Исследовательская работа на тему :"Шины нового поколения"

Государственное бюджетное образовательное учреждение среднего профессионального образования «Арзамасский коммерческо­технический техникум» Исследовательская работа на тему : «Шины нового поколения» Подготовили студенты:                                                    Сидорин И.                                                                                                Теплов С. Руководитель:                                                                     Кузнецова О.Г. 1 г.Арзамас , 2014г. Содержание                   Введение                                                                                           3 1.  История развития шин                                                                            4 2.  Шины нового поколения                                                                           8 2.1Конструкция шин                                                                           9 2.2 Бескамерные шины                                                                       12 2.2Сотовые шины                                                                               14 Заключение                                                                                                    15 Литература                                                                                                  16 2 Введение ,                           Использование   передовых   достижений   науки   и   техники   на   несомненно   приводит   к   повышению современном   производстве   эффективности   и   качества   производственных   процессов,   лучшего удовлетворения   потребности   людей.   Изучая   передовые   достижения машиностроения   мы   стремимся   развить   профессиональные   познания   в области  технического обслуживания  и ремонта автомобильного транспорта, чтобы в ближайшее время стать конкурентно способными специалистами .                        Цель проекта:   анализ   перспективных   технологий   в   области автомобильного   транспорта.   Объект   исследования   :автомобильные     шины нового поколения .            Объект исследования: шины нового поколения.           Почему мы начали работать над этим проектом?                    По роду профессиональной деятельности мы должны обеспечивать квалифицированное   обслуживание   автомобильного   транспорта,   обладать профессиональными познаниями в области механики. Одним из направлений нашей деятельности будет служить качественная замена автомобильной шины. Поэтому знания о новшествах машиностроения будут способствовать более быстрому профессиональному росту. Трудно  переоценить   важность  автошин   в  сегодняшнем  мире. Благодаря автомобильным шинам человек имеет возможность перемещаться в любом направлении и при любой погоде — будь то палящее солнце, дождь, снег или ураганный ветер.           В нашем мире с постоянно увеличивающимся темпом жизни,  человек всё больше срастается с автомобилем и использует его для всего — как для решения   насущных   ежедневных   задач,   так   и   для   любых   других,   будь   то поездка от аэропорта или вокзала до места назначения, поездка на отдых или даже поездка в те места, куда человек не может добраться пешком.          Наше исследование мы начали с истоков развития шин. 3 1. История развития шин             Автомобильная шина — один из наиболее важных элементов колеса, представляющая   собой   упругую   резино­металло­тканевую   оболочку, установленную на обод диска.                      Шина обеспечивает контакт транспортного средства с дорожным полотном,   предназначена   для   поглощения   незначительных   колебаний, вызываемых   несовершенством   дорожного   покрытия,   компенсации погрешности траекторий колёс.                             Первая в мире резиновопарусинная шина была сделана Робертом Уильямом Томсоном (англ.). и запатентована 10 июня 1846 года.  4 В патенте № 10990, датированным 10 июня 1846 года, написано: «Суть моего   изобретения   состоит   в   применении   эластичных   опорных поверхностей вокруг ободьев колёс экипажей с целью уменьшения силы, необходимой для того, чтобы тянуть экипажи, тем самым, облегчая движение и уменьшая шум, который они создают при движении». Патент Томсона написан на очень высоком уровне. В нём изложена конструкция   изобретения,   а   также   материалы,   рекомендуемые   для   его изготовления.   Шина   накладывается   на   колесо   с   деревянными   спицами, вставленными в деревянный обод, обитый металлическим обручем.  Сама шина состояла из двух частей: камеры и наружного покрытия. Камера   изготавливалась   из   нескольких   слоёв   парусины,   пропитанной   и покрытой   с   обеих   сторон   натуральным   каучуком   или   гуттаперчей   в   виде раствора. Наружное покрытие состояло из соединённых заклёпками кусков кожи. Томсон оборудовал экипаж воздушными колёсами и провёл испытания, измеряя силу тяги экипажа. Испытания показали уменьшение силы тяги на 38 % на щебёночном покрытии и на 68 % на покрытии из дроблёной гальки. Особо отмечались бесшумность, удобство езды и лёгкий ход кареты на новых колёсах.   Результаты   испытаний   были   опубликованы   в   журнале   «Mechanics Magazine»   27   марта   1849   года   вместе   с   рисунком   экипажа.   Можно   было 5 констатировать,   что   появилось   крупное   изобретение:   продуманное   до конструктивного   воплощения,   доказанное   проведёнными   испытаниями, готовое к совершенствованию. К сожалению, на том дело и закончилось. Не нашлось   никого,   кто   бы   занялся   этой   идеей   и   довёл   её   до   массового производства с приемлемой стоимостью. После смерти Томсона в 1873 году «воздушное колесо» было забыто, хотя образцы этого изделия сохранились.                    В 1888 году идея пневматической шины возникла вновь. Новым изобретателем был шотландец  Джон Данлоп, чьё имя известно в мире как автора пневматической шины. Дж. Б. Данлоп придумал в 1887 году надеть на колесо трёхколёсного велосипеда своего 10­летнего сына широкие обручи, сделанные из шланга для поливки сада, и надуть их воздухом.                    23 июля 1888 года Дж. Б. Данлопу был выдан патент № 10607 на изобретение, а приоритет на применение «пневматического обруча» для транспортных средств подтверждал следующий патент от 31 августа того же года. Камера из резины крепилась на обод металлического колеса со спицами обматыванием   её   вместе   с   ободом   прорезиненной   парусиной,   образующей каркас шины, в промежутках между спицами. Преимущества пневматической шины были оценены достаточно быстро. Уже в июне 1889 года на стадионе в Белфасте Уильям Хьюм выступил в гонках на велосипеде с пневматическими шинами. И хотя Хьюма описывали как среднего гонщика, он выиграл все три заезда, в которых участвовал. Коммерческое развитие изобретения началось с образования маленькой компании в Дублине и конце 1889 года под названием «Пневматическая   шина   и   агентство   Бута   по   продаже   велосипедов».   В настоящее   время   «Данлоп» —   одна   из   крупнейших   фирм   в   мире   по изготовлению шин.                                    В 1890 году молодой инженер  Чальд Кингстн Уэлтч предложил   отделять   камеру   от   покрышки,   вставлять   в   края   покрышки проволочные   кольца   и   сажать   на   обод,   который   впоследствии   получил углубление к центру (ручей обода). Тогда же англичанин Бартлетт и француз Дидье изобрели вполне приемлемые способы монтажа и демонтажа шин. Всё это   определило   возможность   применения   пневматической   шины   на автомобиле.                                              Первым, кто стал использовать пневматические шины на автомобилях, были французы Андре и Эдуард Мишлен, которые уже имели достаточный опыт в производстве велосипедных шин. Они объявили, что к 6 гонке в 1895 году Париж—Бордо у них будут готовы пневматические шины для автомобилей и сдержали своё обещание. Несмотря на многочисленные проколы, автомобиль преодолел расстояние в 1200 км и достиг, среди девяти других, финиша своим ходом. В Англии в 1896 году шинами «Данлоп» был оснащён автомобиль Ланчестер.                                   С установкой пневматических шин существенно улучшились плавность   хода,   проходимость   автомобилей,   хотя   первые   шины   были ненадёжны и не приспособлены к быстрому монтажу. В дальнейшем основные изобретения в области пневматических шин были, прежде всего, связаны с повышением   безотказности   и   долговечности   их,   а   также   с   облегчением монтажа­демонтажа.   Появился  шиномонтажный   станок,   что   позволило сделать борта шины более жесткими. Потребовалось много лет постепенного совершенствования   конструкции   пневматической   шины   и   способа   её изготовления,   прежде   чем   она   окончательно   вытеснила   литую   резиновую. Стали применяться всё более надёжные и долговечные материалы, появился в шинах корд — особо прочный слой из упругих текстильных нитей. В первой четверти XX века всё чаще стали использовать конструкции быстросъёмных креплений колёс к ступицам на нескольких болтах, что позволило заменять шины   вместе   с   колесом   в   течение   нескольких   минут.   Все   эти усовершенствования привели к повсеместному применению пневматических шин на автомобилях и бурному развитию шинной промышленности.     7 2. Шины нового поколения                   С активным развитием машиностроения появилась необходимость в   шинах   качественно   нового   уровня,   предназначенных   для   сложных поверхностей, для разных климатических условий.                   Они должны иметь высокое качество сцепления, не бояться сильных перепадов температуры и иметь повышенную износостойкость. Шины по ис­ полнению могут быть камерные и бескамерные, а по конструкции радиальные и диагональные. В зависимости от назначения и условий эксплуатации шины подразделяются на: дорожные (в обиходе называемые летними),  предназначены для применения при положительных температурах на шоссейных дорогах. Шины этого типа обеспечивают наилучшее сцепление с сухой и мокрой дорогой, обладают мак­ симальной износостойкостью и наилучшим образом приспособлены для ско­ ростной езды. Для движения по грунтовым дорогам (особенно мокрым) и зи­ мой они малопригодны; зимние, используемые на обледенелых и заснеженных дорогах, сцепные каче­ ства покрытия которых могут изменяться в зависимости от ситуации, от ми­ нимальных (гладкий лед или каша из снега и воды) до небольших (укатанный снег на морозе). Они обладают неплохими дорожными свойствами, несколько уступая летней “резине”. Многие зимние шины позволяют устанавливать ши   ­ пы про    ния или имеют их;    ти   во   сколь  же  всесезонные являются компромиссным вариантом между летними и зимними шинами, поэтому уступают по обеспечению сцепления и первым и вторым в соответствующих сезону условиях. Они позволяют круглогодично эксплуати­ ровать автомобиль на одном комплекте шин; универсальные обладают свойствами, позволяющими эксплуатировать их как на шоссейных, так и на грунтовых дорогах. Их целесообразно применять для вседорожников, которые совершают примерно равные пробеги по шоссе и до­ рогам; 8 повышенной проходимости рассчитаны для бездорожья и мягких грунтов. Использовать такие шины желательно только при редком движении по шоссе. В противном случае они будут быстрее изнашиваться и создавать высокий уровень шума.                             Новые   требования   порождают   новые   идеи   относительно усовершенствования.   На   сегодняшний   день   шинами   нового   поколения, включающих в себя кроме высокой эффективности, безопасности, лёгкости и надёжности,   такие   качества   как   низкая   токсичность,   универсальность   для любых   дорожных   условий   и   неприхотливость   к   уходу  ­     это   бескамерные шины выполненные из пластика.                             Упругие свойства пластика позволяют шине «проглатывать» неровности и прочие небольшие препятствия.             2.1 Конструкция шин                      Основными материалами для производства шин являются резина, которая изготавливается из натуральных и синтетических  каучуков, и корд. Кордовая   ткань   может   быть   изготовлена   из   металлических   нитей (металлокорд), полимерных и текстильных нитей. Шина состоит из: каркаса, слоёв брекера, протектора, борта и боковой части. Структура   шины:   1 —   протектор;   2 —   плечевая   часть;   3 —   каркас;   4 — боковая   часть(крыло   шины);   5 —   брекер   и   подушечный   слой;   6 — дополнительная вставка в плечевой зоне(зелен.цв.); 7 — бортовое кольцо; 8 — бортовая часть 9 Текстильный и полимерный корд применяются в легковых и легкогрузовых   шинах.  Металлокорд —   в   грузовых.   В   зависимости   от ориентации   нитей   корда   в   каркасе   различают   шины:   радиальные   и диагональные.                              В радиальных шинах  нити корда расположены вдоль радиуса колеса.  В   диагональных   шинах  нити   корда   расположены   под   углом   к радиусу колеса, нити соседних слоёв перекрещиваются.                    Радиальные шины конструктивно более жёсткие, вследствие чего обладают   большим   ресурсом,   обладают   стабильностью   формы   пятна контакта, создают меньшее сопротивление качению, обеспечивают меньший расход топлива. Из­за возможности варьировать количество слоёв каркаса (в отличие от обязательно чётного количества в диагональных) и возможности снижения   слойности,   снижается   общий   вес   шины,   толщина   каркаса.   Это снижает разогрев шины при качении — увеличивается срок службы. Брекер и протектор   так   же   легче   высвобождают   тепло —   возможно   увеличение толщины протектора и глубины его рисунка для улучшения проходимости по бездорожью.   В   связи   с   этим,   в   настоящее   время,   радиальные   шины   для легковых автомобилей практически полностью вытеснили диагональные.            Брекер находится между каркасом и протектором. Предназначен для защиты   каркаса   от   ударов,   придания   жёсткости   шине   в   области   пятна контакта шины с дорогой и для защиты шины и ездовой камеры от сквозных механических   повреждений.   Изготавливается   из   толстого   слоя   резины   (в лёгких   шинах)   или   скрещённых   слоёв   полимерного   корда   и   (или) металлокорда.            Протектор необходим для обеспечения приемлемого коэффициента сцепления   шин   с  дорогой,   а   также   для   предохранения   каркаса   от повреждений.   Протектор   обладает   определённым   рисунком,   который различается в зависимости от назначения шины.               Шины   высокой   проходимости  имеют   более   глубокий   рисунок протектора и грунтозацепы на его боковых сторонах. Рисунок и конструкция протектора дорожной шины определяется требованиями к отведению воды и грязи из канавок протектора и стремлением снизить шум при качении. Но, всё же, главная задача протектора шины — обеспечить надёжный контакт колеса с  дорогой  в неблагоприятных условиях, таких как дождь, грязь, снег и т. д., 10 аквапланирование. путём их удаления из пятна контакта по точно спроектированным канавкам и желобкам рисунка. Но эффективно удалять воду из пятна контакта протектор в силах лишь до определённой скорости, выше которой жидкость физически не   сможет   полностью   удаляться   из   пятна   контакта,   и   автомобиль   теряет сцепление   с   дорожным   покрытием,   а   следовательно   и   управление.   Этот эффект   носит   название   Существует   широко распространённое   заблуждение,   что   на   сухих   дорогах   протектор   снижает коэффициент сцепления из­за меньшей площади пятна контакта по сравнению с шиной без протектора (slick tyre). Это неверно, так как в отсутствие адгезии сила   трения  не   зависит  от   площади   соприкасаемых   поверхностей.   На гоночных   автомобилях   в   сухую   погоду   используются   шины   с   гладким протектором   либо   вообще   без   него   для   того,   чтобы   снизить   давление   на колесо, уменьшив его износ, тем самым позволив применять в изготовлении шин более пористые мягкие материалы, обладающие бóльшим сцеплением с дорогой. Во многих странах существуют законы, регулирующие минимальную высоту протектора на дорожных транспортных средствах, и многие дорожные шины имеют встроенные индикаторы износа.             Борт позволяет покрышке герметично садиться на обод колеса. Для этого   он   имеет   бортовые   кольца   и   изнутри   покрыт   слоем   вязкой воздухонепроницаемой резины (у бескамерных шин).             Боковая часть предохраняет шину от боковых повреждений.                      Шипы противоскольжения.  В целях повышения безопасности движения автомобиля в условиях гололёда и обледенелого снега применяют металлические шипы противоскольжения. Езда на шипованных шинах имеет заметные особенности. На ходу автомобиль делается заметно более шумным, ухудшается   его   топливная   экономичность.   В   снежно­грязевой   каше   или   в глубоком рыхлом снегу эффективность шипов невелика, а на твёрдом сухом или влажном асфальте шипованные шины даже проигрывают «обычным»: из­за снижения   площади   пятна   контакта   шины   с   дорогой,   тормозной   путь автомобиля   увеличивается   на   5­10 %.   Хотя   70­процентное   сокращение тормозного пути на льду — их несомненное преимущество. 11 2.2   Бескамерные шины  Самыми современными являются бескамерные покрышки, и большинство   производителей   уже   отказались   от   производства   камерной резины.   Это   объясняется   лучшими   техническими   характеристиками   и условиями   эксплуатации  бескамерных   шин,   они   безопаснее   и   удобнее камерной резины.                   Главный плюс бескамерной шины от камерной ­  это более удобная и практичная   конструкция.   В   бескамерной   резине   камера   отсутствует,   а   её функции несёт герметизирующее покрытие, которое и сохраняет давление. В процессе эксплуатации эти шины более безопасны, а небольшой прокол легко отремонтировать   без услуг шиномонтажки. Отсутствие камеры позволяет значительно   снизить   нагрев   шины,   что   повышает   безопасность   езды   и уменьшает   Минус   камерной   резины   из­за   мелкого   прокола   выпускает   воздух   почти моментально, а в бескамерной шине это происходит значительно медленнее. Устранить   эту   неполадку   можно   самостоятельно   благодаря   употреблению специального  клеящего   состава  (жгута),   без   демонтажа   колеса.   Поэтому использование бескамерных шин поможет быть движению более удобным и, что   немаловажно,   безопасным.   Но,   конечно,   нет   ничего   идеального. Бескамерные   покрышки   также   как   и   всё   в   этом   мире   имеют   собственные недостатки. покрышки. разрыва риск                                              На бортах шины предусмотрен уплотняющий резиновый слой, обеспечивающий   необходимую   герметичность   в   зоне   посадки   бортов   на                       12 полках обода колеса. Этому способствует и специальная конструкция бортов шин,   предназначенная   для   увеличения   угла   наклона   носка   борта   и повышенного   натяга   бортов   на   посадочных   полках   обода. Для бескамерных шин применяются вставные резинометаллические вентили (рис),   которые   устанавливаются   в   вентильные   отверстия   обода   с   тугой посадкой.       и   меньшие   масса   и камерой;   момент Преимущества: Основными  преимуществами  бескамерных  шин  по   сравнению   с  камерными является: ­   повышенная   надёжность   из   за   отсутствия   вероятности   быстрой разгерметизации, что улучшает безопасность движения на высоких скоростях; ­ инерции; ­   уменьшение   на   50...70%   простоев   автомобиля   в   пути,   так   как   мелкие проколы можно ремонтировать специальной пастой, не снимая шины с колеса; ­   больший   на   10...12   %   пробег,   что   достигается   лучшим   температурным режимом за счёт усиленной теплопередачи с шины на обод и устойчивости внутреннего   давления   воздуха   в   шине,   а   также   отсутствия   трения   между покрышкой   Внимание: В тоже время применение бескамерных шин требует аккуратного выполнения монтажно­демонтажных   работ.   Повреждение   бортовых   закраин   особенно стального,   может   привести   к   разгерметизации   бескамерной   шины.   При повреждении   шины   ее   ремонтом   должны   заниматься   специалисты   на предназначенном   При потере давления нельзя двигаться на спущенном колесе т.к. это приведет к   Камера в бескамерную шины не вставляется. На первый взгляд вы усиливаете прочность шины, на самом то деле между камерой и гермослоем образуется воздушная   подушка,   способствующая   разрушению   последнего.   При увеличении нагрузки на колесо (например: резкий поворот), может произойти разрыв колеса. Есть   претензии   к   бескамерным   шинам   из­за   слабой   боковины.   Хочется сказать, что это не так. Идеальных шин нет. Производитель добивается от шины не только прочности, но и комфорта при движении. Именно мягкость боковины и дает ощущение плавности в движении. Сделав жесткую боковину мы сможем прыгать на нашем автомобиле по бордюрам и канализационным герметического оборудовании. разрушению слоя.   для   этого           13 колодцам ( какого­нибудь трактора с сверхпроходимыми колесами) но при движении по ровной и хорошей дороге мы будем себя чувствовать неуютно.              Бескамерный вариант отлично подходит для поездок по городу и на длительные   расстояния,   обеспечивая   плавность   хода   и   комфортность вождения.  2.3 Сотовые шины              Анализируя разнообразие данных изделий по их характеристикам, мы выделили   преимущества   новой   разработки   автомобилестроения   –   это бескамерная шина выполненная в виде сот.                     Соты выполнены в классическом шестигранном  стиле,   с учётом действующих на колесо сил.                          Основными   преимуществами   сотовых   шин   по   сравнению   с                                                 бескамерными шинами старого поколения  являются:   высокое качество сцепления ;        не бояться сильных перепадов температуры ;  повышенную износостойкость;  безопасность;  лёгкость и надёжность;  низкая токсичность;   универсальность для любых дорожных условий и неприхотливость к уходу.  14 • • Нельзя  не  сказать о недостатках изделия:   шумность   незащищенность от попадания грязи внутрь, отчего будет возникать  дисбаланс колес.                 Анализируя сведения о  бескамерных шинах мы выявили, что они имеют слабые боковины. Это действительно так – и сделано это не с целью экономии,   а   для   повышения   комфорта   при   движении.   Именно   мягкость боковины и дает ощущение плавности при езде по дорогам, которые никогда не   бывают   гладкими,  как   стекло.  Шины   с  жесткими   боковинами   позволят прыгать на автомобиле по бордюрам и канализационным колодцам, однако о комфорте при движении по ровной дороге придется забыть.                  Применение бескамерных шин требует аккуратного выполнения монтажно­демонтажных   работ,   поэтому   нам   предстоит   ещё   освоить   эту операцию.   Ведь   при   повреждении   шины   ее   ремонтом   должны   заниматься высокопрофессиональные   специалисты   на   предназначенном   для   этого оборудовании.                           Заключение                        Результат исследования:  в ходе изучения разнообразных типов автомобильных шин камерных и бескамерных, были выявлены перспективные технологии в области автомобилестроения. Сотовые шины – изделия нового поколения, которые требуют ещё дальнейших испытаний  и исследований, но уже сегодня ясно, что заявленные характеристики изделия имеют отличные преимущества.                             Во   время   обкатки   шин   мы   видим   хорошую   проходимость, универсальность   для   любых   дорожных   покрытий,   высокую   нагрузочную способность, повышенную износостойкость. Авторы проекта исследования: 15 Теплов Сергей гр. 12­ 17ТОА Сидорин Иоанн 12 – 17ТОА                Литература 1. Иванов А. М., Солнцев А. Н., Гаевский В. В.  «Основы конструкции автомобиля», Учебник для ВУЗов. — М.: ООО «За рулём», 2005.  Интернет ресурсы:   1. ISBN 5­9698­0003­1 http://wiki.zr.ru Обозначение и классификация шин 2. www.jc  wiki   3. www.jcnews.ru › Автомобили  .ru/  Камерные_и_бескамерные_шины 16