Мягче - лучше?

В одном из своих писем ты пишешь: "В книге "С автомобилем на "ты" говорится, что чем мягче шина, тем меньше сопротивление качению. Это чепуха! Любой школьник знает, что жесткое железнодорожное колесо катится по рельсам гораздо легче, чем автомобильное. Автору надо было бы знать такие элементарные вещи и не вводить в заблуждение сотни читателей".

На самом деле шина похожа на железнодорожное колесо только тем, что она круглая. Давай же еще раз вместе разберемся, как она работает. Когда шину накачивают, то изменение формы покрышки происходит до давления 0,08...0,1 МПа. Именно при этом давлении натягиваются нити; корда, сдерживая дальнейшее расширение камеры.

При радиальной нагрузке шины под действием массы автомобиля затрачивается работа на деформацию протектора и каркаса шины и сжатие воздуха в ней. Соотношение между этими работами зависит от конструкции шины и числа слоев корда, а величина работы - от величины деформации. Для диагональной шины с двумя слоями корда примерно 40% затраченной работы деформирует шину, а 60% затрачивается на сжатие воздуха в шине. В диагональной шине с четырехслойным кордом это соотношение примерно 50 и 50%, а для радиальной шины с двухслойным кордом - 30 и 70%.

Таким образом, более мягкая шина создает меньшее сопротивление качению: объясняется это тем, что резина обладает гистерезисом усилия деформации, т. е. ее деформация и возвращение в исходное положение сопровождается внутренними потерями. При качении колеса даже по абсолютно ровной твердой дороге процесс деформации происходит непрерывно, а значит, непрерывно поглощается энергия, причем тем больше, чем жестче шина. Применение металлокорда снижает деформацию в окружном направлении, а следовательно, и сопротивление качению.

Понятно, что более жесткие шины сильнее передают толчки от неровностей дороги и езда на них менее комфортабельна.

Когда я установил на своем "Москвиче" радиальные шины вместо диагональных того же размера (6,45-13), то мне первое время казалось, что к колесам привязаны подушки.

При уменьшении внутреннего давления примерно до 0,08...0,1 МПа радиальная деформация изменяется незначительно, но при дальнейшем снижении давления нити корда вместо постоянного растяжения в зоне контакта испытывают сжатие, они, естественно, его не воспринимают, деформация и сопротивление качению резко увеличиваются. Если при этом вовремя не остановиться, шина быстро нагреется и знакопеременная нагрузка приведет к быстрому отслоению резины от корда. В случае шины с металлокордом еще хуже: проволока корда не выдерживает знакопеременной нагрузки, лопается, концы протыкают внутренний слой и камеру. Поэтому чтобы не выбросить хорошую покрышку, недопустимо даже недолго ехать на приспущенной шине.

Закономерен вопрос: почему требуется повышать давление в шине при движении с высокой скоростью? Давление ведь при этом и так повышается в результате нагрева. Данная рекомендация, во-первых, обусловлена еще одним свойством резины: ее гистерезис усилия деформации зависит от скорости деформации. Иначе говоря, при быстрой деформации резины теряется больше энергии, чем при медленной. Повышая давление в шине, мы уменьшаем ее деформацию, снижая тем самым сопротивление качению при высокой скорости. Во-вторых, при более высокой скорости отдельные неровности дороги вызывают большую деформацию шины. Однако нам с тобой, пока мы не участвуем в гонках, повышать давление в шинах по этой причине не следует, потому что данное явление практически проявляется при скорости свыше 100 км/ч.

Кстати, при движении по шоссе со скоростью 80... 100 км/ч температура шины устанавливается через 1,5 - 2 ч движения и превышает температуру окружающего воздуха на 20...40°С.

Деформация шины зависит не только от давления в ней, но и от твердости грунта. Если грунт мягкий, шина деформирует его, а сама деформируется меньше. Деформация грунта повышает сопротивление качению, и при недостаточном коэффициенте трения может вызвать буксование. В данном случае целесообразно так снизить давление в шине, чтобы поверхность контакта была близка к плоской. Это заметно повышает проходимость по песку, грязи, рыхлому снегу. Вывод: хочешь выехать из грязи или песка, где застряла машина, - снизь давление в шинах до 0,08...0,1МПа. Меня этот прием выручал бессчетное число раз в самых безнадежных ситуациях, когда, казалось бы, без трактора не обойтись.

При постоянном движении по мягкой дороге целесообразно установить давление 0,12 МПа, но не меньше.

Для оценки работы шины и влияния ее на полотно дороги важно представлять себе, как меняется в зоне контакта среднее давление на дорогу (контактное давление) в зависимости от давления в шине и нагрузки на нее.

При нормальном давлении в шине и малой нагрузке на нее контактное давление меньше давления воздуха в шине. При нормальной нагрузке контактное давление становится больше, чем давление воздуха в шине, за счет жесткости самой шины - протектора и каркаса. При перегрузке шины контактное давление уже значительно превышает давление воздуха. Это объясняется тем, что каркас шины деформируется быстрей, чем растет площадь контакта. Наиболее благоприятное для долговечности шины соотношение между деформацией каркаса и размерами пятна контакта имеет место при нормальном давлении воздуха в шине и нормальной нагрузке. При повышении нагрузки увеличивается давление по краям пятна контакта и, наоборот, при повышении давления воздуха в шине и нормальной нагрузке растет давление в центре. В первом случае будет иметь место повышенное изнашивание наружных краев протектора, во втором - середины. Чтобы этого избежать, нужно, чтобы давление воздуха в шине уравновесило избыток нагрузки. Например, на "Иж-2125" сзади стоят радиальные шины, рассчитанные на номинальную нагрузку 280 кг при номинальном давлении 0,17 МПа. Это значит, что массу около 85 кг воспринимает резина за счет сопротивления деформированию (около 30%), а 195 кг - воздух (70%). При одном водителе на шину заднего колеса приходится масса около 240 кг, из которых воздух "держит" 155 кг, т. е. шина недогружена и в принципе давление в ней должно быть 0,17-155/195=0,14 МПа. Но стоит в машину сесть одному пассажиру - и все приходит в норму, так что отклонения в нагрузке в пределах 50...60 кг можно не учитывать: не подкачивать же шины при посадке одного человека.

Но вот сзади уселось трое упитанных здоровяков по 90 кг каждый, да в багажник погрузили четыре мешка картошки по 50 кг. Теперь на шину давит масса около 475 кг, из которых резина воспримет чуть больше 85 кг. На воздух же придется многовато - 390 кг! Он, естественно, сожмется, и шина деформируется больше чем нужно. В данном случае давление в шине нужно увеличить почти вдвое: 0,17·390/195=0,34 МПа. Конечно, так эксплуатировать автомобиль постоянно не приходится. Но если ты собрался в дальнюю поездку с комплектом пассажиров и грузом в багажнике, подкачай колеса, по крайней мере, передние до 0,19, а задние до 0,22 - 0,25 МПа.

Кроме сил давления, в контакте с дорогой действуют тангенциальные (касательные) силы. При свободном качении колеса они направлены приблизительно к центру пятна контакта и возникают от сжатия элементов протектора в области контакта с дорогой Направление тангенциальных сил может изменяться в сторону движения (на ведущих колесах) или обратно (при торможении). Тангенциальные силы приводят к проскальзыванию шины по поверхности дороги, внося свою лепту в сопротивление качению и вызывая изнашивание покрышки.

При движении по мягкой дороге тангенциальные силы меньше, так как сама покрышка деформируется меньше.

Тангенциальные силы ограничиваются сцеплением шин с дорогой. На сухой дороге возможности повышения сцепления за счет конструкции шины невелики - не более 20%. Но если на дороге грязь, влага, а сама дорога мягкая, то рисунок протектора может оказать решающую роль на проходимость, особенно по грунтовым дорогам, улучшая сцепление на 40...50%.

Когда автомобиль движется по дороге, покрытой слоем воды, то между колесом и дорогой возникает водяной клин, стремящийся приподнять колесо над дорогой. При достижении критической скорости так и происходит: шина теряет контакт с дорогой. Явление это называется аквапланированием. Оно очень опасно, так как машина становится совершенно неуправляемой. Критическая скорость зависит от ровности дороги, рисунка и состояния протектора. Аквапланирование в первую очередь возникает на гладком асфальте. Лучше всего в данном случае протектор со сплошными продольными канавками. При лысой покрышке подъемная сила увеличивается в 2 - 2,5 раза, а критическая скорость снижается раза в полтора.

Аквапланирование проявляется при высокой скорости (более 80 км/ч) и ничего общего не имеет со скольжением автомобиля в начале дождя, которое может происходить при любой скорости.