Автомобильные шины: вчера, сегодня, завтра

Трудно поверить, но пневматическая шина была изобретена более 140 лет назад. Первоначально, предназначение шины абсолютно не рассматривалось в автомобильном аспекте. Для безлошадных транспортных средств ранее использовались грузные литые шины, называемые грузоленты или гусматики.

Роберт Ульям Томсон, родившийся 29 июня 1822 года в семье землевладельца, был первым официальным изобретателем пневматической шины. Пневматическая шина была изобретена Робертом в Лондоне, где в возрасте 22 лет он был инженером железнодорожного транспорта и имел свой бизнес.
Содержание патента Роберта, датированного 10 июня 1846 года, выглядело следующим образом: «суть моего изобретения состоит в применении эластичных опорных поверхностей вокруг ободьев колес экипажей с целью уменьшения силы, необходимой для того, чтобы тянуть экипажи, тем самым, облегчая движение и уменьшая шум, который они создают при движении». Патент был составлен Робертом очень грамотно и содержал конструкции, материалы и схемы изготовления шины.

Камерная шина:
1 - бортовая лента,
2 - боковина,
3 - слой корда,
4 - брекер,
5 - протектор,
6 - беговая дорожка,
7 - каркас,
8- пятка,
9 - борт покрышки,
10 - носок,
11 - проволочное кольцо,
12 - крепительные ленты крыла.

На рисунке представлена конструкция "воздушного колеса" Томсона, описанная в названном патенте. Показано колесо телеги или экипажа.

Колесо с деревянными спицами вставляется в обод, который в свою очередь обивается металлическим обручем. На полученное колесо накладывается шина. Шина состояла из камеры и наружного покрытия. Процесс создания камеры заключался в пропитке и покрытия слоев парусины каучуком или гуттаперчевым раствором. Куски кожи крепились заклепками и образовывали наружное покрытие.
Для достижения таких необходимых характеристик кожаных покрышек как износостойкость и изгибопрочность камеру укрепили парусиной. В патенте Роберта также было подробное описание клапана для накачки шины.

После необходимой экипировки экипажа воздушными колесами, шотландец провел тестирования своего изобретения: он измерял силу тяги транспорта.
Результаты исследований были положительными: на щебне сила тяги сократилась более чем на 30%, на покрытии из гальки – почти на 70. Легкий ход на новых шинах, комфортность езды также показывали существенные преимущества изобретения Томсона. Журнал "Mechanics Маgazin" 27 марта 1849 г. опубликовал рисунок экипажа и подробное описание проведенных исследований.

Однако, к сожалению, в то время публикацией в журнале дело изобретения пневматической шины так и закончилось. Никто не отважился заняться производством и продажей по разумной стоимости. «Воздушное колесо» после смерти изобретателя в 1873 году было забыто, хотя рисунки, чертежи, описания и прочая документация сохранились.

Немногим позже – в 1888 году – пневматическая шина получила свое второе рождение.
Шотландец Джон Данлоп стал новым изобретателем, и именно его имя во всем мире связывается с появлением пневматической шины. Данлоп сконструировал широкие обручи из надутых воздухом шлангов для поливки и надел их на колеса детского трехколесного велосипеда своего сына. Патент на изобретение был выдан Данлопу 23 июля 1888 года, вскоре – в августе того же года был выдан новый патент на создание «пневматического обруча» для транспортных средств.

Резиновая камера закреплялась на обод металлического каркаса со спицами, парусина обматывала обод с камерой, и так образовывался каркас шины. Положительные качества пневматической шины сразу стали проявляться на практике: средний гонщик Уильюм Хьюм решился на участие в июне 1889 года на стадионе в Белфасте в гонках на велосипеде с пневматическими шинами, и выиграл все три состязания.

В конце 1889 года в Дублине была открыта небольшая компания «Пневматическая шина и агентство Бута по продаже велосипедов», занявшаяся производством подобных шин. Сейчас компания «Данлоп» является крупнейшим мировым производителем шин.

Предложение отделения камеры от покрышки, вставки в края последней проволочных колец и сажание на обод, углубляющийся к центру, было высказано в 1890 году инженером Чальдом Кингстоном Уэлтчем. В тоже время Бартлетт и Дидье изобрели доступные способы монтажа и демонтажа шин. И именно последнее открытие сделало возможным использования пневматической шины на автомобилях.
Французы Андре и Эдуард Мишлен стали первыми производителями автомобильных пневматических шин. Они сдержали данное ими слово, и к гонке Париж-Бордо в 1895 году пневматические шины были готовы к применению. Автомобиль, чьи шины испытывали постоянные проколы, все таки преодолел расстоянии в 1200 км и достиг в числе 9 других финиша самостоятельно. В 1896 году шинами «Данлоп» был оснащен автомобиль Ланчестер.

Несмотря на то, что первые произведенные шины были ненадежными и трудно устанавливаемые, вскоре пневматические шины обеспечивали автомобилю плавный ход, хорошую проходимость. В дальнейшем производство сосредоточилось на повышении безотказности и долговечности и облегчении монтажа пневматических шин. Конструкция шины со временем совершенствовалась и, в конечном итоге, вытеснила литую резиновую.

Технология создания пневматических шин постоянно изменялась и дорабатывалась: стали использоваться более устойчивые и надежные материалы, появился корд – прочный слой из упругих текстильных нитей. Вскоре повсеместно стали использоваться конструкции быстросъемных креплений колес, что привело к быстрой замене шины вместе с колесом – всего в течение нескольких минут. Постоянно меняющаяся технология и конструкция привели к широкому применению пневматических шин на автомобилях и быстрому развитию шинного производства. Конструкции шин для автобусов и грузовых автомобилей начали разрабатываться во время первой мировой войны в США. К началу второй четверти двадцатого века в мире существовало более 4 млн. автомобилей с пневматическими шинами.

Крупнейшими мировыми производителями шин являются "Данлоп" в Англии, "Мишлен" во Франции, "Гудьир", "Файрстоун" и "Гудрич" в США, "Континенталь", "Метцелер" в ФРГ, "Пирелли" в Италии.

К началу 30-х годов остро возникает необходимость серьезного научного подхода к созданию пневматических шин. Развитие химических технологий к тому времени было на достаточном уровне, чтобы использовать достижения ученых-химиков для создания резиновых смесей шин. В отношении тестировки автомобильных шин не было достаточно опыта, однако уже тогда стали появляться первые испытательные стенды для определения характеристик шин.

В течение последующего десятилетия многие производители шин думали над обеспечением управляемости и устойчивости автомобиля, используя характеристики пневматических шин.

В тяжелые годы второй мировой войны в шинной промышленности использовались вместо натурального синтетический каучук. К 1940 году в СССР доля шин, произведенных из синтетического каучука, составила 73%. Изучение свойств и эксплутационных характеристик синтетического каучука позволили создать предпосылки для производства новых усовершенствованных шин.

Следующей вехой в развитии шинного производства стало использование вискозы и нейлона при изготовлении корда. Новые шины показывали более лучше характеристики при эксплуатации: стойкость, большая прочность. Применение новых материалов при изготовлении шин позволило забыть о таких проблемах, как разрыв каркаса.

Компания «Мишлен» в 50-х годах разработала новую конструкцию шины с более жестким поясом из слоев металлокорда. Новшество заключалось и в расположении нитей корда радиально. Такие шины стали называться радиальными. Шины компании «Мишлен» обладали двойной проходимостью по сравнению с шинами с диагональным расположением кордовых нитей.
В то же время все производители стали концентрироваться на изготовлении износостойких шин с высокими сцепными свойствами.

Немногим позже – в 60-е годы прошлого столетия, в конструкции шины изменилось соотношения высоты шины H к ширине профиля B. Первые подобные шины были похожи на правильный круг. К 1980 году отношение H/B уменьшилось до 0,6. Стремление к низкопрофильным шинам было вызвано необходимостью улучшения боковой устойчивости, сцепных свойств и увеличения срока службы. В 70-е годы был осуществлен переход на использование в автомобильной промышленности шин радиального типа с большим сроком службы, которые к этому времени использовались практически повсеместно.

Фирма "Континенталь" в 80-е годы начала производство шины с креплением на Т-образном ободе колеса, которая имела лучшие характеристики в плане безопасности на небольших скоростях даже при спущенных шинах. Компания строит стратегические планы на массовое производство своего ноу-хау в 90-е годы. Также идет быстрое развитие научных и опытно-конструкторских работ по производству шин методом литья или жидкого формирования из олигомеров. Современное развитие шин строится на использовании хороших эксплутационных материалов, сокращения содержания резины в каркасе, уменьшения слойности каркаса, производство шин с большой шириной профиля и его малой высотой, применение ребристых рисунков протектора. Совершенствование технологий и конструкций шин состоит в достижении многих технических и экономических показателей: увеличения срока службы, мощности нагрузок, и, конечно, в конечном итоге, увеличения безопасности движения.

В настоящее время нет четкой направленности фирм производителей на производстве только радиальных шин. Многие считают, что дальнейшее развитие диагонального типа шин совершенно бессмысленно, так как их возможности в современных автомобилях уже давно исчерпаны. Так, основное внимание сосредоточено на развитие и совершенствование радиальных шин, их считают перспективными. Следует отметить, что также многие производители уделяют огромное внимание развитию конструкций бескордных шин. Данные шины производят из резино-волокнистой массы при помощи литья под давлением или шпринцевания. И в этом уже достигнуты определенные успехи. Развитие конструкций бескордных шин упростит общую технологию изготовления шин.

Будем рады услышать Ваши вопросы и отзывы о статье!

Имя и E-mail Сообщение   код АНТИСПАМ: 7 умножить 8 = (посчитайте и введите значение)

Евгений (2008-12-29)	1
Некоторые данные из этой статьи помогли мне в написании контрольной работы. В списке использованной литературы укажу ссылку на ваш сайт. Спасибо