Методика расчета величин предельных диагностических нормативов для ошипованных зимних легковых шин

В третьей главе приведена методика определения значений параметров упругих и демпфирующих связей в системе «металлокордный каркас легковой шины – выступ протектора – шип противоскольжения – поверхность дороги», методика измерения диагностических параметров технического состояния ошиповки, а также методика измерения коэффициента сцепления шины с поверхностью дороги. Реализация данных методик позволит собрать необходимые экспериментальные и расчетные данные для последующего выбора диагностических параметров ошиповки и расчета величин предельных диагностических нормативов для зимних ошипованных легковых шин. Для определения параметра упругой связи между массой M и металлокордным каркасом легковой шины используется следующая зависимость: (10) где Е – модуль упругости Юнга для материала протектора, МПа; А – площадь поперечного сечения выступа протектора, м2; l0 – высота выступа протектора (расстояние от его рабочей поверхности до металлокордного каркаса), м. Модуль упругости Юнга и, соответственно, параметр Ср принимаются постоянными вследствие небольших относительных деформаций протектора шины в момент удара шипа о поверхность дороги ( < 20%). Параметр демпфирующей связи между массой M и металлокордным каркасом (Rр) определяется исходя из гистерезисных свойств материала протектора и рассчитывается на основе тангенса угла механических потерь (tg), а также скорости (Vдеф) и относительной величины деформации резины (исп), для которых tg был определен: (11) где F’’ – дополнительная сила динамического сопротивления деформации, обусловленная гистерезисными свойствами резины, Н; Vдеф – скорость деформации, м/с. (12) где E’’– модуль механических потерь в резине при растяжении-сжатии, МПа; исп – относительная деформация резины; A – площадь поперечного сечения выступа протектора, м2. (13) где E’– динамический модуль при растяжении-сжатии, МПа; Е – модуль упругости Юнга, МПа; tg – тангенс угла механических потерь. (14) где G’’– модуль механических потерь в резине при сдвиге, МПа; G’– динамический модуль при сдвиге, МПа. Параметры упругой и демпфирующей связей между массами M и m (Сш и Rш) определяются экспериментально с помощью лабораторных стендов, представленных на рис.6,а и рис.6,б. Сш рассчитывается по формуле: (15) где mг – масса груза 1 и штока 2 (см. рис. 6), давящих на шип 5, кг; g – ускорение свободного падения, g = 9,81 м/с2; x – величина смещение шипа 5 под нагрузкой, м. Для определения параметра демпфирующей связи (Rш) на стенде, представленном на рис.6,б, проводится опыт, результатом которого является высота падения металлического шарика до удара о поверхность шипа (Нпад­) и высота его отскока после удара (Нотс). На основе данных высот рассчитывается скорость в начальный момент удара (Vпад­) и в начальный момент отскока (Vот­с): (16) (17) где Нпад­ – высота падения шарика, м; Нотс – высота отскока шарика, м; g – ускорение свободного падения, g = 9,81 м/с2. Данные величины скоростей используются в качестве граничных условий для решения системы дифференциальных уравнений движения (18), составленных для системы на рис.7. а. б. в. Рис.6. Лабораторные стенды: а. – стенд для определения параметра упругой связи между массами M и m; б. – стенд для определения параметра демпфирующей связи между массами M и m; в. – стенд для определения параметров упругой и демпфирующей связи, описывающих ударное взаимодействие шипа с поверхностью дороги; 1 – набор грузов; 2 – нагрузочная штанга; 3 – направляющая; 4 – измеритель перемещения; 5 – шип; 6 – вырез из протектора шины; 7 – крепление выреза; 8 – массивное основание; 9 – крепление электромагнита; 10 – электромагнит; 11 – металлический шарик; 12 – стойка; 13 – чашка с цилиндрическим вырезом из протектора; 14 – крепление чашки; 15 – крепление шипа. (18) В системе уравнений (17) неизвестными являются обобщенные координаты  и  , а также параметр демпфирующей связи Rш. Величина данного параметра находится последовательным приближением получаемой в результате расчетов теоретической скорости отскока шарика к измеренной скорости отскока путем подбора величины Rш. Параметры упругодемпфирующей связи (Су и Rу), описывающей ударное взаимодействие шипа и поверхности дороги, определяются по высоте отскока шарика при испытании на стенде, представленном на рис.6,в. При этом рассчитывается коэффициент восстановления скорости при ударе R: (19) Далее, на основе величин твердости взаимодействующих материалов определяется приближенное значение Су . Затем, по уравнению (19) рассчитывается значение параметра Rу. (20) Рис.7. Принципиальная схема системы «шарик – запрессованный в резиновый цилиндр шип». где mш­­ – масса используемого в эксперименте шарика, кг;  =3,14. Определение зависимости износа дорожного покрытия от величины ударного воздействия шипа на поверхность дороги производится с помощью стенда, аналогичного стенду на рис.6,в. При испытаниях на образец твердой составляющей дорожного покрытия, в качестве которого был взят гранитный щебень, проводится сбрасывание металлического шарика. С каждой из высот шарик сбрасывается N раз, при этом фиксируется высота его отскока и потеря массы образца. Полученная высота отскока, а также соответствующая ей высота сбрасывания используются для расчета величины импульса силы удара с помощью дифференциального уравнения движения (21), написанного для математической модели ударного взаимодействия металлического шарика с гранитным образцом (рис.8): (21) где mу­­ – масса используемого в эксперименте шарика, кг; Rу – параметр демпфирующей связи ударного взаимодействия шарика с гранитным образцом, Н (м/с)­­-1; Су – параметр упругой связи ударного взаимодействия шарика с гранитным образцом, Н/м; =f(t) – обобщенная координата положения шарика в момент удара о поверхность гранитного образца, м. Значение параметра Су­­­ принимается таким же, как при моделировании ударного взаимодействия шипа противоскольжения с поверхностью дороги. Значение параметра Rу рассчитывается по формуле (20). Для измерения диагностических параметров ошиповки, в качестве которых выбраны: «величина смещения верхней части шипа (S65H, мм) при воздействии на него фиксированной поперечной нагрузки 65 Н»; «высота выступания шипов из протектора шины»; «количество выпавших или запавших шипов», разработаны следующие приборы и методики измерения. Рис.8. Принципиальная схема системы «металлический шарик – гранитный образец». Для измерения S65H используется прибор, схема которого представлена на рис.9. Измерение производится без снятия колеса с автомобиля. Нагрузка F1 = 100 Н, создаваемая при измерении, имеет фиксированное значение и используется для прижатия измерительной рамки 2 к поверхности шины. F2 = 65 Н. Измерение высоты выступания шипов из протектора производится с помощью прибора, схема которого изображена на рис.9. Высота выступания шипа определяется с помощью микрометрической головки 3. Внешняя поверхность измерительной рамки 2 прибора имеет вогнутую форму с радиусом, равным свободному радиусу шины. При измерении прибор прижимается к шине с усилием 2 – 4 кг. Рис.9. Схема прибора для измерения величины смещения шипа под поперечной нагрузкой 65 Н: 1 – шина; 2 – измерительная рамка; 3 – толкатель; 4 – направляющие; 5 – измеритель перемещения; 6 – упор; 7 – шип; F1 – сила прижатия прибора к шине; F2 – сила сдвига шипа. Рис.10. Схема прибора для измерения величины выступания шипов из протектора шины: 1 – шина; 2 – измерительная рамка; 3 – микрометрическая головка. Рис.11. Стенд для измерения коэффициента сцепления шины с поверхностью дороги: 1 – рычаг создания вращающего момента на колесе; 2 – опорная поверхность; 3 – колесо; 4 – рычаг прижатия опорной поверхности к колесу. Измерение количества выпавших или запавших шипов производится визуально простым подсчетом, или автоматически с помощью специального стенда, детальная разработка которого не предусмотрена в данной работе. Измерение коэффициента сцепления шины с поверхностью дороги осуществляется с помощью стенда, схема которого представлена на рис.11. При измерении опорная поверхность 2, имитирующая поверхность дороги, покрытую льдом, прижимается к поверхности колеса с силой N, соответствующей реальной рабочей нагрузке на колесо. Для чего на рычаге 4 создается усилие F2. Далее к рычагу 1 прикладывается постепенно возрастающая сила F1­­ и измеряется ее значение в момент проворачивания колеса, т.е. перехода из трения-покоя в трение-скольжение. Коэффициент сцепления шины с дорогой рассчитывается по формуле: (22) где F1, F2 – рабочие усилия, Н; L1, L2, LF, LN – длины звеньев стенда, м; N=N’ – нормальная нагрузка на шину, Н; Fтр= F’тр – сила трения, Н. Разработанные методики позволяют получить исходные параметры для исследования свойств системы «выступ протектора легковой шины – шип противоскольжения – поверхность дороги», а также экспериментальные данные для последующего анализа и выявления закономерностей в изменении эксплуатационных характеристик ошипованной легковой шины. И на базе полученной информации выбрать диагностические параметры ошиповки и разработать методику расчета для них величин предельных диагностических нормативов. В четвертой главе представлены результаты проведенных исследований и их анализ. С помощью конечноэлементной модели системы «выступ протектора легковой шины – шип противоскольжения – поверхность дороги» получена картина распределения напряжений в материале выступа протектора рис.12. В результате анализа характера распределения напряжений установлено, что: – области наивысших напряжений в материале выступа протектора располагаются вокруг фланца шипа и в верхней половине отверстия под шип; – сопротивляемость отклонению шипа пропорциональна предварительному напряжению материала протектора у стенок отверстия под шип; – при наклоне шип через подфланцевый слой резины опирается на металлокордный каркас шины (см. рис.12,б). а. б. Рис.12. Контурные поля распределения напряжений в выступе протектора: а. – после запрессовки шипа при отсутствии взаимодействия с плоскостью дороги; б. – при взаимодействии с плоскостью дороги под вертикальной нагрузкой 10 Н и горизонтальной нагрузкой 25 Н. Сделаны выводы, что износ отверстия под шип будет наиболее интенсивен в областях наивысших напряжений, т.е. вокруг фланца шипа и в верхней половине отверстия под шип, а сопротивляемость отклонению шипа будет обратно пропорциональна величине износа отверстия под шип. Исследования свойств системы «металлокордный каркас легковой шины – выступ протектора – шип противоскольжения – поверхность дороги» производились на примере шин 175/70R13 модели К-190М с различной степенью износа ошиповки. В результате расчета максимальной силы удара и импульса силы удара шипа о поверхность дороги получена их зависимость от пробега шины с начала эксплуатации и скорости движения автомобиля (рис.13, рис.14). При анализе зависимости максимальной силы удара и импульса силы удара от параметров системы «металлокордный каркас легковой шины – выступ протектора – шип противоскольжения – поверхность дороги» выявлена основная причина их роста – увеличение вертикальной жесткости посадки шипа Сш вследствие уменьшения толщины слоя резины между фланцем шипа и металлокордным каркасом шины из-за износа отверстия под шип. Исследования зависимости износа дорожного покрытия от интенсивности ударного воздействия шипа противоскольжения показали нелинейный рост массы отколовшихся от гранитного образца частиц при увеличении импульса силы удара шипа (см. рис. 15). Рис.13. График зависимости максимальной силы удара шипа от пробега шины и скорости автомобиля. Рис.14. График зависимости импульса силы удара шипа от пробега шины и скорости автомобиля. Рис.15. График зависимости износа гранитного образца от импульса силы удара шипа противоскольжения. Анализ зависимости коэффициента сцепления ошипованной легковой шины от пробега выявил две стадии его изменения (рис.16): стадию увеличения (пробег шины от 0 до  14…17 тыс. км) и стадию уменьшения (пробег шины после  14…17 тыс. км). Причиной первоначального роста коэффициента сцепления является рост амплитуды наклона шипа вследствие износа стенок отверстия под шип и известный эффект «роста шипа» при наклоне, приводящий к более глубокому погружению твердосплавной вставки шипа в лед (рис.17,а). Причиной последующего падения коэффициента сцепления является дальнейший рост амплитуды наклона шипа вследствие продолжающегося износа стенок отверстия, приводящий к чрезмерному повороту шипа и фактическому выключению его из работы (рис.17,б). При анализе зависимости коэффициента сцепления ошипованной легковой шины от температуры льда выявлен его рост пропорционально снижению температуры (рис.16). Это связано с ростом твердости льда при уменьшении его температуры и снижением вероятности образования водяной пленки между поверхностью льда и шиной. Благодаря этому увеличивается сила процарапывания льда шипами противоскольжения и коэффициент сцепления протектора шины со льдом. При исследовании влияния высоты выступания шипа из протектора на коэффициент сцепления шины со льдом установлена его прямопропорциональная зависимость от данного параметра. Объяснением выявленного факта является рост силы процарапывания шипа через лед пропорционально увеличению выступания шипа из протектора шины. Исследования зависимости смещения шипа под поперечной нагрузкой 65 Н и силы статического давления шипа на поверхность дороги от пробега ошипованной шины с начала эксплуатации показали их рост пропорционально пробегу (рис.18, рис.19). Рис.16. График зависимости коэффициента сцепления ошипованной шины на льду от пробега шины с начала эксплуатации и температуры льда. Установлено, что причиной роста смещения шипа является износ стенок отверстия под шип в процессе эксплуатации шины, приводящий к снижению сопротивления наклону шипа, а причиной роста силы статического давления шипа – уменьшение толщины слоя резины между фланцем шипа и металлокордным каркасом шины также вследствие износа отверстия под шип. а. б. Рис.17. Схемы, описывающие: а – механизм увеличения эффективной высоты шипа при его наклоне – «рост шипа»; б – механизм западания шипа при чрезмерном износе стенок отверстия: h ш., h ш.* – эффективная высота шипа до и после наклона соответственно; h тв., h тв.* – высота выступания шипа из шины до и после наклона соответственно. При статистической обработке экспериментальных данных были построены зависимости силы статического давления шипа на дорогу, коэффициента сцепления ошипованной шины со льдом и импульса силы удара шипа о поверхность дороги от величины смещения шипа под нагрузкой 65 Н и вычислены коэффициенты для уравнений регрессии, описывающих: – зависимость силы статического давления шипа на дорогу от смещения шипа под поперечной нагрузкой 65 Н (S­­­65H­) (R2 = 0,98): (23) – зависимость коэффициента сцепления ошипованной шины на гипсовой пластине от смещения шипа под нагрузкой 65 Н (R2 = 0,97): (24) – зависимость коэффициента сцепления ошипованной шины на льду от смещения шипа под нагрузкой 65 Н: R2 = 0,82; (25) R2 = 0,96; (26) Рис.18. График зависимости смещения шипа под поперечной нагрузкой 65 Н от пробега ошипованной шины с начала эксплуатации. Рис.19. График зависимости силы статического давления шипа на поверхность дороги от пробега шины с начала эксплуатации. R2 = 0,97; (27) R2 = 0,95; (28) R2 = 0,97; (29) – зависимость коэффициента сцепления ошипованной шины на льду от пробега шины с начала эксплуатации (L), температуры льда (t) и выступания шипа из протектора (h) (R2 = 0,97): (30) – зависимость коэффициента сцепления ошипованной шины на льду от смещения шипа под нагрузкой 65 Н (S­­­65H­), температуры льда (t) и выступания шипа из протектора (h) (R2 = 0,97): (31) – зависимость импульса силы удара шипа о поверхность дороги на скоростях 30…90 км/ч от смещения шипа под поперечной нагрузкой 65 Н: R2 = 0,98; (32) R2 = 0,98; (33) R2 = 0,98; (34) R2 = 0,98; (35) R2 = 0,98. (36) Полученные уравнения регрессии позволяют установить связь диагностических параметров ошиповки с эксплуатационными параметрами ошипованной шины: коэффициентом сцепления с поверхностью дороги и силовым воздействием шипа на дорожное покрытие. На базе найденных регрессионных зависимостей, а также заданных предельных значений эксплуатационных параметров можно установить величины предельных диагностических нормативов для зимней ошипованной легковой шины.

Похожие:

	Программа вступительного экзамена по направлению подготовки Шифр... Расчёт жбк по предельным состояниям. Группы предельных состояний. Суть и типы коэффициентов надежности. Характеристика. Основные...		Обоснование и принцип действия Динамичный рост парка автомобилей во всех развитых странах приводит к постоянному накоплению изношенных автомобильных шин. По данным...
	Аннотация к рабочим программам архитектурных дисциплин кафедры «архитектуры... Многоэтажный гараж-стоянка для легковых автомобилей хранения и ежедневного обслуживания 300 легковых автомобилей		Ооо «Авто-Евразия» Автосервис «Авто-Евразия» занимается техническим обслуживанием и ремонтом легковых автомобилей иностранного и отечественного производства,...
	Урока Рабочие материалы для учителя Олимпийских зимних Игр и XI паралимпийских зимних Игр в Сочи в 2014 году, а также интеграция олимпийского знания в образовательную...		Методика расчета жизненного цикла жилого здания с учетом стоимости... Методика расчета жизненного цикла жилого здания с учетом стоимости совокупных затрат
	Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Пояснить природу его возникновения. Научить пользоваться таблицами физических величин. Выяснить, от каких параметров зависит сопротивление...		Методика расчета русловых карьеров для возведения насыпей подходов... Требования к оформлению отчета по производственной (преддипломной) практике 12
	«Ценности Олимпийского и Паралимпийского движения» Актуализация информации о XXII олимпийских зимних играх и XI паралимпийских зимних играх		Методические рекомендации по выполнению контрольных нормативов Методика... ...
	Олимпийские и паралимпийские ценности Олимпийских зимних играх и XI паралимпийских зимних играх, имеющейся у школьников		Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Олимпийских зимних играх и XI паралимпийских зимних играх, имеющейся у школьников
	Аналитическая справка по результатам диагностических контрольных... Реформы 1860-1870х годов. Самодержавие, сословный строй и модернизационные процессы		Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Цели: актуализация информации о XXII олимпийских зимних играх и XI паралимпийских зимних играх, имеющих у школьников
	Правила модерации заявок, присылаемых для участия в Открытом публичном... Рабочая программа составлена на основании гос впо специальности 03060062 – журналистика (квалификация журналист)		Выработка способа сравнения по длине Дети учатся выделять в предметах величины, строят отношения этих величин: равно, не равно, больше меньше. Рассматриваются в программе...