Краткое описание шин различного назначения

Пневматические шины по назначению подразделяют на группы:

· легковых и легкогрузовых шин, являющихся наиболее массовыми;

· грузовых шин, включая строительно-дорожные, крупногабаритные (КГБ), сверхкрупногабаритные (СКГБ) и шины-гиганты;

· шин для тракторов и сельскохозяйственных машин;

· авиашин;

· мотошин и велошин.

Классификация шин по назначению определяет основные требования к их конструкции. В каждую группу шин этой классификации могут частично или полностью входить шины с различными конструктивными признаками.

Легковые шины должны обеспечивать высокую безопасность при больших скоростях движения, комфортабельность езды и хорошие ходовые качества автомобиля. Современные легковые шины массовых размеров (165/80R13, 175/70R13) – это шины радиальной конструкции с каркасом из одного слоя обрезиненного анидного корда 13АЛТДУ, брекером из двух слоёв металлокорда 4Л27, бортом с одним кольцом из 20 проволочек и многообразием рисунков протектора (рис.1.7). Обводные змеевидные канавки рисунков предохраняют протектор от скольжения, а многочисленные щели и ламели оригинальной формы повышают сцепление его с мокрым дорожным покрытием, прорезая водяную плёнку своими острыми краями. Для предотвращения закупоривания под давлением или на поворотах их укрепляют полукруглыми стабилизаторами. Рифлёная поверхность боковой беговой части протектора способствует охлаждению покрышки при высоких скоростях езды, а скруглённые края выступов - формированию более развитого и полного контакта с дорогой. Выступы протектора мягко контактируют с дорогой и жёстко воспринимают действие внешних сил, чему способствуют глубокие ламели в средней его части, соединение частей каждого выступа в «ласточкин хвост» и изначально притёртая форма каждого выступа. Оптимизация сочетания размеров выступов и порядка их чередования по окружности снижают их резонансные колебания и уменьшают шумообразование. Улучшение геометрии внешнего профиля протектора в форме гиперболической спирали и резинокордной структуры поперечного сечения повышают площадь контакта и оптимизируют её форму и распределение удельных давлений в ней.

Рис.1.7. Современные легковые шины массовых размеров

для скоростных автомобилей: а-MXL, б-MXV, в-MXX.

При качении шины внутри её резинокордной оболочки образуется жёсткая область объёмного сжатия в результате распрямления беговой дорожки протектора в плоскость дороги и расплющивания выступов под нагрузкой, и чем больше её величина, тем хуже эксплуатационные свойства шины. В легковых шинах нового поколения величина этой области минимальна. Для эксплуатации на грязных, заснеженных и покрытых льдом горных дорогах разработаны так называемые шины M+S (грязь+снег), работающие как стандартные шины с цепями противоскольжения (рис.1.8). Пояса открытых остроугольных выступов обеспечивают таким шинам плотное прилегание к поверхности, а глубокие змеевидные обводные канавки облегчают держать направление движения на дороге с размокшей поверхностью. Бортовые рёбра, действующие как лопатки или маленькие вёсла, облегчают езду по заснеженным дорогам. Многочисленные узкие щели в выступах улучшают сцепление шины с дорогой.

Рис.1.8. Шины для сложных условий эксплуатации легковых автомобилей:

а-XM+S 100, б-XM+S 300, в-XM+S 200.

В зимних условиях на обледенелых дорогах используются обычные шины, в протектор которых запрессованы шипы противоскольжения диаметром 8-9мм в количестве 100-250 штук (рис.1.9). Сердечник шипа изготавливается из твёрдого сплава порошка карбидов вольфрама и кобальта и должен выступать над поверхностью протектора на 1,5-2мм, а корпус – из стали или пластмассы. Эффективность применения шипованных шин растёт с уменьшением коэффициента сцепления, а недостатки - они повышают износ дорог и опасность аквапланирования и разрушают разметку дорог. Для снижения износа дорог рекомендуют ограничивать скорость движения, уменьшать высоту выступающей части шипов и применять шипы из пластмасс.

Рис.1.9. Общий вид шины с шипами противоскольжения (а), устройство шипа (б)

и схема его установки в покрышку (в): 1-корпус, 2-сердечник, 3-фланец, 4-пятка,

А - правильная установка шипа, Б - неправильная установка шипа.

Асимметричные рисунки протектора создаются в шинах легкогрузовых автомобилей для улучшения сцепления с заснеженными или покрытыми льдом дорогами (рис.1.10). В современной конструкции шины рисунки протектора имеют многочисленные варианты, и даже небольшие изменения могут изменять её работоспособность. Конструкцию рисунка отрабатывают годами от модели к модели, совершенствуя по результатам испытаний и опыту эксплуатации.

Рис.1.10. Шины с асимметричным рисунком протектора для легкогрузовых автомобилей:

а - Х4×4, б - ХС4, в - ХРS.

Скоростные легковые шины для гоночных и спортивных автомобилей делят на три категории: для шоссейно-кольцевых, горных и трековых дорог. К ним относятся также шины для рекордных заездов на короткие дистанции, для которых главное – скорость движения, а износостойкость не имеет значения, и шины для повышенных скоростей движения в обычных условиях, которые должны удовлетворять всем требованиям к обычным шинам. Работа шины при высоких скоростях связана с возникновением больших динамических нагрузок, развитием повышенных температур, деформацией отдельных элементов и ростом потерь на качение. При критической скорости качения шины за выходом её из контакта с дорогой возникает стационарная волна, сопровождающаяся увеличением сопротивления качению, перераспределением давлений в зоне контакта и снижением долговечности шины. Конструкция скоростной шины должна обеспечить высокую критическую скорость качения.

При взаимодействии протектора с мокрой дорогой возникает явление «всплытия» шины, и колесо начинает работать на грани аквапланирования (рис.1.11). На участке «А» в передней части контакта вода не успевает отводиться в канавки протектора и в стороны, поэтому возникает водяной клин, а коэффициент сцепления падает почти до нуля. Участок «В» - переходная зона, в которой водяной слой частично разорван, в результате чего имеется жидкое и сухое трение, и только на участке «С» передаются силы от колеса к дороге. Поэтому число аварий на мокрой дороге растет с 7% до 20-40%. С увеличением скорости движения автомобиля растёт также опасность потери внутреннего давления в шине из-за пробоев и проколов, что также приводит к аварии.

Рис.1.11. Взаимодействие протектора шины с мокрой дорогой:

А-передняя часть контакта, В-переходная зона, С-задняя часть контакта.

Бескамерные шины, созданные в 1954-1958 годах, явились важным шагом в решении проблемы безопасности езды. Проникновение посторонних предметов уже не вызывало в них резкого падения давления, но после прокола они не давали большого пробега. Дальнейшие работы привели к созданию более безопасных систем колесо-шина и методов их самогерметизации при пробоях и проколах. Наиболее перспективны самоподдерживающиеся конструкции «Деново-2», системы шин с шиной-вставкой и герметизация проколов по беговой дорожке протектора герметизирующимися композициями. Большая группа безопасных шин сконструирована по схеме «шина в шине», и одна из них – «Трипгард» японской фирмы Бриджстоун (рис.1.12). Шина TGS-1 - самонесущая конструкция с усиленной боковой стенкой и дополнительным креплением бортов упругими камерами, способными удерживать боковые стенки для продолжения движения автомобиля на расстояние до 200км со скоростью 80км/ч. Шина TGS-2 состоит из основной шины бескамерной конструкции с усиленными бортами и смазкой на внутренней поверхности под беговой дорожкой. При проколе основной шины нагрузку воспринимает камерная шина-вставка, которая накачивается через специальный вентиль, фиксирует и прижимает к ободу её борта, что обеспечивает устойчивое продолжение движения автомобиля.

Рис.1.12. Шины системы «Трипгард» для автомобилей среднего класса (TGS-1)

и для легкового автомобиля большого класса (TGS-2).

Грузовые шины должны удовлетворять требованиям высокой грузоподъёмности, надежности, долговечности, проходимости в различных дорожных условиях и минимальной массы. Поэтому в зависимости от дорожных условий применяют шины камерной и бескамерной конструкции с дорожным рисунком протектора с насыщенностью 65-85% и универсальным с насыщенностью 50-70%. На городские автобусы ставят радиальные шины с утолщённой боковиной, защищающей тонкий каркас от повреждений о бордюрные камни тротуаров. В плохих дорожных условиях работы на самосвалах и прицепах иногда применяют широкопрофильные шины вместо двух обычных, а также арочные с регулируемым давлением и пневмокатки.

Строительно-дорожные шины эксплуатируются при невысоких скоростях движения машин, для уплотнения дорожных покрытий имеют гладкий протектор, а мягких грунтов - с рисунком повышенной проходимости. Шины для землеройных машин (скреперы, автогрейдеры, бульдозеры и др.) должны обладать высокой проходимостью и стойкостью к механическим повреждениям, выдерживать большие нагрузки, передавать большие тяговые усилия. Они являются крупногабаритными с массивным протектором и рисунком повышенной проходимости. Шины для самоходных катков и автопогрузчиков работают на строительных площадках или промышленных предприятиях при скоростях до 5 км/час, имеют высокопрочный каркас и толстый протектор для защиты от механических повреждений и работают при сравнительно высоких внутренних давлениях (до 0,5-0,7МПа).

Широкопрофильные шины (рис.1.13) работают при меньшем давлении и отличаются от обычных в 1,5-1,9 раз большей шириной профиля В и обода С колеса, что уменьшает отношение Н/В с 0,9-1,05 до 0,65-0,85 и увеличивает отношение С/В с 0,55-0,65 до 0,70-0,75. Арочные шины, у которых отношение Н/В достигает 0,35-0,5 при большей в 2,0-2,5 раза ширине профиля В по сравнению с обычными равной грузоподъемности, а ширина обода С близка к В, особенно эффективны в условиях осенней и весенней распутицы. С помощью централизованной системы контроля в шинах с регулируемым внутренним давлением его снижают при работе на мягких грунтах и повышают при движении по твердым дорогам. Пневмокатки работают на глубоком снегу, рыхлом песке и в болотистых местностях при низком давлении (0,4кгс/см²), являются шинами сверхвысокой проходимости, имеют бочкообразную форму с малыми наружным и внутренним диаметрами и очень широким профилем. Отношение ширины профиля к наружному диаметру В/D для них равно 1-2, наружного диаметра к посадочному D/d - 4, а высоты профиля к ширине Н/В лежит в пределах 0,25-0,375.

Рис.1.13. Внешний вид арочной шины (а) и пневмокатка (б).

Схема применения широкопрофильной шины (1) вместо двух обычных (2).

Крупногабаритные (КГШ) и сверхкрупногабаритные (СКГШ) шины для карьерных автомобилей большой единичной мощности (27-45т и 75-180т соответственно) и землеройно-транспортных машин имеют толстый рисунок протектора повышенной проходимости, выдерживают значительные нагрузки и передают большие тяговые усилия. Армируют их кордом повышенной прочности и теплостойкости, герметизируют внутреннюю поверхность бескамерных шин гермослоем шириной более 3000мм из нескольких по ширине полос смеси на основе комбинации НК и ХБК. Герметичность соединения колеса с шиной достигается специальной конструкцией борта и обода (рис.1.14).

Радиальные широкопрофильные КГШ с регулируемым давлением и асимметричным рисунком протектора применяют для тяжёлых условий работы, а шины диагональной конструкции - для лёгких и средних условий. В вездеходах используют КГШ и СКГШ различных типов и размеров с внешним диаметром 0,75-3м и низким внутренним давлением (0,02, а пневмокатки – даже 0,005МПа), СКГШ размеров 27.00-49, 33.00-51 и 40.00-57 имеют бескамерную конструкцию и наиболее высокую слойность каркаса (табл.1.1).

Таблица 1.1.