Из чего состоят автомобильные шины
Вот как изготавливаются шины для колес наших автомобилей. Хотя используется синтетический каучук, он еще не сравним с натуральным, поэтому до глобального изменения конструкции шин еще далеко.
Как шины стали достижением инженерной мысли
Говорят, что от нелепого до удивительного всего один короткий шаг. В конце XIX века гениальный шаг Джона Данлопа мог показаться абсурдным — наложение слоя мягкой резины на жесткую шину. Другие инженеры того времени работали над усовершенствованием колеса — шланг превращался в резиновую пустоту, затем отсоединялся от жесткой части, изготавливалась автомобильная шина, все воссоединялось и устанавливалось на оси автомобиля. В общем, было сделано много шагов, прежде чем автомобильная шина была признана уникальным произведением инженерной мысли. О том, как производятся шины сегодня, читайте в этой статье.
Современная шина состоит из большого количества слоев, обладающих различными свойствами: защищающих, предотвращающих, усиливающих те или иные характеристики шины или воздействие внешней среды. Слои изготавливаются из специальных компонентов, волокон, швов, а затем все они располагаются в определенном порядке, соединяясь вместе и образуя монолитное изделие, развивающее высокую скорость и прочность, способное противостоять законам трения, качения и износа. За производственным процессом стоят тысячи инженеров, технологов, логистов и представителей других технических и инженерных профессий. Они участвуют в подготовке к производству резины в каждом новом цикле, как рабочих моделей, так и новых изделий. Все начинается с проектных расчетов.
Проектирование шин
Современные вычислительные методы необходимы для создания дизайна резины с учетом влияющих факторов и оптимальной формы. Ведущие производители Goodyear, Pirelli, Cooper, Yokohama, Hankook и другие используют программный пакет ABAQUS в качестве стандарта для проектирования шин и подготовки производства, обеспечивая надежные результаты. Пакет работает как модульная система, с одновременными расчетами во всех областях характеристик резины. Расчет конструкции представляет собой очень сложный процесс из-за ее геометрической формы и влияния разнонаправленных нагрузок на каркас шины в движении и в статике. Рассчитываются необходимые свойства материалов слоев для выдерживания возможных физических нагрузок.
Расчет основных решений в ABAQUS включает в себя два основных модуля Standard и Explicit, а также дополнительные модули Aqua, Design и Safe, которые решают конкретные задачи. Эти модули интегрируются друг с другом и обеспечивают требуемый или оптимальный результат на данном этапе.
Модуль Standard используется для решения задач, связанных с установкой обода, накачкой шины и статическими нагрузками при контакте с дорогой, а также задач непрерывного качения. Он способен моделировать поведение шин как на испытательном стенде, так и на ровной дороге при неблагоприятных дорожных условиях.
Explicit рассчитывает пути торможения и разгона, преодолевает неровности и дорожные неровности и рассчитывает износостойкость шин. Он также учитывает аквапланирование и акустику.
При производстве шин компьютер выполняет расчеты и анализы:
- комбинацию натурального и синтетического каучука, смол и кордов и рассчитывает свойства каждого слоя корда
- учитывает функцию резины в сочетании с кордами, оптимизирует структуру резины, рисунок протектора,
- пересчитывает эксплуатационные параметры шины, доводя готовый продукт до современных стандартов.
Программное обеспечение переносит результаты решения аналитических задач в трехмерное изображение, моделируя реакцию резины на условия эксплуатации при заданной скорости и статической нагрузке. На основе расчетов проектной шины составляется задание на подготовку производства.
Что такое резина?
Вы, конечно же, знаете — основным ингредиентом резины является каучук, который представляет собой очень натуральный материал, добываемый из каучуковых деревьев. Эти деревья растут на юге Африки уже очень давно, и их возраст трудно подсчитать. Однако европейцы познакомились с ними в 16 веке, когда Христофор Колумб вернулся на свою родину.
Если мы разложим слово ‘КАУЧУК’ на составные части, то получим ‘КАУ’ — растение, дерево, ‘УЧУ’ — плакать, течь. То есть дословно оно переводится как ‘плачущее дерево’, с языка индейцев Амазонки. Однако существует и научное название — КАСТИЛЛА, которая растет на берегах Амазонки в непроходимых джунглях.
‘КАСТИЛЛА’ — это очень высокое дерево, вырастающее до 50 метров в высоту и цветущее круглый год. Кожица, листья и соцветия очень богаты так называемым млечным соком, который содержит натуральную камедь. Поскольку эти деревья очень большие, ветви или цветы часто отламываются, и дерево ‘выплачивает’ этот сок в месте поломки.
Вторым по величине деревом, содержащим такой сок, является дерево ГЕВАЙЯ, которое также вырастает до 40-50 метров. Когда оно достигает возраста 9-10 лет, на его стволе появляется V-образная выемка, из которой начинает сочиться натуральный каучук. При контакте с воздухом каучук становится липким.
Это два основных растения, из которых получают натуральный каучук. В Центральной Азии, а также на побережье Южной Америки, в Бразилии, Перу и Шри-Ланке, есть плантации этих деревьев, которые существуют только для одной цели — добывать этот сок! Это уже давно стало известным бизнесом.
В пятерку самых ‘популярных’ растений также вошли МАНИОКА, СОЛНЕЧНОЕ ДЕРЕВО и кустарник ИН-ЦИ. Все они являются источниками для последующего производства каучука.
Производство каучука
И вот мы подошли к самой интересной части — производству самого каучука, причем не обязательно автомобильных колес, в наши дни каучук используется везде, даже в резинке для волос.
После сбора каучукового сока предстоит пройти долгий путь производства каучука. Первоначально он используется для производства латекса, который является промежуточным продуктом. Однако чистый латекс сегодня используется повсеместно — от медицины до промышленности.
Сок заливают в большие чаны и смешивают с кислотой, обычно в течение 10 часов. По истечении этого времени он затвердевает. Таким образом, образуется латекс.
Затем его пропускают через специальные валики, удаляя лишнюю влагу. В результате получается достаточно длинная и широкая лента.
Эту ленту пропускают под специальными ножами и измельчают. Если посмотреть на этот состав, то он похож на пережаренный омлет.
Эта воздушная масса выпекается в больших печах при довольно высокой температуре — 13 минут. Теперь она податливая и похожая на бисквит, ее прессуют в блоки и отправляют на производство.
Конечно, вы не найдете точной формулы изготовления резины, не говоря уже о шинах, все это держится в строжайшем секрете. Однако суть процесса не изменилась за последние 100 лет и хорошо известна всем.
Для производства каучука необходимо взять брикеты латекса и вулканизировать их. Также добавляется сера и другие ‘скрытые’ ингредиенты. Все это добавляется в специальный котел, нагревается, перемешивается, и после таких манипуляций получается каучук.
Как только она нагревается до 120 градусов, ее раскатывают специальными валиками в тонкие полоски. Там же она охлаждается.
Производство шин
Производители шин уделяют большое внимание трем основным характеристикам шин, которые отвечают за безопасность автомобиля. Помимо повышенной износостойкости, важным фактором является сцепление с дорогой. Автомобиль не всегда ездит по автомагистралям. Поэтому шины должны быть устойчивы к истиранию дорожных материалов. Кроме того, они не должны превышать предельную скорость, указанную в технических характеристиках.
Разработчикам шин приходится сочетать эти различные характеристики. В процессе производства используются новейшие химические тесты и технологические разработки. Производитель должен учитывать потребности потребителей своей продукции, поэтому к разработке новых моделей привлекаются специалисты из различных научных и технических областей.
Процесс производства шин делится на четыре основных этапа:
Производство резиновой смеси. Резиновая смесь является основой автомобильной шины и, следовательно, ее самой секретной частью. Помимо технического углерода, кремниевой кислоты и натурального или синтетического каучука, она может содержать до 20 дополнительных элементов. Состав смеси является собственностью производителя. Сажа составляет около 25-30% смеси. Он придает прочность и помогает структуре выдерживать высокие температуры. В смесь также может быть добавлена кремниевая кислота. Это повышает безопасность при движении по мокрой дороге. Однако некоторые производители отказываются добавлять этот ингредиент, считая, что он не способствует долговечности шины.
Создание основных компонентов шины . Протекторная лента формируется на специальных червячных станках. Профиль создается путем напыления горячей ленты. Затем заготовка охлаждается водой и режется по размерам будущих шин. Для каркаса и брекера используются высокопрочный металлокорд и прорезиненная ткань. Жесткая часть (фланец и крыло) изготавливается из прорезиненной проволоки. Эта деталь не растягивается и предназначена для крепления к ободу колеса.
Летние и зимние шины
Автомобилисты часто задаются вопросом, из чего состоят летние и зимние шины. Основное различие заключается в использовании разных типов резины. Летние шины обычно изготавливаются из синтетической резины. Она более жесткая и больше подходит для летних дорог. В зимних шинах используется натуральный каучук. Он делает шину более мягкой и не твердеет на сильном морозе. Шины также должны быть оснащены протектором. Зимние шины используются на всех типах транспортных средств: легковых и грузовых автомобилях, фургонах и мотоциклах.
При покупке новых или подержанных шин для вашего автомобиля обратите внимание на следующие моменты
возраст изготовления
степень износа;
отсутствие сколов, порезов и трещин.
На сцепление с дорогой указывает мягкость протектора. При нажатии протектор не должен проваливаться. Шина должна слегка прилипать к земле. Только в этом случае обеспечивается хорошая гибкость.
Следует выбрать тренажер:
Отзывы:
Взяла автошколу, там были инструкторы, на тот момент я думала профессионалы, пока не встретила Асю. Занятия меня приятно удивили, настолько все было грамотно. До нее я боялась идти на экзамены, но после двух занятий с Асей я пошла и уверенно сдала! Ася, спасибо тебе большое! Рекомендую.
Выражаю свою благодарность Светлане! Она научит меня всему, если что-то не получается, объяснит и переделает, пока маневр не станет идеальным. Спасибо за терпение и дружескую атмосферу за рулем.
Огромное спасибо Азии за подготовку меня к экзамену: легкая, дружелюбная, непринужденная подготовка, при этом отработка всего маршрута до совершенства! Не только профессионал, но и ваш самый большой помощник на всех этапах обучения. Ася не только информирует вас о последних обновлениях маршрутов, о которых многие люди в принципе не знают, но и всегда присылает вам дополнительные материалы, имеющие отношение к экзамену. Если вы уже испытали некоторое разочарование от общения с инструкторами, я искренне желаю вам попробовать учиться с Асей: вы не только проработаете все волнующие вас вопросы, но и получите поддержку и понимание со стороны инструктора в любой ситуации. Сегодня я сдала экзамен в ГИБДД, и все благодаря урокам Аси! Желаю вам всего наилучшего в учебе, а Асе — много благодарных учеников.
Химический состав
Основным материалом является резина. Она бывает разных материалов и может быть изготовлена из синтетического или натурального каучука. Самые распространенные шины сделаны из синтетического каучука, потому что его легко разрабатывать, он намного дешевле и имеет такое же качество, как и натуральный каучук.
Натуральный каучук производится из высушенного сока (латекса) бразильского растения гевеи, а также содержится в некоторых видах сорняков и одуванчиков. Он не часто используется в производстве, поскольку слишком дорог. Современные скоростные шины, с другой стороны, состоят из синтетического каучука, получаемого из нефти. Существуют десятки различных синтетических каучуков. Каждый из них имеет свои свойства и назначение.
Некоторые производители добавляют в зимние шины натуральный каучук и кремнезем, чтобы повысить их эластичность при низких температурах.
Вторым по распространенности является технический углерод. Он составляет около 30% смеси и придает шине специфический цвет. Для чего используется углерод? Это связующее вещество в составе смеси (влияет на износостойкость), которое действует на молекулярном уровне. Без использования сажи шины были бы эфемерными, хрупкими и подверженными высокому износу протектора.
Вместо сажи используется сера. Но выбор компонента — это вопрос стоимости. С технологической точки зрения разница невелика. Добавка — это вулканизирующий агент. Он связывает молекулы полимера с помощью ‘мостиков’, образуя пространственную сеть. Пластичная сырая резиновая смесь превращается в эластичную и прочную резину.
Кремниевая кислота используется в качестве замены сажи из-за ограниченного доступа к источникам природного газа в Европе. Она не обеспечивает такой высокой прочности, как сажа, но улучшает сцепление шины с мокрой дорогой. Он также менее склонен к истиранию резины в процессе эксплуатации шины. Это свойство менее вредно для окружающей среды. Черное пятно на дороге — это сажа, стертая с шин. В рекламе шины с кремниевой кислотой называют ‘зелеными’ шинами.
Что такое присадки
В качестве присадок при производстве компаундов используются различные масла и смолы. Они обладают смягчающим эффектом, что особенно важно при производстве зимних шин. Они обозначаются как смягчители и выступают в качестве вспомогательных материалов. Ходовые качества и долговечность шины в значительной степени зависят от достигнутой твердости.
Активаторы вулканизации, такие как оксид цинка и стеариновые кислоты, а также ускорители инициируют и регулируют процесс горячей вулканизации (под давлением и при высокой температуре) и направляют реакцию между отвердителями и каучуком на создание пространственной решетки между молекулами полимера.
Тот факт, что резина содержит кукурузный крахмал, оливковое масло, активированный уголь или другие добавки, как это рекламируется, ничего не значит. Их количество в шине может составлять менее 1 процента. Важно придумать и затем воспроизвести рецептуру, в которой эти ингредиенты используются для обеспечения превосходных эксплуатационных характеристик. Не всем производителям удается это сделать.
Все автомобильные шины изготавливаются из резины или других материалов, но с добавлением каучука. Производители имеют свой оптимальный химический состав, который определяет различные свойства. Одна компания делает упор на долговечность, другая — на динамику движения, третья — на поведение на мокрой дороге. Все это определяет цену и качество шины.
Диагональные и радиальные конструкции
В шинах со смещенным слоем внутренние и внешние нити корда установлены поперечно под углом 35-38 градусов. Эти нити соединяют боковины шины по диагонали. Такие шины встречаются только на грузовиках и специальных автомобилях.
У радиальных шин корды расположены под прямым углом к бортам. Основными преимуществами являются хорошее сцепление, низкое сопротивление качению и более длительный срок службы. Радиальные шины являются более современными, чем шины со смещенным рисунком. Они используются на современных автомобилях. Они делают автомобиль более устойчивым на дороге, более экономичным и динамичным.
Протектор должен акклиматизироваться к неровностям дорожного покрытия — он должен быть достаточно гибким. Корд каркаса в небольшой степени препятствует этому. Однако деформация боковин шины нежелательна — она затрудняет управление.
Обозначение
- 185 указывает на ширину шины в миллиметрах,
- 60 — это отношение высоты шины к ее ширине в процентах,
- R означает радиальную конструкцию,
- 15 — монтажный диаметр в дюймах (один дюйм равен 2,54 сантиметра).
Заблуждение многих водителей заключается в том, что буква R в обозначении означает радиус. Эта буква не имеет ничего общего с цифрой 15. Она указывает на то, что данная шина имеет радиальную конструкцию, в отличие от устаревшей двухслойной. Число 15 — это диаметр обода колеса. 15 дюймов = 381 мм.
