Колесник П.А., Кланица В.С. Материаловедение на автомобильном транспорте
Подождите немного. Документ загружается.
Рис. 19.1. Схема стенда модели ЦПКТБ-Ш 513 для демонтажа и монтажа
шин:
1 — рычаги с эксцентриками; 2 — золотник; 3 — манометр; 4 — кнопочная
станция; 5 — указатель уровня масла; 6 — золотник управления основным гид
роцилиндром; 7 — диск; 8 — рама; 9 — основной гидроцилиндр; 10 — роль
ганг; 11 — механизм привода лап; 12 — дроссель; 13 — гидроцилиндр привода
лап
покрышку. С помощью золотника лапы вводят между бортом
покрышки и закраиной бортового кольца (или замочного для
двухкомпонентного обода). При дальнейшем движении вверх
спрессовываются борта покрышки и посадочной полки замочного
кольца, что позволяет снять с обода бортовое и замочное кольца.
Затем опускают вниз диск основного гидроцилиндра 9 и при по
мощи подхвата переворачивают колесо на рольганге бортовой за
краиной обода вверх. Далее вновь поднимают колесо вверх и,
установив лапы между бортом покрышки и бортовой закраиной
обода, спрессовывают шину.
Для монтажа шины обод колеса устанавливают на диск замко
вой стороной вверх. Покрышку с камерой надевают на обод, кла
дут бортовое и замочное кольца и, подняв колесо, прижимают
300
покрышку к лапам для отжатия ее верхнего борта и освобождения
места для установки бортового и замочного колец на обод колеса.
Накачивают грузовые шины после монтажа в специальном
металлическом ограждении, чтобы защитить работающих от уда
ров съемными деталями обода при самопроизвольном демонтаже.
После монтажа шины автомобиля на обод проверяют баланси
ровку колес. Несбалансированность колес является одной из при
чин ускоренного износа шин, деталей ходовой части, рулевого
механизма, ухудшения управляемости автомобилем.
Неуравновешенная масса тИ при качении колеса создает цент
робежную силу Рс, увеличивающуюся пропорционально квадрату
скорости вращения колеса:
d 2 у2
Рс = mHcoV = тн— ,
г
где оо — угловая скорость вращения колеса; г — расстояние от
оси вращения центра тяжести неуравновешенной массы; v —
окружная скорость центра тяжести неуравновешенной массы.
Различают статическую и динамическую неуравновешенность
(несбалансированность) колес.
При статической неуравновешенности главная центральная ось
инерции II—II колеса параллельна оси вращения I—I, но не сов
падает с ней (рис. 19.2, а). Статическая неуравновешенность опре
деляется моментом Мс = GHr (рис. 19.2, б). Для ее устранения на
стороне колеса, диаметрально противоположной утяжеленной ча
сти, размещаются уравновешивающие грузики с одной пц или с
двух myi, in# сторон диска, с соблюдением условия, что GHr= Gyrx.
Статически сбалансированное колесо после свободного вращения
останавливается в различных положениях.
При динамической неуравновешенности колеса ось вращения
I— /проходит через центр тяжести ДТпод некоторым углом к глав
ной центральной оси его инерции //—//(рис. 19.2, в). Динамиче
ская неуравновешенность проявляется при вращении колеса под
действием момента Мл = Рса, вызванного массами, неравномерно
расположенными по ширине колеса. Неуравновешенные массы ко
леса в этом случае приводятся к двум массам ти1, тн2, лежащим в
диаметральной плоскости.
Колесо уравновешено, если ось вращения / —/одновременно
является и главной центральной осью инерции //—//(рис. 19.2, г).
Динамическое равновесие достигается укреплением уравновеши
вающих грузиков /иу на закраинах обода с внутренней и наружной
сторон в плоскости действия пары центробежных сил и создаю
щих центробежные силы
Рх, уравновешивающие момент сил Рс,
т.е. Рса = Р1.
Наиболее общим случаем неуравновешенности является нали
чие у колеса статического и динамического дисбаланса, т.е. так
301
Рис. 19.2. Схема балансировки колес:
а — статически неуравновешенное колесо; б — статически уравновешенное ко
лесо; в — динамически уравновешенное колесо; г — динамически и статически
уравновешенное колесо; / — / — ось вращения колес; II— / / — главная централь
ная ось инерции; ЦТ — центр тяжести колеса; г — расстояние от оси вращения
ЦТ неуравновешенной массы; е — смещение ЦТ по отношению к оси враще
ния; R — радиус колеса; а — плечо пары сил, вызванных неуравновешенными
массами; / — плечо пары центробежных сил, вызванных уравновешивающими
грузиками Шух и ту2
называемой комбинированной неуравновешенности, создаваемой
центробежными силами /•cl и Рс2 неуравновешенных масс ти1 и
тн2 (см. рис. 19.2, г).
Для уравновешивания такого колеса с обеих сторон на ободе
устанавливают в противофазах грузики и ту2 с учетом того,
302
Рис. 19.3. Влияние внутреннего дав
ления воздуха на срок службы шины
Давление воздуха по отношению
к нормальному, %
а б в
Рис. 19.4. Виды деформации и использование ресурса ходимости шин
(100, 80 и 70%) соответственно при нормальном давлении воздуха (а),
повышенном относительно нормального на 20% (б) и сниженном
на 20 % (в)
чтобы при вращении колеса они создавали уравновешивающие
силу (Рс 1 - Рс2 -Рг~ Ру) и момент (Рса = PI).
Место прикрепления и массу грузиков определяют при помо-
Ш
панеировочного с т ^ р ^^ ,.
едёльные нормы д ^^р |^са установлены с учетом размера
и скорости движенш’Шюмобиля. Для грузовых автомоби
лей и автобусов ограничиваются статической балансировкой.
Для увеличения пробега автомобильных шин важно, чтобы в
них всегда поддерживалось установленное давление воздуха.
Давление воздуха в шинах зависит от модели автомобиля и оси,
на которой они эксплуатируются. Оно должно поддерживаться при
любых климатических и дорожных условиях с точностью ±0,01 МПа
для легковых автомобилей и +0,02 МПа для грузовых. Проверяют
давление шинным манометром.
При соблюдении давления воздуха шина деформируется в
допустимых пределах (9... 15 %), имеет необходимую упругость
и эластичность. Такие условия работы обеспечивают наибольшие
сроки службы Шин. Из рис. 19.3 и 19,4 видно, что повышение и
снижение давления по отношению к нормальному уменьшают срок
службы шины. При этом, например, незаметное внешне сниже-
303
&« 100
о о
5* й>
96
к 92
0,15 0,20 0,25 0,30 0,35
§ Давление воздуха в шине, МПа
Рис. 19.5. Изменение нормальной
деформации шины в зависимости
от давления воздуха в шине
« а
&S.
С V
2 °
о о
Н а
В 88
&
ч 84
80
\
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6
Давление воздуха в шине, МПа
Рис. 19.6. Зависимость температуры
шины в зоне брекера от внутрен
него давления
ние давления воздуха на 10 % почти на столько же уменьшает ее
пробег.
Шина, работающая с пониженным давлением воздуха в ней,
имеет увеличенную деформацию (рис. 19.5), вследствие чего повы
шаются трение и, как результат, нагрев материала шины (рис. 19.6),
приводящие к снижению прочности, увеличению износа и со
кращению долговечности.
При пониженном давлении воздуха в шинах относительно нор
мального повышается сопротивление качению автомобиля (рис. 19.7)
и возрастает расход топлива.
Уменьшение давления воздуха в шинах на каждые 0,015 МПа
ниже нормального увеличивает сопротивление качению на 5 %.
По внешнему виду трудно определить разрушение покрышки в
результате работы с недостаточным давлением воздуха на первых
стадиях. Чаще всего встречающимся и наиболее опасным повреж
дением покрышки при работе с пониженным давлением воздуха
является кольцевой излом каркаса (рис. 19.8). Такое повреждение
не поддается ремонту, и покрышка становится утильной. Началь
ным признаком кольцевого излома служит появление темного
Давление воздуха в шине, МПа
Рис. 19.7. Зависимость сопротивле- Рис. 19.8. Кольцевой излом карка
ния качению автомобиля от давле- са покрышки
ния воздуха в шине (лабораторные
испытания)
304
кольца на внутренних стенках покрышки и стенках камеры. В по
следующем на месте темного кольца появляются расслоившиеся
и разлохмаченные нити корда. В этих местах возрастают трение и
теплообразование, что приводит к дальнейшему расслоению кар
каса, отслоению протектора и боковин вследствие ослабления
связи между слоями ткани и резины.
Эксплуатация шин с пониженным давлением воздуха вызыва
ет не только разрушение каркаса, но и усиленный износ протек
тора. Непоправимое повреждение приносит покрышке и камере
движение шины со спущенным воздухом. Нельзя снижать повы
шающееся во время движения давление воздуха в шине путем
выпуска воздуха через вентиль камеры.
В этих случаях следует уменьшить скорость движения автомо
биля, в результате чего понизятся температура шины и давление
воздуха в ней.
Повышенное давление воздуха проявляется в том, что корд
покрышки работает с перенапряжением, шина становится более
жесткой, легче пробивается при ударе, быстро изнашивается про
тектор, увеличивается давление на дорогу и ухудшается проходи
мость автомобиля.
Увеличение давления воздуха на 10, 20, 30, 40 и 50 % вызывает
увеличение напряжения в каркасе соответственно на 18, 32, 52,
72 и 92 %.
Зависимость температуры тела покрышки от скорости ее качения
показана на рис. 19.9. При скорости 100 км/ч сопротивление качению
шин на 25... 30 % больше, чем при 40 км/ч. Во время так называемой
критической скорости на поверхности шины в зоне, вышедшей
из контакта с дорогой, возникают радиальные колебания протек
тора или волны, неподвижные относительно контакта. Темпера
тура шины быстро повышается, происходит отслоение протектора.
На температуру шины влияют также ее конструкция, нагрузка
на колесо и температура окружающего воздуха. Наибольшая тем
пература развивается в середине брекера и
в плечевых зонах шины, т.е. в местах, где
толщина тела покрышки и деформации мак
симальны.
Исследования показывают, что при по
вышении температуры до 100 °С прочность
резины и связи ее с кордом понижаются
примерно в 2 раза. Уменьшается также и
прочность нитей корда. Однако температу-
Рис. 19.9. Зависимость температуры тела покрыш
ки от скорости движения автомобиля при тем
пературе воздуха 17 °С
305
ра шины до 100 °С еще считает
ся допустимой. Значительно
опаснее повышение температу
ры от 100 до 120 °С и, тем бо
лее, свыше 120 °С.
При этом прочность шины
снижается почти в 2, а резины —
в 4 раза.
Перегрев шины ведет к быс
трому истиранию, выкрошива-
нию и отслоению протектора,
ослаблению связи между слоя
ми резины и тканью каркаса,
расслоению и разрыву каркаса,
отслаиванию заплат на отремон
тированных покрышках и каме
рах.
Перегрузка шин также вызывает сокращение срока их службы,
что показано на рис. 19.10. У шин, работающих с перегрузкой,
увеличивается прогиб, искажается нормальный профиль, повы
шается нагрев, в результате чего в протекторе появляются трещи
ны, расслаивается каркас, отслаивается протектор и возникают
другие повреждения. Каркас перегруженной шины слабо сопро
тивляется разрывам при наезде на выступающие рельсы, камни и
другие неровности.
Перегрузка шин часто является следствием неправильного рас
положения груза на платформе, перевозки длинномерных грузов
с открытым задним бортом без прицепа, использования шин мень
шего размера, работы при спущенной шине на одном из сдвоен
ных колес. Во всех перечисленных случаях масса перевозимого груза
может быть не только не.^ыще, но и значительно ниже нормали
ной, но отдельные Пшйй!® ^ г работал^ под нагрузкой много божк*?
ше допустимой.
Периодически возможна перестановка шин на колесах автомо
биля с целью правильного подбора сдвоенных шин, установления
более надежных шин на переднем мосту и устранения неравно
мерного износа рисунка протектора.
Срок службы шин зависит от технического состояния авто
мобиля и в первую очередь от исправности тормозных механиз
мов, регулировки подшипников ступиц колес, состояния рессор
и ободьев колес, а для шин передних колес, кроме того, особое
значение имеет правильность установки колес (развал и сход).
При неправильной установке передних колес во время движения
автомобиля происходит не только их качение, но и поперечное
проскальзывание, которое приводит к быстрому и часто одно
стороннему износу протектора. При неодновременном действии
Перегрузка на шину, %
от максимально допустимой
Рис. 19.10. Влияние перегрузки на
шину на срок ее службы
306
тормозных механизмов заметно увеличивается износ шин, уста
новленных на колесах, тормозящихся раньше других. В некото
рых случаях возможно проворачивание шины на диске колеса, в
результате чего происходит поломка вентиля и разрыв камеры.
Износ шин, и особенно протектора, увеличивается при резком
торможении. Осевшие или поломанные рессоры могут привести к
повреждению шин в результате соприкосновения их с кузовом
автомобиля. Через неисправные сальники полуосей и ступиц ко
лес на шины могут попадать нефтепродукты.
Шины необходимо ежедневно осматривать, и каждое обнару
женное повреждение немедленно устранять. Незначительный
прокол или порез протектора или другой части покрышки при
несвоевременном ремонте может стать причиной отказа ее в ра
боте. При вращении колеса грязь и песок с дороги, попадая в
небольшой порез, проникают в покрышку и постепенно расслаи
вают ее, а попадающие влага и нефтепродукты вызывают порчу
корда. Очень важно своевременно удалять застрявшие в протекто
ре и между сдвоенными шинами посторонние предметы.
Продолжительность работы шин зависит от умелого вождения
автомобиля в разных условиях. Для сохранения шин не следует
допускать резкого торможения и трогания с места, буксования
колес, движения с большой скоростью по плохим дорогам и на
крутых поворотах, а также механических повреждений и перегре
ва шин. На рис. 19.11 показаны некоторые повреждения шин, явив
шиеся результатом неправильного вождения автомобиля.
Наблюдения показывают, что при эксплуатации автомобилей
на усовершенствованных дорогах основное количество шин (60—
90 %) отказывает в работе из-за
износа протектора. Предельный
износ протектора шин грузовых
автомобилей допускается до вы
соты выступа рисунка по цент
ру беговой дорожки 1 мм, авто
бусов — 2 мм, а для легковых
автомобилей — до индикаторов
износа (выступы в шести сече
ниях по дну канавки рисунка
Рис. 19.11. Повреждение шин вслед
ствие неправильного вождения:
а — неравномерный износ протектора
вследствие резкого торможения; б —
крестообразный (тепловой) разрыв как
результат движения на перегретой шине
с большой скоростью по плохой дороге
<
i
)>
307
протектора высотой (1,6 ± 0,15) мм), а при отсутствии индикато
ров до 1,6 мм остаточной высоты рисунка протектора. В условиях
бездорожья большинство шин с низким пробегом отказывает в ра
боте ввиду разрыва каркаса и механических повреждений. Как
правило, такие повреждения происходят из-за невнимательной
и неосторожной езды, при движении по плохим и захламленным
дорогам и при преодолении препятствий.
Правильно организованное хранение шин также способствует
увеличению срока их службы. Шины и ремонтные материалы сле
дует хранить в сухом помещении, защищенном от солнечных лу
чей, с температурой воздуха до +25 °С. В этом помещении не должны
находиться нефтепродукты и химикаты (кислоты, щелочи и пр.).
Покрышки нужно хранить в вертикальном положении на стелла
жах, не реже одного раза в квартал их следует поворачивать,
меняя точку опоры. Камеры хранятся вложенными в покрышки
в подцутом состоянии или же на вешалках с полукруглой полкой.
В последнем случае камеру не реже чем через 3 мес поворачивают
для изменения точки опоры. Бескамерные шины хранят с распор
ками между бортами. Ремонтные материалы хранятся в рулонах,
подвешенных за деревянные сердечники или уложенных концами
сердечников на перекладины стеллажа. Покрышки, камеры и ре
монтные материалы должны находиться на расстоянии не менее
1 м от отопительных приборов. На автомобиле запасное колесо
необходимо хранить на предусмотренном в его конструкции месте.
Территория стоянки не должна быть загрязнена нефтепродукта
ми, разрушающими резину. При длительной стоянке (более 10 дней)
у автомобиля нужно вывесить колеса.
Учет работы каждой шины ведется в специальных карточках
установленной формы. В карточку заносят заводские номера со
всеми буквами и цифрами. Ежемесячно в карточке указывается
фактический пробег машины по спидометру, если не было замены
запасной шиной. Если такая замена была, то пробег по спидометру
соответственно снижается. Не допускается определение пробега
каждой машины делением общего пробега шин ходовых колес на
число всех шин на автомобиле (включая запасную).
При снятии шины с эксплуатации в карточку записывается
полный пробег, ее техническое состояние, куда направляется
шина — в ремонт, на восстановление или в утиль. В двух послед
них случаях карточка учета является актом списания шины, она
подписывается комиссией и утверждается руководителями АТО.
На основании учетной карточки разрешается вопрос о выплате
вознаграждения водителю за сдачу шин на восстановление и про
бег их сверх нормы. На восстановленные шины заводятся новые
карточки учета их работы.
Соблюдение правил хранения и эксплуатации шин обеспечивает
их пробег сверх эксплуатационных и тем более сверх гарантийных
308
норм. Заводы-изготовители гарантируют пробег шин в пределах
установленных норм в течение пяти лет с момента их изготовле
ния (включая время заводского хранения) при условии, что экс
плуатация и хранение шин соответствуют Правилам эксплуата
ции автомобильных шин, введенных с 1 января 1997 г.
На шины, вышедшие из строя по производственным причи
нам, комиссия составляет рекламационный акт, а сама покрыш
ка, подлежащая рекламации, вместе с карточкой учета ее работы
направляется предприятию-изготовителю.
Эксплуатационные нормы пробега автомобильных шин учиты
вают полный срок их службы, и они выше гарантийных.
Эксплуатационные нормы пробега для шин грузовых автомо
билей и автобусов установлены с учетом территориальной зоны,
в которой они эксплуатируются.
В пределах каждой территориальной зоны нормы дифферен
цированы: для грузовых автомобилей — в зависимости от их
грузоподъемности, а для автобусов — от их типа. И, наконец, для
данных групп грузовых автомобилей и автобусов нормы диффе
ренцированы в зависимости от размера шин и их конструкции
(диагональные Р с текстильным и металлокордным брекером). На
пример, в Московской области эксплуатационная норма пробега
шин для грузовых автомобилей грузоподъемностью от 2 до 6 т для
радиальных шин с металлокордным брекером 240-508Р модели
КЧ-63 составляет 110 тыс. км, а для диагональных шин размером
260—508 — 72 тыс. км. АТО предоставлено право снизить установ
ленные нормы на 15 % для автомобилей, постоянно работающих
на разработках угля и руды при добыче их открытым способом и в
каменных карьерах, и на 10 % для автомобилей, постоянно рабо
тающих с прицепами и полуприцепами, автомобилей-самосва
лов, бортовых автомобилей, загружающихся из бункеров или экс
каваторов, а также автомобилей, занятых на лесоразработках, на
стройках, строительстве и ремонте дорог, на вывозке нефтепро
дуктов и химикатов в условиях, разрушающих автомобильные
шины.
Для повышения сцепления шины с обледеневшей дорогой в
зимнее время применяют ошипованные шины (рис. 19.12). Шип
противоскольжения состоит из корпуса из малоуглеродистой ста
ли, нижней частью которого шип удерживается в теле протектора
шины, а в верхнюю часть корпуса запрессовывается цилиндри
ческая вставка 1 шипа из твердого сплава. Корпус шипа может
быть изготовлен и из пластмассы.
Для закрепления шипов в протекторе шины просверливают
отверстия на глубину, не доходящую на 3 мм до брекера, в кото
рые запрессовывают шипы. При этом шип должен выступать над
поверхностью протектора на 1,8... 2,0 мм. Число шипов на шине
легковых автомобилей 120—160.
309