Оболочка для воздуха
Современная шина – взгляд изнутри

Пневматическая шина – не только важнейшая часть колеса, которая должна смягчать и поглощать толчки и удары, воспринимаемые колесом от дороги. Это еще элемент, обеспечивающий надежное сцепление с поверхностью дороги и снижающий шум движения автомобиля. Взаимодействие шины с опорной поверхностью оказывает значительное воздействие на тяговые и тормозные качества, топливную экономичность, проходимость, устойчивость, управляемость, плавность хода и другие свойства колесного транспорта. В последние годы повышенное внимание уделяется экологии (в том числе – снижению шумового воздействия на окружающую среду), комфортности условий труда и снижению вредных воздействий машины на человека. Все это напрямую зависит и от шин.

Надо сказать, что автомобильные шины удовольствие не дешевое. Нередко стоимость комплекта шин превышает 20% первоначальной цены машины, а затраты на восстановление достигают 10...15% общих расходов. Объясняется это тем, что шина – сложное многокомпонентное изделие, в котором помимо резины, получаемой из синтетического и натурального каучука, используется много других составляющих.

Крупными потребителями шинной промышленности являются легковые и грузовые автомобили. И те, и другие комплектуют шинами, довольно заметно различающимися и по размерам, и по нагрузочной способности, и по скоростным режимам.

Современная шина – взгляд изнутри

По назначению шины подразделяют на множество групп, например, для грузовиков, сельскохозяйственные, для лесного хозяйства, промышленные, для погрузчиков, спецназначения, легкогрузовые, грузовые, с регулируемым давлением и т. д. По габаритам (ширине профиля и посадочному диаметру) различают шины малогабаритные с шириной профиля не более 200 мм (10 дюймов) и посадочным диаметром не более 457 мм (18 дюймов), среднегабаритные (200...350 мм (7...14 дюймов) и не менее 457 мм (18 дюймов)) и крупногабаритные (350 мм и более независимо от посадочного диаметра). шины также классифицируют по форме профиля, конструкции, климатическому исполнению и др.

По способу герметизации шины делятся на камерные и бескамерные. Бескамерная шина – это покрышка с герметизирующим резиновым слоем толщиной 1,5...3,0 мм, покрывающим внутреннюю поверхность. Камерные шины состоят из камеры, покрышки и ободной ленты.

Камера, изготавливаемая из высокопрочной резины, это не что иное как тонкостенная тороидальная оболочка, в которую накачивают воздух. Ее толщина для шин грузовиков составляет 2,5...5,0 мм. Для поступления и выпуска воздуха в камере есть специальное устройство – ниппель с обратным клапаном. Это нехитрое устройство, как известно, пропускает воздух в камеру и не пропускает в обратном направлении. Размер камеры всегда меньше внутренней полости соответствующей ей по типоразмеру покрышки, это исключает образование складок на камере в накачанном состоянии.

Ободная лента устанавливается между ободом колеса и камерой. Эта резиновая профилированная лента, имеющая форму кольца, предохраняет камеру от повреждений и трения об обод колеса и борта покрышки. Ее толщина в средней части – 3...10 мм и уменьшается к краям до 1 мм.

Покрышка воспринимает давление сжатого воздуха на стенки камеры, защищает ее от повреждений и обеспечивает сцепление шины с опорной поверхностью. Покрышка представляет собой сложную резинотканевую конструкцию, состоящую из каркаса, протектора, подушечного слоя (брекера), боковины и борта.

Каркас – главный силовой элемент покрышки и самая дорогостоящая ее часть – состоит из нескольких слоев, от 2-х до 16-ти и более, прорезиненной ткани – корда. Чем больше грузоподъемность и прочность шины, тем больше в ней слоев корда. Кордные слои каркаса закрепляются на проволочных бортовых кольцах. В качестве материала для кордной ткани применяют хлопковую бумагу, вискозу, полиамидные смолы, капроновые нити, нейлон и стальную проволоку диаметром 0,15...0,25 мм. Иногда металлический корд комбинируется с неметаллическим. При использовании металлического корда число слоев в шинах меньше. У цельнометаллокордных шин (ЦМК) более высокая грузоподъемность, долговечность и износостойкость, а кроме того, они более устойчивы к проколам. Вместе с тем металлокордные шины, в первую очередь для пикапов и легких фургонов, обычно более чувствительны к ударам при прохождении профильных препятствий, отчего могут деформироваться. Более того, при повреждениях, в том числе несквозных, а также при попадании влаги проволоки стального корда разрываются и корродируют, что приводит к тому же результату, а их проникшие сквозь резиновый слой концы легко прокалывают камеру. Самое грустное в том, что с этим ничего нельзя поделать.

Американская компания Continental General Tire Inc. (CGT) разработала корд Aralon®. Нить корда Aralon состоит из двух арамидных нитей, свитых с одной нейлоновой нитью. Сочетание этих двух материалов и придает Aralon высокую прочность. Внедорожные шины компании CGT с брекером из Aralon имеют порезостойкую конструкцию (CRB – Cut Resistant Breaker).

Протектор – это толстый, износостойкий и прочный слой резины в верхней части покрышки. Он защищает элементы покрышки от контакта с дорогой и обеспечивает сцепление шины с опорной поверхностью. Протектор, ширина которого обычно составляет 0,7...0,8 ширины профиля шины, состоит из тонкого подканавочного слоя и толстой расчлененной части – рельефного рисунка. Чем более развит и рельефней рисунок протектора, тем выше сцепные свойства. Однако при сильном расчленении рисунка нарушается равномерность качения колеса и возрастает расход топлива на дороге с твердым покрытием. Поэтому рисунок протектора шин сильно разнится в зависимости от назначения шин: дорожный, универсальный, повышенной проходимости, карьерный и зимний. Стоимость протектора составляет около десятой части цены покрышки. Долговечность его значительно ниже, чем остальных элементов. Не случайно современные автомобильные шины спроектированы так, чтобы можно было их восстанавливать, наваривая новый протектор или нарезая канавки.

Эту же задачу решают шины со съемным протектором, армированным металлическим кордом, которые, правда, применяют довольно ограниченно. Съемный протектор состоит из одного, двух или трех колец. Каждое из протекторных колец с резиновыми герметизирующими буртиками монтируют на посадочную часть корпуса шины между направляющими ребордами. При накачивании шины воздухом происходит увеличение наружного диаметра каркаса, в результате обеспечивается плотная посадка протекторных колец. Протекторные кольца при двух- или трехразовой замене увеличивают пробег шин.

Кроме традиционного получил распространение направленный рисунок протектора: когда направление вращения шины строго определено. Совсем недавно шинники подарили автомобилистам резину с асимметричным рисунком протектора, разделенным в продольном направлении на две части. Как правило, одна из них лучше взаимодействует с сухим асфальтом, а другая эффективней на мокрой поверхности. Асимметричный рисунок не позволяет переставлять колеса с одной стороны автомобиля на другую, зато при этом повышается безопасность движения, улучшается плавность качения и уменьшается шум.

Брекер не зря называют подушечным слоем. С одной стороны, этот элемент служит для усиления каркаса, с другой – смягчает воздействие ударных нагрузок и способствует более равномерному распределению усилий, действующих на шину в продольном и поперечном направлениях. Выполняется брекер резиновым или резинокордным, а также изготавливается из металлокорда, реже – из полиамидных волокон.

Известны также конструкции шин с резаной проволокой под протектором – это специальная резиновая прослойка между протектором и брекером, усиленная нарезанной проволокой. Такая конструкция имеет следующие преимущества:

• защищает от порезов, а следовательно, снижает затраты на ремонт и повышает общую производительность машины;
• препятствует увеличению в размерах небольших порезов;
• предупреждает попадание внутрь шины воды, пыли, грязи и мелкого щебня, что может привести к повреждению шины;
• шина подлежит восстановлению методом наварки благодаря отсутствию порезов.

Боковина представляет собой резиновый слой, покрывающий боковые стенки каркаса и предохраняющий его от влаги и механических повреждений. В зависимости от типа и размера шин толщина боковины составляет 1,5...3,5 мм, у арочных шин – до 10 мм. Боковина выполняется заодно с протектором, и на нее наносят информацию о шине.

Борт, являющийся жесткой конечной частью покрышки, служит для крепления ее на ободе колеса. Он образуется из крыльев, обернутых концами слоев корда, в зависимости от числа которых в борте используют одно, два или даже три крыла. Каждое их них состоит из нерастяжимого бортового кольца, выполненного из стальной проволоки, твердого профилированного резинового шнура, обертки и усилительных ленточек. Металлическое кольцо придает борту необходимую жесткость и прочность, а резиновый шнур – монолитность.