Шины (пневматич.)
Шины (пневматич.)
Шины пневматические, в автомобилях и других колёсных машинах выполняют следующие основные функции: создают необходимое сцепление колёс с поверхностью дороги и амортизируют возникающие при движении машины динамические нагрузки на колёса. Благодаря этому обеспечиваются возможность управления машиной, её проходимость в трудных дорожных условиях, устойчивость, комфортабельность при езде. Ш. существенно влияют на длину тормозного пути, расход топлива и многие другие эксплуатационные и экономические характеристики автомобиля. В зависимости от назначения Ш. подразделяют на легковые (для легковых автомобилей и грузовых автомобилей малой грузоподъёмности); грузовые (для остальных грузовых автомобилей, автобусов, троллейбусов, прицепов); с.-х. (для тракторов и др. с.-х. машин); строительно-дорожные (для строительных, дорожных и подъёмно-транспортных машин); мотошины (для мотоциклов, мотороллеров, мопедов); велосипедные. К Ш. специального назначения относятся авиационные, для монорельсового транспорта и др.
Ш. - многослойные резино-текстильные изделия, на изготовление которых расходуется около 50% потребляемого каучука, а также значит. доля химических волокон и других армирующих материалов. В 1976 на производство Ш. во всём мире было израсходовано около 7 млн. т каучуков; выпуск Ш. составил 780 млн. шт.
Конструкция. Общий элемент Ш. всех типов - покрышка (рис. 1), обеспечивающая сохранение заданной формы Ш. при действии внутреннего давления. Основа покрышки - каркас, придающий ей прочность и эластичность. Он состоит из нескольких слоев обрезиненного текстильного (в некоторых случаях металлического) корда (кордной ткани). В диагональных Ш. нити корда в соседних слоях каркаса перекрещиваются, а угол между направлением нитей и меридиональной (проходящей через ось вращения) плоскостью Ш. составляет 50-55?. В радиальных Ш. (шинах Р) нити всех слоев корда располагаются в меридиональной плоскости. Число слоев корда в этих Ш. примерно в 2 раза меньше, чем в диагональных, и поэтому каркас шин Р отличается большей гибкостью.
Брекер (подушечный слой) Ш., предназначенный для создания прочной связи между каркасом и наружным резиновым слоем Ш. (протектором), изготовляют из нескольких слоев обрезиненного текст. или металлического корда (реже из резины). В брокере диагональных Ш. нити корда располагаются под тем же углом, что и в каркасе; в брокере радиальных - под углом 70-85?, образуя нерастяжимый пояс, который воспринимает основную часть усилий, возникающих в Ш. под действием внутреннего давления и внешних нагрузок. Благодаря сочетанию гибкого каркаса и жёсткого брекерного пояса шины Р отличаются от диагональных большей долговечностью, меньшими потерями на преодоление сопротивления качению и др. эксплуатационными преимуществами.
Протектор Ш., образующий одно целое с её боковинами, защищает каркас от механических повреждений и воздействия влаги. Наиболее массивная часть протектора - беговая дорожка - имеет "рисунок" (выступы и углубления различных размеров и формы, рис. 2), определяющий сцепление Ш. с дорогой, сопротивление качению, износостойкость, проходимость, шум при езде, удобство управления машиной и др. Борт покрышки обеспечивает плотную посадку и крепление Ш. на ободе колеса. На бортовых кольцах закрепляются слои каркаса Ш.
Важный конструктивный признак Ш.- способ герметизации, по которому их подразделяют на камерные и бескамерные. В полость камерных Ш. помещают ездовую камеру - кольцеобразную резиновую трубку с вентилем, удерживающую в Ш. сжатый воздух. В бескамерных Ш. воздух удерживается благодаря применению специальных уплотнительных бортовых лент, посадке Ш. на обод под большим натяжением, а также наложению на внутренняя полость покрышки резинового герметизирующего слоя. Преимущества бескамерных Ш. - большая безопасность движения вследствие незначительной утечки воздуха при проколе, меньшая масса, простота обслуживания и ремонта. Однако для герметичной посадки этих Ш. на обод необходимы специальное монтажное оборудование, а также повышенная точность изготовления ободов. Выбор конструкции Ш. определяется их назначением. Например, для легковых Ш., которые должны обеспечивать безопасность движения и комфортабельность при езде на высоких скоростях, наиболее целесообразна бескамерная конструкция.
Рабочие характеристики. На неподвижную Ш. действуют силы внутреннего давления и статической нагрузки на колесо, при качении Ш., кроме того, - динамической нагрузки, а также нагрузки от перераспределения массы машины между осями и колёсами. Под действием этих сил Ш. испытывает при качении непрерывные циклические деформации, величина и направление которых в различных зонах Ш. различны. Число циклов деформации Ш. за время её амортизационного пробега может достигать нескольких десятков миллионов. Вследствие этих деформаций происходит саморазогрев Ш. (теплообразование) до 60-90 ?С.
Важнейшие эксплуатационные характеристики Ш. - грузоподъёмность, долговечность, сцепление с дорогой, сопротивление качению, амортизационная способность. Грузоподъёмность (максимальная допустимая статическая вертикальная нагрузка на Ш.) зависит главным образом от габаритов Ш., внутреннего давления, числа слоев корда и его типа, а также от эксплуатационных условий. Долговечность характеризуется пробегом Ш. до износа выступов рисунка протектора (по условиям безопасности движения, а также для предохранения каркаса от повреждений минимальная остаточная высота выступов должна быть 0,5 мм для грузовых и 1,5 мм для легковых Ш.). Долговечность снижается при ухудшении дорожных и климатических условий, превышении грузоподъёмности, увеличении скорости движения, отклонениях внутреннего давления в Ш. от оптимального для данных условий эксплуатации (это давление составляет от 0,1 Мн/м2, или 1 кгс/см2, для легковых Ш. до 2 Мн/м2,или 20 кгс/см2, для авиационных Ш.). При снижении внутреннего давления увеличивается амплитуда деформаций Ш. и повышается теплообразование, что приводит к ускоренному усталостному разрушению Ш., а при его повышении возрастают напряжения в Ш., увеличивается опасность разрыва каркаса при наезде на препятствие и ускоряется износ протектора из-за увеличения давления в контакте Ш. с дорогой. Средний пробег легковых Ш. лежит в пределах 40-60 тыс. км, грузовых Ш. - в пределах 60-100 тыс. км.
Сцепление с дорогой - один из важнейших факторов, обеспечивающих безопасное движение автомобиля. Недостаточное сцепление - причина 25-40% дорожно-транспортных происшествий на мокрых дорогах и 5-10% - на сухих. Помимо "рисунка" протектора на эту характеристику влияют свойства протекторной резины.
Сопротивление качению в значительной степени определяет расход топлива колёсным транспортом и влияет также на его динамические характеристики. Оно существенно зависит от массы и конструкции Ш., а также от материалов, из которых она изготовлена. Амортизационная способность определяет свойства Ш. как элемента подвески автомобиля, гасящего динамические нагрузки. Для оптимальной амортизации автомобиля необходимо правильное сочетание амортизационной способности Ш. и амортизационных свойств др. элементов подвески.
Материалы. Технология производства. Общие требования к резинам для Ш.- высокая усталостная выносливость и малое теплообразование; к резинам для протектора, кроме того, износо- и атмосферостойкость; для каркаса - высокая эластичность; для брокера - теплостойкость; для ездовых камер - газонепроницаемость. Основные типы каучуков для шинных резин - бутадиен-стирольный, стереорегулярный бутадиеновый, синтетический изопреновый, натуральный; важнейшие армирующие материалы - полиамидный и вискозный корд. Технологический процесс шинного производства включает: приготовление резиновых смесей в смесителях; обработку корда (пропитку синтетическими латексами, термическую вытяжку, стабилизацию, обкладку резиной на каландрах); заготовку деталей Ш. (раскрой обрезиненного корда, стыковку кусков, наложение на них резиновых прослоек, профилирование заготовки протектора на экструдерах, изготовление деталей борта и др.); сборку покрышек на специальных станках; формование и вулканизацию покрышек в т. н. форматорах-вулканизаторах; изготовление заготовок ездовых камер на экструдерах и их вулканизацию в пресс-формах. Многие операции технологического процесса осуществляются на поточно-автоматических линиях (например, изготовление резиновых смесей, сборка и вулканизация покрышек). См. также Каучуки синтетические, Каучук натуральный, Резина.
? Лит.: Пневматические шины. (Исследования по проблеме повышения качества). Сб. ст., М., 1969; Пневматические шины, М., 1973; Салтыков А. В., Основы современной технологии автомобильных шин, 3 изд., М., 1974; Энциклопедия полимеров, т. 3., М., 1977.
? В. Ф. Евстратов.