Изобретатель
: Роберт Уильям Томсон
Страна
: Шотландия
Время изобретения
: 10 июня 1846 г.
С тех пор, как была изобретена пневматическая шина, прошло уже более 140 лет. Роберт Уильям Томсон родом из Шотландии – человек, впервые официально зарегистрировавший создание пневматической шины. Роберт родился 29 июня 1822 г. и уже в возрасте 22-х лет был инженером железнодорожного транспорта, при этом имея контору в Лондоне и свой бизнес. Именно в тот момент он изобрел пневматическую шину.
10 июня 1846 года был зарегистрирован патент номер 10990, который излагал суть нового изобретения: использование дополнительной эластичной опорной поверхности по всей площади колесных ободьев, чтобы снизить прилагаемое к экипажу усилие, одновременно понижая уровень шума и облегчая процесс движения.
Патент также включал в себя необходимые для изготовления материалы и подробный чертеж. Такой была конструкция первого пневматического колеса: на обод с деревянными спицами, который обивался цельной полоской металла по внешнему диаметру, накладывалась шина. Шину также составляло наружное покрытие и находящаяся под ним камера. Изготовление камеры производилось путем каучуковой (гуттаперчевой) пропитки нескольких слоев парусины. При этом наружное покрытие делали из кусков кожи, соединенных заклепками. Крепление шины к ободу производилось при помощи болтов.
Покрышка из кожи имела необходимый запас стойкости к изгибам и износу, а камера, изготовленная из парусины, поддерживала покрышку, когда ее материал намокал или раздувался от внутреннего давления. В 1873 году умер создатель пневматической шины и все надолго забыли про его детище, несмотря на то, что образцы еще сохранились.
Более чем через двадцать лет первыми к пневматической шине вернулись братья Эдуард и Андре Мишлен родом из Франции, имевшие до этого опыт производства шин для велосипедов. Братья заявили о том, что к гонке Париж – Бордо в 1985 году они создадут для всех участников 
пневматические шины. Одна из девяти машин в той гонке, несмотря на множество проколов, проехала 1200 км и самостоятельно добралась до финишной черты.
Настоящим создателем современной пневматической шины является шотландский ветеринар Джон Бойд Данлоп. Существует несколько версий ответа на вопрос, почему же врач, специализирующийся на лечении домашнего скота, заинтересовался шинами.
По первой версии, он видел, какие страдания претерпевают животные, когда их везут в лечебницу в телеге с обычными деревянными колесами.
Другая версия объясняет все тем, что у Данлопа был маленький сын, любивший кататься на . Якобы отцу не нравилось, что грубые велосипедные колеса портили садовые дорожки, и он решил как-то их смягчить.
В третьей версии тоже фигурируют и сын, и велосипед, но в этом случае мальчик попросил отца придумать что-нибудь, чтобы ему было удобнее кататься. Все три варианта истории сходятся в одном: Данлоп, подумав, взял кусок садового шланга и привязал его к колесу. Сначала он залил 
внутрь воду, но впоследствии пришел к выводу, что эффективнее будет накачать импровизированную шину воздухом.
Любопытно, что всего через четыре дня после того, как Данлоп оформил патент на свое изобретение, в патентное бюро обратился другой человек, предложивший практически такую же идею. Создатель пневматической шины вскоре перепродал права предпринимателю по имени Харви дю Крос и полностью отстранился от какой-либо дальнейшей работы по улучшению конструкции шин, предпочитая получать дивиденды. В его честь впоследствии была названа одна из самых известных шинных компаний в мире (Dunlop).
Дю Крос заинтересовался изобретением Данлопа потому, что его сыновья были велосипедистами. В 1889 году они участвовали в престижной гонке, которую выиграл малоизвестный спортсмен Уильям Хуш, выступавший на велосипеде, оборудованном шинами Данлопа.
Дю Крос быстро понял, в чем выгода этой непривычной новинки. Уже в следующем году его компания начала продавать свою продукцию, причем не в Англии, а в Европе, т.к. в Англии в это время действовал закон, согласно которому 
автомобили не могли ездить со скоростью выше 6 км/час. Этот закон значительно сдерживал развитие автомобилизма на Британский островах.
В 1896 г. в Британии пневматическими шинами марки «Данлоп» впервые оснастили Ланчестер. После такого успеха сразу же образовалось множество производителей пневматических шин, из которых многие существуют до сих пор, а именно французская компания «Мишлен», возродившая производство пневматических шин, английская компания «Данлоп», немецкине компании «Метцелер» и «Континенталь», итальянская «Пирелли», «Гудрич», «Гудьир» и «Файрстоун» из США. Большинство заводов по производству шин в СССР были созданы во время Второй Мировой по западным стандартам.
Дальнейшие модификации пневматической шины были направлены главным образом на увеличение эксплуатационного срока и стойкости к физическим воздействиям. Также шины облегчались в плане монтажа и демонтажа.
В 50-х годах XX века в конструкцию шины впервые были внесены изменения. Компания «Мишлен» предложила в качестве основной особенности жесткий пояс, который состоял из нескольких слоев 
металлокорда. Расположение нитей корда было радиальным от одного борта к другому. Новые шины назывались радиальными. Компания «Мишлен» после испытаний новой улучшенной шины отметила улучшение проходимости в два раза, если сравнивать с обычной шиной (когда нити корда располагались по диагонали).
В следующем десятилетии было внесено изменение в отношение характеристик профильной ширины (B) к высоте шины (H) – Н/В. Изначальная форма первых шин в разрезе была приблизительно одинаковой и по высоте и по ширине. Позже отношение высоты и ширины было снижено до 0,7, а в 1980 году и вовсе до 0,6.
Множество компаний набрались опыта в производстве бескордных шин. Позже в технологию создания бескордных шин будут введены технические решения, которые сильно упростят их производство. Сейчас самыми перспективными являются однослойные радиальные бескамерные шины из металлокорда, которые устанавливаются на 
полуглубокий обод с низкими закраинами.
В дальнейшем направление для усовершенствования конструкции шин было выбрано в сторону уменьшения количественного содержания в каркасе , использования новейших материалов, увеличения прочности корда, улучшения взаимодействия резины и корда, уменьшения количества слоев в каркасе, снижения отношения высоты к ширине шины, использование более насыщенных, а также, комбинированных и ребристых рисунков протектора.
Также производители сейчас стараются продлить срок службы шин, увеличить допустимые нагрузки, 
безопасность движения автомобиля, улучшить техническо-экономические показатели и упростить технологию производства шин.
Шины с низким профилем стали разрабатываться для увеличения площади сцепления с дорогой, что также увеличивало боковую устойчивость, срок эксплуатации и тягово-сцепные свойства. Радиальные шины лучше раскрывают все свои свойства при производстве их с низким профилем.
В 70-х годах пневматическая шина достигла такого уровня модернизации, который почти невозможно было воплотить в 50-х. Автомобилисты, разумеется, также были довольны снижением расхода горючего и повышением безопасности езды. Почти все легковые автомобили в 70-х годах 
одновременно перешли к использованию радиальных шин, которые к концу десятилетия применялись уже практически для всех видов транспорта, что увеличивало срок эксплуатации шин.
В первой четверти XX-го века в шинах стала применяться конструкция быстросъемных колесных креплений к ступицам. Такое колесо крепилось на нескольких болтах, и снять его вместе с шиной, можно было всего за несколько минут, что являлось большим прорывом по сравнению с прошлыми вариантами.
В годы Первой Мировой люди начали разработку новой конструкции шин для автобусов и грузовых 
автомобилей. Первой в этом направлении выступила Америка. К концу 1925 года по всему миру пневматические шины использовались на приблизительно 4-х млн. всех автомобилей, что включало почти весь парк, исключая некоторые типы грузовых автомобилей.
Первые автомобили, появившиеся в России, уже были на пневматических шинах – импортных. Но в 1900-х годах их производство наладили заводы «Проводник» в Риге (шины «Колумб») и «Треугольник» в Петербурге (шины «Елки» с оригинальным протектором).
Русские шины, испытанные в многочисленных пробегах и состязаниях, отличались высокой долговечностью и прочностью. На гоночном автомобиле «Бенц» с «елками» в 1913 году был установлен всероссийский рекорд скорости - 201 км/ч. После Октябрьской революции шинные заводы вошли в Резинотрест, который обеспечивал отечественной обувью все наши автомобили.
Промышленность СССР 80-х годов ежегодно производила около 70 миллионов шин для автомобилей, мотоциклов, сельхозмашин. Шину 80-х годов объединяет с «прабабушкой» разве что принцип. А сама конструкция изменилась, усложнилась, усовершенствовалась до 
неузнаваемости - для того, чтобы характеристики шин наиболее полно отвечали параметрам автомобилей, условиям их работы.
Первыми крупными шагами было разделение шины на покрышку и камеру, а также появление кордной покрышки. Надо отметить такие важные этапы, как изобретение шины низкого давления типа «баллон», бескамерных, низкопрофильных; арочных и широкопрофильных шин низкого давления для грузовиков; шин зимнего типа с шипами противоскольжения; покрышек с радиальным расположением корда, а также с кордом из синтетических материалов и 
металлокордом; «безопасных» шин.
Многократно выросла долговечность шин. Если в начале века рекордным считали пробег 3-4 тысячи километров, то к 20-м годам он возрос до 30 тысяч, а в дальнейшем - до 100 тысяч. Усовершенствование шины идет и сегодня. Его главные направления - дальнейшее увеличение пробега, допускаемых нагрузок, снижение расхода материалов и упрощение технологии, улучшение других показателей, повышение безопасности.
Последнее направление интенсивно развивается с 60-х годов, и сегодня ряд фирм уже выпускает серийно так 
называемые безопасные шины. Они монтируются на обод иной конструкции, которая помогает удержать борта покрышки на полках обода при большой утечке воздуха. Серьезные преимущества сулит применение новых синтетических материалов, способных произвести революцию в шинной технологии. Словом, как и для автомобиля, век для пневматической шины - возраст, открывающий заманчивые перспективы.
В настоящее время уже не найти человека, который бы не знал, для чего предназначены шины на автомобилях. Но не все знают, что такими автопокрышки стали относительно недавно. Чтобы проследить историю автомобильных шин, необходимо вернуться практически на полтора века назад в историю.
Первые резиновые шины появились в середине 19-го века, почти сразу после изобретения Чарльзом Гудиером процесса получения резины из каучука. Изначально подобные шины представляли собой деревянные колеса, на которые надевали обод из сплошного резинового слоя. Литые резиновые шины были прорывом в обеспечении плавности езды, позволяя немножко смягчить поездку, поглощая удары от неровностей на дороге. Однако, хоть использование литых резиновых шин позволило уменьшить тряску и вибрацию, все равно поездка на транспортном средстве с такими колесами была далека от комфортной.
Считается, что идея использовать прослойку воздуха для смягчения ударов и для уменьшения трения качения пришла в голову шотландскому инженеру Роберту Томсону, получившему 10 декабря 1845 года патент на изобретение «усовершенствованного колеса для повозок и других передвигающихся объектов».
«Усовершенствованное колесо» Томсона состояло из деревянного обода, обитого металлическим обручем, на который при помощи болтов прикручивалось наружное покрытие из кожи. С внешней стороны куски кожи скреплялись с помощью заклепок. Внутри образовавшейся кожаной трубы помещался прообраз современной камеры, только у Томсона она была сделана из парусины, пропитанной резиновой смесью.
Томсон даже провел испытания, которые показали, что применение «воздушного колеса» позволяет существенно уменьшить силу, необходимую для передвижения экипажа. Подобные колеса Томсон предполагал использовать на каретах, особо отмечая, что карета теперь может двигаться особенно плавно и что она, благодаря использованию воздушных шин, выглядит будто парящей над землей. Свои результаты испытаний Роберт Томсон опубликовал 27 марта 1849 года в журнале «Mechanics Magazine», приложив подробные рисунки и описание своего изобретения.
Однако никого данное изобретение не заинтересовало, и производство «воздушных колес» так и не было начато.
Повторно пневматическая шина была изобретена в 1888 году Джоном Бойд Данлопом в Ирландии. Первое пневматическое колесо Данлопа состояло из накачанного воздухом куска садового шланга, надетого на обод колеса детского велосипеда его сына. Шланг прикреплялся к ободу при помощи намотанной ленты из прорезиненной парусины. Чтобы предотвратить быстрое истирание ленты об дорожную поверхность, Данлоп прикрепил кусок плотной резиновой ленты поверх намотанной парусиновой ленты.
В 1889 году была проведена гонка на велосипедах, на которой победу одержал гонщик, использовавший на своем велосипеде необычную для всех шину — с пневматической камерой.
Поняв перспективность своего изобретения, Джон Данлоп открыл в 1889 году мастерскую по производству пневматических велосипедных шин - «Пневматическая шина и агентство Бута по продаже велосипедов». Сейчас эта компания выросла из маленькой мастерской в международную корпорацию «Данлоп».
Однако в том виде пневматическую шину нельзя было использовать на автомобилях. Кроме того, шина была несъемной, что доставляло большие неудобства при эксплуатации. Спустя совсем небольшое время, в 1890 году, была решена проблема с адаптацией шины для монтажа на автомобилях. Инженер Кингстон Уэлтч предложил новую схему для колеса: покрышки делались съемными, отдельными от камеры. В края покрышки вставлялась металлическая проволока для прочности. Благодаря углублению камера лучше фиксировалась на ободе. Для исключения соскальзывания покрышки с обода его края выступали и удерживали бока шины.
В этом же году были разработаны способы относительно удобного монтажа и демонтажа шины. Начало использования пневматических шин на автомобилях уже было делом времени. Оставалось лишь адаптировать конструкцию для использования на автомобилях с их высокими (для того времени) скоростями и большими нагрузками на колеса.
Первыми автомобильные пневматические шины начали выпускать два брата-француза Андре и Эдуард Мишлен, представив их в 1895 году перед гонкой «Париж - Бордо». У братьев уже был опыт изготовления шин для велосипедов. Автомобильные шины они сделали специально к данной гонке. В наши дни фамилию братьев знает уже практически каждый - компания «Мишлен» выросла в корпорацию международного масштаба.
Благодаря использованию пневматических шин у автомобилей увеличилась плавность движения и проходимость, поездка по неровной дороге перестала быть столь неприятной. Однако всеобщему распространению подобных шин мешала их капризность в эксплуатации, а также сложности при монтаже и демонтаже. Потому цельнорезиновые и пневматические шины производились параллельно.
Дальнейшие изыскания инженеров по улучшению пневмошин были направлены на устранение вышеуказанных недостатков. Вскоре в шины стали внедрять специальные полосы из различных упрочняющих материалов - кордов, которые увеличивали срок службы и неприхотливость покрышки. Существенно ускорило монтаж/демонтаж колес появление специальных монтажных станков. Кроме всего прочего, сами колеса стали съемными. Теперь они крепились к ступицам при помощи нескольких болтов.
Вскоре прочность пневматических шин стала достаточной для использования их на грузовых автомобилях. Количество выпущенных шин уже насчитывалось миллионами.
Для улучшения управляемости разрабатывались различные рисунки протектора, производились изыскания с различными составами резиновой смеси. Для уменьшения зависимости от стран-поставщиков натурального каучука, используемого для изготовления резины, был разработан синтетический каучук. Это позволило снизить себестоимость шин, а также стабилизировать химический состав резины, что позволяло добиться постоянства химических и физических характеристик для каждой шины в серии.
Химические компании принимали активное участие в улучшении качества шин не только подбором новых добавок для резины, но и поиском лучшего материала для корда. Изначально корд изготавливался из текстиля, но он обладал низкой прочностью, из-за чего были нередки случаи разрывов шин. Инженеры компаний стали экспериментировать с синтетическими материалами – новейшими вискозой и нейлоном. Использование данных материалов позволило значительно увеличить прочностные характеристики шин. Теперь случаи взрывов шин стали совсем редким явлением.
В середине 20-го века компания «Мишлен» разработала совершенно новый тип шин: нити корда изготавливались из металла и располагались радиально - от борта до борта. Шины с таким типом корда получили название радиальных. Применение радиального корда позволило в несколько раз увеличить прочность и срок службы шины при той же массе. Или же, сохраняя прежние прочностные и скоростные характеристики, иметь гораздо меньшую массу.
При всех своих достоинствах традиционная шина с камерой обладает одним существенным недостатком - при проколе она практически мгновенно сдувается и движение становится невозможным. Для избавления от этого недостатка было необходимо найти способ обходиться без камеры. И потому были разработаны бескамерные шины, которые даже в случае прокола позволяли проехать какое-то расстояние без существенной потери своих прочностных качеств. Однако бескамерные шины более требовательны к качеству изготовления как самой шины, так и диска. Все это обусловлено тем, что в подобных колесах покрышка должна как можно плотнее прилегать в станке диска для обеспечения необходимого уровня герметичности, чтобы удерживать находящийся внутри воздух.
Современным автовладельцам покажется удивительным, но до 60-х годов 20-го века профиль шины представлял собой практически круг. Далее высота шины все время уменьшалась, достигая порой 50 процентов от ширины профиля. Низкопрофильные шины обладают лучшим сцеплением с дорогой благодаря большей поверхности соприкосновения. К тому же, благодаря уменьшению высоты профиля, улучшилась курсовая устойчивость, так как такая шина меньше деформируется при боковых нагрузках. Низкопрофильная шина обладает многими достоинствами, включая нестандартный внешний вид, который придает автомобилю с такими колесами некую спортивную агрессию. Но надо помнить, что при этом приходится жертвовать максимальной грузоподъемностью. Хотя это для спортивных автомобилей далеко не самый важный критерий. При тюнинге автовладельцы частенько ставят «спортивные» низкопрофильные шины даже на автомобили, не обладающие «спортивным» внешним видом. Но тут это уже дело вкуса.
Со времени появления первого «воздушного колеса» и до сегодняшнего дня не прекращаются изыскания, которые позволили бы улучшить потребительские качества пневматических шин. Если раньше исследования в основном шли в направлении повышения прочности покрышек и улучшения сцепления с дорожной поверхностью, то сейчас к этому добавилось и стремление создать шину, наносящую минимальный вред окружающей среде. Это включает в себя не только экологичность при изготовлении (шинное производство - исторически очень грязное с точки зрения экологии), но и нанесение минимального вреда при эксплуатации (отслаивающиеся кусочки резины и выделяющиеся газы являются важными загрязняющими экосистему факторами). Кроме того, не стоит забывать, что после прекращения эксплуатации шины необходимо как-то утилизировать. Этот процесс тоже далеко небезопасен для экологии.
Раньше люди не задумывались над уроном, наносимым человечеством окружающей среде. Но сейчас, к счастью, все меняется к лучшему. Ведутся исследования, которые позволили бы не только минимизировать вред от классических резиновых шин, но и направленные на поиск абсолютно другого, экологически чистого, материала для изготовления обувки для автомобилей. Кроме того, ищется способ как-то отойти от необходимости использования воздушной камеры в качестве амортизирующего средства. Например, уже имеются предложения изготавливать шины, у которых вместо воздушной «подушки» был бы слой в виде губки или же в виде крупных ячеек.
Инженер из Эдинбурга Роберт Томпсон поставил перед собой задачу сделать поездки по дорогам XIX века более комфортабельными. Основную долю транспортных средств в то время составляли конные повозки на деревянных или металлических колесах. В 1845-м Томпсон предложил накачивать воздухом пустотелые резиновые шины, защищенные кожаным чехлом. Испытания показали, что эти «воздушные колеса» (Aerial Wheels) эффективно сглаживают неровности дорог, но они были дорогими и дефицитными: резина только появилась. По этой причине популярным стало другое изобретение Томпсона — цельнолитые шины из вулканизированной резины. О надувных же колесах надолго забыли — в то время в них просто не было коммерческой необходимости.
В конце 1880-х годов той же самой проблемой заинтересовался другой шотландец — ветеринар Джон Данлоп, практиковавший в ирландском Белфасте. Он не ставил себе таких глобальных целей, как Томпсон, его заинтересованность была более личной. В 1888 году его сынишке, только что выздоровевшему после тяжелой простуды, врач прописал велосипедные прогулки. Нельзя сказать, что мальчику было очень комфортно: кочки и неровности практически не сглаживались литыми резиновыми шинами трехколесного велосипеда. Данлоп склеил края широкой резиновой ленты, получившуюся трубку он примотал к ободу колеса матерчатой лентой (которая также увеличивала сцепление с дорогой и защищала резину) и накачал с помощью насоса для футбольных мячей. Конструкция оказалась очень удачной, Данлоп запатентовал ее (правда, три года спустя патент попытались аннулировать в связи с обнаружением патента Томпсона) и даже уговорил маленькую местную компанию W. Edlin & Co. оснащать выпускаемые ею велосипеды пневматическими (именно Данлоп впервые использовал этот термин по отношению к колесам) шинами. Впрочем, вначале новые шины не пользовались особым успехом и даже заслужили презрительную кличку «пудинговые колеса» — люди привыкли к «жесткому контакту» с дорогой. Однако стоило скептикам разок прокатиться — и мнение кардинально менялось. А после того, как в 1889 году местный велосипедист Уилли Хьюм на таких шинах выиграл велогонку в Черривейле, изобретение привлекло всеобщее внимание. И не только у велосипедистов — на пневматические шины обратили внимание изобретатели и конструкторы только что появившихся самобеглых колясок — автомобилей.
Основанная при помощи местного бумажного фабриканта Уильяма Харви дю Кроса первая фабрика по производству шин в Дублине получила название Dunlop Pneumatic Tire Co. Марка Dunlop дожила до наших дней — правда, как составная часть другой знаменитой компании — Goodyear.
Автомобильная шина прошла долгий путь от первого изобретения, которое было запатентовано в далеком 1846 году, до современного многообразия и технологического совершенства. Больше века назад в производству шин участвовал один единственный человек, а первые мануфактуры, фактории и конвейеры стали появляться десятилетиями позже. Это сейчас гигантские трансконтинентальные корпорации обладают собственными базами для тестирования, огромными производственными мощностями и штатом в десятки тысяч человек…
А 10 июня 1846 года в США выдали знаменательный для истории автомобилестроения патент под номером 10990, который закреплял за Робертом У. Томпсоном право на производство и установку первых в мире пневматических шин, с примитивным по современным меркам инженерным решением, которое было основано на воздушной камере из парусины, пропитанной для удержания воздуха раствором каучуковой массы и гуттаперчей.
Внешняя часть состояла из клепанных кусков дубленной кожи. Первые испытания нового изобретения состоялись в том же году, когда Томпсон установил шины на карету, а потом проверил уровень снижения тяги. Результаты были великолепны. Сила тяги уменьшалась на 38% при езде по пересеченной местности, а на не самом лучшем в мире дорожном покрытии почти на 70. К тому же путешествовать каретой на этих шинах было удобнее, мягче и тише. Правда, сразу же после смерти изобретателя об этих шинах забыли. Мир стал ждать появления нового гуру в области производства пневматических шин, пытаясь меньше ругаться во время тряски в каретах.
Самым мощным прорывом в области стал патент от 1888 года, который был выдан Джону Данлопу, имя которого сегодня знает, наверное, каждый школьник, который поиграл в любую игру про гонки. Именно фамилия Данлоп ассоциируется с появлением первой пневматической шины в таком виде, который мы привыкли ее видеть.
В 1887 году после многочисленных жалоб сына на неудобство велосипеда Джон Данлоп склеил два обруча из садового шланга, накачал их воздухом, а потом натянул на колесо велосипеда. Опять среди материалов фигурировала прорезиненная парусина. Успех этой шины Danlop был практически доказан во время исторической гонки на велосипедах, в которой ужасный велосипедист Уильям Хьюм на велосипеде с пневматическими покрышками с легкостью выиграл все заезды, в которых вообще решился участвовать. Этот успех стал основной причиной для Джона Данлопа (кроме, конечно же, проблем с деньгами в семье) организовать собственное небольшое производство шин в городе Дублин. Компания «Пневматическая шина и агентство Бута по продаже велосипедов» стала первой в мире компанией, которая начала изучать и производить пневматические шины на промышленном уровне.
Всего год спустя никому неизвестный инженер, работающий в компании Данлопа предложил отделить покрышку от камеры, а также армировать покрышку проволочными кольцами. В это же время был придуман первый способ монтажа и демонтажа шин, который стал прорывом для всех компаний по производству шин.
После этого всего пять лет понадобилось миру, чтобы французы Андре и Эдуард Мишелин (Michelin) изготовили первую в мире автомобильную шину, которая с трудом, но доехала до финиша. Это был сырой образец пневматической шины, который не учитывал множества внешних условий, а материал обладал огромным количеством внутренних напряжений, что привело к десяткам проколов на трассе, протяженной на 1200 км.
Всего год спустя в 1896 году Автомобиль Ланчестер был укомплектован шинами от Данлоп, которые постарались учесть ошибки конкурентов. Первые автомобильные шины в разы увеличили проходимость, комфорт, плавность и скорость автомобиля, но были неудобны с точки зрения монтажа. На установку шин уходил порой весь рабочий день. Конкуренция между производителями шин, растущий спрос, а также довольной быстрый рост цен на пневматические шины привели к постоянному поиску новых инженерных решений, что привело к появлению стандартизации, улучшения систем монтажа-демонтажа шин, а также появлению нововведений, которые используются и по сей день. Например, внедрение корда в шину из особо прочных нитей, новые системы крепежа, которые стали основной причиной валообразного роста шинной промышленности в начале двадцатого века.
Именно в этот период времени наиболее четко прослеживает динамика развития науки, влияющей на производство шин, в первую очередь химии. Самые первые шины были низкопрофильными, тонкими и походили на велосипедные. Это было связано не столько с особенностями моды того времени, сколько с отсутствием углеродных наполнителей для увеличения прочности и снижения внутренних напряжений, а также для придания более жесткой формы. Именно отсутствие углерода в составе резины обусловило белый и бежевый цвета шин в начале двадцатого века.
Однако уже в двадцатых-тридцатых годах двадцатого века углерод стал неотъемлемой частью состава резины наравне с каучуком, что привело к значительному увеличению высоты и ширины протектора. Это увеличило максимальную нагрузку на шину, позволив улучшить показатель грузоподъемности, а также повысило проходимость за счет увеличения пятна контакта протектора с дорогой. Шины из мягкого каучука, который из-за особой химической структуры смеси с углеродом имеют только радиальное направление нитей каркаса, а потому очень четко передают все неровности дороги на автомобиль. Это некомфортно и жестко.
Настоящим прорывом стало появление химических полимеров, которые позволили увеличить жесткость конструкции, не теряя в комфортности и проходимости, а также увеличивая нагрузку на шину. Диагональные шины становятся повсеместно используемыми.
Сейчас наука шагнула далеко вперед, а соревнования компаний между друг другом носят настолько детальный характер, что порой их даже трудно оценить обыкновенному покупателю. Доли секунды, граммы грузоподъемности, незаметные проценты увеличения тяги, снижения сопротивления качению. Цифры-цифры…
Материал подготовлен в «Покрышка.ру»
Дата публикации: 17.02.2011.
Внимание! Все содержимое этого сайта охраняется законодательством об интеллектуальной собственности (Роспатент, свидетельство о рег. №2006612529). Установка гиперссылки на материалы сайта не рассматривается как нарушением прав и согласования не требует. Юридическая поддержка сайта - юр.фирма «Интернет и Право».
Дополнительно
Со времени изобретения пневматической шины, без которой немыслимо само существование современного автомобиля, минуло свыше 140 лет. Сегодня трудно даже поверить, что сначала шина предназначалась вовсе не для автомобиля. На безлошадных экипажах она заменила массивные литые резиновые шины (так называемые грузоленты или гусматики) лишь через многие годы после своего появления на свет.
Первым, кто официально зарегистрировал изобретение пневматической шины, был Роберт Уильям Томсон, родившийся в Шотландии 29 июня 1822 г. в семье мелкого землевладельца. В 1844 г. в возрасте 22 лет он стал инженером железнодорожного транспорта, имел собственное дело и контору в Лондоне. Именно там и была изобретена пневматическая шина.
В патенте № 10990, датированным 10 июня 1846 г., написано: "Суть моего изобретения состоит в применении эластичных опорных поверхностей вокруг ободьев колес экипажей с целью уменьшения силы, необходимой для того, чтобы тянуть экипажи, тем самым, облегчая движение и уменьшая шум, который они создают при движении". Патент Томсона написан на очень высоком уровне. В нем изложена конструкция изобретения, а также материалы, рекомендуемые для его изготовления.
Камерная шина:
1 - бортовая лента,
2 - боковина,
3 - слой корда,
4 - брекер,
5 - протектор,
6 - беговая дорожка,
7 - каркас,
9 - борт покрышки,
10 - носок,
11 - проволочное кольцо,
12 - крепительные ленты крыла.
На рис. 1.1 представлена конструкция "воздушного колеса" Томсона, описанная в названном патенте. Показано колесо телеги или экипажа. Шина накладывается на колесо с деревянными спицами, вставленными в деревянный обод, обитый металлическим обручем. Сама шина состояла из двух частей: камеры и наружного покрытия. Камера изготавливалась из нескольких слоев парусины, пропитанной и покрытой с обеих сторон натуральным каучуком или гуттаперчей в виде раствора. Наружное покрытие состояло из соединенных заклепками кусков кожи. Вся шина крепилась на обод болтами. Кожаная покрышка обладала необходимым сопротивлением износу и многократным изгибам, а, зная, что кожа растягивается при намокании и раздувается под действием внутреннего давления, легко понять, почему камеру пришлось усиливать парусиной. Далее патент описывает клапан, через который накачивают шину.
Томсон оборудовал экипаж воздушными колесами и провел испытания, измеряя силу тяги экипажа. Испытания показали уменьшение силы тяги на 38% на щебеночном покрытии и на 68% на покрытии из дробленой гальки. Особо отмечались бесшумность, удобство езды и легкий ход карсты на новых колесах. Результаты испытаний были опубликованы в журнале "Mechanics Маgazin" 27 марта 1849 г. вместе с рисунком экипажа.
Можно было констатировать, что появилось крупное изобретение: продуманное до конструктивного воплощения, доказанное проведенными испытаниями, готовое к совершенствованию. К сожалению, на том дело и закончилось. Не нашлось никого, кто бы занялся этой идеей и довел ее до массового производства с приемлемой стоимостью.
После смерти Томсона в 1873г. "воздушное колесо" было забыто, хотя образцы этого изделия сохранились.
В 1888 г. идея пневматической шины возникла вновь. Новым изобретателем был шотландец Джон Данлоп, чье имя известно в мире как автора пневматической шины. Дж. Б. Данлоп придумал в 1887 г, надеть на колесо трехколесного велосипеда своего 10-летнего сына широкие обручи, сделанные из шланга для поливки сада и надуть их воздухом. 23 июля 1888 г. Дж. Б. Данлопу был выдан патент? 10607 на изобретение, а приоритет на применение "пневматического обруча" для транспортных средств подтверждал следующий патент от 31 августа того же года.
Камера из резины крепилась на обод металлического колоса со спицами обматыванием ее вместе с ободом прорезиненной парусиной, образующей каркас шины, в промежутках между спицами (рис. 1.2).
Преимущества пневматической шины были оценены достаточно быстро. Уже в июне 1889 г. на стадионе в Белфасте Уильям Хьюм выступил в гонках на велосипеде с пневматическими шинами. И хотя Хьюма описывали как среднего гонщика, он выиграл все три заезда, в которых участвовал.
Коммерческое развитие изобретения началось с образования маленькой компании в Дублине и конце 1889 г. под названием "Пневматическая шина и агентство Бута по продаже велосипедов". В настоящее время это "Данлоп" - одна из крупнейших фирм в мире по изготовлению шин.
В 1890 г. молодой инженер Чальд Кннгстн Уэлтч предложил отделять камеру от покрышки, вставлять в края покрышки проволочные кольца и сажать на обод, который впоследствии получил углубление к центру (рис. 1.3). Тогда же англичанин Бартлетт и француз Дидье изобрели вполне приемлемые способы монтажа и демонтажа шин. Bce это определило возможность применения пневматической шины на автомобиле.
Первым, кто стал использовать пневматические шины на автомобилях, были французы Андре и Эдуард Мишлен, которые уже имели достаточный опыт в производстве велосипедных шин. Они объявили, что к гонке в 1895 г. Париж - Бордо у них будут готовы пневматические шины для автомобилей н сдержали свое обещание. Несмотря на многочисленные проколы, автомобиль преодолел расстояние в 1200 км н достиг среди девяти других финиша своим ходом. В Англии в 1896 г. шинами "Данлоп" был оснащен автомобиль Ланчестер.
С установкой пневматических шин существенно улучшились плавность хода, проходимость автомобилей, хотя первые шины были не надежны и не приспособлены к быстрому монтажу. В дальнейшем основные изобретения в области пневматических шин были, прежде всего, связаны с повышением безотказности и долговечности их, а также с облегчением монтажа-демонтажа. Потребовалось много лет постепенного совершенствования конструкции пневматической шипы и способа ее изготовления, прежде чем она окончательно вытеснила литую резиновую.
Стали применяться все более надежные и долговечные материалы, появился в шинах корд - особо прочный слой из упругих текстильных нитей. В первой четверти текущего столетия все чаще стали использовать конструкции быстросъемных креплений колес к ступицам на нескольких болтах, что позволило заменять шины вместе с колесом в течение нескольких минут. Bce эти усовершенствования привели к повсеместному применению пневматических шин на автомобилях и бурному развитию шинной промышленности. Во время первой мировой войны начались разработки конструкций шин для грузовых автомобилей и автобусов. Пионерами в этом отношении были США. К 1925 г. в мире насчитывалось порядка 4 млн. автомобилей с пневматическими шинами, т. е. практически весь парк, за некоторым исключением отдельных типов грузовиков.
Возникли крупные фирмы по производству шин, многие из которых существуют и сейчас, а именно "Данлоп" в Англии, "Мишлен" во Франции, "Гудьир", "Файрстоун" и "Гудрич" в США, "Континенталь", "Метцелер" в ФРГ, "Пирелли" в Италии.
К концу 20-х годов возможность создания конструкций шин за счет интуиции инженера, наугад, уходит в прошлое. Назревает настоятельная необходимость научного подхода к конструированию работоспособных пневматических шин. К этому времени уже имелась достаточно освоенная химическая технология, которую можно было использовать для решения проблем приготовления резиновых смесей шин. В области конструирования и испытания автомобильных шин опыт появился не сразу, а в результате практической деятельности фирм и научных исследований ряда стран. Создаются испытательные стенды для экспериментального определения эксплуатационных характеристик шин.
В 30-х годах продолжались работы над осмысливанием той роли, которую играет пневматическая шина в обеспечении управляемости и устойчивости автомобиля, а также над внешней формой и рисунком той части шины, которая входит в контакт с дорогой.
Вторая мировая война заставила принять ряд серьезных мер по использованию синтетического каучука (СК) вместо натурального в рецептурах резин шинной промышленности. Применение же СК в рецептуре шинных резин нашей страны относится еще к 1933 г., а к 1940 г. потребление СК в шинах, изготавливаемых в СССР, достигло 73%. Благодаря специфическим свойствам СК и их влиянию на эксплуатационные характеристики шин появились перспективы создания новых типов усовершенствованных шин.
Другой значительный шаг связан с применением корда из вискозы н нейлона. Экспериментальные шины с вискозой сразу же выявили улучшение эксплуатационных характеристик и резкое сокращение случаев выхода шин из строя. Найлон позволил изготавливать шины с большой прочностью. Увеличение прочности и сопротивления ударным нагрузкам для шин с новыми материалами было столь значительным, что разрывы каркаса, которые были основной причиной выхода шин из строя, практически перестали иметь место.
В середине 50-х годов появилась новая разработка в конструкция шин. Основной особенностью новой шины, предложенной фирмой "Мишлен", был жесткий пояс в шине, состоящий из слоев металлокорда. Нити корда располагались радиально от борта до борта. Такие шины получили название радиальных. Результатом испытания новой шины фирмы "Мишлен" явилось увеличение ходимости почти вдвое по сравнению со стандартными (при диагональном расположении нитей корда).
В конце 50-х годов повсеместно значительное внимание уделяется шинам, обеспечивающим высокие сцепные свойства, как на сухом, так и на мокром полотне, и высокую износостойкость.
В 60-е годы значительное изменение претерпела такая характеристика конструкции шины, как отношение высоты шины Н к ширине профиля В. Первые шины в разрезе, представляли собой почти правильный круг, высота которого равнялась ширине. Затем отношение величин Н/В последовательно уменьшалось до 0,7 и даже 0,6 к 1980 г. (рис. 1.4). Целью стремления к низким профилям шин явилось увеличение площади контакта с дорогой, что улучшает боковую устойчивость, тягово-сцепные свойства и продлевает срок службы шин. Преимущества радиальных шин проявляются в большей степени от того, что их изготавливают низкопрофильными.
Пневматическая шина в 70-е годы достигла уровня совершенства, который трудно было представить в 50-е годы. Удовлетворялись потребности автомобилистов в увеличении безопасности езды и снижении расхода топлива. Именно в 70-е годы произошел быстрый переход легкового транспорта на радиальные шины, которые к концу этого десятилетия стали использоваться практически по всему парку, что сопровождалось увеличением срока службы.
В 80-е годы появилась конструкция шины фирмы "Континенталь" с креплением на Т-образном ободе колеса (рис. 1.5), обеспечивающая безопасное движение на небольшой скорости даже при спущенных шинах. Фирма рассчитывает на массовое освоение производства таких шин в 90-е годы. Значительно продвинулись опытно-конструкторские и промышленные работы по изготовлению шин методом литья или жидкого формования из олигомеров. Если этот метод сможет обеспечить достаточно высокие свойства шип сложной конструкции, то в перспективе можно ожидать кардинальных перемен.
Дальнейшее усовершенствование шин идет и в направлении применения более современных материалов, уменьшения содержания резины в каркасе, повышения прочности корда, снижения слойности каркаса, улучшения связи корда с резиной, создания шип с малой высотой и большой шириной профиля, увеличения насыщенности рисунка и применения ребристых и комбинированных рисунков протектора.
Усовершенствование шин направлено также на увеличение срока службы, допускаемых нагрузок, упрощения технологии производства, улучшения ряда технико-экономических показателей шин, увеличения безопасности движения транспортных средств.
Современное развитие шин характеризуется широкой специализацией в соответствии с их назначением. До недавнего времени наибольшее внимание уделялось улучшению конструкции обычных диагональных шин. За последние 20 лет масса таких шин уменьшилась на 20-30%, грузоподъемность повышена на 15-20%, срок службы увеличен на 30-40%, сопротивление качению уменьшилось на 10-1,5%, дисбаланс и биение шин уменьшены на 15%, повысились тягово-сцепные качества. Однако ряд зарубежных фирм считает ненужным в дальнейшем развивать работы по совершенствованию диагональных шин, так как заложенные в конструкцию таких шин возможности почти полностью исчерпаны.
В настоящее время большое внимание обращено на развитие и совершенствование конструкции радиальных шин, как наиболее перспективных.
Большое внимание уделяется разработке конструкции бескордных шин. Эти шины изготавливаются из однородной резино-волокнистой массы методом шприцевания или литьем под давлением. В опытном производстве бескордных шин достигнуты определенные успехи. Технические решения по созданию бескордных шин значительно упростят технологию производства шин.
Наиболее перспективными в настоящее время считаются радиальные бескамерные однослойные шины из металлокорда, предназначенные для монтажа на полуглубокие ободья с низкими закраинами.
Автор неизвестен.