3.3.4. Тяжелые дорожные и климатические условия

Действие поверхности дороги на шину зависит от типа и состояния дорожного покрытия, продольного и поперечного профилей и извилистости дороги. Чем больше шероховатость поверхности дороги и больше на ней неровностей, тем скорее истирается протектор, быстрее появляется усталость каркаса и понижается сопротивляемость шины механическим повреждением.

Чем больше спусков, подъемов и поворотов на дороге и чем они круче, тем чаще создается перегрузка то передних, то задних, правых или левых колес и тем чаще приходится разгонять и тормозить автомобиль, а это увеличивает трение и теплообразование в шинах и ускоряет их износ. Чем выпуклее поперечный профиль дороги, тем больше перегружаются шины на правых колесах и разгружаются на левых, что приводит к быстрому износу шин, расположенных с правой стороны. При движении автомобиля по середине узкой дороги с асфальтобетонным покрытием с резко выпуклым поперечным профилем происходит некоторая перегрузка внутренних сдвоенных шин, увеличивающая их износ.

Наличие на дороге группы А участка с гравийным покрытием протяженностью, например, 35% к общей длине приводит к росту интенсивности износа шин на 30-70%.

В горной местности существенное влияние на износ шин оказывает профиль дороги, характеризующийся крутыми подъемами и спусками и большим числом поворотов малого радиуса. Так, например, увеличение в маршруте удельного веса горного профиля до 25% повышает интенсивность износа шин легковых автомобилей на 75-90%. У шин грузовых автомобилей разница в износе при эксплуатации на горных и равнинных дорогах значительно меньше - не более 20%.

Повышенная интенсивность износа протектора легковых шин в условиях горного профиля объясняется увеличенным проскальзыванием элементов рисунка протектора в зоне контакта шины с дорогой вследствие возникновения сил, вызывающих боковой увод колеса. Меньшая интенсивность износа грузовых шин на горных дорогах связана с их конструктивными особенностями и меньшими скоростями движения автомобиля.

На рис. 3.12 представлены экспериментальные данные, свидетельствующие о весьма сильном влиянии угла увода на износ протектора легковых и грузовых шин. Интенсивность износа протектора нелинейно повышается с увеличением угла увода, причем у легковых шин в большей степени, чем у грузовых. Так, с возрастанием угла увода колеса от 0 до ±2,0° интенсивность износа протектора легковых и грузовых шин повышается в 10 и 6 раз соответственно. При больших углах увода колеса интенсивность износа протектора шин возрастает в еще большей мере.

Рис. 3.12. Влияние угла увода колеса 6 на интенсивность износа протектора легковых и грузовых шин: 1 - шина 6,70-15 мод. И-191; 2 - шина 220-508 мод. ИЯ-112

Как известно, при качении колеса с уводом в плоскости контакта протектора шины с дорогой возникают дополнительные боковые касательные контактные напряжения. Эти напряжения, складываясь с действующими контактными напряжениями шины, существенно повышают их величину [21, 22]. Касательные контактные напряжения при качении колеса с уводом особенно возрастают в зоне выхода протектора из контакта, что расширяет участок скольжения протектора относительно дороги и повышает интенсивность его износа. При этом увеличивается неравномерность износа по его ширине. Измерение высоты выступов рисунка протектора показало, что при больших углах увода (±5°) износ краев беговой дорожки легковых шин на 30-35%, а грузовых на 20-25% выше, чем в середине. Связь между углом увода колеса и интенсивностью износа протектора легковых и грузовых шин можно выразить следующими степенными уравнениями:

И_л=6,0+5,858δ^3,25;

И_г=8,5 + 12,48δ^2,12,

где δ - амплитуда угла увода колеса при отклонении вправо и влево, град.

Расчетные данные, получаемые по степенным уравнениям, отличаются от экспериментальных в среднем на ±3 + 5%. Результаты расчета по приведенным линейным уравнениям полностью соответствуют экспериментальным данным. Проведенные специальные дорожные испытания показали, что интенсивность износа протектора шин на дорогах равнинного профиля с усовершенствованным покрытием в летний период года приблизительно в 2,5 раза меньше, чем на стенде при эксплуатационных значениях параметров нагружения шин. Поэтому, если величину линейных коэффициентов установленных эмпирических уравнений уменьшить в 2,5 раза, то ним можно в первом приближении оценить влияние увода колеса на износ протектора и в дорожных условиях.

Очень большое влияние на износ шин оказывают климатические условия: температура и влажность окружающего воздуха и дороги. Так, износ шин зимой на твердом дорожном покрытии примерно на 25-30% меньше, чем летом.

Чем выше температура окружающего воздуха, тем больше теплообразование в шинах, тем быстрее изнашивается протектор и уменьшается срок службы шин. С увеличением температуры окружающего воздуха происходит понижение герметичности шины вследствие увеличения диффузии воздуха через стенки камеры.

Низкая температура окружающего воздуха уменьшает температуру в работающих шинах, благодаря чему уменьшается общий их износ. Однако и в условиях низкой температуры возможен преждевременный износ шин вследствие потери резиной эластичности и появления хрупкости. Если при длительной стоянке автомобилей на открытом воздухе или безгаражном хранении их в условиях низких температур не ставить подкладки под шины, то они наряду с отвердением будут примерзать к грунту и трогание автомобиля с места (особенно резкое) может вызвать ослабление материала шин и даже отрыв протектора от каркаса шины.