Кто изобрел шины для авто

Кто придумал первую шину?

Автомобильная шина прошла долгий путь от первого изобретения, которое было запатентовано в далеком 1846 году, до современного многообразия и технологического совершенства. Больше века назад в производству шин участвовал один единственный человек, а первые мануфактуры, фактории и конвейеры стали появляться десятилетиями позже. Это сейчас гигантские трансконтинентальные корпорации обладают собственными базами для тестирования, огромными производственными мощностями и штатом в десятки тысяч человек…

А 10 июня 1846 года в США выдали знаменательный для истории автомобилестроения патент под номером 10990, который закреплял за Робертом У. Томпсоном право на производство и установку первых в мире пневматических шин, с примитивным по современным меркам инженерным решением, которое было основано на воздушной камере из парусины, пропитанной для удержания воздуха раствором каучуковой массы и гуттаперчей.

Внешняя часть состояла из клепанных кусков дубленной кожи. Первые испытания нового изобретения состоялись в том же году, когда Томпсон установил шины на карету, а потом проверил уровень снижения тяги. Результаты были великолепны. Сила тяги уменьшалась на 38% при езде по пересеченной местности, а на не самом лучшем в мире дорожном покрытии почти на 70. К тому же путешествовать каретой на этих шинах было удобнее, мягче и тише. Правда, сразу же после смерти изобретателя об этих шинах забыли. Мир стал ждать появления нового гуру в области производства пневматических шин, пытаясь меньше ругаться во время тряски в каретах.

Самым мощным прорывом в области стал патент от 1888 года, который был выдан Джону Данлопу, имя которого сегодня знает, наверное, каждый школьник, который поиграл в любую игру про гонки. Именно фамилия Данлоп ассоциируется с появлением первой пневматической шины в таком виде, который мы привыкли ее видеть.

В 1887 году после многочисленных жалоб сына на неудобство велосипеда Джон Данлоп склеил два обруча из садового шланга, накачал их воздухом, а потом натянул на колесо велосипеда. Опять среди материалов фигурировала прорезиненная парусина. Успех этой шины Danlop был практически доказан во время исторической гонки на велосипедах, в которой ужасный велосипедист Уильям Хьюм на велосипеде с пневматическими покрышками с легкостью выиграл все заезды, в которых вообще решился участвовать. Этот успех стал основной причиной для Джона Данлопа (кроме, конечно же, проблем с деньгами в семье) организовать собственное небольшое производство шин в городе Дублин. Компания «Пневматическая шина и агентство Бута по продаже велосипедов» стала первой в мире компанией, которая начала изучать и производить пневматические шины на промышленном уровне.

Всего год спустя никому неизвестный инженер, работающий в компании Данлопа предложил отделить покрышку от камеры, а также армировать покрышку проволочными кольцами. В это же время был придуман первый способ монтажа и демонтажа шин, который стал прорывом для всех компаний по производству шин.

После этого всего пять лет понадобилось миру, чтобы французы Андре и Эдуард Мишелин (Michelin) изготовили первую в мире автомобильную шину, которая с трудом, но доехала до финиша. Это был сырой образец пневматической шины, который не учитывал множества внешних условий, а материал обладал огромным количеством внутренних напряжений, что привело к десяткам проколов на трассе, протяженной на 1200 км.

Всего год спустя в 1896 году Автомобиль Ланчестер был укомплектован шинами от Данлоп, которые постарались учесть ошибки конкурентов. Первые автомобильные шины в разы увеличили проходимость, комфорт, плавность и скорость автомобиля, но были неудобны с точки зрения монтажа. На установку шин уходил порой весь рабочий день. Конкуренция между производителями шин, растущий спрос, а также довольной быстрый рост цен на пневматические шины привели к постоянному поиску новых инженерных решений, что привело к появлению стандартизации, улучшения систем монтажа-демонтажа шин, а также появлению нововведений, которые используются и по сей день. Например, внедрение корда в шину из особо прочных нитей, новые системы крепежа, которые стали основной причиной валообразного роста шинной промышленности в начале двадцатого века.

Именно в этот период времени наиболее четко прослеживает динамика развития науки, влияющей на производство шин, в первую очередь химии. Самые первые шины были низкопрофильными, тонкими и походили на велосипедные. Это было связано не столько с особенностями моды того времени, сколько с отсутствием углеродных наполнителей для увеличения прочности и снижения внутренних напряжений, а также для придания более жесткой формы. Именно отсутствие углерода в составе резины обусловило белый и бежевый цвета шин в начале двадцатого века.

Однако уже в двадцатых-тридцатых годах двадцатого века углерод стал неотъемлемой частью состава резины наравне с каучуком, что привело к значительному увеличению высоты и ширины протектора. Это увеличило максимальную нагрузку на шину, позволив улучшить показатель грузоподъемности, а также повысило проходимость за счет увеличения пятна контакта протектора с дорогой. Шины из мягкого каучука, который из-за особой химической структуры смеси с углеродом имеют только радиальное направление нитей каркаса, а потому очень четко передают все неровности дороги на автомобиль. Это некомфортно и жестко.

Настоящим прорывом стало появление химических полимеров, которые позволили увеличить жесткость конструкции, не теряя в комфортности и проходимости, а также увеличивая нагрузку на шину. Диагональные шины становятся повсеместно используемыми.

Сейчас наука шагнула далеко вперед, а соревнования компаний между друг другом носят настолько детальный характер, что порой их даже трудно оценить обыкновенному покупателю. Доли секунды, граммы грузоподъемности, незаметные проценты увеличения тяги, снижения сопротивления качению. Цифры-цифры…

Материал подготовлен в «Покрышка.ру»

Дата публикации: 17.02.2011.

Внимание! Все содержимое этого сайта охраняется законодательством об интеллектуальной собственности (Роспатент, свидетельство о рег. №2006612529). Установка гиперссылки на материалы сайта не рассматривается как нарушением прав и согласования не требует. Юридическая поддержка сайта — юр.фирма «Интернет и Право».

Дополнительно

• Новости
• Архив новостей
• Ссылки на сайты производителей шин
• Ссылки на сайты производителей дисков

• О шинах
• Подбор шин
• Шинный калькулятор
• Помощь специалиста
• Маркировка шин
• Отзывы о шинах
• Рейтинг шин
• Часто задаваемый вопрос: какие шины купить?
• Давление в шинах
• Балансировка колес
• Неравномерный износ шины?
• Ремонт шины
• Спускает колесо?
• Устройство шины
• Все о шинах и дисках
• Подбор дисков по производителю
• Калькулятор для дисков
• Помощь специалиста
• О дисках
• Параметры дисков, маркировка
• Как узнать параметры дисков?
• Отзывы о дисках
• Какие диски выбрать?
• Диски реплика

Изобрести колесо: эволюция автомобильной шины

Совместное предприятие Ростеха и итальянской Pirelli является ведущим производителем автомобильных шин в России. На заводах в Кирове и Воронеже «современное колесо» продолжает совершенствоваться. Инновации в этой сфере позволяют повысить безопасность на дорогах, например, управлять автомобилем стало возможно даже в случае прокола шины. Об эволюции автомобильных шин и новых технологиях в их производстве – в нашем материале.

Как изобрели современное колесо

Если считать изобретателем шины шотландца Роберта Уильяма Томсона, то покрышка имеет 170-летнюю историю. В 1846 году, когда был получен патент на «воздушное колесо», на улицах городов не было еще никаких автомобилей, но грохотали кареты с металлическими колесами. Сам Томпсон в своем патенте писал: «Суть моего изобретения состоит в применении эластичных опорных поверхностей вокруг ободьев колес экипажей с целью уменьшения силы, необходимой для того, чтобы тянуть экипажи, тем самым, облегчая движение и уменьшая шум, который они создают при движении».

Идея оказалась вполне рабочей, но, к сожалению, на тот момент недооцененной. Не нашлось никого, кто бы довел новое изобретение до массового производства. После смерти Томсона в 1873 году «воздушное колесо» было забыто.

Джон Данлоп

Про покрышку вспомнили лишь спустя 15 лет. Новым изобретателем пневматической шины неожиданно стал… ветеринар – шотландец Джон Данлоп. В 1887 году он придумал надеть на колеса велосипеда своего сына широкие обручи, сделанные из шланга для поливки сада, и надуть их воздухом.

Конечно, в те годы, пневматическая шина вовсе не ассоциировалась с автомобилями, а скорее с велосипедами. Уже в июне 1889 года на стадионе в Белфасте Уильям Хьюм выступил в гонках на велосипеде с пневматическими шинами и выиграл все три заезда, в которых участвовал. Изобретение Данлопа было обречено на успех. Сегодня фирма Dunlop, названная так в честь изобретателя – в числе самых крупных производителей автомобильных шин.

Первый автомобиль братьев Мишлен на съемных пневматических шинах. Фото: michelin.ru

В конце XIX века появились и другие легендарные компании, лидеры современной шинной индустрии. Так, первыми, кто стал использовать пневматические шины на автомобилях, были французы Андре и Эдуард Мишлен, основавшие знаменитый Michelin. В 1900 году к производству автомобильных шин приступила компания Джованни Батисты Пирелли. Сегодня Pirelli – один из крупнейших мировых производителей шин премиум-класса. Компания насчитывает более 19 заводов по производству шин в 12 странах мира, в том числе два из них – в России.

Итальянская Pirelli в России

Итальянская Pirelli представлена в России в рамках совместного предприятия ООО «Пирелли Тайр Руссия», организованного с Ростехом, которому принадлежит 25% совместного предприятия. Со стороны Ростеха цель создания СП – привлечение иностранных инвестиций и передовых технологий, со стороны Pirelli – ускоренный выход на российский рынок.

В состав совместного предприятия входят шинные заводы в Кирове и Воронеже. Первый из них был приобретен СП в конце 2011 года, второй – в 2012 году. С момента приобретения СП обоих предприятий началась глубокая модернизация производства. В 2012 – 2019 годы на модернизацию Воронежского и Кировского шинных заводов направлено более 250 млн евро. Ежегодно завод в Кирове выпускает более 6 миллионов легковых шин размером от 14 до 17 дюймов под брендом Pirelli, в том числе шин линейки Green Performance, эксплуатация которых оказывает минимальное воздействие на окружающую среду.

Воронежский завод серийно производит легковые шины премиального сегмента с диаметром от 16 до 21 дюйма. В 2013 году здесь состоялся запуск нового производства мощностью 2 млн шин в год. В октябре 2018 года Госкорпорация Ростех подписала с СП Меморандум о взаимопонимании в отношении оценки возможности увеличения мощностей по производству премиальных шин на Воронежском шинном заводе. При благоприятной рыночной конъюнктуре объем производства планируется увеличить в два раза до 4 млн шин в год. Инвестиции по этому проекту оцениваются примерно в 100 млн евро. Помимо этого на базе Воронежского шинного завода создан логистический центр, который позволяет отправлять продукцию СП на экспорт в Европу и страны СНГ. ​

Как делают шины

Заводы в Кирове и Воронеже являются одними из самых передовых с технологической точки зрения предприятий по выпуску шин. И конструкция шины, и сама технология производства, используемые материалы сильно эволюционировали.

Материал, из которого изготовлена покрышка, имеет первостепенное значение. Шины различных производителей отличаются в первую очередь свойствами резины. Ведь именно она определяет многие технические характеристики шин, такие как уровень сцепления с дорогой, долговечность и износостойкость. Поэтому подбором компонентов резиновой смеси занимаются целые лаборатории в каждой компании, а ее состав зачастую является коммерческой тайной. Единственный компонент, который точно не является секретом, – это полимеры/элатомеры, такие как каучук, который может быть натуральным или синтетическим.

Своим черным цветом шина обязана техническому углероду или промышленной саже, как его еще называют. Благодаря его молекулярным соединениям, покрышка не только становится черной, но и прочной и устойчивой к износу и температурам. На третьем месте в составе – кремниевая кислота, которая повышает показатели сцепления покрышки с влажным покрытием. Кроме того, около 10 процентов шинных ингредиентов составляют вспомогательные компоненты – смолы и масла, для обеспечения мягкости и эластичности изделия. В специальном «котле» все это смешивается и превращается в единую массу.

Готовая резиновая смесь формируется в виде непрерывного листа, который охлаждается и направляется на участок изготовления полуфабрикатов. Здесь из резиновых листов «кроят» детали будущей шины: протектор, боковины, слои обрезиненного металлокорда и другие.

Затем специальный станок собирает все эти детали в единое целое. Этот этап так и называется – «сборка». Буквально за минуты из отдельных частей получается покрышка. После чего на шине при помощи пресса и воздействия высокого давления пара при повышенной температуре выдавливается рисунок протектора.

Готовые шины по конвейеру отправляются на визуальный, весовой и инструментальный контроль. Лазерный сканер позволяет выявить мельчайшие воздушные полости внутри шины, а рентген проверяет качество распределения слоев. Несколько шин из каждой партии проходят испытания прочности в специальной лаборатории – это десятки тысяч километров с повышенной нагрузкой.

Шинные инновации: без шума и проколов

Производители шин продолжают совершенствовать свои технологии и материалы. В последние несколько лет особое внимание и инвестиции направлены на обеспечение безопасности при вождении. Самая частая проблема, связанная с шинами, – это проколы. Новые технологии способны решить это, гарантируя безопасность даже в случае проколотой шины. В компании Pirelli для этого были разработаны две технологии: Seal Inside и Run Flat.

Технология Pirelli Seal Inside действует на основе самогерметизации посредством дополнительного специального слоя на внутренней поверхности шины. Другими словами – герметизирующая мастика охватывает вызвавший прокол и застрявший в шине предмет, создавая уплотнение вокруг него. После извлечения предмета из шины уплотняющаяся мастика затягивается в отверстие, герметизируя его края. Такие самогерметизирующиеся шины Pirelli позволяют безопасно продолжить поездку даже на проколотой шине, сохраняя полный контроль над автомобилем.

Фото: Pirelli

Технология Run Flat – сегодня одна из самых распространенных в производстве всех ведущих производителей автомобильных шин. Pirelli также не является исключением. На русский язык название этой технологии можно перевести как «езда на спущенной покрышке». Шина Run Flat имеет усиленное и более широкое бортовое кольцо. Когда обычная покрышка сдувается, она оседает под действием веса автомобиля, а борта просто сплющиваются. Несколько километров при такой ситуации способны почти полностью «убить» шину.

Технология Run Flat подразумевает применение в составе конструкции покрышки усилителей, в роли которых выступает оригинальный каркас, бортовые кольца, а также уникальная высокопрочная вставка в боковине шин. Pirelli использует в производстве своих шин множество типов резиновых смесей, часть из которых идет на основную часть покрышки, часть – на боковую. Это максимально безопасная шина, которая, в случае прокола, позволит вам доехать до пункта назначения, не прибегая к замене шины.

Еще одна инновация от Pirelli – технология шумоподавления Pirelli Noise Cancelling System (сокращенно PNCS). Это наилучшее решение по снижению шума, создаваемого шинами на дороге. Вибрации, создаваемые конструкцией шины во время поездки и проявляющиеся внутри салона, называются кавитационным шумом. Система PNCS снижает шум на два-три децибела, в среднем уменьшая его вдвое. Можно представить, что шум от четырех шин с действующей технологией PNCS равен шуму двух «обычных» шин.

Фото: Pirelli

Шумопоглощающая технология PNCS – это, прежде всего, специальный материал, который находится внутри полости шины на гермослое. Он представляет собой своеобразную звукопоглощающую губку, открытые поры которой гасят вибрации воздуха и не дают им передаваться далее в узлы подвески и нарастать, создавая шум внутри салона автомобиля.

Чаще всего шины Pirelli с технологией шумоподавления PNCS приходятся на автомобили премиум- и люкс-класса для наивысшего комфорта внутри салона во время движения. На данный момент этой технологией оснащены шины Pirelli P Zero, которые подходят автомобилям марок Audi, Ferrari, Jaguar, Porsche и McLaren.

События, связанные с этим

Путешествия с Ростехом: Воронеж

31 января 2020

Изобрести колесо: эволюция автомобильной шины

История шины

Со времени изобретения пневматической шины, без которой немыслимо само существование современного автомобиля, минуло свыше 140 лет. Сегодня трудно даже поверить, что сначала шина предназначалась вовсе не для автомобиля. На безлошадных экипажах она заменила массивные литые резиновые шины (так называемые грузоленты или гусматики) лишь через многие годы после своего появления на свет.

Первым, кто официально зарегистрировал изобретение пневматической шины, был Роберт Уильям Томсон, родившийся в Шотландии 29 июня 1822 г. в семье мелкого землевладельца. В 1844 г. в возрасте 22 лет он стал инженером железнодорожного транспорта, имел собственное дело и контору в Лондоне. Именно там и была изобретена пневматическая шина.

В патенте № 10990, датированным 10 июня 1846 г., написано: «Суть моего изобретения состоит в применении эластичных опорных поверхностей вокруг ободьев колес 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 нем изложена конструкция изобретения, а также материалы, рекомендуемые для его изготовления.

1 — бортовая лента 2 — боковина

3 — слой корда 4 — брекер

5 — протектор 6 — беговая дорожка

7 — каркас 8 — пятка

9 — борт покрышки 10 — носок

11 — проволочное кольцо 12 — крепительные ленты крыла

На рис. 1.1 представлена конструкция «воздушного колеса» Томсона, описанная в названном патенте. Показано колесо телеги или экипажа. 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 слоев парусины, пропитанной и покрытой с обеих сторон натуральным каучуком или гуттаперчей в виде раствора. Наружное покрытие состояло из соединенных заклепками кусков кожи. Вся шина крепилась на обод болтами. Кожаная покрышка обладала необходимым сопротивлением износу и многократным изгибам, а, зная, что кожа растягивается при намокании и раздувается под действием внутреннего давления, легко понять, почему камеру пришлось усиливать парусиной. Далее патент описывает клапан, через который накачивают шину.

Томсон оборудовал экипаж воздушными колесами и провел испытания, измеряя силу тяги экипажа. Испытания показали уменьшение силы тяги на 38% на щебеночном покрытии и на 68% на покрытии из дробленой гальки. Особо отмечались бесшумность, удобство езды и легкий ход карсты на новых колесах. Результаты испытаний были опубликованы в журнале «Mechanics Маgazin» 27 марта 1849 г. вместе с рисунком экипажа.

Можно было констатировать, что появилось крупное изобретение: продуманное до конструктивного воплощения, доказанное проведенными испытаниями, готовое к совершенствованию. К сожалению, на том дело и закончилось. Не нашлось никого, кто бы занялся этой идеей и довел ее до массового производства с приемлемой стоимостью.

После смерти Томсона в 1873г. «воздушное колесо» было забыто, хотя образцы этого изделия сохранились.

В 1888 г. идея пневматической шины возникла вновь. Новым изобретателем был шотландец Джон Данлоп, чье имя известно в мире как автора пневматической шины. Дж. Б. Данлоп придумал в 1887 г, надеть на колесо трехколесного велосипеда своего 10-летнего сына широкие обручи, сделанные из шланга для поливки сада и надуть их воздухом. 23 июля 1888 г. 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 колоса со спицами обматыванием ее вместе с ободом прорезиненной парусиной, образующей каркас шины, в промежутках между спицами (рис. 1.2).

Преимущества пневматической шины были оценены достаточно быстро. Уже в июне 1889 г. 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 г. под названием «Пневматическая шина и агентство Бута по продаже велосипедов». В настоящее время это «Данлоп» — одна из крупнейших фирм в мире по изготовлению шин.

В 1890 г. молодой инженер Чальд Кннгстн Уэлтч предложил отделять камеру от покрышки, вставлять в края покрышки проволочные кольца и сажать на обод, который впоследствии получил углубление к центру (рис. 1.3). Тогда же англичанин Бартлетт и француз Дидье изобрели вполне приемлемые способы монтажа и демонтажа шин. Bce 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 г. Париж — Бордо у них будут готовы пневматические шины для автомобилей н сдержали свое обещание. Несмотря на многочисленные проколы, автомобиль преодолел расстояние в 1200 км н достиг среди девяти других финиша своим ходом. В Англии в 1896 г. шинами «Данлоп» был оснащен автомобиль Ланчестер.

С установкой пневматических шин существенно улучшились плавность хода, проходимость автомобилей, хотя первые шины были не надежны 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. Потребовалось много лет постепенного совершенствования конструкции пневматической шипы и способа ее изготовления, прежде чем она окончательно вытеснила литую резиновую.

Стали применяться все более надежные и долговечные материалы, появился в шинах корд — особо прочный слой из упругих текстильных нитей. В первой четверти текущего столетия все чаще стали использовать конструкции быстросъемных креплений колес к ступицам на нескольких болтах, что позволило заменять шины вместе с колесом в течение нескольких минут. Bce эти усовершенствования привели к повсеместному применению пневматических шин на автомобилях и бурному развитию шинной промышленности. 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.

Возникли крупные фирмы по производству шин, многие из которых существуют и сейчас, а именно «Данлоп» в Англии, «Мишлен» во Франции, «Гудьир», «Файрстоун» и «Гудрич» в США, «Континенталь», «Метцелер» в ФРГ, «Пирелли» в Италии.

К концу 20-х годов возможность создания конструкций шин за счет интуиции инженера, наугад, уходит в прошлое. Назревает настоятельная необходимость научного подхода к конструированию работоспособных пневматических шин. К этому времени уже имелась достаточно освоенная химическая технология, которую можно было использовать для решения проблем приготовления резиновых смесей шин. В области конструирования и испытания автомобильных шин опыт появился не сразу, а в результате практической деятельности фирм и научных исследований ряда стран. Создаются испытательные стенды для экспериментального определения эксплуатационных характеристик шин.

В 30-х годах продолжались работы над осмысливанием той роли, которую играет пневматическая шина в обеспечении управляемости и устойчивости автомобиля, а также над внешней формой и рисунком той части шины, которая входит в контакт с дорогой.

Вторая мировая война заставила принять ряд серьезных мер по использованию синтетического каучука (СК) вместо натурального в рецептурах резин шинной промышленности. Применение же СК в рецептуре шинных резин нашей страны относится еще к 1933 г., а к 1940 г. потребление СК в шинах, изготавливаемых в СССР, достигло 73%. Благодаря специфическим свойствам СК и их влиянию на эксплуатационные характеристики шин появились перспективы создания новых типов усовершенствованных шин.

Другой значительный шаг связан с применением корда из вискозы н нейлона. Экспериментальные шины с вискозой сразу же выявили улучшение эксплуатационных характеристик и резкое сокращение случаев выхода шин из строя. Найлон позволил изготавливать шины с большой прочностью. Увеличение прочности и сопротивления ударным нагрузкам для шин с новыми материалами было столь значительным, что разрывы каркаса, которые были основной причиной выхода шин из строя, практически перестали иметь место.

В середине 50-х годов появилась новая разработка в конструкция шин. Основной особенностью новой шины, предложенной фирмой «Мишлен», был жесткий пояс в шине, состоящий из слоев металлокорда. Нити корда располагались радиально от борта до борта. Такие шины получили название радиальных. Результатом испытания новой шины фирмы «Мишлен» явилось увеличение ходимости почти вдвое по сравнению со стандартными (при диагональном расположении нитей корда).

В конце 50-х годов повсеместно значительное внимание уделяется шинам, обеспечивающим высокие сцепные свойства, как на сухом, так и на мокром полотне, и высокую износостойкость.

В 60-е годы значительное изменение претерпела такая характеристика конструкции шины, как отношение высоты шины Н к ширине профиля В. Первые шины в разрезе, представляли собой почти правильный круг, высота которого равнялась ширине. Затем отношение величин Н/В последовательно уменьшалось до 0,7 и даже 0,6 к 1980 г. (рис. 1.4). Целью стремления к низким профилям шин явилось увеличение площади контакта с дорогой, что улучшает боковую устойчивость, тягово-сцепные свойства и продлевает срок службы шин. Преимущества радиальных шин проявляются в большей степени от того, что их изготавливают низкопрофильными.

Пневматическая шина в 70-е годы достигла уровня совершенства, который трудно было представить в 50-е годы. Удовлетворялись потребности автомобилистов в увеличении безопасности езды и снижении расхода топлива. Именно в 70-е годы произошел быстрый переход легкового транспорта на радиальные шины, которые к концу этого десятилетия стали использоваться практически по всему парку, что сопровождалось увеличением срока службы.

В 80-е годы появилась конструкция шины фирмы «Континенталь» с креплением на Т-образном ободе колеса (рис. 1.5), обеспечивающая безопасное движение на небольшой скорости даже при спущенных шинах. Фирма рассчитывает на массовое освоение производства таких шин в 90-е годы. Значительно продвинулись опытно-конструкторские и промышленные работы по изготовлению шин методом литья или жидкого формования из олигомеров. Если этот метод сможет обеспечить достаточно высокие свойства шип сложной конструкции, то в перспективе можно ожидать кардинальных перемен.

Дальнейшее усовершенствование шин идет и в направлении применения более современных материалов, уменьшения содержания резины в каркасе, повышения прочности корда, снижения слойности каркаса, улучшения связи корда с резиной, создания шип с малой высотой и большой шириной профиля, увеличения насыщенности рисунка и применения ребристых и комбинированных рисунков протектора.

Усовершенствование шин направлено также на увеличение срока службы, допускаемых нагрузок, упрощения технологии производства, улучшения ряда технико-экономических показателей шин, увеличения безопасности движения транспортных средств.

Современное развитие шин характеризуется широкой специализацией в соответствии с их назначением. До недавнего времени наибольшее внимание уделялось улучшению конструкции обычных диагональных шин. За последние 20 лет масса таких шин уменьшилась на 20-30%, грузоподъемность повышена на 15-20%, срок службы увеличен на 30-40%, сопротивление качению уменьшилось на 10-1,5%, дисбаланс и биение шин уменьшены на 15%, повысились тягово-сцепные качества. Однако ряд зарубежных фирм считает ненужным в дальнейшем развивать работы по совершенствованию диагональных шин, так как заложенные в конструкцию таких шин возможности почти полностью исчерпаны.

В настоящее время большое внимание обращено на развитие и совершенствование конструкции радиальных шин, как наиболее перспективных.

Большое внимание уделяется разработке конструкции бескордных шин. Эти шины изготавливаются из однородной резино-волокнистой массы методом шприцевания или литьем под давлением. В опытном производстве бескордных шин достигнуты определенные успехи. Технические решения по созданию бескордных шин значительно упростят технологию производства шин.

Наиболее перспективными в настоящее время считаются радиальные бескамерные однослойные шины из металлокорда, предназначенные для монтажа на полуглубокие ободья с низкими закраинами.

Статьи

Автомобильная шина — один из наиболее важных элементов колеса, представляющая собой упругую резино-металло-тканевую оболочку, установленную на обод гусеницы. 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

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 Париж—Бордо у них будут готовы пневматические шины для автомобилей и сдержали своё обещание. Несмотря на многочисленные проколы, автомобиль преодолел расстояние в 1200 км и достиг, среди девяти других, финиша своим ходом. В Англии в 1896 году шинами «Данлоп» был оснащён автомобиль Ланчестер. С установкой пневматических шин существенно улучшились плавность хода, проходимость автомобилей, хотя первые шины были ненадёжны и не приспособлены к быстрому монтажу.

В дальнейшем основные изобретения в области пневматических шин были, прежде всего, связаны с повышением 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

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.

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(как на схеме, позиция № 3). 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, в зависимости от назначения шины различается. 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 бoльшим 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 резиной (для 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).