автореферат диссертации по транспорту, 05.22.10, диссертация на тему:Влияние эксплуатационных факторов и конструктивных параметров шины на работу трения в контакте с дорогой

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ УКРАЇНИ

харківський Державний автомобільно-дорожній *

ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

_____5ЩЙЛЕВ ОЛЕКСАНДР МИХАЙЛОВИЧ '

2 7 ОНТ '3^8 УДК 629.113.012.5

ВПЛИВ ЕКСПЛУАТАЦІЙНИХ ФАКТОРІВ ТА КОНСТРУКТИВНИХ ПАРАМЕТРІВ ШИНИ НА РОБОТУ ТЕРТЯ У КОНТАКТІ З ДОРОГОЮ

05.22.10 — Експлуімеція автомобільного транспорту

, АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Харків — 1998

Робота виконана в Харківському державному автомобільно-дорожньому технічному університеті

Науковий керівник:

Доктор технічних наук,

Професор кафедри "Експлуатація автомобілів"

Юрченко Анатолій Миколайович Харківській державний автомобільно-дорожній технічний університет ■

Офіційні опоненти:

- Заслужений діяі) науки і техніки України, доктор технічних >іаук,

професор Кальченко Борис Іванович, генеральний директор' НВО "Агромаш", директор УкрНДІСГМ. ;

- кандидат технічних наук, доцент Пясецький Віктор Васильович, Харківський державний політехнічний університет, доцент кафедри " Трактори та автомобілі ”

Провідна установа: ' -

Міністерство продовольства України, Харківський державний технічний університет сільського господарства , кафедра "Трактори^ та автомобілі", V

м. Харків

Захист відбудеться "1^ " Д> 1998 року в № годин на

засіданні спеціалізованої вченої ради Д.02.17.02. при Харківському державному автомобільно-дорожньому технічному університеті за адресою: ГСП-310002, м. Харків, вул. Петровського, 25

З дисертацією можна ознайомитись в бібліотеці Харківського державного автомобільно-дорожнього технічного університету

Автореферат розісланий ”^4 " 1998 року '

Вчений секретар Спеціалізованої вченої ради

Доктор технічних наук, професор йШШ Подригало М. А.

і

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

АКТУАЛЬНІСТЬ ТЕМИ. Створення високоефективної транспортної системи України, складовою якої є автомобільний транспорт, входить^ до завдань стратегічного плану країни / по юсягненню рівня розвитку передових держав світу та входження рівноправним членом у систему світового господарства.

Перед Україною у нинішній час стоїть багато складних проблем економічного та технічного плану. Ефективність роботи автомобільного транспорту визначається його продуктивністю та собівартістю експлуатації. Всі ці показники багато в чому залежать від якості шин, що випускаються підприємствами України. Специфіка дослідження взаємодії пневматичної шини з дорогою полягає у тому, що зміни конструкції шини тягнуть за собою суттєве корегування умов експлуатації автомобіля та, навпаки, зміна умов експлуатації автомобіля призводить до необхідності створення конструктивна нової шини. Довговічність шин залежить від конструкції, фізико-механічних властивостей матеріалів та умов експлуатації шини. Найбільший ресурс шини щодо зносу/ буде досягнуто при оптимізації поєднання,, цих факторів. • '

Найбільш повні дані про пробіг шини певної конструкції у певних умовах експлуатації можна отримати при хбдових випробуваннях. Але такі випробування дуже трудомісткі та тривалі. До того ж не завжди можна вірогідно визначити, який саме фактор викликав підвищений знос протектора. Оцінку пробігу шини, за критерієм повного зносу протектора необхідно здійснити ще на стадії проектування, що дозволить суттєво знизити трудові та матеріальні витрати. Тому уявляється актуальною задача розробки й застосування вірогідних критеріїв непрямої оцінки довговічності протектора шини при її експлуатації.

' Знос є результат роботи дотичних сил, тому доцільно для його непрямої оцінки прийняти за критерій величину роботи дотичних сил, які діють на елементи протектора при проходженні зони контакту. З цього критерію випливає, що чим вища робота тертя, тим вищий знос протектору, тому для зменшення зносу необхідно зменшити роботу тертя . Для рівномірності зносу необхідно, щоб питома робота тертя по всій площі контакту була одинакова. .

Сучасне дослідження є частиною робіт по вивченню впливу конструктивних параметрів та експлуатаційних факторів металокордних шин легкових автомобілів на їх дієздатність та довговічність, що

проводились Харківським державним автомобільно-дорожнім технічним університетом спільно з Білоцерківським ВАТ 'Росава'.

НАВЕДЕНА ДИСЕРТАЦІЯ е результатом узагальнення досліджень автора та рішення наукової задачі підвищення довговічності пневматичних шин по критерію тертя у контакті протектора з дорогою за допомогою запропонованих методів і засобів, що теоретично та експериментально обгрунтовані і мають важливе народногосподарське, економічне й соціальне значення.

Врахувати усі явища, що відбуваються у контакті шини з дорогою, можна лише якимось інтегруючим показником. В роботі таким показником вибранз робота тертя, що інтегрує процес, який характеризує взаємодію шини з дорогою.

НАУКОВІ ДОСЛІДЖЕННЯ СПРЯМОВАНІ на забезпечення вірогідності результатів прогнозу довговічності шини різної конструкції у залежності від різного поєднання експлуатаційних факторів.

МЕТОЮ ДОСЛІДЖЕННЯ є створення методу прогнозування ресурсу автомобільних шин різних ^конструкцій до повного зносу рисунка протектора по величині роботи сил тертя у контакті, що сприяє рішенню найважливішої техніко-економічно'і та соціальної задачі автомобільного транспорту. *•

ГОЛОВНА НАУКОВА ІДЕЯ РІШЕННЯ ЗАДАЧІ - зниження роботи сил тертя у контакті та її рівномірний розподіл по доріжках протектора призводять до збільшення пробігу шини в різних умовах експлуатації. Створення методу і Засобів вивчення процесів, що походять у контакті шини зі шляхом, який імітував би рух автомобільної шини із силовою взаємодією поміж стендом та шиною, з наступною реєстрацією інформації, підвищить точ'ність і інформативність прогнозу пробігу шини до повного зносу висоти рисунку протектора.

ЗАДАЧІ ДОСЛІДЖЕННЯ:

1. Розробити методику прискореного визначення впливу кутів установи коліс автомобіля на характер зносу протектора;

2. Визначити залежність пробігу шин від величини внутрішнього

тиску повітря у шині; ,

3. Визначити вплив конструкції брекерного поясу на характер взаємодії з опорною поверхнею;

4. Розробити математичну модель шини, що дозволить досліджувати вплив експлуатаційних'' та конструктивних факторів на величину роботи, яка виконується силами тертя у контакті шини з дорогою;

І

І

і

5. Розробити та виготовити комплекс експериментального >бладнання по дослідженню впливу основних експлуатаційних і сонструктивних факторів на величину і розподіл роботи сил тертя у контакті шини з дорогою;

/ 6. Провести експерименти по дослідженню впливу основних

їйсплуатаційних та конструктивних факторів н'а величину і розподіл зоботи сил тертя у контакті шини з дорогою;

/ 7. Отримати регресійні рівняння , що зв-'язують величини кутів

установки коліс автомобіля з величиною роботи тертя у контакті шин з дорогою;

8. Виконати порівняльний аналіз результатів досліджень, отриманих експериментальним та теоретичним методами;

9. Розробити рекомендації щодо раціонального підбору конструктивних та експлуатаційних параметрів та їхніх сполучень, на рівномірний знос протектора і збільшення пробігу шин, що забезпечують до рівня кращих зразків шин/ провідних зарубіжних виробників. -

ОБ'ЄКТ ДОСЛІДЖЕННЯ ТА МЕТОДИКА

- аналіз навантаження шини при її ¿коченні та визначення питомих сил і ковзання у контакті шини з дорогою шляхом рішення диференціальних рівнянь, які описують ці явища.

; - стендове устаткування для експериментального дослідження

процесів у контакті. (Задача вирішується на основі розроблених автором конструктивних рішень та експериментальних досліджень, спрямованих ра комплексне вдосконалення стендового вивчення процесів взаємодії шини з дорогою). '

, НАУКОВА НОВИЗНА роботи полягає у, тому, що розроблена Математична модель взаємодії пневматичної шинй з опорною поверхнею вперше дасть можливість досліджувати розподіл питомої роботи сил тертя у меридіональному напрямку з врахуванням стиску протектора шини у контакті зі шляхом. Це дозволяє оптнмізувати конструкцію шини з точки зору мінімального та рівномірного зносу для заданих експлуатаційних параметрів або для існуючої конструкції шини підібрати раціональне співвідношення експлуатаційних параметрів. Одержані регресійні рівняння залежності величини роботи сил тертя у контакті від різного сполучення кутів установки коліс, що керуються. Проведено аналіз впливу конструкції шини на величину і розподіл роботи сил тертя між доріжками рисунку протектора.

ПРАКТИЧНА ЦІННІСТЬ полягає в поданні рекомендацій для

інженерної методики розрахунку при конструюванні шини або їхнього вибору для конкретного типу автомобіля та його умов експлуатації, а також по розробці методик випробувань шин. Результати досліджень дозволяють краще зрозуміти суттєвість процесів, що відбуваються при коченні колеса по твердій поверхні, і визначити шляхи підвищення надійності шин. Підбір раціональної конструкції шини на етапі її проектування значно скорочує обсяг експериментальних досліджень.

Вибір раціонального поєднання експлуатаційних параметрів для існуючої шини з метою мінімізації роботи сил тертя у контакті значно . підвищує її ресурс.

РЕАЛІЗАЦІЯ РОБОТИ. У результаті досліджень безпосередньо автором та при його участі розроблені стенди для вивчення процесів, що відбуваються у контакті рухомої шини, інерційні датчики; що дозволять визначати профіль шини при її коченні, вимірювальний комплекс з використанням обкаточного верстата на випробувальній станції Білоцерківського шинного заводу, пересувний шинний тестер ХАДИ, що дозволяє визначати зчіпні властивості шин на різних шляхових покриттях. Виготовлені стенди захищені авторськими свідоцтвами. Результати дослідження, використовуються при підборі експлуатаційних параметрів для заданої конструкції шини і при розробці нових конструкцій ш^н для заданих умов експлуатації на ВАТ 'Рос^ва'. Акт впровадження результатів роботи наведений у додатку. -•

ВІРОГІДНІСТЬ РЕЗУЛЬТАТІВ забезпечується адекватністю математичних моделей та результатами експериментів, застосуванням сучасних засобів виміру та методів обробки експериментальних дани^ та підтверджується близькістю отриманих результатів з відомими точними рішеннями окремих задач взаємодії шини із опорною поверхнею.

НА ЗАХИСТ ВИНОСЯТЬСЯ РОЗРОБЛЕНІ:

- математична модель роботи тертя у контакті шини з дорогою у залежності від конструктивного виконання шини та різного поєднання експлуатаційних параметрів;

- математична модель роботи тертя в контакті шини з дорогою з

урахуванням стиску протектора; /

- методика експериментальної оцінки роботи тертя у залежності

від поєднання експлуатаційних факторів та конструкції шини; ,

- результати" регресійного аналізу експериментальних даник по вибору раціонального поєднання експлуатаційних факторів з метою мінімізації роботи сил тертя у контакті шини з дорогою.

ОСОБИСТИЙ ВКЛАД ПОШУКАНА. Пошукачу належить головна ідея дослідження - знаходження сили і викликаного цією силою

'// %

овзання, тобто роботи тертя, як показника, що інтегрує процес заємодії шини з дорогою. Усі пункти, винесені на захист, повністю юзроблені автором роботи. У частині програмної реалізації розроблених іетодик проведення експериментів та обробки їхніх результатів вклад втора та співавторів складає по 50%. /

АПРОБАЦІЯ РОБОТИ. Основні результати досліджень .оповідались на щорічних наукових конференціях професорско-икладацького складу ХАДІ (1980-1996 р.р4, м. Київ УТУ (1998 p.), всесоюзних наукових конференціях у м. }(иєві (КАДІ 1994 р.), м. Лоскві (МАДІ 1988 р.), м. Дмитрів (полігон НАМІ 1984 p.), На асіданні Вченої Ради НДІШП м. Москва (1985 p.), На 2 та З импозіумах НДІШПа м. Москва (1989.1990 p. p.), Всесоюзній нараді ірацівників шинної промисловості (м. Бобруйск 1986 p.), на нарадах гровідних фахівців шинного заводу м. Біла Церква (1982-1997 p. p.).

ПУБЛІКАЦІЇ. Основні результати наукових досліджень автора іо дисертації опубліковані у 23 друкованих роботах та 3 авторських відоцтвах.

СТРУКТУРА ТА ОБСЯГ РОБОТИ. -Дисертація складається з іступу, чотирьох розділів, основних висновків, списку літератури та [одатків. Загальний обсяг роботи 173 стбрінки, у тому числі 107 іисунків, 12 таблиць, 18 сторінок додатку; список літератури містить 90 іайменувань. '

ЗМІСТ РОБОТИ

У ВСТУПІ обгрунтована актуальність обраної теми дослідження, означені задачі дисертаційної роботи, визначена основна гіпотеза, іетодика досліджень, наукова новизна, практична цінність та реалізація >езультатів роботи.

У ПЕРШОМУ розділі виконано аналіз літературних джерел ¡ітчизняних та зарубіжних авторів. Вивчено вплив режиму кочення ;олеса, експлуатаційних факторів і фізико-механічних властивостей иини на знос протектора мікроковзання у контакті шини з юрогою, розглянуті причини виникнення сил у контакті рухомої та іерухомої шин, проаналізовані фізичні і математичні моделі, що іастосовуються для опису кочення шини по твердій опорній поверхні, іаведено аналіз методів та засобів визначення роботи сил тертя у іонтакті шини з опорною поверхнею.

Не дивлячись на велику кількість експериментальних та еоретичних робіт, присвячених вивченню процесів, що відбуваються у

контакті шини при її коченні в різних умовах, коли вона експлуатується, досі отримати мінімально можливий та рівномірний знос протектора не вдається.

Як завжди основними методами оцінки якості шини та її ресурсу є ходові і стендові випробування. Вибір конструкції шини і призначення нормативних експлуатаційних параметрів походить у основному по аналогії з шинами близьких типорозмірів та вантажопідйомності.

Недостатньо використовуються можливості математичного моделювання процесів, що відбуваються у шині, для визначення величини роботи сил тертя у контакті шини з дорогою і •нерівномірності її розподілу по площі контакту. Відомі моделі не дозволяють у належній мірі врахувати вплив геометричних розмірів елементі^ шини, жорсткістних характеристик матеріалів, а також коефіцієнту тертя та зчіпних якостей матеріалу протектора.

При експериментальних дослідженнях шин, спрямованих на дослідження процесів, що протікають у контакті з опорною поверхнею недостатньо вивчені питання перерозподілу роботи сил тертя у зв’язку

з рухом шини з уводом та розвалом, а також у зв'язку із збільшенням та зменшенйям навантаження на шину і зміною внутрішнього тиску повітря у шині. ;

Цим питанням повинно бути приділена належна увага, бо рух коліс у 'таких умовах відбувається при природних' змінах кутів установки'коліс, що виникають при зносах елементів п’двіски та при зміні тиску повітря у шині в період пробігу між регламентованими обслуговуваннями автомобілів.

Нині величину роботи тертя у контакті визначають шляхом інтегрування по площі контакту добутку сили, яка діє між опорою та елементом шини, на шлях ковзання елементу шини по поверхні. Причому вимірювальні датчики влаштовані так, що сила та ковзання замірюються на різних ділянках однієї доріжки протектора. Цей недолік можна усунути застосуванням нової конструкції датчиків, у якій величини сили та ковзання реєструються з однієї ділянки шини.

Аналіз результатів ходових та стендових випробувань показав, що найменш стійким елементом шин є протектор. Конструкція шин та матеріали забезпечують пробіг шин у межах 35-40 тисяч кілометрів. Якщо врахувати, що кращі шини передових іноземних фірм мають пробіг до повного зносу протектора порядку 80-100 тисяч кілометрів, а перед вітчизняними виробниками шин ставиться задача довести пробіг шин легкових автомобілів до аналогічного пробігу, то стає зрозумілою актуальність питань, що висвітлюються у даній роботі.

% %

Досвід конструювання шин закордонними фірмами може бути іастосований вітчизняними виробниками, лише на комерційній основі та іе сприяє різнобічному розвитку вітчизняної науки по створенню нових иин. У розглянутій літературі інформація про конструювання шин $ідбита лише рекламного характеру. /

' Враховуючи результати огляду робіт, що' опублікувалися і шробничу потребу, автор дисертації поставив перед собою мету

7 ро в ест и теоретичні та експериментальні дослідження , що дозволять ів'язати залежність зносу шин з експлуатаційними факторами, які іалежать від регулювання та обслуговування автомобіля, а також з сонструктивними характеристиками шини, які закладені у неї при її іроектуванні та виготовленні, щоб на підставі отриманих результатів ірогнозувати пробіг шини до повного зносу протектора і характер зносу то ширині протектора на стадії проектування і в умовах експлуатації.

До числа експлуатаційних факторів віднесемо кути установки соліс^ тиск повітря у шині, навантаження на шину.

До конструкційних характеристик віднесемо тип корда, розміри елементів брекера, рисунок протектора.

*- Одним з напрямків розв’язання поставлена задачі підвищення іадіййості та довговічності пневматичних автомобільних шин є внесення тових конструктивних рішень при розробці шини і підбір найбільш заційнального поєднання експлуатаційних факторів лри її експлуатації.

4 3 усієї різноманітності існуючих розмірів та типів пневматичних

иин найбільш навантаженими є шини для легкових автомобілів, бо вони чають у своїй конструкції одно-двошаровий каркас, а навантаження, які ііють на неї, часто переважають нормативні.

До цього часу немає єдиного погляду з питання про вплив умов їксплуатації на пробіг шини до повного зносу протектора. Незрозуміло також і вплив конструкції шини на процеси, що відбуваються у контакті лини з дорогою.

У літературі приводяться різноманітні відомості про експериментальне устаткування, що застосовується при проведенні гкспериментів. Основні висновки про дієздатність шини приводяться за эезультатам тривалих, випробувань на зношування протектору.

З існуючої множини математичних моделей, що описують ззаємодію шини з опорною поверхнею, немає жодної такої, що б зраховувала водночас вплив конструкції шини та умов експлуатації на роботу сил тертя у контакті. В одних роботах не враховується бокова :ила, у інших поздовжня, у третіх момент. Практично всі дослідження де враховують дійсний характер розподілу нормального тиску по площі

контакту. Ані в одній роботі не досліджується вплив форми бігової доріжки колеса на процес його криволінійного кочення. Навіть найбільш комплексні теоретичні роботи містять вирази, у які входять поправкові коефіцієнти та не виявлені параметри наріжної швидкості колеса і радіусу кочення колеса.

У існуючій літературі мало досліджений одночасний вплив конструкції шини та умов експлуатації на роботу сил тертя у контакті, а наявні рекомендації по збільшенню строку служби шини, носять різномовний характер.

В ДРУГОМУ розділі розглянуте математичне моделювання процесу взаємодії шини з опорною поверхнею.

Відомо, що не тільки параметри установки коліс (розвал, навантаження уга збіжність), визначають завантаженість матеріалу шини в контакті. Дуже великий вплив на взаємодію шини з опорною поверхнею виявляє конструкція шини, а також якість матеріалів протектора, брекера, каркаса, щоковини. З цього слідує, що вже на етапі проектування та дослідницького виготовлення шин конструкція повинна піддаватись перевірці на дієздатність шляхом розрахунків та натурного визначення жорсткості елементів майбутньої „ шини, визначення деформацій у її елементах, а також такого параметру, як робота сил тертд у контакті та приведення перелічених величин до значень, що забезпечують необхідну дієздатність шини. '

Можливі різні щодо складності, а отже, й ступеня адекватності математичні моделі, що описують взаємодію шини з дорогою, що враховують вплив- умов експлуатації та конструктивних особливостей шини на процеси, що відбуваються у площині контакту. При розробленні математичної моделі використовуються раніше проведені роботи вітчизняних дослідників Бухіна Б. Л., Бідермана В. Л., Крагельского І. В., Міхіна Н. М. та Мухіна О. Н. На відміну від цих робіт, розрахункова схема цього дослідження дозволяє вивчити вплив навантаження на колесо, внутрішнього тиску повітря у шині, довжини зони ковзання у контакті, жорсткістних параметрів шинних матеріалів і конструкції шини на величину роботи сил тертя в контакті, а отже, на величину пробігу шини до повного зносу протектора.

Одержана залежність для визначення пробігу шини до повного зносу протекторі основана на використанні результатів, отриманих у роботах Крагельського І. В.

і

10'

одд^с^і-/?)5

|г‘(І5

Геометричний та фізичний зміст наведених символів позначений у дисертації.

Для визначення роботи сил тертя у контакті розглядається математична модель шини у виді «стрічки на пружній основі» наведена ча рисунку 1. Отримані аналітичні вирази для визначення дотичних зусиль та викликаних ними ковзань, з урахуванням стиску протекторного шару, наведені у вигляді нелінійної системи з семи рівнянь /

11 =

1

+

1 Ц'0К, І ’ К,, + кД 1 ЯЛГ

2а, + —

К.+К,

V«- =

Ру(Р + у)А^<1-У5Ь(^)'а8з11-'^і5Іі(аХ^;

+^]хо + ~ ^)зЬ(АХо>

’ 2И уР(у + Р) А

С = у2 + ур + р2;<і2 = -^(а^-е-сЬСсхх,,));^ = ^-(е-сЬ^х^-а^х’); А ' Д

е = [іг, + ^(р + у + Рух0); Д = 53сЬ(ах0) - 52сЬ(Хх0);

• Б2 = а((а2 + Ру)5Ь(о«0) + а(р + у )с1і(ах0));

Б, = Х((Я.2 + Ру)5Ь(^х0) + /.(р + у )сЬ(Хх0));

к. 1 І, „ N

—5-------------------------------------•" - 2а,Ы + — + К.1\ ;

+ КЛ 1 Я '

а, = -

211(1^+к,),а° к,+

ыу к,+к,,:_)к

леї;

ЕІ

2ЕІ

Л

ЛЕЇ

К.+К,

ЕІ

Рис. 1 Модель шини “стрічка на пружній основі”

Геометричний та фізичний зміст наведених символів позначений у дисертації.

У результаті проведених розрахунків з використанням ЕОМ була отримана залежність величини роботи тертя при зміні ширини брекера що має характер кривої з явно вираженим мінімумом. Для шини моделі ИД-220 спостерігається зменшення роботи тертя до 50% при зміні ширини брекера від 100 до 130 мм. -Для шини Ех-85 зміна ширини брекера на 10% > ' відносно стандартного^

значення 130 мм призводить до збільшення роботи на 2-3%, що " говорить про можливість його звуження без погіршення зносостійкості і економії матеріалу брекера.

Коефіцієнт тертя7 змінює величину роботи в контакті шини по/ лінійному закону. Для шини ИД-220 збільшення роботи тертя складає від 9 до 16 мДж/см2 (в 1.9 разу), при збільшенні коефіцієнта тертя від значення 0.3 (рух автомобіля по мокрому шляху або сніговою дорогою) до 0.8 - рух по сухій асфальтобетонній дорозі. Для шин моделей ИН-251 та Ех-85 робота тертя збільшується на 1.3-1.4 разу при зміні коефіцієнта в тих же межах.

Зміна прямовисного навантаження від 3.7 кН до 4.5 кН призводить до збільшення довжини контакту шини з опорою від 123 до 143 мм, що у свою чергу призвело до збільшенню зони ковзання на 20%. При збільшенні/ навантаження до 4.5 кН, робота тертя/ збільшується до 40%. Збільшення роботи тертя на 46% у шин ИН-251 і ЕХ-85 пояснюється їхніми близькими геометричними розмірами та розрахунковими параметрами.

и

Жорсткістні характеристики щоковини шини залежать від кількості шарів каркасу та конструкції брекерного поясу. Збільшення жорсткості щоковини шини у 2 рази призводить до зниженню роботи тертя на 40%. Подальше підвищення жорсткості щоковини підвищує роботу тертя у контакті. Для шини ИД-220 зменшення роботи тертя складає 58% у діапазоні, що досліджується, зміни жорсткості щоковини. Для шини ИН-251 - 51%, для шини Ех-85 - 39%, для шини Р5 - 48%.

Збільшенню тиску повітря характерне зменшення роботи тертя у контакті. Величина зменшення роботи тертя при зменшенні тиску від

0.24 до 0.17 МПа складає для шини ИД-220 - 7 мДж/ см2, для шини ИН-251 - 4.8 мДж/ см2, для шини Ех - 85 - 9 мДж/см2 і для шини Р5 -

8 мДж/см2. ,

Для шини ИН-251 зміна висоти рисунка від 5 до 3 мм призводить до збільшення роботи тертя з 13.8 до 14.1 мДж/см2, а зменшення висоти рисунка протектора з 3 до 1 мм збільшує роботу тертя з 14.1 до 14.2 мДж/см2. Дослідження моделі ИД-220 показало, що робота тертя при зносі протектора на 5 мм зменшилася на 5 мДж/см2. Виявлений характер Залежності роботи тертя від зношеності шини пояснюється зменшення ковзання у зоні входу та виходу з контакту. ,

У ТРЕТЬОМУ розділі' викладено опис методик і апаратури для проведення експериментального дослідження, що дозволить перевірити адекватність математичної моделі. Описано та виготовлено стенд, що дозволить проводити випробування шин різноманітних моделей та розмірів у ведучому та веденому режимах кочення колеса. Стенд дозволяє випробовувати шини при їхньому русі з різними кутами розвалу та збіжності з можливістю змінювати у широкому діапазоні нормальне навантаження. Розглянутий вимірювальний комплекс для визначення міри зносу протектора в умовах експлуатації, що відрізняється простотою конструкції і високою надійністю. Комплекс переносний і дозволяє проводити заміри у декількох точках поверхні шини водночас. .

Розроблений виготовлений динамометричний причеп дозволяє проводити випробування шин у реальних дорожніх умовах, що дозволило провести порівняльну оцднку результатів лабораторних та дорожніх випробувань. '

Наведені методики для проведення експериментальних досліджень по вивченню впливу на величину роботи сил тертя у контакті шини з дорогою у залежності від різного поєднання експлуатаційних і конструктивних факторів.

У ЧЕТВЕРТОМУ розділі подані результати експериментальних досліджень.

Наведені залежності роботи тертя від кутів установки коліс, ідо керуються, залежність величини роботи тертя від експлуатаційних параметрів руху автомобіля, вплиб величини внутрішнього тиску повітря у шині на роботу тертя у контакті шини з дорогою, вплив обертального моменту, прикладеного до колеса на величину роботи сил тертя у контакті з дорогою, вплив конструктивних змін у брекерному поясі на роботу тертя у контакті шини, залежність роботи тертя від типу та кроку металокорда, зносні випробування на автомобілі, результати випробувань шин на динамометричному причепі.

Зменшення тиску повітря у шині на 20% веде до збільшення роботи тертя у контакті в 4 рази. Збільшення тиску повітря у шині збільшує нерівномірність зносу шини по ширині. Робота тертя на центральній доріжці збільшується у/1.6-1.8 разу. Шляхом корегування тиску повітря досягається вирівнювання інтенсивності зносу. У шині з металокордним брекером при нульовому куті розвалу одна з граничних доріжок протектора має підвищену роботу тертя у порівнянні з центральною у 3-4 разу.

Зміна кута розвалу від -0 до 10 градусів призводить до збільшення роботи тертя до 20%, що свідчить про слабий вплив розвалу на перерозподіл роботи тертя між доріжками. Шляхом зміни кута збіжності коліс досягається вирівнювання розподілу роботи тертя поміж доріжками. Цим забезпечується рівномірність зносу. Для конкретної конструкції шини необхідно встановити певне значення кута уводу, при якому досягається рівномірність зносу по ширині контакту, а не керуватися рекомендаціями заводу-виготовача автомобіля щодо кутів установки передніх коліс. Зйачення кутів установки колеса повинні бути зазначені для шини у її інструкції до експлуатації поряд з величинами навантаження, внутрішнього тиску повітря та граничної швидкості руху.

Визначено раціональне, з точки зору мінімального і рівномірного зносу поєднання кутів розвалу та збіжності для шини моделі Ех-85 та Бл-85, воно складає а= 10-20 хвилин; є=3-5 мм.

Зменшення ширини брекера на 10 мм призводить до різниць величин роботи тертя поміж доріжками до 15%. Подальше зменшення ширини брекера неможливо з конструктивних міркувань для шин, що досліджуються. Зменшення ширини брекера призводить до зменшення жорсткості у плечовій зоні шини, що зменшує величини роботи тертя. Застосування металокорда із кроком 1.67 мм замість 1.5 мм призводить

до зменшення роботи тертя у 1.5 разу, а також зменшення ваги шини. Шини, що мають стандартний брекер з двох шарів шириною 125x135мм, мають нерівномірний розподіл роботи тертя по сусідніх доріжках, причому ця нерівномірність досягає 300% від 5 до 15 мДж/см2 на 75% довжини контакту. Установка захибних смуг (екранів) мало впливає на означену нерівномірність.

Рв>

МПа

0,21

0,19

а| 0

а\ 0

О \а 1° \°

а л

3 0 45 'А, мДж

см

Рис. 2 Залежність ро^йти тертя у контакті від тиску повітря в шині

Шини, що мають

завуженний брекер з шарів 115 та 125 мм мають менші на 15% значення роботи сил тертя по всій довжині контакту, а нерівномірність складає 150% -від 6 до 9 мДж/л£м2. Збільшення нормального навантаження на 25%

призводить до збільшеная роботи сил тертя на крайніх доріжках в 2.5-3 рази., Експлуатація шин на

переднєприводних автомобілях призводить до збільшенні роботи тертя 1.5-2.0 рази. „

Рис. З Залежність роботи тертя у контакті від навантаження на шину

СМ2

Рис. 4 Залежність-роботи тертя в контакті шини від ширини брекерного шару

?, %

На рисунках 2,3,4 представлене порівняння результатів математичного моделювання із результатами експерименту. При тиску повітря у шині 0.24 МПа розбіжність складає 5.3%. При тиску повітря у шині 0.18 МПА розходження дорівнює 8.1%.

, При значенні ширини брекерного шару, 0.14 м розходження складає 17%, а при ширині брекерного шару 0.1 м розбіжність становить 6%. При значенні навантаження на шину 4.3 кН розходження складає 15.3%, а при навантаженні 3.9 кН розбіжність становить 4.8 %. Середнє розходження величин теоретичних та експериментальних значень дорівнює 9.8%.

У таблиці наведені регресійнй рівняння, що зв'язують величину роботи тертя від різного поєднання кутів установки коліс автомобіля для різних моделей шин. Визначені поєднання кутів установки при яких спостерігається мінімальне значення роботи сил тертя у контакті.

Таблиця Регресійні рівняння роботи тертя у контакті

модель шини регресійне рівняння • значення кутів установки коліс, що мінімізують роботу сил тертя

розвал, грал. збіжність, мм

Бл-85 А=22,69-14,35а-2,183+26,7а2+0,66Р2+0,075оф , 0,26 5,02

гХ А=29,92-26,52а-0,280+32,97а2+0,34Р2+0,25<х|3 0,4 1,26

' ОИ-297 А=40,74-19,29а- / 2.32Р+31,56а2+0,72р2-0,49ар 0,32 1,72

Ид-220 А=45,89-16,84а-2,25(3+25,8а2+0,63р2+0,6ар 0,31 1,64

Результати роботи впроваджені у виробництво, що підтверджується актом впровадження наведеним у роботі.

ВИСНОВКИ

1. Аналіз робіт, виконаних у галузі взаємодії шини з опорою, показав, що теоретичний опис цього явища не завершений, зокрема,

недостатньо вивчене питання звязку характеристик шини з умовами и роботи.

2. Картина процесів, що відбуваються у контакті шини з дорогою може бути оцінена інтегруючим показником - величиною роботи, виконаної силами тертя. Повного теоретичного розв'язання задачі розрахунку роботи сил тертя у контакті шини з дорогою немає.

3. Найкращим критерієм відповідності поміж конструкцією шини та умовами її/роботи з точки зору зносостійкості є сумарна робота сил тертя у контакті. Робота сил тертя у контакті шини при її притисканні на площину є також критерієм оцінки втрати на кочення шини.

4. Обгрунтована уточнена математична модель для визначення роботи сил тертя, що враховує навантаження на шину, тиск повітря, властивості матеріалів шини та дороги, а також конструкції шини.

5. Зносостійкість бігової частини шини поліпшується при

зменшенні жорсткості конструкції шини, і, окремо у плечових зонах шини. Підбір сполучення тиску повітря та навантаження для наведеної моделі шини також призводить до поліпшення зносостійкості протектора. ' '

6. Розроблено нове устаткування для проведення стендових та дорожніх випробувань, котре дозволяє з високою точністю визначати роботу тертя/за рахунок виміру тангенційних сил та ковзання з однієї поверхні шини'.

7. Порівняння значень роботи тертя, визначених по математичній ,моделі та експериментальних вимірах дає, середнє розходження між ними 9,8%. Експлуатаційні випробування вказують на поліпшення зносостійкості шин запропонованої конструкції порівняно із стандартною на 8,5%.

8. Використання рекомендацій по зміні жорсткості брекера дозволило отримати економічний ефект при виробництві шин на ВАТ “Росава” за рахунок поліпшення якості продукції.

9. Результати наведеного дослідження використовувались при

розробці новйх моделей шин на ВАТ «Росава» у період з 1981 по 1997 рік. 7 '

Основні положення дисертаційної роботи опубліковані в наступних роботах:

1. Яковлев А.М., Гринберг Н.С., Пъшев В’.М. Исследование влияния внутреннего давления и конструкции шины на работу трения в пятне контакта/ / Совершенствование конструкции и повышение

эксплуатационных свойств автомобиля: Сб. Научн. Тр. Москва, МАДИ -1987. с 12-17.

2. Яковлев А.М., Ольшанский В.П. Моделирование работы шины пожарного автомобиля / / Проблемы пожарной безопасности Сб. Науч. Тр., ХИПБ. - Харьков 1997 вып.2. -р. 118-121

3. Макеев Ю.П., Ларин A.H., Яковлев А.М. Косвенный метод определения коэффициента сцепления шины с мокрой дорогой / / Материалы семинара «Проблемы шин й резинокордных композитов -Москва, НИИШП -1991. С 154-159.

4. Яковлев А.М., Артеменко O.A., Коханенко В.Б. Работа сил

трения в контакте автомобильной шины с дорогой // Тр. Междунар. Науч. Техн. Конф.: Информационные технологии: наука,

техника,технология, образование, здоровье, часть 5, Харьков ХГПУ, 1997. - с. 24-27

5. Яковлев А.М., Ольшанский B.J1., Ларин А.Н. К определению

работы трения в пневматической шине / / Тр. Междунар. Науч. Техн. Конф.: Информационные технологии: наука, техника,технология,

образование, здоровье, часть 1 Вып. 6, Харьков ХГПУ, 1998. - с. 115-119

6. А. С. СССР № 1361467 AI ХЖ М 17/02 Устройство для определения деформации пневматической шины / Макеев Ю.П., Ларин A.H., Карпенко В.А., Яковлев А.М., № 4070020 Заявлено 22.06.86 Опубл. 22.08.87 № 47 -2с

7. А. С. СССР № 139409Г Al G01 М 17/02 Стенд для

исследования пневматических шин / Макеев Ю.П., Ларин А.Н., Карпенко В.А., Яковлев A.M., № 406Q826 Заявлено 22.04.86 Опубл. 08.01.88 № 17-2с .

8. А. С. СССР № 1418595 Al G01 М 17/02 Стенд для исследования физических процессов в nqvHe контакта шины с опорной поверхностью / Макеев Ю.П., Ларин А.Н., Карпенко В.А., Яковлев А.М., № 4111693 Заявлено 22.05.86 Опубл. 08.01.88 № 31 -2с

Яковлев О.М. Вплив експлуатаційних факторів та конструктивних параметрів шини на роботу тертя у контакті з дорогою.

Дисертація на здобуття вченого ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.22.10 “Експлуатація автомобільного транспорту” Харківський державний автомобільно-дорожній технічний університет, Харків, 1998.

Отримані регресійні рівняння зв’язку кутів установки коліс з величиною роботи тертя у контакті шини з дорогою. Визначено діапазон . раціонального сполучення навантаження та тиску повітря в шині з' точки зору зменшення роботи тертя. Наведено рекомендації, що до умов експлуатації для досягнення рівномірного зносу по ширині шини.

Складена математична модель взаємодії шини з дорогою. Визначені теоретичні ^залежності роботи у контакті шини від навантаження на шину та від конструкції шини. Виготовлено комплекс обладнання експериментальних робіт. Виготовлено комплекти шин з конструктивними відмінами від стандартних. Проведено ' експериментальну перевірку отриманих теоретичних результатів.

Ключеві слова: шина, робота тертя, експлуатаційні фактори, конструкція. /

Яковлев A.M. Влияние эксплуатационных факторов и конструктивных,' параметров шины на работу трения в контакте с дорогой. .

Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук по специальности 05.22.10 “Эксплуатация автомобильного транспорта” ,

Харьковский государственный автомобильно-дорожный технический университет, Харьков, 1998.

Получены регрессионные уравнения связывающие углы установки колес с величиной работы трения в контакте шины с дорогой. Определен диапазон рационального сочетания нагрузки на шину и давления воздуха в шине с точки зрения уменьшения работы трения. Даны рекомендации как в условиях эксплуатации достичь' выравнивания износа по ширине шины.

Составлена математическая модель взаимодействия шины с дорогой. Определены теоретические зависимости работы в контакте/ шины от нагрузки на' шину и от конструкции шины. Изготовлен' комплекс оборудования для проведения экспериментальных работ. Изготовлены комплекты шин с конструктивными отличиями от стандартных. Проведена экспериментальная проверка полученных теоретических результатов.

Ключевые слова: шина, работа трения, эксплуатационные

факторы, конструкция.

Yakovlev О.М. Influence of the tire service factors and constructive parameters upon the friction work while contacting the road.

A dissertation for the degree of Candidate of technical sciences on speciality 05.22.10 - operation of automobile transport. The Kharkiv State Automobile and Highway Technical University/Kharkiv, 1998. Manuscript.

/

Regressive equations binding corners are establishment wheels with

magnitude of job rubment in contact of tyre with road had been gained of

rational conjunction of dead and pressure of air in tyre from eyeshot the reduction of job rubment had been determined. Reference is how in conditions of use for achievement equable on width of tyre had been. A mathematical model of tire-road interaction was developed. The theoretical dependencies of the work in tire contact from the tire load and construction were determined. An equipment system for experimental work and different sets of tires with constructive differences from the standard ones were made. An experimental check ofithe theoretical results which had been obtained was conducted. /

Keywords: tire, friction work, service factors, construction.

Підписано до друку р. Формат 60x80 1/16 Папір офс.

Друк. Офс. Ум. Друк. Арк. 1.0 Тираж 100 Зам. №

ХІПБ МВС України, 310023, м. Харків, вул. Чернишевського, 94