Когда шина нагреется быстрее
Особенности нагрева шин при эксплуатации автомобиля
При эксплуатации автомобиля шины, установленные на его колеса, катятся под нагрузкой. При этом происходит нагрев шин. Особенности этого процесса в этой статье описывают ученные из Волгоградского государственного технического университета и Махачкалинского филиала МАДИ.
Особенности нагрева покрышки
Нагрев шины при ее качении происходит в основном в результате трения в материалах шины, поскольку потери на трение между частицами воздуха в шине ничтожно малы. Механическое и молекулярное трение между структурными элементами покрышки преобразуется в тепловую энергию, а трение о дорожное покрытие – также в тепло и износ протектора.
Температура в той или иной точке шины преимущественно определяется на основе баланса между количеством тепла, создаваемого в данной точке в каждую единицу времени, и возможностью отвода этого тепла.
Если разделить шину на сектора – немного большие, чем сектор, охватывающий пятно контакта шины с дорогой, то можно увидеть, что тепло выделяется в каждом секторе шины. Это происходит циклически только в небольшой промежуток времени, когда сектор приближается и проходит пятно контакта с дорогой. Затем каждый сектор остывает, передавая тепло окружающему воздуху до нового приближения к пятну контакта с дорогой.
В тех местах профиля шины, где толще резина и значительнее деформация, выделяется больше тепла. На температуру в данной точке шины оказывает также влияние теплообразование в смежных точках. Поэтому во время работы шина имеет различную температуру в каждой точке своего профиля. В начале движения колеса выделенное тепло идет на нагрев тела шины и частично рассеивается в окружающей среде. По мере дальнейшего движения температура шины повышается, и происходит перераспределение тепла между различными зонами профиля шины.
Как посчитать количество тепла при нагреве шины
Количество тепла, создаваемого в единицу времени в той или иной точке шины, определяется видом трения, величиной и скоростью деформации, а также температурой окружающей среды.
Величина трения зависит от свойств материала и загруженности элементов шины. Более нагруженные элементы шины при своей работе выделяют и больше энергии. Молекулярное трение обычно меньше механического трения между отдельными элементами. В тех местах, где не обеспечено хорошее молекулярное сцепление между резиной и кордом, т. е. где преобладает механическое трение, там при работе шины наблюдается быстрое локальное повышение температуры.
Потери на трение возрастают с увеличением деформации шины и скорости движения автомобиля, но уменьшаются с увеличением температуры. Отвод тепла от шины осуществляется благодаря конвекции, теплопроводности и теплоизлучению. Он усиливается при обдуве шины ветром и увеличивается с ростом скорости обдува.
В нормальных условиях работы колеса основная часть тепла отводится от шины конвекцией в атмосферный воздух, и лишь около 15% – теплоотдачей в сухое дорожное покрытие. Соотношение между теплом, отводимым в воздух и дорогу, зависит от многих факторов. В первую очередь, это соотношение зависит от разности температур между поверхностью шины и дороги, а также количества тепла, выделяемого в результате трения в контакте.
От чего зависит температура шины
Зависимости температуры в точках поперечного сечения шины при качении ее по барабану с различными постоянными скоростями, приведены на рис. 1.
Рис. 1. Зависимости температуры в точках поперечного сечения шины при качении ее по барабану с различными постоянными скоростями
Из рисунка 1 видно, что с повышением скорости в одних точках поперечного сечения шины температура увеличивается, а в других – уменьшается. При высоких скоростях движения колеса шина имеет максимальную температуру в сечении 1-3, расположенном посередине беговой дорожки протектора. Поэтому температуру шины оценивают либо средней температурой воздуха в шине, либо действительной температурой в заданной точке профиля шины. Последнюю измеряют обычными игольчатыми термопарами, специальными термисторами и тепловизорами.
Температура шины зависит от ее размера, температуры внешней среды, нагрузки, приходящейся на колесо, давления воздуха и скорости качения колеса. Влияют также конструкция шины, рисунок протектора и степень его износа, гистерезисные и тепловые характеристики шинных материалов, шероховатость. Не обходится без влияния ровности опорной поверхности дороги и интенсивность отвода тепла (обдува воздухом, движения по мокрой дороге, по снегу и льду и т.д.). Неустановившееся тепловое состояние шины, кроме того, зависит от времени качения в данном режиме.
Эксперименты и исследования
Экспериментальные зависимости температуры в различных точках камерной шины 8-15, от времени качения колеса по барабану с постоянной скоростью приведены на рисунке 2. На этом рисунке видно, что при скорости 160 км/ч температура в плечевой зоне протектора увеличивается до 135°С, а температура воздуха в камере примерно на 20°С ниже. Рост температуры продолжается приблизительно 10 минут, после чего она становится постоянной. Такой рост температуры, обусловлен высокой скоростью качения и быстрым разгоном барабана до этой скорости.
Рис. 2. Экспериментальная зависимость температуры шины от времени качения колеса по барабану с постоянной скоростью 160 км/ч, нагрузке 600 кгс, давлении воздуха 1,7 кгс/м 2 и температуре окружающего воздуха 38°С: 1 – температура протектора в плечевой зоне шины; 2 –температура воздуха в камере
В процессе эксплуатации шины редко достигают такой скорости и температуры. На рисунке 3а представлены эксплуатационные зависимости максимальной температуры воздуха внутри шины (для шин 11-12) от скорости при различной температуре окружающего воздуха, наличии или отсутствии ветра и различной нагрузке на шину.
Эксперименты проводились в лабораторных условиях при постоянном начальном давлении и двух значениях нормальной нагрузки (2 300 и 1 840 кгс). Испытания проводили при отсутствии обдува шины воздухом (кривые 1 и 4), при обдуве шины, когда температура окружающей среды достигала 25°С (кривые 2 и 6) и 5°С (кривые 3 и 6).
Рис. 3. Зависимости максимальной температуры воздуха внутри шины (для шин 11-12) от скорости:
а) – при различной нагрузке на шину и различной температуре окружающего воздуха, наличии или отсутствии обдува ветром, где: 1 – качение без ветра, G к = 2300 кгс, температура воздуха 25ºС; 2 – тоже самое, но при ветре; 3 – при ветре, температура 5ºС; 4 – без ветра, G к = 1840 кгс, температура 25ºС; 5 – тоже самое при ветре; 6 – тоже самое при температуре 5ºС;
б) – при различной слойности шины, где: 1 – при 14 слоях корда, 2 – при 12 слоях, 3 – при 10 слоях.
Выводы
Из рисунка 3а можно сделать следующие выводы:
– при одном и том же давлении воздуха уменьшение нагрузки на колесо на 20% значительно снижает температурный режим шины;
– снижение температуры окружающего воздуха даже на 20°С незначительно уменьшает температуру воздуха в шине;
– уменьшение нагрузки оказывает тем большее влияние на снижение рабочей температуры шины, чем выше скорость движения колеса;
– обдув шины ветром оказывает тем большее влияние на уменьшение ее температуры, чем больше она нагружена.
Из рисунка 3б видно, что чем больше слоев корда имеет покрышка, тем выше температура шины при той же скорости качения шины.
Таким образом, с повышением температуры шины все большее количество тепла рассеивается во внешней среде. После определенного времени движения колеса с постоянной скоростью шина приобретает такое распределение температуры, при котором устанавливается равновесие между притоком тепла и рассеиванием его во внешней среде. Наиболее высокая температура при этом наблюдается обычно в зоне брекера посередине беговой дорожки и в плечевых зонах шины.
Температура оказывает большое влияние на сопротивление качению и на срок службы шины. Повышение температуры шины приводит к существенному уменьшению гистерезисных потерь в ней. Это является положительным фактором с точки зрения уменьшения сопротивления движению. Зависимости коэффициента сопротивления качению и средней температуры шины от времени ее обкатки с постоянной скоростью показаны на рисунке 4.
Рис. 4. Зависимость коэффициента сопротивления качению и средней температуры шины от времени ее обкатки с постоянной скоростью, где: 1 – 10 км/ч; 2 – 30 км/ч; 3 – 60 км/ч.
Повышение температуры приводит к уменьшению прочности резины и корда. При повышении температуры от нуля до 100°С прочность капронового корда снижается примерно на 20%, а прочность резины и связь ее с кордом – примерно в 2 раза. Поэтому выбору оптимальной температуры, обеспечивающей малое сопротивление движению колеса и высокий срок службы шины, необходимо уделять серьезное внимание.
Температура считается опасной, когда при ней происходит процесс вулканизации и девулканизации резины, т. е. резкое изменение механических качеств резины и корда. В катящейся шине допускается температура 100 о С.
Температура от 100 до 120 о С называется критической, а выше 120 о С – опасной, поскольку может привести к быстрому разрушению шины. Начиная от критической температуры, возможно повреждение шины, особенно если температура будет держаться продолжительное время.
При повышенных температурах появляются явления усталости, которые обусловлены появлением и развитием на поверхности нитей капронового корда микродефектов. Уменьшение прочности резины и корда при повышении температуры приводит к отслоению протектора, расслоению и разрыву каркаса в местах с наибольшей температурой. Поэтому нельзя допускать нагрева шины выше 100 о С.
Гудков В.А., Рябов И.М., Гудков Д.В., Малинин Н.Н., Волгоградский государственный технический университет
Мамакурбанов М.М., Устаров Р.М., Махачкалинский филиал МАДИ
Когда менять изношенные покрышки: нормы, индикаторы пробега шин
Покрышки автомобиля изнашиваются быстрее, чем любой другой элемент автомобиля по причине регулярного контакта с дорожным покрытием, которое не всегда бывает идеальным. Безопасность движения очень зависит именно от покрышек, которые нужно вовремя менять во избежание ДТП.
Причины износа шин
Существует немалое количество факторов, влияющих на износ шин:
Эксплуатация изношенных шин
В целях экономии некоторые автомобилисты отказываются менять изношенные покрышки до наступления пикового момента или первой аварии. Чем это чревато, кроме опасности управления таким транспортным средством?
Когда приходит время смены шин?
Слишком изношенные шины влияют на увеличение тормозного пути, высокую вероятность заносов, ухудшение сцепления с дорогой, могут вызвать ДТП. Во избежание этого нужно вовремя их менять.
Определить тот факт, что подошло время замены можно визуально:
В России действует единая норма износа шин: для зимней резины – 4-5 мм, для летней – 1,6 мм. Эти показатели считаются предельными, поэтому лучше не доводить шины до такого состояния. Данные нормы были установлены в Европе с 1992 года и используются по сей день.
Определяем пробег шин
Самый простой способ определить пробег – посмотреть на протектор и убедиться, что он выступает за резиновый столбик, который расположен между канавками. Если протектор сравнился с этим столбиком, шина полностью износилась.
Индикатор износа можно найти непосредственно на поверхности шины. Для этого изучите боковую сторону шины, там должна быть соответствующая метка в виде треугольника или знака «TWI».
Кроме того, определить высокий уровень износа можно по цвету шины. Со временем, стираясь, протектор приобретает яркий оттенок, который не спутаешь с новой шиной. Если вы заметили, что ваша шина обрела яркий оттенок, это одно из свидетельств критичного износа покрышки.
Для получения более точных данных можно использовать специальный инструмент для измерения износа. Для этого используется индикатор с миллиметровым делением, которым нужно замерить глубину канавок в нескольких местах.
Если такого прибора не оказалось под рукой, всегда можно воспользоваться подручными средствами:
Процент износа покрышек
По мере уменьшения ресурса шины увеличивается процент ее износа. В случае повреждения борта процент износа может увеличиться до 10%. Если на поверхности протектора просматриваются сколы или трещины, это добавляет еще 25% износа. В случае расслоения каркаса процент износа шин будет равен 100.
Если брать временной промежуток, то за 3 года процент износа достигает 10%. Если эксплуатация шины превышает 5 лет, износ шины будет равен 50%.
Как избежать быстрого износа шин?
Вовремя менять покрышки рекомендуется во избежание аварий, повреждений автомобиля, ухудшения сцепления с дорожным покрытием.
Почему греется переднее колесо, и как решить проблему
Вопросы, рассмотренные в материале:
Разобраться, почему греется переднее колесо, не так просто, причиной нагрева могут быть совершенно разные детали. Однако важно выявить проблему и ее причину как можно скорее.
Если не заметить нагревание колеса вовремя и не принять меры, скорее всего, придется столкнуться с деформацией диска или сразу пары. При резком изменении температуры, — например, контакте со снегом или холодной водой — диски могут треснуть, а это скажется на управляемости автомобиля. Поэтому разобраться с причинами нагрева нужно как можно раньше.
Почему греется тормозной диск переднего колеса
Нагрев не всегда является признаком неисправности. Работающие в соприкосновении детали всегда нагреваются, однако в штатных условиях это происходит равномерно, а температура не выходит за допустимое значение. Поэтому в статье слово «нагрев» будет обозначать исключительно превышение допустимых температурных норм.
Чаще всего передние тормозные диски чугунные. И в каждодневной работе этот материал показывает себя вполне неплохо благодаря дешевизне и приличным фрикционным свойствам. Однако у каждого материала есть недостатки. Чугун быстро нагревается при интенсивном торможении. Доходит до появления дыма, материал колодок плавится и деформируется.
Для снижения нагрева применяют простое конструктивное решение – диски имеют пустоты внутри. Это так называемые вентилируемые диски. Наличие каналов для охлаждения никак не сказывается на их тормозных характеристиках.
Далее инженерная мысль создала тормоза с перфорацией. Также подбирался более оптимальный состав сплава. Перфорированные диски рассеивают тепло значительно эффективнее обычных.
Определим причины, по которым греются передние тормозные диски. Основная – это сила трения. Статистически в 99 % виновато именно трение. Независимо от того, заднее или переднее греется колесо, правое или левое. Обнаружив, что греется колесный диск на переднем колесе, автовладелец первым делом проверяет, свободно ли крутится колесо на оси, для чего:
Если необходимо приложить значительное усилие для вращения переднего колеса или движение сопровождается шорохом, скорее всего, тормозной суппорт не отошел от колодки несмотря на отпускание педали тормоза.
Тормоза клинит из-за ржавчины, образующейся на поверхности зеркала тормозного цилиндра или на наружных стенках поршня. Посторонний налет затрудняет свободное движение механизма. Направляющие также склонны покрываться ржавчиной. На СТО предлагают услугу под названием «разработка», что подразумевает восстановление нормальной работы тормозов. В обязательном порядке меняются резиновые уплотнения. Поэтому необходимо приобрести соответствующий ремкомплект. В некоторых случаях приходится также поменять и поршень.
Следующая причина тугого хода переднего колеса – износ подшипника ступицы. Из-за этого же греются тормоза. В таком случае тормозной диск будет существенно горячее только с одной стороны. При его нагреве тепло передается на тормозные механизмы. В случае такой неисправности на некоторых скоростях движение будет идти с характерным воющим или гудящим звуком от переднего колеса.
Рекомендуем
Бывает и так, когда колесо вращается без усилий в поднятом состоянии. Но после очередной поездки водитель обнаруживает, что греются болты на переднем колесе. Тогда следует проверить следующие факторы:
Причины явления, когда греется колесный диск переднего колеса:
Причины, по которым греются задние тормозные устройства, аналогичны таковым в случае с передними тормозами. Однако речь идет только о дисковых механизмах, в барабанных тормозах все иначе.
Клинящий суппорт или ступичный подшипник в состоянии крайнего износа являются типичными проблемами тормозов. Однако неправильная установка колодок также может стать причиной ситуации, когда переднее колесо греется при движении.
Иногда бывает ситуация, что греется диск переднего колеса даже после замены тормозных колодок. Тут однозначно проблема в них – либо некачественная запчасть, либо установлены неподходящие для данной машины колодки.
Некачественная прокачка тоже может вызвать перегрев. Необходимо обкатать новые колодки, проехав несколько сотен километров. После чего проблема должна уйти.
Огромное влияние на процесс торможения оказывает вес авто. Чем больше масса машины, тем диски большего диаметра требуется использоваться в тормозных системах. Особенно часто большие тормоза устанавливают на внедорожниках и кроссоверах. Также важен сам стиль вождения. Агрессивная манера езды всегда сопряжена со множеством торможений, что негативно влияет на температурный режим колодок. Вышеназванные факторы всецело зависят от человека и могут вызвать перегрев даже при исправных передних тормозах. Однако есть еще механические причины.
Рекомендуем
В городском цикле движения неизбежно греются тормоза. Если к тому же водить в агрессивном стиле, с резкими ускорениями и торможениями, то перегрев тормозных дисков обеспечен.
О перегреве можно узнать по изменившемуся цвету тормозов. А именно первым делом появляются вкрапления черного и синего цветов. Если суппорты клинят, то повысится расход топлива и авто меньшее расстояние будет проезжать по инерции.
Если у вашей машины греется переднее колесо, причину явления лучше всего узнать на станции техобслуживания. Там проведут диагностику и квалифицированный ремонт транспортного средства.
Как устранить проблему
Алгоритм устранения перегрева тормозов переднего колеса выглядит так:
Хочется отметить ответственность, которая возложена на автовладельца за качественное состояние тормозов его авто. Также не рекомендуется выбирать стиль езды, требующий частых и резких ускорений и торможений. Особенно такое поведение опасно при мокром асфальте. Техобслуживание и ремонт тормозной системы передней оси рекомендуется делать только на проверенных СТО.
Не стоит также увлекаться дешевыми запчастями из Китая. Кроме того, нужно перед поездкой всегда проверять уровень тормозной жидкости, а также производить ее замену через требуемые интервалы. Неплохо время от времени обследовать тормозную систему на предмет исправности.
Почему греется ступица переднего колеса
Перегрев ступицы переднего колеса может происходить по целому ряду причин. Соответственно, и исправлять ситуацию нужно по-разному. Опасность в том, что если греется ступица, то это делает машину нестабильной на дороге, ее начинает тянуть в бок.
Однако виновники перегрева немногочисленны: либо греется подшипник ступицы переднего колеса, либо тепло выделяется в тормозной системе. Давайте выясним, как различить две эти проблемы.
Ситуация, когда неисправна именно система торможения:
Неисправность подшипника проявляется следующими признаками:
Рекомендуем
Перетянутый подшипник ведет себя аналогично изношенному. Поэтому вскоре после его замены также может появиться перегрев. Нужно обязательно убедиться, что люфт именно от ступичного подшипника. Неисправная шаровая опора тоже дает люфт, и его легко принять за неисправность подшипника ступицы.
Нужно приподнять проблемное переднее колесо при помощи подъемника или домкрата. Затем вращать его вручную в свободном положении. Должно получиться равномерное вращение без особых усилий. Для более точной диагностики снимаем тормозной суппорт, а колесо возвращаем обратно на ось.
Попытка вращать колесо без суппорта прояснит картину. Если оно будет вращаться так же, то виноват подшипник на 100 %. Однако следует помнить, что задняя ступица может нагреваться из-за подклинивания тормозных колодок ручного тормоза. Многие модели авто имеют стояночные колодки внутри тормозного диска.
Когда греется переднее правое или левое колесо и причиной являются тормоза, нужно ремонтировать суппорт или заменить его новым. Для этой цели продаются два вида ремкомплектов: полный и профилактический.
Не спешите делать заказ. Сначала нужно определиться с типом ремкомплекта, для чего разбираем суппорт. Если дело в заклинивании – нужен полный ремкомплект. Причем обслуживанию нужно подвергнуть оба суппорта с двух стороны одной оси. Если суппорт имеет один поршень, тщательно обследуйте направляющие, по которым перемещаются половинки. Очень часто этот узел является причиной заклинивания.
В случае неисправности ступичного подшипника сложность ремонта возрастает. Для такой операции нужно обладать определенным набором инструментов. Систематизируем операции в зависимости от причин и способов ремонта.
После ремонта некоторые автовладельцы сталкиваются с сильно затянутым подшипником ступицы. Это проявляется в виде затрудненного вращения колеса на холостом ходу. Целиком в этом виноват мастер, выполнявший ремонт подшипника. Чтобы устранить недочет, нужно ослабить затяжку ступицы при помощи специальной гайки. Лучше быть внимательным, так как на некоторых моделях машин на этой гайке имеется левая резьба.
Если же подшипник затянут недостаточно сильно, люфт колеса будет значительным. Такое тоже может быть в результате ошибки ремонтного персонала. А вот если никакого ремонта в последнее время не осуществлялось, скорее всего, подшипник просто износился. Нужно заменить либо подшипник, либо ступицу в сборе. Это опять же зависит от конкретной модели транспортного средства.
Как временная мера допускается подтяжка подшипника в целях уменьшения зазора до нормальной величины. Однако нужно отдавать себе отчет, что это лишь позволит перенести ремонт авто на более удобное время. Эксплуатировать машину в таком состоянии крайне нежелательно. Если решено воспользоваться этим временным средством, обязательно вскрытие подшипника и замена смазки на новую. Старая смазка содержит слишком много продуктов выработки металла.
Испорченная смазка может быть причиной того, что греется ступица. Подшипник в штатном режиме должен работать в условиях хорошей и чистой смазки. Разрушение пыльника ступицы приводит к засорению смазки. В нее попадает влага и грязь, сама смазка усиленно окисляется. Проблема решается заменой пыльника и смазки. Но только в том случае, если негерметичность была вовремя обнаружена. Чаще всего в момент выявления этой неисправности подшипник уже успевает значительно износиться, что неизбежно ведет к его замене.
Последовательность действий при установке подшипника или подтяжке старого такова: сначала затягивают сильно колесо, затем отпускают затяжку, добиваясь легкого и равномерного хода колеса. Проехав 300–500 км, нужно проверить затяжку и при необходимости выполнить регулировку.
Рекомендуем
Вышеизложенные советы по устранению перегрева ступицы заднего или переднего колеса носят обобщенный характер. Более точную информацию можно почерпнуть из руководства по ремонту конкретной модели авто. Также важно знать, что демонтаж и установка подшипников часто требуют использования пресса. Снимать и устанавливать подшипники при помощи ударов не рекомендуется.
Мнение автовладельцев о нагреве переднего колеса
«Выявил случайно, что греются колодки на переднем колесе. Обратился на официальный сервис. Результат диагностики гласил, что прикипела колодка с внутренней стороны. Предложили сделать профилактику. В результате переставили колодки местами, смазали и почистили».
«Если греется переднее левое колесо, причина, вероятнее всего, в заклинившем тормозном цилиндре. Такое случается после установки новых колодок. Столкнулся с этим на «Калине». Пришлось поменять ступичный подшипник. Старый утратил работоспособность из-за перегрева и вытекания смазки. Устраняется закачиванием нескольких миллилитров тормозной жидкости под пыльник цилиндра при помощи шприца. Затем цилиндр прогонятся туда-сюда несколько раз без колодок. Определить необходимость прокачки цилиндра легко: если он туго вдавливается в суппорт, значит, нужно его смазать».
«Вполне вероятно, что подклинивают колодки или тормозной цилиндр. В ситуации сразу после их замены такое иногда случается. Нужно немного подождать, пока приработаются детали».