Введение к работе
Крупногабаритные и сверхкрупногабаритные шины автомобилей и тракторов - карьерные, строительно-дорожные, сельскохозяйственные и другие относятся к классу внедорожных шин, отличающихся такими особенностями как многослойность, большой вес и высокая единичная стоимость.
В народном хозяйстве Украины крупногабаритные шины (КПП) и сверхкрупногабаритные шины (СКГШ) используются на транспортных и вскрышных работах Криворожских горнообогатительных комбинатов при добыче открытым способом железных и марганцевых руд. В странах СНГ они применяются при добыче угля (Якутия, Кемерово, Ангрен), минеральных удобрений (Кольский полуостров). В целом в мире около 60% горной массы перевозится автосамосвалами, оснащенными КГШ и СКГШ."
В последние годы существенно возросли скорости автосамосвалов. В связи с этим, а также с появлением карьеров в районах с жарким климатом, участились случаи отказов шин из-за их теплового разрушения.
Высокая стоимость сверхкрупногабаритных шин, достигающая 30% и более от себестоимости перевозки горной массы, постоянно повышающиеся требования к надежности и долговечности машин в целом позволяют сделать вывод об актуальности широкой и общей проблемы, фактически представляющей одно из самых современных направлений шинной промышленности - промышленности сверхкрупногабаритных шин. Актуальным является всесторонний подход, охватывающий прочностные и тепловые расчеты, методы проектирования, технологию изготовления, разработку эксплуатационных режимов, ремонт и восстановление крупногабаритных шин. Такой подход получил в течении последних лет развитие в НИИКГШ (г.Днепропетровск) - единственном научно - промышленном центре Украины, работающем над созданием внедорожных шин. В этом центре выполнена настоящая работа, заложившая основы данного подхода.
Цель диссертационной работы - создание научных основ расчета, конструирования, изготовления, эксплуатации и восстановления крупногабаритных шин для автомобилей и тракторов. Научная новизна работы определена :
- новыми экспериментальными данными о нагрузках на шины ка
рьерных автосамосвалов, распределении нагрузок между передними и
задними колесами, внутренними и внешними (при сдвоенных колесах) в
зависимости от режимов движения, продольного и поперечного профиля
дороги, характера дорожного покрытия;
-^новыми экспериментальными данными о влиянии различных эксплуатационных факторов на напряженно-деформированное и тепловое состояние шин, о видах и причинах их разрушения ;
- установлением на основе экспериментальных данных корреляци
онных зависимостей между внутренним давлением, распределением тем-
пературы в "горячих" шинах, величиной нагрузки, скоростью и другиі параметрами движения, а также температурой окружающей среды;
постановкой задач о контакте шины с дорогой, построением нові теоретической модели расчета напряженно-деформированного состояи шины и ее обоснованием, сравнительной оценкой ранее известных ра четных моделей; *
новыми численными результатами оценки напряженно-деформ рованного состояния крупногабаритных шин и анализом этих результ тов;
- решением задачи термовязкоупругости для крупногабаритнь:
шин с целью определения тепловых полей, влияния конструктивных и
раметров на сопротивление шины качению и характеристик производі
тельности шин;
новыми методами оценки напряженно-деформированного и тепле вого состояния шин, основанными на методах анализа размерностей теории подобия (косвенный метод, позволяющий избежать прямых рас четов );
новыми технологиями восстановления крупногабаритных шин теоретическим анализом этих технологий, основанным на расчетах темпе рагуры, времени вулканизации, на расчетах режимов охлаждения;
постановкой задач оптимального проектирования крупногабарит ных шин, новым методом, слециально предназначенным для решенш этих задач, новыми оптимальными проектами шин;
новой технологией производства бескамерных крупногабаритны: шин на станках с числовым программным управлением, ее георегичес ким и опытным обоснованием;
принципом создания нового класса шин сверхнизкого давленії? для колесных тракторов с высокими агроэкологическими показателями.
Достоверность основных научных результатов определяется :
значительным объемом экспериментальных исследований и обработкой их результатов методами математической статистики;
согласованием теоретических результатов расчета напряженно-деформированного состояния крупногабаритных шин с экспериментальными данными, полученными в ходе дорожных испытаний и-в условиях опытной эксплуатации шин;
непротиворечивостью и логической обоснованностью соотношений, полученных методами теории подобия и анализа размерностей;
сравнением и согласованностью результатов испытаний опытных образцов шин, изготовленных по новой технологии на станках с числовым программным управлением, с подобными результатами для шин зарубежных фирм.
Научное значение результатов, представленных в диссертации, заключается :
- в обширных экспериментальных результатах, имеющих самостоя
тельное научное значение для оценки новых теоретических моделей и
методов;
в построенной теоретической расчетной модели для оценки напряженно-деформированного состояния шин;
предложенной методике численного исследования термомеханического состояния шин, обладающей достаточной общностью и применимостью к другим задачам такого класса;
модели и методике исследования эксплуатационной производительности и ресурса крупногабаритных шин;
в альтернативном косвенном методе расчета теплового и напряженного состояния на основе теории моделирования, позволяющем избежать трудоемких прямых вычислений;
методе оптимального проектирования, использующем локальные линейные модели и предназначенном для оптимизации шин;
г созданной расчетно-экспериментальной основе для разработки новых конструкций шин сверхнизкого давления.
Практическая значимость приведенных исследований состоит :
- в изучении неблагоприятных условий эксплуатации крупногаба-
. ритных шин и разработке на этой основе правил эксплуатации, обеспечи
вающих рациональные режимы их работы, позволяющие избежать теп
ловых отказов;
в созданной методике расчетов напряженно-деформированного состояния и оценки прочности шин, пригодных для проектирования опытных и массовых изделий;
в разработке и промышленной реализации эффективных технологий восстановления крупногабаритных шин, в том числе рациональных режимов формовки и бесформовочной вулканизации;
в разработанной экономичной технологии изготовления сверхкрупногабаритных шин на станках с числовым программным управлением и нового класса шин сверхнизкого давления.
Промышленная реализация результатов исследования заключается :
в создании усовершенствованной конструкции шины 33.00-51, обеспечивающей увеличение их ходимости и, соответственно, значительный экономический эффект при эксплуатации 336 штук шин в Полтавском ГОКе в 1993 г.;
в модернизации и монтаже двух прессформ в вулканизаторе I-2300M для значительного увеличения объемов производства сверхкрупногабаритных шин 33.00-51.
в производстве шин 16.5/70-18 методом навивки однонаправленных обрезиненных нитей корда в 1993 г.;
в изготовлении принципиально новых конструкций шин сверхнизкого давления на почву 66x43, 00Р25 мод.Ф-229 и продаже отечественным а зарубежным фирмам в 1993 г. и 1994 г.;
Все указанные выше работы подтверждены актами и расчетами эко-юмического эффекта, которые представлены в приложении диссертации.
Апробация работы. Основные результаты исследований и отдель-[ые положения диссертационной работы докладывались на :
II Всесоюзной конференции "Проблемы шин и резинокордш композитов", Москва, 1990 г.;
VI Международной научно-технической конференции "Эластом ры", Рига, 1992 г.;
Международной конференции в Таллине, 1992 г.;
- Международных конференциях по каучуку и резине: Праг
1991г.;Пекин," 1992 г.; Москва, 1994 г.;
- Польско-Украинском семинаре в г.Днепропетровске, 1994 г.;
-1 Международном симпозиуме по механике эластомеров, Севаст поль, 1994 г;
- Международных совещаниях по каучуку: Коломбо, 1994 г.; Т
кио, 1995 г.
Шины, разработанные под руководством и с участием автора, эк понировались на международных выставках в Париже, Амстердаме Москве.
По материалам диссертации опубликованы 2 монографии и 32 п чатные работы в периодических изданиях и сборниках материалов нау ных конференций, получено 11 авторских свидетельств.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, д< сяти глав, выводов, списка использованной литературы и приложенш* Объем диссертации составляет .378 страниц, в том числе 330 страни основного текста ( включая 59 страниц рисунков ), 37 таблиц, прилож< ния на 17 страницах. Список литературы состоит из 156 наименований.
Работа выполнена в НИИ крупногабаритных шин (Днепропе-ровск).
Автор выражает благодарность научном)' консультант)' Заел) женному деятелю науки, Лауреату Государственной премии Украинк академику, доктору технических наук, профессору Канарчуку В.Е.
