Лабораторные исследования тепловых полей при деформации шины, взаимодействующей с твердой плоской опорой, при комбинированном нагружении | Статья в журнале «Молодой ученый»

Отправьте статью сегодня! Журнал выйдет 21 декабря, печатный экземпляр отправим 25 декабря.

Опубликовать статью в журнале

Авторы: ,

Рубрика: Технические науки

Опубликовано в Молодой учёный №21 (363) май 2021 г.

Дата публикации: 20.05.2021

Статья просмотрена: 65 раз

Библиографическое описание:

Стариков, В. М. Лабораторные исследования тепловых полей при деформации шины, взаимодействующей с твердой плоской опорой, при комбинированном нагружении / В. М. Стариков, Т. А. Тарасова. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2021. — № 21 (363). — С. 45-49. — URL: https://moluch.ru/archive/363/81261/ (дата обращения: 13.12.2024).



В статье рассматриваются вопросы теплового воздействия на шину и влияние на ее эксплуатационные свойства. Исследование поверхностной температуры может применяться с целью дефектоскопии.Для получения данных был произведен эксперимент с последующим расчетом. В ходе анализа использованы как созданные в Волгоградском государственном техническом университете программные средства, так и статистические пакеты, а также табличный процессор MS Excel, что позволяет автоматизировать значительную часть расчетов. Сделаны выводы, что увеличение нагрузки на колесо способствует повышению температуры пневматической шины, а также установлены основные причины выхода из строя шин.

Ключевые слова: механические свойства, тепловое состояние, показатели шин, деформация.

Тепловое состояние шины в эксплуатации оказывает существенное влияние на ее работоспособность, так как влияет на механические свойства резины, ее прочностные характеристики, создает дополнительное термонапряженно-деформированное состояние, приводит к изменению внутреннего давления, формирует процессы деградации материала. Увеличении температуры шины свыше 90°С прочность капронового корда снижается на 25 %, а связь резины с кордом уменьшается в 2 раза. Нагрев автомобильной шины формируется в результате преобразования в тепло части механической энергии при переменном деформировании полимерных материалов конструкции и трении о дорожное полотно.

Для изучение данной характеристике предлагается экспериментальный подход, в рамках которого строится возможные решения установления теплового состояния в шине. В соответствии с целью, поставленной в настоящей работе: исследовать тепловое излучение деформирование шины при характерных режимах её силового нагружения:

– исследовать величины общей деформации оболочки шины относительно обода в окружном, радиальном и боковым под действием вертикальной, продольной и боковой сил;

– экваториальную и меридиональную деформации наружного слоя беговой дорожки при её качении.

Объект исследования: радиальные шины, применяемые на легковых автомобилях.

Материал и методы

Тепловое состояние шины в процессе движения определяется её размерами, геометрией рисунка протектора, упругими, гистерезисными и тепловыми характеристиками исходных материалов, а также внутренним давлением, вертикальной нагрузкой, скоростью, температурой окружающей среды и дороги, тепловыми характеристиками, шероховатостью и влажностью опорной поверхности. В свою очередь неустановившееся тепловое состояние зависит от времени качения в данном режиме эксплуатации. Температура оказывает большое влияние на сопротивление качению и на срок службы шины.

Нагрев шины при ее качении происходит в основном в результате трения в материалах шины, поскольку потери на трение между частицами воздуха в шине ничтожно малы. Механическое и молекулярное трение между структурными элементами покрышки преобразуется в тепловую энергию, а трение о дорожное покрытие — также в тепло и износ протектора.

Температура в той или иной точке шины преимущественно определяется на основе баланса между количеством тепла, создаваемого в данной точке в каждую единицу времени, и возможностью отвода этого тепла.

Если разделить шину на сектора — немного большие, чем сектор, охватывающий пятно контакта шины с дорогой, то можно увидеть, что тепло выделяется в каждом секторе шины. Это происходит циклически только в небольшой промежуток времени, когда сектор приближается и проходит пятно контакта с дорогой. Затем каждый сектор остывает, передавая тепло окружающему воздуху до нового приближения к пятну контакта с дорогой.

В тех местах профиля шины, где толще резина и значительнее деформация, выделяется больше тепла. На температуру в данной точке шины оказывает также влияние теплообразование в смежных точках. Во время работы шина имеет различную температуру в каждой точке своего профиля. В начале движения колеса выделенное тепло идет на нагрев тела шины и частично рассеивается в окружающей среде. По мере дальнейшего движения температура шины повышается, и происходит перераспределение тепла между различными зонами профиля шины.

Были проведены эксперименты с помощью тепловизора. Объектом исследования был автомобиль Renault Duster, снабженный шинами 215/65R16. Исследования производились при движении автомобиля Vср = 20 с последующей остановкой км/ч при средней температуре окружающего воздуха tср = -4 °С.

Результат

Динамика нагрева шин в зависимости от времени эксплуатации при движении автомобиля.

Тепловое излучение колеса спустя 30 минут в движении

Рис. 1. Тепловое излучение колеса спустя 30 минут в движении

Таблица 1

Температурные значения колеса

Время в движение

Строение колеса

0

15

30

Шина

-4

1

5

Протектор

-4

4

9

Тормозной диск

-4

8

30

Суппорт

-4

12

33

Диск

-4

5

14

Основное теплообразование в шине происходит в зоне её контакта с опорной поверхностью. На элемент шины в такой зоне действуют максимальные величины и скорости изменения нормальной, тангенциальной и боковой деформаций. Установлено, что наибольшее количество теплоты, отнесённое к единице объёма шины, выделяется в середине брекерного слоя шины и на его краях, а общая величина теплообразования в шине распределяется по её основным элементам следующим образом: протектор — около 50 %; каркас — от 12 до 33 %; брекерный слой — от 7 до 15 %; боковины и примыкающий к ним борт — от 5 до 25 %.

Температурные изменения шины и диска

Рис. 2. Температурные изменения шины и диска

Температурные изменения тормозного диска и суппорта

Рис. 3. Температурные изменения тормозного диска и суппорта

Температурные изменения диска

Рис. 4. Температурные изменения диска

Обсуждение

Анализируя работу, можно отметить, что увеличение нагрузки на колесо способствует повышению температуры пневматической шины. Так, при фиксированном значении эксплуатационной скорости с увеличением нагрузок на 2 кН температура шины изменяется незначительно. Основными причинами выхода из строя шин, являются повышенные нагрузки, нестабильный режим вождения (с частыми остановками, притормаживанием и разгонами), состояние дорожного покрытия, физико-механические характеристики резинокордного материала и временный показатель шины (чем старее шина, тем выше ее температура).

Заключение

Результаты работы показывают направления и величины рассеяния энергии в частях колеса. Они могут служить для поиска конструктивных путей улучшения тормозной динамики автомобиля за счет оптимизации мест установки исполнительных тормозных механизмов и их охлаждения.

Литература:

1. Белкин, А. Е. Динамический контакт шины как вязкоупругой оболочки с опорной поверхностью при стационарном качении / А. Е. Белкин, Н. Л. Нарская // Вестник МГТУ. Сер. Машиностроение. — 1997. — № 1. — С. 62–73.

2. Индейкин, Б. А. Современная аппаратура и методы исследования теплового состояния пневматических шин / Б. А. Индейкин [и др.]. — Москва: ЦНИИТ Энефтехим, 1979. — 67 с.

3. Никитина, Л. Б. Теоретическое и экспериментальное исследования температурных полей пневматических шин: автореф. дисс.... канд. техн. наук / Л. Б. Никитина. — Днепропетровск: ДГУ, 1971. — 20 с.

4. Глускина, Л. С. Исследование тепловых режимов работы автомобильных шин в дорожных условиях: автореф. дисс.... канд. техн. наук / Л. С. Глускина. — Москва: НИИШП, 1981. — 25 с.

5. Качугин, В. Е. Аналитическое исследование теплового состояния катящейся пневматической шины: автореф. дисс.... канд. техн. наук / В. Е. Качугин. — Москва: МВТУ им. Н. Э. Баумана, 1975. — 16 с.

6. Новопольский, В. И. Комплексная методика лабораторных испытаний автомобильных шин / В. И. Новопольский, В. Ф. Евстратов, С. Л. Левин // Труды НИИ шинной промышленности. — М.: Госхимиздат, 1957. — Сб. 3. С. 106–121.

7. Качугин, В. Е. Аналитическое исследование теплового состояния катящейся автомобильной шины / В. Е. Качугин // Температурные режимы шин в процессе их производства и эксплуатации. — Красноярск: КПИ, 1970. — С. 310–320.

Основные термины (генерируются автоматически): шина, внутреннее давление, движение автомобиля, дорожное покрытие, опорная поверхность, основная причина выхода, пневматическая шина, тепловое состояние, тепловое состояние шины, тормозной диск.


Похожие статьи

Моделирование и исследование распределения температурных и скоростных полей

В представленной работе выполнено моделирование и исследование распределения температурных и скоростных полей в здании комплекса металлообработки строительных металлоконструкций, а также в технологическом оборудовании — теплогенераторах горячего возд...

Расчет надежности мостовых кранов методом преобразования вероятностей

Основными процессами, определяющими долговечность и надежность различных конструкций, являются процессы изгибных колебаний и усталости. Факторы, которые влияют на процесс усталости, в докладе представлены в виде параметров, учитывающих геометрически...

Теоретические исследования влияния параметров внешнего вибрационные воздействия на динамические характеристики конструктивных элементов РЭС

В статье рассмотрено дифференциальное уравнение, описывающее изгибные колебания однородного упругого стержня. Проведены его преобразования к виду явного разностного уравнения. Предложен алгоритм программы для проведения моделирования влияния деформац...

Математические модели для определения статических и динамических характеристик машины и процесса очистки картофеля аэродинамическим способом (некоторые результаты проекта 16–38–00343 РФФИ)

Работа выполнена по проекту РФФИ № 16–38–00343. В статье изложены результаты теоретических исследований технологического процесса очистки клубней картофеля аэродинамическим способом. Приведены математические модели для расчета средней и критической в...

Планирование экспериментального исследования по оценке прочностных и деформативных параметров ПВХ мембраны

В статье рассматриваются результаты планирования экспериментального исследования гидроизоляционной ПВХ мембраны. Прочностные и деформативные параметры определены как одни из основных показателей, обеспечивающих работоспособность материала при действи...

Изменение углеводородного состава автомобильного бензина в результате обработки электрическим полем

Разработан лабораторный стенд, который обеспечивает обработку дисперсионных сред топлива электрическим полем с заданными параметрами поля и тока, который позволяет исследовать изменения физико-химических свойств углеводородных топлив под воздействием...

Управление технологическими процессами с помощью магнитных систем и способы их расчета в ионно-плазменных устройствах напыления материалов

В данной работе рассматриваются основные моменты, связанные с управлением потоков движения заряженных частиц в ионно-плазменных технологических устройствах. Для увеличения эффективности нанесения материалов на заготовки различной формы и размеров нео...

Модель бесконтактного магниторезонансного контроля параметров жидкостей

В настоящей статье рассматривается проблематика определения и анализа изменений значений параметров жидких материалов при их течении по трубопроводам в том числе и в условиях высокой турбулентности. Предложена модель устройства бесконтактного измерен...

Результаты расчета оценочных параметров устойчивости движения автомобиля при учете составляющих продольного сноса нормальной и боковой реакций опорной поверхности

Устойчивость движения автомобиля зависит от многих факторов и параметров. Работы многих исследователей посвящены изучению этого вопроса. Авторами статьи сделано предположение о влиянии на величины расчетных оценочных параметров устойчивости движения ...

Изучение воздействия наркоза на биологический объект аппаратом биоимпедансной диагностики

В ВСГУТУ разработан аппарат биоимпедансной диагностики, который позволяет оценить состояние органов и систем биологических объектов при различных внешних воздействиях (ожог, обморожение, наркоз и др. Для оценки работоспособности данного аппарата были...

Похожие статьи

Моделирование и исследование распределения температурных и скоростных полей

В представленной работе выполнено моделирование и исследование распределения температурных и скоростных полей в здании комплекса металлообработки строительных металлоконструкций, а также в технологическом оборудовании — теплогенераторах горячего возд...

Расчет надежности мостовых кранов методом преобразования вероятностей

Основными процессами, определяющими долговечность и надежность различных конструкций, являются процессы изгибных колебаний и усталости. Факторы, которые влияют на процесс усталости, в докладе представлены в виде параметров, учитывающих геометрически...

Теоретические исследования влияния параметров внешнего вибрационные воздействия на динамические характеристики конструктивных элементов РЭС

В статье рассмотрено дифференциальное уравнение, описывающее изгибные колебания однородного упругого стержня. Проведены его преобразования к виду явного разностного уравнения. Предложен алгоритм программы для проведения моделирования влияния деформац...

Математические модели для определения статических и динамических характеристик машины и процесса очистки картофеля аэродинамическим способом (некоторые результаты проекта 16–38–00343 РФФИ)

Работа выполнена по проекту РФФИ № 16–38–00343. В статье изложены результаты теоретических исследований технологического процесса очистки клубней картофеля аэродинамическим способом. Приведены математические модели для расчета средней и критической в...

Планирование экспериментального исследования по оценке прочностных и деформативных параметров ПВХ мембраны

В статье рассматриваются результаты планирования экспериментального исследования гидроизоляционной ПВХ мембраны. Прочностные и деформативные параметры определены как одни из основных показателей, обеспечивающих работоспособность материала при действи...

Изменение углеводородного состава автомобильного бензина в результате обработки электрическим полем

Разработан лабораторный стенд, который обеспечивает обработку дисперсионных сред топлива электрическим полем с заданными параметрами поля и тока, который позволяет исследовать изменения физико-химических свойств углеводородных топлив под воздействием...

Управление технологическими процессами с помощью магнитных систем и способы их расчета в ионно-плазменных устройствах напыления материалов

В данной работе рассматриваются основные моменты, связанные с управлением потоков движения заряженных частиц в ионно-плазменных технологических устройствах. Для увеличения эффективности нанесения материалов на заготовки различной формы и размеров нео...

Модель бесконтактного магниторезонансного контроля параметров жидкостей

В настоящей статье рассматривается проблематика определения и анализа изменений значений параметров жидких материалов при их течении по трубопроводам в том числе и в условиях высокой турбулентности. Предложена модель устройства бесконтактного измерен...

Результаты расчета оценочных параметров устойчивости движения автомобиля при учете составляющих продольного сноса нормальной и боковой реакций опорной поверхности

Устойчивость движения автомобиля зависит от многих факторов и параметров. Работы многих исследователей посвящены изучению этого вопроса. Авторами статьи сделано предположение о влиянии на величины расчетных оценочных параметров устойчивости движения ...

Изучение воздействия наркоза на биологический объект аппаратом биоимпедансной диагностики

В ВСГУТУ разработан аппарат биоимпедансной диагностики, который позволяет оценить состояние органов и систем биологических объектов при различных внешних воздействиях (ожог, обморожение, наркоз и др. Для оценки работоспособности данного аппарата были...

Задать вопрос