УДК 629.113.012.5 К ОБОСНОВАНИЮ ВЫБОРА АВТОМОБИЛЬНЫХ ШИН

© 2013 Ю.П. Петин, кандидат технических наук, доцент кафедры «Проектирование и эксплуатация автомобилей»

В.Г. Доронкин, старший преподаватель кафедры «Проектирование и эксплуатация автомобилей» Тольяттинский государственный университет, Тольятти (Россия)

Ключевые слова: шина автомобильная; нагрузка; безопасность; условия эксплуатации; расход топлива; эконо-

мичность; затраты. Аннотация: Изложены основные требования к шинам в процессе эксплуатации и факторы, которые необходи-

мо учитывать при выборе шин для конкретного транспортного средства в определенных условиях эксплуатации. Даны рекомендации по расчету экономичности шин в зависимости от стоимости, расхода топлива и затрат за пол-ный срок эксплуатации.

Шины – важные элементы автомобиля, от которых

зависят тяговая и тормозная динамичности, управляе-мость, устойчивость, плавность хода и другие эксплуа-тационные свойства. Именно поэтому заводы-изготовители очень тщательно подходят к вопросу комплектации шинами нового автомобиля. При этом автопроизводители вынуждены искать многокомпро-миссные решения, в связи с чем автомобили комплек-туются шинами с усредненными эксплуатационными характеристиками. Современная шина нового товарно-го автомобиля – это, как правило, радиальная, с метал-локордом, бескамерная, с универсальным протектором, всесезонная, без системы подкачки (управления давле-нием воздуха), рассчитанная на дороги с улучшенным асфальтобетонным покрытием.

Однако шины – одни из многих компонентов авто-мобиля, не рассчитанных на весь срок его эксплуата-ции. В связи с этим в период использования автомоби-ля по назначению возникает задача выбора шин при их замене. Цель данного исследования – разработка неко-торых рекомендаций по обоснованному выбору шин.

Особенность рынка шин как сменных запасных час-тей – наличие большого числа предложений. Анализ прайс-листов ведущих мировых (Goodyear, Michelin, Bridgestone, Continental, Pirelli и др.), а также отечест-венных (Кама, Сибур, Амтел и др.) производителей шин показывает, что разнообразие моделей и модифи-каций не гарантирует правильного выбора шин отече-ственными автомобилистами.

Основные требования к комплектации шинами ав-томобиля в процессе эксплуатации приведены в «Тех-ническом регламенте о безопасности колесных транс-портных средств» [5]. Наряду с требованиями безопас-ности, перед принятием решения о замене шины, боль-шое значение имеют следующие основные факторы: − Характеристика шины − Особенность условий эксплуатации конкретного

автомобиля − Фактическое назначение конкретного автомобиля.

При анализе современной практики эксплуатации автомобилей можно выделить три вида характерных набора требований при выборе шины:

1. Обычные требования – автомобиль эксплуатируется по прямому назначению на твердом покрытии на предельно доступных скоростях.

2. Тяжелые условия – автомобиль эксплуатируется в сложных дорожных условиях (в т.ч. бездорожье, песок, грунт, скала) с максимально возможной за-грузкой (в т.ч. возможный перегруз).

3. Тюнинг – шины подбираются исходя из уникальных специфичных требований владельца легкового автомобиля. В данной работе рассматривается первый блок тре-

бований. Шины, установленные на автомобиль заво-дом-изготовителем, как правило, соответствуют его конструкции. Согласно ОСТ 38.04214-80 выбор шин для проектируемых и серийных автомобилей произво-дится по размеру, модели, грузоподъемности, типу ри-сунка протектора для каждого конкретного автомобиля, автобуса, прицепа (полуприцепа).

В процессе эксплуатации необходимо учитывать ряд следующих требований: − прочность на высоких скоростях движения; − усталостную прочность; − малую чувствительность к повреждениям: − интенсивность износа; − сопротивление качению; − возможность наложения нового протектора; − возможность углубления протектора; − уровень шума; − комфортные условия использования; − минимальный дисбаланс; − воздухонепроницаемость; − устойчивость против старения; − динамическую устойчивость; − простота монтажа-демонтажа; − оптимальная стоимость; − эффективность торможения и боковых сил − экономичность по потере мощности на качение; − экономичность по расходу топлива и т.д.

При этом шины должны обеспечивать силу тяги, эффективность торможения и боковых сил на сухой и мокрой дороге, на снегу и льду, максимальный коэф-фициент сцепления в дождь (или возможность аквапланирования), то есть шина должна иметь качест-ва вседорожника.

Вектор науки ТГУ. № 2 (24), 2013 197

Ю.П. Петин, В.Г. Доронкин «К обоснованию выбора автомобильных шин»

В настоящее время растет значение экономических требований. Экономичность шины в общем виде харак-теризуется коэффициентом [1].

И

Ф

QQКТ = (1)

где ФQ – фактический расход топлива на исследуемых шинах, л/100 км,

ИQ – расход топлива по норме, л/100 км. Сила сопротивлению качению автомобиля

fGP Kf ⋅= , (2)

где KG – вертикальная нагрузка на шину,

f – коэффициент сопротивления качению. Сила сопротивления качению включает потери

на внутреннее трение в шинах на деформацию при ра-боте, потери на трение между протектором и дорогой и потери на деформацию дорожного покрытия (на мягких грунтах).

Коэффициент сопротивления качению равен 0,015…0,020 для дороги с асфальтобетонным покрытием: 0,020…0,025 – дорога с гравийным покрытием; 0,025…0,035 – грунтовая дорога сухая; 0,05…0,15 – грун-товая дорога мокрая; 0,10…0,30 – песчаная дорога [3].

При выборе шин прежде всего учитывают нагрузку на колесо автомобиля, при этом допустимая нагрузка на шины должна превышать на 10…20 % фактическую нагрузку на колесо автомобиля. Максимальная ско-рость автомобиля не должна превышать допустимую скорость для шины. Шины с большими характеристи-ками тяжелее, дороже и расход топлива увеличится.

Особое внимание следует уделять рисунку протек-тора, который определяется дорожными условиями эксплуатации. Шины с глубоким рисунком протектора

не всегда лучший вариант (см. рис. 1). При начальной глубине рисунка протектора 20 мм, первый мм износит-ся за 3500 км, а последний за 6000 км, то есть чем боль-ше глубина протектора, тем интенсивнее он изнашивает-ся и расход топлива на 7 % выше на глубоком протекто-ре [6]. Поэтому у современных шин оставляют подкана-вочный слой, который после износа первого слоя про-тектора углубляют специальным инструментом.

При выборе ширины профиля следует учитывать, что узкие шины менее безопасны, а широкие имеют большую массу, более шумные, тяжелые в управлении автомобилем и расход топлива увеличивается на 2 %.

Расчлененность протектора канавками также влияет на расход топлива. Поэтому для крупногабаритных ав-томобилей при междугородных и международных пе-ревозках по осям автомобиля ставят шины с разным рисунком протектора. На переднюю ось и ось прицепа устанавливают шины с наиболее сплошным протекто-ром с продольными канавками. На ведущую ось – с дополнительным поперечным расчленением протек-тора, что повышает коэффициент сцепления [6].

Одним из главных критериев для потребителей яв-ляется стоимость шины, т.е. ее цена и затраты в про-цессе эксплуатации. Величину удельных затрат можно определить по формуле [4]

qC

qLСЗ удтШР .∆

+= , руб./тыс. км (3)

где ШРC – сумма стоимости шины и затрат на ее ре-монт, руб.

q – грузоподъемность шины, т L – пробег шины до списания с учетом пробега по-

сле ремонта (восстановления), км

удтC .∆ – стоимость топлива на один км пути для

преодоления сопротивления качению шины, руб./км

Рис. 1. Вклад отдельных элементов шины в сопротивление качению. 1 – борта, 2 – бортовая проволока, 3 – каркас, 4 – брекер, 5 – боковина, 6 – протектор

198 Вектор науки ТГУ. № 2 (24), 2013

Ю.П. Петин, В.Г. Доронкин «К обоснованию выбора автомобильных шин»

Величину удельных затрат следует определять ис-пытанием шин на одном автомобиле в одинаковых ус-ловиях эксплуатации. Основное влияние на удельные затраты оказывает пробег шины до списания, который зависит от: − конструктивно-технологических факторов; − качества применяемых материалов; − качественного проведение технического обслужи-

вания [2]; − своевременного выполнения ремонтных операций; − технического состояния ходовой части и систем

управления автомобиля (тормоза и рулевое управление). Стоимость топлива на один км пути для преодоле-

ния сопротивления качению шины соотносится с со-противлением качению автомобиля по дороге как 5:1 [1], т.е. если сопротивление качению автомобиля сни-жается на 15 %, то экономия топлива составляет 3 %.

Для уточнения удтC .∆ необходимы натурные иссле-

дования для различных моделей шин на автомобилях

одной марки и в одинаковых условиях эксплуатации, с последующим расчетом по формулам (1) и (2).

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Бакфиш К. Новая книга о шинах. – М.: ООО «Изда-тельство Астрель»; ООО «Издательство АСТ», 2003.

2. Доронкин В.Г. Шиноремонт. – М.: Издательский центр «Академия», 2011.

3. Ковальчук В.П. Эксплуатация и ремонт автомо-бильных шин. – М.: Транспорт, 1972.

4. Тарновский В.Н. и др. Автомобильные шины: уст-ройство, работа, эксплуатация, ремонт. – М.: Транс-порт, 1990.

5. Технический регламент о безопасности колесных транспортных средств. Утвержден Постановлением Правительства Российской Федерации от 10 сентяб-ря 2009 г. № 720 (в ред. Постановлений Правитель-ства РФ от 10.09.2010 № 706, от 06.10.2011 № 824).

6. Янчевский В.А. Безопасность, обслуживание, ре-монт автомобильных шин. – М.: МАДИ-ТУ, 1998.

TO JUSTIFICATION FOR THE SELECTION OF THE AUTOMOBILE TYRES

© 2013 Y.P. Petin, candidate of technical sciences, associate professor of the chair «The designing and operation of the car»

V.G. Doronkin, assistant professor of the chair «The designing and operation of the car» Togliatti State University, Togliatti (Russia)

Keywords: automobile tyre; load; safety; maintenance conditions; fuel expenditure; economy; expenses. Annotation: Main requirements to tyres during the process of maintenance and the factors which are necessary to take

into account when choosing tyres for some vehicle under certain conditions of maintenance were stated. Recommendations were given on the calculation of tyre economy depending on the cost, fuel expenditure and expenses for the full period of maintenance.

Вектор науки ТГУ. № 2 (24), 2013 199