Текст книги "Грузовые автомобили. Шины"

Грузовые автомобили
Шины

Автомобильные шины

Это на первый взгляд кажется, что шина совсем не сложный элемент – есть резина, есть диск, соединить их вместе вот и получится шина. Однако это сложная многофункциональная конструкция, отличающаяся строением радиальных и диагональных, камерных и бескамерных шин, а также рисунками беговой дорожки протектора. Камерная шина при проколе быстро теряет давление – воздух выходит через вентильное отверстие, а в бескамерной воздух выходит только через отверстие прокола, если дыра не слишком велика, то давление теряется очень медленно. Пневматическая шина является наиболее важной частью колеса в современном автомобиле. Она смягчает толчки и удары при движении по дороге, значительно разгружая детали подвески. Происходит это благодаря эластичности шины, а также за счет сжатого воздуха, наполняющего ее. Знание конструкции шины позволит вам выбрать необходимый типоразмер и с определенным рисунком протектора. Протектор на современных шинах, изготовленных по высоким технологиям, создается путем компьютерного моделирования. Применяя передовые технологии конструктора и технологи смогли значительно улучшить управляемость, снизить износ, улучшить топливную экономичность по сравнению с шинами, изготовленными всего несколько лет тому назад. Автомобильную шину можно представить как сложную систему, в которой все взаимосвязано, и для того чтобы при улучшении одних качеств не ухудшить другие, нужно просчитывать каждый шаг, учитывая все без исключения характеристики.

Условия эксплуатации шин совершенно разнообразные, в соответствие с ними шины разделены на группы. Принадлежность шин к той или иной группе определяется качеством использованных материалов при изготовлении, рисунком протектора, а также деталями внутренней структуры.

Основное назначение шины: обеспечение надежного сцепления колеса автомобиля с дорожным покрытием, а также обеспечение безопасности, смягчение ударов и толчков на подвеску автомобиля. Показатель сцепления шины с дорожным покрытием определяет тормозные свойства шины. Они определяются путем тестирования. Для обозначения этого показателя используют буквы от «А» до «С», где «А» соответствует максимальному значению сцепления.

В немалой мере от шины зависит расход топлива, проходимость автомобиля, шум, создаваемый автомобилем во время движения. В зависимости от шин, определяется грузоподъемность автомобиля, надежность и долговечность. Современная шина представляет собой сложную конструкцию, состоящую из слоев, армированных металлическим или текстильным кордом, и протектора, созданного путем компьютерного моделирования. Все это обеспечивает наилучшее сочетание эксплуатационных характеристик для каждого типа шин.

Конструкция и основные характеристики шины

Шина автомобиля состоит из шести основных частей: каркас, боковина, плечевая зона, протектор, брекер, борт.

На грузовых автомобилях ГАЗ – 53А, ЗИЛ – 130 и т.д. устанавливают камерные шины, состоящие из покрышки, камеры с вентилем и ободной ленты, предохраняющей камеру от истирания ободом колеса и защемления краями покрышки.

Покрышка состоит из каркаса, подушечного слоя, протектора, боковин и бортов 6.

Каркас изготовляют из нескольких слоев прорезиненной ткани – корда и прочно присоединяют к бортам, крепящим покрышку на ободе колеса. В бортах находятся сердечники из стальной проволоки, обернутой лентой. Эти сердечники предотвращают растягивание бортов и не дают шине соскальзывать с колеса. Предохраняет от повреждений каркас подушечный слой резины, который находится между протектором и каркасом. Рисунок протектора зависит от предназначений покрышки.

Камера представляет собой резиновое кольцо, в которое накачивается воздух, через вмонтированный в нее вентиль, клапан которого пропускает воздух только в одностороннем порядке.

Вентиль обычно имеет резино-металлический или металлический корпус (сделан из латуни в виде трубки с фланцем и закреплен к камере при помощи специальных шайбы и гайки), золотник, состоящий из ниппеля и клапана с резиновым концом, с пружиной и колпачок. При накачивании шины клапан от давления воздуха, преодолевая силу упругости пружины, открывается, а при прекращении подачи воздуха пружина закрывает клапан и, следовательно, выход воздуха из камеры становится невозможным. Для облегчения накачивания воздуха насосом для шин наконечник его шланга снабжен стержнем, который при соединении шланга с вентилем принудительно открывает клапан. Когда наконечник шланга отвертывают с вентиля, клапан освобождается.

Важной характеристикой шины является показатель износа, показывающий как долго еще можно использовать вашу шину, не создавая аварийных ситуаций. Очень важно не пропустить момент, когда протектор достигнет критического уровня и заменить шину.

У каждой шины есть свой показатель износа. Такой показатель определяется путем тестирования, которое проходит каждая шина, и не является величиной напрямую связанной со сроком эксплуатации шины. Это теоретическая величина и не зависит от условий эксплуатации. Чем выше значение показателя износа шины, тем дольше она прослужит. Показатель износа находится в пределах от 60 до 620 единиц, с интервалом 20.

Высота остаточного рисунка протектора не должна быть менее 6,35 мм. Индикатор износа – полосы, проявляющиеся сквозь изношенный протектор, также сигнализируют вам о том, что шины пора менять.

Более подробно рассмотрим конструкцию шины. В зависимости от строения каркаса шины подразделяются на радиальные и диагональные. По способу герметизации – на камерные и бескамерные, по типу рисунка протектора – летние (всесезонные), универсальные, зимние, а также повышенной проходимости.

Температурный параметр показывает способность шины выдерживать температурный режим, при котором, сохраняются характеристики шины заложенные изготовителем. Шины, изготовленные из различных материалов, имеют различное значение температурной характеристики. Температурные характеристики тоже определяются буквенным обозначением от «А» до «С», где А соответствует максимальному сопротивлению нагрева. Классически шины делятся на три вида: летние, зимние и всесезонные. Зимние шины, как правило, мягче летних, они не твердеют с понижением температуры и становятся мягче с повышением. Принадлежность шины к тому или иному виду определяется массой характеристик: рисунком протектора, составом резины, деталями внутренней структуры и т.д.). Наиболее значимой характеристикой является рисунок протектора.

Летняя шина. На летней шине мало или же практически нет мелких прорезей (ламелей), относительно неглубокие канавки протектора, выступы протектора, как правило, большой площади. При движении колеса создают очень мало шума, сопротивление качению маленькое, экономный расход топлива, максимальный ресурс по износу. Рассчитана такая летняя покрышка на хорошие дороги и сухую погоду.

Шины подразделяют по профилю поперечного сечения.

Корд – это обрезиненная ткань, основу которой составляют частые прочные нити, уток – редкие тонкие нити, которые обеспечивают хорошее прорезинивание нитей корда, высокую прочность и гибкость материала.

Волокном для изготовления корда является хлопок, вискоза, капрон. В настоящее время в производство входит металлокорд, имеющий нити, свитые из стальной проволоки, толщиной около 0,15 мм. В практике встречается и более дорогой материал – кевлар, не нашедший массового применения из – за своей высокой стоимости.

В радиальной шине корд каркаса натянут от одного борта шины к другому без перехлеста нитей, нити лежат параллельно друг другу от борта к борту по всей окружности. Направление нитей идет по радиусу. Оболочка каркаса по наружной поверхности обтянута гибким брекером из высокопрочного нерастяжимого корда, в основном, стального. Брекерные слои завершают построение каркаса радиальной шины, охватывая его снаружи.

На шинах встречаются надписи: radial (радиальная), radial belted ( радиальная опоясанная), radial steel belted (радиальная, опоясанная сталью).

Такая конструкция шины, снижает теплообразование, сопротивление качения, придает каркасу эластичность, снижает напряжение в нитях корда, позволяет уменьшить число слоев. Радиальная конструкция шины обладает эластичностью и способностью поглощать неровности дорожного покрытия, внутреннее трение у них значительно снижено, что увеличивает износоустойчивость шин. К достоинствам относится и хорошее сцепление с дорогой, комфорт и повышенная управляемость.

Редко где встретишь диагональные шины, они полностью вытеснены радиальными. Их продолжают выпускать в весьма ограниченных количествах, так как они не требуют больших затрат при производстве и относительно дешевы.

Преимуществом диагональных шин по сравнению с радиальными шинами является более прочная боковина. Слои корда расположены так, что их нити перекрещиваются между собой и по всей длине окружности шины. Из-за перекрещивания нитей корда, каркас диагональной шины подвержен сильному внутреннему трению. Этот недостаток приводит к преждевременному износу шины и постоянному перегреву. Жесткость каркаса таких шин снижает управляемость и комфорт.

Каркас состоит из одного или нескольких, наложенных друг на друга слоев обрезиненного корда. В зависимости от нагрузки число слоев корда в каркасе может достигать до 18 и более в грузовых машинах, и до 1 слоя в легковых. Каркас обеспечивает прочность шины, передает нагрузку от действия внешних сил со стороны дороги на колесо, а также воспринимает внутреннее давление воздуха на шину.

Часть шины расположенная между протектором и каркасом – брекер. Служит для улучшения взаимодействия каркаса с протектором, амортизирует ударные нагрузки и повышает сопротивление каркаса механическим воздействиям. Предотвращает отслоение протектора шины под действием внешних и центробежных сил. В брекере нити корда в смежных слоях расположены диагонально, в независимости от строения каркаса шины. В радиальных шинах брекер более жесткий и менее эластичный, чем в диагональных шинах. Брекер определяет прочностные показатели шин.

Протектор – это слой высокопрочной резины, соприкасающийся с дорожным покрытием, при вращении колеса. От протектора зависит сцепление колеса с дорожным покрытием, уровень шума и вибраций автомобиля. Протектор предохраняет каркас от механических повреждений. На наружной поверхности массивного слоя резины нанесен своеобразный рисунок, так называемая «беговая дорожка». Рисунок протектора состоит из повторяющихся выступов и канавок между ними. По типу рисунка протектора шины делятся на четыре основные группы: дорожные (летние, всесезонные), универсальные, зимние(SNOW или MUD + SNOW – M+S), повышенной проходимости.

Шоссейные шины (Highway) разработаны для движения по мокрой или сухой дороге с твердым покрытием. Использование таких шин зимой на льду или на снегу недопустимо, поскольку они не обладают необходимыми сцепными свойствами.

Зимняя шина. Рисунок протектора у нее крупный с глубокими и широкими канавками, с большим количеством ламелей, обеспечивающих хорошее сцепление с дорожным покрытием. При движении зимняя шина создает много шума, катится тяжело и у нее маленький ресурс по износу, так как сделана из мягкой резины.

Зимние шины можно разделить на три группы: шипованные (с шипами, установленными на заводе), нешипованные и универсальные (имеющие отверстия под шипы, ошиповка производится на станции техобслуживания).

Зимние шины обеспечивают максимальное сцепление с дорогой при движении по снегу или льду. Однако повышенное сцепление на снежной дороге, обычно сопровождается снижением управляемости автомобиля на сухой дороге, в результате повышенного внутреннего трения. На сухих дорогах такие шины отличаются повышенным уровнем шума и достаточно быстрым износом протектора.

Протектор зимних шин имеет специальный рисунок, обеспечивающий отвод снега из зоны контакта шины и дорожного покрытия. Специальные компоненты, применяемые в резиновых смесях, при изготовлении зимних шин, способствует сохранению их свойств даже при очень низких температурах.

При изготовлении зимних шин учитываются эти и множество других факторов, фирмы-производители снабжают модели, предназначенные для эксплуатации в зимних условиях, своими последними разработками: специальными микроламелями, шипами различной конструкции, кроме того, состав материала, используемого при производстве зимних шин, обладает специфическими свойствами.

В настоящее время деление шин на летние и зимние носит ярко выраженный характер и всесезонные шины, выпускаемые для любых климатических условий далеки от совершенства.

Как правило, всесезонные шины обладают усредненными характеристиками, как для лета, так и для зимы. Это определенный компромисс между летней и зимней шиной, так сказать золотая середина. Попытки разработчиков суммировать достоинства зимней и летней резины не привели к успеху, так как суммировались и их недостатки. Всесезонная шина летом уступает летней резине (шумнее, недолговечнее, тяжелее), а зимой – зимней (хуже сцепление со скользкой дорогой). Используются они до сих пор лишь по тому, что у кого – то погода круглый год подходящая для демисезонных шин, а кому-то просто лень переобувать своего стального коня.

Всесезонные шины (ALL SEASON или ALL WEATHER) сочетают отличные сцепные свойства на мокрой или заснеженной дороге с достаточной управляемостью, комфортом при движении и износоустойчивостью протектора. Иногда можно встретить недорогие всесезонные шины, но при покупке их надо обращать внимание на страну изготовитель шины. Шины могут быть изготовлены по стандартам той страны, климатические условия в которой резко отличаются от наших.

Существуют скоростные шины (PERFORMANCE). Применяются и разработаны для автомобилей высокого класса. Такие шины обеспечивают повышенное сцепление с дорогой и высокий уровень управляемости автомобилем, способны выдерживать значительные температурные нагрузки. У шин есть и свои недостатки – меньший комфорт и быстрый износ протектора.

Всесезонные скоростные шины (ALL SEASON PERFORMANCE) разработаны для тех кому нужны высокие скоростные характеристики круглый год, включая движение по гладким сухим дорогам и движение по льду и снегу. Возможность производства таких шин появилось несколько лет назад, благодаря сфере высоких технологий.

Для одного автомобиля можно выбрать шины нескольких типоразмеров, так как в летний период рекомендуется устанавливать шины с большей шириной профиля, а в зимний с меньшей шириной профиля.

Разные типоразмеры шин рекомендованные для вашего автомобиля имеют приблизительно одинаковую длину окружности по внешнему диаметру, что не приводит к искажениям показаний спидометра и счетчика километража.

Рекомендуя определенные шины, для определенного автомобиля, конструктор – разработчик шин учитывает практически все технические характеристики автомобиля, в том числе максимальную скорость, массу автомобиля, динамику разгона, путь разгона и т.д.

Поэтому, покупая шины нужного типоразмера вы обеспечиваете себе безопасное передвижение и максимальный комфорт.

Определите для себя в каком климате вы будете эксплуатировать свой автомобиль, по какой местности вы больше времени передвигаетесь, по каким дорогам двигаетесь. Чем больше вопросов и ответов, тем легче будет определить тип шин, необходимый для вашего автомобиля.

Информацию о необходимых шинах, вы можете найти дверце топливного бака, в руководстве по эксплуатации автомобиля, на наклейке, приклеенной к торцевой части двери, а также на внутренней поверхности перчаточного ящика.

Как утверждают представители фирмы Hankook, недавно созданные шины 4S», одинаково хороши для любой погоды. Цифра 4 означает четыре сезона и предназначены для стран с резко выраженным континентальным климатом.

Шины безопасны при управлении на заснеженной трассе, а также комфортны и экономичны летом. Рисунок протектора у шин «Орtimo 4S», фирмы Hankook ассиметричен. Внешняя сторона шин отвечает за летние показатели, а внутренняя – за зимние.

Жесткость блоков внутреннего плеча ниже, чем внешнего, поэтому шина демонстрирует отличную управляемость на летних трассах.

Часть протектора, между боковиной шины и беговой дорожкой – плечевая зона. Она принимает на себя основную часть боковых нагрузок, увеличивает боковую жесткость шины, улучшает соединение протектора с каркасом.

Жесткая часть шины, служащая для герметизации, когда шины бескамерные, и для крепления на ободе колеса называется бортом. Остовом борта является нерастяжимое кольцо из стальной обрезиненной проволоки. Стальное кольцо придает борту необходимую прочность и жесткость. Кольцо состоит из слоя корда каркаса, обвитого вокруг проволочного кольца, и круглого или профилированного резинового наполнительного шнура. Шнур придает монолитность и эластичный переход от жесткого кольца к резине боковины. С наружной стороны борта расположена бортовая лента из прорезиненной ткани, предохраняющая борт колеса от повреждения при ремонте, а также от истирания об обод.

Применение шипов противоскольжения

Для улучшения сцепления шины с дорожным покрытием зимой (на скользких дорогах, на участках раскатанного снега и в гололедицу применяют шины противоскольжения (шипованные шины). Они безусловно хороши на обледенелых дорогах и на снегу – тормозной путь минимален, вероятность заноса маленькая.

Устанавливают шипы обычно на зимнюю резину, реже на всесезонные шины, желательно, чтобы шины были предназначены для ошиповки. На таких шинах нанесены отдельные крупные нерассеченные квадратики (шашки). Такие квадратики имеют свою маркировку, в них заводским способом сделаны отверстия под установку шипов. «Шашка», в которую предполагается устанавливать шип, должна быть не менее 10 – 12 мм в ширину и столько же в ширину. В неподходящих по размеру «шашках» шипы держаться не будут. Эксперименты показали, что на шину 175/70R13 оптимальное количество шипов должно быть около 120, в три ряда по каждому краю протектора.

Покрышку, предназначенную для ошиповки, желательно ошиповать сразу же, не дожидаясь пока в отверстия набьется мусор, песок, грязь и сделают отверстия непригодными для установки шипов. Частичная ошиповка шин не дает нужного результата при движении на скользских дорогах, сцепные свойства такой автопокрышки будут недостаточными. Кроме того, такое колесо утрачивает свою первоначальную балансировку, а полностью ошипованное – сохраняет. Ошипованные шины необходимо менять сразу же, после прошествии сезона. Лучше использовать шины с заводской ошиповкой. От ошипованных шин дорожное покрытие быстро приходит в негодность. Разрушая покрытие шипы поднимают канцерогенную асфальтовую пыль. На твердом покрытии шипы быстро изнашиваются и плохо держаться в своих гнездах. Практически во всем мире введен запрет на использование ошипованной резины.

Устанавливать шипы лучше всего в мастерских по техобслуживанию транспорта. При демонтаже колес, даже если не указано вращение колеса на маркировке, надо запомнить и сохранить направление его вращения, чтобы шипы не разболтались в своих гнездах. Например, для шипов Р8 и Р9 диаметр отверстия в протекторе шины должен быть 3, 5 мм, а глубина обеспечивать оптимальную высоту шипа над протектором шины. Шип, который будет выступать больше, в шине не удержится, а меньше – не эффективен. Остаточная толщина слоя протектора между нижним фланцем шипа и брекером должна быть не менее 2 мм.

Лучше ошиповать все четыре колеса.

В течение 200 км скорость автомобиля, с ошипованными шинами, не должна превышать 60 км/ч, избегая резких маневром и торможений, а затем – не превышая 140кмч.

Экспериментальным путем удалось выявить, что шипы установленные менее чем в пять рядов, или расположенные менее чем в 3 мм от края протектора, неэффективны.

Автомобиль, с ошипованными автопокрышками производит больше шума при езде, расходует больше топлива. В снежном месиве эффективность шипов слабая, на сухом или влажном твердом дорожном покрытии шипованные шины проигрывают обычным, так как пятно контакта шины с дорогой уменьшается, а тормозной путь увеличивается до 10%. При движении по скользкой дороге тормозной путь сокращается на 70%, что является основным преимуществом ошипованной автопокрышки.

Шипы встречаются разной формы, но основой у всех шипов служит твердоплавный стержень, закрепленный в корпусе из мягкой стали (рис1, вид а, вид б). Корпус шипа изнашивается вместе с протектором шины и постепенно выпускает шип, что позволяет долго сохранять работоспособность шипа. Шипы с впаянным в корпус стержнем эффективны до 30 тысяч км пробега, шипы с запрессованным в корпус стрежнем – до 15 тысяч км. Стержень шипа покрывается специальным гальваническим сплавом (обычно черного цвета), что предохраняет его от коррозии, отсутствие такого или же признаки коррозии на стрежне шипа – явный брак.

Однофланцевые шипы меньше нагреваются при трении шины о дорожное покрытие при движении машины и за счет этого лучше держаться, поэтому они предпочтительные для скоростных автомобилей. Двухфланцевые шипы универсальные. Для тяжелых и быстрых машин рекомендованы шипы с большим фланцем (9 мм).

В конце прошлого века в России стали применяться трубчатые титановые шипы ТТ. По внешнему виды их можно перепутать с обыкновенными двухфланцевыми шипами, но они имеют ряд конструктивных особенностей.

Корпус титанового шипа изготовлен и стали, для снижения веса его сделали трубчатым. В нем закреплена трубчатая вставка из титанового сплава. С дорожным покрытием такой шип соприкасается не штырьком, а кольцевой поверхностью. Площадь контакта за счет такого соприкосновения с дорогой увеличивается в несколько раз больше, чем у обычного традиционного шипа. Контакт сцепления получается надежнее , давление меньше, разрушающее воздействие на дорожное покрытие ниже, масса шипа вдвое меньше. Трубчатый титановый шип на полмиллиметра короче своего фланцевого родича. Это связано с особенностями установки таких шипов: фланцевые шипы должны выступать над поверхностью протектора на 1, 3 – 1,7 мм, титановые на 0,8 – 1,2 мм.

Достоинством титановых шин является лучшее сцепление на льду. Поведение автомобиля, оборудованного такими шинами, отличается высокой стабильностью движения, тормозные свойства примерно на 5% выше, чем у обычной ошипованной резины, уровень шума практически остается тем же, поперечные сцепные свойства улучшаются на 8%.

При торможении «юзом» шипы не вылетают из резины. К недостаткам таких шин можно отнести повышение расхода топлива примерно на 2% и увеличение тормозного пути на асфальтовом покрытии на 3% (средняя скорость движения автомобиля 90 км/ч). На чистом твердом покрытии, при торможении, возникает опасность блокировки колес и заноса, так как стальные шипы хорошо скользят по асфальту.

В настоящее время появилась достойная альтернатива ошипованной резине. Современные технологии позволили создать зимнюю нешипованную шину, способную удерживать сцепление с дорогой не хуже, чем ошипованные. Как наиболее удачный вариант шин нового поколения можно назвать модели компании компании Goodyear – Ultra Grip 5 и Eagle Ultra Grip.

Часть шины, представляющая собой тонкий слой эластичной резины, расположенная между бортом и плечевой зоной и являющаяся продолжением протектора на боковых стенках каркаса называется боковиной. Боковины предохраняют протектор от влаги и механических повреждений. На боковинах нанесены маркировка и обозначение шин.