О скорости автомобиля и индексах скорости автомобильных покрышек

[Лисев Сергей]

Многие из тех, кто занимался подбором шин для своего автомобиля, обращали внимание на такой параметр как индекс скорости. Но мало кто когда-либо задумывается о причинах его появления. Причина проста. Сопоставить скоростные возможности покрышки и скорость с которой данный автомобиль передвигается (или может передвигаться).

Проблема с шинами может появиться с ростом скорости автомобиля. На покрышке участки набегающей части протектора сжимаются, а сбегающей разжимаются и восстанавливают свою форму. Дело в том, что никакие физические процессы не могут происходить мгновенно. Если у набегающей части протектора элементы резины вынуждены сжиматься под воздействием внешних сил, определяющих скорость сжатия, то в сбегающей части резина предоставлена сама себе. У нее есть собственная конечная скорость расширения (разжатия), которая обусловлена свойством вязкоупругости. С ростом скорости наступает момент, когда резина на сбегающей части протектора разжимается недостаточно быстро, в результате удельное давление на дорогу в этом месте падает. По мере приближения к пределу, при значениях скорости выше 0,7-0,8 от максимально допустимой, большая часть веса начинает сосредотачиваться в передней части пятна. Фактическая зона взаимодействия шины с дорогой по мере приближения к предельной скорости уменьшается, а ее несущая способность падает, сцепление в конечном итоге обеспечивается только за счет набегающей области пятна. По мере того, как частота деформации элементов шины начинает совпадать с их собственной частотой колебаний, на движение шины начинают оказывать существенное влияние колебательные процессы. При скоростях 80-90 км/час появляются заметные на глаз колебания профиля шины, а затем, уже при значительно бОльших скоростях движения, и явно видимые колебания беговой дорожки шины в зоне выхода из контакта.
Чем выше скорость, при которой возникают видимые колебания, тем лучше шина приспособлена для работы на высоких скоростях.

Не смотря на вышеописанные процессы, видимая на глаз и получаемая на снимках форма пятна контакта шины с дорогой с ростом скорости изменятся незначительно, так как резина в сбегающей части формально продолжает соприкасаться с дорогой, но уже почти не оказывая давления. Так называемый «сухой контакт» у сбегающего края зоны контакта теряется полностью только на небольшую часть, но сцепление шины с дорогой падает весьма существенно. Чем медленнее расширяется резина после сжатия, тем ниже верхняя граница скорости для шины.

Для создания высокоскоростных шин есть две возможности:
1) Уменьшение толщины протектора (более тонкий слой быстрее восстанавливает свои размеры). Увеличение верхней границы скорости с помощью данного способа быстро достигает предела.
2) Разработка новых составов резиновых смесей, способных быстрее восстанавливать свою форму и гасить колебания. Они разрабатываются главным образом по этой причине, а совсем не из-за увеличения статических коэффициентов сцепления шин с дорогой.

Естественно, что увеличение боковых и продольных усилий при возрастании скоростей требует применения новых материалов и поиска оптимальных конструкций для каркаса, а также перехода на низкопрофильные формы шин.
Коэффициент сцепления шины с дорогой начинает падать сразу же с началом роста скорости, но при движении медленнее 60-70 км в час это падение обусловлено главным образом за счет снижения ФПК из-за попадания разного рода загрязнений в зону контакта между шиной и дорогой. Пыль, грязь, маслянистые загрязнения не могут быть сразу и полностью вытеснены из пятна контакта набегающей частью шины. В итоге по мере роста скорости коэффициент сцепления падает, но на скоростях выше 80 -90 км в час на сцепление дополнительно начинает оказывать влияние вязкоупругие свойства резины, которые в конечном итоге и определяют верхнюю границу скорости.

Необходимо помнить, что на предельно допустимой скорости шина может работать только несколько минут, а далее она просто разрушится. Не следует разгонять автомобиль выше 0,9, а загруженный автомобиль - более 0,7 - 0,8 от предела. Производители автомобилей вынуждены выполнять требования законов, определяющих безопасность. В связи с чем штатная резина, идущая в заводской комплектации любого автомобиля, всегда имеет более высокий индекс скорости, чем предельно достижимая скорость автомобиля. Разогнать автомобиль на штатной резине до момента начала разрушения шин невозможно. Но рано или поздно приходит время замены шин, и встает вопрос с каким индексом скорости выбрать шины? Высокоскоростные шины имеют более жесткую резину и низкую комфортность, при этом еще и существенно более высокую стоимость. Кроме того, не редки случаи, когда шины для заводской комплектации не поставляются в розничную торговлю. Т.е. заменить шины на точно такие же не всегда возможно. В ПДД России верхний предел скорости 120 км в час (если ехать по автомагистрали на грани превышения скорости), хотя многие иномарки позволяют разгоняться до скоростей выше 180 км в час. Если ездить в пределах правил, то при наших условиях покупать резину с индексом скорости 240 км в час неразумно. Это низкий комфорт и высокие затраты. Но у резины рассчитанной на скорость 180 на полностью загруженном автомобиле наступит предел уже на 150 км в час. А иногда «наши люди» гоняют с такими скоростями.
Если вы не собираетесь проверять скоростные возможности автомобиля, особенно полностью загруженного, то вам вполне можно сэкономить на шинах, и поднять комфортность автомобиля. В любом случае, лучше покупать шины известных марок на ступень меньше, чем у штатной резины, чем приобрести шины подозрительного происхождения с максимальным индексом скорости.

Какова же ГЛАВНАЯ причина, из-за которой нельзя ремонтировать шины с большим индексом скорости (выше 210 км в час) при сквозном проколе?

Верхняя граница скорости шины обусловлена вязкоупругими свойствами резины. При движении на высокой скорости в сбегающей части пятна элементы шины не успевают расширяться достаточно быстро, чтобы отслеживать дорогу. Т.е. резина протектора подвергается циклической нагрузке на пределе своих упругих свойств, в связи с чем, состав такой резины тщательно разрабатывается. Материал же склейки – это обычная резина, свойства которой явно не подошли бы для производства высокоскоростной шины, так как этот материал очень вязкий. В результате на большой скорости в моменты расширения масса резины протектора будет расширяться после сжатия быстрее материала склейки, создавая на нем разрывающие усилия. Две разных резины не смогут синхронно сжиматься - разжиматься, материал склейки быстро оторвется.

Но эффект вязкоупругости проявляется на скоростях выше 100 км в час. Если кто - то ездит на своей машине исключительно в пределах правил (не более 90-100 км в час), то с его отремонтированной шиной вряд ли что ни будь случится.

[Коршунов Аркадий]