Автомобильная шина

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
Специальная шина гоночного автомобиля

Автомобильная шина — один из наиболее важных элементов колеса, представляющая 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.

История[править | править вики-текст]

Первая в мире резиновопарусинная шина была сделана Робертом Уильямом Томсоном (англ.). 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.

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 ПарижБордо 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 безотказности и долговечности их, 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, появился в шинах 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[править | править вики-текст]

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.

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(зелен.цв.); 7 — бортовое кольцо; 8 — бортовая часть
Измерение высоты протектора.

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

В радиальных шинах нити корда расположены вдоль радиуса колеса. В диагональных шинах нити корда расположены под углом к радиусу колеса, нити соседних слоёв перекрещиваются.

Радиальные шины конструктивно более жёсткие, вследствие чего обладают большим ресурсом, обладают стабильностью формы пятна контакта, создают меньшее сопротивление качению, обеспечивают меньший расход топлива. Из-за возможности варьировать количество слоёв каркаса (в отличие от обязательно чётного количества в диагональных) и возможности снижения слойности, снижается общий вес шины, толщина каркаса. Это снижает разогрев шины при качении — увеличивается срок службы. Брекер и протектор так же легче высвобождают тепло — возможно увеличение толщины протектора и глубины его рисунка для улучшения проходимости по бездорожью. В связи с этим, в настоящее время, радиальные шины для легковых автомобилей практически полностью вытеснили диагональные.

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 (tubeless) наиболее распространены благодаря своей надёжности, меньшей массе и удобству эксплуатации (так, например, прокол в бескамерной шине не причинит больших неудобств по дороге до автосервиса).

Маркировка автомобильных шин[править | править вики-текст]

Статья на английском языке: Tire code

Метрическая система[править | править вики-текст]

Пример: LT205/55R16 91V

  • LT (опционально, обязательное обозначения по DOT) — функция шины (P — легковой автомобиль (Passenger car); LT — лёгкий грузовик (Light Truck); ST — для прицепов/фургонов/телег (Special Trailer), нельзя использовать для легковых автомобилей/пикапов/грузовиков; T — временная (используется только для запасных шин))
  • 205 — ширина профиля, мм
  • 55 — отношение высоты профиля к ширине, %. Если не указан — считается равным 82 %.
  • R — шина имеет каркас радиального типа (если буквы нет — шина диагонального типа). Частая ошибка — R принимают за букву радиуса. Возможные варианты: B — bias belt (диагонально-опоясанная шина. Каркас шины тот же, что и у диагональной шины, но имеется брекер, как у радиальной шины), D или не указан — диагональный тип каркаса.
  • 16 — посадочный диаметр шины (соответствует диаметру обода диска), дюйм
  • 91 — индекс нагрузки (на некоторых моделях в дополнение к этому может быть указана нагрузка в кг — Max load)
  • V — индекс скорости (определяется по таблице)

Возможные вариации:

  • Индекс скорости может располагаться в разных местах маркировки: 225/50SR16, 225/50SR16 89S, 225/50R16 89S
  • Присутствие буквы C после диаметра, например, 195/70R15C 104/102R, означает "коммерческий". Такая шина предназначена для пикапов или грузовиков с повышенной грузоподъёмностью.
  • После размера могут присутствовать буквы XL, RF, SL, LL (например, P235/75R-15 XL, P285/35R-19 LL). Они означают соответственно повышенную (extra load, reinforced), стандартную (standard load), и пониженную (light load) несущую способность. В американской P-маркировке XL соответствует максимально допустимому давлению 41 psi (280 kPa), SL и LL - 35 psi (240 kPa), в европейской маркировке XL/RF соответствует 42 psi (290 kPa), SL - 36 psi (250 kPa), LL отсутствует. Отсутствие этого обозначения соответствует варианту SL.
  • В редких случаях (например, у шин Michelin с системой PAX) посадочный диаметр может быть указан в миллиметрах, например, 190/65R390, такие шины называются миллиметровыми. Если после диаметра идёт буква A - это означает асимметричный посадочный обод, т.е. разные внутренний и внешний диаметры посадочного обода. Например, в случае 235/710R460A 104T внутренний посадочный диаметр будет составлять 470мм, а внешний - 450мм. Миллиметровые шины вместе с дюймовыми дисками и наоборот - миллиметровые диски с дюймовыми шинами - совмещать и использовать нельзя.

Дюймовая система[править | править вики-текст]

Пример: 35×12.50 R 15 LT 113R

  • 35 — внешний диаметр шины, в дюймах
  • 12.50 — ширина шины, в дюймах (обратите внимание, что это ширина именно шины, а не протекторной части. Например, для шины с указанной шириной 10.5 дюймов ширина протекторной части будет равна не 26.5, а 23 см, а протекторная часть 26.5 см будет у шины с указанной шириной 12.5.). Если не указан внешний диаметр, то профиль высчитывается следующим образом: если ширина шины оканчивается на ноль (например 7.00 или 10.50), то высота профиля считается равной 92 %, если ширина шины оканчивается не на ноль (например 7.05 или 10.55), то высота профиля считается равной 82 %
  • R — шина имеет каркас радиального типа
  • 15 — посадочный диаметр шины, в дюймах, то же что в метрической системе
  • LT — функция шины (LT — light trucks, для лёгких грузовиков)
  • 113 — индекс нагрузки
  • R — индекс скорости

Перевод из метрической системы в дюймовую и наоборот[править | править вики-текст]

Метрическая система Дюймовая система
D/E-C (205/55-16);
  • C — посадочный диаметр диска (в дюймах),
  • D — ширина покрышки (в мм),
  • E — высота профиля (высота боковины покрышки в % от ширины)
A×B-C (31×10.5-15);
  • С — посадочный диаметр диска (в дюймах),
  • A — диаметр покрышки (в дюймах),
  • B — ширина покрышки (в дюймах)
Перевод из метрической системы в дюймовую Перевод из дюймовой системы в метрическую
  • A = C + 2*D*(E/100)/25,4
  • B = D / 25,4
  • D = B * 25,4
  • E = 100 * (A-C)/(2*D/25,4)

Индекс скорости[править | править вики-текст]

Скоростная категория, присваиваемая шине по результатам специальных стендовых испытаний, подразумевает максимальную скорость, выдерживаемую шиной. При эксплуатации автомобиль должен ездить со скоростью на 10-15 % меньше максимально допустимой.

Индекс
скорости
Допустимая
скорость, км/ч
A1 5
A2 10
A3 15
A4 20
A5 25
A6 30
A7 35
A8 40
B 50
C 60
D 65
E 70
F 80
G 90
J 100
Индекс
скорости
Допустимая
скорость, км/ч
K 110
L 120
M 130
N 140
P 150
Q 160
R 170
S 180
T 190
U 200
H 210
V 240
W 270
Y 300
ZR более 240

1) Шины имеющие маркировку «ZR» — сконструированы для скоростей превышающих 240 км/ч.

2) Шины маркированные «V» совместно с индексом грузоподъемности, например 91V, предназначены для скоростей превышающих 210 км/ч до 240 км/ч. (Данный индекс грузоподъемности указан для скорости 210 км/ч. Нагрузка должна быть уменьшена на 3 % для каждого увеличения скорости на 10 км/ч до 240 км/ч).

3) Шины маркированные «W» совместно с индексом грузоподъемности, например 100W предназначены для скоростей превышающих 240 км/ч до 270 км/ч. (Данный индекс грузоподъемности указан для скорости 240 км/ч. Нагрузка должна быть уменьшена на 5 % для каждого увеличения скорости на 10 км/ч до 270 км/ч.) Шины маркированные индексом скорости «W», могут иметь дополнительную маркировку «ZR».

4) Шины маркированные «Y» совместно с индексом грузоподъемности, например 95Y предназначены для скоростей превышающих 270 км/ч до 300 км/ч. (Данный индекс грузоподъемности указан для скорости 270 км/ч. Нагрузка должна быть уменьшена на 5 % для каждого увеличения скорости на 10 км/ч до 300 км/ч).

Индекс нагрузки[править | править вики-текст]

Индекс нагрузки Допустимая нагрузка, кг Индекс нагрузки Допустимая нагрузка, кг
0 45 100 800
1 46,2 101 825
2 47,5 102 850
3 48,7 103 875
4 50 104 900
5 51,5 105 925
6 53 106 950
7 54,5 107 975
8 56 108 1000
9 58 109 1030
10 60 110 1060
11 61,5 111 1090
12 63 112 1120
13 65 113 1150
14 67 114 1180
15 69 115 1215
16 71 116 1250
17 73 117 1285
18 75 118 1320
19 77,5 119 1360
20 80 120 1400
21 82,5 121 1450
22 85 122 1500
23 87,5 123 1550
24 90 124 1600
25 92,5 125 1650
26 95 126 1700
27 97 127 1750
28 100 128 1800
29 103 129 1850
30 106 130 1900
31 109 131 1950
32 112 132 2000
33 115 133 2060
34 118 134 2120
35 121 135 2180
36 125 136 2240
37 128 137 2300
38 132 138 2360
39 136 139 2430
40 140 140 2500
41 145 141 2575
42 150 142 2650
43 155 143 2725
44 160 144 2800
45 165 145 2900
46 170 146 3000
47 175 147 3075
48 180 148 3150
49 185 149 3250
50 190 150 3350
51 195 151 3450
52 200 152 3550
53 206 153 3650
54 212 154 3750
55 218 155 3875
56 224 156 4000
57 230 157 4125
58 236 158 4250
59 243 159 4375
60 250 160 4500
61 257 161 4625
62 265 162 4750
63 272 163 4875
64 280 164 5000
65 290 165 5150
66 300 166 5300
67 307 167 5450
68 315 168 5600
69 325 169 5800
70 335 170 6000
71 345 171 6150
72 355 172 6300
73 365 173 6500
74 375 174 6700
75 387 175 6900
76 400 176 7100
77 412 177 7300
78 425 178 7500
79 437 179 7750
80 450 180 8000
81 462 181 8250
82 475 182 8500
83 487 183 8750
84 500 184 9000
85 515 185 9250
86 530 186 9500
87 545 187 9750
88 560 188 10000
89 580 189 10300
90 600 190 10600
91 615 191 10900
92 630 192 11200
93 650 193 11500
94 670 194 11800
95 690 195 12150
96 710 196 12500
97 730 197 12850
98 750 198 13200
99 775 199 13600

Дополнительные сведения[править | править вики-текст]

На шинах обязательно должны быть указаны следующие сведения:

Давление воздуха в шинах существенно влияет на поведение автомобиля на дороге, безопасность на высоких скоростях, а также на износ протектора. Давление в шинах обязательно должно быть приведено в норму до регулировки углов установки колёс.

  • Материалы, используемые в конструкции каркаса и брекера (Tire construction materials)

Цветовые метки. Отметки в виде «точек» либо «кружков»:

  • красный — точка наибольшей силовой неоднородности (самое жёсткое место шины). Рекомендуется совмещать с белой точкой на колесе (если есть);
  • жёлтый — самое лёгкое место шины (определяется при контроле дисбаланса шины).

Данные отметки необходимы для минимизации массы балансировочных грузов во время шиномонтажа.

Устаревшие отметки в виде полос в бортовой зоне (использовались только на территории США):

  • нет — хорошее качество;
  • красный — косметические дефекты;
  • жёлтый — нарушение состава каучуковой смеси (без гарантии);
  • зелёный — внутренние дефекты.

Назначение для определённых условий эксплуатации[править | править вики-текст]

  • англ. Winter — зимние шины.
  • англ. Aqua, Rain и т. д. — высокоэффективны на мокрой дороге.
  • англ. M+S (Mud+Snow) — буквально — «грязь+снег» — пригодны для движения по грязи и снегу.(Шины повышенной проходимости)
  • англ. M/T (Mud Terrain) — грязевые ландшафты.
  • англ. A/T (All Terrain) — шины для любого ландшафта (баланс между комфортом и проходимостью).
  • англ. AS (All Season) — всесезонная шина.
  • англ. Any Season — всесезонная шина.
  • англ. R+W (Road + Winter) — всесезонная шина.
  • англ. Rotation — шины с направленным рисунком протектора имеют стрелку на боковине шины, показывающую требуемое направление вращения шины.
  • англ. Outside и Inside (или Side Facing Out и Side Facing Inwards) — асимметричные шины, при установке которых нужно строго соблюдать правило установки шины на диск. Надпись Outside (наружная сторона) должна быть с наружной стороны автомобиля, а Inside (внутренняя сторона) — с внутренней.
  • англ. Left или Right — означает, что шины этой модели бывают левые и правые. При их установке нужно строго соблюдать правило установки шины на автомобиль, левые только слева, а правые, соответственно, только справа.
  • англ. Steel Radial — радиальная шина с металлическим кордом.
  • англ. Tubeless (TL) — бескамерная шина. Если этой надписи нет, то шина может использоваться только с камерой.
  • англ. Tube Type (TT) — шина должна эксплуатироваться с камерой.
  • англ. MAX PRESSURE — максимально допустимое давление в шине, в кПа.
  • англ. RAIN, WATER, AQUA (или пиктограмма «зонтик») — означает, что эти шины специально спроектированы для дождливой погоды и имеют высокую степень защиты от эффекта аквапланирования.
  • англ. Treadwear 380 — коэффициент износоустойчивости, определяется по отношению к «базовой шине», для которой он равен 100. Показатель износа является теоретической величиной и не может быть напрямую связан с практическим сроком эксплуатации шины, на который значительное влияние оказывают дорожные условия, стиль вождения, соблюдение рекомендаций по давлению, регулировка углов сход-развала автомобиля и ротация колес. Показатель износа представлен в виде числа от 60 до 620 с интервалом в 20 единиц. Чем выше его значение, тем дольше выдерживает протектор при испытаниях по установленной методике.
  • англ. Traction А — коэффициент сцепления, имеет значения А, В, С. Коэффициент А имеет наибольшую величину сцепления в своем классе.
  • англ. Max Load — максимальная нагрузка и далее стоят значения в килограммах и фунтах.
  • англ. PR (Ply Rating) — прочность (несущая способность) каркаса условно оценивается так называемой нормой слойности. Чем прочнее каркас, тем большее давление воздуха выдерживает шина, и, следовательно, имеет большую грузоподъемность. Для легковых автомобилей используют шины с нормой слойности 4PR и иногда 6PR, причем в этом случае последние имеют надпись «Reinforced», то есть «усиленные» (шины повышенной грузоподъемности).
  • англ. Extra Load (XL) — повышенный индекс нагрузки.
  • англ. Reinforced (Reinf или RF) — повышенный индекс нагрузки. На легких грузовиках и микроавтобусах наиболее употребительны именно шины с 6PR и 8PR. О повышенной слойности (то есть прочности) шины может свидетельствовать буква «С» (commercial), которая ставится после обозначения посадочного диаметра (например, 185R14C)
  • англ. TWI — знак расположен на боковине шины и показывает расположение отметок остаточной высоты рисунка протектора в основных канавках. Для стран Европейского Союза и Российской Федерации остаточная высота рисунка протектора изношенной легковой шины должна быть не менее 1,6 мм.
  • англ. ZP — нулевое давление (Zéro Pression), коммерческое обозначение Michelin для шин с усиленными боковинами. ZP : Возможность продолжать движение в случае прокола на расстояние до 80 км при скорости до 80 км/ч. ZP SR : Возможность продолжать движение в случае прокола на расстояние до 30 км при скорости до 80 км/ч.
  • англ. SST — самонесущая шина (Self Supporting Tyres). Такие шины могут нести нагрузку и продолжать движение после прокола.
  • англ. Dunlop MFS (Maximum Flange Shield) — Система максимальной защиты обода борта защищает дорогие колеса от повреждений об бордюры и тротуары — резиновый профиль по окружности покрышки, расположенный на нижней части стенки над фланцем обода, образует буферную зону.
  • англ. Studless — не подлежит ошиповке.
  • англ. Studdable — подлежит ошиповке.

Кроме того, на шинах указываются стандарты качества (буква «Е» в кружочке — европейский стандарт, «DOT» — американский).

Процесс изготовления шин[править | править вики-текст]

Изготовление шин включает в себя четыре различных этапа: изготовление резиновых смесей, изготовление компонентов, сборка, вулканизация.

I. Производство шины начинается с приготовления резиновых смесей. Рецептура зависит от назначения деталей шины и может включать в себя до 10 химикатов, начиная от серы и углерода и заканчивая каучуком.

II. На следующем этапе создаётся протекторная заготовка для шины. В результате шприцевания на червячной машине получается профилированная резиновая лента, которая после охлаждения водой разрезается на заготовки по размеру шины.

Скелет шины — каркас и брекер — изготавливаются из слоёв обрезиненного текстиля или высокопрочного металлокорда. Прорезиненное полотно раскраивается под определённым углом на полосы различной ширины в зависимости от размера шины.

Важным элементом шины является борт — это нерастяжимая, жёсткая часть шины, с помощью которой последняя крепится на ободе колеса. Основная часть борта — крыло, которое изготавливается из множества витков обрезиненной бортовой проволоки.

III. На сборочных станках все детали шины соединяются в единое целое. На сборочный барабан последовательно накладываются слои каркаса, борт, по центру каркаса протектор с боковинами. Для легковых шин протектор относительно расширен и заменяет собой боковину. Это повышает точность сборки и снижает количество операций в производстве шин.

IV. После сборки шину ожидает процесс вулканизации. Собранная шина помещается в пресс-форму вулканизатора. Внутрь шины под высоким давлением подаётся пар или перегретая (200 °C) вода. Обогревается и наружная поверхность пресс-формы. Под давлением по боковинам и протектору прорисовывается рельефный рисунок. Происходит химическая реакция (вулканизация), которая придаёт резине эластичность и прочность.

Сопротивление качению[править | править вики-текст]

При движении колеса часть энергии шина тратит на деформацию вследствие перемещения пятна контакта. Эта энергия вычитается из сообщённой телу кинетической энергии, и поэтому колесо тормозит. На сопротивление качению может уходить до 25—30 % энергии топлива. Впрочем, этот процент сильно зависит от скорости автомобиля. На больших скоростях он ничтожно мал.

Сопротивление качению зависит от многих конструктивных и эксплуатационных факторов: 1) конструкции шины, 2) давления воздуха в шине, 3) температуры, 4) нагрузки, 5) скорости движения автомобиля, 6) состояния подвески автомобиля, 7) состояния дорожной поверхности.

В наибольшей степени сопротивление качению зависит от таких конструктивных параметров шин, как количество слоёв и расположение нитей корда, толщина и состояние протектора. Уменьшение количества слоёв корда, толщины протектора, применение синтетических материалов (и стекловолокна) с малыми гистерезисными потерями способствуют снижению сопротивления качению. С увеличением размера шины (диаметра) при прочих равных условиях сопротивление качению также снижается.

Велико влияние эксплуатационных факторов на величину момента сопротивления качению. Так, с повышением давления воздуха в шине и её температуры сопротивление качению уменьшается. Наименьшее сопротивление качению имеет место при нагрузке, близкой к номинальной. С увеличением степени изношенности шины оно уменьшается.

На дорогах с твёрдым покрытием сопротивление качению во многом зависит от размеров и характера неровностей дороги, обусловливающих повышенное деформирование шин и подвески и, следовательно, дополнительные затраты энергии. При движении по мягким или грязным опорным поверхностям затрачивается дополнительная работа на деформирование грунта или выдавливание грязи и влаги, находящихся в зоне контакта колеса с дорогой.

Исследования показывают, что при движении автомобиля со скоростью до 50 км/ч сопротивление качению можно считать постоянным. Интенсивное уменьшение сопротивления качению наблюдается при скорости свыше 100 км/ч. Объясняется это увеличением центробежных сил, действующих на шину, которые растягивают её в радиальных направлениях.

Химический состав резиновой смеси[править | править вики-текст]

Над процессом создания шины работают шинные химики и конструкторы, от которых зависят секреты шинной рецептуры. Их искусство заключается в правильном выборе, дозировке и распределении шинных компонентов, в особенности для смеси протектора. На помощь им приходят профессиональный опыт и не в меньшей степени компьютеры. Хотя состав резиновой смеси у любого солидного производителя шин — тайна за семью печатями, достаточно хорошо известны около 20 основных составляющих. Весь секрет состоит в их грамотной комбинации с учётом предназначения самой шины.

Основные составляющие резиновой смеси:

  1. Каучук. Хотя шинный коктейль необычайно сложен по своему составу, основу его всё же образуют различные каучуковые смеси. Натуральный каучук, состоящий из высушенного сока (латекса) бразильской гевеи, долгое время доминировал во всех смесях, различаясь при этом лишь по уровню качества. Также каучуконосный млечный сок содержится в некоторых видах сорных трав и одуванчиков. Производимый из нефти синтетический каучук был изобретён немецкими химиками в 30-е гг. и современная скоростная шина без него просто немыслима. В настоящее время синтезируется несколько десятков различных синтетических каучуков. Каждый из них имеет свои характерные особенности и строгое назначение в разных деталях шины. Даже после изобретения синтетического изопренового каучука (СКИ) — близкого по свойствам к натуральному, резиновая промышленность не может полностью отказаться от использования последнего. Единственный его недостаток перед СКИ — дороговизна. На территории СССР не было возможности получать натуральный каучук из растений, а покупать его за границей приходилось за валюту. Это спровоцировало развитие богатой химии синтеза каучуков и других полимеров.
  2. Технический углерод. Добрая треть резиновой смеси состоит из промышленной сажи (технический углерод), наполнителя, предлагаемого в различных вариантах и придающего шине её специфичный цвет. Сажа обеспечивает в процессе вулканизации хорошее молекулярное соединение, что придаёт покрышке особую прочность и износостойкость. Сажу получают путём деструкции природного газа без доступа воздуха. В СССР при доступности этого «дешёвого» сырья было возможно широкое применение технического углерода. Резиновые смеси с использованием ТУ вулканизуются серой.
  3. Кремниевая кислота. В Европе и США ограниченный доступ к источникам природного газа вынудил химиков найти замену ТУ. При том, что кремниевая кислота не обеспечивает такую же высокую прочность резинам, как ТУ, она улучшает сцепление шины с мокрой поверхностью дороги. Так же она лучше внедряется в структуру каучука и меньше вытирается из резины при эксплуатации шины. Это свойство менее пагубно для экологии. Чёрный налёт на дорогах — технический углерод, вытертый из шин. В рекламе и обиходе шины с использованием кремниевой кислоты называются «зелёными». Резины вулканизуются перекисями. Полностью отказаться от использования технического углерода в настоящее время не представляется возможным.
  4. Масла и смолы. К важным составным частям смеси, но в меньшем объёме, относятся масла и смолы, обозначаемые как мягчители и служащие в качестве вспомогательных материалов. От достигнутой жёсткости резиновой смеси во многом зависят ездовые свойства и износостойкость шины.
  5. Сера. Сера (и кремниевая кислота) — вулканизующий агент. Связывает молекулы полимера «мостиками» с образованием пространственной сетки. Пластичная сырая резиновая смесь превращается в эластичную и прочную резину.
  6. Вулканизационные активаторы, такие как оксид цинка и стеариновые кислоты, а также ускорители инициируют и регулируют процесс вулканизации в горячей форме (под давлением и при нагреве) и направляют реакцию взаимодействия вулканизующих агентов с каучуком в сторону получения пространственной сетки между молекулами полимера.
  7. Экологические наполнители. Новая и ещё не распространённая технология предполагает собой применять в смеси протектора крахмал из кукурузы (в перспективе картофеля и сои). За счёт значительно уменьшенного сопротивления качения шина на основе новой технологии выделяет в атмосферу почти вдвое меньше соединений углекислого газа по сравнению с обычными шинами.

Тенденции в шинной индустрии[править | править вики-текст]

1913 American Underslung с белыми шинами из натурального каучука.

Шины первых автомобилей напоминали велосипедные — имели очень небольшую ширину и высоту профиля. Такие шины имели неудовлетворительные показатели грузоподъёмности (из-за малой высоты профиля), проходимости (из-за небольшой площади пятна контакта), управляемости, долговечности и комфортабельности. Часто шины этого поколения автомобилей изготовлялись из натурального каучука и имели белый цвет или цвет слоновой кости, так как не имели в своём составе углеродного наполнителя.

Шина конца тридцатых — сороковых годов (автомобиль Паккард Super Eight).

Начиная с 1920—30-х годов, после усовершенствования технологии производства шин и появления искусственного каучука, появилась возможность изготовлять шины с более широким и высоким профилем. Шины теперь изготавливают из искусственного каучука с углеродным наполнителем, повышается надёжность шин и их ресурс. Благодаря этому появилась возможность иметь на автомобиле только одно запасное колесо (до середины двадцатых годов обычно имелось два).

Первые шины с углеродным наполнителем имели как правило белые (или кремовые, цвета «слоновой кости») боковины и чёрный протектор, что было сделано главным образом для снижения стоимости производства (как уже упоминалось, чистый технический углерод получают сжиганием природного газа без доступа воздуха, и стоимость производства этим методом в те годы была высока). Более дорогие шины были полностью чёрными — в те годы это считалось признаком современности и стиля, кроме того, за такими шинами было проще ухаживать. Впоследствии ситуация изменилась — чёрные шины к середине тридцатых получили массовое распространение, а шины с белыми декоративными накладками на боковины (сами боковины были уже обычно чёрными, состоя из того же материала, что и протектор) уже к 1940-м годам превратились в стильный аксессуар.

Шина пятидесятых годов с широкой белой боковиной — 1955 Chevrolet.

К пятидесятым годам ширина профиля достигла для малолитражек 5,2"…6,0", а для автомобилей среднего и большого класса 6,0"…9,0". Значительное повышение скоростей движения вызывает повышенные требования к прочности каркаса шины, что обуславливает переход с текстильного корда на более прочный металлокорд, что позволило вместо 8-14 слоёв каркаса иметь всего 2-4 без снижения допустимой нагрузки и увеличении ресурса в разы. Высоту профиля обычно выбирали примерно равной его ширине (полнопрофильные шины), что предопределяло высокую грузоподъёмность, хорошую проходимость и комфортабельность. Шины были как правило диагональные, обеспечивающие хорошую комфортабельность, но посредственную управляемость, на которую ещё не обращали такого внимания, как в последующие периоды. Характерный для больших американских автомобилей этой эпохи эффект существенного «запаздывания» реакции на вращение рулевого колеса не в последнюю очередь обусловлен своим возникновением именно высокопрофильным шинам тех лет с мягкой, податливой боковиной.

Долгое время размерность шин из-за плохого качества дорог выбиралась максимальной. Так, «Победа» ГАЗ-М20 и Москвич-400 (бывший Opel Kadett) имели шины размерностью 16 дюймов, а ЗиМ ГАЗ-12, «Волга» ГАЗ-21 и «Москвичи» моделей 402…407 имели обода размерностью 15 дюймов. Западные аналоги имели шины хотя порой и меньшей, но всё равно значительной размерности. В США шины с широкой белой полосой на боковине (Wide Whitewall Tires) получают массовое распространение даже на недорогих марках автомобилей.

Шина шестидесятых в стиле Red Stripe (1967 AMC Marlin, шина—реплика производства US Royal, модель «Tiger Paw Red-Stripe High-Performance» 8,25×14").

Начиная с шестидесятых годов стали уделять больше внимания управляемости автомобилей, что выразилось в уменьшении высоты профиля шин до примерно 70-80 % от их ширины, при одновременном увеличении самой ширины; кроме того, значительное улучшение дорог позволило ощутимо уменьшить размерность шин — для малолитражек до 12-13 дюймов, а автомобилей более высоких классов — 13-15". Так, «Москвич-408» использовал шины размерностью 6,00-13", «Жигули» ВАЗ-2101 — 6,15-13". Близкую размерность имели и другие европейские малолитражки, а автомобили более высоких классов обычно использовали размерность 14", хотя даже на них порой использовали 13-дюймовые колёса — например младшие модели «Мерседеса» среднего литража в середине 1960-х использовали шины размерностью 7,00-13".

Американские «компактные» автомобили часто из соображений экономии имели шины размерностью 13" в базовой комплектации, например, 6,00-13" у Ford Falcon модели 1960 года, а более соответствующие их габаритам и массе 14-дюймовые обода предлагались в качестве опции. «Среднеразмерные» автомобили, которые по размеру были чуть крупнее советской «Волги», имели обычно 14-дюймовые шины — например 7,35-14" у Plymouth Satellite модели 1965 года. «Полноразмерные» автомобили уже использовали шины на 15"; например, автомобили Cadillac 1966 модельного года — размерностью от 8,00-15" у сравнительно лёгких моделей до 9,00-15" у лимузинов.

1978 AMC Concord DL имел низкопрофильные широкие шины с узкими белыми полосами на боковине.

В шестидесятых годах начинаются получать распространение радиальные шины с образованной радиально ориентированными нитями каркаса жёсткой боковиной, изначально предлагаемые в виде опций или тюнинга. Благодаря наличию жёсткого каркаса боковины они обеспечивали намного меньшие значения бокового увода, существенно улучшая устойчивость и управляемость. Между тем, из-за использования в них жёсткого металлокорда такие шины обеспечивали невысокую комфортабельность и массового распространения долго не получали. Лишь с появлением к середине семидесятых сочетающих хорошую управляемость и приемлемый комфорт радиальных шин с синтетическим или комбинированным кордом они получают однозначное признание и повсеместное распространение.

Совершенствуется форма протектора, элементы которого становятся более высокими и мелкими. Отражая снижения высоты профиля, в шестидесятые годы белая полоса на боковине сужается до 1" — 3/4" (2,5 — 2 см), это стиль Narrow Whitewall Tires, ближе к середине десятилетия появляются и шины стиля White Band, с очень узкой, всего около полудюйма (12,7 мм), полосой, или парными ещё более тонкими полосками. Наряду с традиционным белым предлагаются красный, синий, жёлтый и другие цвета, а также — шины с буквами на боковине.

Современная сверхнизкопрофильная шина (BMW E60 M5).

В семидесятые и восьмидесятые годы высота профиля шин ещё больше снижается, радиальные шины окончательно вытесняют диагональные на легковых автомобилях. На легковых автомобилях используют обычно шины размером не более 12-15". В середине семидесятых получают распространение так называемые низкопрофильные шины, у которых высота профиля составляет 70 % от ширины и менее. В СССР первые подобные шины появились на «Жигулях» ВАЗ-2105.

Прогресс в области химии синтетических материалов приводит к тому, что вместо традиционного металла в каркасе шин используют искусственные волокна. Это позволяет в значительной степени победить один из главных недостатков радиальных шин — повышенную передачу толчков от дороги через радиально расположенные нити каркаса.

В последнее время наметились всё бо́льшие тенденции, направленные на уменьшение высоты профиля шины при сохранении ширины и одновременном увеличении посадочного размера, и, соответственно, использовании дисков большего диаметра для сохранения радиуса качения. Это делает возможным установку тормозных механизмов большего диаметра, что необходимо в свете роста мощностей моторов и скоростей автомобилей. Также уменьшается деформация боковых стенок шины — это улучшает реакции шины на действия рулём, и снижает нагрев шины, но, с другой стороны, ухудшает комфортабельность движения (особенно по дорогам невысокого качества), долговечность (в тех же условиях) и проходимость, а форма пятна контакта становится короче и шире.

Снижение сопротивления качению шины также является одним из приоритетнейших направлений в развитии шинной промышленности. Снижение сопротивления позволяет повышать экономичность движения автомобиля, за счёт более совершенных материалов, применяемых в протекторе, которые поглощают меньше энергии при растяжении и сжатии. Больших успехов достигла компания Michelin, разработанные ею опытные образцы покрышек Proxima позволяют снизить вес на 20 %, а сопротивление качению на 25 % — до 6.5 кг/т по сравнению с покрышками серии Energy, обладающими сопротивлением в 9 кг/т. Для справки — шины выпущенные в 1897 году имели сопротивление качению в 25 кг/т.

Возможность нести вес автомобиля в случае потери воздуха определённое количество километров, без вреда для колёсных дисков - важное достижение шинников за последнее время. Такие шины обычно носят название «run flat». К реализации идеи создания шины не боящейся прокола компании подошли по-разному. Например Goodyear используют в своих шинах EMT (Extended Mobility Tire) специальные вставки в плечевой зоне, которые не позволяют шинам полностью складываться. Michelin в шинах PAX используют нестандартный обод, с жёстким кольцом, на которое в случае потери давления и опирается автомобиль.

Производители[править | править вики-текст]

Нормативные акты[править | править вики-текст]

Россия[править | править вики-текст]

  • Правила эксплуатации автомобильных шин АЭ 001-04 (утверждены распоряжением Минтранса РФ от 21 января 2004 г. № АК-9-р). В соответствии с решением комиссии Минтранса России от 18.04.2006 г. (созданной распоряжением Департамента государственной политики в области дорожного хозяйства, автомобильного и городского пассажирского транспорта Минтранса России № 02-ЕМ-142/2-р), принятого с учётом требований статьи 46 ФЗ «О техническом регулировании», а также в целях обеспечения безопасности эксплуатации автотранспортных средств и охраны окружающей среды документ АЭ 001-04 «Правила эксплуатации автомобильных шин» действует без ограничения срока действия до вступления в силу соответствующих технических регламентов.

Стандарты[править | править вики-текст]

  • ГОСТ 4754-97 «Шины пневматические для легковых автомобилей, прицепов к ним, лёгких грузовых автомобилей и автобусов особо малой вместимости. Технические условия»
  • ГОСТ 5513-97 «Шины пневматические для грузовых автомобилей, автоприцепов, автобусов и троллейбусов. Технические условия»
  • ГОСТ 13298-90 «Шины с регулируемым давлением. Технические условия»

См. также[править | править вики-текст]

Литература[править | править вики-текст]

  • «Основы конструкции автомобиля», Иванов А. М., Солнцев А. Н., Гаевский В. В. и др. Учебник для ВУЗов. — М.: ООО «За рулём», 2005. ISBN 5-9698-0003-1
  • «Modern car technology : Jeff Daniels looks under the skin of today’s cars», Jeff Daniels — Sparkford, UK : Haynes, 2001. ISBN 1-85960-811-6

Ссылки[править | править вики-текст]