Поперечное сечение шины
Видимыми элементами шины являются протектор, который является основной беговой поверхностью (контактирующей с дорожным покрытием), и боковины. Переход между этими элементами называется плечом.
Строение и типы шин
Одним из основных компонентов автомобильного колеса является шина. Она устанавливается на обод и обеспечивает стабильный контакт автомобиля с дорожным покрытием. Во время движения автомобиля шины поглощают вибрации и колебания, вызванные неровностями дороги, и обеспечивают комфорт и безопасность пассажиров. В зависимости от дорожных условий шины изготавливаются из различных материалов со сложным химическим составом и специфическими физическими свойствами. Шины также могут отличаться по рисунку протектора, чтобы обеспечить хорошее сцепление с поверхностью с различными коэффициентами трения. Знание своих шин, правил их эксплуатации и причин преждевременного износа поможет обеспечить долгий срок службы и более безопасное вождение.
- поглощает вибрации колес, вызванные неровностями дорожного покрытия;
- обеспечивает постоянное сцепление с дорогой;
- экономит топливо и снижает уровень шума;
- обеспечивает мобильность автомобиля на труднопроходимой местности.
Строение автомобильной шины
Шина представляет собой сложную конструкцию, состоящую из следующих компонентов: протектора, протекторной смеси, протекторной части, плечевой зоны, боковины и борта. Давайте рассмотрим их подробнее.
Каркас шины
Основой шины является каркас, который состоит из нескольких слоев корда. Корд — это прорезиненные слои ткани, изготовленные из текстильной, пластиковой или металлической нити.
Корд натягивается по окружности шины, т.е. радиально. Различают радиальные и биас-слойные шины. Радиальная шина является наиболее распространенной, так как имеет самый длительный срок службы. Каркас более гибкий, что снижает тепловыделение и сопротивление качению.
Шины Bias-ply имеют каркас, состоящий из нескольких слоев корда, расположенных крест-накрест. Эти шины недорогие и имеют более толстую боковину.
Протектор
Часть шины, которая находится в непосредственном контакте с поверхностью дороги, называется протектором. Его основная функция — обеспечить сцепление с дорогой и защитить шину от повреждений. Протектор также влияет на уровень шума и вибрации и определяет степень износа шины.
Протектор представляет собой сплошной слой резины с выпуклым рисунком. Рисунок протектора — в виде канавок, желобков и неровностей — определяет способность шины справляться с определенными дорожными условиями.
Брекер
Слои корда, проложенные между протектором и каркасом, называются ‘брекер’. Он необходим для улучшения связи между этими двумя элементами, а также для предотвращения отрыва протектора под воздействием внешних сил.
Плечевая зона
Часть протектора между протектором и боковиной называется плечевой зоной. Она увеличивает боковую жесткость шины, улучшает синтез между каркасом и протектором и поглощает часть боковых нагрузок, передаваемых протектором.
Требования к шине. Составные части
Конструкция этих компонентов шасси включает в себя два элемента — диск и шину. Несмотря на это, конструкция автомобильных колес достаточно сложна, а требований к ним много:
- быть прочными;
- иметь хорошее сцепление с дорожным покрытием;
- надежно крепиться к шасси;
- поглощать удары от мелких неровностей дороги;
- прослужить долгое время.
Обод колеса служит в качестве посадочной поверхности для шины, а также крепит колесо к шасси. На этот компонент приходится большая нагрузка во время движения, поскольку он первым поглощает вибрации от неровностей дороги и передает их на подвеску.
Колесный диск
Диск колеса состоит из двух компонентов — самого диска и обода. Имеются четыре типа ободов: сварные стальные (штампованные), сплавные (легкосплавные, кованые), композитные. В первом типе диск и обод — это два разных компонента, соединенных сваркой. В литых ободах их компоненты представляют собой единую неразрывную конструкцию.
Третий тип — это так называемые составные или разборные диски, они бывают двух- или трехкомпонентными. Это лучшие диски во всех отношениях, так как центральная часть обычно литая и, таким образом, можно добиться любого дизайна, в то время как обод штампуется. Четвертый и самый редкий тип — композитный, который стоит целое состояние из-за сложного процесса производства и поэтому встречается только на спортивных автомобилях.
Диск — это деталь, которая защищает колесо. Для этого в центре диска просверливается монтажное отверстие, а монтажные отверстия располагаются по окружности. Количество крепежных отверстий на легковых автомобилях варьируется от 3 до 5, а на грузовиках обычно 6-8. Колесо крепится к ступице с помощью болтов или шпилек и гаек.
Обод используется для крепления шины. Он имеет сложный профиль поперечного сечения, который необходим для правильной и надежной посадки обода. Если смотреть в профиль, то обод имеет ступенчатую форму.
В центре обода находится углубление, к которому крепится обод. По обе стороны от центра расположены ступеньки, образованные кольцевым выступом (молотком), фланцем и ободом.
Втулка предназначена для фиксации шины в ободе и предотвращения ее соскальзывания к центру обода. Полка служит посадочным местом для фланца обода. Фланец обода удерживает шину на полке и предотвращает ее соскальзывание.
Обратите внимание, что это самый распространенный тип колес. Но на грузовиках и спецтехнике можно встретить и другие типы дисков — со стопорным кольцом, разборные (диск состоит из двух половинок, скрепленных болтами).
Внешнее расположение
Если смотреть снаружи, то грузовая шина состоит только из внешней структуры:
Борта обеспечивают надежную посадку шины на обод. Их жесткость обеспечивается армирующими кольцами из металлической проволоки, вплавленными по окружности в каркас. В поперечном сечении шины борта представляют собой С-образные штыри.
Боковины, то есть стороны каркаса, дополнительно покрыты защитным слоем резины для предотвращения повреждения каркаса.
Плечи обеспечивают переход от боковин к протектору. Кроме того, при деформации (наезд на препятствие, поворот) плечи участвуют в обеспечении тяги.
По бокам от плечевых зон располагается протектор, который является основной беговой поверхностью, поэтому он имеет наиболее многослойную структуру.
Поперечное сечение шины выглядит следующим образом: имеются две боковины, соединенные с двумя боковинами, которые переходят в плечи и подходят к краю одного протектора, который образует С-образную форму.
Классификация
Существует несколько критериев, по которым делятся автомобильные ‘резины’:
Все эти критерии достаточно важны и учитываются при выборе автомобильных шин.
Метод герметизации
В зависимости от метода герметизации существующие типы шин делятся на трубчатые и бескамерные.
В трубчатом типе воздух, обеспечивающий необходимое давление внутри, нагнетается в специальный резиновый цилиндр — внутреннюю трубку. Главный недостаток таких колес — их легко повредить, так как даже небольшой прокол внутренней трубки приведет к тому, что колесо будет работать без воздуха. Но с другой стороны, изгибы обода не приводят к проколу шины при высоких ударных нагрузках. В легковых автомобилях колеса бескамерного типа в настоящее время используются очень редко.
В бескамерных типах воздух закачивается в пространство, образованное внутренней поверхностью шины и ободом. Они менее ‘чувствительны’ к проколам и могут выдержать до 7-8 проколов (при условии, что компонент, пробивший шину, остался в шине). Однако даже незначительный изгиб обода приведет к ‘отслаиванию’ шайбы и деформации колеса.
Сезонное использование
По сезону использования шины делятся на летние, зимние и всесезонные. Различия между ними заключаются в материале (в летних шинах используется твердая резина, а в зимних — мягкая), рисунке протектора и его глубине. Всесезонная версия является промежуточной и не обеспечивает достаточного сцепления ни зимой, ни летом. Оптимальный период использования этой шины — ранняя весна и поздняя осень.
Тип протектора
Тип протектора относится к дорожным, внедорожным и всесезонным шинам. Первые предназначены для твердых поверхностей. Внедорожные шины имеют глубокий протектор и ярко выраженное сцепление, что обеспечивает отличную производительность на пересеченной местности. Универсальные колеса подходят для дорог и бездорожья, но не для пересеченной местности, так как они хоть и имеют протекторы с ламелями, но не очень ‘крепкие’.
Бескамерные шины
Отдельным классом автомобильных шин являются бескамерные шины, которые имеют совершенно иную конструкцию, чем бескамерные. В них воздух нагнетается в полость, образованную между внутренней поверхностью шины и ободом. Поверхность шины имеет дополнительный изоляционный слой с внутренней стороны. Этот слой состоит из мелкопористой резины, которая характеризуется высокой степенью газонепроницаемости. В современных бескамерных шинах этот слой также обладает высокими адгезионными свойствами. В результате отверстие прокола не остается открытым, а запечатывается специальным веществом из этого слоя. Срок службы шины с таким слоем составляет несколько сотен километров. Кроме того, слой повышает безопасность вождения автомобиля на таких шинах.
В случае большого прокола шины ячеистого типа воздух быстро выходит из отверстия, и давление в шине быстро падает. Большая разница в давлении между колесами создает тенденцию к крену автомобиля в сторону проколотой шины. В бескамерных шинах выход воздуха и быстрое падение давления через проколотое отверстие блокируется путем зажатия отверстия биндером.
Процесс производства шин
Процесс производства шин 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 стальные шарики, резиновый корд и брекер. Все эти компоненты укладываются друг на друга, создавая своеобразный ‘пирог’, состоящий до 30 слоев.
Затем начинается сборка с использованием специальных барабанов, которые придают заготовке нужную форму. Каркас и мешок для волочения собираются отдельно, а затем соединяются с резиной, образуя ‘сырую шину’.
Следующий шаг — вулканизация для придания резине нужных свойств. Следующий шаг — вулканизация резины для придания ей необходимых свойств, которая происходит в вулканизационном прессе, где создаются условия, необходимые для протекания химических реакций. Каучук переходит из пластичного состояния в необходимое эластичное состояние и приобретает желаемые свойства.
Вулканизация — один из самых сложных процессов, осуществляемый при температуре +170°C и давлении не менее 20 бар. Под воздействием пара и воды заготовка разрывается изнутри, прижимается к форме мембраной, которая придает ей необходимую 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. Выборочно проверяются такие параметры, как неоднородность резины, форма, радиальное биение и многие другие.
Виды и показатели износа
Любая шина в процессе эксплуатации подвергается механическому и другому износу. К основным видам относятся:
- Износ в центре шины вызван неправильно отрегулированным давлением в колесе, правильное обслуживание может продлить срок службы шины;
- Удары и трещины в боковине, вызванные наездом колеса на бордюры или ездой по дорогам с большим количеством выбоин;
- повышенный износ по краям шины, вызванный недостаточным давлением;
- повышенный износ по краям шины, вызванный недостаточным давлением; односторонний износ вызван неправильным схождением колес;
- 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, т.е. блок протектора в продольной канавке высотой 1,6 мм;
- цифровые, т.е. коды и маркеры, выбитые на шине, соответствующие определенной глубине и указывающие на степень износа;
- электронные, одной из функций которых является контроль внутреннего давления.
Наиболее часто используемый блок протектора имеет высоту 1,6 мм. Он расположен на глубине продольных канавок шины и указывает предел износа, при котором шину следует заменить. Это просто требует от водителя визуального контроля высоты отдельных компонентов.
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.
