Как определить пятно контакта шины

Как определить пятно контакта покрышки?

1. Давление в пятне контакта на грунт равно давлению в покрышке.
2. Из паспорта автомобиля известно: — его вес, и распределение веса по осям. Отсюда найдешь нагрузку на одно колесо.
3. В норме ширина пятна контакта незначительно превышает ширину брекера покрышки (Для вашей задачи достаточно принять ширину пятна контакта за ширину беговой дорожки.
Из приведенного Вами обозначения — 320 мм. Но на самом деле это условность и лучше померить линейкой).
4. Известно что пятно контакта представляет собой , в зависимости от жесткости брекера и протектора, фигуру от элипса до "прямоугольника". У Вас грузовая покрышка — довольно жесткая,
поэтому приближено можно принять принять пятно контакта за "прямоугольник".
И зная давление и ширину "прямоугольника" легко найдете его длину и площадь.

10 мин. ——
Да еще надо учитывать коэфф. насыщенности рисунка протектора (для шоссейных грузовиков — 0.8, для внедорожников 0.5)

А теперь уже серьезно.

Вам обязательно посмотреть "РЕКОМЕНДАЦИИ ПО РАСЧЕТУ БЕТОННЫХ ПОДСТИЛАЮЩИХ СЛОЕВ ПОЛОВ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ЗДАНИЙ С УЧЕТОМ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ОТВЕТСТВЕННОСТИ"

Таблица 3. и далее

Давление в пятне контакта на грунт равно давлению в покрышке.

в данном пункте я предельно серьезен.
Уверенность мне предают именно данные экспериментов первый из которых выполнил еще сам Данлоп (когда патентовал устройство покрышки), а потом это подтверждалось много много раз.

И Вы это легко сделаете теоритически, если будете рассматривать грунт как упругую среду с большой жесткостью как например Винклер.

З.Ы. Когда вы пишете о давлении = 0. Вы имеете ввиду давление окружающей среды (1 атм.) или абсолютный вакуум.

СПОСОБЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПЛОЩАДИ ПЯТНА КОНТАКТА ШИН В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ДАВЛЕНИЯ И НАГРУЗКИ

В статье рассмотрены методы и средства определения площади пятна контакта шин колеса с целью снижения удельного давления автомобильных транспортных средств для перевозки тяжелых неделимых грузов на дорогу путем оптимизации площади пятна контакта шин в зависимости от давления и нагрузки.

The article considers the methods and means of determining the area of the contact patch of the tire wheels to reduce the specific pressure of motor vehicles for the transport of heavy indivisible loads on the road by optimizing the area of the contact patch of the tire in dependence on pressure and load.

Изучение влияния весовых параметров автотранспортных средств (АТС) на дорожное покрытие, его описание и определение фактических данных — одна из основных проблем сегодняшнего дорожного строительства. Эти данные необходимы для снижения удельного давления АТС на дорожное покрытие, определения маршрутов движения АТС, уточнения действующих нормативных документов на устройство дорожного покрытия, а также для их разработки на перспективу.

Вес современных одиночных большегрузных АТС превышает 40 т, магистральных автопоездов достигает 50 тонн и более, а вес АТС перевозящих тяжелые неделимые грузы достигает 300 и более тонн[1, с. 29]. При этом возрастают нагрузки на оси АТС и их разрушающее воздействие на дорожное покрытие.

Известно, что связь АТС с дорогой осуществляется посредством колёс. Пневматическая шина является наиболее важным элементом автомобильного колеса.

Основное назначение шины — нести нагрузку, приходящуюся на колесо АТС.

Шина непосредственно соприкасается с поверхностью дороги. Будучи накачана воздухом, шина становится упругой и способна воспринимать большие нагрузки. Под действием внешней нагрузки шина получает сложную деформацию [2, с. 127]. Эту деформацию для удобства изучения обычно разделяют на ряд более простых: радиальную (нормальную), окружную (тангенциальную), поперечную (боковую) и угловую. Однако достаточно четкое разграничение указанных деформаций не всегда удается получить ввиду их взаимной связи.

Большое значение имеет изучение нормальной деформации шины. Под действием приложенной к колесу нормальной нагрузки G_K шина начинает деформироваться, площадь пятна контакта её с дорогой увеличивается до тех пор, пока не наступает равновесие между подъёмной силой (нормальной реакцией дороги) и нагрузкой. Это происходит почти при неизменном давлении воздуха в шине. Объём воздуха, вытесненный при деформации шины, по сравнению с объёмом воздуха в камере очень мал, поэтому увеличение давления в шине вследствие нагрузки также мало.

Величина нормальной деформации зависит от размеров и конструкции шины, материала из которого она изготовлена, ширины обода, твердости дороги, давления воздуха P_w, нагрузки G_K, величины окружного Р_к и бокового усилий, приложенных к колесу. По своей величине радиальная, окружная и поперечная деформации шины ведомого колеса мало чем отличаются от соответствующих деформаций неподвижного колеса в том случае, если скорость движения АТС невелика.

Учитывая, что АТС для перевозки тяжелых неделимых грузов представляют собой многоосные прицепы и полуприцепы с ведомыми колесами, а скорость их передвижения невелика (

10 км/ч) [3, с. 185], то для них применим метод измерения площади пятна контакта шин неподвижного колеса.

Знание площади пятна контакта позволяет определить удельное давление шины на поверхность дороги и соответственно определить разрушающее воздействие АТС на дорожное покрытие.

На практике нормальную деформацию и площадь пятна контакта шины определяют на специальных стендах, прикладывая к колесу соответствующую нагрузку и изменяя давление. Однако такие стенды не выпускаются серийно, а создаются для лабораторных испытаний самостоятельно.

Учитывая разнообразие конструкций одиночных большегрузных АТС, АТС для перевозки тяжелых неделимых грузов и моделей применяемых шин, можно сделать вывод, что работы по определению площади пятна контакта шин являются актуальными.

Для измерения площади пятна контакта шин или наблюдения за его величиной и формой используют стенды в основном следующих типов:

— с отпечатком пятна контакта крашеной беговой дорожки шины на твердой недеформируемой прокладке, расположенной между шиной и твердой опорной поверхностью с последующей его обработкой[2, с. 155];
— с прозрачной опорной поверхностью и фотографированием пятна контакта камерой или проектированием его через оптические приборы на экран [4;5;6, с. 121];
— с опорной поверхностью в виде «коврика» с большим количеством недеформируемых пьезокристаллических датчиков с компьютерной обработкой данных и выводом их на экран [7, с. 9].

Первый тип стенда является простым, но трудоемким в получении отпечатка пятна контакта и обработке данных.

Второй тип стенда более сложный, а процесс обработки данных также является трудоемким.

Третий тип стенда конструктивно наиболее сложный и по стоимости самый дорогой, однако все операции по обработке данных выполняются в автоматическом режиме. Эти типы стендов уже изготавливаются некоторыми зарубежными производителями. Данный стенд используется для измерения удельного давления и его распределения в пятне контакта шин пассажирских, грузовых, внедорожных, сельскохозяйственных и авиационных транспортных средств. Система, оборудованная стендом подобного типа, осуществляет сравнение характеристик различных шин относительно друг друга или сравнение характеристик одной шины при различной нагрузке и внутреннем давлении.

Данная информация необходима для проведения анализа различных резиновых смесей и дизайна протектора, осуществления замеров с целью контроля качества, выполнения сопоставительного конкурентного анализа и оценки воздействия подвески транспортного средства на шину. Также при использовании данного типа стендов имеется возможность не только измерить площадь пятна контакта шины, но и определить нагруженные и не нагруженные участки внутри периметра общей контактной площади пятна, длину и ширину контактного пятна, профиль давления поперечного сечения и многое другое.

Сенсоры могут устанавливаться непосредственно на дорожном полотне, на полу гаража, монтироваться на испытательный стенд, либо прикрепляться к движущейся планке тестовой машины. Сенсоры могут быть установлены даже под землей и будут производить замеры, находясь внутри грунта.

Кроме того, такой метод перспективен при внедрении на автомобильных дорогах интеллектуальных транспортных систем[8, с. 123]. При оборудовании участка пути пьезокристаллическими датчиками, данные с этих датчиков могут в режиме реального времени передаваться на телематический сервер[9, с. 278]. Полученная информация может быть в дальнейшем использована как при проектировании АТС, так и при строительстве автомобильных дорог. Оборудование для стендов подобного типа показано на Рисунке 1.

Рисунок 1 — Стенд для определения площади пятна контакта шин с пьезокристаллическими датчиками

Схема определения площади пятна контакта шины колеса с использованием специально разработанного стенда представлена на Рисунке 2. На конструкцию стенда получен патент Украины [10].

На опорном элементе со стеклом установлено устройство для снятия изображений, дополнительно стенд оснащен пассивными гидроцилиндрами, поршни которых соединены с устройством для закрепления колеса, и датчиком и блоком управления и контроля.

На корпусе 5 стенда установлены устройства 6 для закрепления колеса и привод, в состав которого входят электромоторы 1, кинематически связанные с ними муфты 2, редукторы 3, винты 4, гайки 7. К гайкам присоединены каретки 8, а к ним — опорный элемент 9 со стеклом 10. На опорном элементе устанавливается устройство обработки изображений 11, данные с которого передаются на ЭВМ 12. Также на стенде закреплены гидроцилиндры 14 с компенсационным бачком 15, датчик 17 с цилиндром 16, манометр 18, блок управления и контроля 19, блок питания 21 и блок управления электромоторами 22.

Определение площади пятна контакта выполняются в следующем порядке:

— колесо устанавливается в вертикальном положении на стенде. Ось колеса своими концами закреплена в устройствах для закрепления 6, которые подвижно смонтированы на корпусе 5 стенда, имея одну степень свободы. Будучи включенными, электромоторы 1 через муфты 2 и редукторы 3 вращают винты 4, которые перемещают гайки 7 и жестко соединенные с ними каретки 8.

Закрепленный между каретками опорный элемент 9 прижимается к шине именно той своей частью, в которой установлено стекло 10, достаточно прочное, чтобы выдержать приложенную нагрузку;

— вследствие прижатия опорного устройства к шине устройства для закрепления 6 колеса перемещаются в направляющих на корпусе. К концам устройств для закрепления присоединены поршни 13 гидроцилиндров 14,

Схема определения площади пятна контакта шины колеса

Рисунок 2 — Схема определения площади пятна контакта шины колеса.

жестко смонтированных на корпусе 5. В гидроцилиндрах создается давление, и гидравлическая жидкость, содержащаяся в компенсационном бачке 15 и предварительно заполняющая гидроцилиндры 14, вытесняется поршнями в цилиндр 16 датчика 17 (приоритетно — автомобильного типа, работающего от тока 12 В или 24 В). Сигнал с датчика передается на электрический манометр 18 (также автомобильного типа), для визуального контроля нагрузки прижима, и на блок управления и контроля (БУК) 19. БУК, манометр 18 и датчик 17 питаются с помощью блока питания 21, который преобразует напряжение сети

220В в необходимые 12 В или 24 В. БУК 19 имеет регулирующую ручку 20 с помощью которой устанавливается величина сигнала датчика и, соответственно, сила прижима опорного устройства к колесу имитирует нагрузку на колесо, при достижении которой БУК 19 подает соответствующий сигнал на блок управления электромоторами 22, который прекращает подачу энергии на них. В результате сила прижима опорного устройства к колесу стабилизируется, и становится возможным изучать пятно контакта шины с опорной поверхностью (стеклом), которое является практически идентичной пятну, которое возникнет при контакте с твердым асфальтом при той же нагрузке;

— изображение пятна снимает закрепленная под стеклом цифровая камера 11, которая передает полученные данные на ЭВМ 12. На устройстве вывода (мониторе) можно видеть форму, пропорции, а при применении видеокамеры — еще и наблюдать изменение пятна при изменении нагрузки на шину;

— с помощью специального программного обеспечения вычисляется площадь пятна контакта шины с опорной поверхностью.

Применение разработанныхх метода и стенда для определения площади пятна контакта шин позволяет:

— определять фактическое разрушающее воздействие конкретных моделей АТС на дорожное покрытие;
— снижать удельное давление большегрузных АТС и АТС для перевозки тяжелых неделимых грузов на дорожное покрытие путем оптимизации площади пятна контакта шин от давления воздуха и нагрузки;
— использовать полученные данные для совершенствования нормативных документов дорожного строительства и разработки их на перспективу.

Библиографический список

1. Петрушов В.А. Автомобили и автопоезда [Текст] / В. А. Петрушов. — М.: Торус-Пресс, 2008.- 352 с.
2. Работа автомобильной шины [Текст] / под ред. В.И. Кнороза.- М. Транспорт, 1976. 238 с. : ил.
3. Бурков М.С. Специализированный подвижной состав автомобильного транспорта [Текст] : учеб, для вузов / М. С. Бурков. — 3-е изд., перераб. и доп. — М. : Транспорт, 1979. — 296 с. : ил.
4. А. с. 985734 СССР, МПК (7) G01L1/24. Стенд для исследования давлений в области контакта колес с опорной поверхностью [Текст] / Л. Л. Лагонский, В. В. Иванов, Е. А. Платковский, А. П. Беланов (СССР). -№ 3253690 ; заявл. 02.03.1981 ; опубл. 30.12.1982.
5. А. с. 1124195 СССР, МПК (7) G01M17/02. Устройство для измерения площади контакта пневматической шины с дорогой [Текст] / Л. Л. Лагонский, В. В. Иванов, Н. Н. Черняев, Г. С. Пискунов, Е. А. Платковский, А. П. (СССР). -№ 3626537 ; заявл. 22.07.1983 ; опубл. 15.11.1984.
6. Голомидов А. М. Исследование характеристик шин легковых автомобилей [Текст] / А. М. Голомидов // Министерство высшего и среднего специального образования УССР. Автомобильный транспорт. Республиканский межведомственный научно-технический сборник. — 1975, № 12. — С. 121-124.
7. Семенов В. К., Белкин А. Е. Экспериментальное исследование гистерезисных свойств протекторных резин в условиях циклического нагружения, характерного для автомобильных шин [Текст] / В. К. Семенов, А. Е. Белкин // Известия высших учебных заведений. Машиностроение. — 2013, № 2. — С. 9-14.
8. Овчарук Б. В. Целесообразность и перспективы внедрения спутникового мониторинга за подвижным составом автомобильного транспорта [Текст] / Б. В. Овчарук // Альтернативные источники энергии в транспортно-технологическом комплексе: проблемы и перспективы рационального использования. -2014, № 1. — С. 122-125.
9. Miroslav Svitec, Vladimir Faltus, Zdenec Lokaj. Pilot testing of certifications method developed for ITS applications using GNSS systems // Communications in Computer and Information Science. 2010. Vol. 104. Transport Systems Telematics : 10th Conference, TST 2010, Katowice — Ustron, Poland, October 20-23, 2010. P.278-285.
10. Патент на корисну модель 62572 Укра’ши, МПК G01M 17/02. Стенд для визначення плями контакту шин з опорною поверхнею [Текст] / В. В. Криволап, С. В. Крахш, В. Г. Скрипкарь ; заявник i патентовласник В. В. Криволап, С. В. Крахш, В. Г. Скрипкарь. — № 201011528 ; заявл. 28.09.2010 ; опубл. 12.09.2011.

УДК 621.432.2:532.57 DOI 10.12737/19353 Пархоменко А.А. Parhomenko А. А.

Как определить пятно контакта шины

Пятно контакта. Главный элемент в вопросе безопасности

Как это ни парадоксально, любой современный автомобиль со своими вспомогательными системами, умными настройками подвески, рулевого управления и тормозной системы, всё это техническое совершенство зависит всего лишь от 4-х маленьких участков шин, которыми соприкасается с дорогой во время движения.

Площадь одного такого участка – пятно контакта – сравнима по размеру с мужской ладонью. Шинные инженеры стараются на практике извлекать максимальную пользу из поверхности зоны контакта для создания современных шин как для лета, так и для зимы. А некоторые давно включили слово «Contact» в названия своих моделей. Угадайте, кто? ��

От чего же зависит размер пятна контакта, и как его форма влияет на надежность сцепления шины с дорогой? Ведь это касается безопасности и водителя, и пассажиров.

КОНСТРУКЦИЯ ШИНЫ

Прямоугольная форма – идеальный отпечаток пятна контакта шины. Соответственно, задача разработчиков – сохранить такую форму при любом движении шины: прямолинейном или боковом, при разгоне или торможении. В первую очередь это достигается за счет правильной разработки каркаса, брекера и протектора покрышки, чтобы обеспечить оптимальное распределение давления по поверхности шины.

Все конечно замечали, что спортивные покрышки, называемые “сликами” и используемые в гонках только на сухих ровных поверхностях, вообще не имеет никаких канавок и протекторного рисунка. Это и обеспечивает шине максимальный контакт, а значит и сцепление с асфальтом.

Этот яркий пример показывает, что тягово-сцепные свойства шины зависят не только от формы и размеров протекторных блоков, но и от процентного соотношения системы водоотводящих каналов и канавок, которые относятся к “негативному профилю” рисунка протектора. И для серийных шин, предназначенных для дорог общего пользования, без протекторного рисунка не обойтись.

По причине сохранения оптимального пятна контакта шинные мастера уделяют особое внимание тому, чтобы форма протекторных блоков и их опорная площадь сохранялась при максимальных нагрузках и не деформировалась на предельных скоростях.

УРОВЕНЬ ДАВЛЕНИЯ

Безусловно, на форму пятна контакта влияет и давление воздуха в шине. Если атмосфер недостаточно, то основная нагрузка приходится на плечевые зоны покрышки, что ухудшает разгон, управляемость и торможение. Если же шина перекачана, то плечевые края приподнимаются над дорогой, и пятно контакта сужается до размера центральной части протектора, что влечет к уменьшению сцепления шины при маневрах и в поворотах.

Из-за уменьшения пятна контакта неправильное давление в шине не только повышает риск ДТП, но и приводит к неравномерному и преждевременному истиранию протектора, а также к увеличенному расходу топлива. Поэтому все специалисты настоятельно советуют поддерживать в шинах давление, рекомендованное производителем вашего автомобиля, и проверять его 2 раза в месяц.

ПРАВИЛЬНЫЙ ТИПОРАЗМЕР

Размер и форма пятна контакта имеют важное значение для проявления лучших функциональных качеств покрышки. Кроме того, свою роль играют и состав резиновой смеси протектора, и количество сцепных кромок, и система эффективного водоотведения. Но не менее важно учитывать массу автомобиля и ее распределение на 4 точки опоры.

Как правило, все известные шинные производители всегда тесно сотрудничают с автопроизводителями, и многие из них совершенствуют свои шины и улучшают их технологичные параметры (омологируют) согласно ходовым характеристикам и габаритным особенностям определенных марок автомобилей.

Подводя итог вышеизложенному, выскажем главное пожелание всем автовладельцам: выбирайте для своего автомобиля шины с типоразмером, который рекомендован производителем именно вашего транспортного средства!

Пятно контакта шины с дорогой — что это, на что влияет

Все водители слышали про пятно контакта шины. Но, многие не понимают, как параметр влияет на управляемость, как рассчитывается. Рассмотрим особенности пятна контакта, характеристики, взаимодействие с поверхностью, влияние на безопасность

Что такое пятно контакта шины с дорогой

Пятно контакта шины с дорогой – точка взаимодействия покрышки с поверхностью. Авторезина под тяжестью машины несколько деформируется. Вся площадь шины, контактирующая с асфальтом и будет точкой взаимодействия.

В зависимости от модификации покрышки, степени накачки площадь может изменяться. Особенно важно влияние давления и жесткости резиновой смеси на увеличение пятна взаимодействия с автодорогой, подбирая разные параметры можно менять некоторые ходовые характеристики автошины.

Как пятно контакта влияет на разгон

Вопреки распространенному мнению пятно контакта практически не влияет качество торможения. Может влиять на некоторые другие параметры, об этом позже.

Разберем, почему колесо тормозит примерно одинаково, вне зависимости от размера площади взаимодействия. С точки зрения простой логики, чем больше площадь, тем больше будет сила трения, соответственно эффективность торможения будет увеличиваться. Так и произойдет, если не учитывать дополнительные факторы.

Автомобиль имеет определенный вес, он распределяется по общей площади контакта всех покрышек. Могут быть незначительные различия по осям, но данный момент не сильно влияет на расчеты. На квадратный сантиметр, будет давить определенный вес. Если увеличить точку взаимодействия, масса распределиться уже по большей площади, соответственно давление на грунт уменьшится.

Уменьшение давления на дорогу будет пропорционально увеличению силы трения. В результате общий параметр останется неизменным. Соответственно, эффективность торможения будет такой же.

Аналогичное влияние оказывается и на разгон. Но, тут нужно учитывать особенности дорожного покрытия. На заснеженной дороге покрышка с меньшей площадью контакта будет эффективнее прорезать снег. Сцепление с асфальтом будет лучше, разгоняться машина будет лучше.

Увеличенное пятно контакта практически не влияет на управляемость. Сцепление с дорогой не изменяется, другие показатели тоже остаются одинаковыми. Увеличение площади контакта достигается за счет более широких покрышек. Такая шина может при выворачивании колеса может цепляться за арку, уменьшая радиус поворота. Фактор отрицательно сказывается на управляемости и безопасности.

От чего зависит сцепление шины с дорогой

На силу, качество сцепления покрышки с дорогой влияют следующие факторы:

протектор;
дорожное покрытие;
состав резиновой смеси.

Разберем факторы подробнее.

Протектор позволяет эффективнее отводить воду из пятна контакта. Ламели на зимней резине усиливают зацепление за скользкую дорогу. Все вместе это позволяет увеличить качество сцепления.
Коэффициент сцепления на разном дорожном покрытии будет отличаться. Резина не одинаково взаимодействует с сухим асфальтом и льдом. Особенности покрытия, самый значительный фактор, влияющий на сцепление.
Состав шины может сильно изменять возможности покрышки на разных дорогах. Особенно это ярко проявляется при сравнении зимней и летней авторезины. Для зимних покрышек применяются мягкие резиновые смеси, образующие шершавую поверхность. Они хорошо ведут себя на снегу и льду, на асфальте показывают результат хуже. Жесткая резиновая смесь летних покрышек на ледяной трассе покажет эффект «коньков», сцепления почти не будет.

пятно контакта шины с дорогой

В целом влияние пятна контакта водителями преувеличивается. На качество торможения и другие значимые факторы площадь взаимодействия шины с дорогой практически не влияет. Более важным является протектор и состав резиновой смеси.