Как определить пятно контакта шины
Перейти к содержимому

Как определить пятно контакта шины

  • автор:

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 GK 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 Pw, нагрузки GK, величины окружного Рк 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.

Стенд для определения площади пятна контакта шин с пьезокристаллическими датчиками

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.

© Овчарук Б.В., Криволап В.В., 2015

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

студент 3 курса института транспор- 3 th year student of the Institute

та и логистики Луганского универ- of Transport and Logistics of Lugansk

ситета им. В. Даля, ЛНР University of V. Dahl, LNR

Васильев И.П. Vasyliev I. P.

канд. техн. наук, доцент кафедры Ph. D., assistand professor of

двигателей внутреннего сгорания Internal Combustion Engine, Lugansk

Луганского университета им. University of V. Dahl,

Размеры пятна контакта колеса и нагрузка от автомобильного транспорта на колесо

Простая формула от учёных из их статьи. Просто, чтобы её каждый раз не набивать заново.

По жизни ещё есть второй способ: Рисуем колесо и опускаем его вниз на 0,95 радиуса. Получается пятно контакта. Так при мне делали технологи ремонтно-складского хозяйства лет 10 назад.

Комментарии

Комментарии могут оставлять только зарегистрированные участники
Авторизоваться
Комментарии 1-5 из 5
FILA , 04 мая 2022 в 22:31

«По жизни ещё есть второй способ: Рисуем колесо и опускаем его вниз на 0,95 радиуса.»
Точно так? Ничего не перепутали? Ежели колесо, условно, радиусом 1 м, то его опускать на 0,95 м? Что-то слабо верится — это уже аварийный случай какой-то — осью шкрябает по дороге. Может, опускание колеса на 0,05 радиуса — что более логично?

Tyhig , 05 мая 2022 в 09:04

FILA 🙂
Да, перепутал. Конечно на 0,05.

Кстати сравнивал результаты по этой формуле и с 0,95R, получалось примерно похоже +-15%.
Яйцеголовые здорово потрудились.

Петр-и-Алекс , 05 мая 2022 в 10:13

Спасибо конечно.
Но интересно, в каких расчетах может быть использована полученная инфа?
И до кучи: а как прикинуть горизонтальную сосьтавляющую на «пятно контакта» при скажет «торможении», или старте?
Этож куда интересней, как по мне. Ну например: колесо заехало на плиту\решетку перекрытия канала и тормозит вдоль канала.

Cherepanoff , 05 мая 2022 в 12:40

Сообщение #3 от Петр-и-Алекс

Спасибо конечно.
Но интересно, в каких расчетах может быть использована полученная инфа?
И до кучи: а как прикинуть горизонтальную сосьтавляющую на «пятно контакта» при скажет «торможении», или старте?
Этож куда интересней, как по мне. Ну например: колесо заехало на плиту\решетку перекрытия канала и тормозит вдоль канала.

При расчетах полов по грунту можно использовать, больше наверно в строительной практике ни для чего, потому что есть приближенные методы задания нагрузок от А/Т.

sp1ash , 06 мая 2022 в 08:24

Спасибо. Может пригодиться при расчетах грузоподъемности мостовых сооружений, если вдруг отсутствуют такие данные.

Что такое пятно контакта шины?

Что такое пятно контакта шины?

Автовладельцы часто переоценивают возможности своего транспортного средства, полагаясь на мощность мотора и других систем. В то время как за активную часть сцепления отвечают шины. Причём весь маршрут движения можно разложить на моменты, где шина могла полностью или частично потерять контакт с дорогой. Именно этот контакт и принято называть пятном контакта.

Пятно контакта стандартной мотошины сопоставимо с площадью одной банковской картой, в то время как площадь пятна контакта автомобильной шины примерно равно площади человеческой ладони. Для полноты картины можно представить мощный спортивный мотоцикл на скорости 150-200 км/ч и всё сцепление, которое обеспечивает площадь двух пластиковых карт или заряженный спортивный автомобиль на четырёх ладонях. Только в этот момент становится понятным тот груз ответственности, который ложится на разработчиков шин. Они борются с тем, чтобы пятно контакта отрабатывало максимально эффективно, чтобы работал каждый миллиметр. Важным при этом остаётся задача сохранения площади контакта при маневрировании автомобиля, но это характеристика, как правило, присуща только высокотехнологичным шинам премиум-класса.

Важно помнить, что немалую роль в пятне контакта играет рекомендованное давление. В то время как на малой скорости, в болотистой местности или на снегу пониженное давление специально сконструированных шин обеспечивает лучшую проходимость, на обводнённом покрытии и на высокой скорости шина с недостаточным давлением не способна выдавить водяную плёнку достаточно быстро и теряет значительную часть контакта с дорогой.

Как определить пятно контакта покрышки?

в гараже для миксеров рассчитываю подстилающий слой пола. Для определения давления нужно найти площадь пятна контакта. Мож кто в курсе, есть ли вообще какие-то методики определения таких величин? Ведь есть рекомендуемые значения давления воздуха в покрышках, следовательно под эти значения подразумеваются и некие пятна контакта для оптимального сцепления. В общем нужна помощь для покрышек 320х508/R18 под нагрузкой 5т

Последний раз редактировалось Hyper, 18.06.2015 в 17:50 .
Просмотров: 12232
Регистрация: 27.12.2009
Сообщений: 160

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.

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

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *