Автомобили: Детская энциклопедия

Я познаю мир. Автомобили

Пневматическая шина в современном автомобиле является наиболее важной частью колеса. Она смягчает толчки и удары при движении по дороге. Происходит это благодаря эластичности шины, а также за счет сжатого воздуха, наполняющего ее.

Как известно из истории развития транспортных средств, в первое время на автомобиле использовали колеса, изготовленные из дерева, доставшиеся в наследство от конных экипажей. Затем на колесо начали одевать металлический обод, но все равно комфорт поездки на автомобиле от этого не увеличился. Лишь после использования шин, изготовленных из резины, автомобильное колесо приобрело современный вид. Но перед этим автомобильную резину еще надо было изобрести.

НЕМНОГО ОБ ИСТОРИИ РЕЗИНЫ

Будущий изобретатель резины Чарльз Гудьир родился в семье выходцев из Великобритании в городе Нью-Хэвен, штат Коннектикут (США), в 1800 г. Спустя 30 с небольшим лет Гудьир начал изготавливать и продавать резиновые игрушки, обувь и одежду. В рекламных целях он и сам носил костюм из резины, который, впрочем, в жаркую погоду плавился, превращаясь в липкую черную массу.

Так продолжалось до тех пор, пока в один из зимних дней 1839 г. Чарльз, ставя очередной эксперимент над Гудьир, прослывший среди своих современников чудаком, помешанным на резине, не смог или не захотел извлечь финансовую выгоду из своего открытия. Открыв новый способ термической обработки каучука, названный вулканизацией, он вернул деньги фирме, ранее катившей его патент на химическую обработку, решив, что теперь такой способ устарел.

Первый серьезный удар по двигателю внутреннего сгорания был нанесен в 1990 г, когда, задыхаясь от смога над Лос-Анджелесом, члены калифорнийского комитета по воздушным ресурсам САШ (California Air Resources Board) вынесли решение об ограничении токсичности выхлопа транспортных средств. Наряду с постепенно вводимыми все более жесткими нормами выбросов СО, СН и NO в законе был сенсационный пункт — 2% всех транспортных средств, которые будут проданы в 1998 г., не должны выбрасывать в атмосферу токсичные вещества. Уже в 2001—2003 гг. доля транспортные средств с «нулевыми выхлопами должна будет составить соответственно смесью каучука с серой, не бросил этот состав в печь. Он услышал шаги своей жены, которой обещал навсегда бросить бесполезные опыты и заняться чем-нибудь более серьезным. Вскоре решив, что каучук наполнит кухню неприятным запахом гари, он выбросил горящую смесь в окно. Материал, который он после подобрал в сугробе, оказался необычайно упругим и прочным, а главное — не терял своих свойств под воздействием жары.

Увлеченный попытками найти еще более прогрессивный способ обработки каучука, Гудьир до 1844 г. не запатентовал открытый им процесс вулканизации. Такая беспечность обратилась для него неприятностью. За две недели до того, как Гудьир зарегистрировал права на свое изобретение в США, англичанин Томас Хэнкок получил патент в Англии. Изобретателю только после длительного судебного разбирательства удалось доказать свой приоритет.

После участия в выставке, проходившей в Париже, Гудьир был награжден французским Орденом Почетного Легиона. Однако орден он получил из рук своей супруги, находясь в тюрьме, куда изобретателя упекли кредиторы. Чарльз Гудьир скончался 1 июля 1860 г., оставив после себя лишь долги.

В 1898 г. американский предприниматель Фрэнк Сиберлинг выкупил заводские здания компании «Гудьир» за 13 500 долларов. Организованная им фирма «Гудьир Таер & Раббер Компани» сохранила в своем названии имя великого изобретателя резины. Семья отнеслась к приобретению более чем скептически. Свободных денег для вложения в новое производство не было, а каучук (сырье для производства резиновых изделий) приходилось везти с другого континента — из Южной Америки.

Тем не менее, 21 ноября 1898 г. 13 рабочих приступили к производству шин для экипажей и велосипедов. Коммерческое чутье не подвело Сиберлинга. В первый же месяц его фирма продала резиновых изделий более чем на 8 тыс. долларов. Велосипедный бум и растущий спрос на дешевые шины привели к тому, что сумма продаж; фирмы в 1900 г. превысила миллион долларов.

«Мерседес 60». 1903 г. Выпускался как автомобиль туристического класса. Огромные передние и неказистые задние колеса имели шины, изготовленные целиком изрезины.

Автомобильная шина в начале века представляла собой увеличенный вариант велосипедной покрышки. Но шланг, армированный хлопковой тканью, хорошо зарекомендовавший себя на велосипеде, не выдерживал новых скоростей и нагрузок и плохо держал воздух. Езда на такой резине была занятием достаточно рискованным — шины, обладавшие очень низким профилем, часто лопались и повреждались обращенными внутрь краями обода. Такая конструкция была необходима, чтобы удерживать шину на диске. Такое колесо проходило не более 2500 км, но большинство производителей продолжали выпускать шины именно этой конструкции. Возможно, потому, что они требовали частой замены.

АВТОМОБИЛЬНАЯ ШИНА СЕГОДНЯ

За более чем вековую историю развития автомобиль получил большое количество прогрессивных механизмов и устройств, поэтому он существенно отличается от своего «предка», изготовленного в начале XX в. Появились двигатели с непосредственным впрыском топлива, автоматические коробки передач, бортовые системы навигации, АБС — все эти новинки знакомы каждому, кто интересуется современным автомобилестроением. Но многие ли смогут ответить на вопрос: «Что изменилось в шине с тех времен, когда по дорогам мира покатились покрышки с радиальным металлокордом?» Скорее всего, в ответ мы увидим лишь удивленное пожатие плечами — а что в них может измениться?

Окончательно уверовав в то, что его компанию ждет большое будущее, Сиберлинг в 1901 г. внес в эмблему фирмы новый элемент — крылатую ступню бога Меркурия, покровителя торговли, бронзовая статуэтка которого стоялау него в кабинете. «Меркурий поможет перенести наши шины на другие континенты», — сказал тогда Сиберлинг своей жене. Эта крылатая ступня до сих пор остается неотъемлемой частью торгового знака фирмы «1удъир», ставшей в наше время лидером среди производителей автомобильных шин.

В 1994 г. на свалках США находилось свыше 3 млрд. старых автомобильных покрышек.

Единственной шинной компанией, которой удалось оставить следы от своих покрышек не только на Земле, но и на внеземной поверхности, до сих пор остается «Гудъир». В 1971 г. весь мир увидел американских астронавтов, катящих по поверхности Луны небольшую двухколесную механизированную тележку с инструментами, «обутую* в специальные космические шины сверхнизкого давления. Они были разработаны компанией еще в начале 60-х гг., но оставались невостребованными целое десятилетие.

Спортивный автомобиль «Астон Мартин Ульстер». 1934 г. Шины, армированные металлокордом, позволили этому автомобилю занять в соревнованиях «24 часаЛеМана» 12-место.

Чтобы понять, на каком технологическом уровне находятся сейчас ведущие производители шин, давайте обратим внимание на последние разработки фирмы «Бриджстоун», которая ежегодно тратит на новые разработки до 6% объема продаж своих глин по всему миру.

Основным инструментом современного специалиста-шинника является мощный компьютер, снабженный специальными программами проектирования. Ведь это только внешне покрышка — кусок резины определенной формы. На самом деле это сложная система, в которой все взаимосвязано, и для того чтобы при улучшении одних качеств не ухудшить другие, нужно просчитывать каждый шаг, учитывая все без исключения характеристики. За работой специалистов можно проследить на примере того, как создавалась одна из последних разработок фирмы.

Несущей основой шины, как известно, служит каркас — металлические нити корда, пронизывающие всю покрышку. Напряжение нитей и форма боковины покрышки непосредственно влияют на то, насколько она деформируется при повороте колеса. А от этого в свою очередь зависит, насколько точно автомобиль будет следовать заданной траектории движения.

После проведенных исследований специалисты фирмы пришли к выводу, что характеристики шины и управляемость автомобиля молено улучшить, придав боковине покрышки более сложный профиль. Для этого напряжение нитей корда в бортовой части боковины, которая примыкает к ободу, должно быть выше обычного, а в середине боковины — наоборот, ниже. Однако тесты, проведенные с помощью компьютера, показали, что шина с такой боковиной будет больше сопротивляться качению, что повлечет за собой увеличение расхода топлива и повышенный уровень шумов.

Специалисты вновь обратились за помощью к компьютеру. Было получено простое и в то лее время оригинальное решение — применение бортового шнура, состоящего не из одного, а из трех сортов резины с разными характеристиками эластичности. Самая жесткая резина применялась у борта, мягкая — посередине и полужесткая — при переходе к брекеру. В результате управляемость новой шины улучшилась, а шум не увеличился. Стоимость такой шины получилась ненамного выше старой.

Примером еще одного успешного применения компьютерной техники при разработке новых шин может служить разработка «тихого» рисунка протектора. Если все шашки на нем будут одинакового размера, то такая шина будет «петь» однотонным голосом, и поэтому громко. Но если шашки нарезать неравномерно, то каждая зазвучит на свой лад, и общий спектр шума станет ровнее и незаметнее. Это известно давно, но как именно выбрать неравномерность нарезки и расположение шашек? Ведь если по каждому возможному варианту изготавливать шину и проводить ее испытание, на это уйдут десятилетия. Конечно же, надо применить компьютерную обработку, что позволит просчитать тысячи различных сочетаний, оптимизируя спектр шума, и выбрать из всех предложенных наилучший вариант.

Еще одна проблема, с которой сталкиваются автолюбители, — биение колеса. Как оно возникает? Этим вопросом заинтересовались специалисты фирмы «Бриджстоун». Технологии изготовления современных шин и колесных дисков отработаны настолько, что их геометрические формы близки к идеальным. Но все же у собранного колеса есть биение — еле заметное, практически неразличимое на балансировочном станке, оно оборачивается вибрациями и рысканиями автомобиля на высокой скорости. Более точно выдерживать геометрию шин при массовом производстве нереально — они получатся очень дорогими.

Шина «Бриджстоун В-65», изготовленная по новой технологии.

Так выглядит «массовая» шина «Бриджстоун GR-50» с углеродными цепочками в составе резины и бортами новой формы.

В поисках более дешевого способа устранения биения специалисты фирмы «Бриджстоун» провели компьютерное сканирование поперечных сечений накачанного колеса. И при анализе снимков выяснилось, что борт шины прилегает к ободу не всегда плотно, а с небольшим и неравномерным по окружности колеса зазором, что и приводит к биению.

Рассмотрев несколько вариантов решения этой проблемы, инженеры пришли к окончательному выводу — нужно закруглить борт покрышки для более плотной и равномерной посадки на обод. Испытания таких шин с формой борта «О-Бид» подтвердили справедливость найденного решения — вибраций и рысканий на большой скорости действительно стало меньше.

Другие резервы улучшения характеристик шин кроются в использовании новых материалов. Как известно, в состав протекторной резины входят сера как связующее вещество, полимер как эластичный компонент и углерод, то есть частички очищенной сажи, которые выполняют роль наполнителя и укрепляют состав резины. Обычно молекулы углерода не распределяются равномерно по всей резиновой массе, а сбиваются в кучи.

Японские ученые разработали технологию, названную ими «Л.Л. Карбон». Они заставили частицы углерода выстраиваться друг за другом, образовывая длинные цепочки. Это позволяет значительно увеличить износостойкость протектора, резина которого «армирована» длинными цепочками углерода. Кроме этого, внутреннее трение и нагрев шины с длинными углеродными цепочками оказались меньше, а это означает снижение потерь при качении и, как следствие, уменьшение расхода топлива.

Все описанные новинки уже вышли из разряда опытных разработок и широко применяются в массовом производстве. Если еще недавно длинными углеродными цепочками в составе резины или бортами новой формы могли похвастать лишь элитные модели шин «Бриджстоун S-01» и «Бриджстоун S-02», то сейчас это применяется и на массовых и более доступных по цене моделях «В-70», «В-65» и «GR-50». По всему миру уже продано более 10 млн. таких покрышек.

ЗАЧЕМ КОЛЕСУ ШИПЫ?

Каждый год с приходом зимы у автолюбителей возникает один и тот же вопрос — приобретать или нет шипованные шины? Сейчас мы постараемся разобраться в том, что это такое, и ответим на вопрос, как лучше ездить — с шипами или без?

Металлические шипы на автомобильных покрышках появились еще в начале XX в. Тогда их устанавливали не только для лучшего сцепления с дорогой, но и для увеличения износостойкости шин, изготовленных целиком из резины. Позже, после изобретения пневматических шин, интерес к шипам ослабел. Их массовому применению мешали несовершенство конструкции шипа и его быстрое стирание. Однако в 30-е гг. XX в. шины спортивных автомобилей часто оснащались шипами. Как правило, для их установки в покрышках делали сквозные отверстия, изнутри вставляли стальной болт, а снаружи его фиксировали обычной гайкой. Представляете, сколько весили такие шины!

Лишь в конце 50-х гг. в северных странах появились шипы привычной для наших дней конструкции. За основу была взята обычная стальная заклепка, в тело которой запрессовывалась твердосплавная вставка. В таком виде шип монтировался в протектор шины.

Преимущества шипованных шин в зимних условиях быстро оценили водители не только северных, но и других стран Европы. В погоне за безопасностью в шипованные шины «переобувались» не только легковые автомобили, но и грузовики, автобусы, тяжелая строительная техника. И тут тревогу забили дорожники — массовое применение шипованных шин отрицательно отразилось на состоянии дорог. По окончании зимнего сезона на асфальте оставались колеи — шипованное колесо работало, как фреза. Особенно пагубным было воздействие шипованных шин на немецкие автобаны, большую часть зимы очищенные от снега и льда. Неудивительно, что первыми выступили против шипов именно немцы, — с 1975 г. использование шипованных шин на территории Германии запрещено. Этому примеру вскоре последовали многие европейские страны — там либо полностью запретили использовать шипованные шины, либо ввели ряд ограничений.

В наши дни в Европе осталось не так много стран, где можно использовать шипованные шины.

Шип стандартной конфигурации

30 ноября I960 г. прекратилось производство, а вместе с ним и существование американской марки «Де Сото». Последним автомобилем, сошедшим с конвейера, стала модель «Адвенгер», выполненная в лучших традициях популярного тогда аэростиля и ставшая своего рода памятником славной компании, просуществовавшей 15 лет.