Корзина
17 отзывов
В связи с изменением курса валют-цены уточняйте у менеджера!
Наличие документов
Знак Наличие документов означает, что компания загрузила свидетельство о государственной регистрации для подтверждения своего юридического статуса компании или индивидуального предпринимателя.
Корзина
8 (800) 444-50-96
+7 (343) 383-36-98

Автомобильная шина

Автомобильная шина

Автомобильная шина — один из наиболее важных элементов колеса, представляющий собой упругую резино-металло-тканевую оболочку, установленную на обод диска. Шина обеспечивает контакт транспортного средства с дорожным полотном, предназначена для поглощения незначительных колебаний, вызываемых несовершенством дорожного покрытия, компенсации погрешности траекторий колёс, реализации и восприятия сил. Отработанные покрышки являются отходами IV класса опасности.

В общепринятой в отечественном автомобилестроении терминологии колесом называется только узел, расположенный между шиной и ступицей, но без самой шины, состоящий, в свою очередь, из обода, на который сажается шина, и диска или спиц, служащих для соединения обода со ступицей. Шина, в свою очередь, включает в себя покрышку, камеру (для камерных шин) и ободную ленту (например, в велосипедных колёсах).  В этой статье данная терминология не соблюдается.

История

Первая в мире резиновопарусинная шина была сделана Робертом Уильямом Томсоном. В патенте № 10990, датированным 10 июня 1846 года, написано: «Суть моего изобретения состоит в применении эластичных опорных поверхностей вокруг ободьев колёс экипажей с целью уменьшения силы, необходимой для того, чтобы тянуть экипажи, тем самым, облегчая движение и уменьшая шум, который они создают при движении». Патент Томсона написан на очень высоком уровне. В нём изложена конструкция изобретения, а также материалы, рекомендуемые для его изготовления. Шина накладывается на колесо с деревянными спицами, вставленными в деревянный обод, обитый металлическим обручем. Сама шина состояла из двух частей: камеры и наружного покрытия. Камера изготавливалась из нескольких слоёв парусины, пропитанной и покрытой с обеих сторон натуральным каучуком или гуттаперчей в виде раствора. Наружное покрытие состояло из соединённых заклёпками кусков кожи. Томсон оборудовал экипаж воздушными колёсами и провёл испытания, измеряя силу тяги экипажа. Испытания показали уменьшение силы тяги на 38 % на щебёночном покрытии и на 68 % на покрытии из дроблёной гальки. Особо отмечались бесшумность, удобство езды и лёгкий ход кареты на новых колёсах. Результаты испытаний были опубликованы в журнале «Mechanics Magazine» 27 марта 1849 года вместе с рисунком экипажа. Можно было констатировать, что появилось крупное изобретение: продуманное до конструктивного воплощения, доказанное проведёнными испытаниями, готовое к совершенствованию. К сожалению, на том дело и закончилось. Не нашлось никого, кто бы занялся этой идеей и довёл её до массового производства с приемлемой стоимостью. После смерти Томсона в 1873 году «воздушное колесо» было забыто, хотя образцы этого изделия сохранились.

Велосипедная шина Данлопа, около 1887 года. Виден частично обнажившийся каркас из полотна.

В 1888 году идея пневматической шины возникла вновь. Новым изобретателем был шотландец Джон Данлоп, чьё имя известно в мире как автора пневматической шины. Дж. Б. Данлоп придумал в 1887 году надеть на колесо трёхколёсного велосипеда своего 10-летнего сына широкие обручи, сделанные из шланга для поливки сада, и надуть их воздухом. 23 июля 1888 года Дж. Б. Данлопу был выдан патент № 10607 на изобретение, а приоритет на применение «пневматического обруча» для транспортных средств подтверждал следующий патент от 31 августа того же года. Камера из резины крепилась на обод металлического колеса со спицами обматыванием её вместе с ободом прорезиненной парусиной, образующей каркас шины, в промежутках между спицами. Преимущества пневматической шины были оценены достаточно быстро. Уже в июне 1889 года на стадионе в Белфасте Уильям Хьюм выступил в гонках на велосипеде с пневматическими шинами. И хотя Хьюма описывали как среднего гонщика, он выиграл все три заезда, в которых участвовал. Коммерческое развитие изобретения началось с образования маленькой компании в Дублине и конце 1889 года под названием «Пневматическая шина и агентство Бута по продаже велосипедов». В настоящее время «Данлоп» — одна из крупнейших фирм в мире по изготовлению шин.

В 1890 году молодой инженер Чальд Кингстн Уэлтч предложил отделять камеру от покрышки, вставлять в края покрышки проволочные кольца и сажать на обод, который впоследствии получил углубление к центру (ручей обода). Тогда же англичанин Бартлетт и француз Дидье изобрели вполне приемлемые способы монтажа и демонтажа шин. Всё это определило возможность применения пневматической шины на автомобиле. Первым, кто стал использовать пневматические шины на автомобилях, были французы Андре и Эдуард Мишлен, которые уже имели достаточный опыт в производстве велосипедных шин. Они объявили, что к гонке в 1895 году Париж—Бордо у них будут готовы пневматические шины для автомобилей и сдержали своё обещание. Несмотря на многочисленные проколы, автомобиль преодолел расстояние в 1200 км и достиг, среди девяти других, финиша своим ходом. В Англии в 1896 году шинами «Данлоп» был оснащён автомобиль Ланчестер. С установкой пневматических шин существенно улучшились плавность хода, проходимость автомобилей, хотя первые шины были ненадёжны и не приспособлены к быстрому монтажу. В дальнейшем основные изобретения в области пневматических шин были, прежде всего, связаны с повышением их безотказности и долговечности, а также с облегчением монтажа-демонтажа. Появился шиномонтажный станок, что позволило сделать борта шины более жесткими. Потребовалось много лет постепенного совершенствования конструкции пневматической шины и способа её изготовления, прежде чем она окончательно вытеснила литую резиновую. Стали применяться всё более надёжные и долговечные материалы, в шинах появился корд — особо прочный слой из упругих текстильных нитей. В первой четверти XX века всё чаще стали использовать конструкции быстросъёмных креплений колёс к ступицам на нескольких болтах, что позволило заменять шины вместе с колесом в течение нескольких минут. Все эти усовершенствования привели к повсеместному применению пневматических шин на автомобилях и бурному развитию шинной промышленности.

Конструкция

Основными материалами для производства шин являются резина, которая изготавливается из натуральных и синтетических каучуков, и корд. Кордовая ткань может быть изготовлена из металлических нитей (металлокорд), полимерных и текстильных нитей.

Шина состоит из: каркаса, слоёв брекера, протектора, борта и боковой части.

Шины диагонального (слева) и радиального (справа) типа в разрезе.

Структура шины: 1 — протектор; 2 — плечевая часть; 3 — каркас; 4 — боковая часть (крыло шины); 5 — брекер и подушечный слой; 6 — дополнительная вставка в плечевой зоне (зеленый цвет); 7 — бортовое кольцо; 8 — бортовая часть

Измерение глубины протекторного рисунка.

Текстильный и полимерный корд применяются в легковых и легкогрузовых шинах. Металлокорд — в грузовых. В зависимости от ориентации нитей корда в каркасе различают шины:

  • радиальные
  • диагональные

У диагональных шин каркас состоит из нитей корда, направленных по диагонали, под некоторым углом к меридиональной плоскости колеса (обычно в пределах 52…54°), причём в двух соседних слоях каркаса нити корда перекрещиваются (под углом около 100°) и работают в паре друг с другом, соответственно, общее количество слоёв — всегда чётное (кратное двум). Толщина каркаса боковины и протектора у таких шин отличается мало, брекер тонкий (у легковых шин обычно всего из двух слоёв) и усиливает основной каркас лишь в незначительной степени. Диагональное расположение нитей кордного каркаса позволяет ему растягиваться в продольном и поперечном направлениях, обеспечивая эластичность шины. Толстая боковина диагональной шины (по сути сравнимая по толщине и прочности с протектором) мало подвержена деформации, что позволяет поддерживать в шине сравнительно низкое давление воздуха, может воспринимать большую нагрузку и хорошо сопротивляется ударам, проколам и порезам. Между тем, при качении такой шины её деформация сопровождается изменением углов между нитями смежных слоёв каркаса. В результате возникающего при этом внутреннего трения выделяется большое количество теплоты, для рассеивания которой боковину диагональной шины стараются сделать как можно более высокой — обычно её высота составляет не менее 80 % от ширины профиля. Диагональные шины с малой высотой профиля (в абсолютном измерении) по этой причине обычно имеют и небольшую ширину.

У радиальных шин нити основного каркаса расположены в направлении радиуса по профилю шины от одного борта до другого, так что нити каркаса во всех его слоях параллельны друг другу. Диагональную конструкцию имеет только брекер, который у таких шин хорошо развит (4 и более слоя полимерного корда либо 2 и более слоя металлокорда). Радиальное расположение нитей каркаса не позволяет резине сильно растягиваться в поперечном направлении, а от продольного перемещения нити каркаса удерживает брекер. Так как при таком расположении нитей каркаса возникающие в них напряжения примерно вдвое ниже, чем при диагональном, появляется возможность уменьшить количество слоёв корда (также примерно вдвое по сравнению с диагональными шинами), благодаря чему вес радиальных шин меньше, чем у диагональных. Каркас радиальных шин за счет меньшей толщины более эластичен, имеет меньшее внутреннее трение, а следовательно — при их работе выделяется меньшее количество теплоты, что позволяет увеличить толщину протектора и глубину его рисунка, повысить срок службы. Брекер, напротив, очень жёсткий и практически нерастяжим в радиальном направлении. Радиальные шины могут иметь практически любое соотношение между высотой профиля и его шириной, в зависимости от которого они делятся на полнопрофильные (0,7…0,85), низкопрофильные (0,6…0,7) и сверхнизкопрофильные (менее 0,6). Также это соотношение может выражаться в процентах (82 %, 55 %, и так далее). Уменьшение высоты профиля шины в ряде случаев позволяет достичь более высоких показателей устойчивости и управляемости автомобиля. Радиальные шины также обладают большей стабильностью формы пятна контакта с дорожным покрытием, создают меньшее сопротивление качению, и за счёт этого обеспечивают меньший расход топлива.

Недостатками радиальных шин является их жёсткое качение, обуславливающее повышенную передачу ими толчков и вибрации, возникающих при проезде неровностей дороги (особенно при малой высоте профиля), а также большая чувствительность к ударам, проколам и порезам. Первый недостаток проявлялся главным образом при установке радиальных шин на автомобилях старых выпусков, подвеска которых имела металлические шарниры без эластичных резиновых вставок; используемые на современных автомобилях резинометаллические шарниры и эластичные крепления подрамника или поперечины подвески обычно в достаточной степени обладают способностью гашения возникающих при жёстком качении радиальных шин колебаний и вибрации. Последний же отчасти устраняется введением на боковине бокового протектора (на некоторых шинах для бездорожья).

В связи с наличием у них существенных преимуществ, на легковых автомобилях радиальные шины к настоящему времени практически полностью вытеснили диагональные. Последние все ещё широко используются на грузовых автомобилях и спецтехнике.

Брекер находится между каркасом и протектором. Предназначен для защиты каркаса от ударов, придания жёсткости шине в области пятна контакта шины с дорогой и для защиты шины и ездовой камеры от сквозных механических повреждений. Изготавливается из толстого слоя резины (в лёгких шинах) или скрещённых слоёв полимерного корда и (или) металлокорда.

Протектор необходим для обеспечения приемлемого коэффициента сцепления шин с дорогой, а также для предохранения каркаса от повреждений. Протектор обладает определённым рисунком, который различается в зависимости от назначения шины. Шины высокой проходимости имеют более глубокий рисунок протектора и грунтозацепы на его боковых сторонах. Рисунок и конструкция протектора дорожной шины определяется требованиями к отведению воды и грязи из канавок протектора и стремлением снизить шум при качении. Но, всё же, главная задача протектора шины — обеспечить надёжный контакт колеса с дорогой в неблагоприятных условиях, таких как дождь, грязь, снег и т. д., путём их удаления из пятна контакта по точно спроектированным канавкам и желобкам рисунка. Но эффективно удалять воду из пятна контакта протектор в силах лишь до определённой скорости, выше которой жидкость физически не сможет полностью удаляться из пятна контакта, и автомобиль теряет сцепление с дорожным покрытием, а следовательно и управление. Этот эффект носит название аквапланирование. Существует широко распространённое заблуждение, что на сухих дорогах протектор снижает коэффициент сцепления из-за меньшей площади пятна контакта по сравнению с шиной без протектора (slick tyre). Это неверно, так как в отсутствие адгезии сила трения не зависит от площади соприкасаемых поверхностей. На гоночных автомобилях в сухую погоду используются шины с гладким протектором либо вообще без него для того, чтобы снизить давление на колесо, уменьшив его износ, тем самым позволив применять в изготовлении шин более пористые мягкие материалы, обладающие бóльшим сцеплением с дорогой. Во многих странах существуют законы, регулирующие минимальную высоту протектора на дорожных транспортных средствах, и многие дорожные шины имеют встроенные индикаторы износа.

Борт позволяет покрышке герметично садиться на обод колеса. Для этого он имеет бортовые кольца и изнутри покрыт слоем вязкой воздухонепроницаемой резины (у бескамерных шин).

Боковая часть предохраняет шину от боковых повреждений.

Шипы противоскольжения. В целях повышения безопасности движения автомобиля в условиях гололёда и обледенелого снега применяют металлические шипы противоскольжения. Езда на шипованных шинах имеет заметные особенности. На ходу автомобиль делается заметно более шумным, ухудшается его топливная экономичность. В снежно-грязевой каше или в глубоком рыхлом снегу эффективность шипов невелика, а на твёрдом сухом или влажном асфальте шипованные шины даже проигрывают «обычным»: из-за снижения площади пятна контакта шины с дорогой, тормозной путь автомобиля увеличивается на 5-10 %. Хотя 70-процентное сокращение тормозного пути на льду — их несомненное преимущество.

Бескамерные шины наиболее распространены благодаря своей надёжности, меньшей массе и удобству эксплуатации (прокол в бескамерной шине чаще приводит к постепенному падению давления, в то время, как проколотая камера может потерять воздух за доли секунды).

 

Другие статьи