутреннем давлении в шине (3,0 кГ1см²) и по боковой части при сниженном давлении (0,7 кГ1см²). Смещение максимума температур объясняется изменением характера деформации шины. Несмотря на то, что при движении по мягкому грунту это смещение несколько уменьшается, все же опасность разрушения каркаса в боковых частях шины остается значительной вследствие больших деформаций в этих зонах. К тому же наибольший нагрев наблюдается в местах шины с максимальными напряжениями нитей корда.

В свете изложенного ясна рациональность ограничения режима движения автомобиля на шинах при сниженном давлении (табл. 4).

Таблица 4. Режим работы шин в различных дорожных условиях

* Точные данные по изменению внутреннего давления длим о «Технических условиях» .

Для выяснения взаимодействия шины с регулируемым давлением с грунтом измерялись следующие основные характеристики: площадь контакта с дорогой, удельное давление, развиваемые тяговые усилия (по сцеплению с дорогой), проходимость.

Площадь контакта с дорогой измерялась на твердой поверхности путем снятия отпечатков протектора шины на бумаге; замер площади контакта на мягких грунтах -производился с помощью мягкой тонкой ткани, которая облегала выступы и впадины рисунка протектора. Зависимость площади контакта шины с грунтом от внутреннего давления в шине показана на рис. 22. Из рис. 22 видно, что площадь контакта на мягком грунте в 2—4 раза больше, чем на твердой поверхности, и зависит от внутреннего давления. При снижении .последнего различие в площади контакта на мягком и твердом грунте уменьшается, что объясняется уменьшением деформации грунта. Как видно из рис. 22, увеличение площади контакта при снижении внутреннего давления происходит как за счет увеличения ширины, так и за счет увеличения длины контакта, однако рост последней величины происходит интенсивнее.

Изучение удельного давления в площади контакта шины с грунтом представляет особый интерес, так как величина этого показателя наряду с величиной площади контакта в значительной степени определяет «проходимость автомобиля. Кроме того, удельное давление является одним из главных факторов, влияющих на износ шины. В связи с этим представляет интерес не только определение средних величин удельного давления, но и распределения его «по площади контакта шины с дорогой в зависимости от эксплуатационных факторов.

внутреннем давлении несколько выше его значения, а при нормальном внутреннем давлении — ниже его в 1,5—2 раза, что объясняется погружением шины в грунт и значительным увеличением площади контакта за счет боковых поверхностей грунтозацепов и боковых частей шины. Наименьшая величина средних удельных давлений (до 0,6—0,8 кГ/см²) наблюдается при сниженном внутреннем давлении.

При оценке работы шин с регулируемым давлением распределение удельного давления по площади контакта позволяет судить о фактическом взаимодействии шины с грунтом в различных местах контакта. Распределение истинных значений удельных давлений по площади контакта шины с грунтом измерялось с помощью специальных резиновых ковриков, имеющих конусообразные выступы, то деформации которых определяется удельное давление.

Полученные таким образом для шин 12,00—18 величины удельных давлений, характеризуемые величиной отпечатков, показаны на рис. 24. (выступав рисунка) с твердой поверхностью наиболее равномерно распределяются по площади контакта при внутреннем давлении 2,0 кГ/см² (нагрузка 1600 кГ) и достигают величины 7—9 кГ/см². Наибольшая разница в распределении удельных давлений по площади контакта шины с твердой -поверхностью наблюдается при внутреннем давлении 0,5 кГ/см², при этом минимальное удельное давление по центру контакта составляет 1,5—2 кГ/см², а максимальное удельное давление 10—12 кГ/см² наблюдается по краю контакта.
Удельные давления при контакте шин

Рис. 24. Распределение удельных давлений на твердом покрытии (шина 12,00—18, нагрузха 1600 кГ): а — внутреннее давление 3,0 к1 б — то же. 0,5 кГ/см2.

При нормальном внутреннем давлении 3,0 кГ/см² и соответствующей нагрузке (1600 кГ) удельное давление в площади контакта имеет ясно выраженный максимум по центру беговой дорожки (9—10 кГГсм²). Распределение удельных давлений по •площади контакта шины с мягким грунтом, определенное с помощью тонкой ткани, облегающей выступы рисунка шины, показало, что наиболее равномерное распределение давления наблюдается при внутреннем давлении 0,5 кГ/см². Удельное давление .на выступах рисунка находится при этом в пределах 2,5— 3,0 кГ/см². При увеличении внутреннего давления максимум удельного давления располагается в центральной части контакта и достигает при внутреннем давлении равном 2,0 кГ/см² — 5 кГ/см², а при внутреннем давлении равном 3,0 кГ/см² — 8—9 кГ/см².

Проходимость автомобиля при движении по мягким грунтам определяется, помимо площади контакта и удельного давления, величинами возможного тягового усилия на ведущих колесах и сопротивления качению колес. Для измерения этих показателей были проведены соответствующие дорожные испытания. Используя метод пробуксовывания автомобиля, на динамографе можно было фиксировать развиваемые величины тягового усилия. На рис. 25 показана зависимость коэффициента сцепления шины с грунтом (песок) от внутреннего давления в шине. Коэффициент сцепления увеличивается при уменьшении внутреннего давления, что объясняется в основном увеличением площади срезаемого грунта (рис. 25), а также увеличением поверхностей трения.

Рис. 25. Коэффициент сцепления с грунтом и площадь срезаемого грунта в зависимости от внутреннего давления в шине 12,00—18: 1 — коэффициент сцепления с грунтом; 2 — площадь срезаемого грунта.

Усилия, необходимые для качения шин, определялись также в дорожных условиях путем буксировки автомобиля. На рис. 26 показана зависимость величины сопротивления качению на мягких грунтах от внутреннего давления в шинах. С уменьшением внутреннего давления необходимые усилия на качение уменьшаются. Таким образом, и в этом отношении — по величине сопротивления качению — проходимость автомобиля повышается при снижении внутреннего давления в шинах.

Установленное опытом некоторое увеличение сопротивления качению при минимальном внутреннем давлении объясняется значительной деформацией шины.

Небезынтересно отметить, что увеличение внутреннего давления в шине .при качении по твердой поверхности дает снижение потерь на качение, в то время как при работе шины на мягком грунте наблюдается обратное явление: сопротивление качению значительно увеличивается.

На рис. 27 показана зависимость величин коэффициентов сопротивления качению и сцепления шины с грунтом от внутреннего давления в шине при движении автомобиля по мягкому грунту.

Как уже было сказано выше, величина коэффициента сопротивления качению уменьшается при снижении внутреннего давления в шине. Одновременно с уменьшением внутреннего давления .повышается коэффициент сцепления.

Таким образом, область, заключенная между кривыми 1 и 2, характеризует возможную «проходимость автомобиля на шинах с регулируемым внутренним давлением в условиях движения ло мягкому грунту (песок).

Рис. 26. Коэффициент сопротивления качению шины в зависимости от внутреннею давления: 1 — на твердгй поверхности (асфальтобетон); 2 — на мягком грунте (песок).

Рис/27. Коэффициент сцепления с грунтом, коэффициент качения и разность между ними в зависимости от внутреннего давления в шине: 1 — коэффициент сцепления (о); 2 — коэффициент качения (i); 3 — разность коэффициентов сцепления и качения.

ДОЛГОВЕЧНОСТЬ ШИН

Как ясно из предыдущего, шины с регулируемым давлением работают в более тяжелых условиях, чем обычные шины, поэтому задача повышения долговечности этих шин является весьма трудной, но одновременно и очень важной. В настоящее время в связи с более тяжелым режимом работы, чем у обычных шин, шины с регулируемым давлением имеют несколько сниженный амортизационный пробег. Принимаются меры по усовершенствованию конструкции и применению улучшенных материалов для повышения ходимости этих шин. Большие перспективы в этом направлении открывает расширение производства новых синтетических материалов, в том числе полиамидных волокон и улучшенных каучуков. Можно указать в качестве «примера, что только применение в шинах капрона повысит ходимость их на 25—30%.

НЕКОТОРЫЕ ОСОБЕННОСТИ РАСЧЕТА ШИН С РЕГУЛИРУЕМЫМ ДАВЛЕНИЕМ

При проектировании шин с регулируемым внутренним давлением используются те же зависимости, что и для обычных' шин, но с уменьшением расчетной нагрузки на 50—75%. Такое снижение расчетной нагрузки вызвано необходимостью работы этих шин при сниженном давлении, что сопровождается резким возрастанием деформации шины и напряжения в нитях корда. Таким образом, зависимость нагрузки от внутреннего давления для расчета шин с регулируемым внутренним давлением будет:

(1)

где Q — допускаемая нагрузка, кГ;

А и К — коэффициенты, зависящие от условий эксплуатации;

обычно произведение А • К находится в (пределах 0,056 т 0,065;

Р — внутреннее давление, кГ/см²;

В₁ — ширина профиля шины, смонтированной на ободе шириной, равной 62,5% от ширины профиля, мм;

d — диаметр обода, мм.

Величина В₁ подсчитывается в зависимости от действительной ширины (профиля надутой шины В_над. по формуле:

где с — ширина обода.

В формуле (1) принимается, что ширина обода, на котором смонтирована шина, не влияет на величину допускаемой нагрузки.

Анализ нормативов, ГОСТ на автошины, а также различных зарубежных справочников и данных фирм, показывает, что для грузовых шин расчетная формула может быть записана в более простом виде:

где Q—допускаемая нагрузка, кг;

В — ширина профиля надутой шины, см;

d—диаметр обода, см;

d_Q —диаметр стандартного 20-дюймового обода, равный 50,8 см.

К—постоянный коэффициент, называемый коэффициентом нагруженности шины, кГ/см².

Для шин с регулируемым давлением коэффициент К лежит в пределах 1,5 -г 1,7.