Конструкция шины. Как изготавливаются автомобильные шины, устройство и износ покрышек.

Автомобильная шина отличается сложной, высокотехнологичной конструкцией, что необходимо для обеспечения безопасного и комфортного хода автомобиля. Современные производители покрышек применяют в процессе изготовления продукции новейшие разработки и специальные резинотехнические смеси, программы для компьютерного моделирования, что необходимо для достижения максимальной эффективности и производительности шины. Такой подход позволяет изготавливать колеса, устойчивые к внешним негативным факторам, обеспечивающие отличные показатели на любой дороге или обладающие необходимыми свойствами для эксплуатации в определенное время года.

Состав резины

Точный состав резиновой смеси для производства шин держится в секрете, хотя основные компоненты известны. Всего их более 20, они необходимы для придания покрышкам тех или иных свойств. Среди базовых составляющий компаунда следующие:

1. Синтетический или натуральный каучук. Такой компонент является основным, он добавляется в разных пропорциях и обладает различными характеристиками. Наиболее качественным считается натуральный каучук, производимый из сока гевеи. Чаще всего такое сырье применяется азиатскими брендами, что связано с особенностью добычи и рядом требований, предъявляемых к экологичности продукции. Европейскими производителями чаще применяется синтетический материал, добываемый в процессе нефтепереработки. Насчитывается около десятка разновидностей искусственного каучука, каждая обладает индивидуальными особенностями, что используется в производстве шин с определенными характеристиками. Но полностью заменить натуральное сырье синтетическим нельзя, поэтому оно все равно входит в состав, пусть и в меньших количествах.

2. Технический углерод, или промышленная сажа, является вторым обязательным компонентом, придающим резине характерный черный цвет, повышенную стойкость к износу и прочность.

3. Силика (диоксид кремния) является аналогом технического углерода, обеспечивая повышенную прочность. Полностью заменить сажу она не может, но добавки кремния обеспечивают покрышкам повышенное сцепление с дорожным полотном, сниженное сопротивление качению.

4. Сера необходима для вулканизации, именно благодаря ей резина становится эластичной и прочной, выдерживающей неблагоприятные условия эксплуатации.

Дополнительно при производстве используются смолы и смягчающие масла, необходимые при изготовлении сезонной зимней резины, ускорители вулканизации в виде стеариновых кислот и оксида цинка, наполнители и другие компоненты. Корд шины изготавливается в виде металлических вставок, на основе текстиля, полимеров или комбинированных материалов.

Конструкция шины

Конструктивно шина – это резинокордная эластичная оболочка, которая устанавливается на обод колесного диска. От качества и свойств такой оболочки зависят управляемость транспортного средства, безопасность и комфорт движения. Также особенности шины влияют на топливную экономичность, акустический комфорт и многие другие параметры, которые следует учитывать при выборе автомобильных покрышек.

Состав любой шины включает в себя следующие базовые конструктивные элементы:

• каркас покрышки;
• усиливающий брекер;
• боковины покрышки;
• зона протектора с рисунком определенного типа;
• неремонтируемая бортовая зона;
• герметизирующий слой (он используется только для бескамерной резины).

Точный конструктивный состав достаточно сложный, он также включает в себя наполнительные шнуры, крыльевые ленты, чефер, надбрекерные детали и прочие элементы. Все они обеспечивают шине определенные свойства, способность работать при различных нагрузках и климатических условиях.

Основной частью любой шины является каркас, передающий нагрузки на колесо. В зависимости от конструкции он собирается в один или несколько слоев и может быть диагональным или радиальным. Первый тип означает, что нити перекрещиваются между собой, их количество всегда четное – 2, 4, 6, 8. Подобный вариант конструкции каркаса сегодня используется крайне редко.

Радиальные шины наиболее распространены, они могут быть бескамерными или камерными, кордовые нити при производстве не перекрещиваются. Для производств подобной резины применяется металлокордный брекер, что делает всю конструкцию более жесткой и прочной, устойчивой к износу. При маркировке такие покрышки обозначаются буквой R.

Брекер представляет собой жесткий армирующий пояс, который находится под поверхностью рабочей беговой дорожки. Чаще всего он производится на основе металла, но для снижения веса производители могут использовать комбинированные варианты, брекеры на основе полимеров и текстиля. Такой элемент необходим для снижения уровня проскальзывая шины, повышения сопротивляемости ударным нагрузкам.

Боковая зона защищает покрышку от ударов, внешних воздействий и деформации. Это наиболее тонкая часть, требующая дополнительной защиты.

Проектор – основная рабочая часть покрышки, имеющая рельефную поверхность и специальный рисунок. Основными элементами такого рельефа являются:

• беговая дорожка, обеспечивающая контакт с дорогой;
• плечевые блоки по бокам для придания конструкции жесткости;
• ламели для сцепления с дорогой;
• водоотводящие каналы, используемые для защиты от гидропланирования.

В зависимости от типа протектора различают следующие базовые виды шин:

• шоссейные;
• городские;
• региональные;
• зимние (обычные и шипованные);
• внедорожные;
• строительные.

Борта – это части покрышки, обеспечивающие посадку на обод и надежное соединение. Для изготовления используется прорезиненная проволока, покрываемая слоем компаунда.

Для бескамерных покрышек дополнительно используется герметизация, располагающаяся внутри шины. Слой состоит из газонепроводящей особой резины, то есть при проколах или порезах покрышка сохраняет способность нормально работать, потери управляемости нет.

Процесс производства покрышек

Производственный процесс сложный, он начинается с подбора отдельных компонентов, для чего применяется специализированное оборудование. Рецептура зависит от бренда и типа покрышки, точное количество всех компонентов строго контролируется. Кроме резинотехнической смеси подготавливаются бортовые стальные кольца, обрезиненный корд и брекер. Все они накладываются друг на друга, образуя особый «пирог» с количеством слоев до 30.

Далее начинается сборка при помощи специальных барабанов, позволяющих придать заготовке нужную форму. Каркас и брекерный пакет собираются отдельно, после чего соединяются с резиновой лентой, получая «сырую шину».

Следующий шаг – вулканизация для придания резине необходимых свойств. Она производится в пресс-вулканизаторах, где поддерживаются необходимые условия для протекания химических реакций. Резина переходит из пластического в необходимое эластическое состояние и приобретает нужные свойства.

Процесс вулканизации – один из самых сложных, он выполняется при температуре в +170 градусов и давлении от 20 бар. Заготовка при воздействии на нее пара и воды распирается изнутри, прижимается к пресс-форме при помощи диафрагмы, что позволяет ей приобрести необходимую форму и характеристики. Время обработки зависит от типа покрышек – для легковых достаточно 10-15 минут, для грузовых – от 60-70 минут.

Финишный этап – контроль качества, визуальный осмотр на стендах. Выборочно проверяются такие параметры, как неоднородность резины, форма, радиальное биение и многие другие.

Виды и индикаторы износа

Любая покрышка в процессе эксплуатации подвергается механическим и другим воздействиям, вызывающим износ. Основные виды:

• износ в средней части покрышки вызывается неправильно установленным давлением в колесе, грамотное техобслуживание позволяет продлить эксплуатационные сроки резины;
• появление выпуклостей и трещин на боковой стенке – причины таких повреждений заключаются в ударах колесом по бордюрам, езда по дорогам с большим количеством выбоин и ям;
• усиленный износ, проявляющийся по краям автошины – причиной такого явления является недостаточное давление;
• появление следов одностороннего износа наблюдается при неправильно выполненном развале-схождении;
• плоские отдельные пятна потертостей – причиной подобного явления выступает агрессивная езда, резкие ускорения или торможения, заносы.

Производителями шин для контроля износа и сигнала о необходимости замены резины используются специальные индикаторы:

• классические, то есть сепараторный протекторный блок в продольной канавке, имеющий высоту 1,6 мм;
• цифровые, то есть выдавливаемые на покрышке шифры и маркеры, соответствующие определенной глубине и показывающие степень износа;
• электронные, являющиеся одной из функций контроля внутреннего давления.

Чаще всего используется протекторный блок с высотой 1,6 мм. Он находится в глубине продольных канавок покрышки и показывает предельное значение износа, при достижении которого шины необходимо менять. То есть от водителя требуется просто визуально контролировать высоту отдельных элементов.

Не менее удобной системой индикации является нанесение на поверхность изображений и цифр, показывающих степень износа. По мере эксплуатации они стираются, сигнализируя о том, что резина достигает предельного износа и уже не может быть используемой.

Сроки эксплуатации у резины различных производителей могут сильно отличаться. Но обычно 10% утраты ресурса достигается уже через 3 года после использования, 50% наблюдается через 5 лет эксплуатации. Но точные значения зависят от состава компаунда, конструкции покрышки, особенностей протекторного рисунка и стиля езды. Поэтому при выборе автомобильных покрышек большое внимание рекомендуется уделять производителю, составу резины и используемым технологиям, продлевающим сроки эксплуатации, обеспечивающим надежность и управляемость на дороге.