книги из ГПНТБ / Салтыков, А. В. Основы современной технологии автомобильных шин

со

В 1904 г. Мате открыл, что сажа усиливает каучук; йо только после того, как в шинах стали применять корд, сажу стали исполь­ зовать в промышленных масштабах для усиления протекторных резин, так как ранее ткань выходила из строя раньше, чем протек­ тор. Количество сажи, вводимой в резиновые смеси, за последние десятилетия резко увеличилось. Так, если в 30-х годах на 100 вес. ч. каучука вводили 20 вес. ч. сажи, то уже в 60-х годах — 55—

60вес. ч.

До применения сажи в протекторных резинах шина до истира­

ния проходила в среднем около 6000 км. При применении сажи пробег шины увеличился в 4—6 раз.

Основные этапы развития шинного производства приведены в табл. 1.1.

Современный уровень развития производства автомобильных шин

Быстрый рост автомобилестроения и автомобильного транс­ порта обусловил высокие темпы развития шинной промышлен­ ности, которая выпускает огромное количество автомобильных шин, а также шин для тракторов, комбайнов, строительно-дорож­ ных и других машин.

Наиболее характерным показателем развития производства шин

Из данных табл. 1.2 видно, что СССР по объему потребляемых каучуков, характеризующих мощность шинной промышленности находится на втором месте в мире.

В настоящее время шинные заводы и исследовательские центры всех стран мира интенсивно работают над улучшением качества шин. Это вызвано значительным повышением требований к шинам, предъявляемых автомобильной промышленностью вследствие уве­ личения грузоподъемности и скоростей движения автомобилей.

Работы по повышению качества шин проводятся в нескольких направлениях: повышения безопасности езды — повышения сцеп­ ления шины с дорогой, снижения теплообразования в шине, сниже­ ния потерь на качение и дисбаланса, увеличения прочности, обеспе-

14

чения комфортабельности езды с одновременным увеличением гру­ зоподъемности, снижением массы и увеличением пробега. Эти за­ дачи могут быть решены только при усовершенствовании конструк­ ции шин и повышении качества применяемых материалов.

Настоящей технической революцией в области конструкции яви­ лось создание шины с меридиональным расположением нитей корда в каркасе; эти шины получили наибольшее распространение в Европе: в 1971 г. во Франции их выпускалось более 95%, в Анг­ лии— около 40%, в Италии — около 85%, в ФРГ — около 40%. В США пока отдается предпочтение «опоясанным» шинам типа ОД

(49%).

Существенные изменения в конструкции шин, рецептуре резин и технологии дают возможность удовлетворить многообразные требования автомобильной промышленности и автомобильного транспорта. По мнению специалистов США, средний пробег лег­ ковых шин диагональной конструкции с уширенным протектором на усовершенствованных дорогах составит не менее 40 тыс. км, шин типа Р — около 70 тыс. км «опоясанных» диагональных шин — около 52 тыс. км. По тем же данным, расчетный пробег грузовых шин средней грузоподъемности диагональной конструкции соста­ вит около 90 тыс. км, а шин типа «Р» — около 180 тыс. км.

Уровень техники производства

Передовые шинные заводы характеризуются высоким уровнем механизации и автоматизации и высокой производительностью труда. Большое внимание уделяется интенсификации процессов смешения и вулканизации, повышению производительности сбороч­ ных станков, механизации погрузочно-разгрузочных работ, транс­ портных и вспомогательных операций, организации централизован­ ной ремонтной службы. В результате количество вспомогательного персонала снижено до 22—25% от общей численности рабочих. На передовых шинных заводах в США выработка продукции на одного человека достигает 29—36 кг/ч.

Сырьевая база шинной промышленности

В шинной промышленности ведущих капиталистических стран используется более 60% общего количества потребляемого в этих странах каучука. Например, в шинной промышленности США ис­ пользуется около 70% НК и 66% СК.

Основная тенденция в области применения каучуков в шинном производстве — увеличение доли синтетических каучуков. В США шинная промышленность расходует около 78% СК и 22% НК. Из синтетических каучуков пока основным является бутадиенстирольный, но имеется явная тенденция к увеличению потребления полибутадиенового и полиизопренового каучуков регулярного ^строения. Растет также потребление бутилкауцукагД^вянОТ'^т^ленфопиле-

15

В потреблении корда наблюдается тенденция к увеличению доли кордов из синтетических волокон и снижение доли кордов из искусственных волокон. Например, в 1971 г. в США из общего ко­ личества кордов использовали 15,5% вискозного, 46,5% полиамид­ ного и 28,0% полиэфирного корда, 3% металлического корда и до 7% корда из стеклянного волокна. По мнению специалистов, в по­ следующие годы ожидается значительный рост потребления поли­ эфирного и металлического при одновременном снижении исполь­ зования вискозного и полиамидного кордов.

В шинной промышленности применяется также большой ассор­ тимент химикатов-добавок (ускорители, антиоксиданты, модифика­ торы и др.), саж, латексов, метизов и других материалов.

Шинная промышленность СССР

Первые сведения о выпуске пневматических шин в России отно­ сятся к 1900 г. В 1908 г. на заводе «Треугольник» в Петербурге и в 1910 г. на заводе «Проводник» в Риге начали выпускать пневма­ тические автомобильные шины для импортных автомобилей. Сырье и оборудование были импортными. Для изготовления шин приме­ няли ткани типа автопнев полотняного переплетения и резиновые смеси, не содержащие сажи и ускорителей вулканизации. Процесс изготовления покрышек заключался в сборке каркаса на дорне и его вулканизации в котле, шероховке, намазке клеем и накладке протектора, после чего покрышка вулканизовалась вторично. По­ крышки имели пробег ниже 2,5—3 тыс. км. Уже к 1913 г. объем производства шин составил 19,2 тыс. штук.

В'годы Гражданской войны из-за отсутствия сырья и топлива производство шин прекратилось. Только в 1920 г. на заводе «Крас­ ный Треугольник» был возобновлен выпуск шин; к 1921 г. выпуск шин возрос до 20 тыс. штук, а в 1927 г. был достигнут дореволю­ ционный уровень объема производства (120,4 тыс. штук).

Впериод реконструкции народного хозяйства (1927—1937 гг.), когда в стране резко возросла потребность в шинах, были рекон­ струированы старые («Красный Треугольник») и пущены в ход новые предприятия. Так в 1932 г. был пущен Ярославский резино­ асбестовый комбинат, в состав которого входил крупнейший в Ев­ ропе шинный завод.

Вэти годы проводилась работа по применению в шинном про­ изводстве ускорителей, антиоксидантов, активной сажи, по улуч­ шению конструкции покрышек. В 1930 г. все клинчерные шины

были заменены прямобортными, а в 1932 г.— освоено производ­ ство шин низкого давления.

Техника производства шин на новом шинном заводе в Яро­ славле находилась на уровне передовых шинных заводов США. Завод был оснащен таким новейшим оборудованием, как двух­ стадийные пластикаторы Гордона, резиносмесители бенбери, про­ фильные протекторные каландры с поточными линиями по выпуску протекторов, диагонально-резательные машины, кольцеделательные

16.

агрегаты и т. д. Были освоены новые методы (дорновой метод изготовления камер из шприцованных рукавов, вулканизация в автоклавах со съемной крышкой и механизированной линией пере­ зарядки форм и т. д., а также новые рецептуры смесей; расширился ассортимент автопокрышек и улучшено качество шин. В эти годы

промышленности «Резинопроект». В это же время в стране был освоен выпуск оборудования для производства шин на ряде дей­ ствующих машиностроительных заводов (киевский завод «Больше­ вик» и др.). Объем производства шин в 1937 г. составил 2,7 млн. штук. В 1932 г. впервые в мире было создано крупное производство синтетического каучука по методу академика С. В. Лебедева и в 1937 г. были выпущены в промышленном масштабе первые шины на основе 100% СК. В эти годы шинная промышленность разви­ валась бурными темпами. Было начато строительство крупнейших Омского и Воронежского заводов. С 1938 г. основные детали авто­ мобильных шин стали изготавливать из смесей, содержащих 100% СКВ, либо с небольшой добавкой НК.

Для интенсификации научно-исследовательских работ в шин­ ной промышленности был создан Научно-исследовательский ин­ ститут шинной промышленности (НИИШП) с опытным заводом.

Развитие шинной промышленности было прервано Отечествен­ ной войной. В 1941—1942 гг. оборудование шинных предприятий Ленинграда и Ярославля было эвакуировано на восток. Для обес­ печения потребностей страны и фронта было построено 5 шинных заводов (Омский, Кировский, Свердловский, Ереванский и Мос­ ковский) .

Московский шинный завод по технологии производства и при­ меняемому оборудованию находился на высоком техническом уровне. На заводе были применены непрерывный разогрев НК, автоматическая развеска и подача сажи и других ингредиентов, процесс обработки корда с предварительной пропиткой и сушкой, накладывание сквиджей на каландровых линиях, шприцевание про­ текторов и камер, сборка покрышек полудорновым и полуплоским способом на станках новых типов, вулканизация покрышек и камер в индивидуальных вулканизаторах с автоматическим регулирова­ нием процесса, механизирована подача резины, полуфабрикатов и готовых изделий и т. д.

К 1947 г. производство шин достигло довоенного уровня и со­ ставило почти 3 млн. штук.

В послевоенные годы реконструировались действующие заводы. Промышленностью решались сложные технические задачи: осваи­ валось производство и внедрялись новые виды каучуков (эмуль­ сионные бутадиен-стирольные каучуки СКС и СКМС); это потре­ бовало разработки новых принципов построения рецептуры и при­ менения новых видов печных сажОсвоение вискозного корда

17

вызвало необходимость внедрить в производство пропитку корда резорцин-формальдегидной латексной эмульсией.

В 1949 г. на Воронежском заводе было начато производство СКС, в 1952 — СКС-ЗА холодной полимеризации и несколько позд­ нее— маслонаполненного каучука. Одновременно в шинной про­ мышленности происходила замена устаревших моделей на новые. В эти же годы все шинные заводы были переведены на новую технологию: шприцевание протекторов, пропитку корда, сборку на полудорновых станках, шприцевание камер, их стыковку и вулка­ низацию в индивидуальных вулканизаторах. С 1956 г. было начато производство бескамерных шин. В этом же году в Омске был ор­ ганизован научно-исследовательский и конструкторско-технологиче­ ский институт (НИКТИШП), занимающийся вопросами развития технологии и оборудования шинной промышленности.

В эти годы были разработаны новые модели шин и рецептуры на основе улучшенных каучуков, при производстве шин стали при­ менять полиамидный и вискозный корд улучшенных марок. В 1962—1966 гг. были созданы шины типа Р для грузовых авто­ мобилей и оборудование для их производства, а с 1966 г. шины типа Р для грузовых и сельскохозяйственных машин стали выпу­ скаться серийно. Пробег шин этого типа, по данным дорожных испытаний, составил 100 тыс. км. Промышленностью выпускаются шины с ходимостью 180—200 тыс. км на усовершенствованных до­ рогах с твердым покрытием.

конструкции шин и структуры кордов, применения новых типов каучуков, саж и увеличения выпуска шин типа Р.

По пятилетнему плану развития народного хозяйства СССР

на 1971—1975 годы намечается довести выпуск шин в 1975 г. до 51,2 млн. штук при одновременном повышении их ходимости в 1,25 раза в сравнении с уровнем, достигнутым к 1970 г.

В настоящее время в СССР создана мощная промышленность синтетического каучука, искусственных и синтетических волокон, сажевая промышленность; больших успехов достигла наука. Все это создает широкие перспективы для дальнейшего развития шин­ ной промышленности СССР.

ленность к 50-летию' Великой Октябрьской социалистической ревочюции «Каучук и резина», 1967, № Ц, с. 21—28.

18

Г л а в а 2

УСТРОЙСТВО СОВРЕМЕННЫХ АВТОМОБИЛЬНЫХ ПНЕВМАТИЧЕСКИХ ШИН

Автомобильной пневматической шиной называется резинотка­ невая упругая оболочка, наполненная сжатым воздухом и укреп­ ленная на ободе колеса.

Пневматическая шина служит для смягчения и поглощения толчков и ударов при движении автомобиля, сцепления колес с поверхностью дороги и обеспечивает бесшумность движения. Та­ ким образом, шина воспринимает и передает тяговые усилия авто­ мобиля на дорогу, препятствует боковым заносам машины, спо­ собствует безопасности и комфортабельности езды, предохраняет детали автомобиля от чрезмерной тряски и преждевременного раз­

можность движения автомобиля и управление им при больших скоростях.

Амортизационная способность пневматической шины обуслав­ ливается упругими свойствами находящегося в ней сжатого воз­ духа. Обладая способностью сжиматься, воздух может быстро из­ менять свой объем под действием внешней силы. Благодаря этому возникающие при движении автомобиля толчки или удары (от наезда колеса на препятствия или неровности дороги) поглощают­ ся или ослабляются шиной; эластичная резинотканевая оболочка позволяет использовать упругие свойства заключенного в ней сжа­ того воздуха. Последний кроме упругости придает шинам опреде­ ленную жесткость, и это дает им возможность передавать тяговые усилия автомобиля на дорогу и сохранять боковую устойчивость автомобиля.

КЛАССИФИКАЦИЯ ПНЕВМАТИЧЕСКИХ ШИН

В основу классификации автомобильных пневматических шин могут быть положены различные признаки, зависящие от назначе­ ния, внутреннего давления и устройства шин.

По назначению автомобильные шины делятся на легковые и грузовые. К легковым шинам относятся собственно легковые шины и шины для малотоннажных грузовых автомобилей; к грузовым — шины для грузовых автомобилей, автобусов и троллейбусов и крупногабаритные автомобильные шины.

20

В- зависимости от внутреннего давления различают шины высокого, низкого и сверхнизкого давления.

Шины высокого давления (6 кгс/см2 и более) имеют существен­ ный недостаток. Они обладают повышенной жесткостью, а следо­ вательно, и худшей амортизационной способностью. Шины низкого

и значительно уменьшают динамические нагрузки на колесо. По­ этому шины высокого давления были заменены шинами низкого давления, которые в настоящее время являются общепринятым типом шин для легковых и грузовых автомобилей.

Для легковых шин это направление находит дальнейшее раз­ витие в шинах сверхнизкого давления (1,4—0,7 кгс/см2).

В СССР и за рубежом идет процесс повышения внутреннего давления в грузовых шинах с целью увеличения их грузоподъем­ ности без изменения размера. Повышение давления в шинах стало возможным в результате строительства широкой сети бетонных дорог первого класса, а также применения пневматических амор­ тизаторов в системе подвески колес.

По устройству автомобильные пневматические шины разде­ ляются на диагональные, опоясанные диагональные и меридио­ нальные *.

ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ УСТРОЙСТВА ПНЕВМАТИЧЕСКИХ ШИН

Выпускаются два типа шин: диагональные (рис. 2.1, а) и ради­ альные (рис. 2.1, б) .

Диагональные — это шины, в которых нити корда в каркасе и брекере расположены под определенным углом к меридиану, перекрещиваясь между собой в отдельных слоях (в соседних или через пару слоев).

В США, кроме того, выпускаются так называемые диагональ­ но-опоясанные шины, которые имеют каркас, подобный применяе­ мому в диагональных шинах, и жесткий брекерный пояс. При изготовлении брекерного пояса используют высокомодульный корд с углом расположения нитей больше, чем в каркасе, по крайней мере на 5°. Эти шины не получили распространение в других странах и в США также постепенно заменяются радиаль­ ными.

Радиальные шины. В этих шинах нити корда в каркасе рас­ положены по меридиану под углом 0° от борта к борту во всех слоях каркаса. Нити брекерного пояса этих шин идут под разными

21