Скользкая тема. Устройство и принцип работы шипов в зимних шинах
Идея оснастить колеса острыми элементами, цепляющимися за лед, возникла сравнительно давно – еще в XIX веке были попытки снабжать подобием шипов колеса повозок и карет. В 30-е годы XX века начались активные эксперименты в автоспорте – гонщики пытались кустарным способом модифицировать колеса для зимних состязаний. Однако острые спортивные «гвозди» были практически непригодны для дорог общего пользования. Первой серийной легковой шипованной шиной принято считать модель Kometa-Hakkapeliitta компании Nokian. Когда к созданию шипованных шин подключились ведущие шинные компании, эволюция шипа заметно ускорилась.
Партнерский материал
Поначалу конструкторам приходилось решать множество технических задач. Наиболее распространенной проблемой оказалась коррозия – многие металлические сплавы не выдерживали постоянного контакта с мокрой поверхностью, а если дорога еще была щедро удобрена солью и реагентами, то жизнь шипа и вовсе оказывалась короткой. К тому же стальные шипы существенно увеличивали вес шины, а следовательно, и неподрессоренные массы. Использовать легкие и малочувствительные к ржавчине металлы вроде алюминия не получилось, поскольку мягкий материал очень быстро стирался, по той же причине потерпели неудачу эксперименты с пластиком. Близкой стала проблема с посадочным местом шипа – под воздействием постоянных нагрузок оно расширялось, ослабляя посадку, между шипом и протектором попадали вода, грязь и реагенты, еще больше усиливая воздействие коррозии.
Постепенно конструкторы пришли к комбинированному решению – тело, то есть корпус шипа, стали делать из легкого устойчивого к коррозии, чаще алюминиевого, сплава, а наконечник – из твердосплавного материала, как правило, с примесью карбида вольфрама. Чтобы шип не расшатывался и не вырывался из гнезда, его корпус обычно делают двухфланцевым, а между фланцами находится более тонкая соединительная ножка. Широкий верхний фланец обладает большой площадью опоры и препятствует чрезмерным колебаниям, а широкий и плоский нижний фланец удерживает шип в протекторе. К примеру, такое решение применяется в шипе Ice Force, который устанавливается в зимнюю шину Toyo Observe Ice-Freezer.
Для успешной работы шипа в течение всего срока службы важно и соответствующее отношение со стороны автовладельцев. Прежде всего, новые шипованные шины нуждаются в обкатке для окончательной фиксации в гнезде. Поэтому первые 500 километров следует ездить, избегая резких маневров, и держать скорость не выше 100 км/ч.
В последнее время разработчики все чаще экспериментируют с формой наконечника шипа, стремясь улучшить проникающий эффект и дифференцировать нагрузку в продольном и поперечном направлении. Встречаются квадратные, овальные и даже крестообразные наконечники. В шипе Ice Force от Toyo Tires основная рабочая часть наконечника сделана пятиугольной, а на ее вершине расположен еще один четырехугольный выступ. Это позволило увеличить количество острых углов и сцепных кромок, значительно улучшив проникающее действие шипа. В результате шип Ice Force обеспечивает хорошую разгонно-тормозную динамику, работая в продольном направлении, а также боковую поддержку, существенно облегчая прохождение поворотов.
Но, разумеется, сцепление зависит не только от формы шипов, но и от их количества, и расположения в протекторе. В современных шинах этот параметр все чаще подбирается с помощью компьютерного моделирования, например, технологии T-MODE от Toyo Tires. В новой шине Observe Ice-Freezer разработчики применили 28-рядную ошиповку, что позволило не только улучшить сцепление с дорогой, но и снизить шум благодаря равномерному распределению шипов.
Эффективность работы шипов во многом зависит от окружающей температуры. Считается, что лучше всего они проникают в лед при умеренном холоде. Когда воздух остывает ниже -25 градусов, то лед становится существенно прочнее, и шипам сложнее его прокалывать. Преимущества здесь у моделей с оптимальной формой наконечника, обладающего острыми гранями, как, например, у шипа Ice Force, а также у шин оснащенных мягкой и эластичной резиновой смесью, сохраняющей свои характеристики при сильном морозе, что позволяет резине облегать микронеровности ледяной дороги. Эффект возрастает, если резиновая смесь дополнена абразивными элементами – такими свойствами, в частности, обладает упомянутая выше шина Toyo Observe Ice-Freezer с технологией Microbit, ее суть с том, что в резину добавлена измельченная скорлупа грецкого ореха, частицы которой повышают сцепные свойства шины на льду. Такое технологическое решение родилось, когда в Японии запретили шипованные шины и инженеры искали новые способы повысить сцепление на льду. Оказалось, что скорлупа грецкого ореха – материал более твердый, чем лед, и ее острые частицы способны эффективно царапать ледяную поверхность. В то же время скорлупа мягче асфальтового покрытия и не наносит ему вреда.
Как работают шипы в зимних шинах?
По назначению, составу, внешнему виду и характеристикам резина делится на: летнюю, зимнюю и всесезонную. Зимняя бывает с шипами и без (ее называют «липучками»). Особенность зимних покрышек – более мягкая резина, глубокий протектор с большим количеством ламелей, специальные металлические шипы.
Во всех ли случаях автомобилю нужны шипованные шины и на какой дороге стоит применять шипы, расскажем в статье.
КОНСТРУКТИВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ
Шипы состоят из корпуса и твердосплавной вставки. При помощи корпуса шипы вставляются в шины, специальная вставка отвечает за сцепление с дорогой. Шипы отличаются формой и составом. С точки зрения изготовления проще вставлять шипы с круглым корпусом, но производители предпочитают делать более сложные варианты, так как ширина и форма позволяет оптимизировать те или иные характеристики шины на льду, в том числе: торможение, управляемость и разгон.
Производители выпускают шипы разных форм от простейших круглых до сложных многогранников. По структуре сцепные элементы делятся на однофланцевые, двухфланцевые и трехфланцевые элементы шиповки. Однофланцевые считаются устаревшими типами, для легковых автомобилей чаще всего применяют двухфланцевые, а трехфланцевые подойдут для грузовиков. Их рабочий ресурс меньше однофланцевых, изделия чаще выпадают из посадочного места шипов.
ИЗ ЧЕГО СДЕЛАНЫ ШИПЫ ДЛЯ ШИН?
Изначально все сцепные элементы производились из стали, но затем законодатель закрепил в нормативных актах установленный вес изделий и запретил использование покрышек с более тяжелыми сцепными элементами. Производители пробовали разные варианты, в том числе и корпус из пластмассы, но наилучшие эксплуатационные характеристики продемонстрировал корпус из алюминия с тефлоновым напылением: легкий, надежно крепится к покрышкам, почти не подвержен коррозии. Вставка более прочная и твердая, производится из карбида вольфрама, с различными добавками для улучшения показателей твердости.
Выбор зимних шин с шипами
Каждый здравомыслящий автовладелец знает, что в зимнее время года необходимо использовать соответствующую сезону резину. Однако зимняя резина может быть как с шипами, так и без них, поэтому очень важно сделать правильный выбор, так как ездовые качества данных покрышек существенно отличаются.
Что такое шипы и зачем они нужны?
Шипы представляют собой металлические элементы, включённые в протекторный рисунок. Их основная задача — обеспечить дополнительное сцепление с обледенелой поверхностью. За счёт наличия острых кромок шипы прекрасно цепляются за лёд, позволяя автомобилю сохранить траекторию движения, а также обеспечивают короткий тормозной путь и уверенный разгон. Шипы противоскольжения эффективны не только на дорогах, покрытых слоем льда, не менее полезны они и на трассах укрытых укатанным снегом с твёрдой коркой. На рыхлом снегу, вопреки распространённому мнению, шипы абсолютно не работают. Использование шипованной резины на обледенелых дорогах позволяет сделать поведение автомобиля более предсказуемым, тем самым существенно повышает уровень безопасности вождения.
Однако помимо неоспоримых достоинств, шины с шипами обладают и рядом недостатков. Во-первых, на мокрой дороге и на асфальте такие покрышки продемонстрируют более длинный остановочный путь. Во-вторых, несмотря на все современные технологии, шины с шипами издают шум, несколько труднее балансируются и обладают меньшим комфортом, чем их «не шипованные» собратья. В-третьих, такие шины требуют особого внимания и ухода, иначе шипы долго не проживут.
Таким образом, шины с шипами актуальны только в том случае, если большую часть зимы все дороги покрыты осадками, и столбик термометра стабильно держится ниже отметки в ноль градусов. В противном случае, лучше отдать свое предпочтение не шипованной зимней резине.
Если же необходимость использования шипов есть, то для начала рекомендуем ознакомиться с некоторыми нюансами выбора. А именно, существует два типа резины с шипам:
— с заводской ошиповкой, в данном случае шипы особой конструкции устанавливаются заводом-изготовителем по специальной технологии;
— с возможностью ошиповки, то есть производитель предусмотрел только места посадки шипов, сами шипы автолюбитель может установить по желанию на шиномонтаже;
Первый вариант является более предпочтительным, так как установленный производителем шипы, как правило, служат намного дольше.
Особенности эксплуатации шипованной зимней резины.
1. Шипованную резину следует одевать на все четыре колеса авто, иначе нельзя будет гарантировать предсказуемое и безопасное поведение на дороге. Кроме этого, если резина направленная, то очень важно правильно поставить колеса, так чтобы направление вращение совпадало со стрелкой на боковой поверхности шины.
2. Для того чтобы сполна насладиться безопасной ездой на шипах, необходимо провести грамотную обкатку, а именно, в течение первых нескольких сотен километров следует избегать резких стартов, пробуксовок, торможений «в пол», а также не превышать отметку на спидометре в 90 км/час.
3. Всем известно, что для того чтобы износ на всех четырёх колёсах был равномерный, нужно каждый 10 тысяч выполнять их перестановку. Причём для шипованной резины есть свой нюанс — в течение всего срока службы шипованное колесо должно вращаться в одном направлении, иначе шипы могут выскочить. То есть можно менять местами переднее левое с задним левым и соответственно переднее правое с задним правым, и никак иначе.
4. Чтобы шипы долго служили, следует постоянно контролировать давление, так как на приспущенных колёсах пятно контакта нарушается, и нагрузка на шип возрастает.
При соблюдении всех вышеприведённых рекомендаций, шипованные шины без проблем будут выполнять свои обязанности в течение всего своего срока службы.
Плавающие шипы — миф или правда?
Представьте шины-трансформеры. Они «чувствуют» лёд и «выстреливают» в него шипами, когда это необходимо. А на асфальте шипы «втягиваются». Нет чрезмерного износа, улучшается управляемость, снижается сопротивление качению.
К сожалению, это лишь мечта. «Чувствующих» шипов пока не изобрели, хотя попытки были. Самая известная из них производилась концерном Continental, которые выпустили экспериментальную партию зимних шин, шипы которых представляли собой сложную конструкцию из стального сердечника и полимера на мягком резиновом основании. На льду основание «выталкивало» сердечник, а на ровном асфальте он утапливался. Жаль, но подобрать такую рецептуру резиновой смеси, чтобы «плавающие» шипы работали в любых условиях оказалось невозможно, а полимерный «стакан», в котором двигался стальной сердечник, очень быстро забивался грязью и песком и шипы переставали работать. Тем не менее, многие производители оценили рекламный эффект нововведения. Под сурдинку «плавающих» шипов подстроился как и сам Continental, так и конкуренты. Continental разработал новый тип шипов с пластмассовой окантовкой и их по инерции стали называть «плавающими». При этом слухи поддерживались не без участия самого концерна. Не отстали и шинники из Nokian. К сожалению, идею с пластмассовой окантовкой шипа им использовать в своих шинах было невозможно – патентное законодательство на такие вещи смотрит строго. Поэтому им осталось «сыграть» лишь на мягком резиновом основании, которое якобы находится под шипом и выполняет роль регулятора высоты (для справедливости заметим, что технологию ошиповки с мягким основанием под шипами применяет не только Nokian – см. рисунок). К сожалению, независимых исследований пользы такой технологии, да и вообще её наличия, не проводилось. А вот насчёт «плавания» шипов вердикт однозначный – технология Nokian увеличивает ходимость шипов при ПРАВИЛЬНОЙ ошиповке, но никак не способствует эффекту самоподстройки шин под покрытие. То же самое можно сказать и о «плавающих» шипах от Continental. Так что в шиповке самое главное (извиняемся за каламбур) – это правильная шиповка хорошими (рекомендованными производителем) шипами. А всякие «плавающие» и «кошачьи» шипы – всего лишь маркетинг.