СПОСОБ ИССЛЕДОВАНИЯ АВТОМОБИЛЬНОЙ ШИНЫ
ANALYSIS OF AUTOMOTIVE TIRE

Изобретение относится к сухопутным транспортным средствам, а именно к шинам колес. Оно касается исследования автомобильных шин.
Известны различные способы исследования автомобильных шин, изложенные, например, в авторских свидетельствах №№1215014, 1805313, выданных в СССР, в заявках №№2141475, 2141476 на выдачу европейского патента.
В качестве ближайшего аналога принят способ исследования автомобильной шины, изложенный в патенте №4335740, G01M 17/02, выданном в Японии. При осуществлении этого способа производят качение шины по телу вращения и измеряют ее температуру в зоне контакта с опорной поверхностью. При этом способе определяют возможный нагрев шины, влияющий на ее свойства, но не оценивают ее экологическую опасность. Экологическая опасность автомобильных шин обусловлена тем, что в процессе эксплуатации в окружающую среду из шины выделяется более ста видов химических веществ, часть которых представляют токсичные и канцерогенные соединения. Загрязнение атмосферы происходит за счет образования резиновой пыли и газовой эмиссии, которые, попадая в легкие человека, способны вызвать онкологические заболевания.
Задача - оценить экологическую опасность образующихся при износе шины продуктов ее износа.
Решение задачи оценки экологической опасности продуктов износа шины обеспечено тем, что при исследовании автомобильной шины путем ее качения по телу вращения шину катят по участку поверхности тела вращения, имеющему поперек шины переменный радиус кривизны, собирают продукты ее износа путем их отсоса из зоны контакта шины с телом вращения и осаждают их на фильтре, который помещают в сосуд с фиксированным объемом жидкости, представляющей собой дистиллированную воду или водно-органическую смесь. После выдержки фильтра в жидкости готовят пробу, помещая полученную жидкость в емкость с биосенсором, представляющим собой культуры люминесцентных бактерий, и по уменьшению интенсивности их биолюминесценсии по сравнению с чистой пробой, не содержащей токсических веществ, судят об уровне токсического эффекта продуктов износа автомобильной шины.
Такой способ исследования влияния шин на экологию является весьма простым и достоверным. Он дает возможность оперативно оценить вредоносность продуктов износа различных шин при их сопоставлении между собой.
На фигуре 1 изображен стенд для исследования шины для определения экологической опасности продуктов ее износа, вид сбоку.
На фигуре 2 показан вид сверху на упомянутый стенд.
На фигуре 3 показан барабан стенда совместно с шиной.
Представленный на фигурах 1 и 2 стенд для исследования автомобильной шины на предмет определения экологической опасности продуктов ее износа содержит испытательную камеру 1, закрытую кожухом 2. На кожухе 2 расположены фильтры 3 для очистки поступающего в камеру 1 атмосферного воздуха. В камере 1 на кронштейне 4, прикрепленном к основанию стенда, установлен конический барабан 5, покрытый абразивным материалом. Абразивный материал сделан в виде зернистой пленки, наклеенной на коническую поверхность барабана 5. Конический барабан 5 имеет привод от электродвигателя 6 через редуктор 7. Напротив барабана 5 в камере 1 установлено колесо 8, имеющее обод для установки на него исследуемой шины 9. Колесо 8 подвешено на двух стойках 10, расположенных по разные стороны колеса 8. Стойки 10 шарнирно соединены с подставкой 11, прикрепленной к полу камеры 1. Со стойками 10 шарнирно соединен хомут 12, к которому прикреплен шток 13 пневмоцилиндра 14. Корпус пневмоцилиндра 14 шарнирно соединен с расположенным снаружи камеры 1 кронштейном 15, прикрепленным резьбовыми крепежными элементами к основанию стенда. Шток 13 охвачен резиновой манжетой 16, прикрепленной к стенке кожуха 2.
Напротив зоны контакта шины 9 с коническим барабаном 5 помещен заборник 17 воздуха, направляемого по трубопроводу 18 к электрическому аспиратору 19 через фильтр 20 сбора продуктов износа шины. Заборник 17 содержит два вытяжных патрубка 21 и 22, расположенных по разные стороны от места касания шины 9 с барабаном 5, то есть сверху и снизу от места их касания.
При исследовании автомобильной шины для определения ее экологической опасности шину 9 катят по коническому участку поверхности барабана 5, имеющему поперек шины переменный радиус кривизны. Вследствие переменного радиуса кривизны наружной поверхности барабана 5 происходит интенсивное скольжение крайних участков шины 9 по барабану 5, что вызывает ускоренный ее износ (фигура 3). По мере износа шины собирают продукты ее износа и газообразной эмиссии путем их отсоса аспиратором 19 из зоны контакта шины с барабаном и осаждают их на фильтре 20. После сбора продуктов износа шины за определенное время фильтр 20 помещают в сосуд с фиксированным объемом жидкости, представляющей собой дистиллированную воду или водно-органический раствор. После выдержки фильтра в указанной жидкости, в которую происходит экстракция химических веществ из продуктов износа шины, экстракт помещают в емкость с биосенсором, представляющим собой культуры люминесцентных бактерий, и измеряют параметры биолюминесценции. По уменьшению интенсивности биолюминесценции полученной пробы по сравнению с пробой, не содержащей токсических веществ, судят об уровне токсического эффекта продуктов износа автомобильной шины.
Измерительные пробы готовят следующим образом.
Необходимое для исследований количество шинной пыли забирают из зоны контакта колеса посредством вытяжных патрубков 21 и 22 (фиг.1) при помощи электроаспиратора 19 и накапливают на фильтре 20, используемом для приготовления измерительной пробы. В первом варианте отбор продуктов износа производят с помощью электроаспиратора с расходомером, позволяющим фиксировать объем отбираемого воздуха. Во втором варианте фиксируют массу шинной пыли посредством взвешивания на лабораторных весах. В третьем варианте фиксируют время или пройденный шиной путь, при которых происходит генерация продуктов износа. Подготовку проб производят в соответствии с руководящими нормативными документами по применению способов интегрального биотестирования MP 01.018-07.
Токсичность продуктов износа определяют следующим образом.
В качестве тест-объекта используют препараты лиофилизированных люминесцентных бактерий или ферментные препараты бактериальной люциферазы. Методика основана на определении изменения интенсивности биолюминесценции биосенсора при воздействии химических веществ, присутствующих в анализируемой пробе, по сравнению с контролем. Люминесцентные бактерии оптимальным образом сочетают в себе различные типы чувствительных структур, ответственных за генерацию биоповреждений (клеточная мембрана, цепи метаболического обмена, генетический аппарат), с экспрессностью, объективным и количественным характером отклика целостной системы на интегральное воздействие токсикантов. Это обеспечивается тем, что люминесцентные бактерии содержат фермент люциферазу, осуществляющую эффективную трансформацию энергии химических связей жизненно важных метаболитов в световой сигнал на уровне, доступном для экспрессных и количественных измерений.
При изучении токсикологических свойств объектов окружающей среды люминесцентный бактериальный тест показывает хорошую корреляцию с их действием на животных, культуры клеток человека и другие известные биотесты.
Критерием токсического действия является измерение с помощью прибора "Биотоке-10" интенсивности биолюминесценции тест-объекта под воздействием химических соединений, содержащихся в анализируемой пробе воды, или водно-органической смеси, по сравнению с раствором, не содержащим токсических веществ. Уменьшение интенсивности биолюминесценции пропорционально токсическому эффекту.
Токсическое действие исследуемой пробы на тест-объект определяют по уменьшению интенсивности биолюминесценции за 30-минутный (в экспрессном варианте - 5 минут) период экспозиции. Количественные оценки тест-реакции выражаются в виде безразмерной величины - индекса токсичности "Т" и функциональными токсикологическими параметрами ЕС20 и ЕС50.
Индекс токсичности "Т" равен отношению Т=100(Io-I)/Io, где Io и I - соответственно, интенсивность биолюминесценции контроля и опыта при фиксированном времени экспозиции исследуемой пробы с биотестом.
Токсикологические параметры пробы ЕС20 и ЕС50, определяемые также посредством измерения Io и I, позволяют быстро и экономно выяснить вопрос, при каких объемах исходного слаботоксичного образца достигается установленный предел токсичности (ЕС20 и/или ЕС50) или при каких разведениях сильно токсичный образец станет безопасным (величины менее ЕС20).
ЕС50 есть эффективный объем образца (в опытах с чистым химическим соединением - концентрация), вызывающий тушение свечения биосенсора на 50% по сравнению с контролем. В этом случае образец сильно токсичен (индекс токсичности равен 50). ЕС20 есть эффективный объем образца (в опытах с чистым химическим соединением - концентрация), который приводит к 20%-ному тушению свечения биосенсора по сравнению с контролем. В этом случае образец токсичен (индекс токсичности равен 20). Все значения величин менее ЕС20 свидетельствуют о том, что образец безвреден для человека.
Вычисление величин ЕС проводят с использованием гамма-функции. Гамма-функция (G) представляет собой зависимость отношения потери интенсивности свечения пробы к оставшейся интенсивности свечения пробы и описывается формулой G=(Io-I)/I, где Io и I - соответственно, интенсивность биолюминесценции в контроле и опыте. Функция G очень удобна для точного определения величин ЕС20 и ЕС50 путем экстраполяции графической зависимости в случаях, когда токсичность образца очень небольшая или, наоборот, когда образец сильно токсичен. График G-функции в логарифмических координатах как функция изменения объема пробы (или концентрации отдельного вещества) есть теоретически прямая линия молекулярности реакции токсического вещества с одной или несколькими мишенями, связывающими эти токсиканты в тест-объекте. Люминометр "Биотоке-10" позволяет представлять величины G для каждой пробы, а также автоматически вычисляет величины ЕС20 и ЕС50.
Образец пробы имеет допустимую степень токсичности, если индекс токсичности T меньше 20, образец токсичен - индекс T равен или больше 20 и меньше 50, высокая токсичность образца - индекс токсичности Т равен или более 50.
Построение сравнительной шкалы для экологической маркировки шин выполняют так. Используют стандартные методики определения токсичности химических веществ, полимеров, материалов и изделий с помощью биотеста «Эколюм» (MP 01.018-07). Находят, в первом варианте, объемы воздуха, отсасываемого из зоны качения шины, дающие токсичности приготовляемых проб ЕС20 или ЕС50, или различают шины по величинам ЕС или T (токсичности) при фиксированном объеме отсасываемого воздуха. Во втором варианте определяют массы частиц резиновой пыли, используемые для приготовления проб, дающие токсичности ЕС20 или ЕС50, или сравнивают шины по ЕС или T при фиксированной массе продуктов износа. В третьем варианте фиксируют время (путь) генерации продуктов износа, дающие токсичности приготовленных проб ЕС20 или ЕС50, или сравнивают шины по величинам ЕС или T при фиксированном времени (или пути) генерации продуктов износа. Для эталонных шин, определяющих вводимую экологическую шкалу, полученные результаты фиксируют и используют в качестве разделительных интервалов. Каждому интервалу качественной экологической шкалы назначается экологическая марка. Результат токсикологического эксперимента подготовки проб и качественная экологическая шкала определяет вид экологической марки, которую присваивают шине.