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

в сторону от прямолинейного направления. Это может привести к серьезным авариям.

Над созданием безопасной пневматической шины конструктор­ ская мысль работала уже давно. Были предприняты многочислен­ ные попытки устранить быстрое падение давления в камерной шине утолщением камеры в беговой части, введением в беговую часть камеры дополнительных прокладок и самозаклеивающих слоев, введением металлических прокладок в покрышку, заполне­ нием камеры самозаклеивающими составами, заполнением покрыш­ ки губчатой резиной или применением гофрированных или двухпо- , лосных камер и т. п.

Однако перечисленные способы либо не обеспечивали безопас­ ности езды, либо применение их приводило к утяжелению шин, увеличению теплообразования в них, к усложнению и удорожанию шинного производства. Из-за серьезных недостатков такие кон­ струкции не нашли широкого применения.

Рис. 2.2. Устройство камерной шины для грузовых (а) и лег­ ковых (б) автомобилей:

Г —покрышка; 2 —автокамера; 3 —обод; 4 —ободная лента (флеп); 5—ре­ зиновый фланец вентиля.

Только в конце 50-х годов удалось создать приемлемую кон­ струкцию пневматической шины, которая повысила безопасность движения автомобиля. Эта шина получила название бескамерной автомобильной шины.

Бескамерные автомобильные шины

Бескамерная автомобильная шина (рис. 2.3) не имеет автока­ меры. Воздух накачивается непосредственно в полость шины. Гер­ метизация такой шины достигается плотной посадкой покрышки на обод специальной конструкции. Для предотвращения диффу­ зии воздуха сквозь стенки шины внутренняя поверхность ее по­ крывается специальным герметизирующим слоем. Очевидно, при проколе воздух может выходить только через отверстие. Но так как отверстие вследствие упругости материалов шины сжимается,

23

воздух выходит из шины медленно, и давление в ней снижается постепенно. Если предмет, проколовший беокамерную шину (гвоздь и т. п.), остается в ней, он плотно обжимается толстым слоем ре­ зины, и воздух из шины длительное время практически не выходит.

Втом и другом случае опасность аварии машины исключается. Выпускаются также бескамерные шины, в которых для повы­

шения стойкости к проколам между герметизирующим слоем и каркасом покрышки помещается самозаклеивающий слой из пла­ стической массы (рис. 2.4). При небольшом проколе шины веще­ ство самозаклеивающего слоя под давлением воздуха заполняет отверстие и закупоривает его.

Рис. 2.3. Устройство бескамерной легковой (а) и грузовой (б) шин:

II—на глубоком герметичном ободе с наклонными полками (15°).

Впервых образцах бескамерных шин самозаклеивающий слой себя не оправдал, так как при остановке автомобиля (в нагретой шине) пластическая масса стекала в одно место, а другие участки шины оголялись; в охлажденной шине масса не затекала в отвер­ стие от прокола и т. п. Эти недостатки в значительной мере были

устранены при помещении пластической массы в резиновые ячейки или изготовлении всего слоя из материалов с малой текучестью в нагретом состоянии и достаточной пластичностью при низких тем­ пературах.

Преимущества бескамерной шины заключаются не только в том, что она повышает безопасность движения. Возможность езды при малых проколах и более легкий путевой ремонт этих шин. по сравнению с камерными позволяют в некоторых случаях обхо­ диться без запасного колеса. Повышенная гибкость бескамерной шины улучшает ее амортизационные свойства. Меньшее теплооб­ разование и пониженная рабочая температура при высоких ско­

24

Боковина утолщена в тех точках, где она соприкасается с ободом при обжатии шины без внутреннего давления (рис. 2.5). Для того чтобы температура не повышалась при езде без давления, внутри шины в капсулах находится смазывающее вещество. При сниже­ нии давления боковина прогибается, капсулы раздавливаются и

Рис. 2.5. Три состояния бескамерной радиальной шины фирмы «Данлоп» в зависимости от внутреннего давле­

смазка вытекает внутрь шины, что позволяет безопасно проехать путь около 250 км со скоростью 80 км/ч.

Безопасная двойная бескамерная шина. Конструктивная осо­

диафрагмы.

В случае пробоя или прокола шины воздух выходит только из наружной полости. При этом давление во внутренней полости не­ сколько снижается, так как ее объем увеличивается благодаря растяжению диафрагмы вследствие уменьшения давления в на­ ружной полости. Такое снижение давления не оказывает влияния на движение автомобиля. Даже значительное повреждение шины

26

при максимальной скорости движения автомобиля не представляет опасности для пассажиров. Кроме того, автомобиль на повреж­ денной шине способен преодолевать значительные расстояния (150 км и более) без неудобств для водителя и пассажиров.

Кроме описанной двойной бескамерной шины имеются и другие конструкции бескамерных безопасных шин с диафрагмой.

Двойные бескамерные шины применяются главным образом тогда, когда требуется обеспечить безопасность движения при вы­ соких скоростях. Широкое применение таких шин невыгодно, так как они дороги, по массе превосходят обычные шины и в нор­ мальных условиях эксплуатации себя не оправдывают.

УСТРОЙСТВО ДИАГОНАЛЬНОЙ КАМЕРНОЙ ШИНЫ

Камерная шина диагональной конструкции состоит из по­ крышки, автомобильной камеры и ободной ленты.

Покрышка пневматической шины (рис. 2.7) состоит из сле­

Покрышка условно разделяется на отдельные зоны: корону, су­ хари (сходы протектора, плечевые зоны), зону изгиба (зону боко­ вины), зону усиления и борт.

Для характеристики надутой шины обычно пользуются че­ тырьмя основными измерениями: наружным диаметром D, внут­ ренним (посадочным) диаметром d, шириной профиля В и высотой профиля Н.

Термин профиль шины означает очертание ее поперечного се­ чения. Шириной профиля называется максимальное расстояние между точками профиля; оно измеряется параллельно оси колеса. Высотой профиля — расстояние от основания борта до верхней на­ ружной точки по центру короны, которое измеряется перпендику­ лярно оси колеса.

Размеры профиля шины определяются на монтированной ненагруженной шине при заданном внутреннем давлении на рекомен­ дуемом ободе. Этими же измерениями пользуются для характери­ стики габаритных размеров покрышек в вулканизационной форме.

Каркас. Каркасом называется резинотканевая основа по­ крышки, придающая ей прочность, гибкость и упругость. Он дол­ жен быть достаточно прочным и эластичным, чтобы выдержать сильные толчки и удары, а также многократные деформации, от действия на покрышку радиальных, боковых и касательных уси­ лий, возникающих при качении шины. Каркас состоит из несколь­ ких слоев прорезиненного корда *, которые придают ему, а следо­ вательно, и покрышке необходимую прочность.

* Корд — крученая нить большой прочности, используемая для изготовления покрышек пневматических шин. Кордная ткань бывает двух типов: безуточная и уточная. Последняя состоит из продольных параллельных нитей корда (основы), которые связаны между собой очень слабым и редким утком.

27

В настоящее время для изготовления каркаса используются различные виды корда из синтетических (полиамидные, полиэфир­ ные и др.) и искусственных (вискозные) волокон, стеклянного во­ локна, а также металлокорд (из стальной латунированной прово- ■ локи).

Рис. 2.7. Основные конструктивные элементы покрышки:

./ —каркас; 2 —брекер; 3 —протектор; 4 —боковина; 5 —борт; 6, 7, 8 —соответственно носок,

В —ширина профиля покрышки; Ъ —ширина беговой дорожки протектора по хорде; С —ширина

Назначение обкладочной резины состоит в том, что она прочно соединяет отдельные слои корда между собой, предотвращает тре­ ние между нитями, амортизирует удары, передаваемые кордной нити, воспринимает касательные или сдвиговые усилия, возникаю­ щие в шине при трогании машины с места, торможении и качении по дороге. В прорезиненном корде каждая нить изолирована ре­ зиной и находится как бы в эластичной оболочке, которая при работе покрышки предохраняет ее от перетирания соседними ни­ тями.

28

/

Необходимое число слоев корда в каркасе определяется рас­ четом и зависит от назначения шины, заданной нагрузки, внутрен­ него давления и размера покрышки.

Число слоев корда в шинах диагонального построения жела­ тельно принимать четным, иначе распределение нагрузки на слои корда окажется неравномерным. Однако в отдельных случаях при­ меняются покрышки с нечетным числом слоев корда.

Рис. 2.8. Схема расположения нитей корда в покрышке:

/ —полотно корда; 2 —линия отреза полосы корда; 3 —отрезанные полосы корда; 4 — радиальный срез покрышки; а„ —угол'закроя корда; р —угол наклона

нитей корда в вулканизованной покрышке.

Полотно прорезиненного корда раскраивается на отдельные полосы под определенным углом, который называется углом закроя корда а 0 (рис. 2.8). Отдельные полосы соединяются в каркасе вна­ хлестку, образуя слой. Слои корда в диагональных шинах распола­ гаются один относительно другого так, чтобы нити одного слоя по отношению к нитям соседнего имели противоположное направле­ ние *. В этом случае получается своеобразная ткань, в которой нити не переплетаются, и это исключает возможность их взаимного перетирания при качении шины.

Угол, заключенный между нитью основы (корда) и радиальной линией поперечного сечения покрышки, называется углом наклона

* Для повышения производительности практикуется изготовление каркаса из дублированного корда — «параллельные слои». Нити одного «параллельного слоя» имеют противоположное направление по отношению к соседнему «параллельно­ му слою».

29

нитей в покрышке р (см. рис. 2.8). Обычно угол наклона нитей* по короне диагональной покрышки составляет 50—54°.

От угла наклона нитей корда в значительной мере зависят эксплуатационные свойства покрышки (амортизация, сопротивление боковому уводу, выносливость при многократных деформа­ циях, сопротивление разрыву и др.). Так, с увеличением угла на­ клона нитей корда боковая жесткость шины возрастает, но при этом существенно ухудшаются ее амортизационные свойства. По­ этому при выборе угла наклона нитей конструктор должен найти наилучшее решение для данных условий работы шины.

Приведенные выше значения углов наклона нитей корда по короне являются оптимальными для шин общего назначения, так как обеспечивают требуемую боковую устойчивость автомобиля при сохранении достаточной амортизационной способности, проч­ ности шины и ее долговечности.

Эксплуатационные свойства шин в значительной степени зави­ сят от правильного сочетания плотности, прочности и толщины ни­ тей корда. Чем плотнее корд, тем больше прочность каркаса на разрыв, но меньше прочность связи между слоями. В редком корде расстояние между нитями увеличено, вследствие чего пространство между ними заполняется большим количеством резины, что спо­ собствует повышению прочности связи между слоями. Степень плотности корда приобретает особое значение для многослойных покрышек, в которых имеется реальная опасность расслоения кар­ каса.

В многослойных покрышках верхний и нижний слои каркаса деформируются в различной степени. Это особенно заметно в по­ крышках, каркас которых содержит восемь и более слоев корда. В такой покрышке верхние слои будут испытывать .более высокое напряжение сдвига в зоне контакта шины с дорогой при качении и больше нагреваться, чем нижние слои. Следовательно, опасность расслоения и разрушения больше в области верхних слоев. Вот почему верхняя зона каркаса многослойной покрышки должна иметь повышенную прочность сцепления. С этой целью при изго­ товлении верхних слоев каркаса многослойных покрышек исполь­ зуют разреженный корд и специальные резины. Однако для упро­ щения технологического процесса в последнее время в связи с уменьшением слойности каркаса стремятся применять корд оди­ наковой плотности.

В многослойных грузовых покрышках хорошая, упругая связь между верхними слоями каркаса достигается применением специ­ альных резиновых прослоек (сивиджей), которые помещают меж­ ду этими слоями, или путем утолщения резиновой обкладки корда.

* Для шин гоночных автомобилей, которые обычно используются на корот­ ких дистанциях, но при высоких скоростях движения, рекомендуется большой угол по короне — 60° и более. Угол по короне (56—58°) рекомендуется также для низкопрофильных легковых шин и для малослойных (двухслойных) легковых шин.

Для диагональных опоясанных шин принимают угол наклона нитей в каркасе

45—65, а в брекере 60—80°.

30

В обоих случаях слои каркаса приобретают несколько большую степень свободы перемещения относительно друг друга без нару­ шения связи между ними. Опыт эксплуатации покрышек показы­ вает, что даже при очень больших деформациях (сильные удары при наезде на препятствие, резкое торможение) высокая эластич­ ность и прочность связи между слоями каркаса предотвращают его расслоение.

Число прослоек и толщина обкладки корда определяются усло­ виями работы покрышки и качеством применяемых резин. Тол­ щину прослоек или обкладки корда нижних слоев делают меньше, чем верхних.

Подушечный слой (брекер). Подушечным слоем (брекером) называют резиновые или резинотканевые полосы, расположенные между каркасом и протектором.

.Брекер служит для предохранения каркаса от толчков и уда­ ров, ослабления действующих на каркас тяговых и тормозных уси­ лий, увеличения прочности связи между неодинаковыми по жест­ кости резиновым протектором и резинотканевым каркасом. В по­ душечном слое сосредотачиваются наибольшие напряжения, воз­ никающие в покрышке, и развиваются наивысшие температуры.

Слои редкого прорезиненного корда в брекере называются корд-брекером. Эти слои способствуют равномерному распределе­ нию нагрузки по всему каркасу (уменьшают возможность сосре­ доточения усилий в какой-либо одной зоне каркаса) и увеличи­ вают прочность его в беговой части покрышки.

Как правило, корд-брекер имеет утолщенный слой резины и закраивается с таким расчетом, чтобы в вулканизованной покрыш­ ке угол наклона нитей в брекере был такой же или несколько больше, чем в основных слоях каркаса.

Для создания утолщенного амортизационного слоя резины и обеспечения упругого сцепления отдельных слоев между собой слои корд-брекера крепятся между собой с помощью резиновых прослоек, так называемых под-, над- и межбрекерных резин.

В большинстве случаев брекерные резины из натурального или близкого к нему по свойствам синтетического каучука занимают по жесткости промежуточное положение между каркасными и про­ текторными резинами и обеспечивают плавный переход от мягких каркасных резин к более жестким протекторным. Иногда поду­ шечный слой делается из нескольких резин различной жесткости.

В покрышках на основе синтетического каучука типа БСК бре­ керные резины должны иметь более высокий модуль, чем протек­ торные и каркасные, так как это дает возможность уменьшить деформации в зоне брекера и повысить работоспособность по­ крышки.

В легковых шинах брекер может состоять только из резины. В грузовых шинах, выпускавшихся некоторыми зарубежными фир­ мами, применялись различные конструкции тканевой части бре­ кера и различное расположение его в покрышке. Изготавливались покрышки с брекером, доходящим до пятки борта, но широкого

31