Введение
В данной статье, дорогие читатели, я хотел бы затронуть, одно из самых выдающихся изобретении человечества - колесо. До этого все грузы перевозились на санях, на лошадях, верблюдах, либо вплавь по реке. Первое подобие колеса был спил ствола дерева, кругловатой формы, а в середине была закреплена статичная ось, позже дерево стали отбивать железом. С каждым этапом человеческой жизни, деревянное сплошное колесо претерпевала постоянные изменения.
Глава I - История появления первых шин
В процессе эволюции, уже в 17 веке стали задумываться о мягком, бесшумном колесе, которое бы не гремело и не передавало каждую неровность дороги на пятые точки пассажиров. А как мы с вами знаем, колесо не было бы колесом, без шины. Без этого чудо изобретения мы бы не смогли передвигаться и перевозить грузы на дальние расстояния. Для того чтобы понять почему это изобретение стоит на ряду с электричеством, парусом, письменностью и тд., предлагаю изучить историю и углубиться в техническое устройство шины от А до Я В конце 15 века, Христофор Колумб, а это было его второе плавание, привез много невиданных ранее чудес, это табак, сахар и чудесное вещество под названием каучук, в переводе с индейского – слезы дерева. Открыт дивный сок в Южной Бразилии был местными индейцами, на дереве Гевея, дерево растет только в тропическом климате 1300 км от экватора. Дерево дает сок в период от 10 до 25 лет своей жизни, потом его заменяют на новое. Индейцы обнаружили одной удивительное свойство, надрезая кору , стекала белая жидкость, под названием млечный сок(или латекс). Через некоторое время , сок загустевал на солнце и становился твердым, индейцы начали делать себе обувь и даже посуду, правда через некоторое время все ломалось.
Колумбу понравилась свойства вещества, взяв небольшое количество, увез домой в Европу. К слову, в то время использовали мяч из ткани, первооткрыватель, сделал прыгающий мяч из каучука. Много людей в Европе, собрались посмотреть на это открытие.
Прошло много времени с тех пор, этим веществом, смазывали провода для герметизации, одежду, но никто пока не придумал для чего еще можно применить эту находку. Перед изобретателями стояли несколько задач: чтобы материал не плавился в жаркую погоду, не издавал неприятного запаха, и не был хрупким.
Увидел в этом материале потенциал человек, которому мы обязаны изобретением резины - Чарльз Нельсон Гудьир. Он был великолепным химиком, и пообещал что найдет применение каучуку, которое изменит наш мир. Днями и ночами, он смешивал каучук с разными веществами: песок, соль, перец и наконец - сера. Именно стала основой будущей резины. Применяя её резина приобретает черный цвет, который нам хорошо знаком. Забавная история произошла, когда Ч. Гудьир решил сделать патент на свое изобретение. Решив ускорить процедуру, ученый выслал образцы в Англию, предусмотрительно не указав процесс вулканизации, образцы принимал эксперт в области резины - Томас Хэнхок. Обнаружив на образце следы порошка серы, Хэнхок сразу понял, что нужно сделать. Воодушевлённый ученый Чарльз Гудьир подал заявку на патент, где ему было отказано по причине, что таким же методом - вулканизацией серы был проведен опыт за неделю до него. Гудьир отказался поделить права на изобретение, подал в суд и проиграл. В прочем, доля славы ему досталось посмертно, в его честь была названа компания Goodyear Tire and Rubber Company
Глава II. Создание искусственного каучука В 17 веке пошла бурная индустриализация , и многим странам была нужна резина не только для автомобильных шин, но и для строение кораблей, самолетов. Для корабля требовалась 68 тонн, для колеса автомобиля - 200кг. В те времена Бразилия уже понимала свое "золотое" состояние и быстро начала богатеть, правительством было принято решение защитить стратегически важный сорт дерева Гевея, но один британец - Генри Викгем, прикинувшись ботаником, удалось вывезти мешок семян. Конечно, большая часть семян не прижилась, но распространение по другим концам света было неизбежным. Началась вырубка этого сорта дерева, так как надрез не давал того количества, Сруб дерева давал около 25 кг каучука в год. Многие светлые умы уже понимали, что натурального каучука не хватает для развитие промышленности, нужно научиться создавать этот компонент искусственно.
Особенно в тяжелом положении был СССР в начале 20-х годов 20 века, шла полным ходом подготовка к войне, красной армии была жизненно необходима резина, конечно 70% процентов шли на шины, но оставшиеся часть шла на промышленность, резиновые сапоги, плащи и даже на стирательную резинку для школ.
Осознавая важность каучука, советское руководство в конце 1925 объявила конкурс на создание синтетического каучука. Один из претендентов был советский ученый Сергей Васильевич Лебедев, который занимался этим вопросом еще с 1909 г. В конце 30-х годов Лебедев находит способ, взяв за сырье спиртовую основу получилось разделить спирт на дивинил, водород и воду. На конечном этапе полученный каучук смешивали с магнезией, каолином, сажей и некоторыми другими компонентами для предохранения от распада.
Лебедевский каучук был признан лучшим, несмотря на сложности с получением дивинила из нефти.
Успех Лебедева имел огромное значение для советской промышленности, так как позволил сократить потребление натурального каучука. Синтетический каучук обладал новыми свойствами, такими как стойкость к бензинам и маслам.
Лебедеву было поручено продолжить исследования, и в Ленинградском университете была создана лаборатория синтетического каучука. В 1931 году была построена экспериментальная установка, производившая по три килограмма каучука в сутки, а вскоре был запущен секретный завод «литеры Б», который стал основой для дальнейшего развития производства синтетического каучука в стране.
В дальнейшем было запланировано строительство еще трех крупных заводов в разных городах, что способствовало развитию этой отрасли в Советском Союзе.
Эти события стали ключевыми в переходе к синтетическим материалам и сыграли важную роль в индустриализации страны. Что примечательно , мощность каждого из этих заводов была 10 тыс. тонн каучука в год, что дела СССР одним из ведущих экспортеров каучука. Их строили в местах, где производился спирт, так как спирт был основным сырьем. Основным сырьем для спирта служил, всем известный - картофель. На одну тонну литра , требовалось двенадцать тонн картофеля. В 1936 уже заводы производили до 15 тыс. тонн, мы были на первом месте, на втором - Германия, на третьем - США.
На данный момент основным сырьем для латекса служит - Бутадиен: газ, получаемый из нефти и стерин: жидкость, производимая из нефти и угля. Процесс получения синтетического латекса - смешивание бутадиена и стерина с мыльным раствором, содержащий катализаторы.
Свертывание латекса происходит, когда латекс перекачивается в емкость с кислотой и солью, где он свертывается. Затем его моют водой, просушивают и брикетируют. На данный момент синтетический каучук уступает натуральному. Поэтому в синтетический каучук добавляется до 10-20% натурального каучука. Ведётся работа по его улучшению.
Вулканизация для получения резины:
При вулканизации добавляются серы и наполнители (сажа, мел, оксид цинка).
При содержании серы более 25% получается эбонит — твердая резина.
Компоненты для производства 200 кг резины:
100 кг резины (85 кг синтетической и 15 кг натуральной).
35 кг сажи.
35 кг кремнезема.
20 кг минерального масла.
4 кг смолы.
2 кг антиоксиданта.
2 кг воска.
4 кг оксида цинка.
1,5 кг стеариновой кислоты.
1 кг ускорителя вулканизации.
1,5 кг серы.
Эти этапы и компоненты подчеркивают сложность и многоступенчатость процесса производства синтетического каучука и резины, а также важность различных добавок для достижения необходимых свойств конечного продукта. Изобретать синтетический каучук пробовали и другие, так например, немецкий ученый в области химий - Фриц Гофман, изобрел синтезированный латекс, с его использованием - шины приходилось приподнимать, так как на ночь они полностью деформировались.
Глава III. Первые шины
Резиновое колесо стало важным этапом в развитии транспортных средств еще до появления автомобилей.
Первым, кто предложил идею воздушного колеса, был Роберт Уильямс Томпсон, который получил английский патент с описанием своего изобретения. В нем говорилось: «Суть моего изобретения заключается в изменении эластичных опорных поверхностей вокруг ободов колес экипажей, чтобы облегчить движение и снизить уровень шума, создаваемого ими».
Конструкция воздушного колеса, разработанная Томпсоном, была довольно простой. Шина устанавливалась на колесо, состоящее из деревянных спиц, вставленных в обод, обтянутый металлическим обручем. Шина состояла из двух частей: камеры и наружного покрытия. Камера изготавливалась из нескольких слоев парусины, пропитанной натуральным каучуком или гуттаперчей, которые использовались для создания раствора. Наружное покрытие представляло собой куски кожи, соединенные заклепками. Вся шина крепилась к ободу с помощью болтов. Кожаная покрышка обладала необходимой прочностью и стойкостью к износу. Учитывая, что кожа растягивается при намокании и расширяется под давлением, необходимо было усилить камеры парусиной.
В конструкции также был предусмотрен клапан для накачивания шины. Несмотря на уникальность и оригинальность пневматических шин Томпсона, они не получили широкого распространения. Основной причиной этого стала их высокая стоимость для обычного обывателя, а также состояние дорог и ограниченное количество автомобилей. Все это не способствовало увеличению спроса на данное изделие. Несмотря на уникальность, труд Томпсона не пользовался популярностью и лишь в 1874, после его смерти, начался бум автопромышленности и спрос на "воздушное колесо" стал увеличиваться.
Глава IV. Применение первых шин С конца 19 века промышленность стала производить автомобили с ДВС, хоть разгон у них был слабый - 10-18 км/ч, лошадиных сил было меньше одного. Неровности дорог, ямы, брусчатка давали о себе знать, тогда и стали применять пневматические шины. Кареты с лошадьми также перешли с деревянных колес, на пневматические шины. В 1878 году Джон Бойл Данлоп, совершено случайно решил попробовать надеть шину от поливочного шланга и закрепить его к железному обручу, но самое главное, что шина могла закрепляться к ободу и разбортироваться от обода колеса, креплением же было прорезинивая парусина. За это, в 1888 году Д.Б. Данлоп получил патент на свое изобретение, а 23 июля этого же года, изобретатель получил дополнительный патент, который разрешал использование этой технологии на автомобилях.
Достоинство покрышки уже заметили на велосипеде гонщика Ульяма Хьюма в 1889 году, при котором он занял первое место, при том что его профессиональные качества были далеко не идеальными. В 1890 году инженер по имени Чальд Кингстн Уэлтч придумал к по краям шины с двух сторон вставить обода. Это нововведение, дало возможность английским изобретателям Бартлетту и французскому ученому Дидье применять новые способы монтажа и демонтажа. Эдуард Мишлен, французский бизнесмен, решил тоже подхватить новомодный и довольно рисковый шинный бизнес и затеял масштабную рекламную кампанию , которая обошлась ему в 800 тыс. франков, средняя зарплата тогдашнего рабочего было 200 франков.
В 1895 году знаменитая гонка Париж – Бордо – Париж 1895 года. Гоночный экипаж Эдуарда Мишлена и его брата - Андре пришел последними, да их автомобиль весил больше всех - 1200 кг, но не смотря на это они получили много насмешек со стороны. Гонщик, который управлял автомобилем Эмиль Левассор, прошел дистанцию за 48 ч 47 мин, выходя из машины он сказал: "Это безумие, я разогнался до 30 км/ч". На этом месте ему поставили памятник и выбили эти слова. Естественно, он недоумевал и задал братьям вопрос: "Это все на что способны ваши сосиски?" Братья Мишлен были все равно удивлены этими показателями, но пообещали себе разогнать автомобиль еще лучше на новых шинах. В те времена прокол шин был таким же частым явлением, как и сейчас. Водители могли заниматься ремонтом шины от 40 до 60 мин, при том, что машин было немного, они могли себе позволить встать посередине дороги.
Первые шины были изготовлены из парусиновых лент, которые накладывались на покрышку в четыре-восемь слоев под углом к рабочей поверхности (так называемой подошве). Сначала укладывали несколько продольных слоев парусины, затем добавляли толстый слой резины и подвергали вулканизации. По внутреннему радиусу бортов покрышки устанавливались кольцевые резиновые утолщения, известные как «заплечники», которые фиксировались в закраинах колесного обода. Процесс монтажа шины был настоящим испытанием: требовалось установить несколько барашковых зажимов, чтобы предотвратить прокручивание шины на колесе. На таких шинах не рекомендовалось «ездить на тормозах», то есть замедление автомобиля следовало осуществлять снижением оборотов двигателя.
Со временем был разработан быстросъемный обод, который перевозили вместе с запасной шиной. В этом случае меняли не проколотую покрышку, а обод. В первой четверти XX века (в 1925 году) начали активно использовать конструкции быстросъемных креплений колес к ступицам на нескольких болтах, что позволяло заменять шину вместе с колесом всего за несколько минут. Опоясанные (или «клинчерные») шины с парусиновой основой стали более распространенными их накачивали от 5 до 9 атмосфер.
В дальнейшем изобретения с шинами были больше связаны с безопасностью и комфортом. Пневмошине потребовалось еще несколько десятилетии чтобы вытеснить литую шину, для этого стали использовать более прочный корд.
Изначально использовали льную ткань покрытую каучуком, но несовершенство этой ткани было в ее структуре, нити перекрещивались между собой от нагрева и ударов она рвалась. С появлением текстильных кордов сперва диагонального строения, в котором нити были намотаны под углом 60 градусов перекрёстно, слоев каркаса было от 4 до 8 , шина была тяжелой, сопротивление качению было минимальным. Поэтому пошли дальше и стали располагать нити под углом 90 градусов к протектору, параллельно радиусу колеса. Это сделало шину более легкой, так как число кордов было меньше и жесткой.
Диагональные шины сейчас не используются в автомобильном сегменте, но до сих пор используются в сельхоз технике, произвести такую шину дешевле , а такие параметры как: вес, управляемость, сопротивление качению, нагрев шин, эластичность, качество металлокорда намного выше у радиального типа. Также у шины есть такой параметр - как индекс нагрузки, у диагональных использовался аббревиатура PR, означающее слои корда.
Действительно, и до сих пор используются текстильные слоя корда, но в большинстве своем производители отходят от текстильного когда в пользу ЦМК (Цельнометаллокордная шина). Это означает что каркас и брекер усилен металлокордом и в брекере, по факту сейчас используется 2-3 слоя брекера между каркасом и протектором. Брекер это - текстильный или металлический корд, расположенный между протектором и каркасом. Служит для поглощении ударов и других нагрузок на каркас.
Многие производители, особенно "китайсктие" товарищи пишут 18, 20, 22PR в целях маркетинга. На самом деле таких слоев в радиальной шине нет, более правильно ориентироваться по индексу нагрузок указанной на шине, допустим на грузовой 150-156К(что соответствует 3300-4000кг нагрузки на шину), а буква "К" означает до какой безопасной скорости может разгоняться шина
Рисунок проектора. Немало важной частью шин, является - протектор. Многие компании, которые вплотную занялись производством шин, искали наилучший рисунок , экспериментируя с треугольниками, квадратами и тд.
Все стремились к индивидуальности и практичности. Неожиданно повезло, советским шинам - завод "Проводник" подобрал так всеми знакомый рисунок "елочка". Этот рисунок имел отличные цепные свойства по тем временам, а протектор не забивался грязью и глиной
Позже современные шины стали добавлять продольные канавки и поперечные отводы воды для уменьшения риска аквапланирования. Причем рисунок должен быть направленный и монтироваться строго по стрелке Rotation, расположенной на боковине шины. В ненаправленном рисунке, так называемые универсальные шины, можно не применять направленность
Глава V - Дальнейшее развитие современных шин.
В 50-60х годах высота профиля имела не менее 80%, так например шина размером 185/80R14, имела ширину шины -185мм, высота шины измерялась в процентах от ширины - 148мм, R - обозначение шины радиального типа. И число 14 - это посадочный диаметр, измеряемый в дюймах, многие говорят что R - это радиус, но является грубой ошибкой. Одной из главных проблем шин, является недостаточное сцепление с дорогой и плохая устойчивость, для повышение этих показателей, шинные компании уменьшают высоту профиля, а ширину увеличивают.
Так, например, H/B , где H- это высота, B- ширина. В конце 1990х начало 2000х, стали появляться, так называемые низкопрофильные шина с высотой профиля 40-30%.
Помимо уменьшения высоты профиля, придумали в бескамерных шинах технологию - Runflat (безопасная шина). В её конструкции диск ложится на боковины шины дополнительным внутренним опорным кольцом
Технология позволяет проехать с проколотой шиной от 100 до 150 км, с последующей вулканизацией шины в шиномонтажной мастерской. Сейчас современные шины проблематично демонтировать с диска, не всегда хватает отжимной силы у шиномонтажного станка и дополнительной третьей руки для удобного разбортирования, но сперва предыстория
Глава VI Демонтаж и монтаж шин на диск и балансировка
Когда мир стали захватывать автомобили, и шина стала появляться у сотни миллионов в год, требовалась их замена летней на зимнюю, или когда шина полностью изнашивала свой протектор. Раньше, водители демонтировали шины в ручную, специальной отжимной "лапкой" приваренной к круглому основанию с длинным рычагом. Надавливая на него с силой, ободное кольцо сдавливалось, тем самым выпуская воздух
Это было долго и довольно затруднительно. Прогресс добрался до станков с отжимным гидроцилиндром с боку, а с верху была монтажная рука с изогнутой лапкой, процесс стал намного быстрее и менее трудозатратен. В 80-е годы уже начинают появляться первый шиномонтажи.
В настоящее время есть специальные автоматические станки, такие как Nordberg, Trommelberg 1889NV, Atis, Sivik которые справляются с задачей для демонтажа низкопрофильных шин.
Конструкция автомобилей также модернизировалась, они стали габаритнее, увеличилась колесная база, идет тенденция не только на широкие шины, но и на широкие автомобили с низкой посадкой и клиренсом. Все по тем же причинам, наилучшая устойчивость на дорогах при высоких скоростях. Форма автомобилей становится обтекаемой. Для наименьшего сопротивления с воздухом, стали требоваться станки с большим монтажным столом и широким захватом диска до 24-26 дюймов. Шиномонтажное оборудование всегда подстраивалось под изменение формы колеса.
В конце 1960-70х когда скорости стали высокими, требовалось балансировка колеса, чтобы сместить массу колеса на ось вращения. При неравномерной массе, колесо начинает биение и подпрыгивает, что приводит к износу и уменьшению сроков подшипников автомобиля. Для избавления от биения, добавляется грузики на специальном балансировочном станке. Если говорить об итальянских станках, так как именно они стали основоположниками шиномонтажного оборудования, компания CORGHI была основана в конце в 1947 году, станки на высоком технологическом уровне, лучшая точность балансировки, определение геометрии диска, глубины протектора, степень увода автомобиля и другие технологии.. Совсем недавно компания представила:
CORGHI Artiglio UNIFORMITY - новейший супер станок. В конструкции станка имеется прокатный вал для симуляции дорожного покрытия, не говоря уже о базовых функции лазера для определении геометрии и расположение каждого колеса на данный момент этот "супер станок" является одним из самых технологичных на рынке. Это оборудование может сразу производить монтаж/демонтаж и балансировку. Помимо его существуют еще ряд брендов: M&B, Sicam, Немецкая фирма Hofmann, Ravaglioli, Hunter
Глава VII - Обслуживание и ремонт шин
В современном мире автошин, есть разные типы шин для разных машин. 1 СКГШ(Сверх крупногабаритные шины) для Белаза, максимальный эксплуатируемый размер шин разработана компанией Michlein, модель XDR2 E-4R, параметры внушительные. Внешний диаметр — 4028 мм, ширина — 1503 мм, масса — 5465 кг, из которых четыре тонны приходится на резину, а остальное — на стальной корд. Глубина протектора — около 12 см. 2.Поменьше идут КГШ для погрузчиков и шарнирно-сочленённой техники и сельхоз техники. 3. Грузовые, шириной от 1100мм , диаметр обычно до R22.5 для автобусов и самосвалов, дородной и строительной техники.
Для сельскохозяйственной используется диагональный тип, но все чаще переходят на радиальный из за высокой ходимости, но цена пока остается дороже.
Автомобильные шины перешли на радиальный почти полностью. Но на рынке, особенно российском, до сир пор остаются камерные шины, у бескамерных есть небольшой минус - при механическом повреждении обода, или в случае коррозии, они деформируются и приходят в негодность. Также они тяжелее и дороже в обслуживании. Погодные условия в снежных странах, а именно гололед и осадки снега подстегивают еще одну модернизацию - появляется фрикционная резина(липучка) . Ее действие впитывание тонкой пленки воды, так как резина мягче и с она плотнее прилегает к дороге. Как бы "прилипает" и удерживает шину за счет маленьких крючков на протекторе, особенно в дождливую погоду. Шипованную резину применяют на ледяном покрытии, так как именно шипы с точечным давлением около 15 кгс позволяет сделать зацеп, фрикционные с этой задачей справляются хуже. В случае прокола или пробоя шины, (пробой идет после 10мм диаметра отверстия), применяют вулканизацию. Вулканизация - это процесс нагрева куска резины(заплатки) и места прокола при котором происходит смешивание молекул каучука между собой. Предварительно данную поверхность зачищают для наилучшей адгезии и обезжиривают, далее нагревательным элементом - вулканизатором, нагревает место прокола Заключение.
В этой большой статье, мы действительно затронули автомобильные шины и всё что с ними связано. От истории их создания до современных шин. Узнали каким оборудованием происходит замена шин, какие виды бывают. Я считаю, это действительно полезная и интересная информация, которая поможет как обычному автовладельцу понимать и разбираться в шинах. Уверен, что и профессиональные шиномонтажники, тоже что-то подчерпнут. А может даже кто-то захочет открыть свое дело связанное с шинами, да и с автомобилями в целом. Несмотря на высокую конкуренцию, шины меняли и будут менять всегда до тех пор, когда технический прогресс опять не поменяет рынок, и вместо шин будет уже воздушная подушка. Но уверен что это будет не скоро. Сейчас автопарк автомобилей имеет положительную тенденцию к росту, особенно в России, где еще не так сильно развита дорожная инфраструктура. Если смотреть шире, то перевозки - это кровь экономики! Обслуживая колеса, автомобили, грузовые, и другую коммерческую технику, вы - помогаете рынку грузоперевозок расти и развиваться.
Comments