Механизм изнашивания шин

 усталостных свойств резины. При  резком и длительном торможении, разгоне, при большой перегрузке, при поворотах  с большой скоростью на асфальтобетонных дорогах сдвиговые напряжения превышают  прочность резины, на поверхности  протектора появляются раздиры и трещины, рисунок истирания в виде параллельно чередующихся гребней и впадин, перпендикулярных направлению истирания. При этом температура нагрева шины повышается, резина размягчается, становится липкой, частицы такой резины скручиваются в небольшие жгуты. Такое явление наблюдается при истирании скатыванием. При изнашивании посредством скатывания выступ на резиновой поверхности под действием большой силы трения увлекается контртелом в тангенциальном направлении, происходит сложная деформация выступа: если сила трения больше тангенциальной составляющей упругих сил в зоне контакта, то происходит проскальзывание, а если превышает прочность резины, то в зоне максимальных напряжений произойдет надрыв резины, отдираемый слой резины сворачивается в скатку, в жгут, который потом отделяется от массы материала. При абразивном изнашивании частицы материала срезаются с поверхности шашек, истирающая поверхность вызывает образование царапин, надрывов, например, на дорогах с щебеночным покрытием. Интенсивность изнашивания при этом очень большая. В процессе абразивного изнашивания микровыступ образует в резине царапину, перед микровыступом резина находится в сжатом состоянии, за микровыступом в ней сначала образуются большие деформации растяжения, а потом и раздиры.

Износостойкость резины нельзя связывать только с ее механическими  свойствами (твердостью, модулем упругости, сопротивлением разрыву и раздиру) или с сопротивлением различным видам старения, химической и механической стойкостью. Большое внимание уделяется также изменению молекулярной структуры поверхностного слоя резин при усталостном износе. По экспериментальным данным можно сделать вывод, что при истирании на воздухе наряду с распадом сернистых связей и деструкцией молекулярных цепей происходят сопряженные процессы вторичного структурирования, которые могут привести к образованию крепкой поверхностной пленки. Механические напряжения активизируют термохимический распад молекулярных цепей и узлов. Таким образом, в процессе усталостного износа изменяется молекулярная структура поверхностного слоя и, как следствие, ухудшаются прочностные, усталостные и другие свойства резины, а следовательно, уменьшается их износостойкость. Пока еще нет теории износостойкости резин, критериев перехода от одних видов изнашивания к другим, неизвестна связь износостойкости с простыми свойствами резины и условиями истирания. В процессе эксплуатации интенсивность изнашивания протектора шины зависит от соотношения видов изнашивания. В заданных дорожных условиях износ шин зависит от величины крутящего и тормозного моментов, боковой силы, вертикальной нагрузки на колесо, давления воздуха в шине, проскальзывания. При действии на колесо касательной нагрузки любого направления интенсивность изнашивания пропорциональна произведению проскальзывания на касательное напряжение в контакте, работе трения. При одинаковой величине крутящего и тормозного моментов проскальзывание, величина касательных напряжений выше при торможении, потому и износ при торможении больше. Именно тормозная и тяговая нагрузки на колеса являются одной из главных причин быстрого износа шин. Даже при малой скорости движения (1015 км/ч), но частых разгонах и торможениях износ шин повышается в два-три раза. При неумелой езде с частыми разгонами и торможениями, с большой скоростью на поворотах износ повышается иногда в 100 и более раз. Из-за несоблюдения норм давления воздуха выходит из строя до 40% шин легковых автомобилей и до 70% грузовых. При снижении давления в шине износ шин неравномерный. Езда с давлением воздуха в шине больше нормы повышает износ, хоть и меньше, но из-за повышения напряжения в центре беговой дорожки и в нитях корда увеличивается вероятность их разрыва.

Механизм изнашивания  при проскальзывании резины нагляднее  наблюдать при работе уплотнительных манжет (колец). Условия работы уплотнительных колец при возвратно-поступательном движении и на вращающихся валах  несколько отличаются от условий  работы шин, но у них и много  общего. При возвратно-поступательном движении с повышением температуры  сила трения уплотнительных колец понижается, а следовательно, снижается относительное изменение высоты из-за снижения интенсивности усталостного износа. Температура и интенсивность ее возрастания зависят от силы трения и теплопроводности резины, определяют изменение микротвердости, структурные изменения. При оценке пригодности резины для применения в уплотнительных узлах возвратно-поступательного движения, помимо определения релаксации и накопления остаточных деформаций в статических условиях, необходимо учитывать ее фрикционные свойства и износостойкость. В условиях эксплуатации уплотнений валов может происходить их хрупкое разрушение, вызывающее необратимую потерю герметичности узла. С увеличением биения и скорости запуска вала в присутствии замерзающей среды температура начала хрупкого разрушения уплотнительной кромки манжеты возрастает. С увеличением длительности неподвижного контакта максимальная сила трения уплотнительных колец из резины возрастает, стабилизируясь через некоторое время.

Таким образом, в  реальных условиях работы интенсивность  изнашивания резины, будь то протектор  шины или кромка уплотнительной манжеты, зависит от соотношения усталостного, абразивного изнашивания или  посредством скатывания. Если абразивный износ зависит от состояния среды, дороги, то остальные два вида изнашивания  определяются давлением на поверхности  трения и особенно температурой поверхностного слоя резины. При постоянной температуре  на поверхности трения, и состоянии  среды соотношение видов должно быть постоянным, а зависимость от контактного давления линейной.

Зависимость износа шин от пробега автомобиля. Пробег автомобиля до замены 75% шин в заданных условиях работы зависит от интенсивности изнашивания протектора. По величине интенсивность изнашивания составляет 0,10,3 мм/1000 км. Для снижения износа протектора в процессе эксплуатации автомобиля необходимо, прежде всего, обеспечить работу шины с минимальным проскальзыванием, при наименьшей температуре, при минимальной динамической нагрузке.

При неблагоприятном  режиме движения автомобиля (резкое трогание с места, резкое торможение, превышение скорости движения и резкие повороты) повышается температура шины, увеличивается проскальзывание шины по дороге в месте контакта, повышается износ шин. Так, с увеличением скорости с 50 до 100 км/ч интенсивность изнашивания увеличивается в три с лишним раза. Проскальзывание увеличивается при повороте автомобиля из-за боковых инерционных сил при заносе, при неправильном схождении или развале колес. В результате изменения величины схождения колес, ослабления деталей подвески и рулевого управления, их износа и остаточных деформаций увеличивается износ шин передних колес.

При выполнении правил ухода срок службы шин увеличивается  в 1,52 раза по сравнению с нормами. Давление в шине должно отклоняться  от нормы не более 0,1 кгс/см2 для легковых и ±0,2 кгс/см2 грузовых автомобилей, автобусов и троллейбусов. Давление воздуха в шинах следует проверять через пять дней у легковых автомобилей и через десять дней других типов и видов.

Для шины особенно опасно снижение давления. При этом деформации шины увеличиваются, что  приводит к ее нагреванию, работе корда  на сжатие, ускоренному его усталостному разрушению (корд плохо работает на сжатие). При снижении давления края беговой дорожки сильно изнашиваются, износ получается зубчатый или волнистый, температура в этих местах повышается, что еще больше увеличивает износ протектора.

Износ шин при  повышенном давлении воздуха меньше, чем при пониженном. При длительной езде с большой скоростью давление воздуха в шинах повышается из-за увеличения температуры и становится выше нормы. В этих случаях давление воздуха нельзя снижать, выпуская его. Перегрузка шин увеличивает напряжение в нитях корда каркаса, вызывает повышение температуры, особенно в плечевой зоне покрышки, изменяет величину и неравномерность давления на площади контакта шины в дорогой. Увеличение нагрузки на 80% снижает пробег шин в три раза, а снижение нагрузки на 30% вдвое увеличивает ее пробег (рис. 23).

Зависимость пробега  шин от нагрузки определяется влиянием давления и температуры в зоне контакта шины на интенсивность изнашивания. В первом приближении, если принять  интенсив-

, го для определения вида зависимости  износа от пробега необходимо  выявить влияние износа на  величину площади контакта шины  с дорогой, а следовательно, и величину давления. Так, по некоторым данным ширина отпечатка шин с износом 75 И 100% соответственно на 7 и 10% больше, чем у новой шины. Длина отпечатка хотя и уменьшится, но незначительно по мере износа протектора. Износ оказывает влияние на насыщенность рисунка протектора, так как у основания элементов рисунка протектора размеры больше. При износе протектора до 75% насыщенность рисунка протектора увеличивается до 15%. Это подтверждается и другими практическими наблюдениями (рис. 23, б).

 интенсивность изнашивания в конце  приработки.

;

;

 износ рисунка протектора по высоте после окончания приработки. В  этих условиях зависимость износа шин  от пробега имеет весьма сложный  вид:

Графически она  представлена на рис. 24. В конечном счете в практических условиях можно принять с небольшой погрешностью интенсивность изнашивания шин постоянной, а зависимость износа шин от пробега линейной из-за незначительного увеличения площади контакта. Данные по износу шин можно использовать для прогнозирования времени или пробега шин до замены. Предельный износ выступов рисунка протектора определяют по минимальной высоте выступов: 1 мм для шин пассажирских автомобилей и 00,5 мм для шин грузовых автомобилей.

Итак, с учетом увеличения площади контакта шины с дорогой

по мере износа протектора интенсивность изнашивания уменьшается  в процессе эксплуатации. В практических условиях допустимо принять интенсивность  изнашивания постоянной, а зависимость  износа от пробега линейной.

И еще один вывод  можно сделать из анализа приведенных  результатов, если рассматривать весь автомобиль как систему, а шины как  один из ее элементов, по износу шип  можно судить об изменении технического состояния агрегата. Основанием этого  является то, что режим работы автомобиля влияет одновременно на все агрегаты силовой передачи, трансмиссию и  на шины. Наличие связи изменения  технического состояния шин и агрегатов автомобиля подтверждено практическими наблюдениями.