ПРИНЯТЫЕ В РАБОТЕ 7
ВВЕДЕНИЕ 10
1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 14
1.1. Безопасность эксплуатации автомобильного транспорта в зимнее время 14
1.2. Целесообразность применения зимних ошипованных шин 17
1.3. Мировой опыт эксплуатации ошипованных шин 20
1.4. Кинематика и геометрия автомобильного колеса 23
1.5. Динамические эффекты, возникающие при столкновении шипа
противоскольжения с поверхностью дороги 25
1.6. Виды и свойства дорожного покрытия 26
1.7. Износостойкость и работоспособность шипов противоскольжения 29
1.8. Анализ причин нарушения работоспособности шипов в шине 31
1.9. Износ дорожного покрытия ошипованными шинами 34
1.9.1. Анализ значимости износа дорожного покрытия ошипованными шинами
в разных странах 34
1.9.2. Анализ исследований, посвященных износу дорожного покрытия
ошипованными шинами 39
1.9.2.1. Финляндия 39
1.9.2.2. Швеция 43
1.9.2.3. Северная Америка 45
1.9.2.4. Другие страны 46
1.10. Экологическая безопасность использования ошипованных шин 47
1.10.1. Вклад ошипованных шин в образование дорожной пыли 49
1.10.2. Влияние ошипованных шин на безопасность и здоровье человека 50
1.11. Зарубежный опыт регулирования использования ошипованных шин 52
1.11.1. США 53
1.11.2. Канада 57
1.11.3. Скандинавские страны
1.11.4. Япония 59
1.11.5. Другие страны 61
1.12. Политика регулирования использования ошипованных шин 62
1.13. Анализ российской нормативной документации по эксплуатации
ошипованных шин 65
1.14. Выводы и постановка задач исследования 70
ГЛАВА 2. МЕТОДИКИ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ 72
2.1. Методика измерения коэффициента сцепления легковой шины с
поверхностью дороги 72
2.2 Методика измерения силы статического давления шипа противоскольжения на поверхность дороги 74
2.3. Методика измерения диагностических параметров ошиповки 75
2.3.1. Методика измерения величины смещения шипа под действием
поперечной нагрузки 65 Н 76
2.3.2. Методика измерения величины выступания шипов из протектора шины .. 78
2.3.3. Методика измерения количества выпавших или запавших шипов 79
2.4. Выводы по третьей главе 80
ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ПРОВЕДЕННЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ АНАЛИЗ 82
3.1. Результаты исследования зависимости коэффициента сцепления
ошипованной легковой шины с поверхностью дороги от пробега шины и температуры льда 82
3.2. Результаты исследования зависимости коэффициента сцепления ошипованной легковой шины от высоты выступания шипа из протектора шины 87
3.3. Результаты исследования зависимости диагностического параметра
«смещение шипа под поперечной нагрузкой 65 Н» от пробега ошипованной легковой шины с начала эксплуатации 91
3.4. Результаты исследования зависимости диагностического параметра
«количество выпавших или запавших шипов» от пробега ошипованной легковой шины с начала эксплуатации 92
3.5. Результаты исследования зависимости силы статического давления шипа противоскольжения на поверхность дороги от пробега ошипованной легковой
шины с начала эксплуатации 93
3.6. Статистическая обработка результатов исследований 94
3.7. Выводы по четвертой главе 97
ГЛАВА 4. МЕТОДИКА РАСЧЕТА ВЕЛИЧИН ДИАГНОСТИЧЕСКИХ НОРМАТИВОВ ДЛЯ ОЦЕНКИ ТЕКУЩЕГО ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ
ОШИПОВКИ ЗИМНЕЙ ОШИПОВАННОЙ ЛЕГКОВОЙ ШИНЫ 100
4.1. Выбор диагностических параметров для оценки текущего технического состояния ошиповки зимних ошипованных легковых шин 100
4.2. Методика расчета значений предельных диагностических нормативов для оценки текущего технического состояния зимней ошипованной легковой шины 103
4.2.1. Методика расчета предельного норматива для диагностического
параметра «высота выступания шипов из протектора шины» 107
4.2.2. Методика расчета предельного диагностического норматива для диагностического параметра «смещение шипа под поперечной нагрузкой 65 Н»110
4.2.3. Методика расчета предельного диагностического норматива для диагностического параметра «количество выпавших или запавших шипов» .... 113
4.3. Выводы по пятой главе 116
ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ 118
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 121
Приложение 1 135
Приложение 2 136
Значительная часть территории РФ располагается в областях умеренного и умеренно-холодного климата, из-за чего большие участки автомобильных дорог страны в зимнее время года покрываются слоем льда или укатанного снега. Это существенно снижает безопасность дорожного движения и увеличивает продолжительность доставки грузов и пассажиров.
Региональные службы, обеспечивающие должное состояние автомобильных дорог, становятся вынужденными принимать меры по борьбе с обледенением дорожного покрытия в зимние месяцы.
Существует несколько способов борьбы с зимней скользкостью. Основным методом является механическая уборка снега с проезжей части и рассыпание на дорогах песчаных или солевых смесей, способных при взаимодействии со снежно-ледяными отложениями превращать их в своего рода раствор, не замерзающий при отрицательных температурах.
Но наиболее эффективным и общепризнанным способом борьбы с зимней скользкостью является оснащение автомобильных шин шипами противоскольжения, которые помогают повысить устойчивость и управляемость автомобиля на обледенелой дороге, сократить тормозной путь, уменьшить утомляемость водителя и увеличить среднюю скорость движения.
В РФ с каждым годом все больше автовладельцев в зимнее время года устанавливают на свои автомобили ошипованные шины, что в совокупности с общим ростом численности автопарка увеличивает масштабы применения шипов противоскольжения. Однако, не смотря на широкое использование, в России до сих пор отсутствуют регулирующие положения использования шипов противоскольжения.
Основным нормативным документом, определяющим порядок эксплуатации и обслуживания автомобильных шин на территории РФ выступают "Правила эксплуатации автомобильных шин" (АЭ 001-04). Однако, они предъявляет к шипам противоскольжения только одно требование — они должны устанавливаться на все колеса автомобиля, в том числе и запасное. В вопросе диагностирования технического состояния ошипованной шины в данных правилах выделена только остаточная высота протектора и не предлагается никаких дополнительных диагностических параметров. Что означает невозможность комплексной оценки текущего технического состояния ошиповки шины и её эксплуатационных свойств.
Учитывая то, что общий ресурс ошипованной шины прямо зависит от ресурса ошиповки и может существенно уменьшаться при неблагоприятных условиях эксплуатации, можно с уверенностью сказать - отсутствие четкой системы диагностирования ошипованных шин значительно снижает безопасность дорожного движения в зимнее время года
При внезапном изменении коэффициента сцепления шины с дорогой, возможно возникновение аварийной ситуации, связанной с потерей управления и существенным увеличением тормозного пути.
Многочисленные исследования, проведенные учеными США, Финляндии, Японии и других стран, выявили проблему негативного воздействия ошипованных шин на дорожную поверхность. А также их существенное влияние на увеличение запыленности околодорожного пространства в связи с интенсивным выкрашиванием частиц дорожного покрытия шипами противоскольжения.
Учитывая данную информацию, задача исследования влияния текущего состояния ошиповки на эксплуатационные свойства ошипованной легковой шины и сответсвенно автомобиля в целом, а также на интенсивность разрушающего воздействия шипами противоскольжения дорожного покрытия и разработка системы диагностирования состояния ошиповки зимних ошипованных легковых шин, включающей:
— диагностические параметры,
— диагностические нормативы,
- средства измерения диагностических параметров и позволяющей оценивать эксплуатационные свойства ошипованной легковой шины, является весьма актуальной.
Цель диссертационной работы. Исследование и разработка диагностических нормативов для оценки текущего технического состояния ошиповки зимних легковых шин и расчет предельных нормативов на основе требований к безопасности эксплуатации автотранспорта в зимнее время.
Методы исследования. Основные методы исследования: эксперимент с применением лабораторных стендов, натурный эксперимент, регрессионный анализ полученных результатов.
Направления исследований. При анализе имеющейся информации по теме диссертационной работы выявлены следующие направления, по которым необходимо провести исследования:
- Изменения коэффициента сцепления ошипованной легковой шины с обледенелым дорожным покрытием при износе отверстия под шип, уменьшении высоты выступания шипов из протектора шины и выпадении или западании шипов.
- Выбор диагностических параметров для оценки текущих эксплуатационных свойств ошипованной зимней легковой шины и разработать методику расчета предельных диагностических нормативов для данных параметров.
Научная новизна исследований заключается в следующем:
1. Исследована зависимость коэффициента сцепления ошипованной легковой шины с обледенелой поверхностью дороги от её пробега с начала эксплуатации, температуры льда, количества выпавших или запавших шипов и высоты их выступания из протектора шины.
2. Разработана методика расчета предельных диагностических нормативов для выбранных диагностических параметров.
Практическая ценность исследований заключается в следующем:
1. Использование предложенного комплекса диагностических параметров, включающего «смещение шипа под поперечной нагрузкой 65 Н», «количество выпавших или запавших шипов» и «высоту выступания шипов из протектора шины», позволяет контролировать текущие эксплуатационные свойства зимней ошипованной легковой шины и повысить безопасность эксплуатации автомобильного транспорта в зимнее время.
2. Рассчитанные на основе предложенной методики предельные нормативы для выбранных диагностических параметров обеспечат возможность выявлять ошипованные легковые шины, эксплуатационные свойства которых перестают удовлетворять требованиям дорожной безопасности.
Структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, выводов и результатов исследований, библиографии и 2 приложений. Объем диссертации составляет 136 страниц, содержит 10 таблиц и 23 рисунка. Список использованных научных источников содержит 153 наименования, 7 интернет ресурсов.
На защиту выносятся следующие положения:
1. Результаты исследований:
— износа отверстия под шип противоскольжения в протекторе ошипованной легковой шины;
изменения коэффициента сцепления ошипованной легковой шины с обледенелой поверхностью дороги при износе отверстия под шип, изменении температуры льда, уменьшении количества работоспособных шипов в шине и изменении высоты выступания шипов из протектора.
3. Диагностические параметры для оценки текущих эксплуатационных свойств зимней ошипованной легковой шины, методика их измерения и расчета величин предельных диагностических нормативов.
1. Выявлено, что при постоянном росте применения зимних ошипованных легковых шин в РФ отсутствуют требования по их эксплуатации. Чтобы повысить безопасность дорожного движения в зимнее время, а также уменьшить негативное влияние ошипованных легковых шин на дорожное покрытие и окружающую среду, необходима разработка системы диагностических параметров и диагностических нормативов, позволяющая вовремя снять с эксплуатации ошипованные шины, не удовлетворяющие требованиям безопасности дорожного движения. Для этого необходимо проведение исследований изменения в процессе эксплуатации свойств системы «выступ протектора легковой шины — шип противоскольжения».
2. Разработана конечноэлементная модель системы «выступ протектора легковой шины — шип противоскольжения», на основании которой определены области высоких напряжений в материале протектора легковой шины при работе шипа и сделано заключение о характере износа отверстия под шип. В качестве областей максимального износа отверстия под шип отмечена его верхняя часть вблизи поверхности протектора и нижняя часть вокруг фланца шипа.
3. Разработана математическая модель ударного взаимодействия шипа противоскольжения с дорогой. Проведены лабораторные исследования с целью определения значений параметров упругих и демпфирующих связей в системе «металлокордный каркас легковой шины — выступ протектора — шип противоскольжения — поверхность дороги» и вычислена максимальная сила удара шипа о поверхность дороги на скоростях легкового автомобиля от 30 до 90 км/ч для различной степени износа отверстия под шип.
4. Установлено, что максимальная сила удара шипа о поверхность дороги и импульс силы удара шипа о поверхность дороги увеличиваются:
— на 30 км/ч при пробеге шины от 0 до 32 тыс. км сила удара шипа о поверхность дороги возрастает в 1,53 раза, импульс силы удара возрастает в 1, 37 раза;
— на 90 км/ч при пробеге шины от 0 до 32 тыс. км сила удара шипа о поверхность дороги возрастает в 1,14 раза, импульс силы удара возрастает в 1, 35 раза.
Причиной роста силы удара и импульса силы удара является уменьшение толщины слоя резины между фланцем шипа и металлокордным каркасом шины вследствие изнашивания дна отверстия.
5. Проведены исследования зависимости коэффициента сцепления ошипованной легковой шины от её пробега с начала эксплуатации на примере шины 175/70 R13 модели К-190М. Выявлен характер и причины его изменения.
6. Предложен комплекс из трех диагностических параметров, позволяющий оценивать текущее техническое состояние ошиповки зимней легковой шины:
— смещение шипа под поперечной нагрузкой 65 Н;
— количество выпавших или запавших шипов;
— высота выступания шипов из протектора шины.
7. Разработана методика измерения выбранных диагностических параметров и по результатам лабораторных исследований установлена их взаимосвязь с эксплуатационными свойствами зимней ошипованной легковой шины.
8. Заданы границы предельного состояния ошиповки зимней легковой шины:
— снижение коэффициента сцепления ошипованной шины с дорогой до значения, при котором автомобиль с полной нагрузкой не сможет удерживаться штатной тормозной системой на уклоне 16% (при остановке на обледенелой или заснеженной дороге);
— рост неравномерности вклада шипов в коэффициент сцепления шин, установленных на одной оси, более 20% (при движении по обледенелой или заснеженной дороге).
- рост ударного импульса шипа выше значения —0,18 Н-с.
9. Разработана методика и приведен пример расчета величин предельных диагностических нормативов для зимней ошипованной легковой шины 175/70 R13 модели К-190М. В результате получены следующие значения предельных диагностических нормативов:
а) . Для диагностического параметра «отклонение шипа под поперечной нагрузкой 65 Н» предельный диагностический норматив равен 3,7 мм. Количество замеряемых шипов для получения среднего для шины значения диагностического параметра с надежностью 0,9 и точностью 10 %:
при пробеге шины до 16 тыс. км — 4 шт.;
при пробеге от 16 до 24 тыс. км — 7 шт.;
при пробеге от 24 тыс. км и выше — 9 шт.
б) . Для диагностического параметра «количество выпавших или запавших шипов» предельный диагностический норматив — не более 60 % при разности количества шипов в шинах на одной оси не более 38 шт.
в) . Для диагностического параметра «высота выступания шипов из протектора шины» предельный диагностический норматив равен 0,5 мм. Количество замеряемых шипов для получения среднего для шины значения диагностического параметра с надежностью 0,9 и точностью 10 %:
при пробеге шины до 16 тыс. км - 5 шт.;
при пробеге от 16 до 24 тыс. км — 7 шт.;
при пробеге от 24 тыс. км и выше - 11 шт.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
