Шины сверхнизкого давления что это
Перейти к содержимому

Шины сверхнизкого давления что это

  • автор:

Шины низкого давления: виды, устройство и назначение

Секретом высокой степени проходимости некоторых транспортных средств являются шины низкого давления. Они позволяют автомобилю без проблем передвигаться в условиях бездорожья, даже по воде и болотистой местности.

Шины низкого давления – что это

Колеса низкого давления представляют собой изделия с увеличенным внутренним объемом. Давление воздуха находится в интервале от 0,1 до 0,4 МПа. В отличие от обычных шин этот вариант является более мягким, так как покрышка состоит из меньшего количества слоев корда. Боковые поверхности не такие толстые. Эластичность, способность к амортизации обеспечивает плавное движение на неровной поверхности. Глубокий рисунок и значительная ширина протектора создает надежное сцепление с любой поверхностью. За счет увеличенного диаметра повышается дорожный просвет машины. Еще один плюс состоит в меньшем разрушительном действии на природную среду.

шины низкого давления

Однако такие шины имеют и слабые стороны.

  • Быстрый износ при постоянном передвижении по асфальтированному или бетонному покрытию.
  • Перед установкой потребуется выполнить работы по модернизации автомобиля, что обойдется недешево.
  • Смещение центра тяжести повышает риск опрокидывания транспортного средства на высокой скорости и резких поворотах. Поэтому подобные маневры стоит выполнять плавно по максимально возможной траектории.
  • Изделия сильно реагируют на агрессивную и скоростную манеру вождения, так как обладают слабым профилем.
  • Внушительная стоимость комплекта фирменных шин далеко не каждому автовладельцу по карману.

Для каких условий предназначены шины низкого давления

Прежде чем выбрать колеса с низким давлением, необходимо четко представлять в каких условиях предстоит использовать транспортное средство. Дело в том, что для разных видов грунтов рекомендуется индивидуальный рисунок протектора. Например:

  • для торфяников подойдет резина с узором из канавок небольшой глубины;
  • чернозем и глина нуждаются в функции самоочистки;
  • облегчит прохождение по песку и снегу наличие мелкого и узкого рисунка с небольшой глубиной канавок.

Правильный выбор резины обеспечит высокую проходимость автомобиля в условиях бездорожья.

Для какого транспорта бывают
Этот тип шин предназначен для легковых машин, автобусов, небольших грузовиков, вездеходов, квадроциклов, прицепов, тяжелых мотоциклов, снегоходов, военной и сельскохозяйственной техники.

Колеса низкого давления отличает универсальность. Конечно, покрышки для сельскохозяйственной техники и военного транспорта преследуют разные цели, но оба вида без проблем передвигаются по пересеченной местности. В первом случае важно обеспечить минимальный уровень нагрузки на почву, во втором главным показателем является проходимость.

Виды шин низкого давления

Рассмотрим, какие бывают виды авторезины с низким давлением.

  • Арочные. Давление в покрышке не превышает значение 0,05 МПа. По ширине они могут быть в 4—5 раз больше чем стандартная шина. Толщина составляет 700—800 мм. Подобные изделия предназначены для установки на ведущий мост. Обеспечивают проезд по любому бездорожью.
  • Торроидные. Выпускаются в двух вариантах: камерные и бескамерные. Считаются наиболее прочными и универсальными. Усредненный профиль близок к диаметру колеса (коэффициент составляет 0,95 —1,15).
  • Широкопрофильные. Этот тип используют для специальной техники, которая рассчитана на большие нагрузки и движение по пересеченной местности. Рекомендуемое давление воздуха в 1,5—2 раза ниже, чем у традиционных колес. Это позволяет без проблем справляться с препятствиями на дороге разной сложности.
  • Пневмокатки. Их легко узнать по значительным габаритам. Поверхность покрышки оснащается специальными грузозацепами, которые отстоят друг от друга на значительном расстоянии. Также изделие может похвастаться прочным кордом и высокими эксплуатационными характеристиками. По эластичности пневмокатки в 2 раза превосходят первый вариант. Однако они не подходят для больших нагрузок.

Как устроены

Шины делятся на камерные и бескамерные. Первый вариант обладает меньшей массой, но более склонен к деформации и механическим повреждениям.

Второй тип устойчив к нагрузкам, не деформируется, однако имеет низкую степень комфорта. Для его маркировки используется обозначение Tubeless. С боковых сторон изделие дополняется уплотнением, а внутреннее пространство — слоем толщиной 2 мм, обеспечивающим качественную герметизацию.

Устройство шины включает следующие элементы:

  • протектор, обеспечивающий надежное сцепление с дорожным покрытием;
  • каркас из синтетических или металлических нитей отвечает за прочностные характеристики;
  • брекер представляет собой пояс из стального корда. Его функции: улучшить соединение с каркасом, предотвратить расслоение, повысить сопротивляемость к повреждениям;
  • бортовые полосы, выполненные из натурального каучука, защищают от внешних факторов;
  • крыльевая лента изготавливается из синтетического каучука, способствует повышению комфорта и управляемости;
  • кольцевой стержень из стали помогает надежно закрепить шину на диске.

В случае шины низкого давления устанавливается разборной диск. Он обязательно оснащается устройством, препятствующим разбортировке (т. е. не позволяет покрышке соскочить с обода).

Виды протектора

Рисунок протектора является важной характеристикой шины. На него возложен ряд задач.

  • Защита от механических повреждений, которые провоцирует езда по неровной дороге, осколки стекла и другие острые предметы.
  • Удаление воды в месте контакта колеса с покрытием, чтобы избежать эффекта аквапланирования.

Благодаря увеличению размера пятна, контактирующего с дорогой, улучшаются амортизационные характеристики, степень проходимости. Автомобиль с подобными шинами без проблем преодолевает снег, грязь, песок, неровности покрытия.

Для колес низкого давления используют два варианта рисунка.

  • Грязевая «елочка».
  • Спортивные «шашечки».

Особенности обозначения типоразмера

Классификация колес по размеру и другим параметрам проводится согласно стандартам, которые установлены в США, Японии, Канаде.

Например: запись 26″×12″-10″ расшифровывается следующим образом:

  • первое значение указывает на диаметр шины;
  • вторая пара цифр обозначает ее ширину;
  • последние символы относятся к посадочному диаметру.

Единицей измерения является дюйм.

Кроме того на колесо наносится межболтовое расстояние (PSD). Оно указывает на количество крепежных элементов и промежутки между центрами боковых отверстий в миллиметрах.

Важным параметром при выборе колеса является вылет диска. Этот показатель указывает на смещение посадочной части диска относительно края ступицы. Различают положительный (ET+) и отрицательный (ET­) вылет.

Превышение первого параметра вызывает трение покрышки о корпус или рулевую рейку.

Выход за границы второго показателя приводит к усиленному вылетанию грязи, камней, песка, снега из-под колес во время движения. Решить проблему безопасности поможет установка расширителей на колесные арки.

Лучшим выбором для движения по бездорожью считаются шины низкого давления. Транспортное средство с таким оснащением приобретает хорошую проходимость, обеспечивает комфортные условия и высокий уровень безопасности.

Ассоциация Арктиктранс

Появилась новая 4х-слойная шина низкого давления 1020x(420-450)-18”. По сравнению с двухслойной шиной имеет большую допустимую нагрузку.

Главная » Исследования шин низкого давления » Исследование шин сверхнизкого давления для снегоболотоходов

Исследование шин сверхнизкого давления для снегоболотоходов

Труды НАМИ. Сборник научных трудов. Выпуск №241

Совместные исследования шин сверхнизкого давления «Федерального Исследовательского испытательного центра машиностроения» (ФИИЦМ) и Ассоциации «Арктиктранс»

Исследование шин сверхнизкого давления для снегоболотоходов.

Шапиро В.Я. к.т.н..Дмитриев В.Н. инж. Ассоциация «Арктиктранс»
Годжаев З.А. д.т.н., Гончаренко СВ. инж. «Федеральный Исследовательский испытательный центр машиностроения»
(ФИИЦМ)

Повышение проходимости транспортных средств является одной из основных проблем современного транспортного машиностроения. Решение этой проблемы связано главным образом с уменьшением величины удельного давления в контакте движителя с грунтом.

Именно поэтому, в последние десятилетия двадцатого века возникли конструкции легких транспортных средств на базе мотоциклетной и легковой автомобильной техники, называемые вездеходами на пневматиках сверхнизкого давления (каракаты, тундролеты, дутики и т.д.). В качестве движителей, использовались камеры от грузовых автомобилей, самолетов и тракторов. Для увеличения сцепных свойств они оснащались поперечными ремнями с наклепанными грунтозацепами, а для повышения эксплутационной живучести, дополнительной оболочкой из разрезанной по образующей такой же камеры (использовалась как покрышка). Огромное количество таких машин создается и используется до сих пор на необъятных бездорожных просторах России.

Организация промышленного выпуска снегоболотоходов потребовала создания промышленного производства тонкостенных шин, имеющих большую нагрузочную способность, чем камеры. В настоящее время освоено производство различных тонкостенных шин, использующихся как в камерном так и бескамерном вариантах. Наиболее известны шины фирм ТРЭ-КОЛ, АВТОРОС и АРКТИКТРАНС, которые и были использованы для сравнительного анализа их свойств.

В таблице 1 приведены данные производителей трех близких по размерам шин сверхнизкого давления. Внешний вид шин показан на рисунке 1.

Исследования проводились по единым методикам, в сопоставимых условиях на аттестованном испытательном оборудовании «Федерального исследовательского испытательного центра машиностроения».

Лабораторные испытания проводились на универсальном функциональном стенде СИБ — Ш конструкции А.Р.Шабарова с дальнейшей модернизацией осуществленной С.В. Гончаренко (рис. 2). На стенде устанавливалась аппаратура высокой чувствительности с большими коэффициентами усиления. Подвижные части стенда уравновешивались противовесами, что позволило вести измерения параметров процесса от абсолютного «нуля».

Испытания на определение давлений шин на почву проводились в соответствии с ГОСТ 26953 — 86, раздел 3. На подвижный стол стенда устанавливались борта, и в полученную емкость засыпался грунт соответствующий по характеристики мягкому полю, подготовленному под посев. Грунт просеивался через сетку размером ячейки 1,5×1,5 мм, таким образом размер частиц грунта был от 0,06 до 1,5 мм и влажность его не превышала 3%. Это соответствовало утверждениям транспортников: «нога человека проваливается, а шина — едет». Твердость грунта составляла один удар по ударнику ДорНИИ. На глубину 21±1 см устанавливались протарированные мембранные датчики собственной конструкции лаборатории испытаний шин «ФИИЦ М». Датчики устанавливались вдоль продольной оси шины в плоскости ее качения и поперек ее движения. Таким образом снимались продольные и поперечные эпюры давления шин на почву при многократных проездах. Количество проездов устанавливались опытным путем до получения стабильных результатов, но не менее шести заездов в прямом и обратном направлениях.

Результаты испытаний шин на несущую способность на стенде были сведены в таблицу 2. Результаты испытаний шин на удельное давление на мягком грунте приведены на рис. 4. 5 и 6.

Как следует из данных таблицы 2, нагрузочная способность шин при внутреннем давлении воздуха 10 кПа (0,1 атм.), что рекомендуется фирмой ТРЭКОЛ для преодоления участков трассы с малой несущей способностью, не позволяет эксплуатировать эти шины в нормальном режиме (рис. 3).

Образование складок и переход боковины на беговую дорожку ведет к интенсивному износу. Как следует из таблицы 2 при давлении 20 кПа (0,2 атм.) несущая способность увеличивается в 2 раза, но еще не достаточна для нормальной эксплуатации. Только при внутреннем давлении 60 кПа (0,6 атм.) несущая способность вышеуказанной шины и шины 49×23,5-21 «Авторос» достигает 600 кг, которые необходимы для эксплуатации 4-х 6-и и 8-и колесных снегоболотоходов этих фирм в нормальном режиме.

По этому показателю несущая способность шины 1300×700-24″ «АРКТИКТРАНС» превышает показатели двух других шин в 1.6-1,8 раза (имеет максимальную несущую способность) что делает возможным ее использование при более низком внутреннем давлении в шине.

Низкое внутреннее давление является определяющим для снижения давления шины на грунт. До проведения настоящего исследования предполагалось, что давление на грунт приблизительно равно давлению воздуха в шине. Однако было установлено, что это не соответствует действительному показателю.

Так при давлении воздуха в шине 10 кПа давление на почву составляет 15-20 кПа а при давлении воздуха 60 кПа давление на почву колеблется от 17 до 39 кПа для всех исследованных шин.

Численные значения удельных давлений шин в зависимости от давления воздуха и нагрузки приведены в таблице 3. На основании таблицы 3 построены графики зависимости давления на мягкий грунт от внутреннего давления воздуха в шине и от нагрузки, см. рис. 4, 5 и 6.

Как следует из этих графиков при повышении нагрузки возникает положение когда при недостаточном внутреннем давлении шина теряет несущую способность, происходит раздавливание шины (точнее потеря ее геометрии). По этому показателю шина 1300×600-21″ и шина 49×23.5-21″ весьма близки, хотя у последней они несколько лучше. Шина 1300×700-24″ имеет значительно более высокую нагрузочную способность. Если у первых двух шин потеря несущей способности происходит при нагрузке 600 кг и внутреннем давлении в шине 15 кПа, то у последней шины это происходит при нагрузке 1000 кг и таком же внутреннем давлении. А при давлении 60 кПа шина выдерживает нагрузку 1200 кг, что в 1.5 раза больше чем заявлено по ТУ. Интересные данные были получены при изучении тягово-сцепных показателей как на твердом, так и на мягком грунте, Сводные данные для мягкого грунта представлены в таблице 4.

Как следует из этой таблицы шины 1 и шины 2 по первым трем показателям весьма близки и отличаются только разницей в предельном буксовании, что объясняется более высокими и более удачно расположенными грунтозацепами последней (рис. I). Максимальная сила тяги шины 1300×700-24″ в 1,5 раза выше, а тяговый коэффициент полезного действия выше в 1,27-1,19 раза, что косвенно указывает на более высокий КПД работы шины.

Таким образом, проведенные исследования показали преимущество шины 1300×700-24″ (52.2×25,5-24″) во всем диапазоне исследований, что также подтверждается отзывами потребителей о практике использования этой шины. Она испытывалась на снегоболотоходах «ПЕТРОВИЧ» (Тюмень), «КЕРЖАК» (Н. Новгород), КБ Старатель (Самара), «ЛЕШИЙ» (Саратов), «ТРОМ» (Сургут) и показала высокие эксплутационные свойства.

В настоящее время результаты исследования используются авторами для создания новых типов тонкостенных шин сверхнизкого давления.

Шины низкого давления — что это

В настоящее время шины низкого давления (сокращенно ШНД) получили широкое распространение. Их устанавливают на самом разном транспорте, предназначенном для различных целей.

Такая популярность вполне закономерна. ШНД обладают рядом достоинств. Справедливость ради следует заметить, что и недостатки у них тоже имеются. Поэтому, если вы решили приобрести транспорт на ШНД – следует разобраться что это такое, какие разновидности бывают и объективно оценить всех их плюсы и минусы.

История ШНД

Шины низкого давления представляют собою пневматические покрышки с максимальным воздушным параметром. Говоря проще, это «емкости» с большим объемом воздуха и как следствие давлением 0,1 — 0,4 Мпа.

Шины низкого давления

карт 1

Они гораздо мягче шин с высоким давлением. У ШНД по- минимуму кордовых слоев, тоненькие боковины с такими же бортовыми каймами и высокой эластичностью. Все это обеспечивает определенную фору по сравнению с «емкостями» высокого давления.

И форы этой, надо сказать, немало.

Преимущества шин низкого давления

Амортизация. Это то достоинство, которое буквально чувствуешь каждой клеточкой своего организма, передвигаясь на транспорте с шинами низкого давления. И неважно, о каком транспортном средстве идет речь: легковом автомобиле, грузовике, автобусе или вездеходе. Если на нем установлены ШНД – плавность движения гарантирована даже с самыми «страшными» выбоинами и колдобинами.

Это, пожалуй, главная причина, почему транспорт на шинах низкого давления пользуется такой популярностью в нашей стране и ШНД устанавливают буквально везде, где только можно. Россия, к сожалению, не может похвастаться такими хорошими дорогами, как Германия или Австрия, а ездить с комфортом россиянам тоже хочется. Поскольку народ у нас изобретательный, то быстро нашел чем можно «сгладить» данный недостаток.

Равномерное распределение веса и оптимальное сцепление. При езде на пересеченной местности — качество незаменимое. Любой, кому хотя бы раз в жизни приходилось передвигаться по такой местности — подтвердит.

Сведенный к минимуму ущерб почвам и дорожному покрытию. Это достигается благодаря минимальной нагрузке на грунт. Что особенно важно для вездехода. В отличии от гусеничного вездехода, серьезного повреждающего асфальтовое покрытие и как следствие требующего доставки к «пункту назначения» транспортным средством — на колесном вездеходе с шинами низкого давления вы можете ездить без опасения того, что повредите асфальт и к вам появятся претензии со стороны уполномоченных органов.

Дорожный просвет. ШНД делают любую технику заметно выше. Это априори увеличивает расстояние между нижней частью транспортного средства и дорожным полотном или землей. То, что сейчас называется модным словом «клиренс». Это достоинство опять-таки особенно важно при покупке вездехода. Поскольку увеличивает то, ради чего, собственно, вездеходная техника и приобретается.

Проходимость. Обеспечивается она, надо сказать, не только клиренсом. Но и тем, что пятно контакта покрышек ПНД с поверхностью составляет около 1/3-1/4 всего диаметра колеса. Снег, грязь, болота, пустыни — нет таких препятствий, которые не преодолеет вездеход на шинах низкого давления. Собственно, установка ШНД на легковом автомобиле уже придает ему некоторые вездеходные качества.

Проходимость

Однако не бывает ничего идеального. Самое время поговорить и о минусах.

Соберите свой вездеходВперёд

Недостатки

Начинаются они с финансовой составляющей. Дело в том, что установка ШНД на автомобиль требует определенных усовершенствований. Включая и специальную фиксацию с диском. Иначе может начаться прокручивание ската.

То бишь, будьте готовы к дополнительным материальным затратам. Тюнинг ныне удовольствие не из дешевых. Людям со средним достатком и ниже придется раскошелиться. Насколько конкретно – зависит от технических параметров вашего «железного коня», вида шин низкого давления и т.д.

Высокий центр тяжести. Это автоматом делает транспортное средство на ШНД менее устойчивым, особенно когда оно поворачивает. Перевернуться в этот момент куда легче.

У заводских вездеходов данная проблема сведена к минимуму. Не у всех, конечно. Тем не менее, ответственные производители вездеходной техники конструируют ее так, чтобы болотоход был устойчивым даже несмотря на эти особенности шин низкого давления. Чего не скажешь о производителях автомобилей.

В конце концов, они изначально предназначены для другой резины. Поэтому, превратив самостоятельно свое авто в вездеход, будьте осторожнее на поворотах.

Невысокая скорость. Увы, любителям быстрой езды следует помнить, что почувствовать себя Шумахером с ШНД не получиться при всем желании. Установив на свое транспортное средство шины низкого давления, придется забыть о «гонках с ветерком».

Резина на шинах низкого давления быстрее изнашивается. Быстрее изнашивается и трансмиссия. Опять-таки, это не касается заводских вездеходов. А вот тем, кто самостоятельно установил ШНД на автомобиль, либо купил такую конструкцию – следует снова приготовиться. На этот раз к ремонту трансмиссии.

Данные достоинства и недостатки не исчерпывающие. В зависимости от видов шин низкого давления, стоит выделить еще некоторые плюсы и минусы.

Что ещё следует знать

Купить шины низкого давления сейчас не проблема. Производители предлагают варианты на любой вкус и цвет, как говорится. По принципу «все для потребителя, все во имя потребителя».

Чтобы не путаться и помочь определиться с тем, что вам действительно нужно, проведем небольшую классификацию. Итак, в общем варианте ШНД делятся на:

  • Камерные шины. Имеют повышенную прочность. Стойкие к механическим нагрузкам, деформациям, повреждениям. Минусом является большой вес и меньшая комфортабельность при езде.
  • Бескамерные шины. Обладают меньшим весом, большей безопасностью, движение на них в целом комфортнее. (картинка 3).

Есть и недостатки. Один из ведущих — более высокий риск деформации во время маневров.

По конструкции ШНД бывают:

    Арочные, внешне смахивают на бочонки. Устанавливаются на ведущую ось. Диски со спец боковой поддержкой. Ширина резины до 70 см. Профиль превышает стандартную величину в 2-4 раза. Наилучшее давление внутри: 0,05 — 0,14 Мпа. Превосходны для езды по бездорожью.

 Купить шины низкого давления

Пневмокатки

Тороидные

Какими в конечном счете пользоваться — решать вам.

Исследование базовых характеристик шин сверхнизкого давления Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

Аннотация научной статьи по строительству и архитектуре, автор научной работы — Барахтанов Л. В., Котляренко В. И., Манянин С. Е., Соколов И. А.

Представлено описание последовательности расчетного исследования базовых характеристик шин сверхнизкого давления методом конечных элементов . Приведено сопоставление результатов расчетных и натурных экспериментов при различных уровнях внутреннего давления воздуха в шине.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по строительству и архитектуре , автор научной работы — Барахтанов Л. В., Котляренко В. И., Манянин С. Е., Соколов И. А.

Моделирование автомобильной пневматической шины, взаимодействующей с твердой неровной опорной поверхностью

Несущая способность высокоэластичной шины
Метод сечений в аналитических расчетах пневматических шин
Влияние деформации шин на поперечную статическую устойчивость зерноуборочного комбайна
Широкопрофильные шины низкого и сверхнизкого давления
i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

INVESTIGATION OF BASE CHARACTERISTICS OF TYRES OF ULTRALOW PRESSURE

Purpose: The settlement research of loading characteristics of tyres of ultralow pressure. Design/methodology/approach: The study is based on analysis of equations that describes the process of deforming the tyre. Findings: It is possible to apply the results for the mathematical description of movemtnt. Research limitation/implications: The present study provides a starting-point for further research in the field of off-road capabilities of machines on snow. Originality/value: The main peculiarity of the study is new approach of theoretical of deforming the snow from normal load .

Текст научной работы на тему «Исследование базовых характеристик шин сверхнизкого давления»

Л.В. Барахтанов1, В.И. Котляренко2, С.Е. Манянин3, И.А. Соколов3

ИССЛЕДОВАНИЕ БАЗОВЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ШИН СВЕРХНИЗКОГО ДАВЛЕНИЯ

Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева1,

ООО «Трансмаш», Нижний Новгород

Представлено описание последовательности расчетного исследования базовых характеристик шин сверхнизкого давления методом конечных элементов. Приведено сопоставление результатов расчетных и натурных экспериментов при различных уровнях внутреннего давления воздуха в шине.

Ключевые слова: шина сверхнизкого давления, метод конечных элементов, нагрузочные характеристики.

Для определения основных характеристик наиболее распространенных шин сверхнизкого давления были проведены исследования полноразмерных натурных образцов шин: 1300х600-533 «Трэкол», 52,2х25,5-24 ЬТ модели Я-671 «Арктиктранс» в камерном и бескамерном исполнениях и разным вылетом диска (ЯШЗ), 49х23,5-21 ЬТ модели «Авторос» и 38х18,00-16 модели «Кайман».

Исследования проводились по «Единой методике испытаний и оценки тракторных шин в лабораторных и полевых условиях», разработанной ОАО «ФИИЦ М» (г. Чехов).

Согласно программе исследования проводились при рабочих внутренних давлениях воздуха в шинах от 0,01 МПа до 0,07 МПа в соответствии с нагрузочными рядами, рекомендованными заводами-изготовителями, а также предельными нагрузками до потери шиной устойчивости. Исследования были проведены на универсальном функциональном стенде СИБ-1М для испытаний шин в ОАО «ФИИЦ М».

При движении ТС шина претерпевает сложные деформации, изменяющие ее первоначальную форму и размеры отдельных элементов. При этом максимальные деформации соответствуют участкам шины, находящимся в зоне контакта с опорной поверхностью. Основной нагрузкой воспринимаемой шиной является нормальная нагрузка, приводящая к образованию радиального прогиба шины.

Радиальный (нормальный) прогиб шины является одной из важнейших характеристик, обусловливающий мембранные и изгибные напряжения, определяющие ее работоспособность. На основании зависимости нормального прогиба от нормальной нагрузки (нагрузочной характеристики) определяются несущая способность шины и ее жесткость или эластичность. Чрезмерное увеличение прогиба приводит к повышению напряжения в материале шины, повышенному теплообразованию, снижению усталостной прочности и долговечности, а также к увеличению сопротивления качению шины. Для практических расчетов необходимо знать зависимость между нормальным прогибом шины и ее конструктивными и эксплуатационными параметрами.

Исследования нагрузочных характеристик шин от нормальной нагрузки проводились на твердой опорной поверхности рабочего стола стенда СИБ-1М. Оценивались прогиб шины И2, коэффициент радиальной жесткости шин С2 и коэффициент поглощения энергии в шине . Зависимости радиального прогиба шин от нормальной нагрузки при различных давлениях воздуха в шинах приведены на рис. 1 и 2.

Зависимость нормального прогиба Ь2 от радиальной нагрузки Ок носит нелинейный характер, однако в зоне рабочих нагрузок эта зависимость достаточно линейна, и в этих об-

© Барахтанов Л.В., Котляренко В.И., Манянин С.Е., Соколов И.А., 2012.

ластях жесткость шин мало зависит от нагрузки. Зависимость нормальной жесткости от давления воздуха в шине возрастает с увеличением давления практически в прямой пропорции.

3000 6000 9000 12000 15000 Н

Рис. 1. Нагрузочная характеристика шины Я-671 в камерном исполнении

0 5000 10000 15000 С., Н

Рис. 2. Нагрузочная характеристика шины Я-671 в бескамерном исполнении

Для расчета нагрузочных характеристик применяются эмпирические и полуэмпирические зависимости, позволяющие оценить нормальный прогиб в зависимости от нормальной нагрузки и внутреннего давления воздуха в шине. Наиболее известными из указанных зависимостей являются выражения, приведенные далее [1].

Формула Р. Хедекеля:

где к2 — нормальная деформация шины; рш — внутренне давление воздуха в шине; Б -наружный диаметр шины; Япр — радиус кривизны протектора.

Формула В.Л. Бидермана:

где р0 = 0,1 — 0,3 кг/см2 — давление в контакте шины при отсутствии в ней давления воздуха.

Для широкопрофильных шин регулируемого давления р0 = 0,3 кг/см2. С и С — постоянные для данной шины коэффициенты, зависящие от конструктивных параметров шины и материалов.

К н V 2 Епр ^2К В

где Кн — коэффициент насыщенности рисунка протектора шины; ^ — коэффициент, учитывающий неравномерность распределения давлений по площади контакта шины; — коэффициент увеличения жесткости шины в связи с затрудненностью поперечных деформаций; Епр — модуль упругости протекторной резины; Ипр — толщина протектора.

Формула Я.С. Агейкина:

Ок = ^^Р + Р0)(В + Ц)(1 — ^Я— % , (3)

где Н — высота профиля шины; р0 — составляющая давления в контакте от жесткости оболочки. Формула Хэлла:

Ок = КрШ58В1,3(^ + В), (4)

где К = 0,0810 ^ 0,0978 — для широкопрофильных шин; К = 0,1096 ^ 0,1254 — для широкопрофильных шин, заменяющих одинарные шины; К = 0,077 ^ 0,094 — для широкопрофильных шин регулируемого давления воздуха; В — приведенная ширина профиля шины.

где Воб — ширина обода.

Формула Б.В. Ненахова:

где С = 0,0489 — 0,0532 и С2 = 0,142 — 0,166 — для широкопрофильных шин нерегулируемого

давления воздуха с отношением — = 0,63 ^ 0,80; С = 0,0502 — 0,0840 и С2 = 0,144 — 0,234 —

для широкопрофильных шин нерегулируемого давления воздуха с отношением —

— = 0,58 0,63 ; С = 0,0744 — 0,0820 и С2 = 0,117 — 0,229 — для широкопрофильных шин реВ

гулируемого давления воздуха.

Для проверки оценки приведенных выражений применительно к шинам сверхнизкого давления были проведены расчеты для шести моделей шин при внутреннем давлении воздуха в шинах 0,02 МПа; 0,04 МПа и 0,06 МПа. Базовая нагрузка 6000 Н.

Сопоставление расчетных и экспериментальных данных показало, что формула Хеде-келя неприменима при давлениях внутреннего воздуха в шинах 0,02МПа, ошибка может составлять от 23 до 200%. При давлениях внутреннего воздуха в шине 0,04 МПа и 0,06 МПа ошибка составляет 28-48%.

Расчеты по формуле В.Л. Бидермана могут дать погрешность до 53%. Формула имеет лучшую сходимость при более высоких значениях внутреннего давления воздуха в шине. При давлениях внутреннего воздуха в шине 0,06 МПа ошибка не превышает 21-22%.

Формула Я.С. Агейкина по сравнению с другими исследованными зависимостями более применима при расчетах нагружения шин сверхнизкого давления нормальной нагрузкой. Расчеты по ней могут дать погрешность не более 20-40%. При этом формула имеет указанную погрешность при всех значениях внутреннего давления воздуха в шине.

Формула Хелла дает наибольшую погрешность — до 360%. При давлении внутреннего воздуха 0,02 МПа она имеет лучшую сходимость. Ошибка составляет от 5% до 27%. Для шины 38х18.00-16 эта формула неприменима, так как при всех давлениях внутреннего воздуха ошибка составляет более 200%.

Расчет по формуле 8 Б.В. Ненахова дает погрешность в 2-3 раза.

Как видно из изложенного, при расчетах по приведенным формулам можно получить достаточно большую погрешность. Это можно объяснить тем, что упомянутые зависимости были получены в основном для многослойных шин высокого и низкого давления.

Была поставлена задача определения нагрузочных характеристик шин сверхнизкого давления, обеспечивающих более высокую точность расчетов.

С конца 60-х годов к расчету пневматических шин начали применять метод конечных элементов [2]. Этот метод для расчета шины представляет в целом достаточно сложную задачу, но при этом позволяет получить наиболее точный результат. На основе этого метода при помощи современных программных средств был произведен расчет шин сверхнизкого давления.

Объектом моделирования была выбрана шина модели Я-671 (52,2х25,5-25 ЬТ). Шина имеет двухслойный текстильный корд. Протектор покрышки на первом этапе исследования в модели не отражен.

На начальной стадии моделирования было построено радиальное сечение покрышки, где были представлены слои резины, наполнительный шнур, бортовая проволока, текстильный корд, бортовая лента и обод колеса с прижимными кольцами. Методом вращения была получена объемная модель шины, которая была разбита на оболочные и объемные конечные элементы.

Всем элементам модели были присвоены соответствующие материалы и свойства. Важной частью подготовительных работ для проведения динамического нелинейного анализа является задание параметров расчета и контактных условий.

Вертикальное нагружение модели осуществляется в несколько этапов.

1. Закрепление шины на колесном диске. Производится путем перемещения прижимных колец навстречу друг другу.

2. Задание давления в шине. Осуществляется путем увеличения внутреннего давления в шине.

3. Вертикальное нагружение. Осуществляется путем закрепления обода и перемещения опорной поверхности в вертикальном направлении.

Результатами, полученными на данном этапе исследования, являются: напряженно-деформированное состояние шины в условиях вертикального нагружения (рис. 3), графики изменения нормальной деформации от нагрузки при различных значениях внутреннего давления.

Для проверки адекватности составленной модели, а также соответствия полученных характеристик параметрам реальных шин был проведен сравнительный анализ на основании данных, полученных при экспериментальных исследованиях шин сверхнизкого давления.

Нагрузочная характеристика шины Я-671(52,2×25,5-21*1 Г) при Внутреннен Млети Воздуха 0.02 МПа

яе ООО ТОО ЮГ »Я Я№ £ ц

1 Шина 0 каперном исполнении 2. Шина б Оескамернам исполнении 3 Конечно-элементная модель шины

Нагрузочная характеристика шины Я-671 (52.2×25.5-2U. Т\ при бнутреннем даВпении Воздуха 0.05 МПа

«о яог яюв «501 шг гэт паю

1 Шина б камерном исполнении

2 Шина б бескамерном исполнении

3 Конечно-элементная модель шины

Рис. 5. Нагрузочные характеристики шин

Нагрузочная характеристика шины Я-671152.2×25.5-2U Т) при бнутреннем дсблении боздуха 0.07 МПа

за) «г ээт гас аа«? ель о, ц

1 Шина б камерном исполнении

2 Шина б бескамерном исполнении

i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

3 Конечно-злементная модель шины

Для сопоставления и анализа данных были построены совместные графики нагрузочных характеристик для шин в камерном, бескамерном исполнении, а также конечно-элементной модели (рис. 4, 5, 6). В случае компьютерного моделирования расхождение составляет 7-10%. На основании этого можно сделать вывод о применимости данной конечно-элементной модели для дальнейших исследований в области машин на шинах сверхнизкого давления, связанных с плавностью хода, управляемостью и устойчивостью, а также для изучения процесса взаимодействии высокоэластичного колесного движителя с опорной поверхностью.

1. Бидерман, В.Л. Автомобильные шины / В.Л. Бидерман. — М.: Госхимиздат, 1963. — 304 с.

2. Афанасьев, Б.А. Проектирование колесных машин с использованием моделирования / Б.А. Афанасьев, Б.Н. Белоусов. — М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1997. — 25 с.

Дата поступления в редакцию 23.04.2012

L.V. Barakhtanov , V.I. Kotlyarenko , S.E. Manyanin , I. A. Sokolov

INVESTIGATION OF BASE CHARACTERISTICS OF TYRES OF ULTRALOW PRESSURE

The Nizhny Novgorod State Technical University n.a. R.Y. Alekseev1, Moscow State Technical University2, OOO » TRANSPORT», N. Novgorod3

Purpose: The settlement research of loading characteristics of tyres of ultralow pressure.

Design/methodology/approach: The study is based on analysis of equations that describes the process of deforming the tyre.

Findings: It is possible to apply the results for the mathematical description of movemtnt.

Research limitation/implications: The present study provides a starting-point for further research in the field of off-road capabilities of machines on snow.

Originality/value: The main peculiarity of the study is new approach of theoretical of deforming the snow from normal load.

Key words: snow cover, load, deforming, parameters of the snow, dependencies of deforming.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *