Більше, ніж повітря Автомобільна шина - вчора і сьогодні, Журнал Популярна Механіка
Віз не потребував шин. У тому числі побудована Нікола Жозефом Кюньо у 1769—1770 роках. парова віз - перший саморухливий екіпаж. Усі її три колеса були дерев'яними — для руху зі швидкістю 4 кілометри на годину це було цілком слушне технічне рішення. XIX століття подарувало людству нові швидкості, і проблема комфортного пересування екіпажів по тодішньому аж ніяк не ідеальному дорожньому покриттю стала на повний зріст. Частково вона вирішувалася за рахунок ресорної підвіски, але й колесам потрібно було забезпечувати плавніший рух. Розроблений Чарльзом Гудьїром у 1839 році процес вулканізації дав для вирішення цієї проблеми відмінний матеріал – еластичну гуму. Відомі до цього гумоподібні суміші на основі натурального каучуку мали серйозний недолік - їх властивості сильно змінювалися під впливом температури. У холод вони ставали дуже твердими, а в спеку надто м'якими та липкими.
Смужки з вулканізованої гуми на ободах коліс у достатньо покращували плавність ходу та акустичний комфорт карет та інших кінних колясок. Тому, коли в 1845 році хтось Роберт В. Томпсон запропонував закріплювати на обід порожню гумову трубку, накачану повітрям, його вигадка була зустрінута без ентузіазму. Перший робочий зразок пневматичної шини розробив 1888 року Джон Данлоп. Непоказна конструкція складалася з оберненого навколо обода подоби садового шланга, обшитого кількома шарами шкіри. Велосипедисти швидко оцінили комфорт, який давали перші пневматики. Щоправда, шини Данлопа не могли б витримати ваги не лише «самобіглого екіпажу», а й кінного воза. Символічно, що майже в цей час Готліб Даймлер сконструював першийавтомобіль із бензиновим двигуном. Автомобіль і шина були народжені один для одного, і незабаром їхня доля з'єдналася. З'ясувалося, що на великих швидкостях без пневматичних шин просто не обійтися: тодішня недосконала підвіска не встигала «ковтати» нерівності дороги. У 1898 році було подолано важливий психологічний бар'єр — взутий у шини братів Мішлен електромобіль Jamais Contente вперше в автомобільній історії перевищив швидкість 100 км/год. Швидкості зростали, автомобілі вже випускалися масово, і розробникам шин треба було всерйоз замислитись про вдосконалення свого дітища.
Головним недоліком перших шин була їхня висока схильність до проколів. Наїзд на будь-яку гостру річ, цвях (а їх чимало випадало з підкованих кінських копит і валялося на дорогах) означав неминучий прокол накачаної повітрям камери. Надто тонка гумова або шкіряна оболонка камери не забезпечувала належного захисту. До того ж замінити шину було досить складно — за допомогою спеціального обода розбирання вона пригвинчувалася до колеса гвинтами. А міняти їх потрібно було часто — навіть за відсутності проколів наприкінці XIX століття ресурс шини становив лише близько 200 кілометрів.
Тому вдосконалення конструкції шин на зорі автомобілебудування йшло за двома напрямками одразу. Спростити систему кріплення до колеса вдалося досить швидко - з'явилося стопорне кільце, що утримує шину без прикручування гуми до обода.
Друга проблема, підвищення ресурсу та стійкості до проколів, виявилася складнішою. Справа в тому, що конструкція шини по суті своїй суперечлива. З одного боку, вона має бути досить жорсткою, щоб не руйнуватися та протистояти гострим предметам на дорозі, з іншого — досить м'якою та пружною. Так, у шині «працює» повітря — воно закачано туди при тискуу кілька атмосфер і в цьому стані починає виявляти необхідну пружність (за таким же принципом, як і шини, працюють газонаповнені амортизатори). Але для того, щоб властивості повітря, що амортизують, оптимально служили плавності ходу, і сама оболонка шин повинна бути не занадто жорсткою.
Захист від цвяхів
Принципове вирішення питання полягало в тому, що з'явилася різниця в товщині боковин (тонших, щоб забезпечити шині демпфуючі властивості) і протектора, покликаного захистити найвразливішу частину шин, що котиться по дорозі.
Жорсткий протектор рятував від цвяхів, а поліпшення зчіпних властивостей у товстому шарі його гуми стали робити різні канавки. З'явився малюнок протектора — той самий малюнок, який конструктори шинних компаній у пошуках ідеалу «перемальовують» досі... Вони ж шукають оптимальне поєднання м'якості та жорсткості шини, оскільки «м'які» шини, що дають найбільший комфорт у машині, водій лаятиме, справедливо звинувачуючи у погіршенні керованості свого автомобіля. Напевно, це дистанція без фінішу.
Вздовж і впоперек
Ідеальну шину на усі випадки життя створити неможливо. Допомагає спеціалізація. Наприклад, спортсмен на трасі може примиритися з тряскою, проте хороша керованість машини для нього є обов'язковою. Тому досить швидко з'явилися спортивні шини, які не використовуються на дорогах загального користування. Після Другої світової розробили спеціальні зимові шини, а у вісімдесятих роках XX століття широко поширеним стало «перевзуття» машин двічі на рік — навесні та восени. Втім, зимова гума — це окрема тема, якою ми плануємо торкнутися ближче до осені.
Найважливішим пунктом еволюції стала розроблена у п'ятдесяті роки минулого століття радіальна шина. У застосовуванійРаніше діагональній шині набір шарів корду (текстильних чи металевих ниток) розташовувався діагонально, під кутом 45 градусів до напрямку кочення. У радіальній шині нитки основного каркаса розташовані поперечно, а потрібну жорсткість шині надають поздовжні шари корду під протектором. Це дозволяє забезпечити набагато більшу стабільність форми шини і підвищити її жорсткість при тих же властивостях, що демпфують.
Остаточно своє сучасне обличчя шина прийняла, ставши безкамерною. Нашими дорогами досі ще колесять автомобілі, в яких шина працює в парі з камерою. Проте з кожним роком камерних шин дедалі менше — зараз вони ставляться хіба що на вітчизняні вантажівки. На легкових машинах від камер давно відмовилися – так безпечніше. Наскільки завгодно надійний протектор все-таки не дає гарантії від проколу. Камера, герметична частина шини, при проколі миттєво втрачає тиск. Оскільки покришка в цьому випадку монтується на колісному диску негерметично, повітря швидко виходить - і на великих швидкостях це загрожує аварією, машина може перевернутися. У безкамерній шині конструкція «покришка-обід» герметична. На внутрішній поверхні шини є спеціальний герметизуючий шар. Звичайно, і він не рятує від проколу, але повітря виходить набагато повільніше, водій встигає помітити прикрість, не потрапляючи в аварійну ситуацію.
Непритомні покришки
Виробникам шин не дає спокою ідея створення шини, взагалі нечутливої до проколів. Скажімо прямо, завдання це схоже на створення вічного двигуна… Замінивши в шині повітря якоюсь поролоноподібною масою, ми начебто доб'ємося шуканого. Але одночасно значною мірою втратимо здатність шини демпфувати нерівності дороги, адже будь-який інший наповнювач не буде настільки пружним,як повітря під надлишковим тиском. Проте деякі заходи щодо підвищення живучості шин вживаються. Західні виробники вирішили, що після проколу шина має витримувати швидкість автомобіля до 80 кілометрів на годину та давати можливість водію з цією швидкістю дістатися майстерні. Звісно, не йдеться про країну, в якій найближчий шиномонтаж може опинитися за сотні кілометрів від місця, де трапилася неприємність… Тож у нас без запаски, як і раніше, не обійдешся. А ось де-небудь в Європі може допомогти пластиковий бандаж, що знаходиться всередині шини, на який покришка сідає у разі падіння тиску повітря. Є й інший підхід до справи, розробка фірми Goodyear, коли боковини шини посилюються. Виробник свідомо йде на деяке зниження еластичності - адже за рахунок "м'ясистих" боковин шина і у разі проколу якийсь час не руйнується і дозволяє проїхати відстань щонайменше 80 кілометрів.
Прокол — це ситуація, на жаль, не така вже й рідкісна, проте екстремальна. Головне – забезпечити відмінні властивості шин у штатних режимах їх експлуатації. Кожну шину оптимізовано для певного типу покриття. Серед літніх покришок можна виділити асфальтові та позашляхові. Останні, володіючи потужними ґрунтозачепами, повинні допомагати автомобілю виходити переможцем із сутичок із бездоріжжям. Щоправда, бруду в Європі та США значно менше, ніж асфальту — тому джипам роблять також гуму, призначену для «цивілізованої» експлуатації у місті та на швидкісних автобанах.
"Обличчя" шини - малюнок її протектора. Раніше блоки протектора мали однаковий крок і розмір, проте в цьому випадку під час кочення виникали акустичні резонанси — інакше кажучи, шини дуже шуміли. « балакучість » вдалося прибрати, зробивши блоки протекторарізноманітними. Наступним кроком були шини, що мають зазначений напрямок обертання. У них малюнок протектора складався в канавки, що служили для відведення води (розташовані своєрідною «ялинкою»), — на мокрій дорозі вони були надійнішими. Зараз все більше застосовуються асиметричні покришки, які поряд з підвищеною опірністю до аквапланування забезпечують машині відмінну керованість. На внутрішній стороні таких покришок більше канавок для відведення води, а на зовнішній - більше потужних блоків, які краще «чіпляються» за асфальт у повороті і не дають автомобілю зісковзувати з потрібної траєкторії.
Взагалі збереження траєкторії в поворотах та опір різним заметам і зносам - фетиш активних водіїв. Вони тільки й мріють, щоб машина на великій швидкості йшла як по рейках. Що ж, це можна забезпечити шляхом деякого зниження комфорту. Шини зі спортивним характером зазвичай роблять низькопрофільними. Чому? Для кращої керованості важливо забезпечити якнайбільшу пляму контакту покришки з асфальтом (тобто підвищення зчіпних властивостей шина має бути ширше). Щоб при цьому вона не виходила надто громіздкою, зі збільшенням її ширини профіль знижують. Це, у свою чергу, веде до більш швидких реакцій автомобіля на повороти керма — адже деформація низькопрофільної шини значно менша, ніж високопрофільна.
Однак зниження профілю теж має відповідати умовам експлуатації. Найбільш низькопрофільні шини — гоночні, які їздитимуть лише ідеальним асфальтом автодромів. Далі йдуть покришки спортивних машин на кшталт Ferrari та Lamborghini. А от водій, який обирає низькопрофільні шини для експлуатації на українських дорогах, дуже ризикує. На нерівностях асфальту існує небезпека пробою боковин. Адже низька шина у разіудару може «скластися» так, що гума невисокої боковини виявиться просто роздавлена в «тисках» між диском та асфальтом.
За інших рівних умов чим нижчий профіль шини, тим краще характеристики керованості і тим нижчий їздовий комфорт. Так що водієві доводиться враховувати свій стиль та умови керування, а виробники дають йому можливість вибирати. І працюють для того, щоб у цьому виборі було дедалі менше компромісу. Спортивні шини стають комфортнішими, звичайні краще тримають автомобіль на дорозі. Еволюція шин продовжується. За століття з лишком змінилося практично все! Мабуть, єдине, що поєднує сучасні покришки з непоказним витвором Джона Данлопа, — це повітря всередині. Втім, і його подекуди стали замінювати азотом, який начебто не так активно просочується з шини на волю.