Автомобильные шины классифицируют:
- по способу герметизации внутренней полости — на камерные и бескамерные;
- форме профиля — на обычные, широкопрофильные, арочные и пневмокатки;
- конструкции каркаса — с диагональным каркасом (тороидные шины) и с радиальным каркасом (шины типа Р);
- способу работы — с нерегулируемым и регулируемым давлением воздуха.
Шины должны иметь:
- высокую износостойкость;
- хорошее сцепление с дорожным покрытием;
- малое давление на грунт (особенно для автомобилей повышенной и высокой проходимости);
- малое сопротивление качению;
- достаточную теплостойкость;
- хорошие упругие и амортизирующие свойства, способствующие повышению плавности хода автомобиля.
Основными материалами для изготовления шин являются резина и специальная ткань. Резина представляет собой эластичный и упругий материал, получаемый из каучука путем тепловой обработки и вулканизации с добавлением серы и других химических веществ. Кроме резины для изготовления покрышек применяют специальную хлопчатобумажную или вискозную ткань, являющуюся основой покрышки. Чтобы нити быстро не перетирались в результате частых деформаций покрышки, ткань делают безутковой. Такая ткань состоит только из основы — параллельных продольных нитей с редкими поперечными нитями. Нити ткани прорезинивают, чтобы они не терлись между собой. Такая ткань называется кордом. В последнее время для изготовления шин применяют капроновый корд.
По величине внутреннего давления воздуха шины бывают:
- высокого давления (5...7 кгс/см2, или 0,5...0,7 МПа);
- низкого давления (1,5...5,5 кгс/см2, или 0,15...0,55 МПа);
- сверхнизкого давления (0,5...1,8 кгс/см2, или 0,05...0,18 МПа).
В зависимости от формы рисунка на протекторе различают шины обычной и повышенной проходимости.
На отечественных автомобилях преимущественно устанавливают шины низкого давления, обладающие достаточно высокой эластичностью и пониженным удельным давлением на дорогу.
Пневматическая камерная шина
Эта шина (рис. 17.2) состоит из покрышки 1, камеры 2 и ободной ленты 3. Ободные ленты применяются в случае монтажа шины на разъемные ободья для предохранения камеры от защемления между элементами обода, а также между бортами покрышки и ободом. При применении цель-нопрофилированных ободьев ободная лента не требуется.
Рис. 17.2. Пневматическая шина: 1 - покрышка, 2 - камера; 3 - ободная лента
Покрышки могут иметь диагональное и радиальное расположение нитей корда.
Покрышки с диагональным расположением нитей корда (рис. 17.3, а). Каркас 1 является основной силовой частью шины, на которую действуют внутреннее давление воздуха, нормальная нагрузка от веса машины, нагрузки от тяговых, тормозных и боковых сил. Каркас состоит из нескольких слоев обрезиненного корда, наложенных друг на друга так, что нити в соседних слоях взаимно перекрещиваются.
Рис. 17.3. Конструкции покрышек: а - диагональная: 1 - каркас покрышки; 2 - протектор; 3 - боковина; 4 - проволочное бортовое кольцо; б - радиальная: 1 - каркас с радиально расположенными нитями корда; 2 - брекер; 3 - протектор; 4 - боковина; 5 - проволочное бортовое кольцо; 6 - резиновая прослойка
В зависимости от назначения и конструкции шины между некоторыми слоями каркаса размещаются резиновые прослойки, увеличивающие эластичность покрышки. Эти прослойки помещаются большей частью между наружными слоями каркаса, где при работе шины возникают наибольшие сдвиговые деформации. На верхний слой каркаса в зоне беговой части протектора может помещаться брекер (2—4 слоя) из разреженного корда. Брекер повышает прочность шины и сопротивление механическим повреждениям, увеличивает прочность связи беговой части протектора с каркасом.
Протектор покрышки 2 представляет собой массивный слой резины, расположенный по короне шины и расчлененный канавками и выступами, образующими в совокупности рисунок протектора. Рисунок протектора обеспечивает сцепление шины с дорогой или грунтом. Различие рисунков протектора объясняется разнообразием условий эксплуатации шин. Боковые стенки покрышки покрыты слоями резины — боковинами 3. Боковины защищают стенки каркаса от повреждения и внешних воздействий. Толщина боковин, как правило, не превышает 5...11 мм (в зависимости от размеров и назначения шины).
Борт покрышки обеспечивает крепление шины на ободе колеса. Проволочное кольцо 4, являющееся жесткой основой борта, называется бортовым кольцом. На этих кольцах закрепляются кордные слои каркаса. Бортовые кольца изготавливают из параллельных рядов одиночной стальной проволоки. Обрезиненное проволочное кольцо, обернутое прорезиненной тканью, образует крыло. При многослойном каркасе борт покрышки может иметь два или три крыла. На наружную поверхность проволочных колец накладывается по окружности наполнительный шнур из твердой резины. Наполнительный шнур обеспечивает борту покрышки плавные сопряжения. Борт покрышки снаружи обернут лентой для защиты каркаса от истирания о закраины и полки обода и повреждений при монтаже.
Покрышки с радиальным расположением нитей корда (шины типа Р) отличаются от диагональных тем, что нити корда каркаса не пересекаются, а располагаются радиально (от борта к борту) и параллельны друг другу во всех слоях (рис. 17.3, б). При радиальном расположении нитей корда в каркасе 1 нагрузка на отдельную нить от внутреннего давления снижается почти вдвое, что позволяет уменьшить число слоев в каркасе покрышки. Основную нагрузку от внутреннего давления в радиальных шинах воспринимает брекер 2, который состоит из нескольких слоев жесткого корда, образующих гибкую ленту, охватывающую каркас покрышки по беговой дорожке.
Камера представляет собой замкнутую в кольцо резиновую трубку, заполненную воздухом. Накачивание камеры производится через закрепленный на ней вентиль с золотником, представляющий собой обратный клапан. Размеры камеры несколько меньше внутреннего периметра покрышки, поэтому в надутом виде камера растягивается и плотно прилегает к поверхностям покрышки и обода, что позволяет избежать образования складок и защемления при монтаже шины на обод.
Автомобильные колеса могут иметь камерную и бескамерную конструкцию.
Рис. 17.4. Основные части пневматической шины: а - камерной; б - бескамерной; 1 - каркас покрышки; 2 - подушечный слой (брекер); 3 - протектор; 4 - камера; 5 - покрышка; 6 - воздухонепроницаемый слой; 7, 8 - вентили; 9 - ободная лента; 10 - сердечник; 11 - борт; 12 - боковина
Камерная шина (рис. 17.4, а) состоит из покрышки 5, камеры 4 и ободной ленты 9. Покрышка, в свою очередь, состоит из протектора 3, подушечного слоя (брекера) 2, каркаса 1, боковин 12 и бортов 11 с сердечниками 10. Брекер связывает протектор с каркасом 1 и предохраняет каркас от ударов, воспринимаемых протектором.
Бескамерная шина
Устройство этой шины (рис. 17.4, б) в основном такое же, как и у камерной, но в ней отсутствует камера. На внутренней поверхности покрышки имеется герметизирующий слой 6 из эластичной резины с повышенной воздухогазо-непроницаемостью, а также уплотняющий резиновый слой на бортах, обеспечивающий необходимую герметичность прижатия бортов шины к краям обода, когда шины находятся в накаченном состоянии.
Шина монтируется на обод колеса с плотно сваренными соединениями. Обод должен быть воздухонепроницаемым, хорошо защищенным и прокрашенным. Вентиль 7 закрепляется герметично при помощи резиновой шайбы на ободе колеса.
Основными преимуществами бескамерных шин являются снижение веса колес, уменьшение потерь на их перекатывание, лучшее охлаждение шины за счет хорошего отвода тепла через обод колеса. При бескамерных шинах повышается безопасность движения, так как при наличии внутреннего герметизирующего слоя прокол шины не вызывает резкого падения давления воздуха. Кроме того, упрощается ремонт шины. Такой ремонт легко может быть выполнен в пути с помощью специальных приспособлений.
Недостатком бескамерных шин является трудное заполнение (накачка) воздухом в дорожных условиях без наличия компрессора. Подъезжая к бордюру тротуара, нельзя прижимать колеса к бордюру, поскольку это может привести к выпуску воздуха из шины.
Вентили
Для накачки пневматических шин служат вентили. Для шин грузовых автомобилей применяют металлические вентили (рис. 17.5, а). Камерные шины легковых автомобилей имеют резинометаллические вентили (рис. 17.5, б). Бескамерные шины снабжают металлическими вентилями с хорошим уплотнением резиновыми кольцами, шайбами и гайками (рис. 17.5, в).
Рис. 17.5. Типы вентилей пневматических шин: а - металлический; б - резинометаллический; в - для бескамерной шины; 1 - колпачок; 2 - золотник; 3 - резиновая втулка; 4 - клапан; 5 - шпилька; 6 - пружина; 7 - скоба шпильки; корпус; 9 - гайка; 10 - камера; 11 - уплотняющие втулки
Вентиль состоит из металлического или резинометаллического корпуса 8, золотника 2 с клапаном 4 и пружиной 6 и колпачка 7, который одновременно является ключом для отвертывания и завертывания золотника, а также герметичной крышкой вентиля.
Металлический корпус 8 представляет собой прямую или изогнутую латунную трубку, закрепленную на камере 10 шайбой или гайкой 9. Внутрь корпуса на резьбе ввернут золотник 2 с резиновой уплотняющей втулкой 3. Через золотник проходит шпилька 5 с клапаном 4. Клапан плотно, через резиновое кольцо, прижимается к золотнику пружиной 6, упирающейся в скобу 7 шпильки.
К концу корпуса вентиля при накачивании шины присоединяется наконечник шланга от воздушного насоса или компрессора. Под давлением воздуха клапан открывается, пропуская его внутрь камеры.
Для выпуска воздуха из камеры необходимо нажать шпильку и открыть клапан. При накачивании шины пружину клапана можно ослабить вывертыванием золотника посредством колпачка 1 с выступами. После накачивания воздуха на корпус навертывают колпачок 1 с резиновой уплотняющей вставкой.
Резинометалпический корпус вентиля изготовлен из резины, прочно присоединен к камере и имеет заделанную внутри металлическую втулку, в которую ввертывается золотник. На автомобилях «ГАЗель» для удобства проверки давления воздуха и подкачки шин задних внутренних колес предусмотрена установка удлинителя вентиля. Удлинитель крепится в кронштейне.
Арочные шины
Для повышения проходимости автомобиля при движении по плохим дорогам и по бездорожью (распутица, болотистая почва и др.) применяются арочные шины.
На серийных автомобилях арочные шины (рис. 17.6) устанавливаются на ведущие колеса специальной конструкции с широкими ободьями 2 и бортовым креплением 1 покрышки. Отличительной особенностью арочных шин является широкий профиль (650...700 мм), в 2—3 раза превышающий ширину обычных шин при нормальном наружном диаметре, и низкое внутреннее давление воздуха (0,05...0,14 МПа, или 0,5...1,4 кгс/см2). Это позволяет получить малое удельное давление шины на грунт, составляющее (0,06...0,1 МПа, или 0,6...1,0 кгс/см2). Такое удельное давление в сочетании с выпуклыми грунтозацепами на протекторе шин обеспечивает значительное повышение проходимости автомобиля в распутицу и по грунтовым дорогам.
Рис. 17.6. Арочная шина: 1 - бортовое крепление покрышки; 2 - обод; 3 - покрышка
Покрышки повышенной проходимости с протектором, имеющим грунтозацепы типа «елка», должны монтироваться соответственно надписи на боковой части покрышки. Такая постановка нужна для улучшения сцепления шин с грунтом и для уменьшения их износа. Необходимо ставить на все задние колеса шины с одинаковым рисунком протектора и одинаковым износом.
Маркировка шин
В маркировке шин содержатся следующие сведения:
- товарный знак завода-изготовителя;
- обозначение шины (на обеих сторонах покрышки), камеры, ободной ленты;
- знак направления вращения (в случае направленного рисунка протектора);
- норма слойности (для покрышек) НС или PR — обозначает расчетное число слоев в каркасе шины при применении эталонного корда и определяет величину максимально допустимой нагрузки на шину при соответствующем внутреннем давлении. Число слоев может меняться в зависимости от типа применяемого корда;
- обозначение максимально допустимой нагрузки на шину и соответствующего ей давления (для покрышек) при максимально допустимой скорости (например, Qmax — 1660 Н, Рmax — 0,16 МПа);
- обозначение стандарта (ГОСТ или ТУ);
- штамп отдела технического контроля;
- заводской номер шин (на покрышках), например Я XI 99, 487767, где Я — предприятие-изготовитель, XI — месяц изготовления (ноябрь), 99 — год изготовления (1999), 487767 — серийный номер;
- страна-изготовитель.
Примеры обозначения шин. Размер шины обозначают в дюймах или миллиметрах на боковой поверхности покрышки и камеры. Так, на автобусах ПАЗ-3205 устанавливаются шины 8,25R20 HC10, на автомобиле ГАЗ-3307 — шины 8,25R20 (240R508), на ЗИЛ-433100 — шины типа 260-508Р. У этих шин первое число означает ширину профиля, а второе — внутренний (посадочный) диаметр по ободу колеса.
У легковых автомобилей обозначение шин может быть смешанным в зависимости от их конструкции. Так, автомобили ВАЗ-2110 оборудуются шинами модели 175/70R13, где 175 — ширина профиля шины в миллиметрах, 70 — индекс серии, R — радиальная, 13 — посадочный диаметр в дюймах.
Согласно отечественной и международной практике дюймовое обозначение шин может выглядеть, например, так: 13,6R38, где 13,6 и 38 — соответственно ширина профиля и посадочный диаметр шины в дюймах, R — условное обозначение шины с радиальным расположением нитей корда в каркасе. Иногда вводится дополнительно обозначение типа шин, например 18,4L-30, где 18,4 и 30 — соответственно ширина профиля и посадочный диаметр шины в дюймах, L — условное обозначение низкопрофильной шины.
Существуют и другие виды обозначения:
- 15,5/65-18 — обозначение диагональной низкопрофильной шины в дюймах, у которой отношение высоты профиля (H) к ее ширине (В) равно 0,65;
- 71х47,00-25 — обозначение широкопрофильной шины в дюймах, где 71 — наружный диаметр, 47,00 — ширина профиля, 25 — посадочный диаметр шины.
Камеры, изготовленные из бутилкаучука, имеют дополнительную маркировку в виде букв БК и маркировочную полосу желтого цвета по бандажной (посадочной) части камеры.
На покрышке допускаются дополнительные обозначения. Например, тип корда: К — капроновый, В — вискозный (для покрышек) и т.д.
Рисунок протектора
Качество эксплуатации автомобиля зависит во многом от состояния шин, а следовательно, от подбора типа шин для различных дорожных условий.
На протекторе имеется рельефная часть (рисунок), форма которого оказывает значительное влияние на бесшумность движения автомобиля. Существует несколько видов рисунка.
Рис. 17.7. Рисунки протектора: а - дорожный; б - универсальный; в - для протектора повышенной проходимости; г - карьерный; д - зимний
Шины с дорожным рисунком (рис. 17.7, а) в виде мелких канавок зигзагообразной формы предназначены для движения по дорогам с твердым покрытием.
Если автомобиль предназначен для работы и на дорогах с твердым покрытием, и на грунтовых дорогах, то лучше воспользоваться шинами с универсальным рисунком (рис. 17.7, б).
Шины с более глубоким рисунком (рис. 17.7, в) предназначены для движения по бездорожью. Они обеспечивают хорошее сцепление с дорогой и самоочищение от грязи, но при движении по дорогам с твердым покрытием создают повышенный шум, увеличивается их износ и ухудшается плавность движения, появляются дополнительные вибрации.
Для работы в карьерах автомобиль должен быть оборудован шинами с карьерным рисунком (рис. 17.7, г). Они обеспечивают наилучшее сцепление колес при движении по бездорожью.
В зимнее время лучше всего воспользоваться зимними шинами (рис. 17.7, д), имеющими гнезда для установки шипов. Такие шины имеют наилучшее сцепление со скользкой дорогой, обеспечивая более безопасное движение без заносов на поворотах, и, кроме того, уменьшают буксование колес. Шипы изготавливают из металла или пластмассы с сердечником из твердого сплава. Шипы для легковых автомобилей должны иметь высоту 1...1,5 мм, а для грузовых 3...5 мм. Эксплуатировать зимние шины на дорогах с твердым покрытием не рекомендуется, так как они имеют повышенную шумность, большое сопротивление качению и быстро изнашивается.
В процессе эксплуатации автомобиля шины изнашиваются неравномерно, поэтому их нужно менять местами. Поскольку неисправность колес и шин оказывает большое влияние на безопасность движения автомобиля, необходимо следить за их состоянием:
- давление воздуха в шинах должно соответствовать норме, в противном случае начинается увод автомобиля в сторону;
- колеса должны быть надежно закреплены на ступицах;
- шины должны быть одинаковыми по размеру, форме рисунка и величине износа;
- все шины должны иметь одинаковую характеристику.