Силовая неоднородность шины

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск

Силовая неоднородность шины — это динамически-механические свойства пневматических шин, которые четко обозначены набором стандартов измерений и условий проведения испытаний, принятых производителями шин и автомобилей по всему миру. Эти эталоны включают такие параметры как: разброс радиальной и поперечной сил, конусность, угол бокового увода шины, радиальное и боковое биения, выпуклости по боковине. Производители шин по всему миру применяют данное тестирование с целью выявления негодных покрышек, чтобы они не попали на рынок. Как изготовители покрышек, так и производители транспортных средств, стремятся улучшить однородность покрышек для более комфортного передвижения.

Предпосылки к колебанию силы[править | править исходный текст]

Окружность покрышки можно рассмотреть как набор очень маленьких упругих элементов, чья жесткость различается в зависимости от условий производства. Эти упругие элементы сжимаются при взаимодействии с поверхностью дороги и возвращаются в исходное положение. Колебание в жесткости пружины в обоих направлениях — радиальном и поперечном — вызывает разброс и силах сжатия и восстановления во время вращения покрышки. На идеальной шине, идущей по безупречно гладкому пути, сила, распределяющаяся между машиной и шиной, будет постоянной. Однако, стандартно собранная покрышка, идущая по безупречно ровной дороге, окажет переменную силу на транспортное средство, которая повторит каждое вращение шины. Это колебание является источником различных повреждений при езде. Производители, как шин, так и машин стремятся снизить количество таких повреждений, чтобы улучшить динамические характеристики транспортного средства.

Параметры силовой неоднородности[править | править исходный текст]

Оси измерения[править | править исходный текст]

Оси колебания силы Силы шины разделены по трем осям: радиальная, поперечная, и касательная (или продольная). Радиальная ось проходит от центра покрышки к протектору, или это вертикальная ось от дорожного полотна через центр шины к транспортному средству. Эта ось поддерживает вес автомобиля. Поперечная ось отходит в разные стороны от протектора. Она идет параллельно оси, на которой закреплена шина. Касательная ось — это та, в направлении которой идет шина.

Колебание радиальной силы[править | править исходный текст]

Так как радиальная сила действует вверх и поддерживает транспортное средство, колебание радиальной силы описывает изменение в этой силе по мере вращения шины по дороге. Пока шина вращается, а упругие элементы с различными жесткостями пружины касаются и отрываются от поверхности, сила будет изменяться. Представим, шина держит нагрузку в 1000 фунтов (≈454 кг)и идет по идеально ровному пути. То есть для силы будет типичным варьирование вверх и вниз от этого значения. Колебание между 995 и 1003 фунтами, будет охарактеризовано как колебание радиальной силы (RFV) в 8 фунтов. RFV может быть выражено значением двойной амплитуды, максимальное значение минус минимальное или любое значение гармоники, описанное ниже.

Анализ гармоники[править | править исходный текст]

Анализ формы гармонической волны КРС, как и другие измерения колебания силы, можно представить как сложную форму волны. Эта форма может быть выражена в соответствии со своей гармоникой, применяя Преобразование Фурье (ПФ). ПФ позволяет параметризировать различные аспекты динамических свойств шины. Первая гармоника, выраженная как RF1H (первая гармоника радиальной силы), описывает амплитуду колебания силы, которая посылает пульс в транспортное средство один раз на каждое вращение. RF2H выражает амплитуду радиальной силы, которая вызывает пульс дважды за оборот и т. д. Часто эти гармоники обладают известными причинами, и могут использоваться для диагностики проблем производства. Например, пресс-форма для шин, закрепленная 8 болтами, может термически деформироваться и вызвать восьмую гармонику, таким образом, наличие высокой RF8H может указать на проблему крепления пресс-формы. RF1H — основная причина нарушений движения, сопровождаемая RF2H. Большие гармоники менее проблематичны, потому что скорость вращения шины на магистральных скоростях отмеряет время гармонического значения создает повреждения на таких высоких частотах, что они амортизируются или преодолеваются другими динамическими условиями транспортного средства.

Колебание поперечной силы[править | править исходный текст]

Так как поперечная сила действует от стороны в сторону вдоль оси, на которой крепится покрышка, колебание поперечной силы характеризует изменение в данной силе, по мере того, как шина вращается под нагрузкой. Пока шина вращается, а упругие элементы с различными жесткостями пружины касаются и отрываются от поверхности, поперечная сила будет изменяться. Во время вращения шина может оказывать поперечное давление примерно в 25 фунтов (≈11.3 кг), вызывая тягу руля в одном направлении. Колебание между 22 и 26 фунтами можно описать как колебание поперечной силы или LFV. LFV может быть выражено значением двойной амплитуды, максимальное значение минус минимальное, или любое значение гармоники, описанное ниже. Поперечная сила значима, например, закрепленная на автомобиле, поперечная сила может быть положительной, двигая авто влево, либо отрицательной — двигая его вправо.

Колебание касательной силы[править | править исходный текст]

Так как поперечная сила действует в направлении движения, колебание касательной силы характеризует изменение в данной силе, по мере того, как шина вращается под нагрузкой. Пока шина вращается, а упругие элементы с различными жесткостями пружины касаются и отрываются от поверхности, касательная сила будет изменяться. Во время вращения шина оказывает высокое тяговое усилие для ускорения транспортного средства и сохранения числа его оборотов на постоянной скорости. При устойчивом состоянии для силы может быть типичным варьирование вверх и вниз от этого значения. Это колебание может быть охарактеризовано как TFV. При испытательных условиях на одинаковых скоростях, TFV может обнаружить себя через небольшую неустойчивость скорости, возникая при каждом обороте, ввиду изменения в радиусе качения колеса. TFV не измеряется во время производственных испытаний.

Конусность[править | править исходный текст]

Конусность — это параметр, основанный на поведении поперечной силы. Это характеристика, описывающая склонность покрышки крутиться как конус. Эта склонность влияет на эффективность рулевого управления транспортного средства. Для того чтобы определить Конусность поперечная сила измеряется в двух направлениях — по часовой (LFCW) и против (LFCCW) часовой стрелки. Конусность рассчитывается как половина разницы этих двух значений, учитывая при этом, что значения по и против часовой стрелки имеют противоположные знаки. Конусность является важным параметром для производственных испытаний. Во многих легковых автомобилях высокого класса шины с равной конусностью крепятся на левую и правую стороны машины с учетом того, что эти показатели конусности нейтрализуют друг друга и обеспечат более гладкие ходовые качества с небольшим эффектом вращения. Именно с этой целью производители шин замеряют конусность и сортируют в группы в зависимости от результатов.

Угол бокового увода (колеса)[править | править исходный текст]

Угол бокового увода — параметр, основанный на поведении поперечной силы. Это характеристика, обычно описывается как склонность покрышки «ползти как краб», или двигаться из стороны в сторону, при этом сохраняя прямолинейное направление. Эта тенденция влияет на характеристики вращения руля автомобиля. для того, чтобы определить Плайстир, необходимо измерить поперечную силу в обоих направлениях — по часовой (LFCW) и против (LFCCW) часовой стрелки. Угол бокового увода рассчитывается как половина суммы этих значений, учитывая при этом, что значения по и против часовой стрелки имеют противоположные знаки. На производственных испытаниях данный угол не рассчитывается.

Радиальное биение[править | править исходный текст]

Радиальное биение (RRO) описывает отклонение округлости шины от идеального круга. RRO может быть выражено как значение двойной амплитуды, так же как и значения гармоники. RRO сообщает движение транспортному средству, что схоже до некоторой степени с колебанием радиальной силы. RRO зачастую измеряется ближе к центральной линии шины, в то же время некоторые производители шин способны измерять RRO с трех позиций: левое плечо, центр, правое плечо.

Поперечное биение[править | править исходный текст]

Поперечное биение (LRO) описывает отклонение боковины шины от идеальной плоскости. LRO может быть выражено как значение двойной амплитуды, или как значения гармоники. LRO сообщает движение транспортному средству, что схоже до некоторой степени с колебанием поперечной силы. LRO зачастую измеряется в верхней части боковины, ближе к плечу протектора.

Выпуклость и углубление по боковине[править | править исходный текст]

Учитывая, что шина — это комплекс многочисленных компонентов, свулканизованных в пресс-форме, существует много изменений параметров процесса, по которым можно классифицировать покрышки как бракованные. Выпуклости и впадины по боковине и являются такими дефектами. Выпуклость — это недопрессовка на боковине, которая увеличивается при накачивании. Впадина — это перепрессовка, которая не расширяется в равной степени с прилегающей зоной. Оба случая считаются визуальным браком. В производстве шины измеряются для того, чтобы выявить покрышки с чрезмерными визуальными дефектами. Выпуклости могу также указывать на неправильные условия сборки, например, отсутствие корда, что несет в себе опасность травмирования. Поэтому производители шин устанавливают строгие стандарты контроля шин на наличие выпуклостей. Выпуклость и впадину по боковине также называют утолщение, выбоина и бугристая боковина.

Станки измерения силовой неоднородности шины[править | править исходный текст]


Станки силовой неоднородности — специализированное оборудование, которое автоматически исследует шины на параметры однородности покрышки описанные выше. Они состоят из нескольких подсистем, включая транспортировку шины, усаживание ее на патрон, измерительные ободья, смазка борта, накачивание воздухом, нагрузочный барабан, привод шпинделя, измерение силы и геометрии.

Сначала, шина центруется, затем смазываются ее борта для более мягкого насаживания на измерительные ободья. Покрышка индексируется на испытательном узле и устанавливается на нижний патрон. Верхний патрон опускается, пока не соприкоснется с верхним бортом. Шина накачивается до заданного значения давления. Выдвигается нагрузочный барабан вплоть до покрышки и прилагает нагрузочную силу. Привод шпинделя разгоняет шину до испытательной скорости. Как только скорость, сила и давление стабилизируются, датчики нагрузки измеряют силу, оказанную шиной на нагрузочный барабан. Сигнал силы обрабатывается в аналоговых схемах, затем анализируется и выдает параметры измерения. В зависимости от различных стандартов шины маркируются следующими пометками: угол верхнего отклонения колебания радиальной силы, сторона положительной конусности и значение конусности.

Другие типы станков[править | править исходный текст]

Существуют многочисленные разновидности и инновации среди нескольких производителей станков силовой неоднородности шины. Стандартная испытательная скорость, подаваемая стандартным нагрузочным барабаном, для таких машин — 60 оборотов в минуту, что примерно равняется 5 милям в час (8.05 км/час). Высокоскоростные станки используются в научно-исследовательской области, где скорость может достигать 260 км/час и выше. Такие станки были также внедрены в производственные испытания. Наряду с этим используются машины, сочетающие измерение колебания силы и динамическое равновесие.

Коррекция неоднородности шины[править | править исходный текст]

Колебание радиальной и поперечной сил может быть уменьшено на станке силовой неоднородности посредством шероховки. В центре цикла шероховки шлифовщик подводится к центру протектора и убирает резину на выступах RFV. Сверху и по низу плеча протектора шлифовщики применяются для того, чтобы снизить размер контактной поверхности или контура и результирующее колебание силы. Верхние и нижние шлифовщики могут быть изменены независимо друг от друга в целях уменьшения значений конусности. Шлифовщики также применяются для коррекции излишнего радиального биения.

Система измерения геометрии[править | править исходный текст]

На станке силовой неоднородности шины можно также измерить радиальное и поперечное биения, конусность и выпуклость. Для этого используются несколько поколений технологий замера. Они включают в себя: контактная игла, емкостные датчики, лазерные датчики с фиксированной точкой, лазерные системы широкого захвата.

Контактная игла[править | править исходный текст]

Технология контактной иглы использует датчик касания для передвижения по поверхности шины, пока та вращается. Аналоговая измерительная аппаратура считывает движение щупа и записывает форму колебания биения. При измерении радиального биения игла фиксируется на лопатку широкого охвата, которая способна измерять пустоты на рисунке протектора. При измерении поперечного биения на боковине игла идет по очень узкой гладкой дорожке. Метод контактной иглы — одна из самых ранних технологий, который требует немалых усилий для поддержания своей механической эффективности. Небольшой захват боковины ограничивает результативность обнаружения грыж и впадин по остальной зоне боковины.

Емкостные датчики[править | править исходный текст]

Емкостные датчики создают диэлектрическое поле между шиной и датчиком. По мере изменения расстояния между датчиком и шиной свойства напряжения и/или тока диэлектрического поля меняются. Аналоговые схемы применяются для того, чтобы измерить изменения поля и записать форму колебания биения. По сравнению с контактными иглами область захвата у емкостных датчиков примерно на 10 мм обширней. Метод емкостного датчика — одна из самых ранних технологий, которая хорошо себя зарекомендовала; однако, датчик должен быть спозиционирован очень близко к поверхности шины, так что столкновения между покрышкой и датчиком могут привести к долгосрочным ремонтным работам. К тому же, некоторые датчики очень чувствительные к влажности, что приводит к некорректно считанным данным. Захват поверхности в 10 мм также означает, что измерение выпуклости ограничивается небольшой зоной шины. В емкостных датчиках используется фильтрация пустот, чтобы избежать влияния полостей между шашечками протектора при измерении радиального биения, и фильтрация символов, чтобы избежать влияния выступающих букв и рисунка на боковине.

Лазерные датчики с фиксированной точкой[править | править исходный текст]

Лазерные датчики с фиксированной точкой были разработаны как альтернатива двум предыдущим методам. Лазеры сочетают узкую дорожку захвата с большим расстоянием до шины. Для того, чтобы покрыть более широкий участок, были введены механические системы позиционирования, позволяющие считывать различные зоны на боковине. В лазерных датчиках с фиксированной точкой применяются фильтрация пустот, чтобы избежать влияния полостей между шашечками протектора при измерении радиального биения, и фильтрация символов, чтобы избежать влияния выступающих букв и рисунка на боковине.

Лазерные системы широкого захвата[править | править исходный текст]

Лазерные системы широкого захвата были введены в 2003 году и зарекомендовали себя как самые восприимчивые и надежные методы измерения биения, выпуклости и впадины. Данные датчики проецируют спектральную линию вместо точки тем самым, покрывая больший участок. Датчики по боковине могут свободно измерить весь участок от борта до плеча протектора и исследовать всю боковину на дефекты грыжи или впадин. Широкие радиальные датчики могут замерить от 300 и более мм, покрывая всю ширину протектора. Это позволяет охарактеризовать RRO на нескольких дорожках. Датчики широкого захвата функционируют на достаточно большом расстоянии, чтоб избежать столкновения с шиной. Применяемые двухмерная фильтрация полостей протектора и фильтрация букв на боковине позволяют исключить эти характеристики из измерений биения.