История шин
Автомобильная шина прошла длинный путь эволюции, прежде смогла обрести привычную для современного человека форму и рецептуру, по которой производятся сегодня все автошины.
Молодой Роберт Томсон задался целью уменьшить количество необходимых усилий, для передвижения экипажей, а также уменьшить шум от проезжающих мимо транспортных средств, создававших в то время массу дискомфорта, как обывателям, так и пассажирам экипажа.
Для этого он изобрел эластичные опорные поверхности вокруг ободьев колес транспортных экипажей. В качестве покрышки служила сшитые и соединенные заклепками куски кожи. Внутри шины располагалась камера, состоявшая из нескольких слоев парусины, покрытой снаружи натуральным каучуком или гуттаперчей. Шина одевалась на деревянное колесо, обитое металлическим обручем.
В патенте подробно изложена конструкция изобретения, а также рекомендуемые материалы для производства шин.
27 марта 1849г. результаты проведенных испытаний вместе с фотографией экипажа оснащенного шинами были опубликованы специализированном журнале «Mechanics Маgazin». Изобретение встретило как восторженные отклики, так и пессимистические отзывы относительно будущего шин. И действительно, с момента публикации и вплоть до 1888 года не нашлось ни одного человека, которым вплотную занялся организацией массового производства шин и создал бы коммерчески успешное предприятие. К сожалению или к счастью, Томсон так и не дожил до повсеместного использование его изобретения. После смерти изобретателя в 1873 г., его идея шин еще более 10 лет пролежала на полке, дожидаясь своего часа, пока Джон Данлоп (John Dunlop) не заинтересовался этой идеей.
В 1888 г. соотечественник Роберта Томсона — Джон Данлоп изобрел пневматическую шину. Инновационная для того времени идея пришла к нему достаточно неожиданно. В 1887 г. Данлоп решил усовершенствовать велосипед своего десятилетнего сына, а именно сделать его более комфортным. Джон Данлоп осуществил задумку следующим образом: он одел на колеса велосипеда шланг для поливки сада и надул их воздухом.23 июля 1888 г. Джон Данлоп получил патент № 10607 на свое новое изобретение. Со второй попытки преимущества пневматической шины были оценены по достоинству, и годом позже Уильям Хьюм уже участвовал в гонках на велосипеде с пневматическими шинами. Интересно, что Хьюм не входил в число лучших гонщиков своего времени, однако именно он выиграл все заезды соревнования, в которых участвовал. Отчасти и это событие стало толчком к коммерческому использованию пневматических шин.
Уже через год в 1889 г. в Дублине появилась компания под названием «Пневматическая шина и агентство Бута по продаже велосипедов» (в настоящее время эта компания называется «Данлоп»), существующая и сейчас, и являясь одной из крупнейших мировых производителей шин.
20 век
Дальнейшие разработки и усовершенствование пневматических шин были главным образом связаны с повышением их износостойкости и безотказности. Также был существенно переработан процесс монтажа-демонтажа шин, который значительно упростился по сравнению с аналогичным процессом в первых моделях шин.
В 20 веке вместе с популяризацией шин появилась и проблема проколов, которые стали спутниками передвижений на автомобиле. Использование более надежные и износостойких материалов в производстве шин несколько уменьшили количество проколов в пути, но не решали проблему. Логичным выходом из данной ситуации стало упрощение процесса замены спустившегося колеса на запасное.
Так, в первой четверти XX века появилась конструкция быстросъемных креплений колес, в которой колесо крепилось к ступице всего несколькими болтами, что существенно упрощало замену и позволяло в пути легко менять сдувшуюся шину вместе с колесом на запасное.
Усовершенствование конструкции привело к еще большей популяризации и применению пневматических шин на всех автомобилях, что дало новый толчок в развитии шинной и автомобильной промышленности.
1959г. Ha автосалоне 1959 г. в Турине Pirelli выступил с маленькой сенсацией, разумеется, это была шина — Pirelli BS3. Прототип скорее шины не с противоаварийными качествами, сколько реставрированной. Каркас шины BS3 довольно традиционной конструкции (диагональный каркас) и протектор с профилем были достаточно самостоятельны. Т.е. их можно было разобрать, состоящий из трех частей протектор после износа мог просто сниматься и заменяться новыми деталями. Эта разработка была запатентована в 1957 г. Вторая основная идея шины Pirelli BS3 заключалась в возможности монтажа на этот каркас специального протектора, как для лета, так и для зимы. Кроме этого, в зимнюю версию можно было вставить еще значительное количество шипов, усиленный вариант для движения по льду. Замену колец протектора можно было производить только на спущенной шине, монтаж делался на обычном ободе. Он закреплялся за счет увеличения объема в накачанном состоянии. Боковую устойчивость должны были обеспечивать выпуклые края и перемычки; В самих кольцах были своего рода брекеры, расположенные в направлении периметра. Шину BS3 хвалили за хорошие ходовые качества, низкое сопротивление качению, а также за нетрадиционный (и недорогой) способ реставрации. Предлагаемый вначале ассортимент был ограничен четырьмя размерами: 155 х 14,155 х 15, 165 х 14,165 х 15. Можно было без проблем стйвить BS3 на «жука» VW. Но эта конструкция не получила признания, (крепление колец протектора было недостаточно долговечным), несмотря на то что, безусловно, имела интересные перспективы.
1973г. Французский изобретатель шин Kleber в 1973 г. также, как и Роберт Томсон, в 1845 г., но на более высоком уровне представил безопасную шину как «революционную разработку», в основе которой была та же идея. В соответствии со своим названием шина TTT (Three Tube Tyre, трехкамерная шина) имела три камеры. Средняя камера накачивалась, как обычно, через клапан, расположенный в ободе. Каждая из двух других воздушных камер располагала собственным клапаном, который был вставлен путем вулканизации вблизи от борта шины. Обещание: «Запасное колесо становится ненужным, т.к. в случае потери воздуха одной камерой достаточно двух оставшихся не только для обеспечения устойчивость автомобиля, но даже для продолжения поездки». Кроме того, для улучшения ходовых характеристик с помощью шины должна имитироваться своего рода опора и за счет разного давления в камерах индивидуально регулироваться комфортное вращение колеса. Относительно сложная и дорогая конструкция, может быть, даже гениальная. История вынесла свой приговор безопасной шине ТТТ, она вскоре бесследно исчезла с горизонта. Практически все производители шин когда-то и где-то занимались проблемой шины, защищенной от аварий, или шиной с противоаварийными качествами, и все еще продолжают это делать.
1973 г. Dunlop Denovo и TD. Dunlop начал разработки безопасных шин еще в конце шестидесятых годов. Dunlop представил в 1973 г. систему колесо/ шина Denovo 1, которая имела довольно сложную конструкцию и монтировалась на разборном колесе. Система Denovo 2 была проще и располагала дополнительной канавкой в ободе для приема специального выступа борта шины. На основе этого Dunlop создал систему Denloc, представленную в 1978 г., существенным преимуществом которой являются канавка и выступ борта, надежно препятствующие соскальзыванию борта спущенной шины. Чтобы решить проблему неправильного монтажа — шина Denloc на стандартном ободе или наоборот, — было принято решение, о сотрудничестве с Michelin. При стандарте на размеры в миллиметрах, принятом для шин TRX и TDX, путаница невозможна. Соединение обеих систем привело к созданию системы TD, где буква Т означала миллиметровый стандарт на TRX Michelin и D — безопасную шину Denloc от Dunlop. Оба изготовителя предложили шины TD, которые были полностью совместимы. Dunlop представил SP Sport D 40 с несколькими размерами широкопрофильных шин, были предложены также соответствующие зимние шины. Разрешения на поставку для заводской комплектации имелись, как у Michelin, для моделей BMW и Jaguar.
1975 г. Michelin в 1975 г. предложил рынку совершенно другую систему TRX. Например, при обозначении шин и ободов внутренний диаметр или диаметр обода приводится только в мм. Шина TRX с размерами 230/45 R 39.0 подходит только к ободу TRX с диаметром 390 мм, это соответствует примерно 15,4". Специальный обод TRX имеет изогнутую бортовую закраину, которой соответствуют борт специально разработанной шины TRX. Согласно данным Michelin, благодаря этому возникает удлиненная, по сравнению с традиционными шинами, зона амортизации, улучшая комфорт. Кроме того, за счет равномерного распределения напряжения в каркасе и соответствующей конструктивной оптимизации шина TRX превосходит другие конструкции и по ходовым качествам. Система колесрушина предлагалась некоторыми изготовителями автомобилей (среди них BMW), чаще всего, на выбор. Во всяком случае, система TRX была разработана не с учетом возможных противоаварийныхсвойств, а исключительно с целью улучшения потребительских качеств. Система поставляется только фирмой Michelin, в том числе и с зимними шинами; для этой системы в отдельных случаях предлагаются колеса из легких металлов.
1975г. Большинство прежних систем (за исключением Michelin TRX) в значительной степени обеспечивает надежное крепление борта шины на ободе при внезапной потере давления воздуха и по сравнению со стандартными ободами обладают явным преимуществом безопасности. Кроме этого, система TD Dunlop и Michelin допускает ограниченное продолжение медленного движения. Хотя, как и у традиционной системы, боковые стороны шины расплющиваются боковыми закраинами, вскоре шина выходит из строя. Эта проблема была решена Conti в середине 80-х годов созданием новой и довольно революционной шины CTS (ContiTire-System). В ней впервые борт шины размещается не на радиальной, расположенной снаружи, поверхности венца обода, а охватывает обод по периметру и фиксируется на внутренней поверхности (см. рис.). При этом плоские части венца обода накладываются на протектор, благодаря чему полностью исключается соскакивание борта шины при потере давления и одновременно обеспечивается возможность продолжения движения. Полное разрушение шины существенно замедляется или вообще не происходит. Даже в полностью спущенном состоянии на шине можно ехать довольно нормально, ходовая устойчивость автомобиля в значительной степени сохраняется. Проблема CTS заключалась в полном переходе на новую систему. Нужно было разработать другие шиномонтажные машины, достаточную инфраструктуру (возможности получения дохода и монтажа продавцами шин и мастерскими).
Между тем Conti, кроме обычных противоаварийных ходовых качеств, рекламирует также другие технические преимущества конструкции CTS по сравнению со стандартной системой: незначительный вес системы (колесо плюс шина), увеличенное монтажное пространство для тормозов, повышенную сцёпляемость на мокрой дороге при торможении, повышенную безопасность при аквапланировании и минимальное сопротивление качению. Первым автомобилем с заводской комплектацией шинами CTS (на выбор) был Mercedes-Benz SL, хотя и имевший наготове запасное колесо CTS, позднее добавились еще так называемые особо защищенные (бронированные) автомобили, например Mercedes класса S. Недостатком CTS (и всех новейших специальных систем колесо/шина) был тот скромный факт, что уже десятилетия существует стандартная система, распространенная по всему миру, поэтому рыночный успех CTS не состоялся.
1975г. Тоже в середине 80-х годов огромное внимание привлекла другая система колесо/шина: двойная шина Juhan. Эта идея не была совершенно новой, она уже практиковалась в истории автомобильной и шинной промышленности. Казалось, что двойная шина Juhan — два контура обода и две шины на колесо — на длительное время решит проблемы щирокопро-фильных шин, а именно аквапланирова-ния. Этой двойной шиной занимались известные производители шин и автомобилей, они смогли получить довольно положительные качества, но для серийного производства этого было недостаточно. Многообещающие опытные шины создал Goodyear. Однако критиковались большой вес системы, стоимость, и считалось опасным, что между двойными шинами могут зажиматься камни (следствие: повреждение шины). Но преимущества двойной шины при дожде и аквапланировании бесспорны, ее визуальный эффект как альтернативы широкопрофильной шины тоже. Goodyear отказался от этого проекта, прежде всего потому, что не была решена главная проблема: контроль давления воздуха в шине. Ясно, что незаметное понижение давления в одной из восьми шин при прямолинейном движении не создало бы трудностей. Но как только речь заходила о передаче больших боковых сил, например, при выезде на автобан, ходовые характеристики менялись полностью. С другой стороны, сдвоенная шина обладает, разумеется, достаточно обширными противоаварийными качествами при потере давления воздуха, пока это касается только одной шины. Juhan предложил свой проект в Европе и США в качестве элемента тюнинга. В Эйвоне был найден новый партнер для изготовления шин, поставлялись также колеса из легких металлов. Сертификат ТШ для Германии был получен. Система была представлена как Avon Turbo Speed JJD с разными, пользующимися спросом, размерами. В настоящее время об этой системе тоже перестали говорить.
1983 г. Система TDX, которая базируется на стандарте TRX (стандарт на шины и обода в мм, скошенная бортовая закраина), была представлена в 1983 г. фирмой Michelin в качестве следующей разработки. Качественные преимущества шины TRX должны при этом увязываться с преимуществом безопасности при потере давления воздуха за счет противоаварийных качеств. Обод TDX был дополнительно снабжен канавкой для пальца борта, для того чтобы обеспечить надежную посадку шины. Эта канавка Denloc основана на патенте Dunlop. Цитата Michelin: «Шина TDX удерживается на ободе TD, даже если она полностью спущена, и не может соскользнуть в ложе обода. Это означает, что в рамках соответствующей скорости можно ехать со спущенной шиной». В качестве возможного расстояния Michelin называет примерно от 10 (приводная ось) до 30 км (не приводная ось). На ободе TDX могут монтироваться специальные шины TDX от Michelin (и шины TD от Dunlop, см. ниже) с индексами скорости Н, V и ZR (а также зимние шины с несколькими размерами) или шины TRX. Система TDX получила у некоторых производителей автомобилей разрешение на поставки для заводской комплектации, например у BMW на выбор и у Jaguar для серийной комплектации для Limousine HJ 6.
1984 г. В феврале 1984 г. Goodyear и Pirelli проинформировали общественность о совместной разработке обода, пригодного для обычных легковых автомобилей. Так называемый обод АН (асимметричный двойной хамп) должен в значительной степени, чем обычные изделия, не допускать соскакивания борта шины. Это возможно за счет формы двойного хампа и его высоты. При сравнительных тестах, так называемых опытах ло сбросу обода, выяснили, что на быстром повороте шина снимается со стандартного обода уже при 1 баре внутреннего давления. С ободом АН эта граница была заметно ниже, но точных данных нет. При аварии шины обод АН может позволить медленно продолжить поездку, например для того, чтобы найти надежное место для стоянки. Первым серийным автомобилем, предлагавшимся с этой системой, был Fiat Ritmo Abarth 130 ТС. Обода АН все еще используются, но они не получили широкого распространения — такая же судьба, как и у других систем колесо/шина.
1987 г. В 1987 г. Goodyear представил на автосалоне во Франкфурте противоаварийную шину под названием TIMES (Tire Mobility Enhancement System, система шин повышенной мобильности). Она была разработана для экспериментального автомобиля Ford «HFX Ghia Aerostar» и состояла из двух шин, вложенных одна в другую. Непосредственно под покрышкой, которая казалась обычной шиной, находился эластичный, смонтированный на ободе резиновый борт, который при потере давления должен был нести автомобиль. Даже если бы внешняя оболочка полностью вышла из строя, на внутренней камере шины, которая должна была быть снабжена профилем, можно было бы доехать до мастерской. Goodyear сообщил, что противоаварийная система TIMES полностью вызрела, и при необходимости может быть запущена в производство в любое время. До сих пор о серийном производстве ничего неизвестно, но система ни в коем случае не кажется списанной. Goodyear экспериментировал также с шинами, наполненными пеноматериалом, воздух в значительной степени или даже вообще был не нужен, хотя результаты, по имеющейся информации, были не очень обнадеживающими.
1989г. Похожую разработку (в 1987 г. противоаварийную шину Goodyear TIMES) представил в 1989 г. Michelin, это была шина Foam-Ring-Support, шина с пенной поддержкой. Совершенно другие исходные возможности для создания шины, позволяющей продолжить поездку в спущенном состоянии, предоставляет опора шины, обод. В обычной и распространенной сегодня системе колесо/шина борт шины располагается на ободе таким образом, что он крепится с внешней стороны бортовой закраиной, а изнутри маленькой, проходящей по периметру выпуклостью, хам-пом. Затем уже конструкция борта и давление воздуха в шине обеспечивают ее надежную посадку. При потере воздуха эта система крепления в значительной степени подвергается опасности и полностью ломается без давления воздуха: борт шины сдвигается внутрь в ложе обода, бортовая закраина уходит на сжатый бок шины или наружу, в этом случае ходовые характеристики автомобиля чрезвычайно неустойчивы. Для того чтобы обеспечить важную для безопасности движения надежную посадку борта при спущенной или почти спущенной шине, были разработаны различные конструкции ободов. Чаще всего им придается специальная форма в области посадки борта, и они частично могут комбинироваться со стандартной шиной, для других конструкций ободов требуются спроектированные исключительно для них шины.