Пять тысячелетий назад было изобретено колесо. Сначала появились, так называемые, катки, которые использовались в Древнем Египте. Их применяли при строительстве пирамид. Для того, чтобы облегчить передвижение грузов, под огромные каменные глыбы подкладывали круглые куски бревен. Отсюда и берет начало история колеса. На протяжении столетий колесо видоизменялось и совершенствовалось. Эволюция колеса продолжалась. Но настоящий переворот в истории колеса произошел в 19-м веке, когда изобрели шину. С момента изобретения пневматической шины, без которой невозможно и существование современного автомобиля прошло около 200 лет. Что же такое шина? Для многих шина представляет собой обыкновенный баллон из резины. С геометрической точки зрения шина - это тор, с механической точки зрения - сосуд в форме упругой мембраны с высоким давлением, с химической - материал, имеющий макромолекулы с длинными цепями. По своей структуре шина обладает высокими эксплуатационными свойствами. А в целом, шина - это одно из достижений научно-технического прогресса, синтез научных и технических знаний и современных технологий. Покрышка автомобильной шины состоит из нескольких элементов. Шина воплотила в себе многие открытия химической промышленности, так как при изготовлении шины применяются синтетические материалы. Шинное производство каждый год расходует миллионы тонн углеродной сажи, эластомеров, масел, пигмента, разных химических соединений и других материалов. Открытие процесса вулканизации способствовало появлению пневматической шины. Это дало возможность найти наилучший материал для ее конструкции, а также стало толчком для развития резинотехнической отрасли в промышленности.
Роберт Уильям Томсон первым запатентовал изобретение пневматической шины («воздушного колеса»)
В это сейчас трудно поверить, но сначала шина была предназначена не для автомобиля. На экипажах, которые передвигались без лошадей, она заменила большие резиновые шины только через много лет после своего появления на свет. Первым официально зафиксировал изобретение пневматической шины Роберт Уильям Томсон. Он родился 29 июня 1822 года в Шотландии, в семье мелкого землевладельца. В 1844 году, когда Томсону исполнилось 22 года, он стал инженером железнодорожного транспорта. В Лондоне у него был свой бизнес и своя контора, где и появилась на свет пневматическая шина. В патенте, который датирован 10 июня 1846 года и написан на высоком уровне, была описана суть изобретения Томсона, конструкция шины и необходимые для изготовления материалы. «Воздушное колесо», которое было описано в патенте, предназначалось для телеги или экипажа. Шина накладывалась на колесо с деревянными спицами, которые вставлялись в деревянный обод, а тот в свою очередь был обит обручем из металла. Шина состояла из камеры (несколько слоев парусины, пропитанных раствором гуттаперчи или натуральным каучуком) и наружного покрытия, состоящего из кусков кожи, которые соединялись заклепками. На обод шина крепилась болтами. Покрышка из кожи имела необходимое сопротивление износу и многочисленным изгибам. Так как кожа имеет свойство растягиваться в мокром виде и расширяться под воздействием внутреннего давления, камеру усилили парусиной. В патенте описывается также клапан для закачивания шины. Экипаж с воздушными колесами Томсон испытал, замеряя силу тяги. Проверка обнаружила снижение силы тяги на щебеночном покрытии - на 38%, а на покрытии из дробленой гальки - на 68%. Были отмечены также такие качества, как удобство езды, бесшумность, легкий ход. Результаты проведенных испытаний были опубликованы в 1849 году в журнале Mechanics Маgazin. Но появление этого значительного изобретения, продуманного к воплощению в жизнь, доказанное и обоснованное проведенными испытаниями и готовое к дальнейшим улучшениям и преобразованиям, не стало поводом к массовому производству. Не было энтузиастов, которые бы выпустили это изделие с приемлемой стоимостью. Томсон умер в 1873 году, а само «воздушное колесо» забыли, однако были сохранены образцы изделия.
Джон Данлоп применил пневматическую шину на практике
К пневматической шине снова вернулись в 1888 году. Это был шотландец Джон Данлоп. Он стал известен как автор пневматической шины. В 1887 году он усовершенствовал трехколесный велосипед своего маленького сына, надев на колесо широкие обручи, которые соорудил из шланга для поливки сада, а затем надул их воздухом. 23 июля 1888 года, Дж. Б. Данлопу выдали патент на изобретение, а приоритет в использовании «пневматического обруча» для транспорта был подтвержден патентом от 31 августа этого же года. Преимущества шины оценили очень быстро. В июне 1889 года на стадионе в Белфасте Уильям Хьюм участвовал в соревнованиях по гонкам на велосипеде с пневматическими шинами. И, несмотря на то, что Хьюм был средним гонщиком, он выиграл все заезды, в которых принимал участие. Изобретению нашлось и коммерческое применение. В Дублине в 1889 году была организована небольшая компания «Пневматическая шина и агентство Бута по продаже велосипедов». В настоящее время это одна из крупнейших в мире компаний по изготовлению шин - «Данлоп».
Дальнейшее усовершенствование пневматической шины
В 1890 году молодой инженер Чальд Уэлтч внес предложение: отделить камеру от покрышки, вставить в края покрышки проволоку и посадить на обод, у которого было углубление к центру. Француз Дидье и англичанин Бартлетт изобрели способы монтажа и демонтажа шин. Пневматическую шину можно было использовать на автомобиле. Первыми это сделали французы Андре и Эдуард Мишлен, имеющие к тому времени опыт в изготовлении шин для велосипедов. В 1895 году в автомобильной гонке Париж - Бордо принял участие автомобиль с пневматическими шинами, который справился с расстоянием в 1200 км, пришел к финишу своим ходом, несмотря на неоднократные проколы. В 1896 году в Англии шины «Данлоп» были установлены на автомобиле «Ланчестер». Пневматические шины способствовали плавному ходу и проходимости автомобилей. Но шины еще не были достаточно надежны и требовали много времени для монтажа. Последующие разработки в этой области были связаны с увеличением износоустойчивости шин и быстрым монтажом-демонтажом. Прошло еще немало лет, прежде чем пневматическая шина бесповоротно вытеснила литую резиновую шину. Для усовершенствования шины стали использовать более крепкие и долговечные материалы. В шине появился корд - прочный слой из текстильных нитей. Начали также использовать быстросъемные конструкции, что дало возможность менять шины в течение нескольких минут. Усовершенствованные пневматические шины получили повсеместное применение и привели к бурному всплеску в развитии шинной промышленности. Первая мировая война дала толчок в разработке шин для грузовых автомобилей и автобусов. Первыми в этом производстве стали США. Шины для грузового транспорта были высокого давления, и способные воспринимать большие нагрузки, но при этом обладающие необходимыми скоростными характеристиками. В 1925 году в мире было уже около 4 млн. автомобилей с пневматическими шинами. А это уже почти весь автомобильный парк. Исключение составляли лишь отдельные типы грузовиков. Появились большие компании по производству шин, причем многие из них успешно работают и в настоящее время: «Данлоп» в Англии, «Пирелли» в Италии, «Мишлен» во Франции, «Континенталь», «Метцелер» в ФРГ, «Гудьир», «Файрстоун» и «Гудрич» в США.
Научный подход к изготовлению шины
К концу 20-х годов прошлого века заканчивается создание шин только за счет интуиции конструктора. Появляется необходимость в научном подходе к созданию пневматических шин. В это время уже была база хорошо освоенной химической технологии. Ее можно было применять для приготовления резиновых смесей шин. В сфере конструирования и испытания шин для автомобилей опыт пришел не сразу. Для этой цели проводились научные исследования, и осуществлялась практическая деятельность многих компаний разных стран. Для определения эксплуатационных характеристик шин создавалась специальные испытательные стенды. В 30-е годы конструкторы работали над формой и рисунком протектора, а также пытались определить роль шины в управляемости автомобиля. Во время Второй мировой войны для создания новых усовершенствованных шин в рецептурах резин начали активно использовать синтетический каучук (СК). В бывшем СССР в шинной промышленности синтетический каучук вместо натурального стали применять еще в 1933 году. Следующим этапом в развитии шинного производства стало применение корда из вискозы и нейлона. Шины с вискозой улучшили характеристики и сократили случаи выхода из строя шин. Нейлон сделал шины более прочными. В результате разрывы каркаса практически свелись к нулю. В середине 20 века компанией «Мишлен» была предложена новая конструкция шин. Ее особенностью был жесткий пояс, который состоял из слоев металлокорда. Нити корда располагались не диагонально, а радиально от борта к борту. Эти шины стали называться радиальными и дали увеличение проходимости. В это же время конструкторы уделяли большое внимание износоустойчивости и сцепным свойствам шины, как на сухом, так и на мокром дорожном покрытии. В следующее десятилетие изменилось отношение высоты шины к ширине профиля. Радиальные шины изготавливают низкопрофильными. Стремление к низким профилям шин объяснялось увеличением площади контакта с дорогой. Это способствовало увеличению срока службы шины, и к тому же улучшило боковую устойчивость и сцепные свойства. По сравнению с 50-ми годами в 70-е годы пневматическая шина достигла определенного уровня совершенства. Увеличилась безопасность, и снизился расход топлива. Легковые автомобили перешли на радиальные шины. Компания «Континенталь» в 80-годы предложила новую конструкцию шины с креплением на Т-образном ободе колеса. Это обеспечило безопасное движение на маленькой скорости даже при спущенных шинах. Новая эпоха в создании шин началась с полетами в космос и космическими исследованиями. Луноходы и лунороботы потребовали производства новых типов шин, которые не боятся ни жары, ни холода, ни вакуума, способные двигаться по любой поверхности. В настоящее время проявляется общая тенденция к использованию бескамерных радиальных шин низкого профиля. Применение этих шин предоставляет возможность использовать рабочие характеристики транспортного средства по грузоподъемности и объему, а также обеспечить безопасность перевозок и эффективную работу транспортного средства. Усовершенствование шин продвигается по всем направлениям и характеризуется широкой специализацией в соответствии с их назначением. Уделяется внимание сцепным качествам, сопротивлению качения, грузоподъемности шин. Разработчики шинной промышленности работают над химическим составом, увеличением срока службы шины и безопасности движения транспортных средств, рисунком протектора, упрощением технологии производства, улучшением технико-экономических показателей шин.
Со дня изобретения наполняемой воздухом шины, без которой сложно представить современный автомобиль, минуло свыше 160 лет. Первым официально зарегистрировал изобретение пневматической шины шотландец Роберт Уильям Томпсон.
В патенте № 10 990, датированным 10 июня 1846 года, написано: «Суть моего изобретения состоит в применении эластичных опорных поверхностей вокруг ободьев колес с целью облегчения движения и уменьшения шума, который они создают при движении». Хотя автомобиль появился позже, пневматическая шина сменила на колесах массивные литые резиновые так называемые грузоленты спустя годы после его рождения.
В 1888 г. идея пневматической покрышки появилась вновь. Новым изобретателем был тоже шотландец Джон Бойд Данлоп , который и известен как автор пневматической шины. Чтобы трехколесный велосипед сына не портил садовых дорожек, Данлоп на колеса надел широкие обручи из шланга для поливки сада и надул их воздухом. Вскоре Данлопу был выдан патент на изобретение. Достоинства пневматической шины оценили быстро. В 1889 году гонщик среднего уровня Уильям Хьюм выступил в гонках на велосипеде с пневматическими шинами и выиграл все три заезда, в которых участвовал. Коммерческое развитие изобретения началось с образования маленькой компании в Дублине в конце 1889 года под названием «Пневматическая шина и агентство Бута по продаже велосипедов». Ныне это Dunlop - одна из крупнейших фирм в мире по изготовлению шин. Вскоре англичанин Бартлетт и француз Дидье изобрели вполне удобные способы монтажа и демонтажа покрышек, что дало возможность применять пневматические шины на автомобилях.
Создатели первых пневматических шин едва ли могли мечтать о надежности и долговечности «обутых» колес. Примитивный протектор не имел рисунка и легко повреждался. Водители с недоверием глядели на «резиновое чудо». Первыми стали использовать пневматические шины на автомобилях французы Андре и Эдуард Мишлен, имеющие опыт в производстве велосипедных шин. За время гонки 1895 года «Париж – Бордо» братья двадцать два раза меняли шины на своем «Пежо». Несмотря на многочисленные проколы, автомобиль прошел 1200 км и достиг финиша своим ходом, в отличие от девяти других участников гонки. Это был первый успех.
В Британии уже в 1896 г. покрышками Dunlop был оснащен автомобиль «Ланчестер». С установкой пневматических шин улучшились плавность хода и проходимость, хотя первые шины были ненадежны и не приспособлены к быстрому монтажу. Через некоторое время в широком прокате появились-таки автомобили на пневматических шинах. По сравнению с предшественниками они обладали явными преимуществами в комфорте и скорости, но по-прежнему были ненадежны. Водители брали с собой в дорогу по шесть запасок и полный багажник инструментов, которыми пользовались по нескольку раз в день. Потребление шин с каждым днем росло, что сулило немалые прибыли первым шинным предприятиям – Dunlop, Michelin, Continental, Goodyear. Вскоре кто-то из шинников догадался, что поперечный рисунок протектора может улучшить сцепление машины с дорогой. Тогда же в резину стали добавлять сажу – вместо бело-желтого цвета шины обрели черный.
В первой четверти двадцатого века стали чаще использовать конструкции быстросъемных креплений колес к ступицам, что позволило заменять покрышки вместе с колесом в течение нескольких минут. Эти усовершенствования привели к повсеместному применению пневматических шин на автомобилях и бурному развитию шинной промышленности. Дальнейшие изобретения в этой области были, прежде всего, связаны с повышением безотказности и долговечности шин, а также с облегчением монтажа-демонтажа. Потребовалось много лет совершенствования конструкции и способа изготовления пневматической шины, прежде чем она окончательно вытеснила литую резиновую. Применялись все более надежные и долговечные материалы, появился в покрышках корд – особо прочный слой из упругих текстильных нитей.
Во время Первой мировой войны начались разработки конструкций шин для грузовых автомобилей и автобусов. Пионерами в этом отношении были США. К 1925 г. в мире насчитывалось порядка 4 млн. автомобилей с пневматическими шинами, т.е. практически весь парк, за некоторым исключением отдельных типов грузовиков. Количество компаний по производству покрышек резко увеличилось, многие из них существуют и сейчас, «Файрстоун» и «Гудрич» в США, «Континенталь», «Метцелер» в ФРГ, «Пирелли» в Италии. Вторая мировая война заставила принять ряд мер по использованию синтетического каучука (СК) вместо натурального.
Применение же СК в рецептуре шинных резин нашей страны относится еще к 1933 году, а к 1940 г. потребление СК в советских шинах достигло 73%. Благодаря специфическим свойствам СК и их влиянию на эксплуатационные характеристики шин появились перспективы создания новых типов усовершенствованных шин. Тем не менее за сорок лет с начала века радикальных изменений в конструкциях покрышек не происходило. Но в 1946 году специалисты Michelin изобрели шины радиальной конструкции со стальным кордом. Они более прочные и надежные, на них можно развивать большую скорость или стоять в пробках – радиальным шинам не повредит ни то ни другое. А главное, они тормозят хорошо!
В 1980-е годы появилась конструкция шины фирмы «Континенталь» с креплением на Т-образном ободе колеса, обеспечивающая безопасное движение на небольшой скорости даже при спущенных шинах. Дальнейшее усовершенствование покрышек идет и в направлении применения современных материалов, уменьшения содержания резины, повышения прочности корда, улучшения связи корда с резиной, создания шин с малой высотой, увеличения насыщенности рисунка и применения ребристых и комбинированных рисунков протектора. Усовершенствование шин направлено также на увеличение срока службы, допускаемых нагрузок, упрощения технологии производства, улучшения технико-экономических показателей, увеличения безопасности движения транспортных средств.
До недавнего времени наибольшее внимание уделялось улучшению конструкции обычных диагональных шин. За последние 20 лет вес таких шин уменьшился на 20-30%, грузоподъемность повысилась на 15-20%, срок службы увеличен на 30-40%, дисбаланс и биение шин уменьшены на 15%, повысились тягово-сцепные качества. Однако многие шинные компании считают ненужным в дальнейшем развивать работы по совершенствованию этих покрышек, так как их возможности почти полностью исчерпаны. Сегодня основное внимание уделяется развитию и совершенствованию радиальных шин как наиболее перспективных. Наиболее перспективными сейчас считаются радиальные бескамерные однослойные покрышки с металлокордом, предназначенные для монтажа на полуглубокие ободья – их выпускают и Pirelli, и Michelin, и Dunlop.
На рынке постоянно появляются новинки. Так, в 2000 году специалисты Michelin заявили, что готовы выпускать цветные шины для Формулы-1. А компания Kumho, специализирующаяся на изготовлении авто- и мотоаксессуаров, пошла еще дальше, предложив ароматические шины – они не пахнут резиной: меняя колесо, можно ощутить тонкий запах лаванды, жасмина или цитрусов. Это, конечно, ходы, рассчитанные на специфическую аудиторию, тогда как основные сражения шинных компаний идут за господство на рынке. На полях маркетинговых войн брендов и многообразия тестов статистика выводит свои сухие данные: самым популярной в мире маркой автомобильных шин является-таки Goodyear, а лидером этого рынка в России по-прежнему остается Bridgestone. Им уступили даже легендарный Dunlop с его правом открытия первых шин; Michelin с его неизменным символом – надувным человечком Бибендумом; аристократичный Pirelli, сумевший воплотить дух компании в таком, казалось бы, отвлеченном от их бизнеса деле, как ежегодный календарь, который неизменно становится эстетическим открытием наступающего года…
У шин есть и своя «книга рекордов». Самые большие шины в мире – это Bridgestone 59/ 80 R63 V-Steel E-Lug S и Michelin 59/80 R63 XDR для карьерных самосвалов грузоподъемностью до четырехсот тонн. Их размеры впечатляют – каждое достигает 4,02 метра в высоту, 1,47 метра в поперечнике, и весит 5,1 тонны. А самые маленькие шины – у микромодели от «Ниппонденсо» – действующей копии седана «Тойота АА» 1936 года. Оснащенная электромотором крохотная машинка насчитывает в длину около 4,8 мм, при этом диаметр колеса малютки – примерно 0,8 мм. Самые дорогие серийные шины – Pirelli Scorpion Zero, они изначально разрабатывались для внедорожника Lamborghini LM002. Их ориентировочная цена – около 900 долларов за покрышку. Среди более массовых шин для обычных легковых автомобилей на первой строке прайса – около 600 долларов – покрышки Michelin Pilot Sport. Самые скоростные шины, сертифицированные для движения по дорогам общего пользования, – Continental ContiSport Contact 2Vmax, предназначенные для езды на скорости до 360 км/ч.
Самые бесшумные шины, как считают специалисты и показывают различные замеры и тестирования, – это Yokohama серии AVS. Также высокими показателями акустического комфорта отличаются покрышки Pirelli P6 и Goodyear Eagle NCT-5. Самые экологически чистые шины выпускает Nokian Tires. В составе резиновой смеси своих покрышек компания полностью исключила полиароматические соединения, признанные вредными для окружающей среды. Вместо них Nokian использует смесь на рапсовом масле. Экологичность совсем не снижает ходовые качества шины, напротив – благодаря новой смеси достигается более низкий коэффициент сопротивления качению и улучшенное сцепление с дорогой. Самые низкопрофильные шины продемонстрировал Dunlop, укомплектовавший Opel Astra Coupe OPC X-treme покрышками 305/25-ZR20 на задней оси и 265/30-ZR20 на передних колесах. С ним спорит Continental со своим «атомным» 2Vmax, шинами которого оснащен заряженный Porsche Boxster. Не уступает и Pirelli, предлагая в гамме моделей Pzero Direzionale и Pirelli P Zero Assimetrico такие типоразмеры, как 355/25 R19 и 345/25 R20.
В настоящее время уже не найти человека, который бы не знал, для чего предназначены шины на автомобилях. Но не все знают, что такими автопокрышки стали относительно недавно. Чтобы проследить историю автомобильных шин, необходимо вернуться практически на полтора века назад в историю.
Первые резиновые шины появились в середине 19-го века, почти сразу после изобретения Чарльзом Гудиером процесса получения резины из каучука. Изначально подобные шины представляли собой деревянные колеса, на которые надевали обод из сплошного резинового слоя. Литые резиновые шины были прорывом в обеспечении плавности езды, позволяя немножко смягчить поездку, поглощая удары от неровностей на дороге. Однако, хоть использование литых резиновых шин позволило уменьшить тряску и вибрацию, все равно поездка на транспортном средстве с такими колесами была далека от комфортной.
Считается, что идея использовать прослойку воздуха для смягчения ударов и для уменьшения трения качения пришла в голову шотландскому инженеру Роберту Томсону, получившему 10 декабря 1845 года патент на изобретение «усовершенствованного колеса для повозок и других передвигающихся объектов».
«Усовершенствованное колесо» Томсона состояло из деревянного обода, обитого металлическим обручем, на который при помощи болтов прикручивалось наружное покрытие из кожи. С внешней стороны куски кожи скреплялись с помощью заклепок. Внутри образовавшейся кожаной трубы помещался прообраз современной камеры, только у Томсона она была сделана из парусины, пропитанной резиновой смесью.
Томсон даже провел испытания, которые показали, что применение «воздушного колеса» позволяет существенно уменьшить силу, необходимую для передвижения экипажа. Подобные колеса Томсон предполагал использовать на каретах, особо отмечая, что карета теперь может двигаться особенно плавно и что она, благодаря использованию воздушных шин, выглядит будто парящей над землей. Свои результаты испытаний Роберт Томсон опубликовал 27 марта 1849 года в журнале «Mechanics Magazine», приложив подробные рисунки и описание своего изобретения.
Однако никого данное изобретение не заинтересовало, и производство «воздушных колес» так и не было начато.
Повторно пневматическая шина была изобретена в 1888 году Джоном Бойд Данлопом в Ирландии. Первое пневматическое колесо Данлопа состояло из накачанного воздухом куска садового шланга, надетого на обод колеса детского велосипеда его сына. Шланг прикреплялся к ободу при помощи намотанной ленты из прорезиненной парусины. Чтобы предотвратить быстрое истирание ленты об дорожную поверхность, Данлоп прикрепил кусок плотной резиновой ленты поверх намотанной парусиновой ленты.
В 1889 году была проведена гонка на велосипедах, на которой победу одержал гонщик, использовавший на своем велосипеде необычную для всех шину — с пневматической камерой.
Поняв перспективность своего изобретения, Джон Данлоп открыл в 1889 году мастерскую по производству пневматических велосипедных шин - «Пневматическая шина и агентство Бута по продаже велосипедов». Сейчас эта компания выросла из маленькой мастерской в международную корпорацию «Данлоп».
Однако в том виде пневматическую шину нельзя было использовать на автомобилях. Кроме того, шина была несъемной, что доставляло большие неудобства при эксплуатации. Спустя совсем небольшое время, в 1890 году, была решена проблема с адаптацией шины для монтажа на автомобилях. Инженер Кингстон Уэлтч предложил новую схему для колеса: покрышки делались съемными, отдельными от камеры. В края покрышки вставлялась металлическая проволока для прочности. Благодаря углублению камера лучше фиксировалась на ободе. Для исключения соскальзывания покрышки с обода его края выступали и удерживали бока шины.
В этом же году были разработаны способы относительно удобного монтажа и демонтажа шины. Начало использования пневматических шин на автомобилях уже было делом времени. Оставалось лишь адаптировать конструкцию для использования на автомобилях с их высокими (для того времени) скоростями и большими нагрузками на колеса.
Первыми автомобильные пневматические шины начали выпускать два брата-француза Андре и Эдуард Мишлен, представив их в 1895 году перед гонкой «Париж - Бордо». У братьев уже был опыт изготовления шин для велосипедов. Автомобильные шины они сделали специально к данной гонке. В наши дни фамилию братьев знает уже практически каждый - компания «Мишлен» выросла в корпорацию международного масштаба.
Благодаря использованию пневматических шин у автомобилей увеличилась плавность движения и проходимость, поездка по неровной дороге перестала быть столь неприятной. Однако всеобщему распространению подобных шин мешала их капризность в эксплуатации, а также сложности при монтаже и демонтаже. Потому цельнорезиновые и пневматические шины производились параллельно.
Дальнейшие изыскания инженеров по улучшению пневмошин были направлены на устранение вышеуказанных недостатков. Вскоре в шины стали внедрять специальные полосы из различных упрочняющих материалов - кордов, которые увеличивали срок службы и неприхотливость покрышки. Существенно ускорило монтаж/демонтаж колес появление специальных монтажных станков. Кроме всего прочего, сами колеса стали съемными. Теперь они крепились к ступицам при помощи нескольких болтов.
Вскоре прочность пневматических шин стала достаточной для использования их на грузовых автомобилях. Количество выпущенных шин уже насчитывалось миллионами.
Для улучшения управляемости разрабатывались различные рисунки протектора, производились изыскания с различными составами резиновой смеси. Для уменьшения зависимости от стран-поставщиков натурального каучука, используемого для изготовления резины, был разработан синтетический каучук. Это позволило снизить себестоимость шин, а также стабилизировать химический состав резины, что позволяло добиться постоянства химических и физических характеристик для каждой шины в серии.
Химические компании принимали активное участие в улучшении качества шин не только подбором новых добавок для резины, но и поиском лучшего материала для корда. Изначально корд изготавливался из текстиля, но он обладал низкой прочностью, из-за чего были нередки случаи разрывов шин. Инженеры компаний стали экспериментировать с синтетическими материалами – новейшими вискозой и нейлоном. Использование данных материалов позволило значительно увеличить прочностные характеристики шин. Теперь случаи взрывов шин стали совсем редким явлением.
В середине 20-го века компания «Мишлен» разработала совершенно новый тип шин: нити корда изготавливались из металла и располагались радиально - от борта до борта. Шины с таким типом корда получили название радиальных. Применение радиального корда позволило в несколько раз увеличить прочность и срок службы шины при той же массе. Или же, сохраняя прежние прочностные и скоростные характеристики, иметь гораздо меньшую массу.
При всех своих достоинствах традиционная шина с камерой обладает одним существенным недостатком - при проколе она практически мгновенно сдувается и движение становится невозможным. Для избавления от этого недостатка было необходимо найти способ обходиться без камеры. И потому были разработаны бескамерные шины, которые даже в случае прокола позволяли проехать какое-то расстояние без существенной потери своих прочностных качеств. Однако бескамерные шины более требовательны к качеству изготовления как самой шины, так и диска. Все это обусловлено тем, что в подобных колесах покрышка должна как можно плотнее прилегать в станке диска для обеспечения необходимого уровня герметичности, чтобы удерживать находящийся внутри воздух.
Современным автовладельцам покажется удивительным, но до 60-х годов 20-го века профиль шины представлял собой практически круг. Далее высота шины все время уменьшалась, достигая порой 50 процентов от ширины профиля. Низкопрофильные шины обладают лучшим сцеплением с дорогой благодаря большей поверхности соприкосновения. К тому же, благодаря уменьшению высоты профиля, улучшилась курсовая устойчивость, так как такая шина меньше деформируется при боковых нагрузках. Низкопрофильная шина обладает многими достоинствами, включая нестандартный внешний вид, который придает автомобилю с такими колесами некую спортивную агрессию. Но надо помнить, что при этом приходится жертвовать максимальной грузоподъемностью. Хотя это для спортивных автомобилей далеко не самый важный критерий. При тюнинге автовладельцы частенько ставят «спортивные» низкопрофильные шины даже на автомобили, не обладающие «спортивным» внешним видом. Но тут это уже дело вкуса.
Со времени появления первого «воздушного колеса» и до сегодняшнего дня не прекращаются изыскания, которые позволили бы улучшить потребительские качества пневматических шин. Если раньше исследования в основном шли в направлении повышения прочности покрышек и улучшения сцепления с дорожной поверхностью, то сейчас к этому добавилось и стремление создать шину, наносящую минимальный вред окружающей среде. Это включает в себя не только экологичность при изготовлении (шинное производство - исторически очень грязное с точки зрения экологии), но и нанесение минимального вреда при эксплуатации (отслаивающиеся кусочки резины и выделяющиеся газы являются важными загрязняющими экосистему факторами). Кроме того, не стоит забывать, что после прекращения эксплуатации шины необходимо как-то утилизировать. Этот процесс тоже далеко небезопасен для экологии.
Раньше люди не задумывались над уроном, наносимым человечеством окружающей среде. Но сейчас, к счастью, все меняется к лучшему. Ведутся исследования, которые позволили бы не только минимизировать вред от классических резиновых шин, но и направленные на поиск абсолютно другого, экологически чистого, материала для изготовления обувки для автомобилей. Кроме того, ищется способ как-то отойти от необходимости использования воздушной камеры в качестве амортизирующего средства. Например, уже имеются предложения изготавливать шины, у которых вместо воздушной «подушки» был бы слой в виде губки или же в виде крупных ячеек.
Сегодня трудно даже поверить, что шина, наполненная воздухом, в отличие от большей части узлов, появилась после рождения автомобиля и сначала для него вовсе не предназначалась. На самоходных безлошадных экипажах она заменила массивные литые шины лишь через многие годы после своего появления на свет. Вдобавок изобретение пневмошины хотя и было предопределено прогрессом техники, все жеоказалось случайным.
Все началось в 1887 году с того, что шотландский ветеринар Джон Бойд Данлоп из Белфаста купил десятилетнему сыну Джонни трехколесный велосипед. Сидя в своем саду, он наблюдал за тем, как сын тщетно пытается проехать по рыхлой земле, глубоко увязая в ней тремя колесами, обутыми в жесткие и тонкие шины-обручи. Тогда папа Данлоп придумал надеть на колеса широкие обручи, сделанные из шланга для поливки сада, и надуть их воздухом. Мальчишки в округе дивились велосипеду Джонни, на котором он обгонял всех своих приятелей. Об этом узнал местный торговец велосипедами Элден и посоветовал Данлопу получить патент на изобретение. Такой патент № 10607 был выдан Д. Данлопу 23 июля 1888 года, а приоритет на применение «пневматического обруча» для транспортных средств подтверждал следующий патент от 31 августа того же года. С этих событий и ведет свою историю автомобильная пневматическая шина.
Идея Данлопа получила практическое развитие в мае 1889 года, когда на гонках «пневматический» (то есть на пневмошинах) велосипед, по воспоминаниям очевидцев, «исчез с глаз сразу же после старта», оставив позади конкурентов. Им заинтересовался английский предприниматель Харвей дю Кросс, который предложил Данлопу организовать серийное производство шин. Компания была основана осенью 1889 года, а в 1890 году получила имя Данлопа, хотя сам «отец шины», не увидев перспективы своего детища, отошел от дел. Сегодня английская компания «Данлоп» - один из крупнейших в мире изготовителей шин.
Большой вклад в совершенствование пневматиков внесла французская фирма «Мишлен». Ее деятельность на этом поприще тоже началась со случайности. Однажды," в 1891 году, владелец небольшой мастерской резиновых изделий Эдуард Мишлен встретил на дороге английского велосипедиста, горевавшего над прорванной пневмошиной. Завулканизировать ее в мастерской не представляло особого труда, но, чтобы снять и вновь надеть на колесо, требовалось немало сил и времени. Дело в том, что тогда шины приклеивались к ободам. Все это навело Мишлена на изобретение быстросъемной шины с камерой. Быстрота, впрочем, была относительной: новая шина крепилась на колесе несколькими обручами, которые привинчивались к ободу многочисленными гайками. Тогда же англичанин Бартлет и француз Дидье изобрели более легкие способы демонтажа и монтажа шин. Все это открыло пневматической шине доступ к автомобилю.
Впервые пневмошины конструкции Мишлена были установлены на французском двухместном автомобиле «Л"Эклер», который принял участие в гонках 1895 года по маршруту Париж-Бордо на дистанцию 1200 километров. В Англии в 1896 году шинами «Данлоп» был оснащен легковой «Ланчестер». Проходимость и мягкость хода заметно улучшились, но первые шины были так ненадежны, что их приходилось менять через несколько десятков километров. Кроме того, много времени уходило тогда на монтаж. Основные усовершенствования шины были связаны именно с преодолением этих трудностей и вели к повышению долговечности, облегчению и упрощению монтажа. Первая цель достигалась применением все более надежных и долговечных материалов, а также изобретением корда - особо прочного слоя из упругих текстильных нитей. Выполнить второе требование было непросто, и долгое время в путешествие или на гонки приходилось брать с собой несколько «запасок». Кроме них, возили сменные обручи, вулканизаторы, камеры, а для их накачивания - даже баллоны со сжатым воздухом. Но с 10-х годов XX века все чаще стали использовать быстросъемное крепление колеса к ступице на нескольких болтах. Это позволило заменять шины вместе с колесом, на что уходило всего несколько минут. А на гоночных автомобилях болты вскоре были заменены одной центральной гайкой.
Все эти новшества привели к признанию шин на автомобильном транспорте и в автоспорте, а также к бурному развитию шинной промышленности. Если в 1895 году во всем мире в шины было «обуто» всего 400 автомобилей, в 1900-м - 4000, то к 1925 году - уже 4 миллиона, то есть практически весь автомобильный парк. Последние массивные шины сохранились на некоторых грузовиках лишь до конца 30-х годов.
Возникли крупные компании по производству шин, многие из которых существуют поныне. Кроме «Данлопа» и «Мишлена», это американские «Гудьир», «Файрстоун», «Гудрич», немецкие «Континенталь» и «Метцелер» (ныне в ФРГ), итальянская «Пирелли».
Первые автомобили, появившиеся в России, уже были на пневматических шинах - импортных, но в 1900-х годах их производство наладили заводы «Проводник» в Риге (шины «Колумб») и «Треугольник» в Петербурге (шины «Елка» с оригинальным протектором). Русские шины, испытанные в многочисленных пробегах и состязаниях, отличались высокой долговечностью и прочностью. На гоночном автомобиле «Бенц» с «елками» в 1913 году был установлен всероссийский рекорд скорости - 201 км/ч.
После Октябрьской революции шинные заводы вошли в Резинотрест, который обеспечивал отечественной обувью все наши автомобили. Сегодня промышленность России ежегодно производит около 70 миллионов шин для автомобилей, мотоциклов, сельхозмашин.
Конечно, шину нынешних 2000-х годов объединяет с «прабабушкой» разве, что принцип. А сама конструкция изменилась, усложнилась, усовершенствовалась до неузнаваемости - для того, чтобы характеристики шин наиболее полно отвечали параметрам автомобилей, условиям их работы. Первыми крупными шагами было разделение шины на покрышку и камеру, а также появление кордной покрышки. Надо отметить такие важные этапы, как изобретение шины низкого давления типа «баллон», бескамерных, низкопрофильных; арочных и широкопрофильных шин низкого давления для грузовиков; шин зимнего типа с шипами противоскольжения; покрышек с радиальным расположением корда, а также с кордом из синтетических материалов и металлокордом; «безопасных» шин.
Многократно выросла долговечность шин. Если в начале века рекордным считали пробег 3-4 тысячи километров, то к 20-м годам он возрос до 30 тысяч, а в дальнейшем - до 100 тысяч.
Усовершенствование шины идет и сегодня. Его главные направления - дальнейшее увеличение пробега, допускаемых нагрузок, снижение расхода материалов и упрощение технологии, улучшение других показателей, повышение безопасности. Последнее направление интенсивно развивается с 60-х годов, и сегодня ряд фирм уже выпускает серийно так называемые безопасные шины. Они монтируются на обод иной конструкции, которая помогает удержать борта покрышки на полках обода при большой утечке воздуха.
Серьезные преимущества сулит применение новых синтетических материалов, способных произвести революцию в шинной технологии. Словом, как и для автомобиля, век для пневматической шины - возраст, открывающий заманчивые перспективы.
Типы шин колес
1. По типу ТС
ü для легковых АТС;
ü для грузовых.
2. По типу герметизации:
ü камерные;
ü бескамерные.
3. По величине давления в шине:
ü высокого давления (0,5…0,7 МПа);
ü низкого давления (0,18…0,5МПа);
ü сверхнизкого давления (0,05…0,18МПа);
ü с регулируемым давлением.
4. По климатическим условиям эксплуатации:
ü для тропического климата;
ü морозоустойчивые.
Камерные шины
В конструкцию камерной шины входят два элемента: камера и покрышка.
Камера ― закрытое кольцо,в виде эластичной резиновой оболочки, в которую подают воздух под давлением.
Особенностью конструкции камеры являются несколько меньшие размеры, по сравнению с размером внутренней полости покрышки. Это необходимо для плотной посадки камеры (без складок), поэтому камера в рабочем состоянии внутри покрышки находится в напряженном состоянии. Толщина резиновой оболочки составляет 1,5…2,5мм - легковые АТС, 2,5…5мм - грузовые. Наружная поверхность камеры может иметь выступы, в виде радиальных рисок, способствующих отводу воздуха при монтаже камеры в покрышке.
Для подачи воздуха, в камеру устанавливается вентиль - клапан, обеспечивающий поступление воздуха в одном направлении, в камеру.
Устройство вентиля
Выделяют три основных элемента: корпус, золотник и колпачок.
Корпус вентиля бывает 3-х типов:
1. Металлический, в виде латунной трубки, закрепленный к камере резьбовым соединением при помощи обрезиненных шайб;
2. Металлический, с обрезиненной пяткой;
3. Резинометаллический, из резины с металлической втулкой.
Золотник, представляет собой устройство, обеспечивающее герметизацию внутренней полости камеры. Представляет собой стержень, на котором установлен конусный резиновый уплотнитель, поджимаемый пружиной установленной на стержне.
Колпачок закрывает отверстие в корпусе вентиля, может содержать резиновый уплотнитель. Некоторые конструкции колпачков могут иметь специальный ключ для закручивания золотника.
Ободная лента - это конструктивный элемент, обеспечивающий защиту камеры в зоне контакта ее с ободом колеса колес грузового автомобиля.
В некоторых конструкциях шин может присутствовать бортовая лента , обеспечивающая защиту камеры и покрышки от повреждения глубоким ободом.
Покрышка создает необходимое сцепление шины с дорогой, защищает камеру от повреждений. Конструкция покрышки содержит большое количество элементов, которые позволяют выделить следующие 3 основные части:
1. Беговая часть;
2. Бортовая часть;
3. Боковая часть.
Основу крнструкции покрышки составляет каркас, который обеспечивает прочность, эластичность шины. Изготавливается из нескольких слоев специального материала в виде нитей, называемых кордом . Между каждым слоем корда устанавливаются резиновые прокладки. В зависимости от материала нитей, корд может быть: хлопчатобумажный, капроновый, нейлоновый и металлический (0,15мм).
В зависимости от расположения нитей в корде различают каркас шин с радиальным расположением нити и диагональным расположением нити.
Диагональный корд - часто расположенные продольные нити (основа) и редко расположенные поперечные нити - утки, связанные между собой резиновым слоем, при этом образуется полоса корда. Они накладываются одна на другую таким образом, что нити основы перекрещиваются в смежных слоях под углом 95-115 , образуя сетку.
Радиальный корд - имеет нити всех слоев, расположенных строго в радиальном направлении, т.е. параллельно друг другу. Нити корда в подушке слоя перекрещиваются в смежных слоях под небольшим углом в 20-40 , в радиальных боковых слоях 70-80 . Число слоев корда: 4-6 ― для легковых, 6-16 - для грузовых АТС. Толщина слоя корда 1-1,5 мм.
Протектор
Представляет собой устройство, предохраняющее каркас от повреждений при контакте с поверхностью дороги. Как правило, это слой резины значительной толщины, находящейся сверху каркаса, постепенно уменьшающей свою толщину к боковинам и бортам. Материал протектора - это специальная износостойкая резина.
Для улучшения сцепления с опорной поверхностью, протектор имеет специальные выступы различной формы, согласно определенного рисунка. Рисунок протектора определяет тип шин:
1. Дорожные, имеющие рисунок с площадь выступов 65…80% от общей площади протектора;
2. Повышенной проходимости, для эксплуатации по дорогам с грунтовой поверхностью, а так же в условиях бездорожья;
3. Комбинированные, с глубоким и крупным рисунком протектора для эксплуатации по дорогам с грунтовой поверхностью и на мягких грунтах;
4. Универсальные. Протектор с общей площадью выступов 55…60% от общей площади беговой дорожки. Предназначены для эксплуатации на дорогах с твердым покрытием, а так же грунтовых дорогах, имеет боковые выступы.
5. Карьерные. Имеют высокое сопротивление механическим повреждениям. Рисунок протектора может быть аналогичен рисунку повышенной проходимости, но имеет более широкие выступы и более узкие канавки, при этом основания выступов более широкие, а к верху поверхности сужаются. Общая площадь выступов 60…80%.
6. Зимние. Для эксплуатации на заснеженных и обледенелых дорогах. Рисунок состоит из отдельных резиновых блоков угловатой формы имеющих надрезы, а так же достаточно широкие и глубокие канавки. Площадь выступов 60…70%. Рисунок обеспечивает самоочищаемость протектора и интенсивный отвод влаги и грязи в зоне пятна контакта. Эксплуатация летом недопустима, так как приносит значительный износ, сопровождающийся шумом. Допускаемая скорость движения на шинах с подобным рисунком на 15% ниже, чем на обычных шинах. Зимний рисунок обеспечивает возможность установки шипов противоскольжения, которые так же снижают тормозной путь на 40…50%. Давление в ошипованых шинах на 0,02МПа выше. Ошипованые шины должны устанавливаться на все колеса АТС.
Устройство шипа противоскольжения
Шип состоит из корпуса и сердечника.
Сердечник изготавливают из метала, обладающего высокой твердостью, вязкостью и, как результат, износостойкостью.
Корпус изготавливают из сплава стали и свинца, оцинковывают либо хромируют для защиты от коррозии. Иногда корпус изготавливают из пластмассы.
Размеры шипа :
Диаметр: 8…9мм для шин легковых АТС, до 15мм для шин грузовых АТС;
Длинна: 10…30мм в зависимости от толщины протектора.
Число шипов зависит от:
1. массы АТС;
2. мощности двигателя;
3. условий эксплуатации.
Находится в пределах 8…12 штук в пятне контакта.
Длина выступающей части шипа 1…1,5мм для шин легковых АТС, 3…5 мм для шин грузовых АТС.
Съемный протектор
Встречается достаточно редко, представляет собой кольца, устанавливаемые в спец. гнезда каркаса.
Съемный протектор представляет собой резиновое кольцо внутри которого находится, стальной трос.. Устанавливается на шину при отсутствии внутреннего давления. Диаметр кольца меньше диаметра покрышки. Каждое кольцо имеет свой подушечный слой. Шины с таким протектором имеют название PC .
Подушечный слой покрышки
Иногда имеет название бреккер , обеспечивающий связь протектора с каркасом, предохраняет каркас от ударов воспринимаемых протектором, при качении по неровностям дороги. Состоит из нескольких слоев обрезиненного корда, при этом толщина резины вокруг корда значительно больше чем в каркасе покрышки. Толщина бреккера 3…7 мм. Число слоев корда зависит от назначения и типа шин. Наибольшее число слоев у шин повышает проходимость. В шинах легковых АТС бреккер может отсутствовать. При работе шины, температура бреккера достигает 110…120 , что выше температуры всех элементов машины.
Боковина - предохраняет каркас от повреждения, действия влаги. Изготовляют из протекторной резины толщиной 1,5…5мм.
Борт , удерживает шину на ободе колеса, имеет на наружной поверхности 1…2 слоя прорезиненной ленты, имеющей высокую износостойкость от истирания о обод колеса, а также от повреждений при монтаже и демонтаже шин на обод. Внутри борта устанавливается стальной проволочный сердечник, увеличивающий прочность борта и предохраняющий ее от растяжений.
Особенности конструкции бескамерной шины.
Не имеет камеры, ободной ленты, выполняя одновременно их функции. Общая конструкция бескамерной шины аналогична конструкции покрышки камерной шины.
Отличие - это присутствие на внутренней поверхности герметизирующего воздухонепроницаемого резинового слоя толщиной 1,5…5мм.
Этот слой привулканизирован к внутренней поверхности покрышки. Материал: высокогерметичная резина с повышенной газонепроницаемостью, изготовленная из натурального либо синтетического каучука. Борта бескамерной шины также содержат уплотнительный слой, обеспечивающий герметичность при контакте с ободом.
Вентиль бескамерной шины
Крепится непосредственно на ободе, имея уплотнение в виде двух резиновых шайб.
Безопасность бескамерной шины
Высокая герметичность шины и мест установки ее на ободе обеспечивает разгерметизацию при проколе лишь через место прокола, имеющая, как правило, небольшой диаметр. Проколы диаметром до 10мм могут быть устроены без снятия шины с колеса, путем закачивания специальной пасты через вентиль. Монтаж и демонтаж бескамерных шин необходимо выполнять только на специальных стендах .
Шины с регулируемым давлением
Могут быть как камерные, так и бескамерные. Имеют увеличенную ширину профиля, меньшее в 1,5…2 раза число слоев корда, имеет мягкие резиновые вставки между слоями корда. Обеспечивает в 2…4 раза выше площадь контакта при снижения давления в шине, а значит, уменьшается давление на грунт. Протектор имеет специальный рисунок с грунтозацепами, высотой 15…30мм, общей площадью 35…40% от всей площади опоры. Переменное давление находится в пределах 0,05…0,35 МПа. Обеспечивается, как правило, специальной системой регулирования давления, управляемой водителем.
Размеры шин колес
Ширина профиля В, высота профиля Н, посадочный диаметр d и наружный диаметр D.
Исходя из соотношения размеров, шины могут быть:
Маркировка шин обеспечивается в соответствии со стандартами, согласованными с Европейской организацией по шинам и ободам.
Согласно системе указывается численный код идентифицирующий способность шины по грузоподъемности при скорости, которая определяется символом скорости и при условиях, которые определены производителем шины. Этот код называется индексом нагрузки.
Символ скорости определяет скорость, с которой шина может нести нагрузку, Эксплуатационная характеристика шины включает в себя индекс нагрузки и символ скорости.
На легковой шине маркировка, как правило, включает в себя один символ скорости и один числовой индекс нагрузки.
Пример: 185/65 R14 86HMXV2
185 - ширина профиля.
65 – показатель сечения профиля.
R – радиальная конструкция.
14 – посадочный диаметр в дюймах.
Н – символ скорости.
MXV2 – рисунок протектора.
Обод колеса обеспечивает установку пневмошины на колесо, а также крепление к ступице колеса.
Ободом называется часть колеса, на котором монтируется шина. По конструкции ободья бывают:
1. Глубокие неразборные
2. Плоские разборные
Плоские разборные бывают:
1. Со съемным разрезным бортом
2. С цельным съемным бортом и разрезным замочным кольцом
3. Разрезные в поперечной плоскости
4. С отъемным бортом
Особенность устройства глубоких неразборных ободьев
Глубокие неразборные ободья имеют в средней части кольцевое углубление, называемое монтажным ручьем. Монтажный ручей облегчает монтаж и демонтаж шин. Его размеры зависят от размера шины.
Обод может быть симметричным и несимметричным. Симметрия может быть нарушена относительно диска колеса, который крепится к ободу при помощи сварки либо заклепочных соединений.
Маркировка обода дает полную или почти полную информацию которая должна быть отлита или выбита на видном месте. То есть на любой поверхности обода, кроме той части обода, которая обращена к шине.. На нашем рынке возможно столкнуться с разными вариантами маркировки - российской, американской, европейской. Они немного отличаются друг от друга манерой исполнения – одна и та же информация доносится до покупателя посредством разных, зависящих от конкретных национальных стандартов, символов. Рассмотрим в качестве примера маркировку внедорожного диска американской фирмы ALCOA.
1. Название фирмы, ее эмблема, знак, защищающий право производителя называться самим собой и страна-изготовитель.
2.Типоразмер - 15xl0jj. Это означает, что данный диск имеет посадочный диаметр 15 дюймов и ширину обода 10 дюймов. На европейском и на российском стандарте эти параметры указаны наоборот 10xl5jj где Jj – закодированная информация о конструкции бортов дисков. У бескамерного диска есть так называемые хампы – специальные кольцевые выступы на полках обода, удерживающие шины от соскакивания с диска при боковом ударе и при потере давления. Н – простой хамп, FH – плоский хамп, АН – ассиметричный хамп.
На диске обязательно указываетсядата изготовления (год и неделя). Число 0294 означает, что колесо выпущено во вторую неделю 1994 года.
НадписьRAPT NO 150410-A – это номер той партии отливок, из которой взята заготовка для диска. Если в процессе эксплуатации у диска обнаружится заводской дефект, торговая инспекция сможет по этому номеру определить, в каком звене технологической цепочки допущен брак. Российские и европейские производители обычно обозначают номер отливки четырехзначным числом.
N48 T-DOT – клеймо контролирующего органа (говоря по нашему, ОТК), подтверждающее, что товар проверен по всем параметрам и годен к употреблению. DOT означает, что диск соответствует американским стандартам безопасности.
Некоторые фирмы клеймят свою продукцию индексами, в виде птицы, цветка и прочего.
На литых дисках для бескамерных шин, помимо клейма обычного ОТК, ставится еще клеймо рентген контроля, которое свидетельствует о том, что диск не имеет внутренних дефектов – литьевых раковин.
MAX LOAD 3000 LB – предельная статическая весовая нагрузка на диск. Переведя 3000 фунтов в привычную нам систему измерений, получим 1362 кг.
FORGED в переводе с английского означает«кованый». Наличие такой надписи в маркировке не обязательно, она не предусмотрена никакими стандартами. Как правило, ее делают на супермодных дисках, откованных из легкого сплава. Это значит, что фирма-производитель просто желает потрафить тщеславному покупателю и привлечь денежную клиентуру. Ведь кованый, а особенно кованый магниевый диск –дорогой и престижный – признак состоятельности владельца. И без надписи FORGED тут уж никак не обойтись....
Есть в американской маркировке надпись: MAX PSI COLD. Она означает, что давление в шине, надеваемой на этот диск, не должно превышать, в нашем примере, 50 фунтов на квадратный дюйм (3,5 кг/см 2); слово cold (холодный) напоминает, что измерять давление в шине следует, когда она холодная, то есть до поездки или не сразу после нее.
Указывать на диске давление воздуха требует условие страховки АТС Допустим, при заносе на большой скорости колесо автомобиля наезжает боковой поверхностью на бордюр – шина соскакивает с обода, диск лопается (если он литой, кованый мнется). Причиной аварии возможно считать качество диска. При обращении в суд с намерением иска к его производителю, суд решит дело в пользу потерпевшей стороны лишь в том случае, если были четко соблюдены все предписания и ограничения, касающиеся предмета спора. А если обнаружится, что в шине, надетой на диск с надписью МАХ PSI 50/, PSI было хоть на фунт больше (это выясняют измерив, давление в уцелевших шинах, - подразумевается, что оно одинаковое во всех четырех колесах) – иск не принимается.
Это логично: обод надежно держит шину, лишь, когда давление в шине в норме, а предел давления, указывается в маркировке диска (в этом смысле, надпись МАХ PSI на диске вполне оправдана технически).
Диски колес
Обеспечивают крепление колеса к ступице. Диски колес имеют специальное отверстие, обеспечивающее установку диска на ступицу, а так же отверстие для крепления колеса к ступице. Число отверстий определяется величиной нагрузки испытываемой узлом крепления колеса к ступице. Кроме того, диск содержит отверстие для вентиляции, в виде определенных штамповок.
Бездисковые колеса
Устанавливаются на ступице колеса посредством специальных кронштейнов, устанавливаемых на ободе. Бездисковые колеса чаще всего выполняют с разъемным ободом в виде отдельных сегментов.
Крепление колеса к ступице
Крепление колеса к ступице обеспечивается с помощью гаек и шпилек, либо болтовых соединений. Часть гайки болта выполняет роль опорной поверхности, имеет сферическую форму для центрирования колеса на ступице. Для предотвращения самоотвертывания гаек колес грузовых АТС, гайки колес левого борта имеют левую резьбу, а гайки правого борта имеют правую резьбу.
При болтовом соединении, для дополнительной центровки колеса на ступице устанавливают специальные шпильки.
Крепление спаренных колес на ступице колеса
Внутренние колеса, при спаренной установке, крепятся при помощи специального резьбового соединения, имеющего внутреннюю и наружную резьбы. Этот элемент называется футорка.
Ступицы колес
Представляют собой подшипниковый узел, обеспечивающий вращение колеса относительно неподвижного элемента, т.е. оси. Как правило, в конструкцию ступицы устанавливаются 2 подшипника: внутренний и наружный. Внутренняя обойма подшипника устанавливается на неподвижной оси, наружная - в корпусе ступицы.
Внутренний подшипник ступицы упирается внутренним кольцом в ось колеса, наружное кольцо внутреннего подшипника упирается в корпус ступицы.
Наружный подшипник упирается наружным кольцом в ступицу колеса, а внутреннее кольцо упирается в опорное устройство в виде гайки, стопорных шайб и шплинта.
Согласно особенности установки подшипников на оси, внутренний подшипник имеет больший диаметр чем наружный.
В ступицах могут устанавливаться как шариковые, так и роликовые подшипники, которые требуют постоянной регулировки и контроля затяжки при эксплуатации.
Упорная шайба крепления ступицы, для предотвращения отвинчивания гайки, крепящей ступицу, может иметь специальный фиксатор. Так же после закручивания гайки и прижатия шайбы, гайка может шплинтоваться, керниться, либо фиксироваться упорной шайбой путем ее загиба.
Фиксация гайки путем загибания шайбы используется в конструкции ступиц ведущих колес, которые имеют внутри оси полость, через которую проходит ведущий элемент - полуось.
Для передачи момента от полуоси к ступице, устанавливаются болтовые либо гаечные резьбовые крепления, либо шлицевые.
Особенности установки управляемых колес АТС
Изменение направления движения колесного транспортного средства происходит вследствие поворота управляемых колес на тот или иной угол относительно продольной вертикальной плоскости АТС.
Поворот управляемых колес осуществляется путем воздействия на них поворотной силы, создаваемой элементами управления АТС. Поворот колес может осуществляться и при наезде их на неровности, что может привести к нарушению устойчивости движения. Чтобы избежать этого нарушения, а так же обеспечить во всех случаях движения автоматическое возвращение управляемых колес в прямолинейное движение, необходима стабилизация управляемых колес, достигаемая определенной установкой этих колес относительно оси. Для стабилизации колес, необходимо обеспечить наклон оси поворота колеса (шкворневая ось) в продольной и поперечной плоскостях.
Угол наклона оси поворота колеса обозначается . Данный угол обеспечивает самовозврат колес прямолинейному движению после прекращения действия на него поворотной силы. Самовозврат колеса обеспечивается за счет того, что при повороте колеса относительно оси шкворня, оно стремится опуститься ниже плоскости опорной поверхности на величину h . Величина возникаемого стабилизирующего момента зависит от , который составляет 6…8 градусов в современных автомобилях, а так же величины веса автомобиля приходящегося на колеса.
Кроме наклона оси колеса в поперечной плоскости, наклон осуществляется и в продольной плоскости. Угол наклона в продольной плоскости называется , он обеспечивает положение оси поворота таким образом, что продолжение ее пересекает опорную поверхность в точке А , находящейся впереди точки Б контакта колеса с опорной поверхностью. При этом создается плече АБ , которое обеспечивает сохранение прямолинейного движения АТС при значительных скоростях движениях.
Кроме углов наклона шкворней, управляемые колеса одной оси имеют развал и схождение .
Угол развала колеса представляет собой угол между вертикальной плоскостью и плоскостью колеса.
| Указанный угол обеспечивается за счет наклона оси поворотного устройства колеса (цапфы). Назначение угла - обеспечение вертикального расположения колеса при движении независимо от возможной деформации деталей поворотного устройства, присутствия зазоров в поворотном устройстве. Угол уменьшает расстояние между точкой пересечения продолжения поворотной оси колеса и центром площадки контакта шины с дорогой. Угол постоянно должен контролироваться и регулироваться за счет изменения величин зазора подшипника в элементах поворотных устройств. Угол уменьшает нагрузку на внешний подшипник ступицы колеса, так как возникает осевая сила, прижимающая ступицу внутреннего подшипника. Угол составляет 1…2 градуса. |
Рассмотренные углы обеспечивают установку колеса с определенным наклоном плоскости его качения, т.е. она не является вертикальной и не расположена продольно оси автомобиля, поэтому появляются силы на колесе, стремящиеся изменить направление движения колеса в сторону от направления движения АТС. Результатом действия сил, так как колесо зафиксировано по отношению к АТС, является движение колес по прямой линии, но с некоторым скольжением, вызывающим износ протектора шин. При этом увеличивается так же расход топлива на движение. Для устранения этого вредного явления управляемые колеса одной оси устанавливают с определенным значением схождения в горизонтальной плоскости. Схождение колес - это разность величин А и Б , согласно схемы, измеряемыми на высоте оси колес между краями ободьев колеса. Эта разность находится в пределах: Б-А=2…12 мм, что соответствует углу схождения колес не превышающему 1 градус.
Рассмотренные особенности кинематики управляемых колес являются определяющими в плане обеспечения безопасности движения, а так же экономичности эксплуатации автомобиля.
Привод колес
Согласно рассмотренного ранее материала, современные автомобили, как правило, имеют колесные опорные элементы, обеспечивающие контакт АТС с опорной поверхностью, а так же колесный движитель, т.е. создание толкающей силы, обеспечивающей движение АТС по опорной поверхности. Движение АТС по опорной поверхности происходит за счет преобразования подводимого к ведущему колесу крутящего момента от двигателя при условии существования необходимого сцепления колеса с дорогой. Подвод момента к колесу от двигателя обеспечивается за счет элементов трансмиссии, преобразующих и изменяющих момент двигателя в необходимых, согласно требований, условий движения пределах. Совокупность элементов трансмиссии преобразующих момент, а так же устройств подводящих момент к колесу обеспечивает привод колес в движение.
Типы приводов колес АТС
В зависимости от особенностей компоновки АТС в целом, положение и числа ведущих колес на АТС, различают:
1. Заднеприводные АТС - имеющие передачу крутящего момента от двигателя на ведущие колеса, располагаемые в задней части АТС;
2. Переднеприводные - передача крутящего момента на ведущие колеса, расположенные в передней части АТС;
3. Полноприводные - передача крутящего момента на все колеса АТС.
Исходя из современных требований, предъявляемых к АТС в плане проходимости, управляемости, безопасности движения, наиболее полно соответствуют их содержанию полноприводные конструкции, которые получили самое широкое распространение при создании АТС категории «В, С и D». Существуют Полноприводные АТС категории «Е».
Каждый из указанных приводов коле вызывают определенные отличия в конструкции основных элементов трансмиссии автомобиля, которые будут рассмотрены ниже.
Изобретатель
: Роберт Уильям Томсон
Страна
: Шотландия
Время изобретения
: 10 июня 1846 г.
С тех пор, как была изобретена пневматическая шина, прошло уже более 140 лет. Роберт Уильям Томсон родом из Шотландии – человек, впервые официально зарегистрировавший создание пневматической шины. Роберт родился 29 июня 1822 г. и уже в возрасте 22-х лет был инженером железнодорожного транспорта, при этом имея контору в Лондоне и свой бизнес. Именно в тот момент он изобрел пневматическую шину.
10 июня 1846 года был зарегистрирован патент номер 10990, который излагал суть нового изобретения: использование дополнительной эластичной опорной поверхности по всей площади колесных ободьев, чтобы снизить прилагаемое к экипажу усилие, одновременно понижая уровень шума и облегчая процесс движения.
Патент также включал в себя необходимые для изготовления материалы и подробный чертеж. Такой была конструкция первого пневматического колеса: на обод с деревянными спицами, который обивался цельной полоской металла по внешнему диаметру, накладывалась шина. Шину также составляло наружное покрытие и находящаяся под ним камера. Изготовление камеры производилось путем каучуковой (гуттаперчевой) пропитки нескольких слоев парусины. При этом наружное покрытие делали из кусков кожи, соединенных заклепками. Крепление шины к ободу производилось при помощи болтов.
Покрышка из кожи имела необходимый запас стойкости к изгибам и износу, а камера, изготовленная из парусины, поддерживала покрышку, когда ее материал намокал или раздувался от внутреннего давления. В 1873 году умер создатель пневматической шины и все надолго забыли про его детище, несмотря на то, что образцы еще сохранились.
Более чем через двадцать лет первыми к пневматической шине вернулись братья Эдуард и Андре Мишлен родом из Франции, имевшие до этого опыт производства шин для велосипедов. Братья заявили о том, что к гонке Париж – Бордо в 1985 году они создадут для всех участников 
пневматические шины. Одна из девяти машин в той гонке, несмотря на множество проколов, проехала 1200 км и самостоятельно добралась до финишной черты.
Настоящим создателем современной пневматической шины является шотландский ветеринар Джон Бойд Данлоп. Существует несколько версий ответа на вопрос, почему же врач, специализирующийся на лечении домашнего скота, заинтересовался шинами.
По первой версии, он видел, какие страдания претерпевают животные, когда их везут в лечебницу в телеге с обычными деревянными колесами.
Другая версия объясняет все тем, что у Данлопа был маленький сын, любивший кататься на . Якобы отцу не нравилось, что грубые велосипедные колеса портили садовые дорожки, и он решил как-то их смягчить.
В третьей версии тоже фигурируют и сын, и велосипед, но в этом случае мальчик попросил отца придумать что-нибудь, чтобы ему было удобнее кататься. Все три варианта истории сходятся в одном: Данлоп, подумав, взял кусок садового шланга и привязал его к колесу. Сначала он залил 
внутрь воду, но впоследствии пришел к выводу, что эффективнее будет накачать импровизированную шину воздухом.
Любопытно, что всего через четыре дня после того, как Данлоп оформил патент на свое изобретение, в патентное бюро обратился другой человек, предложивший практически такую же идею. Создатель пневматической шины вскоре перепродал права предпринимателю по имени Харви дю Крос и полностью отстранился от какой-либо дальнейшей работы по улучшению конструкции шин, предпочитая получать дивиденды. В его честь впоследствии была названа одна из самых известных шинных компаний в мире (Dunlop).
Дю Крос заинтересовался изобретением Данлопа потому, что его сыновья были велосипедистами. В 1889 году они участвовали в престижной гонке, которую выиграл малоизвестный спортсмен Уильям Хуш, выступавший на велосипеде, оборудованном шинами Данлопа.
Дю Крос быстро понял, в чем выгода этой непривычной новинки. Уже в следующем году его компания начала продавать свою продукцию, причем не в Англии, а в Европе, т.к. в Англии в это время действовал закон, согласно которому 
автомобили не могли ездить со скоростью выше 6 км/час. Этот закон значительно сдерживал развитие автомобилизма на Британский островах.
В 1896 г. в Британии пневматическими шинами марки «Данлоп» впервые оснастили Ланчестер. После такого успеха сразу же образовалось множество производителей пневматических шин, из которых многие существуют до сих пор, а именно французская компания «Мишлен», возродившая производство пневматических шин, английская компания «Данлоп», немецкине компании «Метцелер» и «Континенталь», итальянская «Пирелли», «Гудрич», «Гудьир» и «Файрстоун» из США. Большинство заводов по производству шин в СССР были созданы во время Второй Мировой по западным стандартам.
Дальнейшие модификации пневматической шины были направлены главным образом на увеличение эксплуатационного срока и стойкости к физическим воздействиям. Также шины облегчались в плане монтажа и демонтажа.
В 50-х годах XX века в конструкцию шины впервые были внесены изменения. Компания «Мишлен» предложила в качестве основной особенности жесткий пояс, который состоял из нескольких слоев 
металлокорда. Расположение нитей корда было радиальным от одного борта к другому. Новые шины назывались радиальными. Компания «Мишлен» после испытаний новой улучшенной шины отметила улучшение проходимости в два раза, если сравнивать с обычной шиной (когда нити корда располагались по диагонали).
В следующем десятилетии было внесено изменение в отношение характеристик профильной ширины (B) к высоте шины (H) – Н/В. Изначальная форма первых шин в разрезе была приблизительно одинаковой и по высоте и по ширине. Позже отношение высоты и ширины было снижено до 0,7, а в 1980 году и вовсе до 0,6.
Множество компаний набрались опыта в производстве бескордных шин. Позже в технологию создания бескордных шин будут введены технические решения, которые сильно упростят их производство. Сейчас самыми перспективными являются однослойные радиальные бескамерные шины из металлокорда, которые устанавливаются на 
полуглубокий обод с низкими закраинами.
В дальнейшем направление для усовершенствования конструкции шин было выбрано в сторону уменьшения количественного содержания в каркасе , использования новейших материалов, увеличения прочности корда, улучшения взаимодействия резины и корда, уменьшения количества слоев в каркасе, снижения отношения высоты к ширине шины, использование более насыщенных, а также, комбинированных и ребристых рисунков протектора.
Также производители сейчас стараются продлить срок службы шин, увеличить допустимые нагрузки, 
безопасность движения автомобиля, улучшить техническо-экономические показатели и упростить технологию производства шин.
Шины с низким профилем стали разрабатываться для увеличения площади сцепления с дорогой, что также увеличивало боковую устойчивость, срок эксплуатации и тягово-сцепные свойства. Радиальные шины лучше раскрывают все свои свойства при производстве их с низким профилем.
В 70-х годах пневматическая шина достигла такого уровня модернизации, который почти невозможно было воплотить в 50-х. Автомобилисты, разумеется, также были довольны снижением расхода горючего и повышением безопасности езды. Почти все легковые автомобили в 70-х годах 
одновременно перешли к использованию радиальных шин, которые к концу десятилетия применялись уже практически для всех видов транспорта, что увеличивало срок эксплуатации шин.
В первой четверти XX-го века в шинах стала применяться конструкция быстросъемных колесных креплений к ступицам. Такое колесо крепилось на нескольких болтах, и снять его вместе с шиной, можно было всего за несколько минут, что являлось большим прорывом по сравнению с прошлыми вариантами.
В годы Первой Мировой люди начали разработку новой конструкции шин для автобусов и грузовых 
автомобилей. Первой в этом направлении выступила Америка. К концу 1925 года по всему миру пневматические шины использовались на приблизительно 4-х млн. всех автомобилей, что включало почти весь парк, исключая некоторые типы грузовых автомобилей.
Первые автомобили, появившиеся в России, уже были на пневматических шинах – импортных. Но в 1900-х годах их производство наладили заводы «Проводник» в Риге (шины «Колумб») и «Треугольник» в Петербурге (шины «Елки» с оригинальным протектором).
Русские шины, испытанные в многочисленных пробегах и состязаниях, отличались высокой долговечностью и прочностью. На гоночном автомобиле «Бенц» с «елками» в 1913 году был установлен всероссийский рекорд скорости - 201 км/ч. После Октябрьской революции шинные заводы вошли в Резинотрест, который обеспечивал отечественной обувью все наши автомобили.
Промышленность СССР 80-х годов ежегодно производила около 70 миллионов шин для автомобилей, мотоциклов, сельхозмашин. Шину 80-х годов объединяет с «прабабушкой» разве что принцип. А сама конструкция изменилась, усложнилась, усовершенствовалась до 
неузнаваемости - для того, чтобы характеристики шин наиболее полно отвечали параметрам автомобилей, условиям их работы.
Первыми крупными шагами было разделение шины на покрышку и камеру, а также появление кордной покрышки. Надо отметить такие важные этапы, как изобретение шины низкого давления типа «баллон», бескамерных, низкопрофильных; арочных и широкопрофильных шин низкого давления для грузовиков; шин зимнего типа с шипами противоскольжения; покрышек с радиальным расположением корда, а также с кордом из синтетических материалов и 
металлокордом; «безопасных» шин.
Многократно выросла долговечность шин. Если в начале века рекордным считали пробег 3-4 тысячи километров, то к 20-м годам он возрос до 30 тысяч, а в дальнейшем - до 100 тысяч. Усовершенствование шины идет и сегодня. Его главные направления - дальнейшее увеличение пробега, допускаемых нагрузок, снижение расхода материалов и упрощение технологии, улучшение других показателей, повышение безопасности.
Последнее направление интенсивно развивается с 60-х годов, и сегодня ряд фирм уже выпускает серийно так 
называемые безопасные шины. Они монтируются на обод иной конструкции, которая помогает удержать борта покрышки на полках обода при большой утечке воздуха. Серьезные преимущества сулит применение новых синтетических материалов, способных произвести революцию в шинной технологии. Словом, как и для автомобиля, век для пневматической шины - возраст, открывающий заманчивые перспективы.