Компоновка шин

На автомобилях используются две технологии Run Flat. Первая включает в себя усиление боковин. Благодаря увеличению жесткости боковин, именно они начинают воспринимать вес автомобиля, когда воздух спускается. Благодаря этой технологии на безвоздушном колесе можно преодолеть расстояние до 100 км на достаточно хорошей скорости — до 80 км/ч.

Строение автомобильной шины: от протектора до каркаса шины

Внутреннее устройство автомобильной шины не так просто, как кажется на первый взгляд. Она имеет многослойную структуру, которая обеспечивает шине плавность хода и дополнительную амортизацию.

Автомобильные шины — важная часть колеса. На первый взгляд может показаться, что все очень просто. Однако, если присмотреться к строению шины, то можно обнаружить, что она состоит из множества частей (борт, боковина, каркас шины и т.д.) и нескольких слоев, каждый из которых выполняет определенную функцию.

• обеспечение комфорта при вождении;
• обеспечивают хорошие тормозные и пусковые характеристики;
• способствуют хорошей амортизации автомобиля во время движения;
• обеспечивают плавность и прямолинейность движения; и другие.

Как видно, такая важная часть машины не может быть упрощена. Чтобы обеспечить выполнение всех вышеперечисленных пунктов, конструкция автомобильной шины и технология ее изготовления разрабатываются детально и очень подробно.

Внутренние слои протектора и шины имеют сложную структуру

Внешний слой: боковина, протектор и борт шины

Внешняя часть автомобильной шины покрыта слоем резины. Этот материал достаточно эластичен, но при этом прочен. Он не только служит дополнительной амортизацией, но и поглощает удары, вызванные мелкими камнями и ямами на дороге.

Верхняя рельефная часть шины называется протектором. Его функция заключается в обеспечении сцепления с дорогой и защите колеса от случайных повреждений. Существует три типа рисунка протектора шин:

1. Направленный. Элементы рисунка симметричны относительно продольного сечения шины. Обеспечивает хорошее сцепление на сухой поверхности.
2. Ненаправленная. Элементы рисунка симметричны относительно поперечного сечения шины. Хорошо отводит воду из-под колеса на мокрой дороге.
3. Асимметричный. Отсутствие симметрии в элементах рисунка. Иногда одна половина относится к первому типу, а другая — ко второму. Универсальный рисунок для всех условий.

Различия в рисунке протектора диктуют их назначение: зимние, летние, всесезонные. Шипованные варианты с глубоким рельефом подходят для холодного времени года, а летом достаточно ‘лысой’ резины.

Верхняя тяга проходит по боковине шины, что защищает внутренний каркас от повреждений и обеспечивает дополнительную устойчивость колеса. Кроме того, на ней нанесено обозначение шины и информация о модели. Жесткость боковины шины определяет устойчивость шины к проколам. Если боковина шины хорошего качества, она не гнется при сходе колеса, а сохраняет свою форму, что позволяет избежать проскальзывания.

Борт шины, дополнительно укрепленный бортовой лентой, обеспечивает плотное прилегание шины к ободу колеса. Поскольку борт шины максимально прижимается к ободу, он изготовлен из гибкой прорезиненной ткани или корда, что гарантирует плотное соединение и защиту от коррозии и попадания влаги.

Внутренняя структура

Структура автомобильной шины сложна, несмотря на ее простой внешний вид. Протектор шины имеет С-образное сечение, состоящее из нескольких слоев.

Кроме того, между последними слоями может использоваться подложка.

Каркас корда образует скелет шины. Основой каркаса является корд — прорезиненные слои нитей (хлопок, вискоза, нейлон, стальная проволока), покрывающие всю поверхность каркаса и расположенные определенным образом. Основа может состоять из одного или нескольких слоев шпагата.

Слоистая структура основы подразделяется на диагональную и радиальную. В первых используется смещенная слоистая структура. В радиальных шинах слоистые корды расположены перпендикулярно направлению вращения колеса. Шины со смещенными слоями сегодня практически не производятся.

Жесткий каркас — это слой слоеных нитей, который проходит не по всему каркасу шины, а только по беговой поверхности. В слое жесткости также используются более толстые нити, что повышает прочность конструкции шины и ее устойчивость к повреждениям. По сути, этот слой действует как армирующий слой между каркасом и протектором. Нити жесткости располагаются только по диагонали.

Протектор — это внешняя рабочая часть шины. Он представляет собой достаточно плотный слой резины, изготовленный из высококачественных материалов, рисунок которого образован углублениями в резине. Этот рисунок называется ‘протектор’, и он соприкасается с дорогой. Протектор не только обеспечивает достаточное сцепление с дорогой, но и выступает в качестве защитного слоя, предохраняя каркас от повреждений. Тип рисунка протектора влияет на сцепление и классифицирует их на дорожные, вездеходные и внедорожные шины.

Внешняя структура

При взгляде снаружи автомобильная шина состоит только из внешней структуры:

Борта обеспечивают надежную посадку шины на обод. Их жесткость обеспечивается соединенными по окружности армирующими кольцами из металлической проволоки. Если рассматривать поперечное сечение шины, то борта представляют собой С-образные вершины.

Боковины, то есть боковые части каркаса, покрыты дополнительным защитным слоем резины для предотвращения повреждения каркаса.

Кронштейны обеспечивают переход от боковин к дорожке качения. Кроме того, в случае деформации (наезд на препятствие, поворот) плечи участвуют в обеспечении тяги.

Плечи окаймлены протектором, который является основной беговой поверхностью, поэтому он имеет наиболее многослойную структуру.

Поперечное сечение шины выглядит следующим образом: к двум бортам присоединяются два борта, которые простираются до плеч, а те простираются до края одного протектора, который образует С-образную форму.

Колесный диск

Колесный диск состоит из двух компонентов: самого диска и обода. Существует четыре вида обода: стальной сварной (штампованный), легкосплавный (легкосплавный, кованый), композитный и составной обод. В первом виде диск и обод представляют собой два разных компонента, соединенных между собой сваркой. В литых ободах его компоненты образуют единую неразъемную конструкцию.

Третий тип — это так называемый композитный или разборный обод, который бывает двух- или трехкомпонентным. Они являются лучшими во всех отношениях, поскольку центральная часть обычно литая и позволяет выполнять любые конструкции, а обод — штампованный. Четвертый и самый редкий тип — композитный, цена которого просто непомерно высока из-за сложной технологии производства, и поэтому он встречается только на спортивных автомобилях.

Диск — это деталь, которая фиксирует колесо. Для этого в центре диска просверливается крепежное отверстие, а крепежные отверстия располагаются по окружности. Количество крепежных отверстий на легковых автомобилях варьируется от 3 до 5, а на грузовых обычно 6-8. Обод крепится к ступице с помощью болтов или шпилек и гаек.

Обод предназначен для установки шины. Он имеет сложный профиль поперечного сечения, который необходим для правильной и надежной посадки шины. Если смотреть в профиль, то обод имеет ступенчатую форму.

В центре обода находится углубление, к которому крепится обод. По обе стороны от центра находятся ступеньки, которые образуются кольцевым выступом (молотком), бортом и ободом.

Втулка предназначена для фиксации шины на ободе и предотвращения ее схода внутри обода. Фланец служит местом посадки борта. Фланец обода удерживает шину на фланце и предотвращает ее ‘сход’.

Обратите внимание, что это самый распространенный тип колеса. Но на грузовых и специальных автомобилях встречаются и другие типы дисков — со стопорным кольцом, съемные (диск состоит из двух половинок, скрепленных болтами).

Строение шины

Шина — это второй компонент колеса. Она также довольно сложна, поскольку ее функция — обеспечивать сцепление с дорогой, поглощать и гасить вибрации от мелких неровностей и поддерживать вес. Чтобы шина выполняла свою функцию, она должна быть прочной, но в то же время упругой. Следует отметить, что шина — это своего рода оболочка, которая заполнена воздухом или специальными газами.

Шина состоит из гибкого радиального каркаса, который образует покрышку, а затем покрывается последовательными слоями резины, ребра жесткости (металлический корд), тканевого протектора (капроновый корд) и протектора. На внутренней окружности радиальный каркас образует борт шины, в который для жесткости вставляется проволочное кольцо.

Видимыми частями шины являются протектор, выполняющий роль основной беговой поверхности (контактирующей с дорожным покрытием), и боковины. Переход между этими элементами называется плечом.

Для обеспечения сцепления с дорогой протектор имеет сложный рисунок, образованный ребрами, блоками канавок и прорезями.

Монтаж и вулканизация

После подготовки необходимых компонентов начинается сборка каркаса. Изначально шина имеет вид единой плоскости, а боковины и протектор напоминают свернутое полотно. Компоненты наматываются слоями на бобину, размер которой соответствует контактному диаметру шины:

• резиновый уплотнительный слой (для предотвращения попадания воды, воздуха и т.д. это внутренняя труба в бескамерной шине),
• тканевые корды расположены перпендикулярно направлению движения
• по краям шины размещаются армирующие слои резиновой ленты
• устанавливаются металлические бортовые кольца,

Готовые шины по желанию заказчика отправляются на вулканизацию. Операция выполняется роботом, который считывает маркировку с протектора шины и подает шину в пресс-форму с правильным рисунком протектора и размером.

Внутрь формы помещается резиновый мешок с горячим паром. Давление в 16 бар подается на протектор, прижимая края протектора к штампу, который сжигает резину. Наносится рисунок протектора и маркировка на боковину.

В ходе химической реакции слои сырой резины превращаются в прочный и гибкий монолитный продукт. После обжига шину охлаждают и отправляют на проверку.

Проверка и тестирование

На этапе визуального контроля работают живые операторы. Это высококвалифицированные специалисты, которые регулярно проходят дополнительное обучение. Оператор может визуально обнаружить до 130 дефектов шин. Обнаруженный дефект передается инженеру по качеству для проверки. Подтвержденный дефект немедленно разрезается на две части и отправляется на утилизацию. Отходы используются для изготовления автомобильных ковриков, а также для спортивных и детских площадок и других целей. Завод по производству шин работает без отходов.

После визуального осмотра шины поступают на этап автоматического тестирования. Вначале проверяется их вес, конусность и т.д. Затем проводятся испытания на специальных цилиндрах, в камеру закачивается воздух и имитируются условия движения. Шины, соответствующие стандартам, маркируются и отправляются на склад.

Шины, подлежащие шипованию, отправляются на шипование. Работа происходит автоматически: компьютер находит отверстие (alweol) и вставляет шипы. Оператор ведет процесс параллельно — в случае дефекта или поломки машины вызывается специалист по регулировке — или шипы вставляются вручную. Время, необходимое для ошиповки одного колеса, составляет от 2 до 4 минут, в зависимости от диаметра шины.

Процесс производства шин

Производственный процесс сложен; он начинается с выбора отдельных компонентов, для чего используется специализированное оборудование. Рецептура зависит от марки и типа шины, а точное количество всех компонентов строго контролируется. Помимо резиновой смеси, готовятся также стальные бортовые кольца, прорезиненные корды и брекерные шины. Все эти компоненты укладываются друг на друга, образуя своеобразный ‘пирог’, состоящий из 30 слоев.

Затем производится сборка с использованием специальных барабанов для придания элементу желаемой формы. Каркас и волочильный мешок собираются отдельно, а затем соединяются с резиной, образуя ‘сырую шину’.

Следующим этапом является вулканизация, которая придает резине нужные свойства. Вулканизация происходит в вулканизационных цехах, где создаются условия, необходимые для протекания химической реакции. Каучук переходит из пластичного состояния в необходимое эластичное состояние и приобретает желаемые свойства.

Процесс вулканизации является одним из самых сложных и происходит при температуре +170 градусов и давлении 20 бар и более. Обрабатываемая деталь, подвергаясь воздействию пара и воды, расширяется изнутри и прижимается к форме мембраной, которая придает ей желаемую форму и свойства. Время обработки зависит от типа шины: 10-15 минут для легковых автомобилей, 60-70 минут для грузовых.

Последний этап — контроль качества, то есть визуальный осмотр на стендах. Такие параметры, как неоднородность резины, форма, радиальное биение и многие другие, проверяются выборочно.

Виды и показатели износа

Любая шина в процессе эксплуатации подвергается механическому и другим видам износа. К основным видам относятся:

• Износ в центральной части шины возникает из-за неправильно отрегулированного давления в колесе, правильное обслуживание может продлить срок службы резины;
• неровности и трещины на боковине — причинами такого повреждения являются наезд колеса на бордюры, езда по дорогам с большим количеством ям и выбоин;
• чрезмерный износ по краям шины, вызванный недостаточным давлением;
• повышенный износ по краям шины, вызванный недостаточным давлением накачки; односторонний износ вызван неправильной центровкой колеса;
• единичные плоские пятна износа, вызванные агрессивным вождением, резким ускорением или торможением, заносом.

Производители шин используют специальные индикаторы для контроля износа шин и сигнализации о необходимости замены:

• классические, то есть блок протектора в продольной канавке высотой 1,6 мм;
• цифровые, представляющие собой выбитые на шине шифры и маркеры, которые соответствуют определенной глубине и указывают на степень износа;
• электронные, которые являются одной из функций внутреннего контроля давления.

Самый распространенный блок протектора имеет высоту 1,6 мм. Он расположен на глубине продольных канавок шины и указывает на предел износа, при котором шину следует заменить. Для этого водителю достаточно просто визуально проверить высоту отдельных элементов.

Не менее полезной системой маркировки является нанесение на поверхность рисунков и цифр, указывающих на степень износа. С течением времени они стираются, сигнализируя о том, что срок службы шины истек и ее больше нельзя использовать.