автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.12, диссертация на тему:Повышение ресурса автомобильных шин

РГб од

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ПО ВЫСШЕМУ

/ ■" 1'' '-из

' ' ОБРАЗОВАНИЮ РОССИИ

МОСКОВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ ТОНКОЙ ХИМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ им. М.В, ЛОМОНОСОВА

Специализированный Совет Д 063.41.04

На правах рукописи

. СЛЮДИКОВ ЛЕОНИД ДАВЫДОВИЧ

ПОВЫШЕНИЕ РЕСУРСА АВТОМОБИЛЬНЫХ ШИН

Специальность 05.17.12 - Технология каучука и резины.

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук.

Москва 1993 г.

Работа выполнена в НИИ шинной промышленности

Официальные оппоненты :

доктор химических наук, профессор К А. Берестнев, доктор технических наук, профессор Е. С. Кузнецов, доктор технических наук, профессор Ю. Ф. Щутилин.

Ведущая организация :

Центральный научно-исследовательский автомобильный и автомоторный институт (НАМИ).

Защита диссертации состоится " к С 1993г в/5_час.

на заседании специализированного совета Д 063. 41. 04 при Московской государственной академии тонкой химической технологии им. М.В. Ломоносова по адресу : 119831 ГСП, Москва, ул. М. Пироговская, 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке академии.

Отзывы на автореферат направлять по адресу: 117571, Москва, пр. Вернадского , 86, МГАТХГ им. М. В. Ломоносова.

Автореферат разослан

Ученый секретарь специализированного совета Д 063. 41.04 доктор физико-математических наук, профессор

Карташов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

Актуальность проблемы . Удовлетворение потребности автомобильного транспорта в шинах является одной из важнейших задач,решаемой шинной промышленностью путем повышения качества шин. Повышение ресурса шин практически эквивалентно увеличению их количества, а также положительно влияет на экономическую эффективность производства, сохранность окружающей среды и материальных ресурсов, является наиболее действенным способом снижения существующего ныне дефицита шин.

Учитывая перспективы дальнейшего увеличения масштабов производства автомобилей и обьемов перевозок и то обстоятельство, что на внешнем рынке в ряде случаев недостаточное качество шин снижает конкурентоспособность отечественных автомобилей,проблема повышения ресурса имеет важное .научное и практическое значение. В настоящее время срок службы шин регламентируется государственными стандартами, а норма пробега - важный нормативный показатель работы транспорта.

Цель работы . Теоретическое обоснование и создание комплекса средств для повышения ресурса при проектировании новых и модернизации существующих моделей автомобильных шин, согласующихся с общими техническими требованиями, особенностями технологии производства и условиями их эксплуатации; разработка и внедрение в производство эффективных сбалансированных решений, обеспечиваю-цих повышение ресурса шин без ухудшения сцепления с дорогой.

Научная новизна. Изучены закономерности долговечности шин в эксплуатации при совокупном действии различных механизмов разру-

шения. На шинах массового производства для грузовых и легковых автомобилей общего назначения установлен как преобладающий закон Езаимонезависимости различных отказов. Получены экспериментальные доказательства целесообразности принятого метода изучения долговечности шины по отдельным отказам путем рао-четного определения ресурса отдельной ее детали как .элемента системы, содержащей и другие отказывающие элементы, но в предположении их безотказной работы. Сформулировано и практически подтверждено следующее положение: отношение количества шин. вышедших из эксплуатации на данном интервале пробега по конкретному отказу, к количеству шин, прошедших этот интервал, не зависит от наличия других откззов.

На основе систематического исследования елияния параметров протектора на долговечность сформулированы.представления об оптимальном сочетании свойств резины и конструкции протектора, обеспечивающем максимально возможный ресурс иины. Разработаны методы, позволяющие определять изменения конструктивных параметров в зависимости от реально достигнутой износостойкости резины протектора: оптимизация параметров протектора, определяющих его массу, направленное изменение топографии износа резины протектора кривизной беговой дорожки, формой профиля шины, соотношение параметров рисунка. Обнаружена и описана количественно особая роль высоты выступов протектора для сбалансированности принимаемых при создании шины решений, удовлетворяют^ различные требования, такие как долговечность шин и износостойкость резины, расход топлива транспортом, сцепление с дорогой, условия эксплуатации, высота рисунка при восстановлении протектора. Обоснована возможность увеличения изнашиваемой части резины протектора грузовых шин, выпускаемых как серийная продукция. В процессе эксплуатации подка-навочный слой резины частично переводится е выступы рисунка, что

повышает ресурс шин нз 20-30%.

Впервые получены количественные зависимости ресурса шины от нестабильности износа резины протектора, от факторов, определяющих повреждаемость подканавочного слоя резины, от снижения запаса по усталости . отдельных деталей при высоких пробегах. Показано, что основной причиной, сдерживающей в настоящее время дальнейшее повышение ресурса шин, является падение сопротивляемости различным расслоениям и отслоениям, обусловленное снижением прочности связи между деталями шин при высоких (свыше 100 тыс.км ) пробегах.

В результате изучения сцепления шины с мокрой дорогой предложен принцип определения сил трения между резиновыми Еыступами протектора и дорожной поверхностью: учитывается только площадь сухого контакта и не принимается в расчет та часть контакта, где выступы отделены от дороги пленкой жидкости. На основе этого принципа разработана теория сцепления и аквапланирования шин на мокрой дороге с применением гидродинамических расчетов.

Научно обоснованы технические решения совершенствования шины, позволяющие разработать шины с максимально возможным ресурсом при достаточном сцеплении и с наименьшими затратами.

В 'целом диссертация решает важную для промышленности и транспорта задачу повышения ресурса и сцепления с дорогой автомобильных шин. Реализация разработанных решений еносит значительный вклад в ускорение научно-технического прогресса.

Практическое значение работы. Совокупность выполненных исследований и теоретических обобщений позволяет решать практические задачи по увеличению ресурса на стадии проектирования ноеых и модернизации существующих моделей шин.

Разработаны математические модели долговечности шины и сцеп-

ления с дорогой с программированием на ЭВМ, позволяющие в процессе создания и совершенствования шины прогнозировать влияние изменяемых параметров на ресурс и не допускать такие решения, которые повышают ресурс за счет отрицательного влияния на безопасность движения транспорта. Эти модели используются в системе автоматизированного проектирования (САПР) шин НИИ шинной промышленности для разработки эффективных технических средств поэтапного повышения ресурса шин легковых и грузовых автомобилей.

Разработаны эффективные (в частности, для доводочных работ) экспериментальные методики оценки износостойкости, оцепления с дорогой и способности протектора удерживать камни, которые нашли применение в научных исследованиях.

Теоретически обоснованы и разработаны методы комплексного прогнозирования влияния на-ресурс шины и ее сцепление с дорогой параметров протектора (износостойкости и коэффициента трения резины, высоты выступов рисунка, кривизны беговой дорожки, толщины подканавочного слоя и др.), что позволяет на стадии проектирования уточнить эффективные направления повышения ресурса создаваемых шин, классифицировать их по значимости и оценить реальные возможности повышения ресурса.

Предложена новая, обеспечивающая повышение ресурса, методология поиска решений, которая предусматривает: определение оптимального сочетания параметров материала (резины, корда) и конструкции шины (высоты рисунка, углов расположения корда и др.), различные постановки задач оптимизации протектора, компьютерные программы для вариантного конструирования, экспериментальные методы оценки износостойкости шины и сцепления с дорогой (а также приборное оснащение к ним), позволяющие проводить эксперимент с

шинами в обычных условиях эксплуатации быстро и экономично.

Разработана схема построения беговой части шины, предусматривающая оптимальное сочетание параметров износостойкости резины, кривизны и распределения высоты выступов по ширине протекторз, схема реализована в шине 7.50-20 модели МИ-173 для автомобилей ГАЗ.

Выпускается в серийном производстве на Московском, Омском, Нижнекамском и других шинных заводах шина 9.00Р20 модели И-Н142Е с оптимальной для условий России высотой выступов рисунка, обеспечивающей ресурс на уровне шин лучших зарубежных фирм, что, в частности, подтверждают проводимые с 1988 года в г. Владимире сравнительные испытания на автомобилях КАМАЗ шин фирмы "МИШЛЕН" и Омского шинного завода.

Разработаны принципы конструирования шин с оптимальным сочетанием параметров конструкции и корда, которые реализованы, в частности, в шине 9.00Р20 модели М-184, рассчитанной на применение в каркасе низкомодульного капронового корда без термовытяжки (выпускается на Московском шинном заводе), и в шине 9.00Р20 модели И-Н142Б с комбинированным терлсн-металлокорд брекером.

На многих предприятиях транспорта внедрен метод повышения ресурса шин за счет использования резерва подканавочного слоя путем углубления канавок рисунка протектора, эффективность которого теоретически доказана в диссертации.

Ряд технических решений, признанных изобретениями (7 авторских свидетельств, 2 патента), внедрены в производство.

Экономический эффект. Внедрение технических решений, основанных на выполненных исследованиях, тлеет двойной эффект.

а) Прямая экономическая.выгода- за счет повышения ресурса шин, например :

- - 8 -

- по шине 7.50-20 модели МИ-173 для автомобилей ГАЗ о годовым эффектом 40 млн.руб. (здесь и ниже эффект указан в ценах 1991г.);

- по шине 9.00Р20 модели И-Н142Б для автомобилей ЗИЛ, КАМАЗ с вцсотой рисунка 1,5 раза превышающей принятыми зарубежными фирмами, с годовым эффектом около 200 млн. рублей;

- по шине 9.00Р20 модели М-184, рассчитанной на применение в каркасе нетермовытянутого капронового корда, с годовым эффектом по Московскому шинному заводу около 5 млн. рублей;

повышение ресурса шин в автопредприятиях за счет использования резерва подканавочного слоя может обеспечить эффект около 200 млн. рублей.

б) Косвенный неподсчитываемый экономический эффект от повышения ресурса шин образуется за счет повышения.производительности транспорта, снижения объема трудоемких работ, улучшения экологии.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на Международной конференции по каучуку и резине ( Прага, 1989г.), Всесоюзных симпозиумах "Проблемы шин и резинокордных композитов" (Москва, 1989,1990,1992 г.г.), Всесоюзной конференции по механике полимерных композитных материалов ( Рига, 1978 г.), двусторонних симпозиумах с фирмой "Данлоп", Англия ( Москва, 1974 г.), с фирмой "Пирелли", Италия ( Москва, 1974 г.), на заседаниях Ученого совета НИИ шинной промышленности и его секциях.

Публикации. По результатам диссертации опубликовано 62 работы, в том числе 4 тематических обзора ЦНИИТЭнефтехима, одна.монография "Истирание резин" ( Москва, изд. "Химия", 1975г.), 20 авторских свидетельств, свидетельство на промышленный образец, патенты ( СССР, России, США, Великобритании ).

Личное участие автора состоит в инициативе постановки исследований, нахождении и обосновании технических решений , разработке математических моделей долговечности шины и сцепления с дорогой, оптимизации параметров конструкции и материалов шины, разработке и внедрении экспериментальных методов оценки износостойкости протектора, сцепления о дорогой и приборного оснащения этих методов, разработке и внедрении основанных на проведенных исследованиях рекомендаций, которые защищены авторскими свидетельствами и патентами на изобретения.

Объем и структура работы. Работа изложена на 334 страницах, содержит 72 рисунка, 39 таблиц. Состоит из введения , пяти глав, зыводов и рекомендаций , заключения и приложений. Список литературы включает 170 наименований.

СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЛИЯНИЯ ПАРАМЕТРОВ ШИНЫ НА ДОЛГОВЕЧНОСТЬ.

Проблема повышения ресурса автомобильных гаин решалась и решается многими научными и производственными коллективами. Большой вклад в теорию и практику повышения ресурса шин внесли ученые СНГ в области рецептуростроения шинных резин, технологии шинного производства, конструкции шин, а также в области изучения шины в системе конструкции и эксплуатации автомобиля.

Анализ результатов исследований эксплуатации шин и изучения механизмов разрушения показывает, что, если исключить случаи грубого нарушения правил эксплуатации, то долговечность шин определяется в основном тремя факторами:

- износостойкостью рисунка протектора;

- сопротивляемостью шин пробоям и порезам;

- усталостной прочностью отдельных элементов шин и прочностью связи между ними;

Этот анализ позволяет заключить, что известные экспериментальные и расчетные исследования влияния параметров шины на долговечность не позволяют прогнозировать ресурс создаваемой шины с учетом всех возможных разрушений ( отказов) в эксплуатации с не-обхрдимой для практических целей точностью. В настоящее время требуемая точность прогноза возрастает по мере достижения высокого уровня пробегов шин, когда каждая следующая прибавка в повышение ресурса становится все меньше и достигается все труднее, с большими затратами.

Разработка шины с повышенным ресурсом возможна при достаточно надежном и точном прогнозировании ресурса на всех стадиях создания шины.

Такой подход к проблеме повышения ресурса шин предопределил постановку и решение следующих теоретических и практических задач:

- создание методов расчета долговечности шины с учетом наиболее частых отказов и на основе изучения и обобщения фактических данных о работоспособности в эксплуатации;

- поиск наиболее эффективных решений совершенствования параметров шины, ' главным образом, оптимального сочетания параметров материалов и конструкции, •дающих наибольший эксплуатационный ресурс;

- изучение и количественное описание закономерностей сцепления шины с мокрой дорогой, позволяющих не допускать такие решения, которые повышают ресурс за счет отрицательного влияния на безопасность движения транспорта;

- разработка методов оптимизации параметров шины;

- разработка экспериментальных методов изучения характеристик шин в реальных условиях эксплуатации: интенсивности износа,

сцепления с дорогой, удерживание камней в канавгах рисунка.

ОБЬЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ В качестве основных объектов исследования долговечности и сцепления с дорогой были приняты шины массового производства для легковых и грузовых автомобилей общего назначения.

Принятые расчетные и экспериментальные методы были созданы в процессе выполнения работы и описаны в соответствующих разделах. Расчетные модели построены на основе физической картины явления, что способствовало их развитию и совершенствованию. Так, модель долговечности , разработанная первоначально для прогнозирования ресурса новых шил, была усовершенствована для расчета ресурса шин,восстановленных любым способом и при любой кратности восстановления. Все теоретические зависимости доведены до расчетных формул , которые могут быть использованы (и первоначально применялись) при "ручных" расчетах. Компьютерные программы приспособлены для ведения расчетов в режиме диалога ЭВМ-разработчик и для вариантного конструирования.

Учитываются условия эксплуатации, которые, как известно, способны в несколько раз изменить абсолютные значения как ресурса шины, так и коэффициентов сцепления с дорогой. Это делается при помощи привязки к базовой модели, испытанной в тех же условиях, в которых будет работать создаваемая шина. Кроме этого, в расчет могут быть внесены коррективы, если происходит некоторое изменение условий работы создаваемой шины по сравнению с базовой. Использование данных по базовой модели в качестве исходных позволяет учесть и индивидуальные особенности создаваемой шины. Например, особенности завода-изготовителя (технологический процесс, культура производства ), особенности спецификации и г. д.

Существуют причины, которые сдерживают проведение экспери-

ментальных исследований автошин - это, в частности, длительность и высокая стоимость испытаний. Разработанные и использованные нами экспериментальные методы в значительной мере лишены этих недостатков и в то же время обладают важным достоинством: позволяют проводить эксперимент в обычных натуральных условиях эксплуатации. Исследование износа основано на замерах с высокой точностью толщины изношенного слоя резины рабочей поверхности шин , которые используются на обычных перевозках в обычном автопредприятии. Измерение коэффициентов сцепления производилось по методу динамометрических прицепов, усовершенствованного в части систем силоиз-мерения, торможения и подачи воды под колеса таким образом, чтобы производить замеры на дорогах общего пользования без прекращения потока движения автомобилей. Сравнение шин по удерживанию камней в канавках рисунка протектора производились на находящихся в эксплуатации участках дорог с насыпкой гравия без связующего.

Во всех случаях основные метрологические параметры, определяющие погрешность получаемых результатов,находились путем специально проводимых статистических исследований. Так, влияние различных факторов на точность оценки износостойкости исследовано при помощи дисперсионного анализа. В результате за 2-3 месяца получали с погрешностью 5% при надежности 0,95 оценку износостойкости, причем затраты на эти испытания сводились только к оплате за проводимые измерения. Оценка коэффициентов сцепления на мокром дорожном покрытии и оценка удерживания камней в канавках рисунка протектора требуют одного или нескольких дней. Методика статистической обработки результатов позволяла в процессе испытаний определять количество повторений замеров, необходимое для достижения требуемой точности измерений. .

ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ ДОЛГОВЕЧНОСТИ ШИНЫ Б ЭКСПЛУАТАЦИИ ДО ЕОССТАНОЕЛЕНИЯ ПРОТЕКТОРА.

Расчет долговечности шины, разработанный и проверенный на конкретных задачах в этом разделе, позволяет получить достоверный прогноз ресурса проектируемой шины в связи с принимаемыми изменениями ее конструкции, материалов, технологии или условий эксплуатации. Он также может быть использован для сбалансированности принимаемых решений, что необходимо для совершенствования тех параметров шины и в такой мере, которые дадут максимально возможный эффект. Расчет основывается на методах теории надежности, а именно на оценке функций распределения показателей надежности элементов, испытываемых в неЕосстанавливаемой системе, содержащей и другие отказывающие элементы.

Доказана правомерность такого подхода к изучению долговечности автомобильных шин. Показано, что отношение числа шин, вышедших на данном интервале пробега по конкретному отказу, к числу шин, прошедших этот интервал, не зависит от наличия других отказов:

а$°со а», со

_ч

--о- = - . со

I

где обозначены функции распределения:

- выхода шин из строя по любому отказу,

Ф^-Ш - выхода шин из строя по конкретному 1-тому отказу при условии, что шины выходят из строя и по другим отказам, Ф1 Ш -выхода шин из строя по Ьтому отказу при условии, что шины выходят из строя только по этому отказу. Справедливость положения (1) проверена и подтверждена разными методами, в том числе и прямым!I экспериментами: на функциях вероятности безотказной работы шик по износу и сопоставлением прогнозируемых результатов с фактически-

ми.

На основе дифференциального уравнения (1) получен ряд соотношений, важных для практических расчетов.

Р.СО= 1- $.СО=ехр

- со

" J 1- $°ct

СВЗ j

I

Pj (t) - функция вероятности безотказной работы шины по i-тому отказу при условии, что другие отказы отсутствуют. Формула (2) позволяет восстановить показатель надежности разрушаемого в процессе эксплуатации конкретного элемента шины в предположении, что вся испытываемая партия вышла из строя только по одному виду разрушения (отказа), из данных эксперимента, в ходе которого реализуются различные отказы. Подобная формула была получена профессором А.Д. Соловьевым другим способом и была применена для оценки прочности паяных соединений. Она не является общеиспользуемой в теории надежности, пригодной для любых статистических совокупностей, т.к. пока для ее оценок не получены необходимые общетеоретические доказательства. Нами адекватность полученной математической модели подтверждена только на шинах.

На рисунке 1 показаны функции Pt (t) вероятности безотказной работы партии шин по отдельным отказам (износ, механические повреждения, усталостные) и общая P(t) - при действии всех механизмов разрушения. Введено понятие условного ресурса (пробега) Тишины по i-тому отказу. Такой ресурс имела бы испытываемая партия, если бы все составляющие ее шины вышли по отказу i. Ресурс Ttравен (в масштабе) площади, ограниченной кривой Pj_ (t) и осями координат так же, как реальный ресурс Т - площади, ограниченной кривой P(t) и осями координат.

Поскольку каждой функции вероятности безотказной работы по

Рис.1. Функция вероятности безотказной работы шины 9.00Р20: 1,2,3 - условные по отказам износу протектора,мехповреждениям, усталостным соответственно; 4 - общая при возникновении всех видов ст.каза пшны в эксплуатации .

юо

8Л

Ъ»—-.--------------

°-в НУ , -ю ■// 1.2 ч у.» 72

Рис.2. Зависимость ресурса серийной шины 9,00Р20 Московского шинного завода от изменения условных ресурсов по различным отказам: I - износ, 2 -пробои и порезы, 3 - расслоение между брокером и каркасом; 4 - разрушение борта

отдельному отказу однозначно соответствует условный ресурс шины по этому отказу, то общий ресурс шины можно рассматривать как комплексный показатель, а условные - его составляющие:

т = f(T4 ,Tif...,Tn) (3)

Предложены расчетные формулы, позволяющие реализовать соотношение (3):

р со=л Ptco, С4Э

00 . i T=jV COdt, C5D

о

со ' S

Т. = [РСОЛ, сш :

1 J 1 !

I

о

Таким образом, математическая модель •шины для описания ее ■ долговечности представляет собой ряд' элементов, соединенных последовательно.в смысле надежности, т.е. шина работает до выхода из строя любого первого элемента. Элементы выходят из строя независимо друг от друга. Каждый элемент может иметь только один вид отказа. Условные ресурсы по каждому из отказов являются важными характеристиками и составляющими долговечности шины. Поэтому необходимо первоначально установить, как изменяется условный ресурс при заданных изменениях конструкции, материалов, технологии или условий эксплуатации, а затем рассчитать изменение среднего ресурса. Возможное взаимовлияние отказов также может быть определено количественно как влияние изменения условного ресурса по одному виду отказа на условный ресурс по отказу другого вида.

Количество шин, реально вышедших из строя по отказу i при заданном значении условного ресурса, можно определить по формулам:

i - $nco

d$°CO=-:- -di.CO, C75

1 1-i.Ct) 1

I.

r P CO

$°CO=- - dP.CO, CSD .

J P.CO

v

Одно из наиболее важных практических применений модели долговечности связано с возможностью исследовать и прогнозировать с ее помощью ресурс шины в процессе ее создания: от начала проектирования до испытаний опытных или серийных шин, от начальных вариантов до вариантов решений, скорректированных с учетом проведенных расчетов и доводочных экспериментов. При этом в расчетах используются данные прототипа (базовой модели), свойства которой достаточно хорошо изучены но наблюдению в эксплуатации и по сравнению с которой в проектируемую шину вносят определенные изменения:

п *

П Р со

Р*СО = Р СО i = 1 - , С93

п

Л Р.со i

г

i =1

где знаком * отмечены функции вероятности безотказной работы проектируемой шины, а без этого знака - шины-прототипа.Функции Ff (t) определяют при помощи расчетных методов, предложенных в диссертации, а исходными данными для этих расчетов являются соответствующие функции шины-прототипа. На рис.2 представлены зависимости ресурса конкретной шины 9.00Р20 (модель, завод-изготовитель, условия эксплуатации) от возможных изменений ее условных ресурсов по различным отказам. Они используются разработчиками ноеой шины для внесения сбалансированных изменений. Так, в данном случае основные изменения были направлены на повышение прочности и изгибной

жесткости брекерного псаса. Для каждой конкретной шины могут быть рассчитаны такие зависимости и с их помощью определены наиболее эффективные пути повышения ресурса в эксплуатации на исследуемом этапе ее совершенствования. Если в шину вносится несколько изменений, то количественно оценивается вклад каждого в суммарное повышение ресурса.

Разработан метод расчета ресурса шины в зависимости от нестабильности (дисперсии) отдельных показателей качества. Например, показано, что по мере роста нестабильности износостойкости протектора ( при фиксированном ее среднем значении) ресурс падает с возрастающей интенсивностью.

Полученные уравнения и расчетные формулы описывают закономерности долговечности шины, которые позволяют аналитическим путем определить, ката® еиды отказов в наибольшей мере сдерживают повышение ресурса. Такая задача решена как для конкретной шины (например, рис.2), так и для определенной группы шин путем обобщения результатов анализа по многим шинам. Установлено, что для

\

повышения ресурса необходимо обеспечить оптимальное сочетание параметров конструкции и резины протектора, дающее с учетом условий эксплуатации наибольшую износостойкость при достаточных показателях прочности подканавшного слоя резины и сцепления с дорогой. Учитывая ограниченность существующих лабораторных методов испытаний резин в части корреляции их с результатами оценки шин в эксплуатации, был разработан комплекс экспериментальных методов исследования протекторных резин непосредственно в шинах. Эти методы дали возможность:

- изучать влияние состава и свойств протекторных резин и конструктивных параметров на характеристики шин по единой методики;

- оценивать это влияние в одних единицах измерения;

- проводить эксперимент на шинах в конкретных условиях эксплуатации.

Анализ и обобщение результатов экспериментальных исследований позволили получить аналитические зависимости, определяющие влияние параметров протектора на ресурс шины. При помощи этих зависимостей для конкретной протекторной резины определяется такое сочетание значений конструктивных параметров, при котором достигается наибольшая износостойкость шины.

Соотношение условных ресурсов по износу прогнозируемой и базовой шин, необходимое для определения функций вероятности безотказной работы Р*(I) , рассчитывается по формуле:

V»

т /т - п

1 1 нз

о

к СН - Н Э 1_ 1 ° а

о

СЮ>

где 30 средняя интенсивность износа резины выступов протектора базовой и прогнозируемой шин,

высота выступов базовой и прогнозируемой шины, - коэффициент изменения средней интенсивности износа резины протектора с изменением высоты выступа.

Коэффициент ^определялся экспериментально, для чего применялись два способа. По первому - измерения износа протектора выполнялись с высокой точностью (на установке) на ограниченном количестве шин в процессе их эксплуатации и строилась зависимость интенсивности износа резины от высоты рисунка протектора. По второму - использовались имеющиеся.данные эксплуатационных испытаний, в ходе которых периодически фиксируется пробег шин и соответствующая высота протектора. Последняя измеряется со значительной погрешностью на большом количестве шин. Эти данные представлялись как статистики в виде, множества пар значений средней интенсивности износа и высоты рисунка. Исследования показывают, что

при увеличении высоты рисунка пробег до полного износа протектора растет тем больше, чем меньше коэффициент к,. Последний в зависимости от особенностей шины и условий эксплуатации колеблется от 0.001 до 0.01 1/тыс.км, как правило составляет 0.004 - 0.006 1/тыс.км. Достигнутый уровень износостойкости протекторной резины и коэффициент к,, в основном, определяют целесообразное (формула 15) значение высоты рисунка, которое тем меньше, чем Еьпле износостойкость резины. Так, для грузовых шин при - 0,2 мм/тыс.км - 20 мм, а при 1Н- 0,1 мм/тыс.км Нь- 14 мм.

Установлено, что для достижения максимального прироста (минимального снижения) ресурса Т, при увеличении (уменьшении) массы изнашиваемой части резины протектора необходимо рассчитать изменение высоты Еыступов Ь , ширины беговой дорожки Ь и насыщенностиг рисунка протектора методом многофакторной оптимизации при помощи множителей Лагранжа . Целевая функция Гс и необходимые условия максимума таковы:

г»

I =1 ЭТ С Дт. Э

—*-_ х=0, 1=1,2____п, С12Э

АДт.

где при 1=1 Дт =Дт . ПРИ 1=2 Дт.=Дт , При 1=3 Лт =Дп> -

I Ь ' I Ь V V

изменения массы протектора, обусловленные изменениями параметров Ь, Ь , V , соответственно. Расчет уточняет существующее представление, согласно которому пропорционально массе (объему) изнаши-

ваемой резины протекторз, и позволяет до двух раз увеличить прирост условного ресурса по износу или снизить его потерю по сравнению с существующим правилом пропорциональности. Он основывается на экспериментальных зависимостях износостойкости резины протектора от конструктивных параметров Ь,Ь,у*. Эти зависимости являются исходными для проведения расчетов.

Исследован механизм влияния кривизны беговой дорожки на износостойкость протектора. Существующая технология производства позволяет изготавливать беговую часть протектора только из одной резины. Поэтому кривизна является основным рычагом, определяющим топографию износа шины, при которой достигается наибольшая износостойкость. В условиях эксплуатации реализуются различные механизмы износа резины (абразивный, посредством скатывания, усталостный), и протекторная резина изнашивается по смешанному механизму. Правильным выбором кривизны достигается оптимальное распределение контактных напряжений, при котором напряжения по своим значениям существенно ниже критических (обуславливающих высокоинтенсивные механизмы износа), и максимально снижена интенсивность износа в тех зонах протектора, которые определяют долговечность шины по износу.

Экспериментально показано, что установившаяся в процессе эксплуатационного износа величина р радиуса меридиональной кривизны не зависит от жесткости условий эксплуатации шин, но может как увеличиваться так и уменьшаться по сравнению с радиусом, заданным в вулканизационной прессформе, в зависимости от величины последнего. Задача выбора радиуса кривизны, обуславливающего наименьший-износ резины протектора, рассматривается как нахождение таких распределений по ширине беговой дорожки ■ касательных контактных напряжений (окружных) и "Гту (меридиональных); длины контакта 1у,

толщины протектора Ьу, при которых достигается наименьшая работа трения в контакте шины с дорогой в наиболее изнашиваемом окружном сечении. Искомые распределения найдены из полученных зависимостей удельной работы трения А^ и Апу в любых сечениях на расстоянии у от экватора шины при качении колеса с передачей окружной и боко-' вой силы соответственно:

а =-1у

9т 2 Ь I о

1-

гвсг+г^

мни.

С13Э

где в - модуль сдвига резины протектора,

Г„, - средние значения контактных касательных напряжений окружных и меридиональных,

Ь0 - толщина резины по центру беговой дорожки, Ь^ - половина ширины контакта шины с дорогой, - длина контакта по центру беговой дорожки,

у =т /т , у =т /г в=Ь, /Ь , а, =1/1 ' I 1Ь Ю т тЪ то, Ь о к Ь о,

индексы о и Ь соответствуют центральному и крайнему окружным сечениям беговой дорожки, индекс у - расстоянию от экватора.

На основе математической модели (13) - (14) выполнен кзчест-

венный анализ поведения системы и показано: работа трения в конкретном окружном сечении изменяется пропорционально длине контакта и обратнопропорционально толщине протектора в этом сечении. Полученное соотношение имеет четкий физический смысл. Скольжение выступа рисунка относительно дороги тем продолжительнее, чем длинее контакт, и начинается тем раньше (ближе к входу в контакт), чем меньше толщина выступа и подканавочного слоя, т. е. чем жестче выступ. Оно позволяет установить значения радиуса кривизны беговой дорожки для легковых и грузовых шин, а также разработать патентоспособные решения, отличающиеся распределением высоты выступов по ширине беговой дорожки. Одно из таких решений реализовано в шине 7. 00-20 модель МИ-173, показавшей в эксплуатации наибольшую долговечность по сравнению с другими моделями (Ш-104, ИЯ-112) этого размера и внедренной в серийное производство на заводах отрасли.

Анализ долговечности шин при помощи расчетной модели показывает, что совершенствование шины должно проводиться с учетом условий эксплуатации. Так, для хороших дорог I и II категории более эффективно повышать износостойкость протектора (таблица 1), для дорог III - V категорий - сопротивление механическим повреждениям, для плохих дорог- сопротивление усталостным разрушениям и механическим повреждениям. ■

Поэтому в перспективном типаже шин, впервые разработанном для условий нашей страны, рекомендована специализация шин с учетом условий работы автомобилей. Как естественное развитие специализации шин предложена специализация протекторных резин, которая позволяет максимально улучшить приоритетные для заданных услогий свойства резины, сохраняя или допуская■ даже некоторое ухудшение других показателей, поскольку невозможно улучшение всех свойств

.Таблица 1.

Повышение условного пробега шины 9.00Р20 по одному из основных отказов, необходимое для увеличения ресурса на 10 X.

Условия эксплуатации (группа дорог)

Повышение условного пробега,%

по износу

по пробоям и порезам

по усталостным разрушениям

А Б В

15 30 40

30 17 12

40 25 17

резины для всех условии эксплуатации шин.

Так, для междугородних и международных перевозок, где реализуются высокие скорости движения, длительная безостановочная езда, высокие нагрузки, разработана резина на основе СКИ-З+СКД, 75:25 с низкими гистерезисными потерями, высоким модулем, с низким теплообразованием. А для перевозок, например, по плохим дорогам и бездорожью создана. протекторная резина на основе СКИ-3+СКД+БСК, 50:15:35 с повышенным сопротивлением скалыванию шашек, и высокими сцепными свойствами. Для всех категорий эксплуатации, которые предусмотрены в типаже шин, предложены протекторные резины (всего шесть резин, таблица 2) с оптимальными для конкретных условий характеристиками. Значения конструктивных параметров шин увязаны со.свойствами протекторной резины при помощи представленных выше зависимостей (10)-(14).

Таблица 2

Характеристика протекторных резин, специализированных для различных условий работы транспорта (видов перевозок)

1 ■ - ( Виды перевозок ¡Показатели резин 1 1 Международные| и | междугородные| Городские Местные Сельскохозяйственные Карьеры 1 Для легко- | вых шин |

1 !Рецептура

! Каучуки СКИ-З+СКД | СКИ-3+СКД+ *) СКИ-3+СКД+ *) СКД+ *) СКИ-3 СКД + *) |

I 1 (75:25) 1 (50:30:20) (50: 15 :35) (70:30) (100) (80:20) |

| Техуглерод ■ II-245 (55) | П-245 (57) П-245 (57) П245(62) П245+БС120 П-245+БС-120 I

¡Физико-механические свойства (45:15) (60:10) ]

¡Условное напряжение при 12 | 11 10,5 9,5 10 11,5 |

| удлинении 300%, Ша

¡Условная прочность-при '24 | 22,5 23 18,5 24,5 19,5 !

| растяжении ,М11а

¡Сопротивление раздиру, кН/м 9,2 | 8,5 8,7 6,3 11,0 5,5 |

!Твердость по Иору 64 | 63 62 61 62 66 |

¡Эластичность, по отскоку,% 43 | 36 34 31 40 42 )

|Гистерезисные потери , К/Е 0,28 ! 0,33 0,34 0,39 0,30 0,40 |

((в режиме постоянной энергии

! цикла)

¡Энергия прорыва, Щх/и* 1,60 | 1,60 1,8 1,7 2,1 1,5 |

1 Истираемость на приборе 90 | 75 77 72 85 70 |

| МИР, м-* /ТДж

¡Коэффициент трения на 0,52 | 0,54 0,56 0,57 0,58 0,59 |

| мокром бетоне, МП-3

¡Относительная износостой- 0,95 I 1,0 1,0 1,1 0,9 1,15 I

| кость в эксплуатации 1 .. , ... . )

*) - СК080АРКМ15

ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ ДОЛГОВЕЧНОСТИ ШИН В ЭКСПЛУАТАЦИИ С УЧЕТОМ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ПРОТЕКТОРА.

Прогноз ресурса шины с учетом всех видов восстановления протектора расширяет область поиска решений, обеспечивающих повышение ресурса создаваемой шины. Этому способствует и то, что в расчетную модель высота рисунка введенна в качестве переменного параметра. Существующая прзктика применять при восстановлении высоту рисунка одинаковую с новой шиной приносит в СНГ значительный ущерб как производителям, так и потребителям восстановленных шин.

Высота выступов рисунка протектора влияет на многие выходные характеристики шины:' ресурс, виды, отказов, коэффициент ремонтопригодности, массу, сопротивление качению, стоимость материалов и др. Предложено определять высоту рисунка путем решения задачи оптимизации, а е качестве критерия оптимизации -стоимость тысячи км пробега шины как единого эквивалента всех названных характеристик:

u J в са - к н з

, Нопт=У —i-, С15) !

kiBz+k2C-^n

где Н0Пг>Н0 - начальная высота выступое рисунка,оптимальная и у базовой шины,

7 - интенсивность износа резины протектора,

,Ва - части стоимости шины, приходящиеся на 1 мм высоты и независящая от высоты рисунка, Ст - стоимость топлива,

ki,kj- изменение средней интенсивности износа и среднего расхода топлива при изменении высоты рисунка на 1 мм,

п - число колес на автомобиле. /—2д »V-

Ар=у I опт

Высоту Нпцг целесообразно уменьшить на величину в са - к н

1 1 о

чтобы учесть слабое влияние высоты на стоимость пробега вблизи

Нопт; величина, равная 0.5% стоимости 1 тыс.км пробега шины.

Расчет высоты выступов рисунка позволяет, в частности, сбалансировать долговечность шин и расход топлива автомобилем: чрезмерное повышение высоты рисунка ради повышения долговечности приносит экономические потери транспорту из-за перерасхода топлива, а недостаточная высота - к ущербу из-за снижения полного (с учетом восстановления протектора) ресурса шин, который не будет компенсирован экономией топлива. Так, в 60-е - 80-е годы был обоснован выбор высоты рисунка грузовых шик для условий СССР в 1.5 раза большей, чем для Европейских стран. Эта мера обусловила прибавку ресурса примерно на 30%, что в масштабах страну дало многомиллионный эффект и существенное снижение дефицита шин. С увеличением износостойкости резины протектора (уменьшение 7)Н^снижается,и в настоящее время его значения близки к европейским стандартам. При этом учитывается жесткость условий эксплуатации, которые влияют на уровень интенсивности 3, коэффициентов к, и к^ .

Ресурс шин после д'-того восстановления определяется по формуле : со 1

п

Т.СЮ=[ ПР..СЬ,Ю*Ь, С163

Х- 1

о

где - функции вероятности безотказной работы шины

для ¡-того отказа после л'-того восстановления, скорректированные при изменении высоты выступов рисунка протектора.

Для определения этих функций использоЕан метод индукции. Индукционный шаг состоит в том, что функция вероятности безотказной работы шин после д-го восстановления определяется по соответствующей функции вероятности безотказной работы шин после ( д-1)-го восстановления. Например, после первого восстановления - по соответствующим функциям новых шин.

При помощи этих функций определяются все величины, необходимые для расчета послеремонтного ресурса:

- функция вероятности безотказной работы шин по усталостны? отказам после 1-го и после последующих восстановлений протектора

в

р ст. сю,«,,да

р Ct.ro--3<-'-1' ^--С175

1 р ст сю,ю

Э<.)-1> ¡-I

-величина среднего ресурса шин, пригодных к}-тому восстановлен™

оо I

- Г 1р . съ.юр с1,юар съ

1 2<,}-1> 3<_)-1> lCJ-l>

,Ю

Т® СЮ=—2-:-, С18}

Ю

- р С1.ЮР с^.юар С1,

о

-коэффициент К>(Н) пригодности к восстановлению

КСН)=-Р СТ° СЮ.юГр , С1,ЮР . С*.,Ю«1Р . СЪ,Ю, С19?

j Э<1-1) J 2< Э<]-1) 1<,)-1>

о

Проверка адекватности математической модели при восстановле' нии шин двумя методами - наложением нового протектора и углубле нием рисунка - показала хорошее согласование расчетных и экспериментальных данных.

Полученные расчетные зависимости позволили теоретически до казать возможность восстановления всех серийно выпускаемых грузо вых и авиашин методом углубления канавок рисунка протектора. Экс периментальные исследования в автопредприятиях, троллейбусных автобусных парках, в аэропортах, подтвердили правильность расче тов. В настоящее время разработаны и введены в действие Т

оо

N38.404202-90, по которым на многих предприятиях внедряется этот эффективный метод восстановления шин. Большие пробеги восстановленных шин позволили подтвердить другой теоретический вывод о том, что снижение прочности связи между деталями при высоких (свыше 100 тыс.км) пробега является основной причиной, сдерживающей дальнейшее повышение ресурса шин. Для устранения этой причины предложено введение между брекером и протектором слоя резины, содержащей промоторы адгезии и повышающей прочность соединения этих деталей при длительной эксплуатации шин.

ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ СЦЕПЛЕНИЯ ШИНЫ С МОКРОЙ ДОРОГОЙ

Целенаправленное повышение долговечности шины невозможно без знания закономерностей, определяющих ее сцепление с дорогой и позволяющих не допускать решения, которые повышают ресурс , но снижают сцепление на мокром покрытии, где оно может оказаться недостаточным.

В основу расчетной модели положен экспериментально установленный В.Гафом факт: наличие слоя жидкости только в передней части зоны контакта шины , катящейся по мокрой дороге. С учетом этого элемент рисунка протектора рассматривается как изолированный выступ, погружающийся в слой жидкости под действием вертикальной нагрузки. На первом участке, у входа в контакт выступ отделен от поверхности дороги слоем жидкости, -трение в этой зоне является жидкостным и сила сцепления близка к нулю. По мере продвижения выступа к выходу из контакта жидкость из-под него выдавливается и он контактирует с сухой поверхностью. Вся сила сцепления, реализуемая шиной, катящейся по мокрой дороге, воспринимается участком контакта, где имеет место сухое или полусухое трение.

Отсюда следует, что коэффициент сцепления шины на мокрой дороге есть некоторая доля от коэффициента сцепления этой шины на

этой же дороге в сухом состоянии. Вторая важная черта модели состоит в том, что для определения этой доли необходимо рассчитать время выдавливания жидкости из-под всех выступов рисунка по ширине беговой дорожки шины, т.е. время, за которое толщина слоя жидкости, выдавливаемой из под выступов рисунка, уменьшится от своей первоначальной толщины до толщины Ьн, равной средней эффективной высоте неровностей дорожного покрытия.

Процесс выдавливания слоя жидкости из под плоской площадки с учетом только сил вязкого трения в жидкости описывается уравнением Рейнольдсз:

агрсх,уэ агрсх,уэ 12и аь сгоэ -+---— '- ,

<ыг ау2 ь <*\

где Ц - время,

р - давление в жидкости, м - динамический коэффициент вязкости, х,у - координаты точки на поверхности площадки. На контуре выступа давление в жидкости равно нулюгр =0. Это условие выполняется, если обьем канавок достаточен для Емещения выдавливаемой жидкости. Задача сводится к отысканию такого распределения давления в жидкости р(х,у) , которое удовлетворяло бы уравнении Рейнольдса и граничному условию.

Уравнение (20) было представлено как обыкновенное дифференциальное уравнение:

_ _____СЕ1}

dtj,, Zfjm

Sj/fCx.y^xdу I

где _(-коэффициент выдавливания, F - площадь выс-

F

тупа, функция f(x,y) удовлетворяет дифференциальному уравнению:

ЗГСх.уЭ ЛХх.уЭ __+—

и граничному условию на контуре выступа Г(х,у)=0.

Время выдавливания ^определяется путем интегрирования уравнения (21) от до Ьн :

_ тт> \ (22) к Ч

где - 1/ь^з -коэффициент покрытия, ч -среднее

сдельное давление.

Для определения коэффициента т была использована- математи-1еская аналогия задачи о выдавливании жидкости с задачей о круче-ши призматического бруса: уравнение и граничное условие для функции Г(х,у) совпадают с уравнением, и граничным условием для зункции напряжений в задаче о кручении. На основе этой аналогии голучены формулы для коэффициента выдавливания т выступов различий геометрии. Реальные выступы рисунков протектора могут нес-:олько отличаться от тех форм, для которых есть формулы расчета '.озффициента выдавливания. Поэтому была разработана автоматизиро-¡анная на ЭВМ схематизация выступов рисунка протектора. Она осно-ана на решении математическими'методами оптимизационной задачи ахождения фигуры из заданного набора, которая обеспечивает мини-альную площадь несовпадения с исходным выступом рисунка протек-ора и равные их площади. Коэффициенты выдавливания рассчитыва-ись и при помощи метода конечных элементов. Этот метод как тре-ующий длительного Бремени счета применялся в качестве контроль-ого из-за его высокой точности.

В итоге коэффициент <рф сцепления шины■с мокрой дорогой может ыть рассчитан по формуле:

Учту

т

с1-е>1ч

где 1 - длина контакта,

<5 - коэффициент овальности контакта, V - коэффициент, учитывающий влияние неравномерности распределения по ширине беговой дорожки удельного давления.

Анализ формулы (21) покззывает, что коэффициент увеличивается с увеличением высоты неровностей дорожного покрытия и с уменьшением толщины жидкостной пленки на дороге. Увеличение вязкости жидкости снижает коэффициент сцепления. Он также линейнс снижается с ростом скорости. Получена и формула для расчета скорости аквапланирования шины:

Полученные результаты позволяют теоретически оценить влияние параметров протектора на коэффициент сцепления шины с мокрой дорогой: коэффициент трения протекторной резины, форму и размерь выступов рисунка, частоту ножевых прорезей, а также размеры V частоту канавок рисунка, кривизну беговой дорожки.

Проведенные экспериментальные исследования подтвердили адекватность полученных расчетных зависимостей. В настоящее время они применяются при разработке практически всех ноеых шин.

С1 —е51 я

(24)

ъщ>

ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ СОЗДАВАЕМОЙ ШИНЫ ПРИ ПОМОЩИ

РАЗРАБОТАННЫХ МЕТОДОВ. Повышение долговечности современных шин требует создания ме-

тодов расчета с целью эффективного и целенаправленного изменения параметров. С учетом опыта практического применения разработанных методов предложен порядок действий разработчика:

1. Анализ требований технического задания, выбор базовой модели для проектируемой шины и определение характеристик, которые должны быть улучшены по сравнению с базовой моделью.

2. Расчет и построение функций вероятности безотказной работы шин базовой модели (общей и по отдельным отказам).

3. Расчет и построение зависимостей ресурса шины (доремонт-ного и полного) от условных ресурсов по отдельным отказам, разработка предложений на основе анализа этих зависимостей:- какие детали шины должны быть усовершенствованы и какие параметры изменены.

4. Определение оптимальных значений варьируемых параметров путем формулирования и решения задач оптимизации или путем создания различных целесообразных вариантов решений, их оценки и выбора лучшего варианта.

5. Расчет коэффициентов сцепления шины с дорогой с учетом разработанных усовершенствований. При необходимости их корректировка для достижения достаточного сцепления.

Предложены постановки и решения некоторых задач оптимизации, которые используются на практике. Для выбора оптимальной высоты рисунка протектора предложены следующие постановки задачи:

- найти минимум стоимости одной тысячи километров пробега 1ри ограничении - полный ресурс не ниже заданного уровня;

- найти минимум стоимости одной тысячи километров пробега ■фи ограничении - доремонтный ресурс не ниже заданного уровня;

- найти максимум доремонтного ресурса при ограничении - коэффициент ремонтопригодности не ниже заданного значения.

Для выбора оптимального варианта рисунка протектора предложена следующая постановка задачи: найти минимум стоимости одной тысячи километров пробегз при обеспечении требований по ресурсу новой и восстановленной шины и удовлетворении требований по сцеплению с мокрой дорогой, насыщенности, коэффициенту формы, массе изнашизаемой резины, рис.3.

Для выбора значений любых варьируемых параметров предложена схема проведения расчетов, объединяющая расчеты трех различных видов: по математическому моделированию механики шин, по методу планируемого эксперимента, по оптимизации. Результаты, полученные одним из них,являются исходными для расчета другим методом. Сначала определяют факторы влияния на исследуемое свойство шины. Затем - необходимое число вариантов для определения оптимальных значений в заданном пространстве варьируемых параметров. Результаты расчета Еторого этапа - изменение исследуемого свойства у принятых вариантов - описывается уравнением регрессии, с помощью которого строится целевая функция, и оптимальное сочетание значений варьируемых параметров находится при помощи известных методов оптимизации.

В работе на конкретных примерах рассмотрена реализация перечисленных задач, некоторые примеры кратко изложены ниже.

Так, для шины 9.00Р20 мод. И-342, полный ресурс которой по техническому заданию - 175 тыс. км, определены оптимальные значения параметров протектора. Проведенные испытания показали, что пробег шин соответствует рассчетным значениям. При этом сцепление шины на мокрой дороге достаточное,$»«0.44.

При создании брекера для грузовой радиальной шины, состоящей из двух типов корда - металлического и терлонз (арамида), было определено такое сочетание значений конструктивных параметров,

■т^г

96

94

92

90

т

< I

Нн[мм]2 0

Рис.З. Зависимость выходных показателей шиш 9.00Р20 модель ОИ-64 от высоты . . рисунка протектора новой шиш: I - полный ресурс, 2- доремонтный ресурс, 3 - стоимость тыс.км пробега; 4,- коэффициент сцепления с мокрой дорогой.

Рис.4. Распределение начального усилия по длине нитей комбинированного теряон-металлокорд брекера шины 9,00Р20: I (металлокорд), 2 (терлон) - до оптимизации; 3 - (металлокорд), 4 (терлон) - после оптимизации.

которые обеспечивают достаточную работоспособность брекера за счет более равномерного распределения усилий между нитями разных типов корда, рис.4. До этого исследования шины быстро выходили из строя из-за разрушений нитей терлона, которые испытывали деформации сжатия.

Оптимизация конструкции протектора позволяет решать задачи применения резин с повышенной износостойкостью, ко с пониженными коэффициентами трения, например, на основе каучука СКД. Уменьшение коэффициента сцепления, обусловленное протекторной резиной, компенсируется набором конструкторских решений:- размерами и конфигурацией Еыстулов, насыщенностью, частотой ножевых прорезей.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ.

1. Предложено решение научной проблемы повышения ресурса автомобильных шин, заключающееся в изучении закономерностей долговечности шины и ее сцепления с дорогой и создания аппарата, позволяющего на основе систематизированной информации и с помощью математических методов проводить аналитические и прогнозные исследования, которые оценивают различные варианты решений на всех стадиях разработки шины по конечному результату - достижению максимально возможного ресурса при достаточном сцеплении с наименьшими затратами.

2. Показана сложная природа долговечности шины, определяема! совокупным действием различных механизмов разрушения, влияние которых на долговечность оценивается простыми показателями - условными ресурсами по различным отказам шины в эксплуатации. Это дае' возможность правильно оценивать изменения, вносимые в шину и : условия ее применения: сначала анализировать их Елияние на то1 условный ресурс, на который они действительно елияют, а

затем по измененным условным ресурсам рассчитывать реальный ресурс. В итоге разработана методология , которая позволяет определить основные отказы, сдерживающие повышение долговечности, помогает найти конструкторские, материаловедческие или технологические решения, обеспечивающие наибольший рост ресурса шины. С ее применением созданы и создаются современные модели шин, внедряемые в отрасли: 9.Q0P20 модель И-342, 11.00Р20 модель И-318, 11/70Р22,5 модель И-334, 205/60Р15 модель И-327 и другие.

3. Уточнен подход к разработке и применению протекторных резин. Предложено специализировать их по условиям эксплуатации шин. С учетом специализации и при помощи созданной экспериментальной методики ускоренной оценки износостойкости шин разработаны протекторные резины с оптимальным соотношением полимеров, типом те-хуглерода, степени вулканизации для различных категорий условий эксплуатации: междугородние и международные перевозки, карьеры, сельскохозяйственные и другие. Достигнуто повышение . износостойкости до 15%. Эти разработки легли в основу рецептуры резин,внедренных в промышленность.

4. Разработана теория сцепления шины с мокрой дорогой, позволяющая понять природу критического отказа шины по сцеплению с дрогой, количественно оценивать влияние на сцепление параметров, соторые варьируются при разработке новой шины (в том числе ;войств резины протектора), и находить решения, дающие повышение jecypca без ухудшения сцепления щины с дорогой. Такие решения бы-[и использованы, например, при доработке шины 9.00Р20 модели [-Н142А с повышенным ресурсом и шины 165/70Р13 модели Ех-85 с из-юсостойкой протекторной резиной, но пониженным коэффициентом ■рения из-за применения каучука СКД. ■

5. Разработаны расчетные и экспериментальные методы, при ло-ющи которых установлено влияние на долговечность и сцепление с

мокрой дорогой конструкции шины во взаимосвязи со свойствами протекторной резины. Полученные результаты позволили уточнить как эффективные направления, так и возможности повышения ресурса создаваемых шин, в частности, реализованные в следующих разработках:

,- оптимальные кривизна и распределение протекторной резины по ширине беговой дорожки в шине 7.50-20 модели МИ-173 для автомобилей ГАЗ (получено повышение ресурса на 20%);

- оптимальная высота рисунка протектора в шине S.0DP2O модели Я-Н142Б для автомобилей ЗИЛ, КАМАЗ (получено повышение ресурса на 30%);

- комплекс параметров шины 9.00Р20 модели М-184, рассчитанной на применение в каркасе капронового корда без термовытяжки (получено повышение ресурса на 10%).

6. Развиты представления о шине как системе с резервированием: когда выступы рисунка протектора почти полностью изношены, его канавки углубляются и расширяются за счет резервного элемента - подканавочного слоя. Расчетом и путем эксплуатации нескольких тысяч пин показано, что обычные грузовые шины, которые выпускаются промышленностью десятками миллионов штук, обладают резервом ресурса, позволяющим увеличить долговечность грузовых шин в стране на 20-25%. В 32 автопредприятиях Москвы и других городов внедрено использование резерва ресурса шины.

7. Показано, что основная причина, сдерживающая повышение долговечности шины - это падение сопротивляемости усталостным отказам (различным расслоениям и отслоениям), что обусловлено значительным снижением прочности связи между деталями шины при еысо-хих (за 100 тыс. юл) пробегах. Для устранения отказов предложено повысить резиносодержание в зонах возможных расслоений, что обеспечит прочность связи при длительной эксплуатации шин.

Практическая ценность работы определяется новыми данными и тучными выводами о закономерностях долговечности шины, рекомен-щциями о путях повышения полного ресурса, в том числе внедренными авторскими свидетельствами и патентами, методами исследования параметров шины на всех стадиях ее создания, новыми методиками и фиборами для испытаний шин. Практические результаты работы дают значительный народнохозяйственный технико-экономический эффект.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНО В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ:

1. Истирание резин / Бродский Г.И., ЕЕСтратов В.Ф., Сахновс-<ий Н.Л., Слюдиков Л. Д.; Под ред. В.Ф. Евстратова. " М.: Химия, 1975. - 239с.

2. Бидермзн В.Л., Левин Ю.С., Слюдиков Л.Д., УпоринаЛ.А., Влияние конструктивных и эксплуатационных факторов на износ, зцепление.и сопротивление.качению автомобильных шин // Тем. обзор. Сер. Производство шин, резинотехнических и асбестотехничес-гах изделий. -М.: ЦНИИТЭнефтехим, 1970. - 97с.

3. Третьяков О.Б., Слюдиков Л.Д., Гальперин Л.Р. Проектирование пневматических шин с использованием методов оптимизации // Тем. обзор. Сар. Производство шин. - М.: ЦНИИТЭнефтехим, 1985. -72с.

4. Слюдиков Л.Д., Третьяков О.Б. Применение методов оптимизации при конструировании автомобильных шин // Тем. обзор. Сер. Производство шин. - М.: ЦНИИТЭнефтехим, 1980. -48с.

5. Третьяков О.Б., Слюдиков О.Б., Николаев И.К. Развитие автоматизированного проектирования при разработке конструкций шин // Тем. обзор. Сер. Производство шин. - М.: ЦНИИТЭнефтехим, 1980. - 63с. '

Б. Sljudikov L.D. Querschniff von R-Reifen // Gurnrni und Asbest. - 1963. - N7. -S.620-623.

7. Слюдиков Л. Д. Профиль меридионального сечения шины типа Р /7 Каучук и резина. - 1962. - N 8. - С.27-31.

8. Слюдиков Л.Д. Режим формования каркаса при меридиональном расположении нитей корда //Каучук и резина.-1962.-N3.-С.43-45.

9. Слюдиков Л.Д., Рагимов С.Н. Обоснование выбора высоты рисунка протектора грузовых шин // Каучук и резина.- 1968. -N 4. -С.42-46.

lü. Слюдиков Л.Д., Левин Ю.С. К определению сцепных качеств шин на мокром твердом покрытии // .Каучук и резина. - 1970. -N 9. - С.35-40.

11. Слюдиков Л.Д., Упорика Л.А., Вексельман И.В., Головина Л. П. Влияние кривизны бегоЕой дорожки на работу трения в контакте шины, нагруженной крутящим моментом // Производство шин, РТИ и АТИ. - 1972. - N 6. - С.26-30.

12. Слюдиков Л.Д., Левин Ю.С. Расчетная модель долговечности ж;кы// Тр. ин-та Механика пневматических шин как основа рационального конструирования и прогнозирования эксплуатационных свойств / НИИ шинной пр-ти. -М., 1974. - С.169-173.

13. Слюдиков .Л.Д., Вексельман И.В., Упорина Л.А. Исследование относительной износостойкости грувоЕЫХ шин в условиях эксплуатации // Тр. ин-та Механика пневматических шин как основа рационального конструирования и прогнозирования эксплуатационных свойств / НИИ шинной пр-ти. - М. -1974.- С.188-198.

14. Бидерман В.Л., Слюдиков Л.Д., Левин Ю.С. Исследование сцепления автомобильных шин с мокрой дорогой // Тр. ин-та Механика пневматических шин как основз рационального конструирования и прогнозирования эксплуатационных свойств / НИИ шинной пром-ти.

-М. 1974. - С.'139-155.

15. Бидерман В.Л., Захзров С.П., Букин Б.Л., Слюдйков Л.Д. и цр. Порядок разработки проекта радиальных шин // Тр. ин-та Механика пневматических шин как основа рационального конструирования и прогнозирования эксплуатационных свойств / НИИ шинной пр-ти. -Л. - 1974. -С.163-167

15. Слюдйков Л.Д., Мухин О.Н. О расчетном эксперименте при :роектировании шин // Тр. ин-та Механика пневматических шин как зснова рационального конструирования и прогнозирования эксплуатационных свойств / НИИ шинной пр-ти. - М. - 1974. -С.174-183.

17. Слюдйков Л.Д., Тишкова З.П., Головина Л.П. Прогновирова-ше срока службы изделий в эксплуатации // Каучук и резина.-[978. -N 2. - С.37-39.

13. Слюдйков Л.Д., Тишкова З.П., Головина Л.П. Прогнозирова-ше пробега автомобильных шин в эксплуатации // Каучук и резина.-,978. -N 7. - С.42-45.

19. Слюдйков Л.Д., Третьяков О.Б., Ядров Е.А., Каспаров A.A. 'рименение методов планированного расчетного эксперимента для оп-имизации параметров шины // Каучук и резина. - 1986. - N 10. -'.29-32.

20. Гальперин Л.Р., Слюдйков Л.Д. Расчет основных показате-ей рисунка протектора пневматической шины на-ЭВМ // Тр. ин-та сследование' механики пневматической шины. / НИИ шинной пром-ти.

М.: ЦНИИТБнефтехим, 1988, - С.50-66.

21. Гальперин Л.Р., Слюдйков Л.Д., Третьяков О.Б. Оптимиза-ия рисунка протектора пневматической шины расчетными методами // аучук и резина. - 1988. - N 4. - С.29-30.

22. Слюдйков Л.Д., Гальперин Л.Р. Теоретическое исследование элговечности шины с учетом восстановления методом нарезания ри-

сунка протектора // Второй Всесоюзный симпозиум Проблемы шин и резинокордных композитов: Тез. докл. - М., 1990 - С.25-33.

23. Третьяков О.Б., Слюдиков Л.Д. Специализация, перспективный типаж и сервис шин // Тр. ин-та. Простор 21 век / НИИ шинной пром-ти. -1990. - N 1. - С.18-53.

24..Слюдиков Л.Д., Третьяков О.Б., Сахновский Н.Л., Гончарова Л.Т., Пичугин A.M., Степанова Л.И. Перспективный типаж автомобильных шин и специализация протекторных резин // Четвертый симпозиум Проблемы шин и резинокордных композитов: Тез. докл. - М., 1992. - С.60-67.

25. A.c. 181308 СССР, МПК У01в, Кл 42в, 22/01. Установка для измерения износа автопокрышек / Л.Д. Слюдиков, И.В. Вексельман (СССР). - 4с:ил. A.C. 246086 СССН (ДСП), МПК У01в, Кл 42в, 22/01. Установка для измерения износа автопокрышек / Л.Д. Слюдиков, И.В. Вексельман, А.Г. Кутилин (СССР). - Зс:шг.

26. Pat. 3964303 США, U.S.C1. 73/146. Tire Wear Measuring' Arrengement / I.V. Vexelnan, L.D. Sljudikov, A.G. Kutilin (USSR). -5 p.: II.

27. Pat. 1393487 Gr.Britain, INT Cl 2 У01в 5/18. Tyre Wear Measuring1 Apparatus / I.V. Vexelman, L.D. Sljudikov, A.G. Kutilin (USSR). - 6p.:II.

28. A.c. 3400557 СССР. М.Кл.B60C9/20 Брекер пневматической опоясанной шины / Л.Д. Слюдиков, И.В. Вексельман, О.М. Калугин, Л.М. Орлова (СССР). -1с.

29. A.c. 399165 СССР. МКИ В60С9/20. Пневматическая шина / В.Н. Прашдхин, В.П. Иванова, З.Д. Власова, Л.Д. Слюдиков и Л.А. Упорина (СССР). - Зс:ил.

30. A.c. 420484 СССР. М.Кл.ВбОСИ/ОО Пневматическая шина /

И.В. Вексельман, Л.Д. Слюдиков, D.M. Калугин, Л.М. Орлова (СССР). - 2с:ил.

31. A.c. 485015 СССР. М.Кл.В60С8/00 Пневматическая шина / П.Ф. Баденков, Л.Д. Слюдиков, В.А. Пугин, В.Л. Еидерман (СССР). -2с:ил.

32. A.c. 590165 СССР. М. Кл. В60С11/04 Протектор пневматической шины / И.В. Вексельман, Л.Д. Слюдиков, B.C. Левин (СССР). -2с:ил.

33. A.c. 998140 СССР, ЩИ В60С11/00 Протектор пневматической шины / Л.Д. Слюдиков, О.Б. Третьяков (СССР). - 4с:ил.

34. A.c. 1326445 СССР. М.кл.В29Д30/08 Способ сборки покрышек пневматических шин / Г.С. Вишнякова, Л.Д. Слюдиков (СССР). -2с:ил.

35. A.c. 1475816 СССР. М.кл.В29Д30/08. Способ сборки покрышек пневматических шин /.О.Б. Третьяков, О.М. Калугин, Г.С. Вишнякова, Л.Д. Слюдиков (СССР). - Зс:ил.

36 A.c. 1691147 СССР. М. Кл. В60С11/00 Протектор пневматической шины / Л.Д. Слюдиков, И.С. Кутасов, Л.Р. Гальперин, В.Н. Пра-щикин, Г.Я. Власов (СССР). - 2с:ил.

37. Патент 1593981 СССР. М.Кл.В60С11/04 Покрышка пневматической шины / Л.Д. Слюдиков, В,3. Дроздова, Т.С. Щербакова, В.К. Еыльцова (СССР). -2с:ил.

Оформляется выдача патентов России в связи с положительными решениями по заявкам NN 5006024/11(0729971), 5006213/11(073610), 5004871/27(072304), 5009865/11(070350) .