Балансировка колес (шин) с помощью гранул (порошка). Принцип балансировки, достоинства, недостатки, особенности
Наше повествование можно начать с фразы, что все новое, это хорошо забытое старое. Именно такой лозунг можно применить и к балансировке колеса с помощью гранул. Вроде как данная инновация не может показаться такой уж заезженной и давно известной, ведь прогрессивность метода балансировки колес за счёт гранул или как еще называют порошка, довольно заурядная. А значит по логике, должна относится к последним изобретениям. Однако гримаса истории и «железный занавес», который весел над нашей страной, известным образом сыграли с нами злую шутку. Мы многое и элементарное узнали лишь после его падения, а кое-что, узнаем и до сих пор. Именно так можно сказать и о методе балансировки колес с помощью гранул или как мы уже сказали с помощью порошка.
Об истории автоматической балансировки колес с помощью гранул
Итак, давайте вначале окунемся в некий экскурс истории, в далекий 54-59 год прошлого века. Именно в эти года был завялен и запатентован метод автоматической балансировки для колес машин и даже колесных пар железнодорожных составов от John C Wilborn. Патент зарегистрирован в Патентном бюро США под номером US 2909389, под наименованием Automatic wheel balancer. То есть в далеком 1954 году, 18 ноября, данное открытие было заявлено, а 20 октября 1959 года опубликовано.
Чтобы не быть голосовым, мы даже приведем иллюстрацию выдержку из этого патента, где уже угадывается тот самый способ балансировки колес (шин) с помощью гранул.
На самом деле, таких патентов и упоминаний более чем много за 50 лет. Конкретно этим примером мы лишь хотели показать, что история у принципа автоматической балансировки шин (колес) довольно уже значительная.
Что же, теперь давайте предметнее поговорим о том, что собой представляют гранулы, так называемый в народе порошок для балансировки колес.
Как выглядят гранулы для балансировки колеса (шин) и какими свойствами они должны обладать
Гранулы для балансировки представляют шары, то есть тело правильной формы. Это необходимо для того, чтобы обеспечивать равнозначное сцепление с поверхностью по всей форме тела. Кроме того, гранулы покрыты силиконом, а в центре имеют тяжелое керамическое или стеклянное ядро. Силикон демпфирует удары гранул, и позволяет подстроиться под форму поверхности, к которой они будут «прилипать». Тяжелое ядро необходимо для того, чтобы максимально участвовать в процессе балансировки колеса, то есть при «правильном» распределении оказывать «положительное» действие.
В итоге, гранулы должны обладать довольно интересными свойствами. В-первую очередь они должны хорошо накапливать статическое электричество, то есть обладать электростатическим полем, за счет которого они будут фиксироваться на месте. Во-вторых, иметь как можно больший вес, чтобы оказывать влияние на балансировку колеса. То есть это факторы, которые отчасти противоречат один другому. Ведь при большом весе трудно удержать гранулы за счет электростатики, а при незначительном весе их смысл теряется. Поиск должного соотношения между этими величинами, выбор материала, обеспечивающего высокое напряжение статического поля, другие индивидуальные особенности гранул, все это можно отнести к ноу-хау каждого отдельного производителя, которые вряд ли вам раскроют свои секреты.
Как отбалансировать колесо (шину) с помощью гранул (порошка)
Теперь вкратце расскажем о процессе балансировки шины, колеса, с помощью гранул (порошка). В первую очередь его необходимо засыпать гранулы в колесо, а для этого необходимо знать, сколько засыпать в каждое конкретное колесо, чтобы обеспечить балансировку. Засыпаешь мало — не обеспечишь балансировку. Много – получишь лишний вес. Обычно производители предлагают рекомендательные таблицы, в которых прописано, сколько грамм гранул необходимо засыпать в определенный типоразмер колеса. Вот пример такой таблицы, которая абсолютно не является догмой для всех видов гранул, но дает представление о том, что объем и масса гранул увеличиваются от меньшего размера колеса к большему.
Теперь о том, как же можно с помощью таких гранул отбалансировать колесо. Первоначально гранулы необходимо засыпать в полость шины, либо камеры, о чем мы уже говорили. В этом случае применяется один из следующих вариантов. Первый, когда гранулы засыпаются в полость шины при ее монтаже на колесо. Второй, когда выкручивается ниппель, и гранулы засыпаются через штуцер.
В принципе на этом, с вашей стороны процесс балансировки заканчивается. Далее вам остается лишь накачать колесо до должного давления и отправиться в путь. Процесс балансировки пройдет автоматически. Гранулы распределяться в полости камеры и покрышки таким образом, что дисбаланс при вращении колеса будет минимален, то есть колесо самоотбалансируется. О том, как же это происходит, о принципе «правильного» распределения гранул, мы как раз и расскажем в нашем следующем абзаце.
Принцип балансировки колеса (шины) с помощью гранул для балансировки
Итак, давайте вначале соберем воедино, все то, что мы знаем о гранулах для балансировки из выше написанного. Гранулы обладают сбалансированными свойствами по весу и электростатическому полю, которое позволяет им удерживаться на поверхности шины (резины). Гранулы засыпаются в достаточном объеме, чтобы обеспечить балансировку, но не более.
Теперь давайте представим, что произойдет при движении, в случае если колесо не отбалансировано и в него засыпаны эти самые гранулы. Само собой, колесо при вращении будет подпрыгивать от неравномерности распределения центробежной силы по всему периметру. Тем самым будут наблюдаться вибрации, толчки, подпрыгивания… Все эти значимые механические воздействия постоянно будут встряхивать гранулы, которые находятся в колесе. В итоге, они то и дело будут хаотично перемещаться по объему до тех пор, пока колесо не «успокоится». А «успокоиться» колесо лишь в одном случае, когда центробежная сила по всему периметру, а значит и масса, будет уравновешено, то есть колесо окажется отбалансированым. В этом случае вибрации ослабнут до таких пределов, что электростатической и центробежной силы, удерживающей гранулы, хватит на то, чтобы они оставались в своем положении, то есть обеспечивали балансировку колеса. Можно сказать, что балансировка в этом случае происходит автоматически и самопроизвольно, хотим ли мы этого или нет.
Это является своеобразной особенностью, на принципе которой и «работают» гранулы (порошок) для балансировки колес.
Для того, чтобы вам было более понятно, мы приведем вам в пример крошку от пенопласта. Каждый видел, как порой пенопластовая крошка – шарики, хорошо липнет к предметам. При этом если ее сильно встряхнуть, то она поменяет свое место, но зачастую окажется недалеко от первоначального местоположения. Примерно тоже самое происходит и в шине. Также в качестве примера можно привести и центрифугу стиральной машины. Первоначально, пока белье еще не распределено по всей поверхности барабана, стиральная машина может смещаться и подпрыгивать, но затем, за счет центробежной силы, белье распределяется таким образом, что появляется некий более-менее стабильный баланс, то есть машина успокаивается, дальнейший отжим белья происходит без вибраций.
Подводя итог о балансировки колес (шин) с помощью гранул для балансировки
Давайте теперь резюмируем все достоинства и недостатки гранул для балансировки или как еще говорят порошка. Плюсы очевидны. Вам не нужен станок для балансировки. При значительном износе, вырыве протектора, замятии диска, произойдет самобалансирование. Гранулы поменяют свое положении, тем самым обеспечат желаемый результат без какого-либо труда, что особо важно на трассе и в дальних поездках. Однако и минусов хватает. Балансировочные гранулы держаться внутри лишь только за счет электростатической и центробежной силы, тем самым, при каждом значительном толчке, гранулы могут слететь со своих мест, тем самым произойдет разбалансировка, которая хотя и восстановиться через несколько километров, но некоторое время колеса будут разбалансированы. То есть балансировочные гранулы «не любят» неровных дорог. Второе, они довольно тяжеловаты для легковых машин. Ведь как вы заметили, если читали нашу статью сначала, минимальная масса засыпаемых гранул порядка 100 грамм. Это довольно много для легковых машин, когда порой достаточно груза в 5 -7 грамм. Зачем дополнительно «вешать» на колеса лишнюю массу, которая будет участвовать в инерционных процессах при разгоне и торможении, увеличивать усилия воздействия на подвеску и подшипники.
Можно утверждать, что балансировочные гранулы оправданы для грузовых машин и на ровных дорогах. Именно в этом случае есть резон применять и использовать подобное ноу-хау, как автоматическая балансировка колес!
Принцип работ балансировочных гранул
Балансировочные гранулы используются для устранения дисбаланса колеса в сборе. Они представляют собой небольшие шарики из специального материала, которые перемещаются внутри шины при движении автомобиля.
Процесс установки балансировочных гранул достаточно прост. Они просто высыпаются в полость шины при сборке колеса, а иногда и вовсе помещаются вместе с упаковкой, которая с временем разрушается и гранулы распределяются по полости шины.
При движении автомобиля гранулы начинают перемещаться внутри шины и распределяться таким образом, чтобы сбалансировать колесо. Они заполняют пустоты и компенсируют любые дисбалансы, вызванные неравномерным распределением массы шины диска. Благодаря этому колесо вращается более плавно, что улучшает комфорт и стабильность вождения, а также снижает износ шин.
Балансировочные гранулы обычно остаются внутри шины на протяжении всего срока её эксплуатации и не требуют какого-либо дополнительного обслуживания. Если необходимо заменить шину, гранулы также могут быть удалены и установлены в новую шину.
Балансировочные гранулы используются только в гузовом транспорте. Возникает вопрос, если они так эффективны, то почему их нельзя использовать в легковых шинах?
Ответ достаточно комплексный и состоит из нескольких частей.
Во-первых, для грузового транспорта характерны длительные переезды на постоянной скорости. Гранулы распределяются только через определённое время и при каждой остановке они сваливаются вниз. Соответственно, в условиях города и постоянных остановках на светофорах они попросту не эффективны.
Во-вторых, они попросту не пригоны и опасны на высокой скорости в небольших колёсах. При резком ударе о неровность на дороге они также смещаются и колесо резко становится несбалансированным, следовательно могут возникнуть проблемы с управляемостью.
Принцип работ балансировочных гранул
Балансировочные гранулы используются для устранения дисбаланса колеса в сборе. Они представляют собой небольшие шарики из специального материала, которые перемещаются внутри шины при движении автомобиля.
Процесс установки балансировочных гранул достаточно прост. Они просто высыпаются в полость шины при сборке колеса, а иногда и вовсе помещаются вместе с упаковкой, которая с временем разрушается и гранулы распределяются по полости шины.
При движении автомобиля гранулы начинают перемещаться внутри шины и распределяться таким образом, чтобы сбалансировать колесо. Они заполняют пустоты и компенсируют любые дисбалансы, вызванные неравномерным распределением массы шины диска. Благодаря этому колесо вращается более плавно, что улучшает комфорт и стабильность вождения, а также снижает износ шин.
Балансировочные гранулы обычно остаются внутри шины на протяжении всего срока её эксплуатации и не требуют какого-либо дополнительного обслуживания. Если необходимо заменить шину, гранулы также могут быть удалены и установлены в новую шину.
Балансировочные гранулы используются только в гузовом транспорте. Возникает вопрос, если они так эффективны, то почему их нельзя использовать в легковых шинах?
Ответ достаточно комплексный и состоит из нескольких частей.
Во-первых, для грузового транспорта характерны длительные переезды на постоянной скорости. Гранулы распределяются только через определённое время и при каждой остановке они сваливаются вниз. Соответственно, в условиях города и постоянных остановках на светофорах они попросту не эффективны.
Во-вторых, они попросту не пригоны и опасны на высокой скорости в небольших колёсах. При резком ударе о неровность на дороге они также смещаются и колесо резко становится несбалансированным, следовательно могут возникнуть проблемы с управляемостью.
Балансировочные гранулы Pro Balance
ProBalance автоматически устраняет возникающие в колесной системе дисбаланс и вибрацию, вследствие чего шина изнашивается равномерно и возрастает комфортная скорость движения. Применение гранул позволяет проводить балансировку грузового колеса без балансировочного стенда и балансировочных грузчиков.
Что это?
Probalance – это маленькие шарики, покрытые защитным слоем силикона и обладающие электростатическими свойствами. В отличие от балансировочных порошков, гранулы не слипаются в комки под воздействием влаги, которая присутствует в сжатом воздухе. Гладкая поверхность гранул не стирает бескамерный слой шины.
Гранулы выпускаются в пакетах разного веса, масса которых рассчитана на балансировку определенного типоразмера шин, или в пластиковых ведрах с мерным стаканом.
Изначально гранулы разрабатывались для балансировки грузовых шин, так как стандартные методы балансировки на станках были неэффективны: они устраняли следствие дисбаланса, а не его первопричину.
По мнению специалиста, ответственного за внедрение новых технологических решений в компании Continental Tire of Mexico, «в ходе испытаний гранулы продемонстрировали отличные результаты и могут применяться во всех шинах как грузового, так и пассажирского транспорта на ведущих и рулевых осях, а также на осях прицепов. Наибольшую выгоду от их использования получают владельцы магистрального транспорта, который проезжает большие расстояния без остановок».
Кроме того, балансировочный материал имеет ударопоглотительные свойства. Испытатели отмечали, что с шиной, заполненной балансировочным составом, езда по неровной дороге не приводила к сильной вибрации.
Разработки в области автоматической внутренней самобалансировки шин велись с конца 60-х годов. В основе большинства исследований лежало использование некоего балансировочного материала, который постоянно перемещался в шине под воздействием законов физики центробежных сил.
С тех пор технология автоматической балансировки прошла долгий путь. Изобретатели изменяли размер и материал балансного материала, добавляли различные смазки для улучшения текучести и поглощения влаги.
И в результате был разработан эффективный метод внутренней динамической балансировки колеса с помощью гранул, который лишен недостатков станочной балансировки.
Перейти в каталог:
«Балансировочный компаунд»
Зачем это нужно?
Технология внутренней балансировки колесной системы автомобиля возникла для устранения недостатков, которые не в состоянии устранить традиционная балансировка навесными грузиками. А именно:
Она позволяет добиться равномерного износа шины и избежать возникновения «блуждающего дисбаланса» рулевых колес грузовиков.
Она устраняет вибрацию автомобиля на скорости и продлевает срок службы подвески за счет поглощения ударов при езде по неровной дороге.
И, наконец, она помогает избавиться от необходимости проводить повторную балансировку рулевых колес грузовых автомобилей.
Как это работает?
Гранулы засыпаются в шину при ее монтаже на диск или через вентиль с помощью пневмодозатора.
Загрузчик гранул ProBalance
За счет центробежной силы, возникающей при вращении колеса, гранулы распределяются по внутренней поверхности шины таким образом, что уравновешивают «тяжелые» точки колеса и устраняют возникающий дисбаланс. Далее, при каждом обороте колеса, происходит автоматическая корректировка баланса.
Любые изменения массы участков шины автоматически регулируются путем перемещения гранул внутри шины. При возникновении новой точки дисбаланса (попадание камня, уклон дороги, поворот) гранулы, под воздействием вибрации, моментально перекатываются в нужное место, вновь выравнивая суммарный баланс всей колесной системы до момента прекращения вибрации.
А если принять во внимание, что вес засыпанного в шину балансровочного состава берется больше веса навесных грузиков и находится на максимальном расстоянии от оси вращения колеса, становится понятно, почему гранулы справляются с задачей лучше балансировочного станка и способны стабилизировать не только пару «шина+колесо», но и весь колесный сбор.
Посмотреть видео:
«Пневмодозатор для балансировочных гранул»
Снижение вибрации.
Эффективность гранул как средства снижения вибраций автомобиля, возникающих при движении на высокой скорости, была подтверждена разработчиками на практике.
Для испытаний был выбран грузовик GMS Series 7000 с грузом 9 тонн и шинами Firestone 11.00 R22.5. На передний мост был установлен датчик вибрации, и показания считывались спектральным анализатором CSI. Автомобиль совершал пробеги по обычному бетонному шоссе, водитель поддерживал скорость в 100 км/ч на протяжении 6-7 минут.
Было произведено четыре тестовых заезда:
1 заезд: Грузовик в обычном состоянии без добавления гранул в шины.
2 заезд: Грузовик в обычном состоянии с добавлением 24 унций (1 унция 28,35 грамм) свинцовых грузов на правое переднее колесо, но без гранул в шине (имитация застревания камня или налипания грязи и т.д.).
3 заезд: 24 унции гранул были добавлены в каждую шину передних колес, и 24 унции свинца было оставлено в правом переднем колесе.
4 заезд: 24 унции свинца были удалены с правого переднего колеса, а все шины были отбалансированы гранулами.
В результате, данные по вибрации для каждого из заездов были следующие:
Заезд 1 – 17.57 MIL (норма);
Заезд 2 – 32.90 MIL (дисбаланс);
Заезд 3 – 19.16 MIL (дисбаланс+бисер);
Заезд 4 – 6.93 MIL* (только гранулы).
*(MIL единица измерения вибрации равная 1/1000 дюйма, 0,0254 мм)
Как мы видим, условное попадание камня в протектор рулевого колеса (пробег №2) вызвало двойное увеличение вибрации переднего моста. На практике такая величина дисбаланса уже заметно отдает в руль и сказывается на износе протектора.
Добавление гранул в тесте №3 позволило привести показатель дисбаланса практически к изначальному уровню, устранив все заметные изменения в поведении автомобиля.
Но особенно стоит отметить, что как только очаг дисбаланса был устранен, гранулы позволили уменьшить вибрацию колес втрое, с 17.57 до 6.93 MILS!
Испытания, проведенные компанией Continental Tire of Mexico, выявили, что по эффективности станочная балансировка уступает автоматической внутренней балансировке. В ходе испытаний гранулы были протестированы в 174 грузовых шинах, которые установили на 21 грузовик. По окончании испытаний шины, прошедшие балансировку с помощью гранул, показали износ в среднем на 20% ниже, чем у шин с навесными грузами. При этом все шины имели равномерный износ.
Иными словами, шины, отбалансированные на станке, в итоге имели меньшую ходимость и неравномерный износ на рулевых колесах.
Электростатические свойства.
Несмотря на неоспоримые преимущества внутренней балансировки, нельзя сказать, что она сразу же завоевала доверие водителей. Главным образом, опасения пользователей были связаны с тем, что засыпанный внутрь шины балансировочный состав будет находиться в постоянном движении и сточит бескамерный слой шины. Также водителей настораживало, что балансировочный порошок может забить вентиль колеса. Ответ был найден в материале, из которого изготавливались балансировочные гранулы, а вернее, в свойствах этого материала-диэлектрика. Диэлектрики это вещества, практически не проводящие электрический ток. Важное свойство диэлектриков состоит в их способности накапливать статическое электричество.
При вращении колеса происходит трение между гранулами и резиной и возникает электростатическое притяжение. В результате возникающей силы притяжения достаточно, чтобы надежно удерживать на месте гранулы диаметром 0,6 мм. Они ровным слоем покрывают внутреннюю поверхность шины, заполняют неровности и создают “ковер”, по которому свободно перемещаются более крупные шарики.
Во время остановки автомобиля тонкий слой гранул остается на стенках шины, удерживаемый электростатическим притяжением. Остальной балансировочный материал скатывается вниз и возвращается на свои места вскоре после начала движения. При этом сила примагничивания гранул к шине в городском цикле движения составляет 2G, а на трассе возрастает до 4G. Иными словами, при движении автомобиля сила притяжения в 2-4 раза больше веса самой гранулы, поэтому гранулы надежно примагничиваются к шине.
Недостатки станочной балансировки.
Главным недостатком станочной балансировки является невозможность учитывать переменные нагрузки, которые испытывает колесо при движении автомобиля.
Идеально выполненная балансировка, проведенная на станке с применением специальных адаптеров, не учитывает изменения давления в шине, влияния на нее элементов подвески, скорости и загрузки машины. Именно это может стать причиной возникновения «блуждающего дисбаланса», который вызывает характерный износ протектора рулевых колес в виде «проплешин».
По мере увеличения загрузки автомобиля увеличивается деформация шины и уменьшается ее средний радиус. Фактически, только что прошедшее балансировку колесо после установки на автомобиль изменяет свою геометрию, сплющивается.
Теоретически избежать неравномерного износа протектора можно с помощью частой перебалансировки колес и перестановки шин. Реально же противостоять блуждающему дисбалансу способны только составы для динамической внутренней балансировки всей колесной системы.
Как это использовать?
Разработчики рекомендуют: в случае использования автомашины с мягкой подвеской – легкового автомобиля или легкого грузовика необходимо проехать около 1 км на высокой скорости, принятой на магистральных дорогах. Это позволит материалу стабилизироваться в рабочем положении.
Для грузового транспорта с жесткой подвеской нет необходимости в таком разгоне, так как жесткая подвеска будет способствовать быстрому перемещению балансного материала на позицию, обеспечивающую баланс колеса.
Авторы патента рекомендуют рассчитывать массу балансного материала по следующей формуле:
Масса микробисера = 6% от массы шины (соотношение 1:17)
Следует заметить, что иногда для балансировки приходится использовать и большее количество балансировочного материала. Например, в случае, когда шины и диски имеют значительный неравномерный износ.
Поскольку вибрации, связанные с дисбалансом, разрушают не только ведущую ось, но и остальные части транспортного средства, гранулы желательно помещать во все колеса автомобиля.
При использовании гранул в зимний период следует особенно внимательно отнестись к тому, чтобы шины подкачивались сухим воздухом, а в идеале азотом. Влага, содержащаяся в сжатом воздухе, вызывает смерзание мелких гранул в комки, которые распадаются через некоторое время после начала движения автомобиля.
Какие преимущества дает применение гранул?
- Покупаются один раз на весь срок службы шины. При ремонте их можно ссыпать в емкость, и вновь засыпать при монтаже шины на диск.
- Устраняют «блуждающий» дисбаланс на передней оси.
- Обеспечивают равномерный износ шины.
- Улучшают сцепление шины с дорогой и повышают безопасность движения.
- Повышают комфортную скорость движения по неровной дороге и устойчивость автомобиля в повороте.
- Увеличивают срок службы подвески.
- Позволяют снизить расход топлива до 10%.
- Не требуют применения дорогих балансировочных станков. Упрощают процесс балансировки грузового колеса, позволяют сэкономить время и сводит до минимума влияние «человеческого фактора».
Максимальный экономический эффект от применения балансировочных гранул возможно получить при их использовании в грузовых шинах, потому что возникающая в них центробежная сила имеет большее значение и вибрации тяжелых шин сильнее разбивают колесную систему и снижают ходимость протектора.
Скачать таблицу:
«Таблицы применения гранул ProBalance»
Посмотреть видео:
«Пневмодозатор для балансировочных гранул»