История шин

Колесо изобрели более пяти тысяч лет назад. Шли столетия, колесо совершенствовалось, но настоящая революция произошла только в 19-м веке - была изобретена шина.

Что же представляет собой шина?

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.

Покрышка автомобильной шины, как можно заметить, имеет непростую конфигурацию и состоит из нескольких конструктивных элементов. шина представляет собой чудо химической промышленности. Почти все элементы шины изготовляются из синтетических материалов. Шинная промышленность ежегодно потребляет миллионы тонн эластомеров, шинного корда, углеродной сажи, масел, химических соединений, пигментов и многих других материалов.

Со времени изобретения пневматической шины, без которой немыслимо само существование современного автомобиля, минуло свыше 150 лет. Сегодня трудно даже поверить, что сначала шина предназначалась вовсе не для автомобиля. На безлошадных экипажах она заменила массивные литые резиновые шины (так называемые грузоленты или гусматики) лишь через многие годы после своего появления на свет.

Первым, кто официально зарегистрировал изобретение пневматической шины, был Роберт Уильям Томсон, родившийся в Шотландии 29 июня 1822 г. в семье мелкого землевладельца. В 1844 г. в возрасте 22 лет он стал инженером железнодорожного транспорта, имел собственное дело и контору в Лондоне. Именно там и была изобретена пневматическая шина.

В патенте N 10990, датированным 10 июня 1846 г., написано: '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 Томсона написан на очень высоком уровне. В нем изложена конструкция изобретения, а также материалы, рекомендуемые для его изготовления.

На рис. 1.1 представлена конструкция 'воздушного колеса' Томсона, описанная в названном патенте. Показано колесо телеги или экипажа. шина накладывается на колесо с деревянными спицами, вставленными в деревянный обод, обитый металлическим обручем. Сама шина состояла из двух частей: камеры и наружного покрытия. Камера изготавливалась из нескольких слоев парусины, пропитанной и покрытой с обеих сторон натуральным каучуком или гуттаперчей в виде раствора. Наружное покрытие состояло из соединенных заклепками кусков кожи. Вся шина крепилась на обод болтами. Кожаная Покрышка обладала необходимым сопротивлением износу и многократным изгибам, а зная, что кожа растягивается при намокании и раздувается под действием внутреннего давления, легко понять, почему камеру пришлось усиливать парусиной. Далее патент описывает клапан, через который накачивают шину.

Рис. 1.1. Воздушное колесо Томсона

После смерти Томсона в 1873 г. 'воздушное колесо' было забыто, хотя образцы этого изделия сохранились.

В 1888 г. идея пневматической шины возникла вновь. Новым изобретателем был шотландец Джон Данлоп, чье имя известно в мире как автора пневматической шины. Дж. Б. Данлоп придумал в 1887 г. надеть на колесо трехколесного велосипеда своего 10-летнего сына широкие обручи, сделанные из шланга для поливки сада и надуть их воздухом. 23 июля 1888 г. Дж. Б. Данлопу был выдан патент N 10607 на изобретение, а приоритет на применение 'пневматического обруча' для транспортных средств подтверждал следующий патент от 31 августа того же года.

Рис. 1.2. Велосипедная шина Данлопа Рис. 1.3. шина Уэлтча

Камера из резины крепилась на обод металлического колеса со спицами обматыванием ее вместе с ободом прорезиненной парусиной, образующей каркас шины, в промежутках между спицами (рис. 1.2). p Преимущества пневматической шины были оценены достаточно быстро. Уже в июне 1889 г. на стадионе в Белфасте Уильям Хьюм выступил в гонках на велосипеде с пневматическими шинами. И хотя Хьюма описывали как среднего гонщика, он выиграл все три заезда, в которых участвовал. Коммерческое развитие изобретения началось с образования маленькой компании в Дублине в конце 1889 г. под названием 'Пневматическая шина и агентство Бута по продажевелосипедов'. В настоящее время это 'Данлоп' - одна из крупнейших фирм в мире по изготовлению шин. В 1890 г. молодой инженер Чальд Кингстн Уэлтч предложил отделять камеру от покрышки, вставлять в края покрышки проволочные кольца и сажать на обод, который впоследствии получил углубление к центру (Рис. 1.3). Тогда же англичанин Бартлетт и француз Дидье изобрели вполне приемлемые способы монтажа и демонтажа шин. Все это определило возможность применения пневматической шины на автомобиле.

Первым, кто стал использовать пневматические шины на автомобилях, были французы Андре и Эдуард Мишлен, которые уже имели достаточный опыт в производстве велосипедных шин. Они объявили, что к гонке в 1895г. Париж-Бордо у них будут готовы пневматические шины для автомобилей и сдержали свое обещание. Несмотря на многочисленные проколы, автомобиль преодолел paccтояниe в 1200 км и достиг среди девяти других финиша своим ходом. В Англии в 1896 г. шинами 'Данлоп' был оснащен автомобиль Ланчестер.

С установкой пневматических шин существенно улучшились плавность хода, проходимость автомобилей, хотя первые шины были не надежны и не приспособлены к быстрому монтажу. В дальнейшем основные изобретения в области пневматических шин были прежде всего связаны с повышением безотказности и долговечности их, а также с облегчением монтажа-демонтажа. Потребовалось много лет постепенного совершенствования конструкции пневматической шины и способа ее изготовления, прежде чем она окончательно вытеснила литую резиновую.

Стали применяться все более надежные и долговечные материалы, появился в шинах корд - особо прочный слой из упругих текстильных нитей. В первой четверти текущего столетия все чаще стали использовать конструкции быстросъемных креплений колес к ступицам на нескольких болтах, что позволило заменять шины вместе с колесом в течение нескольких минут. Все эти усовершенствования привели к повсеместному применению пневматических шин на автомобилях и бурному развитию шинной промышленности. Во время первой мировой войны начались разработки конструкций шин для грузовых автомобилей и автобусов. Пионерами в этом отношении были США. К 1925 г. в мире насчитывалось порядка 4 млн. автомобилей с пневматическими шинами, т.е. практически весь парк, за некоторым исключением отдельных типов грузовиков.

В середине 50-х годов появилась новая разработка в конструкции шин. Основной особенностью новой шины, предложенной фирмой 'Мишлен', был жесткий пояс в шине, состоящий из слоев металлокорда. Нити корда располагались радиально от борта до борта. Такие шины получили название радиальных. Результатом испытания новой шины фирмы 'Мишлен' явилось увеличение ходимости почти вдвое то сравнению со стандартными (при диагональном расположении нитей корда).

В конце 50-х годов повсеместно значительное внимание уделяется шинам, обеспечивающим высокие сцепные свойства как на сухом, так и на мокром полотне, и высокую износостойкость.

В 60-е годы значительное изменение претерпела такая характеристика конструкции шины, как отношение высоты шины Н к ширине профиля В. Первые шины в разрезе представляли собой почти правильный круг, высота которого равнялась ширине. Затем отношение величин Я/В последовательно уменьшалось до 0,7 и даже 0.6 к 1980г. (рис. 1.4).

Рис. 1.4. Профили обычной (а) и низкопрофильной (б) шин сравнимой грузоподъемности

Целью стремления к низким профилям шин явилось увеличение площади контакта с дорогой, что улучшает боковую устойчивость, тягово-сцепные свойства и продлевает срок службы шин. Преимущества радиальных шин проявляются в большей степени от того, что их изготавливают низкопрофильными.

Пневматическая шина в 70-е годы достигла уровня совершенства, который трудно было представить в 50-е годы. Удовлетворялись потребности автомобилистов в увеличении безопасности езды и снижении расхода топлива. Именно в 70-е годы произошел быстрый переход легкового транспорта на радиальные шины, которые к концу этого десятилетия стали использоваться практически по всему парку, что сопровождалось увеличением срока службы.

Современное мировое производство составляет около одного миллиарда штук шин в год, эта отрасль является одной из стратегических во многих странах мира. Наличие собственного производства - признак развития страны.