Меню

А вы знали как делают шины

Пятьдесят тысяч километров без замены: как производители делают шины долговечнее

Специальные шины для легкого коммерческого транспорта… Казалось бы, да зачем они вообще нужны? «Каблучки» и фургоны ездят по тем же улицам и трассам, что и легковые автомобили, в тех же самых условиях и, в общем-то, на тех же самых скоростях, да и по размерности используемых шин особых отличий нет. Так что пошел в любой шинный салон, выбрал комплект по средствам, и вперед! Но все не так просто…

​​Чем отличаются легкие коммерческие автомобили от легковых? Прежде всего тем, что они оптимизированы для перевозки грузов. Легковушки тоже иногда грузят, что твоих осликов, но поступают так далеко не все владельцы, и происходит это не так уж часто. Это означает, что на шины LCV регулярно действуют куда большие нагрузки, а это требует внесения в конструкцию соответствующих изменений, позволяющих эти нагрузки выдерживать.

Ну а во-вторых, как правило, суточные пробеги коммерческих автомобилей в разы превышают пробеги легковушек, если, конечно, данный легковой автомобиль не работает в такси. В результате вопрос устойчивости к износу и ходимости выходит на первый план, ведь система приоритетов у частных владельцев легковых автомобилей и операторов LCV имеет весьма существенные различия.

Для владельца пассажирского седана, хэтчбека или кроссовера на первом плане будут стоять разгонная и тормозная динамика, управляемость, комфорт и шумность, и за улучшение этих показателей клиенты готовы платить, и порой – весьма серьезные деньги. Владельцы коммерческих транспортных средств тоже обращают внимание на эти параметры, но главными для них являются вопросы, связанные с экономикой: начальная цена и ходимость, то есть срок эксплуатации.

Понятно, что многие из этих параметров находятся в противоречии, и эти противоречия становятся особенно яркими в случае разработки зимних шин. Судите сами: для обеспечения максимального сцепления с покрытием в условиях низких температур состав резиновой смеси протектора должен быть максимально мягким. Но чтобы обеспечить наилучшую устойчивость к истиранию, а значит, и долгий срок службы, этот состав должен быть жестким! Для снижения расхода горючего (а этот параметр тоже является критически важным для владельцев LCV) требуется уменьшать сопротивление качению, но для этого тоже лучше подходит жесткий резиновый компаунд. И получается такая картина: улучшили топливную эффективность, заодно повысили ходимость, а вместе с этим ухудшилось сцепление с покрытием и управляемость. Применили более мягкую смесь, повысили комфорт, снизили шум, повысили управляемость на мокром асфальте и в снежной каше – ухудшились эксплуатационные показатели. Нос вытащил – хвост увяз, хвост вытащил – нос застрял! В результате разработка идеально сбалансированного изделия превращается в невероятно сложную задачу, требующую привлечения всех доступных интеллектуальных и технологических ресурсов.

Как шинники решают поставленные перед ними задачи, мы рассмотрим на примере компании Toyo Tires. Еще в 2011 году она представила коммерческие зимние шины Toyo H09. Эта модель воплотила практически все доступные на тот момент технологии: состав резины протектора с улучшенной устойчивостью к износу и профиль каркаса для равномерного распределения давления контакта гарантировали достаточно длительный срок службы, рисунок протектора с волновыми ламелями обеспечил высокое боковое и продольное сцепление на мокрой и заснеженной дороге, а прочные стальные брекеры вместе с усиленной конструкцией борта минимизировали внутреннее напряжение в каркасе во время движения.

Рассказывая о летней шине Toyo Nanoenergy Van, мы уже отмечали, что жизненный цикл отдельных моделей шин для легкого коммерческого транспорта оказывается гораздо более длинным, чем в случае с шинами для легковых автомобилей. В легковых линейках производители стараются представить преемника каждые 5 лет, а вот средний срок жизни модели коммерческой шины составляет лет десять… Так что замена для модели H09 появилась во вполне ожидаемые сроки.

Работая над новой моделью, получившей название Observe Van, конструкторы ставили перед собой следующие задачи: улучшить работу шины на мокром покрытии, в частности, сократить тормозной путь, а также повысить управляемость и устойчивость, улучшить управляемость при движении в снегу, повысить срок службы шины за счет усиления каркаса и повышения износостойкости протектора. При этом сопротивление качению должно было соответствовать категориям C

Читайте также:  Шины из японии зимние шипованные

E, сцепление на мокром покрытии – категории B (по европейской системе маркировки шин), а уровень шума не должен был превышать 72 дБ. И с этими задачами конструкторы успешно справились! Ну а теперь давайте посмотрим, за счет чего им удалось добиться заданных показателей.

Начнем с того, что первым делом видит любой пользователь – с рисунка протектора. На первый взгляд, рисунок очень похож на рисунок протектора новых летних шин Toyo Nanoenergy VAN, продажи которых начались весной 2020 года. Те же четыре ряда блоков, два ряда центральных, соединенных в двойное центральное ребро с зигзагообразной канавкой, и два ряда широких плечевых блоков. Такой рисунок повышает общую жесткость, а значит – управляемость и износостойкость. Главным отличием зимних Observe Van от летних Nanoenergy Van стало наличие множества волнообразных 3D-ламелей, рассекающих и центральные, и плечевые блоки. При внимательном рассмотрении можно найти и другие различия: кромки поперечных канавок, разделяющих блоки протектора, сделаны ступенчатыми, что улучшает передачу тягового усилия на заснеженном покрытии.

Эффективность работы шины зависит не только от рисунка протектора, но и от ее внутренней конструкции. В данном случае конструктивно зимние Observe Van и летние Nanoenergy Van весьма похожи: в обоих случаях непосредственно под протектором находится слой брекера с нитями корда спирального плетения, обеспечивающий однородность характеристик по всей длине окружности шины. Под ним расположены слои металлокорда с высокой прочностью на растяжение, под металлокордом – многослойный каркас из полиэстера высокой жесткости. Но главной конструктивной особенностью шин Observe Van стал мощный усилитель борта, встроенный в боковую стенку шины. При сравнении с шинами Toyo H09 выяснилось, что этот конструктивный элемент способен на 75% снизить внутренние напряжения и амплитуду плотности энергии деформации, что в свою очередь самым существенным образом сказывается на увеличении срока службы шины.

Стоит отметить, что разработка как рисунка протектора, так и внутренней конструкции Toyo Observe Van производилась с использованием системы компьютерного проектирования и моделирования T-MODE. О том, что представляет собой эта система и какие преимущества она дает, мы уже рассказали, причем достаточно подробно. Хотим лишь подчеркнуть, что одним из её блоков является математическая модель, описывающая взаимодействие шины со снегом и позволяющая в режиме реального времени прогнозировать поведение шины на снегу, а также оценивать силы трения между снегом и резиной в условиях нагрузок и скоростей, соответствующих условиям использования реального автомобиля. При этом снег – это очень сложная среда в плане моделирования ее взаимодействия с шиной. Нужно учесть массу параметров, включая размер частиц снега, плотность и содержание воды… Но все эти сложности удалось успешно преодолеть, и теперь технология T-MODE позволяет визуально оценивать характеристики шины, которые трудно измерить в ходе эксперимента: например, то, как деформируется шина и как распределяется давление в пятне контакта на скорости свыше 100 км/ч. Получить такие данные путем непосредственных измерений очень сложно, даже если использовать самые современные датчики. Именно применение технологии T-MODE позволило добиться того, что в сравнении с Toyo H09 жесткость и способность сопротивляться деформирующим нагрузкам, возникающим при торможении, у Observe Van возросла в области плечевых блоков на 27%, и в области центрального ребра – на 51%.

И, конечно же, достижение поставленных целей потребовало серьезной работы по созданию резиновой смеси с требуемыми параметрами, причем, как уже было сказано, требовалось достичь баланса между прямо противоположными требованиями: максимальной устойчивостью к истиранию и эластичностью в условиях низких температур. И вряд ли специалисты Toyo смогли бы получить требуемое, если бы не разработанная к этому времени технология Nano Balance.

Смысл технологии Nano Balance состоит в работе с резиновой смесью на молекулярном, то есть наноуровне.

Эта работа состоит из нескольких этапов. На первом ведется тщательное изучение наполнителей и полимеров резиновой смеси на молекулярном уровне. В ходе этого изучения анализируются и проверяются реакции наблюдаемых молекулярных структур резиновой смеси в различных условиях движения. На втором этапе на основе собранных данных проводится моделирование молекулярной динамики с целью подавления физического перемещения молекул резины. Такое подавление снижает теплообразование, а значит, и потери энергии и снижения сопротивления качению.

Читайте также:  Мультиплексированная шина процессора это

Однако резиновая смесь потому и называется смесью, что в нее помимо каучуковых эластомеров входят многие другие вещества и соединения. На следующем этапе методом конечных элементов моделируется поведение различных компонентов, входящих в состав смеси. Инженеры добиваются минимизации трения между компонентами и уменьшения зон концентрации напряжения, и уже на основании построенных моделей подбирается количественный и качественный состав смеси.

Ну а завершающим этапом работы системы Nano Balance является контроль соединения наполнителей и их оптимальной дисперсии в ходе производства резиновой смеси, причем этот контроль также производится на молекулярном уровне.

Результат получился весьма впечатляющим. Конечно, все компании хранят состав своих резиновых смесей в секрете. Можно лишь отметить, что компаунд шин Observe Van отличается повышенным содержанием диоксида кремния, который серьезно повышает механическую прочность резины. Однако возможность повышения массовой доли диоксида кремния в составе резиновой смеси серьезно ограничивает одно обстоятельство. Химики хорошо знают принцип «подобное растворяется в подобном». Так вот, каучуки и другие полимеры совершенно не похожи по химическим свойствам на диоксид кремния, и их соединение можно сравнить с попыткой смешать масло и воду. В итоге мы получим не гомогенную смесь, а отдельные большие слипшиеся конгломераты наполнителя и отдельные участки резиновой массы, в которых наполнителя нет. При сжатии-растяжении комки наполнителя будут растрескиваться и разрушаться, на это будет расходоваться лишняя энергия, а значит, будет увеличиваться и трение качения.

Источник

До чего докатилась покрышка: факты из истории автомобильной резины

Сейчас каждый автомобилист знает, что хорошая резина – это залог отличной управляемости и безопасности. Но пристальное внимание на качественные характеристики автомобильной шины стали обращать сравнительно недавно. На заре автомобилестроения лучшие инженерные умы в первую очередь колдовали над двигателями и трансмиссией, во что «обут» автомобиль, их волновало мало. Сейчас ситуация кардинально изменилась. На выбор автомобилиста десятки марок и тысячи моделей шин. Kolesa.Ru предлагают вспомнить историю и разобраться: чего в современной авторезине больше – инноваций или маркетинга?

На первый взгляд автомобильное колесо XIX века не сильно отличается от современного. Но за свою полуторавековую историю произошло слишком много технических изменений: менялся состав резины, изобретались новые рисунки протекторов, произошло разделение на «зимнюю», «летнюю» и «внесезонную». Поэтому «резиновую» историю можно разделить на несколько ключевых этапов.

Из «ямы» с любовью

Сложно поверить, но автомобильная резина обязана своему появлению долговой тюрьме. В начале позапрошлого века молодой и амбициозный Чарльз Гудьир много и долго «колдовал» с составом резины. Главным требованием было сделать популярный в то время каучук безразличным к температурным скачкам. «Резиновые» опыты довели Гудьира до банкротства и долговой ямы. Но именно в переполненной американской тюрьме не самый удачливый торговец из Филадельфии сделал главное открытие в своей жизни. В 1839 году впервые был описан процесс, который впоследствии назвали вулканизацией. Химическая реакция превратила «хрупкий» к температурным перепадам каучук в выносливую резину. Однако самому Гудьиру изобретение принесло больше проблем, чем пользы. «Вулканизатор» резины умер в 1860 году в нищете, оставив долг в 200 000 долларов, но его опыты перевернули автомобильную индустрию.

Перебороть зависимость

Вулканизация – дело хорошее! Но все равно основным ингредиентом резины оставался каучук, который добывали на бразильских плантациях гевеи и перепродавали с выгодой до 1 000%. Тогда перед мировыми умами встал другой вопрос: как синтезировать каучук, чтобы не зависеть от своенравных южноамериканских плантаторов, которые ежегодно заламывали цены? Тут на помощь автомобилестроительной (и не только) общественности пришел русский ученый Сергей Лебедев, который первым в 1927 году сумел синтезировать драгоценный и баснословный по стоимости материал. Наступила новая «резиновая» эра.

Обруч с воздухом

Вернемся в XIX век и ближе к автомобильным колесам. Сначала Чарльз Макинтош придумал, как придать каучуку воздухо- и водонепроницаемые свойства. Тогда у учёного получились отличные непромокаемые плащи. «Резиновые» инновации перекачивали в автомобильную сферу благодаря другому американцу – Джону Данлопу. В 1887 году он пристально наблюдал за своим сыном, который резво катался на велосипеде. Когда неказистое двухколёсное транспортное средство в очередной раз подпрыгнуло на упругом резиновом шланге, Данлопа осенило. Он отрезал кусок шланга по размерам колеса, вмонтировал его в обод и примастерил к этой конструкции обыкновенный по сегодняшним меркам ниппель. Не прошло и года, как бойкий американец запатентовал изобретение «пневматического обруча». Правда, первое время этим изобретением пользовались исключительно велосипедисты.

Читайте также:  Самодельное устройство для шиповки шин

Доехать до финиша

Только в 1895 году братья Андрэ и Эдуард Мишлен «обули» свой автомобиль «Молния» в пневматические колеса и отправились на гонку Париж – Бордо – Париж. Сражаясь против соперников с «литой» резиной на колесах, Мишлены заслужили только насмешки и неодобрительные оскорбления, так как в соревнованиях пришли последними. Этот факт братьев нисколько не расстроил. Несмотря на то что во время гонки им пришлось менять резину не менее 60 раз, они верили, что будущее – за ниппелем и воздушной подушкой. Братьям приходилось бесплатно раздавать непопулярные шины владельцам первых парижских таксомоторов. Со временем «пневматика» окончательно вытеснила литую резину. А Мишлены открыли на Лазурном побережье собственную фабрику. Впрочем, «шинная» эволюция на этом не закончилась.

Без шипа и задоринки

Первые зимние шины вошли в автомобильный обиход в начале прошлого века, но популярность к ним пришла спустя несколько десятилетий. Отличить «зиму» от «лета» было очень просто: первые имели на протекторе большие шипы, причем химический состав резины для разных погодных условий ничем не отличался. В этом и крылась главная ошибка, которую активно взяли на вооружение современные инженеры. От шипа как такового, конечно, зависит очень много, но далеко не все: за «цепкость» отвечает также мягкость и прочность протектора. Отсюда и выросла «липучка» – зимняя шина без шипов. Вопросы о ее эффективности оставим экспертам. Но факт остается фактом – Европа борется с шипованой резиной на всех фронтах, но побеждают в этом противостоянии в первую очередь маркетологи. Кстати, несколько слов о так называемой «внесезонке» – шине для европейской мягкой зимы, которую можно использовать круглогодично. Для России – не лучший вариант, так как зима в Мурманске и Ницце – это две большие разницы.

Не без проколов

В 1974 году на «шинном» рынке появился принципиально новый игрок, который свел угрозу безопасности водителя и пассажиров на нет, во всяком случае так утверждали создатели инновационной шины. Подобный тип колёс называется ранфлэт (run-flat), и особенно часто его стали ставить на свои творения немецкие автопроизводители. Если попробовать перевести это выражение на русский, то получится что-то типа «плоскокатящийся». Словечко корявое, но правильное. Шины ранфлет по своей специфике – те же бескамерные шины, но с единственным и довольно принципиальным отличием: боковые края у ранфлета намного жестче «стандартной» резины.

Фото: BMK, Germany, wikipedia.org

Разбалованные мягкой подвеской автолюбители утверждают, что такой рецепт безопасности негативно сказывается как на комфорте, так и на семейном бюджете: на российских дорогах ранфлет шумит, «жестит» и норовит покрыться «грыжами», а стоимость у такой резины – заоблачная. Изюминка в том, что в случае прокола можно смело ехать дальше, правда, медленно и недолго, не больше 50 километров. Машину в рабочем состоянии удерживает не столько сжатый воздух, сколько сама резина, точнее, ее усиленная боковина. Ранфлет, кстати, можно подобрать далеко не для каждого авто. Дело в том, что по соображениям безопасности, run-flat-покрышки могут корректно работать только на современных машинах, оборудованных системой электронного контроля устойчивости и датчиком давления воздуха, встроенным в «мозги» автомобиля.

Вывод

Известную поговорку о том, что «история нас ничему не учит», можно смело отнести и к автомобильным шинам. Казалось бы, все уже придумано, но с каждым годом в шинной индустрии появляются инновации. Известные производители то отказываются от шипов, то, наоборот, увеличивают их количество. Индустрия не стоит на месте, но сейчас ее двигателем является скорее не инженерная мысль, а находчивый маркетинг. Согласитесь, многие подбирают резину, опираясь не на характеристики, а на «красивый» рисунок протектора, что является уже чистой победой продающих.

Источник

Adblock
detector