Почему карьерные самосвалы ездят на радиальных шинах, а часть погрузчиков на диагональных? Разрежь шину, коснись каждого слоя, нагрузи колесо и сравни нагрев, потери и стойкость боковины двух конструкций.
Главное в шине каркас: слои корда от одного борта до другого. Если нити идут поперек шины, прямо по радиусу, шина радиальная, и сверху ее стягивает стальной брекер. Если нити лежат косо, а соседние слои крест-накрест, шина диагональная. У радиальной боковина тонкая и гибкая, протектор лежит на дороге плоско и почти не ерзает. У диагональной стенка толстая и жесткая, но слои при каждом обороте трутся друг о друга и греют шину. Поэтому карьерные самосвалы, которые возят руду километрами, почти все ездят на радиальных шинах.
Площадь пятна задает давление воздуха, а тепло дает работа, которую шина тратит на изгиб при каждом обороте. Числа берутся из опыта.
Какое пятно контакта?
Воздух давит на дорогу через пятно, поэтому площадь пятна почти равна нагрузке, деленной на давление. Жесткий каркас сам держит часть груза, и пятно выходит чуть меньше.
Сколько тепла рождается?
Резина при каждом обжатии в пятне возвращает не всю энергию: часть уходит в тепло. Эта доля и есть сопротивление качению. Умножь его на силу и скорость, получишь мощность, которая греет шину.
Какую конструкцию выбрать?
Правило из практики. Машина, которая ездит быстро и далеко, должна стоять на радиальных шинах, иначе тепло съест шину. Медленная машина в забое может работать на диагональных, если ей важнее крепкая боковина.
Нити соседних слоев диагональной шины образуют ромбики. Когда участок шины входит в пятно, он сплющивается, и ромбики меняют форму: одни нити поворачиваются в одну сторону, нити соседнего слоя в другую. Слои сдвигаются друг относительно друга через тонкую прослойку резины, и эта резина греется, как ладони, которые трут друг о друга.
В радиальной шине нити каркаса лежат поперек и просто гнутся, ничего не сдвигая. Стальной брекер держит протектор, он не сжимается в пятне и почти не скользит по дороге. Поэтому меньше тепла и меньше износа протектора.
Почему резина вообще греется при изгибе, разобрано в теме 14.4 «Резина: смеси и их свойства». Как сравнивают нагрев шины с допустимым TKPH, показано в теме «Колесный и гусеничный ход».
Самосвалы 90–360 т ездят на радиальных шинах: на длинной откатке со скоростью 30–40 км/ч диагональная шина перегрелась бы за смену. Шина самосвала одна из самых дорогих его частей, ее ресурс считают в часах.
Погрузчик ездит медленно и на короткие расстояния, тепла мало. Зато острая скала режет боковины, поэтому на части погрузчиков до сих пор стоят диагональные шины с толстой стенкой или радиальные с усиленной боковиной.
Грейдер весь день ездит по дорогам карьера. Радиальная шина дает ему ровный ход, лучшее сцепление на отвале и меньший расход топлива.
Давление проверяют на холодной шине каждую смену. Недокачка увеличивает прогиб и нагрев боковины. Азот вместо воздуха не дает влаге окислять корд изнутри и снижает риск возгорания внутри перегретой шины.
Порез протектора часто заделывают горячей вулканизацией. Порез боковины радиальной шины до корда ремонтируют редко: через тонкую стенку проходит вся работа изгиба, и заплата там долго не живет.
На задней оси самосвала шины стоят парами. Если поставить в пару шины разной конструкции или с разным износом, большая возьмет на себя больше груза и перегреется. Пары подбирают по наружному диаметру.
Площадь пятна считается как A = F / (k · p) с постоянной поправкой k для каждой конструкции. Форма пятна упрощена: у радиальной прямоугольник со скругленными углами, у диагональной овал. Прогиб задан эмпирической формулой: около 12 % высоты профиля у радиальной и 9,5 % у диагональной при номинальной нагрузке и давлении, дальше он растет с нагрузкой и падает с давлением. Коэффициент сопротивления качению самой шины взят 1,1 % и 1,6 % и растет с прогибом. Температура плеча получена из мощности потерь грубой подгонкой: при номинальной нагрузке и расчетной скорости радиальная шина нагревается на 55 °C выше воздуха (25 °C). Номинальные нагрузки и давления шин близки к каталожным, но округлены. Ресурс протектора и стойкость боковины показаны условными баллами, чтобы сравнить конструкции, а не предсказать часы работы. Реальные шины выбирают по таблицам производителя и расчету TKPH.
Термины в словаре:Вулканизация