Влияние основных конструктивно-технологических и эксплуатационных факторов на тепловое состояние и работоспособность сверхкрупногабаритных шин. тема автореферата и диссертации по механике, 01.02.06 ВАК РФ

НАУЧНО ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИ! ОРДЕН/ ЛЕНИНА /ШСТИТУТ ШИШЮЯ ПРОМ11ЛЕ1ШОСТИ

л

На правах рукописи

СМЕЛЯНСШ Владимир Михайлович

ВЛИЯНИЕ ОСИОПШ КОНПТГ^чТЖнО ТГХ11ПЛОГ;Г-ЕСК;Гл'• ПКСШ&'AT AEJiOI t[ [ЬК ФАКТОРОВ НА ТЕПЛОВОЕ СОСТОЯНИЕ И PAFOTOCIT-C'OFHOCTb СВЕРЛЗ^УВДОГАБА.гуГГКЫ'Х '¡ПИН

Cii-rl4Hrt.4h"' »:4,b 01. Or . "г.. • /¡ИЧаМИКа, ni>044iWTb

маргия , приборов и аппаратуры

ACT О РЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата техничеких наук

Москва - 1992/

Работа выполнена в Научно-исслёдонательскш.! институте крупногабаритно* шин.

Шучнш руководитель: кандидат технических: наук

Смирнов А.Г.

Официальные оппоненты: доктор технические паук, профессор

Кнороз Б.И.

кандидат технических паук Слюдиков Л.Д.

1

Ведущее предприятие: Белорусский ордена Трудового Краоноп

знамени автюбильни/! завод

Защита диссертации состоится " " ¿/¿г/>ТС- 19Э& г. б уу час. на заседании специализированного совета К 103.Ш Научно-исследовательского ордена Ленина института шинной про>.: ленности до адресу: 105118, г.Москва, ул.Буракава, д. 27.

С дассергапдей можно ознакомиться ч библиотеке Научно-исследовательского ордена Ленина института ::шнной промшлонно

Автореферат разослан " " 1932г. •

-и:,;, секретарь специалпз!

■•••:..:сго совета

:: „.; ..:? тои.чических наук

Андреев Л.В.

' ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТА

Актуальность работы. Задача совершенствования существующих конструкция диагональных сверхкрупногабаритных (СКГШ шин до уровня современных требований, создание новых моделей шин приобретает в последнее время особую актуальность с св.1зи со стремительным развитием отраслей-потребителей шин и динамикой научно-технического прогресса автомобилестроения а направлении увеличение нагрузочных и скоростных характеристик самосвалов грузоподъемностью 75x180 тонн, интенсификацией добычи полезных ископаемых высокоэффективным открытым способом и расширением географии использования СКШ в различных климатических районах страны.

Работоспособность шин в значительной степени зависит от их теплового состоянии. Высока.-! эксплуатационная температура шин ухудшает механические свойства шинных материалов и снижает их долговечность. Уровень ходимости СКГИ заметно снижается из-за пин, вышедших из строя в результате тепловых разрушений на пробеге до 10*15 тыс. км, Для понижения эксплуатационной температуры, а следовательно, и увеличении срока службы СКПИ, с учетом их повышенной чувствительности к различным условиям эксплуатации, качеству изготовлении и другим факторам, необходимо проведение комплексных исследование теплового состояния этих шин. Таких исследований до настой цего времени проведено еде недостаточно, чтобы обеспечить на этапе проектировали! требуемую работоспособность СКШ.

Сложности, возникающие при организации в проведении исследований на СКГШ, обладающих значительными габаритами, недостаточное количество испытательного оборудования, длительность и высока.! стоимость эксплуатационных испытаний предопределяют необходимость создания новых нестандартных способов исследований.

Повышение нагрузочно-скоростнык характеристик и работо-

способности СКШ улучшит эффективность использование карьерного автотранспорта, приведет к снижению эксплуатационных расходов, связанных с приобретением шин, и уменьшит себестоимость добычи полезных ископаемых.

Цель работы. Исследование влияния основных конструктивно-технологических и эксплуатационных факторов на тепловое состояние и работоспособность СКГи! и на этой основе разработать технические решения и методы проектирования СКГи!, обеспечивающие повышение их работоспособности в различных условиях эксплуатации.

Научная новизна. Впервые, нз основе комплексных расчетных и экспериментальных исследований, разработаны технические решение в области конструкции СКГ£, технологии изготовление и режимов эксплуатации, позволяющие на стадии проектирования СКГШ обеспечить понижение их температуры, а, следовательно, и повышение работоспособности.

Уточнены принципы физического моделирования шин применительно к СКПк. Расчетным и экспериментальным путем подтверждены подобие напряженно-деформированного (н.д.с.) и теплового состояние модельных и натурных СКШ 40.00-57, а также аналогии видов их разрушения при испытаниях на стенде и в эксплуатации.

Расчетным и экспериментальным путем разработан алгоритм прогноза теплового состояния и показателя эксплуатационной производительности СТКВЧ), позволяющий учитывать технологические особен ности изготовления. Получены корреляционные уравнения зависимости теплового состояния шин от размеров подканавочного слоя протектора высоты рисунка протектора различных конструкций шин, слойности, внутреннего давления воздуха и нагрузки.

Получено эмпирическое уравнение, позволяющее по показателю ТКЗ1 модельных шин прогнозировать показатель ТКВЧ натурных шин при стендовых испытаниях.

Практическая ценность. Разработанные способы исследований и решения по совершенствованию СКШ внедрены в практику создания перспективных шин с улучшенными показателями технического уровня для конкретных условий эксплуатации. Результаты исследования применены при создании шины 40.00-57 под максимально допустимую нагрузку 58,5 тонн. Промышленное производство указанных шин организовано на ПО "БобруЯскшина" и опытном заводе НИИКШ. Рекомендации по установлению начального давления воздуха для этих шин внедрены в ПО "Якутуголь" и ПО "Кемеровоуголь". Результаты исследований также использованы при разработке шин 33.00-51 для условий эксплуатации ПО "Якуталмаз" и Тырныауэского ЕЖ.

Апробация работа. Основные результаты работы доложены на областной конференции молодых ученых "Эластомер" (Днепропетровск, 1986, 1987 г.г.); на конференции "Автоматизация и механизация горных работ" (Горный институт, Ленинград, 1990 г.); на 48-й научно-методической конференции МАДИ (Москва, 1990 г.); на научно-технической конференции ДХТИ (ДХТИ, г. Днепропетровск, 1991 г.); на Втором и Третьем Всесоюзном симпозиуме по проблемам шин и резино-кордных композитов (НИШИ, Москва, 1990, 1991 г.г.).

Публикации. По материалам диссертации получено 5 авторских свидетельств, опубликовано 15 статей и 4 тезиса докладов.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, семи глав, выводов, списка литературы, приложения и содержит 192 страницы, в т.ч. 159 страниц машинописного текста, 59 рисунков и 27 таблиц. Список литературы включает 141 литературных источников.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Объекты и методы исследования. При решении поставленных задач использовался комплексный подход, заключающийся в исследоиа-

нии и разработке конструкторских решений, обеспечение их реализации на стадии изготовления и использозания в эксплуатации потенциального ресурса, заложенного а шине. При исследовании конструкции СНГ! применен метод физического моделирования шин и разработана гибка;) технологии изготовления опытных образцов модельных и СКГш. '6 качестве объектов исследований выбраны модельные и натурные шины 40.00-57. Для расчетных исследовании н.д.с. и теплового состояния шин использовалась применяемая в НЛЛКГк! математическая модель нелинейной моментнол анизотропно;: трехслойно"! оболочки. рокие экспериментальные исследования проводились на модельных шинах, а затем лучшие решение испытывались на СКГД: на стендах и в эксплуатации. ДлI получен.м корреляционных зависимостей использовались методы математическоК обработки результатов эксперимента н ЭВМ.

Доследование технологических и эксплуатационных факторов проводились на опытном заводе НЖКШ и в условиях рядозой эксплуа тации ПО "Якутуголь", и ПО "Кеыеровоуголь".

Расчетные исследования напряженно-,реформированного и теплового состоянии шин. Необходимость ускорения совершенствования СИП',с целью повышения их технического уровня, обусловило актуальность разработки модельных шин. Выбор параметров модельных шин оп ределялся совокупностью требований:

а) разработка модельных шин осудествлялась на основе общепринятых критериев подобия и уточненных принципов применительно к

крупно.; в ассортименте СКГЬ шине 40.00-57;

б) модели изготавливались на существующем вулканизационном и сборочном оборудовании при минимуме трудовых и временных затрат на его модернизацию;

в) ислытывались модели на стандартном ободе и имеющемся испытатель.:ом оборудовании;

г) масштаб моделирования выбирался с учетом вышеперечисленных требований (а, б, в), стоимости моделей и их чувствительности к изменению различных технологических и конструктивных факторов.

Уточнены принципы физического моделирования СШ1, основными из которых являются: коэффициенты грузоподъемности, запас прочности каркаса модельных и натурных шин равны, что обусловливает выбор размеров модельных шин и рабочих нагрузок; отношение объемов резины и корда в модельных и натурных шинах равны; условная вытяжка нитей корда, вытяжка слоев при наложении на сборочный барабан и от сборочного барабана до вулканизованной пресс-формы равны;тепловое отслоение, характерное для СКИ в эксплуатации, должно быть получено при стендовых испытаниях модельных шин.

Вычислительный эксперимент, проведенный с целью сравнения н.д.с. и теплового состояния натурных и модельных шин, подтвердил правильность выбора конструктивных параметров модельных шин. Отличия максимальных величин усилий в нитях корда не превышает 14,6 %, касательных напряжений в каркасе - 12,5 %, напряжений в резине подканавки 9,2 деформаций в шине - 10 %. Полученные распределения контактных давлений в пятне контакта и температурные поля натурной и модельных шин идентичны. На рис. 1,2 показаны экспериментальные и расчетные нагрузочные характеристики и распределение установившейся температуры по ширине протектора. Подобие натурных и модельных шин предопределило аналогии видов их разрушения при испытаниях на стенде и в эксплуатации.

При расчете конструктивных вариантов шин 40.00-57 2 слоя 3-х слойной оболочки моделируют каркас, а 3-й слой подканавку. Такое разделение слоев обусловлено конструктивными особенностями исследуемых вариантов. А - эталон, Б - увеличено соотношение подкана-

вочного слоя к общей толщине протектора

- е -

щ (X

3 <

и 3

о а. в

С о а.

с

<и

ш

X (-

<и о

3 о

о л

I ю

ь

о

н

У ?

° У1

• о/

у

/

/

1 2 3 4 5 й/В2*ЮО КОЭФФИЦИЕНТ ГРУЗОПОДЪЕМНОСТИ

Рис. I. Нагрузочные характеристики: модельной шины 18.00-25 (расчет); д- натурной шины 40.00-57 (расче модельной шины 9.00-20; с- модельной тины 18.00-25 о- натурной шины 40.00-57.

Рис. 2. Характер распределения установившейся температуры по профит протектора: а) натурная шина 40.0 б) модельная шина 18.00-25 <2,2 ), 9.00-20 (3), I, 2, 3 эксперимент, I , 21 - расчет.

В - уменьшена высота рисунка протектора ( Ь ) на 30 %, за счет уменьшения диаметра шины; Г - то же, что и В, но без уменьшения диаметра шины; Д - увеличена слойность каркаса (п ) до 52 слоев за счет введения узких слоев. Расчет н.д.с. и теплового состояния выбранных вариантов шин показал их положительные и отрицательные качества по сравнению с эталоном. Усилил в нитях корда по короне вариантов В, Г уменьшаются на 14 по стенке варианта Г - на 4 %\ окружные касательные напряжения в каркасе вариантов В, Г, Д возрастают на (3-16) %, а меридиональные уменьшаются на (1-17) %, за исключением варианта Б. На рис. 3 на примере вариантов А, В показаны распределения усилий в корде и касательных напряжений в каркасе при нагрузке ( 9-) 580 кН за один оборот колеса. Знание формы и величины импульса усилий в корде, окружных, меридиональных, сдвиговых напряжений и деформаций в деталях шины позволяет реализовать их в лабораторных условиях и получить исходные данные для оценки теплового состояния шин.

На рис. 4 показано улучшение распределения контактных давлений варианта Д, как по абсолютной величине локальных зон,так

Рис. 4. Распределение контактных давлений в шинах 40.00-57

Г-1

- 10 -

Р. Н

—и— -180 '-110' -60° 2' 60* 120" 180'

—»— ■ /! - // У/ - 2

— \-100 \\

6)

-300

окружная раььертка

Рис. 3. Распределение усилий в корде (а), окружного (б) и меридионального !в) касательных напряжений в шинах 40.00-57 вариантов А (I, 2) и В (I1 , 2').

На примере температурных полей вариантов А, В в разогретой шине при давлении воздуха в шинах 0,76 МПа мохно судить об улучшении теплового состоянии шины варианта В (рис. 5).

Расчеты показывают, что сила сопротивления качению всех вариантов понизилась на (3+22) %, максимальная температура на (1+8) %, а показатель эксплуатационной производительности (ТКВ'О увеличился на (1+15) %.

Изменения конструкции элементов шины, свойств конструкционных материалов, технологии изготовления приводят к изменением технических свойств шины. При качении под нагрузкой соответственно изменяется интенсивность и распределение источников тепла. Такие изменения проявляются различием скорости роста температуры (гЛ/лХ) при сравнительных испытаниях шин. Следовательно результаты тепло-физических измерений ьХ/ьХ могут служить основой для сравнительной оценки целесообразности конструктивных решений и выбора оптимального решения.

При сравнительных испытаниях шин следует измерять и сравнивать максимальные значения установившейся температуры шин. Во-

89

Рис. 5. Расчетные температурные поля шин 40.00-57 при обкатке на барабане

Экспериментальные исследования

первых, установившаяся температура шины является ее рабочей те: пературой и характеризует интенсивность теплового старения шин: резин. Во-вторых, уровень установившейся температуры, вследстви; накопления тепла в резине элементов шины, характеризует геомет] конструктивных элементов, свойства материалов. Понижение значе) максимальной установившейся температуры шин будет способствовав уменьшении теплового старения и числа тепловых отслоений, а, а довательно, увеличение ходимости шин.

Поэтому критериями по оценке теплового состояния сравниваемых шин приняты:

- выбор минимального значения скорости роста температуры из максимальных значений лЬ/дЪ сравниваемых шин;

- выбор наиболее равномерного распределения значения л±.у по ширине беговой дорожки сравниваемых шин;

- выбор минимального значения установившейся температуры в наиболее термонапряженных зонах сравниваемых шин;

- выбор наиболее равномерного распределения установившей температуры сравниваемых шин по ширине протектора.

Исследование конструктивных факторов Подканавочный слой протектора

В практике проектирования СКГШ принято разделять протекто] по составу смесей на две части. В беговой части протектора, кот( рая непосредственно контактирует с поверхностью дороги, примеач» смеси , стойкие к порезам и износу. В подканавочной части проте! тора применяют смеси с низким теплообразованием и высокой теплостойкостью. Статические характеристики шин при увеличении ЬПоак./ не изменились, что связано с незначительным отличием модулей кес кости резин подканавочного к бегового слоя.

Результату тепловых замеров показали уменьшение скорости роста температуры и установившейся температуры (рис. 6), Получено корреляционное уравнение зависимости максимальной температуры '1 ) от Ипозк./ЬП(1. и отношения варьируемой нагрузки ( & ) к номинальной С Зн): 1 29,3)5 - 24,038 + 94,5 0/&н (I1

Ходимость опытных партий СКГШ Ю.00-57 с увеличенным объемом подканавочного слоя из резины с низким теплообразование!.: увеличилась на 19 %, а число тепловых отслоений уменьшилось втрое.

Комплексный анализ результатов исследований однозначно свидетельствует о снижении уровня максимальных температур в шине при увеличении толщины подканавочного слоя во всем диапазоне варьируемых нагрузок.

Вместе с тем, поскольку резина подканавочного слоя имеет меньшую износостойкость, чем резина беговой части, увеличение \\mbjh,

снижает ресурс шин по износу. Однако, положительный характер влияния снижения температуры в шине на износостойкость протекторных резин позволит частично компенсировать величину уменьшения ресурса по износу.

Таким образом, для экстремальных условий эксплуатации

СКГЫ целесообразно принять 30+38 % по центру протектора и 33+40 % по углу.

Высота рисунка протектора.

При исследовании влияния размеров протектора на тепловое состояние шин в качестве эталона использовались шины с глубоким протектором типа Е-4 (вариант А). Шины с протектором уменьшенной высоты рисунка типа 2-3 исследовались двух типов. Уины варианта 3 имеют протектор типа Е-3, высоту профиля каркаса такую же как у эталона и меньший наружный диаметр.

О 5 10 15 20 25 30 (коЗи/М^ относительная толщина подкамавкм Рис. 6. Зависимость максимальной температуры шины от

отношения толщины подканавочного слоя к общей толщине

протектора по центру: I - 6- = 60 кН; 2 - 6- = 70 кН; 3 - э- = 80 кН

455 460 465 470 475 480 485 Н;мм высота профиля каркаса

Рис. 7. Распределение изотерм в полз И1 -г h для модельных шин

Шины варианта Г также имеют' протектор уменьшенной высоты типа Е-3, однако высота профиля каркаса у них больше, чем у шин вариантов А, В. Наружный диаметр шин варианта Г такой же как и у эталона (вариант А).

По результатам тепловых замеров испытанных модельных шин получены линейные уравнения регрессии для температуры точек по ширине протектора С -Ь, — центр беговой дорожки, ±2 - 1/4 беговой дорожки и ^ — угол беговой дорожки).

Зная нагрузочный режим эксплуатации шин и используя полученные уравнения можно, с достаточной для инженерных расчетов точность», получить температуру шин в любой точке протектора или вычислить толщину протектора, задавая температуру шины.

Результаты исследований модельных и натурных вариантов В, Г шин показали, что Ь уменьшается на (7-15) %, ТКВЧ увеличивается на (20-30) %. Равномерное уменьшение Ц приводит к неравномерному уменьшению установившейся температуры, к резкому падению по центру и меньше по углу протектора. У шин с одинаковой И увеличение высоты профиля каркаса С Н') приводит к уменьшению t на 5 % (рис. 7), а с увеличением начального давления воздуха ( Рн ) -до 12 %.

Понижение при уменьшении Ь , наряду с измененеием н.д.с. обусловлено лучшими условиями теплоотвода.

Выбор конструкции шины с рисунком протектора типа Е-3 следует осуществлять с учетом конкретных условий эксплуатации и существующих технологий и оборудования на шинных заводах. Шины варианта В имеют меньшую материалоемкость, чем эталон, и особо эф-

НЬ, = -1«, 63 +135,71 Ь/Ьн* 82,0 0./&Ц ~ 71,236 + 92 ,651 Ь/Ьн +103,0 &/0-Н - "59,836 +45,42.5 Ь/Ьн +132,0 &/а,

и

н

(2)

(3)

(4)

фективны при сырьевом кризисе. Эти шиш имеют унифицированный кчркас с эталоном, однако требуют изготовления новой дорогост це? пресс-формы. Шины варианта Г, имеющие большую по сравнени шинами варианта В высоту профиля каркаса, обладают повышенным ресурсом, из-за большего объема резины протектора, работающег износ. Для шин с протектором типа Е-3 и имеющих увеличенную в соту профиля каркаса не требуется изготовления новой пресс-фо

Слойность, нагрузка и начальное давление воздуха в шине

Важнейшей особенностью СКПП является необходимость одно временного снижения температуры и повышения грузоподъемности Исследования, проведенные на модельных и натурных шинах, пока что при повышенных Q- увеличение п при р„ = const увеличи

п

t шин и их жесткость. С одновременным увеличением Рн и п уменьшается, что связано с улучшением н.д.с. Получено линейно уравнение: 1=42,471 +15,98 п/пн -12,<4 Р/рн tG7,0 &/&н

Стендовые и эксплуатационные испытания шин 40.00-57 под твердили результаты расчетов и испытаний модельных шин. Сред пробег опытной партии шин 40.00-57 с увеличенной слойностью л сплед на 30 %.

Следовательно, при эксплуатации шин с повышенной нагруг кой, с целью улучшения теплового и напряженно-деформированног стояния, необходимо одновременно повысить начальное внутренне давление воздуха и увеличить число слоев корда в каркасе.

Исследование эксплуатационных факторов.

Исследование теплового состояния СКГШ в реальных горногеологических и климатических условиях позволяют наиболее то^ выбрать начальное внутреннее давление воздуха в шинах, оценит влияние на тепловое состояние шин таких эксплуатационных факт как нагрузка, скорость и температура среды.

В условиях ПО "Кемеровоуголь" и ПО "Якутуголь" по критериям теплового состояния определялись величины Рн в шинах 40.00-57 на передних и задних позициях самосвала. Получено корреляционное уравнение зависимости t от Рн , средней нагрузки среднеэксплуатационной скорости (Ve.?. ) и температуры среды ( te.):

t = 54Í,4 - ?А±с~ ИЪЛРН - 25,8 Ус.э. <-0,0190*,- 0,018 &cp/tc. - 2,52 &Ср; Рн * 0,127 Ocp.-VCA "0,at| + + 1,47"tc• Рн * 0,53tcvc3 +ii63PHVc.3. + 0,9VC3 (6)

Упрощенное, при средней нагрузке на передние колеса 0-п = 51,5т и на задние колеса &3 = 38,6 т ; Чс.э.~1Ь*м/ч и tc =0 "с уравнение (6) имеет ввд для шин переднего (п ) и заднего (з ) мостов:

t„ = +93 -1337, б Рн 1-HG3 Р*

Ьъ = 443,5 -Í305 Рц * 1163 Рн (8)

На рис. 7 показаны графики, построенные по уравнениям 7, 8. Исходя нз рис, 7 и равномерности распределения t по ширине протектора, установлены оптимальные Рн для передних позиций -(0,58 + 0,6) ЫПа, задних (0,53 + 0,56) МПа.

t, *с

? на

>»

!« (X U5

сг

X иг

К

<к < 10 9

■а •< в»

а s 85

о

а а?

\

1

■ -__

2 А-

г —о——"

0,475 0,5 0,525 0,55 0,575 РН)МПа НАЧлиьмое ¿деление воадухд Рис. 7. Зависимость максимальной температуры шин 40.00-57

от начального давления воздуха в шине: 1,2- шины передней и задней оси самосвалов

Совершенствование технологии изготовления СКГО Работоспособность покрышек в значительной степени опрел ляется их однородностью, которая, в основном, определяется ра мерным распределением нитей корда, количеством воздуха, кото после сборки остается между деталями покрышки, что особенно о сится к сэерхкрупногабаритным шинам, имеющих большое количест деталей.

Фактор нестабильности качества СКГШ носит случайный характер и нивелирует влияние конструктивных и эксплуатационных торов. Изучение процесса формирования борта позволило рекомен; вать способ, исключающий воздушные включения в шине. Исследовг деформационных свойств слоев корда показали, что вытяжка слое корда зависит от ширины слоев, угла закроя и типа корда. Рекоь дованный механизм позволяет стабилизировать вытяжку и однорода шины. Исследования деформаций гермослоя при изготовлении позвс совершенствовать этот процесс и исключить воздушные включения ду гермослоем и первым слоем каркаса СКИ.

Рекомендации по проектированию СКГШ Анализ экспериментальных данных позволил получить эмпири ческую зависимость по определению показателя ТКВЧ натурной шин (ТКВЧ^ через ТКВЧ модельной шины при обкатке на стенде:

ТКВЧН - ТКВЧм х Ди *к где: Лм - коэффициент моделирования; к - эмпирический коэф фициент, учитывающий конструктивные различия модельных и натур шин. Учитывая подобие модельных и натурных шин и систему ввода экспериментальных данных в относительных единицах, уравнения I б позволяют, с достаточной для конструкторских расчетов точнбст! оперативно прогнозировать тепловое состояние СКШ.

Результаты исследований позволили обосновать необходимость создания СКГШ для конкретных условий эксплуатации, определить основные направления совершенствования СКГШ и пути их реализации :

- для жаркого климата и длинных расстояний перевозок (порядка 10 к-) рекомендуется увеличить до 30+40 % соотношение под-канавочного слоя и общей толщины протектора или уменьшить высоту рисунка протектора на 30+33 %;

- для повышенных на 15 % нагрузок рекомендуется использовать специальную конструкцию каркаса с применением 6+8 дополнительных висячих слоев корда с одновременным увеличением внутреннего давления воздуха на 8 %•,

- яд; эксплуатации на дорогах с высокообразивным покрытием на коротких плечах перевозок и номинальных радиальных нагрузка* рекомендуется протектор углубленного типа при соотношении подка-назочнсго слол и общей толтцины протектора на уровне 10+1?. %.

3 особо экстремальных или специфических: условиях эксплуатации возможно сочетание предложенных рекомендаций.

ОСНОВНЫЕ ВоШОД^ ¡10 РАБОТЕ

1. Исследовано влияние основных конструктивно-технологических и эксплуатационных факторов на тепловое состояние и работоспособность СКШ.

2. Расчетным и экспериментальным путем установлено, что повышение работоспособности СКШ1 в конкретных условиях эксплуатации обеспечивается комплексным применением новых конструктивных, технологических решений и оптимизацией эксплуатационных режимов, улучшающих тепловое состояние шин.

3. Уточнены принципы физического масштабного моделирования применительно к СКШ. Разработаны конструкции модельных п» Расчетным и экспериментальным путем подтверждены подобие напряженно-деформированного и теплового состояния модельных и натурнь шин, а также аналогия видое кх разрушения при испытаниях на стен де и в эксплуатации.

4. Разработана гибкая технология изготовления модельных

и натурных образцоз СКГЛ различных конструктивных параметров, чт обеспечивает расширение диапазона исследуемых параметров и много вариантность исследований.

5. Расчетным и экспериментальным путем установлены закономерности изменения термонапряженного состояния модельных и натурных шин,б зависимости от размеров подканавочного слоя протектора высоты рисунка протектора при различном наружном диаметре шины и диаметре по первому слою каркаса; слойности каркаса и внутреннее давления воздуха в шине.

6. В условиях рядовой эксплуатации проведены исследования влияния радиальной нагрузки, скорости движения автосамосвала, тем пературы окружающей среды, внутреннего давления воздуха на тепловое состояние СИГИ. Определены критерии выбора начального внутреннего давления воздуха, с учетом теплового состояния шин, в кон кретных условиях эксплуатации.

Путем исследования влияния технологии заготовительно-сборочных процессов на качество СКП11, установлены основные причины возникновения дефектов, приводящих к тепловым отслоениям протектора. Разработаны и внедрены технические решения по совершенен вованию механизма обработки борта, устаноэления стабильной вытлжю и изготовления герметизирующего слоя.

0. Разработан общий алгоритм прогноза теплового состояния и показателя эксплуатационной производительности CKTL при применении новых технических решений, отличающихся тем, что позволяет учитывать технологические особенности изготовления СКГШ.

Получены корреляционные уравнения для прогнозирования теплового состояния и показателя ТКВЧ CKTL1 Ю.00-57 на стенде испытаниям модельных шин.

Суммарный годовой экономический эффект от разработок автора составляет I миллион 918,8 тысяч рублей.

Основное содержание диссертации изложено в следующих работах:

1. Смелянский В.М., Таталин Б.Ф., Глебик Н.М. Механизм обработки борта покрышек большегрузных шин. A.c. Jf I3Ü5051.

2. Таталин Б.Ф., Глебик Н.М., Пилипекко А.Г., Смелянский В.М. Способ изготовления герметизирующего слоя бескамерных шин. A.c. У 1397301

3. Смелянский В.М., Смирнов А.Г. Способ изготовления герметизируюдего слоя бескамерных шин. A.c. 9 I59397I.

4. Таталин Б.Ф., Глебик Н.М., Смелянский В.М. Агрегат для сборки покрышек бескамерных шин. A.c. 1578026.

5. Смелянский В.М., Семан Б.Д., Глебик Н.М. Исследование конструктивных параметров слоев корда на вытяжку и усилия, возникающие в них при наложении на сборочный барабан. Тезисы конференции молодых ученых "Элаетомер-87", г. Днепропетровск, 1987.

6. Лилипенко А.Г., Смелянский В.М., Таталин Г.Ф., Глебик Н.М. Оборудование для изготовления герметизирующего слоя бескамерных шин. Каучук и резина. № 12, 1989, с. 17-19.

7. Смирнов А.Г., Смелянский В.М., Макренко Л.Ф., Полонов A.M., Утленко Е.В., Столяр И.А.,"Применение метода масшта< ного моделирования при совершенствовании сверхкрупногабаритны: шин*. БУ ВИНИТИ "Дел. научные работы", 1989, № 12 (218), п.37*

8. Смелянский В.М., Смирнов А.Г., Никитина Л.Б.,Дзюра Е Оценка эксплуатационной производительности карьерных шин при i пытаниях их уменьшенных моделей. БУ ВИНИТИ, Деп. научные рабо' 1990, ?? I (219), п. 222.

9. Смирнов А.Г., Смелянский В.М., Никитина Л.Б., Макренко Л.Ф., Полонов A.M., Дзюра Е.А. Результаты исследования вли. конструкции протектора на тепловое состояние карьерных шин. ] ВИНИТИ "Деп. научные работы", 1990, X I (219), п. 217.

10. Поминова О.Н., Смелянский В.М., Шаткая А.Д., Никит на Л.Б. Исследование влияния конструкции протектора на теплое зование сверхкрупногабаритных шин. Сб. научных трудов "Соверии во ванне качества и технологии производства сверхкрупногабарит] и сельскохозяйственных шин", вып. 4, М., ЦНИИГЭНе^техим, 19:.Ю с. 38-44.

11. Смирнов А.Г., Смелянский В.М., Никитина Л.Б. 0птими< зация начального давления воздуха в сверхкрупногабаритных шин: для конкретных условий эксплуатации. Тезисы докладов Второго ! союзного симпозиума, М., 1990, с. 55-59.

12. Смирнов А.Г., Смелянский В.М., Полонов A.M., Макрен ко Л.Ф., Никитина Л.В., Столяр И.А. Некоторые вопросы масштаб моделирования сверхкрупногабаритных шин. БУ ВИНИТИ "Деп. науч работы", 1990, »5 (223), п. 263.

13. Смирнов А.Г;, Полонов A.M., Смелянский В.М. Гибкая технология оптимизации конструкции шин. Производство и использование эластомеров, 1990, Я 6, с. 21-22..

14. Смирнов А.Г., Смелянский В.М., Полонов А.Л. Методы изготовления опытных образцов крупногабаритных и сверхкрупногабаритных шин, имеющих различные параметры протекторов. ЕУ ЗЖЛТ'Л, "Дел. научные работы", 1920, f 5 (223), п. 266.

15. Смелянский В.М., Полонов A.M. Применение метода масштабного моделирования при совершенствовании сверхкрупногаба-

ш

ритных шин. Сб. научных трудов "Совершенствование качества и технологии производства сверхкрупногабаритных и сельскохозяйственных шин", вып. 4, Ш., ЩМИТЭНейтехим, 1990, с. 24-30.

16. Смелянский В.М., Способ обработки борта многослойных покрышек. Каучук и резина, У 8, 1990, с. 33-34.

17. Смирнов А.Г., Смелянский В.М. Способ изготовление герметизирующего слоя бескамерных шин. Пол. реаение If ,7 кЗ.;Ш/2о--05 от 11.04.90 г.

18. Смирнов А.Г., Полонов A.M., Смелянский В.М., Ядрова Т.Д. Исследование влияния параметров рисунка протектора крупногабаритных внедорожных шин на их тепловое состояние. ЕУ В/НИТИ *V,en. научные работы", 1990, !» I (219), п. 217.

19. Смелянский В.М., Смирнов А.Г. Дути повышения качества бескамерных шин. Производство и использование эластомеров, ** О, 1990, с. 18-22.

20. Смирнов А.Г., Смелянски? D.M., Никитина Л.Б., Кувна-ренко О.М., Макренко Л.Ф.«Ходимость сверхкрупногабчритних шин. Автомобильный транспорт, I, Г.? Л, с. 5':.

ZI. Ядрова Т.Д., Смелянский В.М., Макренко Л.Ф., Смирнов А.Г. Влияние конструкции протектора шин 40.00-57 на тепловс состояние и эксплуатационную производительность. Тезисы научнс технической конференции ДХГй, г. Днепропетровск, 1991, с. 6-7.

22. Смирнов А.Г., Макренко Л.Ф., Никитина Л.Б., Прокопенко В.А., Смелянский В.М. Исследование влияния конструктивных параметров на тепловое состояние и работоспособность СКГШ. Прои водство и использование эластомеров, № 7, 1991, с. 16-19.

23. Смелянский В.И., Смирнов А.Г., Никитина Л.Б.,Дзюра В. Способ оценки эксплуатационной производительности карьерных шин Каучук и резина, № 5, 1991, с. 12.

24. Смирнов А.Г.', Смелянский В.Ы., Ыакренко Л.С. Тепловое состояние и работоспдсЬбность сверхкрупногабаритных шин. Тезисм докладов Второго Всесоюзного симпозиума. II., 1991.

/

Формат ^.0x84 T/te. Объем т пл. Тираж тто экз.

ъ

Введение.

Глава I. Ооьрезиенн! м уровень исследован и1" теплового

СОСТОЛНИ.а пин ,.

1.1. JierKOßue и грузовые шины.

1.2. Крупногабаритные и сверхкрупиогабаритные шины

1.3. ьли^нле конструктивных Факторов на тепловое состояние шин .*

I.-i. Влияние эксплуатационных факторов на тепловое состояние шин .»

1.5. Состояние вопроса в области физического моделирования шин

1.6. Технология изготовления и работоспособность шин.

1.7. Выводы и задачи исследований.,

Глава 2. Расчетже исследования напряженно-деформированного и теплового состоянии шин

2.1. Ььзбор конструктивных параметров модельных шин и подтверждение их подобия натурным

Расчет напряженно-деформированного и теплового состояния различных конструктивных вариантов шин

Глава 3. методика экспериментальных исследований

3,1. Подготовка модельных и натурных шин o.I.I. Изготовление шин дал исследования влияния размеров подканасочного слоя на тепловое состояние

3.X.ii. Изготовление шин для исследования влияния размеров протектора на тепловое состояние.66 3.1.3. Изготовление шин для исследования влияния сложности каркаса

3.2. ¿»иди испытаний и испытательное оборудование

3.3. Методики и режимы испытаний.

3.4. Точность измерении.

Глава 4. 'Доследование влиянии конструктивных факторов на тепловое состояние СШЯ.

4.1. Критерии оценки теплового состояния шин

4.2. Исследование и выбор соотношения калибров бегового и подканавочного слоев протектора

4.2.1. Испытания модельных шин

4.2.2. Стендовые испытания натурных шин 40*00-57.

4.2.3. Эксплуатационные испытания натурных шин

40. 0О-о7.

4.2.4. Выводы

4.3. Исследование влияния размеров протектора на тепловое состояние СКШ

4.3.1. Стендовые испытания модельных шин . 91 4.о.2. Стендовые испытания натурных СКШ . . . .102 4.О.З. Эксплуатационные испытания натурных СКШ. 105 ■¿.3.4. Зыводы .*

4.4. исследование влияния числа слоев корда в каркасе на тепловое состояние СКШ

4.4.1. Стендовые испытания модельных шин

4.4.2. Стендовые испытания натурных шин 40,00-57.

4.4.3. Эксплуатационные испытания опытных партий натурных шин 40.00-5?.*

4.4.4. Выводы.

Глава 5. Исследования теплового состояния СКШ в эксплуатации.

5.1. Выбор начального внутреннего давления воздуха з СКШ Определение предельной величины* давления воздуха d горючеЛ шине ¿С. ÜU-57.

Ь.о. Зависимость теплового состояние шины 40.00от других эксплуатационных факторов.

5.4. Выводы.,.

Глаи^ 6. Совершенствование технологии изготовления сверхкрупногабаритных шин b.I. Совершенствование способа и механизма формировании борта.

6.2. Совершенствование способов и оборудования для изготовления герметизирующего слоя

6.3. Исследование и совершенствование процесса наложения слоев корда на сборочный барабан и.4. Выводы.«.

Глава 7. Практическое применение и эффективность результатов работы

7.1. Рекомендации по проектированию СКГЖ

7.1.1. Onetwa показателя эксплуатационном производительности CXTüi *.

7.1.2. Прогнозирование максимальной температуры

7.1.3. Оценка работоспособности СКПк в эксплуатации

7'.,2. Внедрение рекомендации в практику создания СКГш.

7.3. Расширение области применения модельных шин,

7.4. Экономическая эффективность результатов работы

Повышение качества и конкурентноспособности сверхкрупногабаритных шин (СКП11) является основной задачей шинной промышленности как на данном этапе ее развития, так и на период до 2000 года /I/.

Актуальность этой проблемы диктуется стремительным развитием отраслей-потребителей шин и динамикой научно-технического прогресса автомобилестроения в направлении увеличения нагрузочных и скоростных характеристик самосвалов грузоподъемностью 75*180 тонн, интенсификацией добычи полезных ископаемых высокоэффективным открытым способом и расширением географии использования СКГШ в различных климатических районах страны.

Как известно, работоспособность шин в значительной степени зависит от их теплового состояния. Высокая эксплуатационная температура шин ухудшает механические свойства шинных материалов и снижает их долговечность. Средний по стране уровень ходимости СКГШ заметно снижается из-за шин, вышедших из строя в результате тепловых разрушений на пробеге до 10-15 тыс. км. Для понижения эксплуатационной температуры, а, следовательно, и увеличения срока службы СКГШ с учетом их повышенной чувствительности к различным условиям эксплуатации, качеству изготовления и другим факторам, необходимо проведение комплексных исследований теплового состояния этих шин. Таких исследований до настоящего времени проведено еще недостаточно. Они носят частный, локальный характер и не дают возможности установить закономерности, позволяющие обеспечить на этапе проектирования требуемую работоспособность СКГШ.

Проведение вышеперечисленных исследований в кратчайшие сроки при минимуме затрат является труднореализуемой задачей.

Сложности, возникающие при организации и проведении исследований на СШЛЛ, обладающих значительными габаритами, недостаточное количество испытательного оборудования, длительность и высокая стоимость эксплуатационных испытаний предопределяют необходимость создания новых нестандартных способов исследований.

Начальная стоимость комплекта СКГШ составляет 20*25 % от стоимости автосамосвала /2/. Транспортные расходы при добыче горной массы зависят от ходимости шин и в общей сумме затрат достигают более 60 % /3/. Поэтому повышение работоспособности СКГШ за счет снижения теплообразования является актуальной народнохозяйственной задачей.

Целью настоящей работы является разработка технических решений в области конструкции, технологии и режимов эксплуатации, приводящих к улучшению теплового состояния СКШ, а на этой основе и к повышению их ходимости.

I. СОВРШЕННШ УРОВЕНЬ ИССЩОВАНИЙ ТЕПЛОВОГО

СОСТОЯНИЯ шин

Задачи совершенствования существующих конструкций и доведения качественных показателей диагональных СКГШ до уровня современных требований, создание новых моделей шин приобретает в последнее время особую актуальность в связи с эксплуатацией их в экстремальных условиях (рост нагрузочно-скоростных характеристик автосамосвалов, плеч перевозок, эксплуатация шин в районах с жарким климатом) /4/.

Проектирование СКШ и освоение их производства, нового для отечественной шинной промышленности, в начале 80-х годов осуществлялось с применением традиционных методов и опыта конструирования шин меньших размеров. Практика показала, что при качестве использующихся основных видов сырья и материалов, имеющейся технологии заготовительно-сборочных процессов применение в конструкции СКШ известных технических решений не обеспечивает однородность конструкции и требуемую работоспособность шин. Установлено, что превдевременное .разрушение СКГШ диагональной конструкции начинается в наиболее термонапряженной плечевой зоне по границе протектор-брекер. В этой зоне материал подпротекторной части подвергается воздействию максимальных температур (1104-140) °С, что приводит к расширению воздушных включений и интенсивной термомеханической деструкции резины. После проявления дефектов (порезов, трещин в протекторе и других) температура шины поднимается выше критической (130*140) °С, в результате чего происходит тепловое отслоение протектора, оставшаяся высота рисунка которого может превышать 50*60 % от начальной.

Повышение долговечности шин за счет снижения эксплуатационной температуры производят различными способами, а именно: выбором оптимальных конструктивных решений с учетом конкретных условий эксплуатации, выбором параметров эксплуатационных режимов, обеспечиващих допустимое тепловое состояние и работоспособность шин, совершенствованием технологии изготовления с целью повышения однородности СКГШ.

1.Х. Легковые и грузовые шины

Зависимость срока службы легковых и грузовых шин от их теплового состояния давно изучается советскими /5*15/ и зарубежными /16*33/ учеными. Важность этой проблемы отражена в монографиях Бухина Б.Л. /5/ и Кнороза 3Л. /б/.

В обзоре методов теплового расчета шин Бухин Б.Л. /5/ указывает на то, что стационарная температура шин является критерием их прочности. Шинные резины сохраняют свою усталостную прочность лишь до температуры 110*120 °С. Если температура, устанавливающаяся в наиболее нагретом элементе шины, ниже этого предела, то такая работы шины возможна, а долговечность определяется уровнем напряжений в шине. С увеличением размера шины установившаяся температура возрастает из-за худшего отвода тепла и предельный уровень ее достигается раньше теплового равновесия. В этом случае уровень напряжений самостоятельного значения не имеет,

Кнороз В.И. /6/, рассматривая механизм теплообразования в шинах, определяет одну из основных задач конструкторов шин -снижение максимальной рабочей температуры в заданных условиях эксплуатации, поскольку от ее уровня зависит срок службы шин. При высоких эксплуатационных температурах наиболее часто возможны тепловые отслоения протектора шин.

В работах М.К.лромова /7, 8/ показано, что работоспособность элементов легковых и грузовых шин определяется их температурой, характеризующей напряженность этих элементов.

Систематические экспериментальные исследования теплового состояния легковых и грузовых шин в различных условиях эксплуатации проведены Гуслицероы Р.Л. и Глускиной Л.С. /9-11/. Разработанные авторами номограммы используются для выбора оптимальных режимов работы шин в эксплуатации. Авторами исследовано тепловое состояние шин при изменении эксплуатационных факторов (скорости, внутреннего давления, нагрузки, температуры окружающего воздуха) и конструктивных параметров (площади поверхности и рисунка протектора) .

Шершнев A.A. /12/, Гальченко И.И. /13/, Габашвили A.A. /14/, Качугин В.Е, /15/ также исследовали тепловое состояние легковых и грузовых шин в зависимости от режимов эксплуатации и некоторых конструктивных параметров. Они подтвердили зависимость срока службы шин от их температуры и показали, что с увеличением скорости качения, нагрузки и при уменьшении внутреннего давления температура шин растет.

Однако, результаты исследований /9*15/ получены применительно к ассортименту легковых и грузовых шин и ими нельзя напрямую воспользоваться при проектировании СКГШ, работающих в карьерах с резко отличающимися условиями эксплуатации.

Экспериментальные и теоретические исследования теплового состояния пневматических шин проведены также зарубежными учеными

Prevorsek D.C./te-м?/, Grosch К./20/, Clark I.D./21/, Schuring- SXT./2-1.22./, Savisson G.A./24/, Zeranski P./25*/.

PrevorseK "D. С - провел исследования по изучению влияния типа корда на тепловое состояние грузовых шин. Он показал /16/, что вклад каркаса в общее тепловыделение может составить 404-50 %. 3 работе /17/ РгеУогБек В.С. определяет факторы, вызывающие различия между локализацией, интенсивностью и формой пика механических потерь нитей корда из найлона 6 и найлона 66*

В работах /16+19/ Prevoгsek В. С. утверждает, что температура грузовых шин может достигать (1304-150) °С, точка перегрева находится в угловой зоне, где стенка покрышки самая толстая и сильнее противостоит отводу тепла. Поэтому разрушение диагональной грузовой шины в экстремальных условиях эксплуатации начинается в резине плечевой зоны.

Автором отмечается /18/, что распределение температуры по толщине шины подчиняется параболическому закону. Оценка влияния материала на тепловое состояние шины проводится на шинах одинаковой конструкции сравнением их максимальных температур.

В работе /19/ Рг^огэеК В.С. для выявления причин расслоения диагональных грузовых шин в плечевой зоне испытывал их на стенде вплоть до разрушения с непрерывным замером температуры. Испытания на ускоренное утомление проводились путем чередования ступеней скорости и нагрузки. Полученные результаты показали, что образование трещин начинается в резине плечевой зоны, а скорость роста трещин в значительной степени зависит от температуры шины.

СгозсК К. /20/ также определил, что циклические напряжения приводят к разрастанию трещин в зоне концентратора напряжений или какого-либо другого дефекта шины» Рост трещин сопровождается ростом температуры, что еще больше разрушает шину. Исследуя влияние условий эксплуатации на тепловое состояние шин, автор определил, что с увеличением нагрузки, скорости или с уменьшением внутреннего давления воздуха температура шины растет.

Аналогичному классу задач посвящены работы Clark и Schuring- В.Т. /21, 22/. Изучая тепловое состояние шин, основное внимание авторы уделяют определению потерь на качение. Они /21/ исследовали влияние нагрузки, скорости и внутреннего давления на распределение потерь на качение шин I85/75PI4 и состояние каждого элемента конструкции при изменении нагрузки, скорости и внутреннего давления. Так, к изменению внутреннего давления наиболее чувствительна боковая стенка, к изменению скорости -беговая часть протектора. В работе /22/ Schunng1 Т). Т. дает зависимости для определения потерь на качение через интенсивность теплообразования и объем материала в шине* thvisson G.A./23/ и ZeransKi Р. /24/ для ряда шин легкового и грузового ассортимента определяют предельно допустимые температуры. Установлено, что температура 120 °С является предельно допустимой ддя диагональных шин.

В результате обработки экспериментальных данных Кайн-радць П. /25, 26/ ддя шин 11.00-20 установил эмпирические соотношения, позволяющие определять вклад в общее теплообразование различных материалов и элементов юнструкции. Им получена хорошая корреляция относительного участия протекторных и обкладочных резин в повышении температуры в плечевой зоне шины. Максимальное расхождение между расчитанными и измеренными значениями температуры составляет не более 4 °С.

В ряде работ /27, 28/ опубликованы результаты измерения температуры в различных шинах в зависимости от режима их нагру-жения на шинообнатных стендах и в эксплуатационных условиях. Несмотря на то, что в этих работах приводятся обширные сведения о наиболее вероятных областях эксплуатационных температур шин, они все же носят описательный характер ir, вследствие этого, не позволягот сделать выводы о возникающих температурных полях даже в шинах, близким по конструкции к исследованным.

3 работах других авторов /29-31/ предлагается рассматривать эксплуатационную температуру шин как один из критериев оценки интенсивности их работы и долговечности. Тан, например, в работе Caddingrton В., Marsh W., Hodges N". /32/ описано большое количество экспериментов, проведенных с целью установления изменения условий эксплуатации на температуру шин и, что самое главное, в ней показана возможность корреляции эксплуатационной температуры с ходимостью шины. Причем методом температурных измерений оценивается влияние нагрузочных параметров, состояние дороги, различных рецептур резин и особенностей конструкции на ходимость шин.

Исследования теплового состояния легковых и грузовых шин, проведенные зарубежными учеными, внесли большой вклад в общие вопросы понимания механизма тепловых разрушений и долговечности шин, позволили оценить влияние нагрузки и скорости на изменение температуры шин. Показана возможность и получены для конкретных размеров легковых и грузовых шин эмпирические зависимости максимальной температуры шин от различных внешних, конструкционных и рецептурных факторов. Большое количество исследований теплового состояния различных размеров шин беспорно доказывает необходимость проведения подобных исследований при проектировании или совершенствовании СКШ.

Результаты вышеперечисленных работ, несмотря на их несомненную ценность применительно к шинам легкового и грузового ассортимента, не мо1*ут служить в качестве практического руководства при решении проблемы повышения технического уровня СКГШ, но вместе с тем дают вспомогательную информацию, необходимую для выбора направлений решения этой задачи.

ООЮВШЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

3 диссертационной работе содержатся новые решения научной задачи, заключающиеся в создании прикладных методов разработки конструкций шин и оперативной оценки теплового состояния и показателя эксплуатационной производительности сзерхкрупногаба-риткых шин, позволяющих на стадии проектирования осуществлять комплексную разработку и обоснованный выбор новых технических решений по повышению нагрузочно-сноростных характеристик и работоспособности СКШ в конкретных условиях эксплуатации, что имеет существенное значение для повышения эффективности использования карьерного автотранспорта, приводит к снижению эксплуатационных расходов, связанных с приобретением шин, и уменьшению себестоимости добычи полезных ископаемых.

1. Установлено, что повышение показателя эксплуатационной производительности и работоспособности СКПЯ в конкретных условиях эксплуатации обеспечивается комплексна® применением новых конструктивных, технологических решений и оптимизацией эксплуатационных режимов, улучшающих тепловое состояние шин.

2. Расчетные исследования напряженно-деформированного и теплового состояния СКШ позволили обосновать правильность выбора конструктивных решений в шинах, обеспечивающих понижение их эксплуатационной температуры, а, следовательно, и повышение работоспособности.

3. Уточнены принципы физического масштабного моделирования шин применительно к СКШ. На этой основе разработаны конструкции модельных шин. Расчетным и экспериментальным путем подтверждены подобие напряженно-деформированного и теплового состояния модельных и натурных шин, а также аналогия видов их разрушения при испытаниях на стенде и в эксплуатаци. Применение модельных ¡айн во много раз сокращает затраты и сроки на испытания и конструкторские разработки.

4. Разработана гибкая технология изготовления модельных и натурных образцов СКШ различных конструктивных вариантов, в том числе отличающихся основными размерами рисунка протектора и габаритами шины по пресс-форме. Гибкая технология обеспечивает расширение диапазона исследуемых параметров, многовариантность исследований и при минимуме затрат на изготовление оснастки существенно сокращает сроки внедрения новых разработок.

5. Расчетным и экспериментальным путем установлены закономерности изменения термонапряженного состояния модельных и натурных шин в зависимости от соотношения размеров беговой и подканаззочной части протектора, высоты рисунка протектора при различном наружном диаметре шины и диаметре по первому слою каркаса; в зависимости от сяойности каркаса и внутреннего давления воздуха в шине. На этой основе получены корреляционные уравнения, позволяющие проводить аналитические исследования влияния вышеперечисленных параметров на тепловое состояние шин. Для удобства практического использования при инженерных расчетах аналитические уравнения представлены в виде номограмм.

6. 3 условиях рядовой эксплуатации проведены экспериментальные исследования влияния радиальной нагрузки, скорости движения автосамосвала, температуры окружающей среды, внутреннего давления воздуха на тепловое состояние СКГШ. Обработка экспериментальных данных методами статистического анализа позволила получить корреляционное уравнение, определить критерии выбора начального внутреннего давления воздуха с учетом теплового состояния шин в конкретных условиях эксплуатации.

7* Путем исследования влияния технологии заготовительно-сборочных процессов на качество СКГШ установлены основные причины возникновения дефектов, приводящих к тепловым отслоениям протектора. Разработаны и внедрены технические решения по совершенствованию механизма обработки борта, сборочного агрегата, в части установления стабильной вытяжки, и технологии изготовления герметизирующего слоя, позволяющие повысить однородность СКГШ.

8» Разработан общий алгоритм прогноза теплового состояния и показателя эксплуатационной производительности СКГШ при применении новых технических решений, отличающихся тем, что позволяет учитывать технологические особенности изготовления СКГШ» Получена формула для прогнозирования показателя ТКВЧ СКГШ 40,00-57 на стенде по стендовый испытаниям модельных шин. Ввод в полученные корреляционные уравнения исходных данных в относительных единицах, характеризующих конструктивные особенности и нагрузочные режимы эталонного и исследуемого варианта натурных шин, позволяет прогнозировать максимальную температуру СКШ.

9. Результаты исследований позволили обосновать необходимость создания СКГШ для конкретных условий эксплуатации, определить основные направления совершенствования СКШ и пути их реализации:

- для жаркого климата и длинных расстояний перевозок (порядка 10 км) рекомендуется увеличить до 30*40 % соотношение подканавочного и бегового слое« или уменьшить высоту рисунка протектора на 305-33 %;

- ддя повышенных на 15 % нагрузок рекомендуется использовать специальную конструкцию каркаса с применением 6*8 дополнительных висячих слоев »орда с одновременным увеличением внутреннего давления воздуха на ~ 8 %;

- для эксплуатации на дорогах с высокообразивным покрытием на коротких плечах перевозок и номинальных радиальных нагрузках рекомендуется протектор углубленного типа при соотношении подкапавочного и бегового слоев по центру протектора на уровне 104-12

Б особо экстремальных или специфических условиях эксплуатации возможно сочетание предложенных рекомендаций.

10. Разработанные способы исследования и решения по совершенствованию СШ11 внедрены в практику создания перспективных конкурентноспособных СКШ с улучшенными показателями технического уровня. Результаты исследований применены при создании шины 40.00-57 под максимально допустимую нагрузку 58,5 т. Промышленное производство указанных шин организовано на ПО "Бобруйск-шина" и опытном заводе НШКГШ. Результаты исследований также использованы при разработке шин 33.00-51 ддя условий эксплуатации ПО "Якуталмаз" и Тырныаузского вольфрамо-молибденового комбината.

11. Проведенное изучение возможности расширения области применения модельных шин 18.00-25 дало основание рекомендовать их для использования на погрузочно-доставочных машинах в условиях рудников. Ходимость указанных шин не менее чем в 5 раз превышает ходимость отечественных шин.

Суммарный экономический эффект от разработок автора составляет I миллион 918,8 тысяч рублей, в том числе по шинам

40.00-57 - 864,5 тысячи рублей, от применения модельных шин -450,2 тысячи рублей, а дополнительный экономический эффект от использования модельных шин в рудниках составляет 604,0 тысячи рублей.

1. Основные направления экономического и социального развития СССР на 1.86-1990 г.г. и на период до 2000 года.

2. Козарез Н.Н., Волчков А.Н. "Повышение производительности автомобилей БелАЗ". Промышленный транспорт, № 4, 1974, с.6-9.

3. Прудников В.И., Тряттичкин A.M. "Эксплуатация карьерного автотранспорта", Горный журнал.

4. Нечипоренко A.F., Смирнов А.Г. Ладкина АД. "Состояние, проблемы и перспективы развития крупно- и сверхкрушогаба-ритных шин", Каучук к пеаина'% # I, 19Ш г., с. 29-31*

5. Ъ. Бухин Б.Д. Введение в механику пневматических шин. М., Химия, 1988, с. 224.

6. Кнороз В.И. и др. Работа автомобильной шины. Под редакцией В.И.Кнороза. М., Транспорт, 1976, с. 238.

7. Хромов М.К., Бруев Э.В., Грачева Э.И. "0 влиянии теплового состояния шин на их работоспособность". Каучук и резина, № 6, I97X, с. 39-42.

8. Хромов Н.К. Состояние и основные направления работ в области изучения тепловых режимов шин при эксплуатации. Температурные режимы шин в процессе их проиаводства и эксплуатации. Красноярский ВХ0 им. Менделеева, 1970, с.186-200.

9. Гуслицер Р.Л., Г лу скина Л.С. "Некоторые результаты измерения температуры легковых шин с помощью автомобиля-лаборатории". Каучук и резина, № 2, 1968, с. 41-44.

10. Гуслицер Р.Л., Глускина Л.С. Зависимость температурылегковых шин от условий движения. Каучук и резина, № 9, 1969, с. 43-47.

11. Глускина I.C. "Номограммы для определения максимальной температуры автомобильных шин в дорожных условиях". Каучук и резина, № II, 1984, с. 33.

12. Шершнев А.А. Исследование и расчеты тепловых режимов автомобильных шин в процессе их эксплуатации. Дис. на соиск. учен, степени д-ра техн. наук, Л., Ж1И, 1973.

13. Гальченко И.И. Исследование тепловых режимов пневматических шин. Дис. на соискание учен.степени канд. техн.наук. М.,ВИМ, 1965.

14. Габашвшш А.А. Экспериментальное исследование температурыв элементах пневматической шины при качении. Канд.диссертация, М., МАДИ, 1972.

15. Качугин В,Е., Моргунов Ю.Н. "Влияние параметров режима качения на установившуюся температуру шины". Автомобильная промышленность, № 12, 1974, с. 17-20.

16. Beringer C.W., Kwon Y. t)., PrevorseU X3.G. ^ст-вительность роста температуры в катящейся шине к вязко-упругим характеристика« компонентов шины. Tire Scirtce and "Technology, — -45, p. лгъ-ibb.

17. Prevorsek D.G. et ai. application of fracture Mechanics in Tire Endurance Analisis. Kautschuk Gummi Kunststoffe, 4985, р.ЪбЪ-ЪЪ.

18. Grosch К. Сопротивление качению и усталостная зыносливость шин. Rubber Chemistry and "Technology, -1956, V. p. 42.-65.

19. Clark LD.,Schuring Б.Т. Load, speed and inflation pressure effects on tolling loss distribution in automobile tires. Tire Science and Technology.22» Schuring B.T. The rolling loss of pnevmatic tires.

20. Rubber Chemistry and Technology, v. 55, 49SO, tl'3, р.боо--727.23. "Davison G.A. Cesing and Application of Commercial Type Tires. Society of Automobile Engineers, inc SAE, SP-544, Л969.

21. Zeranski P. Temperaturmessungen am FaVrzzengluflreifen. am Fahzzengluftreifen. Kraftfahzreugtechnik. Л976, hl'io, 297-500.

22. Низеч H. G . К вопросу о долговечности шин. Vierte Ijahreah. Schweiz. Automobil, V. AS, ЫЧ, p.77-76.

23. Определение работоспособности шин. Rubber World, W, V.-146, MM, p.70-72.

24. Факторы, определяющие долговечность шин. Gummibereifung, »1*5, Л965, S.74.

25. Coddington Е.М.,Marsh W.ÎX, Madges U.C.

26. Новая методика испытания шин на износостойкость. Rubber Chemistry and Techrtdogy, V. 56, û'T-A, Л965, p74l-75o.

27. Индейкин Б.А. Применение теплофизических методов приразработке и испытаниях резины и пневматических шин. Дис, на соискание ученой степени кандидата техн. наук. Днепропетровск, 1974.

28. Индейкин Б.А. и др. Нормирование режимов эксплуатации большегрузных авто само свалов по допустимой температуре шин. Промышленный транспорт, 1975, № 2, с. 25.

29. Индейкин Б.А., Никитина Л.Б., Соловьева З.М. Выбор эксплуатационных режимов большегрузных автомобилей по доцусти-ыой температуре шин. Обзор сер. "Производство шин", М., ЩИИТЭнефтехим, 1977.

30. Индейкин Б.А., Никитина Л.Б., Онищенко В.П., Семак Б.Д. Современная аппаратура и метода исследования теплового состояния пневматических шин. Обзор сер. "Производство шин", 1979.

31. Индейкин Б.А,, Никитина Л.Б. Эксплуатационные режимы шин 27.00-49 на самосвалах БелАЗ-549. Промышленный транспорт, № 2, 1983, с. 22.

32. Индейкин Б.А., Никитина Л.Б., Ищенко В.А., Кваша Э.Н. Термонапряженное состояние пневматических шин. Каучук и резина, 1986, № 4, с. 30-38.

33. Никитина Л.Б. Теоретическое и экспериментальное исследования температурных полей пневматических шин. Дис. на соиск. учен, степени кандидата техн. наук. Днепропетровск, 1971.

34. Кушнаренко О.М., Нечипоренко А.Г. Исследование работоспособности крупногабаритных шин. Промышленный транспорт, № 10, 1988, с. 10.

35. Скорняков Э.С., Никитина Л.Б. К оценке эксплуатационной температуры и показателя эксплуатационной производительности шин для карьерного автотранспорта. Автомобильный транспорт, № I, 1990.

36. Скорняков Э.С., Никитина Л.Б. Использование показателя эксплуатационной производительности при проектировании и построении режимов эксплуатации шин для карьерных автосамосвалов. Доклад на Международной конференции по каучуку и резине. Прага, 1989.

37. Нечипоренко А,Г., Кривонос A.M., Макренко ЛЖ Особенное!** конструирования сверхкрушогабаритных дшн. Промышленность СК, шин и РХЙ, * 6, 1984, с* 24-27.

38. Нечипоренко А.Г. Особенности конструкций и основание направления работ в области сверхкрушогабаритных шин. В сб. "Крупногабаритные шины для карьерных авто само свалов и сельскохозяйственной техники",М. ,ЩИИТЭнефтехим,1984, с. 3-13.

39. Утленко Е.З., Смирнов А.Г., Дзюра Е,А. Тепловое отслоение протекторов СКГШ. Тезисы докладов 2-го Всесоюзного сип-позиума. Проблемы шин и резинокордных композитов. Прочность и долговечность. М„, 1990, с. I70-I7I.

40. Смирнов А.Г., Полонов A.M., Никулин П.И. и др. Шины для бездорожья за рубежом. ЩИИТЭнефтехим БУВШИТИ. Депонированные научные работы, 1989, № 12 (218), п. 377.

41. Смирнов А.Г., Полонов A.M. и др. Исследование влияния формы профиля нрупногабаритнш: шин на их тепловое состояние. ЩИИТШефтехим БУВИНИТИ. Депонированные научные работы, 1990, № X (219), п. 2X8.

42. Смирнов А.Г., Полонов A.M., Никулин П.И. Тепловое состояние и работоспособность крупногабаритных внедорожных шин с различной формой профиля при ужесточенных режимах стендовых испытаний. ЩИИТШефтехим. Депонированные научные работы. Справка № 4-НХ90.

43. Скорняков Э.С., Кваша Э.Н., Плеханов А.В., Прусаков А.П. Расчет ресурса сверхкрупногабаритных шин. Тезисы докладов второго Всесоюзного симпозиума, М., 1990, с. 3-6.56. bridgestone off-the-road tires- Maintenance. A9àb

44. Каталог» Bridgestone off-the- roaol tires, 4975.

45. Каталог. Yokogama off-the-road tires, -1985.

46. Каталог.Toyo off-the-road tires pattern digest and technical olata 49.

47. Каталог. Goodyear off-the-road truck tire data. лт.

48. Каталог. Ё>. F. Goodrich Earth Mover Tires, USAH980.

49. Chakraborty S.K.et al. In addition to presenting a study of a cured tire tested in the Goodrich Rlexometer. Rubber World, v. Л96, И'ъ *Л9Ъ7.

50. Двухслойный протектор пневматической шиш. Патент США № 4603721, публ. 5.08.86 г.

51. Пневматическая шина. ЩРГ. Заявка № 053635587, цубл.23.04.87.

52. Пневматическая шина. Япония. Заявка № 62-191202, цубл. 21.08.87 г.

53. Радиальная шина для больших нагрузок. Япония. Заявка № 63-68405, цубл. 28.03.88 г.

54. Радиальная шина для пассажирского транспортного средства. Япония. Заявка № 63-23925, публ. 18.05.88 г.

55. Федорова Л.А., Рекитар М.И. 0 влиянии толщины протектора автобусных шин на их скоростные характеристики. Каучук и резина, 1983, № II, с, 32-33.

56. Каталог, bridgestone off-the-road tires, 4965.

57. Field service back-up key to tire cost control, Toyo sa/s* World Mining. Ъ69 72.

58. Straughan R. "Developments in tubeless radials. Truck and bus Transport. 55,^2,4989, p.65-66.

59. Sanda A.P. Managing tires roals up big returns. Coat, 2.6, H'6, 4969, p 56-58.

60. Рекитар М.И. Влияние слойности каркаса на потери мощности в шине при качении. Каучук и резина, 1968, № 7, с. 47-49.

61. Gones Р. Ravenhall И.S- Proc.4lh. Rubber Technology Conf. London, A962., p. 245.

62. Jurovski Eb. Polimery tworz.ywa svielkoczasteczkow. 12, (iMl, -W7, 522-52*5.

63. Bridgestone Training Materials off-the-road tires, Tokyo, 5TR0GE, A975.79. Gummibereifung, 54, s.45.

64. GummibereUuna, 4965, йs,74.

65. Information Technique MicheUnQ, Le pneu genie CivU, A975, Publicity Technique (P-2-&J, 4-50.

66. Quarries can reduce tire cords, „ Cooperator^да, w, p. аъ-V*.

67. Proper air pressure \s essential for lon$ i\re life. Smiihers Scientific Servises of Akron, Ohio. Иге Review. -1987, 87, p. 72-75.

68. Michard £>. How io extendi the life of your off- road tires. Rock Prod. Л9&2, 92, p. 29.

69. Higgins L.R. Keep tire costs out from under-foot. Constr. Contract., 4979, 6<, (4*6, p.54-55.

70. Quealy 1. Нормирование давления воздуха в шинах. Truck and bus Transport. -1989, 55, i4"a, p.6o-65,

71. Бидерман В.Л. Автомобильные шины. М., Госхимиздат, 1963, с. 156-163, 184, 336-346.

72. Кушнаренко О.М., Нечипоренко А.Г., Удитин A.M. ,Якушкин С*С. О влиянии внутреннего давления воздуха в шинах на их работоспособность. Промышленный транспорт, № 6, 1984, с, 16.

73. Кнороз В.И., Шелухин А.С. Особенности работы крупногабаритных шин. Автомобильная промышленность, 1968, № 8,с.22-24.

74. Каталог. t>un!op Eartbmover tyres, Л969.

75. CoVtins 1.М., Qackson W.L., Oubridge P.S. Rubber Chemisty Technology, ъэ, boo (Л965).

76. Oubridge P.S. An Analysis of the Energy Losses of Pneumatic T\res. thesis presented toBirmingham University.

77. Гордон P.K. H вопросу моделирования пневматических шин. Каучук и резина, № 6, 1965.

78. Цуяерберг С.М., Гордон Р.К. Определение эксплуатационных качеств автомобильных шин методом моделирования. Автомобильная промышленность, № II, 1965.

79. Van t>er Valk Eritwicklung von Krattfahrzeugreifen mit £>ez.ug auf die Fahrei&enshatten, Paper presentedto Deutsche Kautschuk- Geset Ischa-ft, Munich, Gune.,-\965.

80. Гордон P.K. Применение метода моделирования при разработке и исследовании автомобильных шин. Канд. диссертация. М., 1966.

81. ГУхман А.А. ¿ведение в теорию подобия. Высшая школа, М., 1973.

82. Schunngt>.T. Scale Modeling of Equilibrium Tire lemperatyre. Tire Science and Technology, TSTCA, VoM, ti'b, Aug. W5, p.247-28?.

83. Определение некоторых характеристик КГШ по испытанию их геометрически подобных моделей. Техн. отчет № 74049552, М., 1975.

84. Митрофанов З.И., Трошеннов И.В., Бочаров Н.Ш.^сев В.И. Применение моделей шин для определения различных параметров и свойств прототипов. Автомобильная промышленность, № 2, 1981, с. 21.

85. Митрофанов В.И., Трошенков И.В., Бочаров Н.Ш., Определение некоторых параметров шин испытаниями ее геометрически подобной модели. Известия высших учебных заведений. Машиностроение, № б, 1981, с* 95-98.

86. Применение методов физического моделирования при исследовании тягово-сцепных параметров колесных машин. Отчет НИР № 01814001849, М., 1985.

87. Нестеренко А.И» К вопросу о механическом подобии пневматических шин. В сб. статей "Вопросы конструирования и эксплуатации резинотехнических изделий"» Красноярск, 1972,с.38.

88. Новопольский В.И. Оптимизация автомобильных шин экспериментальными методами. Тезисы докладов отраслевой научно-технической конференции "Научные основы и пути создания шин и технологии их производства уровня 2000 года", М., 1988, с. 43.

89. Ермилов З.М., Иовопольский З.И., Резцов Ю.В., Третьяков О.Б.и др. Способы макетирования автомобилей шин. Каучук и резина, » I, 1986, с. 45-47.

90. Europen teubber Gournal, >|<774, i5ó, tí* 7,2S.

91. Труды Международной конференции по каучуку и резине. Химия, М., 1971, с. 408.

92. Басс Ю.П. Основные направления научно-исследовательскихи опытно-конструкторских работ в области совершенствования технологии шинного производства. Каучук и резина, № 1,1990, с. 2-6.

93. Гаврилов Б.Г., Муслаев И.М., Гусаров Л.М. Основные направления совершенствования технологических процессов и оборудования ддя сборки легковых радиальных шин. Каучук и резина, » I, 1990, с. 19-21.

94. Бекин Н.Г,, Петров Б.М. Оборудование ддя изготовления пневматических шин. Л,, Химия, 1982, с. 24-29.114. 5t. Kessel. R-um Emfless ofer lnnenschicht bei schlauchlosen Reifen Kautsch.Gummi, Kunststoffe, 198s, M, if"Л2.} p лгАЬ -лгво

95. Peters A. Exploding tires. Review, -Мвл, *Г7,р.ь7.

96. Отчет № 18-87. Новая математическая модель ддя расчета налряженно-деформированного состояния крупногабаритных шин. Днепропетровск, НИИКГШ, 1987.

97. Кваша Э.Н. Расчет линейных и угловых параметров жесткости при обжатии на цилиндрическую поверхность. Научные основы и цути создания шин и технологии их производства уровня 2000 года, ч. I, M., 1989, с. 60-66.- 190

98. Скорняков Э.С., Кваша Э,Н,: Хоменя A.A., Бойков В.П. Эксплуатация и ремонт крупногабаритных шин. М., Химия, 1991.

99. Смирнов А.Г., Смелянский В.М,, Макренко ДЖ, Полонов A.M., Утленко Е.В., Столяр И.А. "Применение метода масштабного моделирования при совершенствовании сверхкрупногабаритных шин", БУ ВИНИТИ "Депонированные научные работы", 1989, № 12 (218), п. 376.

100. Смирнов А .Г., Смелянский В.М., Полонов A.M. ,Макренко Л.Ф., Никитина Л.Б., Столяр И.А. "Некоторые вопросы масштабного моделирования сверхкрушогабаритных шин", БУ ВИНИТИ "Депонированные научные работы", 1990, № 5 (223), п. 263.

101. Смирнов А.Г., Полонов А»М., Смелянский В.М. "Гибкая технология оптимизации конструкции шин". Производство и использование эластомеров, 1990, № 6, с. 21-22.

102. Смирнов А.Г., Смелянский В. id., Полонов A.M. "Метода изготовления опытных образцов крупногабаритных и сверхкрушогабаритных шин, имеющих различные параметры протекторов". -БУ ВШШ "Депонированные научные работы", 1990,» 5 (223), п. 266.

103. Индейкин Б.А, "Об исследовании работы шин и шинных резин методом тепловых измерений". Каучук и резина, № 10, 1969, с. 33.

104. Смирнов А.Г», Смелянский В.М., Никитина Л.Б. "Оптимизация начального давления воздуха в сверхкрупногабаритных шинах для конкретных условий эксплуатации. Тезисы докладов Второго Всесоюзного симпозиума, M», 1990, с. 55-59.

105. Смирнов А.Г., Смелянский В.М., Никитина Л.Б., Кушнаренко О.М., Макренко Л.Ф. Ходимость сверхкрупногабаритных шин. Автомобильный транспорт, № X, 1991, с. 52.

106. Смелянский В.М. Способ обработки борта многослойных покрышек* Каучук и резина, 1990, № 8, с. 33-34.

107. Смелянский В.М,, Глебик H.H., Татадин Б.Ф. A.c. № 1305054.

108. Таталин Б.Ф., Пилиленко А.Г., Глебик Н.М,,Смелянский В.М. A.c. № 1397304.

109. Петрашкевич Г.В., Гитников А*Г. A.c. № II626I6.

110. Смелянский В.М., Смирнов А.Г. A.c. № I59397I.

111. Смирнов А.Г., Смелянский В.М, Пол. решение по заявке $ 4746389 от 11.04.90 г.

112. Таталин Б.Ф., Глебик Н.М., Смелянский З.М. A.c. № 1578026.

113. Горелик Б.М., Глухова Ю.В. Влияние температуры окружающей среды и частоты нагружения на циклическую долговечность ре-зинометадлических шарниров. Каучук и резина, № I, 1972,с. 41-43.

114. Макренко Л.Ф., Ядрова Т.Д., Полонов A.M., Поминова О.Н., Прокопенко Е.А., Смелянский В.М., Шаткая А.Д., Смирнов А.Г., Сторожко H.A. Промышленный образец. Рисунок протектора. Пол. решение по зпявке № 52190 от 24.07.89 г.

115. Смирнов А.Г., Полонов A.M., Смелянский В.М. Серия крупногабаритных шин для подземного транспорта. Ш ВИНИТИ "Депонированные научные труда", 1990, № 5 (223), п. 267.

116. Смирнов А.Г., Полонов A.M., Смелянский В.М., Савченко A.A., Сидоренко Н.И. Рудничная шина 18.00-25 с гладким протектором. Производство и использование эластомеров, № 7, 1990.