Технические науки/4. Транспорт.

Дамзен В. А.

Саратовский государственный технический университет, Россия

Научные основы комплектования

транспортных средств шинами

Рациональный выбор шин для автомобилей подразумевает выбор таких типов и моделей шин, которые обладали бы в конкретных условиях эксплуатации совокупностью наиболее оптимальных качеств. Основным документом, регламентирующим обслуживание и эксплуатацию автомобильных шин на территории Российской Федерации, являются «Правила эксплуатации автомобильных шин» [2]. В соответствии с настоящими правилами выбор и комплектация автомобиля шинами должно проводиться в соответствии с «Руководством по эксплуатации автомобиля» и «Руководством по комплектации шинами автотранспортных средств в АТП». При этом шины выбираются по размерам, моделям, несущей способности, скорости и типу рисунка протектора. Кроме того, не допускается установка на одну ось автомобиля шин различных размеров, конструкций, моделей, с различным рисунком протектора, новых и восстановленных.

В руководстве по эксплуатации указывается размер шин применяемых на данной модели автомобиля. По разрешенной максимальной массе и максимальной скорости автомобиля определяется соответственно индекс несущей способности и индекс категории скорости применяемых шин. Тип рисунка протектора выбирается исходя из условий эксплуатации автомобиля. Применение данных положений по комплектованию автомобилей шинами дает возможность использования шин различных моделей. При этом шины различных моделей, имеющие схожие вышеуказанные параметры могут различаться по другим параметрам, влияющим на технико-экономические показатели автомобиля. К ненормируемым при комплектовании автомобиля шинами показателям относится жесткость шин. В общем случае различные модели шин могут различаться по величине жесткости. Для примера на рисунке 1 представлены зависимости модуля упругости от давления для шин моделей И-391 размерности 175/70 R13 и для шин моделей В-650AQ размерности 185/65 R13. При сравнении кривых видно, что модуль упругости для различных шин разный. Так как свойства сжатого воздуха при одинаковом давлении и прочих равных условиях постоянны, различия в модуле упругости полностью зависят от разности свойств материала шин. Кроме того, происходит увеличение интенсивности нарастания модуля упругости в зависимости от давления в шине. Это указывает на нелинейную зависимость модуля упругости от давления в шине. Так среднее давление в шинах указанных моделей при установке на автомобили малого класса составляет 0,19 МПа при вариации давления ±0,01 МПа. Из анализа графиков следует, что разность в значении модуля упругости составляет ± 4,8 % для шин модели И-391, а для шин модели В-650AQ разность в значении модуля упругости составляет ± 3 % (рисунок 1).

Рисунок 1 – График зависимости модуля упругости шины от давления в шине: 1 – для шины модели И-391 размерности 175/70 R13;

2 – для шины модели В-650AQ размерности 185/65 R13

На основе статистических данных установлено, что основной причиной ДТП является «человеческий фактор» – он присутствует в той или иной степени до 90 % ДТП, при этом человеческий фактор в чистом виде (нарушение Правил дорожного движения) составляет до 60 % [1]. Таким образом, для дальнейшего уменьшения вероятности ДТП необходимо проведение мероприятий, обеспечивающих снижение утомляемости водителей транспортных средств. Эта задача может решаться адаптацией транспортных средств к организму человека. По данным [1] снижение усталости водителей приводит к снижению числа ДТП на 19%.

Жесткость является важнейшим показателем шины при расчете вибронагруженности автомобиля. От характеристик колебаний автомобиля зависят важные показатели плавности хода, влияющие на сохранность перевозимого груза и утомляемость водителя и пассажиров. При использовании шин различных моделей происходит изменение частоты колебаний автомобиля в зависимости от жесткости шин. Замена «мягких» шин на «жесткие» приводит к увеличению частоты колебаний автомобиля. Следовательно, изменяются частоты колебаний, воздействующие на водителя и пассажиров, что может привести к неприятным ощущениям при движении. Результаты расчетов частоты колебаний автомобиля при различной жесткости шин показывают, что с увеличением статической жесткости шин возрастает частота колебаний автомобиля. При этом шины оказывают влияние на низкочастотные составляющие колебаний автомобиля. Кроме того, частота колебаний автомобиля изменяется в зависимости от модели применяемых шин. Изменение статической жесткости шины со 150 до 300 кН/м приводит к увеличению частоты колебаний автомобиля в среднем на 30 %. Например, при использовании на автомобилях семейства «Самара» шин модели И-391 частота колебаний составляет 3,15 Гц, а при применении шин модели В-650 – 4 Гц (рисунок 2).

Колебания, воздействующие на рабочее место водителя, нормируется системой стандартов безопасности труда (ГОСТ 12.1.012-90. Вибрационная безопасность. Общие требования.). Вибрации автомобиля оцениваются по критерию «безопасность» то есть автомобиль должен обеспечивать ненарушение здоровья и исключать возможность возникновения травмоопасных ситуаций из-за воздействия вибраций. По данным частоты колебаний в вертикальной плоскости определяются нормативные значения виброускорений и виброскорости. Если частота колебаний автомобиля составляет 3,15 Гц, то значения виброскорости и виброускорения рабочего места водителя не должны превышать 1,78 м*с^-1 и 0,355 м*с^-2 соответственно.

Рисунок 4.4 – Зависимость частоты колебаний автомобиля от жесткости шин:

1 – для передней части кузова; 2 – для задней части кузова

При частоте колебаний автомобиля в 4 Гц значения виброскорости и виброускорения рабочего места водителя не должны превышать 1,25 м*с^-1 и 0,315 м*с^-2 соответственно. Так замена шин модели И-391 на шины модели В-650 приведет к уменьшению максимально допустимых значений виброускорения на 11,2 %, а виброскорости на 30 %. Для уменьшения вибронагруженноси необходимо уменьшение скорости движения автомобиля при использовании более жестких шин. Кроме того, при использовании более жестких шин, происходит увеличение нагрузки на всю систему подрессоривания автомобиля и, как следствие, повышенный износ ее элементов. В то же время применение более мягких шин приведет к ухудшению управляемости автомобиля.

Следовательно, за счет подборки шин различной жесткости появляется возможность получения необходимых свойств автомобиля. При этом необходимо учитывать характеристики других элементов ходовой части, влияющих на показатели управляемости и плавность хода автомобиля. Одним из таких элементов является амортизатор. В свою очередь амортизаторы по свойствам делятся на: мягкие, средние и жесткие. Из них мягкие применяются для повышения комфорта автомобиля, жесткие применяются для улучшения управляемости, а средние занимают промежуточное положение.

Для варианта автомобиля со спортивной подвеской необходимо использование в паре с жесткими амортизаторами жестких шин, а для повышения комфортабельности автомобиля необходимо использование в паре с «мягкими» амортизаторами мягких шин. В то же время для улучшения комфортабельности автомобиля со спортивной подвеской необходимо использовать сочетание жесткие амортизаторы – мягкие шины, а для улучшения управляемости мягкой подвески необходимо использовать сочетание мягкие амортизаторы – жесткие шины. Так несогласование свойств амортизаторов и шин может привести к ухудшению заданных свойств автомобиля. В общем случае использование величины жесткости в качестве дополнительного параметра при комплектовании автомобиля шинами приведет к более эффективному использованию его потенциальных свойств.

Литература:

1. Олещенко, Е. М. Зарубежный опыт обеспечения безопасности дорожного движения: приоритетные малозатратные мероприятия / Е. М. Олещенко, Е. В. Лазарева // Организация и безопасность дорожного движения в крупных городах : сб. докладов восьмой международной конференции / СПб гос. архит. - строит. ун-т. – Санкт-Петербург, 2008. – С. 145 – 158.

2. Правила эксплуатации автомобильных шин АЭ 001-04 (утв. распоряжением Минтранса РФ от 21 января 2004 г. N АК-9-р). – 2004.