Почему к горячей шине подходят только спереди и почему шина может взорваться через час после пожара? Считай энергию газа в шине, грей обод сваркой, пожаром и тормозами и смотри на давление, порог разрыва и зону оцепления.
В шине 59/80R63 около 3,5 м³ газа под давлением почти 7 бар. Если шину разорвет, газ расширится за доли секунды, а части обода и замочное кольцо полетят вбок, вдоль оси колеса. Поэтому к горячей или поврежденной шине подходят только спереди или сзади. Вторая беда скрыта внутри: если нагреть обод сваркой, резкой, пожаром, ударом молнии или перегретыми тормозами, резина изнутри начинает разлагаться на горючие газы. Давление растет, хотя снаружи огня уже нет, и шина может взорваться спустя долгое время. Здесь учебная модель: реальные правила и расстояния берут из инструкций рудника и производителя шин.
Газовые законы разобраны в теме химии «Газовые законы: давление, объем, температура», рост давления от температуры показан в теме 14.5 «Давление и нагрузка». Числа берутся из опыта.
Сколько энергии хранит шина?
Газ при разрыве расширяется так быстро, что не успевает обменяться теплом: это адиабатное расширение. Формула дает работу, которую он совершит, расширившись до атмосферного давления.
С чем это сравнить?
Тротиловый эквивалент: сколько тротила дало бы ту же энергию. Или с какой высоты надо уронить тяжелый груз, чтобы удар был таким же.
Почему шина взрывается через час?
Давление растет и от нагрева газа, и от того, что резина у обода выделяет новые газы. Тепло идет в толщу резины медленно, поэтому пик наступает уже после того, как огонь потушили.
Карьерная шина стоит на разборном ободе: основание, съемная закраина, бортовое кольцо и замочное кольцо, которое держит все это вместе. Давление газа толкает борт шины наружу, вдоль оси колеса. Если замочное кольцо сидит плохо, проржавело или обод перегрет, кольцо срывается, и все детали уходят вдоль оси со скоростью пули. Поэтому опасная зона это полоса по обе стороны колеса по линии оси, а спереди и сзади протектор принимает удар на себя.
Азот не дает газу пиролиза загореться внутри шины: кислорода нет. Взрыв горения исключается, но газ все равно выделяется, и шина может лопнуть от давления, просто позже. Поэтому азот снижает риск, но не отменяет правил.
Обод с шиной никогда не варят и не режут: сначала шину снимают. Как сварка греет металл и окрестности шва, разбирает тема «Сварка и зона термического влияния».
Перед снятием колеса давление стравливают полностью и вынимают золотник, проверяют, что газ не идет. На сдвоенных колесах стравливают обе шины. Только потом откручивают гайки и трогают замочное кольцо.
Шину после сборки обода накачивают в защитной клетке или со страховкой обода, через длинный шланг с манометром, стоя сбоку от клетки, но не напротив замочного кольца.
Шина 59/80R63 весит несколько тонн. Ее ставят и снимают специальным манипулятором, люди не стоят под ней и между шиной и машиной.
После пожара самосвала, удара молнии или сильного перегрева тормозов машину оцепляют, людей уводят, подходят только с торца колеса. По типичным правилам зона держится 24 ч, пока шина не остынет.
Варить и резать обод с шиной запрещено. Даже сварка на раме возле колеса требует защиты шины от искр и тепла. Ступицу и диск ремонтируют только со снятой шиной.
Шину с разрывом каркаса, вздутием или следами перегрева сначала стравливают с безопасного места, только потом осматривают. Картины повреждений разобраны в теме «Износ, повреждения и ресурс».
Это учебная модель, а не инструкция. Реальные правила безопасности, радиус и время оцепления, порядок монтажа и демонтажа берут только из инструкций рудника и производителя шин и колес. Объемы газа в шинах приблизительные. Энергия считается по адиабатному расширению на уровне моря. Нагрев: обод стремится к температуре источника за несколько минут, резина у обода догоняет обод с запаздыванием около получаса, газ в шине прогревается медленнее и в среднем холоднее резины. Пиролиз начинается выше 200 °C и ускоряется с температурой; доля новых газов растет со временем. С воздухом смесь газов пиролиза вспыхивает внутри шины, когда резина горячее 300 °C и горючих газов накопилось больше 10 %: это взрыв. С азотом горения нет, шина лопается, когда давление превысит прочность, которая падает с нагревом: от четырех норм давления у холодной шины. Все пороги и времена условны и показывают картину, а не точный срок. Зона на карте нарисована для типичного правила 300 м.