Факторы, влияющие на долговечность шин мотоциклов

Внутреннее давление в шинах

Практика показывает, что наиболее характерный случай нарушения правил эксплуатации мотоциклетных шин — несоблюдение норм давления в шинах.

Рассмотрим два случая.

1-й случай — шина эксплуатируется при пониженном давлении. Вследствие этого увеличивается ее радиальный прогиб. Каркас покрышки подвергается большим знакопеременным деформациям, возрастают напряжения в нитях корда. Кроме того, повышенная деформация каркаса сопровождается увеличенным теплообразованием. Все это приводит к тому, что усталостная прочность каркаса падает, уменьшается прочность связи между деталями покрышки. В результате шина может преждевременно выйти из строя из-за излома каркаса, отслоения протектора и т. п. При осмотре покрышки, работавшей при пониженном давлении, на внутренней части боковины в зоне наибольшей деформации наблюдается черная полоса «намола»—крошки резины, возможно даже оголение или (при изломе каркаса) разрушение нитей корда.

Шины, работающие при пониженном давлении, имеют большую площадь контакта с дорогой, чем при нормальном давлении. За счет этого несколько уменьшается среднее удельное давление, однако фактические удельные давления по зоне контакта несколько перераспределяются. Так как средняя часть протектора прогибается внутрь шины, удельное давление уменьшается в центре беговой дорожки и значительно возрастает в крайних зонах. При этом в крайних зонах резко увеличивается износ протектора (вследствие более интенсивного проскальзывания и увеличенного удельного давления), в связи с чем шина изнашивается быстро и неравномерно.

При эксплуатации шин при пониженном давлении значительно увеличиваются потери мощности в шине на качение, возрастает коэффициент сопротивления качению. Это приводит к уменьшению максимальной скорости движения мотоцикла (на дорогах с твердым покрытием), увеличению удельного расхода топлива.

Пониженное давление снижает сопротивляемость шин динамическим нагрузкам. Хотя на удовлетворительной дороге (булыжник, «гребенка» и т. п.) плавность хода мотоцикла несколько улучшается, при наезде на большой скорости на какое-либо препятствие — рельсы, камни, ямки (в асфальте) и т. п. — может произойти «пробой» шины до обода. В этом случае наряду с возможным разрушением шины происходит деформация обода колеса.

Снижение давления в шине приводит также к уменьшению ее боковой жесткости, т. е. к ухудшению управляемости мотоциклом и его устойчивости, увеличению возможности заноса и, значит, уменьшению безопасности езды.

При понижении давления в шине уменьшается надежность ее крепления на ободе. В то же время шины находятся под постоянным воздействием моментов (крутящего — для заднего колеса, тормозного — для заднего и переднего и сопротивления движению — для всех колес), стремящихся провернуть шину относительно обода.

При некотором критическом значении давления момент трения между шиной и ободом становится меньше момента внешних сил, действующих на шину. Происходит проворачивание шины относительно обода с одновременным вырывом вентиля и, следовательно, полной потерей давления. Поскольку заднее (ведущее) колесо мотоцикла практически постоянно находится под воздействием крутящего или тормозного моментов, вероятность проворачивания на нем шины больше, чем на других колесах.

При полном падении давления устойчивость и управляемость мотоцикла, особенно при движении с высокой скоростью, ухудшается настолько, что даже очень опытный водитель не всегда может сохранить направление движения мотоцикла и его устойчивость до полной остановки. Особенно опасен вырыв вентиля в шине переднего колеса, так как в этом случае даже мотоцикл с боковым прицепом, имеющий большую устойчивость, чем одноколейный мотоцикл (без коляски), становится практически неуправляемым.

Следует помнить, что при вырыве вентиля шина, как правило, выходит из строя вследствие повреждения ее ободом.

2-й случай — шина эксплуатируется при повышенном давлении. Повышенное против нормы давление в шине сопровождается уменьшением ее радиальной деформации и, следовательно, уменьшением площади контакта. Удельные давления в зоне контакта увеличиваются, особенно в средней части, что приводит к значительному увеличению интенсивности износа центральных элементов рисунка протектора.

При увеличении удельных давлений в контакте ухудшается проходимость мотоцикла по мягкому грунту. Уменьшение площади контакта приводит к ухудшению тормозных качеств шин, особенно на мокрой дороге. Результатом повышенного давления является увеличение динамической жесткости шин и, значит, ухудшение плавности хода мотоцикла (комфортабельности). Поглощение энергии шиной уменьшается, значит, увеличиваются динамические нагрузки на ходовую часть мотоцикла.

Кроме того, при повышении давления в шине уменьшается запас прочности каркаса. Возрастают напряжения в нитях корда, и быстрее наступает его усталость. При воздействии на шину динамических сосредоточенных нагрузок — наезды на различные препятствия, особенно на большой скорости — повышается вероятность разрыва каркаса. Разрыв каркаса происходит, как правило, в зоне протектора и имеет крестообразный или диагональный характер.

Учитывая, что при длительном непрерывном движении мотоцикла, особенно в жаркую погоду, давление в шинах несколько повышается (из-за нагрева воздуха в шинах), все вышеуказанные явления еще более усугубляются.

Необходимо отметить, что шины, разрушенные вследствие эксплуатации их при пониженном или повышенном давлении, ремонту не подлежат.

Таким образом, одно из важнейших условий правильной эксплуатации шин — строгое соблюдение норм давления. Учитывая, что распределение веса по колесам мотоциклов очень неравномерно (согласно особенности его компановки) и вес пассажиров составляет до 100% от общего веса полностью снаряженного мотоцикла, необходима строгая дифференциация давлений в шинах в зависимости от нагрузок (загрузки мотоцикла).

В то же время совершенно очевидно, что корректировка давления в шинах в случаях очень часто меняющихся нагрузок на них — при небольших пробегах с постоянно меняющимся числом пассажиров — неудобна.

Поэтому рекомендуется давление в шинах мотоцикла устанавливать исходя из преобладающей по пробегу загрузки мотоцикла, допуская кратковременное несоответствие давления в шинах фактической нагрузке на них. Однако при длительных пробегах давление в шинах должно быть обязательно доведено до нормы, соответствующей измененной нагрузке.

Давление в шинах следует проверять перед каждым выездом специальным манометром марки МД-214. Необходимость столь частой проверки давления объясняется тем, что даже не имеющая повреждений камера может пропускать воздух через стенки в силу некоторой газопроницаемости. Кроме того, возможна незначительная утечка воздуха через клапан золотника вентиля, особенно при эксплуатации шин без предохранительного колпачка.

Колебание давления в мотоциклетных шинах допускается в пределах ±0,1 кгс/см2 от установленной нормы. При проверке внутреннего давления в шинах в дороге может оказаться, что давление несколько повысилось из-за нагрева шины при качении. В этом случае корректировать давление не следует.

Нагрузка

Каждая шина рассчитана на определенную нагрузку. Эксплуатация шин при нагрузках, превышающих максимально допустимые, значительно сокращает срок их службы. При перегрузке шин увеличиваются напряжения в нитях корда, быстрее наступает усталость каркаса и других деталей покрышки.

Перегрузка шин сопровождается увеличением интенсивности износа протектора, повышенным разогревом шины. Увеличение температуры шины способствует повышению износа протектора и падению прочности шины.

Повышение давления в перегруженных шинах для уменьшения радиального прогиба привод от к еще большему напряжению каркаса и уменьшению запаса его прочности.

Типичные дефекты разрушения шин при их перегрузке:

• разрушения боковины в зоне наибольшей деформации
• разрывы каркаса — диагональные, крестообразные
• отслоение протектора и расслоение каркаса.

При перегрузке шин возрастают потери мощности на качение мотоцикла, увеличивается расход топлива, ухудшается управляемость мотоцикла.

Следовательно, максимального пробега шин можно добиться только при эксплуатации их без перегрузки.

Методы вождения

Методы вождения мотоцикла оказывают существенное влияние на долговечность шин.

Современные дорожные мотоциклы — очень динамичный вид транспорта. Они обладают высокой максимальной скоростью, очень «приемисты», т. е. быстро набирают скорость при разгоне, оборудованы эффективной системой тормозов. Если еще учесть, что мотоциклетные шины работают в гораздо более жестких условиях по сравнению с шинами легковых автомобилей, то становится совершенно очевидным, что только рациональное и правильное использование динамических возможностей мотоцикла может обеспечить максимальный пробег шин.

Поскольку износ рисунка протектора — основная причина выхода мотоциклетных шин из эксплуатации, необходимо прежде всего рассмотреть, как методы вождения влияют на износ шин.

Влияние скорости движения

Ранее было указано, что износ протектора шин происходит из-за проскальзывания элементов рисунка относительно дороги. Испытания показали, что интенсивность износа протектора прямо пропорциональна скорости движения мотоцикла. Это объясняется тем, что при увеличении скорости качения колеса возрастает скорость проскальзывания элементов рисунка протектора в зоне контакта. С увеличением скорости повышается температура протектора, что так-же способствует более интенсивному износу.

При движении мотоцикла по радиусу проскальзывание элементов рисунка происходит не только в окружном, но и в боковом направлении (явление бокового увода), т. е. на поворотах интенсивность износа возрастает, особенно на мотоциклах с коляской.

Следовательно, чем меньше скорость движения мотоцикла на прямолинейных участках и особенно на поворотах, тем меньше износ шин.

Трогание с места и торможение

При резком трогании с места и быстром наборе скорости проскальзывание элементов рисунка протектора в контакте (в силу перераспределения касательных сил) значительно возрастает. Мощности современных мотоциклов в сочетании с передаточным числом трансмиссии позволяют при трогании с места подводить к ведущему колесу мотоцикла крутящий момент, который вызовет пробуксовку колеса. В этом случае износ протектора шины особенно интенсивен, так как при трогании с места с пробуксовкой шины очень быстро и сильно разогреется протектор.

Очень интенсивное торможение также является причиной значительного увеличения проскальзывания протектора в контакте и, следовательно, износа шины. Наиболее жесткое для шины с точки зрения износа — это торможение на юз, так как при этом значительная часть энергии трения скольжения переходит в тепло и вызывает местный нагрев протектора. В зоне контакта происходит осмоление резины с одновременным интенсивным абразивным износом элементов рисунка протектора, а на дороге остается черная полоса — слой резины. Местный износ протектора, который происходит в результате торможения колеса на юз, приводит к тому, что при последующей эксплуатации в момент торможения повышается вероятность юза шины на том же участке, что в конце концов приводит к местному преждевременному полному износу протектора. Этому способствует также появление дисбаланса шины.

Необходимо отметить, что торможение на юз не только не самое эффективное, но и часто бывает причиной заноса мотоцикла и его опрокидывания.

Таким образом, наиболее благоприятно с точки зрения уменьшения износа шин мягкое трогание с места и плавное торможение при одновременном пользовании ножным и ручным тормозом — случай самого эффективного торможения.

Дорожные и климатические условия

Долговечность шин в значительной степени зависит от качества и состояния дороги.

Широкие эксплуатационные испытания показали, что наибольший пробег обеспечивают шины, эксплуатирующиеся на дорогах с твердым покрытием — асфальт и асфальтобетон. На дорогах этой группы наименьший процент шин, вышедших из строя вследствие механических повреждений. Однако интенсивность износа на них не одинакова и зависит от структуры дорожного полотна. Асфальт крупнозернистой структуры с наполнителем в виде мелко дробленного гравия вызывает более интенсивный износ шин. На гравийных, щебенчатых и грунтовых дорогах несколько увеличивается процент выхода шин из строя по механическим повреждениям и повышается износ за счет увеличенного проскальзывания шины из-за меньшего коэффициента сцепления. На дорогах всех категорий, находящихся в неудовлетворительном состоянии, долговечность шин еще меньше.

Существенное влияние на износ шин оказывает рельеф местности. На дорогах, имеющих большое количество поворотов, крутых подъемов и спусков, применяются более интенсивные, чем на равнинных дорогах, торможение и разгоны, чаще шина катится при значительном боковом скольжении и т. п. Поэтому износ шин на горных дорогах выше, чем на равнинных.

Климатические условия также влияют на износ шин. Поскольку повышенное теплообразование в шине способствует увеличению износа, больше будут изнашиваться шины в районах с более высокой температурой воздуха. По этой же причине летом шины изнашиваются быстрее, чем зимой.

При эксплуатации мотоциклов на заснеженных дорогах, так как очень незначительно трение в контакте, шины почти не изнашиваются.

Техническое состояние мотоцикла

Большое влияние на долговечность шин оказывает техническое состояние мотоцикла.

В первую очередь это относится к мотоциклу с коляской, который, являясь двухколейным экипажем, имеет одно ведущее колесо. Поэтому для лучшей управляемости мотоцикла колесо коляски устанавливается с некоторым развалом по отношению к вертикальной оси и схождением по отношению к продольной оси мотоцикла, как это показано на рисунке.

Рис. Развал мотоцикла и схождение колеса коляски

Таким образом, даже в случае прямолинейного движения мотоцикла с коляской шина колеса коляски работает с заданным увеличенным проскальзыванием элементов протектора в зоне контакта.

Если колесо коляски будет установлено с большим, чем это предусматривается, схождением, то значительно увеличится интенсивность проскальзывания элементов рисунка и, следовательно, износ шины. Увеличение схождения колеса коляски может привести к преждевременному, иногда через 3000—4000 км, износу шины. Признак большого схождения — ухудшение управляемости мотоцикла (мотоцикл «тянет» в левую сторону). Увеличение развала колеса коляски приводит к неравномерному одностороннему износу шины.

Значит, во избежание преждевременного износа шин коляску мотоцикла необходимо устанавливать строго по инструкции завода.

Не менее важна правильная установка заднего колеса на мотоцикле с цепной передачей (как одиночки, так и с коляской). В отличие от мотоцикла с карданной передачей, на мотоцикле с цепной передачей при регулировке натяжения цепи возможна неправильная установка заднего колеса за счет некоторого разворота оси колеса. В этом случае плоскость заднего колеса не совпадает с направлением движения мотоцикла, шина работает с постоянным уводом, вследствие чего резко увеличивается износ протектора. Следовательно, после регулировки натяжения цепи необходимо убедиться в том, что плоскости переднего и заднего колес совпадают.

Большое значение для равномерного износа шин по профилю и окружности имеет состояние обода колеса. Эллиптический обод вызывает неравномерный износ шин по окружности. Шина колеса, имеющего боковое биение обода, неравномерно изнашивается по профилю.

Неравномерный износ может появиться из-за значительного дисбаланса колеса, поэтому рекомендуется балансировать колесо вместе с шиной. Такая балансировка (статическая) заключается в нахождении наиболее тяжелой точки и уравновешивании ее грузом в точке, расположенной по отношению к «тяжелой» под углом 180° (наматыванием изоляционной ленты или проволоки на спицы колеса и т. п.).

В некоторых случаях неудовлетворительное техническое состояние мотоцикла бывает причиной выхода шин из строя по механическим повреждениям. К ним относятся случаи задевания шины за ходовую часть мотоцикла (например, за выступающие болты крепления щитков колес при срабатывании амортизаторов и т. п.). Исключительно вредно действует на шины масло, которое часто попадает на них при подтекании сальникоб двигателя, передней вилки, сальников карданной передачи или разбрызгивается цепью. При этом в первую очередь происходит разрушение покровной резины боковины шины. Однако масло может попасть и на протектор. Шашки протектора под действием масла размягчаются, и эксплуатация на такой шине становится небезопасной, так как резко падает коэффициент сцепления шины с дорогой. Аналогичное влияние оказывает на шины бензин и другие горюче-смазочные материалы, поэтому следует тщательно оберегать шины от попадания на них нефтепродуктов при эксплуатации мотоцикла.

Перестановка шин

Мотоциклетные шины в зависимости от того, на каком колесе они установлены, работают в различных условиях по нагрузке и воздействию на них внешних сил.

В наиболее неблагоприятных условиях по сумме факторов находится шина заднего колеса мотоцикла. Кроме радиальной нагрузки (на заднее колесо приходится до 60% общей нагрузки) на шину заднего колеса действует крутящий и тормозной моменты, а также, в случае мотоцикла с коляской, — боковая сила.

Шина переднего колеса подвержена действию радиальной нагрузки и тормозного момента. Боковая сила, действующая на переднее колесо, сравнительно невелика. На шину колеса коляски действует только радиальная нагрузка и боковая сила. Различный характер и величина сил, действующих на шины мотоцикла (в зависимости от места их установки), приводят к тому, что величина и направление касательных сил в зоне контакта неодинаковы.

Следствием этого является различная по колесам интенсивность проскальзывания. Очевидно, наибольшему износу подвержена шина заднего колеса, наименьшему — переднего, шина колеса коляски (при условии правильной ее установки) имеет среднюю интенсивность износа. При эксплуатации мотоцикла без перестановки шин по колесам полный износ протектора произойдет в первую очередь у шины заднего колеса мотоцикла, в то время как износ шин переднего колеса и колеса коляски не достигнет и 50%.

Для обеспечения равномерного (в среднем) износа протектора и одновременного выхода всего комплекта шин из эксплуатации, т. е. для получения максимально возможного пробега комплекта шин на мотоцикле, необходимо периодически перестанавливать шины по колесам. Испытания показали, что наиболее рационально делать перестановку шин через каждые 2000—3000 км пробега.