2.4. Сцепные свойства шины

Способность нормально нагруженного колеса воспринимать или передавать касательные силы при взаимодействии с дорогой является одним из важнейших его качеств, способствующих движению автомобиля. Хорошее сцепление колеса с дорогой повышает управляемость, устойчивость, тормозные свойства, т. е. безопасность движения. Недостаточное сцепление, как показывает статистика, является причиной 5-10% дорожно-транспортных происшествий при движении по сухим дорогам и до 25-40% - по мокрым. Это качество колеса и дороги принято оценивать коэффициентом сцепления φ - отношением максимальной касательной реакции R_{х. max} в зоне контакта к нормальной реакции или нагрузке G, действующей на колесо, т. е. φ= R_x.max/G.

На дороге с ровным усовершенствованным покрытием точка приложения равнодействующей касательных сил контакта лежит в плоскости дороги, а на мягких опорных поверхностях несколько выше дна колеи.

Различают три коэффициента сцепления: при качении колеса в плоскости вращения без буксования или юза (скольжения); при буксовании или юзе в плоскости вращения колеса; при боковом скольжении колеса.

Повышение коэффициента сцепления может быть достигнуто в ущерб другим качествам шины. Пример тому - стремление повысить сцепление с мокрой дорогой увеличением дренажирования рисунка. Однако расчленение рисунка снижает прочность элементов протектора. С учетом климатических и дорожных условий в ряде стран установлены минимальные значения коэффициента сцепления в пределах 0,4-0,6.

Коэффициент сцепления зависит от конструкции шины, внутреннего давления, нагрузки и других условий работы, но в большей степени от дорожных условий. Диапазон изменения этого коэффициента в зависимости от конструкции шины различен для разных дорожных условий. При движении по твердым, ровным, сухим дорогам коэффициенты сцепления шин с различными конструктивными элементами близки, и абсолютные величины их зависят в основном от вида и состояния дорожного покрытия, свойств протекторных резин.

Рисунок протектора в этих условиях оказывает наибольшее влияние на сцепление. Увеличение насыщенности рисунка обычно повышает сцепление. Влияние рисунка протектора весьма велико при качении шины по гладким покрытиям. Расчленение протектора улучшает сцепление шины с мокрым покрытием благодаря лучшему вытеснению воды с площади контакта, а также благодаря повышению удельного давления. Ускорению выхода воды с площади контакта способствуют расширение канавок, спрямление их, уменьшение ширины выступов. Сцепление улучшается при более вытянутых выступах рисунка протектора, а наименьший коэффициент сцепления - при квадратных и круглых выступах. Щелевидные канавки не имеют больших проходных сечений, но создают значительные удельные давления на краях и как бы вытирают дорогу. При удалении влаги возникают условия сухого и полусухого трения, что резко повышает коэффициент сцепления. При снижении высоты выступов рисунка протектора удаление воды из зоны контакта замедляется из-за уменьшения проходных сечений канавок и соответственно ухудшается сцепление шины с дорогой.

Большое влияние на аквапланирование оказывает также тип рисунка протектора. При продольной ориентации рисунка аквапланирование наступает при меньшей скорости и при меньшей толщине водяного слоя, чем при преобладании поперечной ориентации.

Большое значение, особенно на больших скоростях, имеет толщина слоя воды на поверхности покрытия. При скорости свыше 100-120 км/ч и толщине слоя воды 2,5-3,8 мм даже неизношенный протектор с выступами полной высоты не обеспечивает отвода воды с площади контакта с дорогой. В результате коэффициент сцепления становится меньше 0,1.

Материал протектора почти не влияет на сцепление шины с дорогой при аквапланировании, однако при скоростях, меньших скорости аквапланирования, в зонах контакта полусухого и сухого трения свойства резины оказывают заметное влияние.

При движении по мягким грунтам сцепление шины зависит от поверхностного трения о грунт, сопротивления срезу грунта, защемленного во впадинах рисунка, и от глубины колеи.

Большое значение для сцепления шины с дорогой имеют конструктивные параметры рисунка протектора, когда грунт неоднороден и когда в верхней части расположен более мягкий слой, а в нижней - сравнительно твердый грунт.

При движении по мягким вязким грунтам сцепление в большей мере зависит от самоочищаемости рисунка протектора, что может оцениваться скоростью вращения колеса, при которой из впадин рисунка грунт выбрасывается центробежной силой. На самоочищаемость влияют факторы, относящиеся к свойствам грунта и конструктивным параметрам шины.

Распространенным в последнее время способом повышения сцепления шины зимой является применение металлических шипов. Однако на очищаемых от снега и льда дорогах эксплуатация шин с шипами нецелесообразна. В этих изменяющихся условиях преимущество имеют шины с зимним рисунком протектора.