Призначення, типи пневматичних шин, їх конструкція, переваги та недоліки. Типи малюнків протекторів шин і їх призначення. Внутрішній тиск у шинах. Розміри і маркування тракторних і автомобільних шин

Шина – це еластична гумокордова оболонка складної конструкції, що монтується на обід колеса і наповнюється стисненим повітрям. Пневматичні шини є відповідальними деталями ходової частини авто­мобіля і колісного трактора, що виконують велику і складну роботу.

До шин ставлять такі вимоги:

• відповідність пружних властивостей нормальної, бічної, крути­льної і кутової жорсткостей, тангенціальної еластичності параметрам автомобіля та умовам руху;
• камерні і безкамерні шини, змонтовані на ободі, мають бути гер­метичними і забезпечувати задану стабільність внутрішнього тиску;
• зчеплення шини з покриттям дороги має бути достатнім, а опір коченню – мінімальним;
• шина має забезпечувати низьке питоме навантаження в контакті з дорогою;
• рисунок протектора має відповідати дорожньому покриттю;
• биття шин не повинне перевищувати: для радіальних шин з по­садочним діаметром 13 і 14 дюймів – радіальне 1, бічне 1,5 мм; для радіальних шин з посадочним діаметром 15 дюймів – радіальне 1,5, бічне 2 мм; для діагональних шин – радіальне 2, бічне 3 мм;
• рівень шуму під час руху має бути в межах допустимого;
• шина має бути достатньо міцною (протистояти проколам та ін­шим видам пошкоджень), зі зносостійким протектором, забезпечува­ти задану довговічність;
• бути зручною для монтажу і демонтажу, ремонтопридатною.

За зовнішнім виглядом і робочими ознаками у шині розрізняють такі основні частини: каркас, брекер, протектор, боковину, борти (рис. 6.1.25).

Рис.6.1.24. Будова автомобільної шини:

1 – бортове дротове кільце; 2 – боковина; 3 – поздовжня канавка протектора; 4 – плечова частина протектора; 5 – центральне ребро протектора; 6 – протектор; 7 – нейлоновий шар брекера; 8 – 2-й шар сталевого брекера; 9 – 1-й шар сталевого брекера; 10 – 2-й шар текстильного каркаса; 11 – 1-й шар текстильного каркаса; 12 – бортова стрічка; 13 – п’ятка борту; 14 – підставка борту;15 – носок борту;16 – наповнювальний шнур;17 – герметизуючий шар; 18 – підканавний шар протектора

Рис.6.1.25. Конструктивні елементи і основні розміри шин:

D – зовнішній діаметр; Н – висота профілю шини; В – ширина профілю шини; d – посадковий діаметр обода колеса (шини); 1 – каркас; 2 – брекер ;3 – протектор; 4 – боковина; 5 – борт; 6 – бортовий дріт; 7 – наповнення з шнур

Пневматичні шини класифікують:

• за призначенням – для легкових, вантажних автомобілів та ав­томобілів високої прохідності;
• за способом герметизації – камерні, безкамерні;
• за профілем – звичайного профілю(Н/В =0,89; С/В = 0,65 – 0,76), широкопрофільні (Н/В = 0,60 – 0,90; С/В = 0,76 – 0,89), низькопрофільні (Н/В = 0,70 – 0,88; С/В = 0,69 – 0,76), аркові (Н/В = 0,39 – 0,50; С/В = 0,9 – 1,0), пневмокоток (Н/В = 0,25 – 0,39; С/В = 0,9 – 1,0);
• за розмірами – великогабаритні(В ≥350 мм, незалежно від діа­метра), средньогабаритні(В = 200 – 350 мм, d ≥457 мм), малогабарит­ні (В ≤ 260 мм, d ≤457 мм);
• за конструкцією – діагональні (кут нахилу нитки в середині бі­гової доріжки 45 – 60°), оперезані діагональні (у брекері кут нахилу нитки понад 60°), радіальні (кут нахилу нитки в каркасі 0°, у брекері менше 65°), з регульованим тиском, безкамерні, зі знімним протекто­ром у каркасі.

Стандартні шини, параметри яких відповідають ДСТУ, застосову­ють для автомобілів і тракторів різних моделей, для причепів та ін­ших транспортних засобів. Шини виконують за замовленням заводу як для автомобілів і тракторів масового виробництва, так і автомобі­лів і тракторів дрібно- чи средньосерійного виробництва.

Каркас шини (покришки) є її силовою частиною, обмежує об’єм накачаної камери (у разі камерної шини) і передає навантаження, що діють на колесо з боку дороги, на обід колеса. Каркас складається з одного чи декількох накладених один на одного шарів, вкритих гу­мою текстильного корду (див. рис. 6.1.24).

На роботу каркаса істотно впливає товщина вкритого гумою текс­тильного корду. Зменшення його товщини забезпечує зниження втрат на внутрішнє тертя, й отже, зменшення тепловиділення, поліпшення умов охолодження, зменшення витрати гуми, маси шини, рівномір­нішу роботу та поліпшує інші якості. Міцність покришки в основно­му визначається міцністю корду.

У діагональних шинах (рис. 6.1.26 а) нитки корду в середніх шарах каркаса перехрещені, тобто розміщені під деяким кутом. Кут нахилу ниток корду по біговій доріжці протектора до меридіональної площини перетину профілю ши­ни становить 52 – 54°. Такий на­прямок ниток корду в каркасі за­безпечує добрий розподіл зусиль у разі деформації покришки і найбільшу її міцність за достат­ньої амортизації. У каркасі по­кришки діагональної будови зав­жди парне число шарів корду.

Рис. 6.1.26. Діагональна (а) та радіальна (б) шини

Особливість конструкції раді­альних шин (див. рис. 6.1.26 б) ти­пу R полягає насамперед у тому, що нитки корду в шарах каркаса розміщені радіально по профілю ши­ни в напрямку від одного борту до іншого, тобто в усіх шарах каркаса нитки корду паралельні одна одній. Отже, кожен шар корду в каркасі шин типу R працює начебто самостійно (не в парі із сусіднім шаром). У результаті цього напруження, які виникають під час роботи в нитках корду каркаса шин типу R, приблизно вдвічі менші, ніж у діагональних шинах, що дає змогу відповідно зменшити число шарів корду.

Оскільки каркас шин типу R тонший і нитки корду в його шарах паралельні, він еластичніший, легше деформується, й отже, теплови­ділення в ньому менше, ніж у діагональних шинах.

Щоб зменшити деформацію бічних поверхонь шин, тиск повітря в шинах типу R має бути трохи вищим (до 20 – 30 %), ніж у шинах діа­гональної будови, але при цьому радіальна деформація шин типу R все-таки на 10 – 20 % вища через більшу їх еластичність.

Брекером називають гумовий, гумокордовий або гумометалокордовий шар, розміщений між каркасом і протектором. Як правило, він складається з двох і більшої кількості шарів зрідженого, вкритого гу­мою корду. Брекер забезпечує міцний зв’язок протектора з каркасом і запобігає відшаруванню протектора від каркаса під дією на шину га­льмових і відцентрових сил, а також сприймає частину ударного на­вантаження на шину, зменшуючи силу ударів, що передаються від протектора до каркаса.

Функції брекера реалізуються правильним добором матеріалів (корду і гуми), які мають забезпечувати плавний перехід жорсткості від каркаса до протектора.

Найперспективнішим армувальним матеріалом для брекера шин легкових автомобілів є металокорд. Це пояснюють тим, що серед тра­диційних армувальних матеріалів йому немає рівних за показниками розривної міцності і модулем. Це особливо важливо для нерозтяжного брекера радіальної шини.

Протектором називають товстий шар гуми, розміщений по короні покришки і який стикається з дорогою при коченні колеса. Призна­чення протектора – забезпечувати зносостійкість шини, добре зчеп­лення з дорогою, ослаблювати вплив поштовхів і ударів на каркас шини, частково поглинати коливання, і насамперед крутильні в трансмісії, оберігати каркас і камеру від механічних пошкоджень і вологи.

У процесі кочення колеса протектор працює на розтяг, двобічний стиск і зсув.

Протектор складається з рельєфного малюнка і підканавного шару. Останній зазвичай становить 20 – 40 % товщини протектора. Занадто тонкий підканавний шар спричинює розтріскування протектора, під­вищення деформацій ниток корду першого шару каркаса, зменшення міцності каркаса під дією зосередженого навантаження, а надмірно товстий – погіршує умови охолодження шини, збільшує частку за­лишкових деформацій у гумі, призводить до перегрівання і розшару­вання покришки.

Високий рельєфний малюнок протектора збільшує масу шини, зу­мовлює швидше її нагрівання і розшаровування, збільшує момент інерції колеса та його опір коченню. Особливо інтенсивне тепловиді­лення спостерігається за підвищених швидкостей руху, коли з’являються додаткові деформації протектора через дію сил інерції.

Рис.6.1.27. Рисунки протектора шин автомобілів:

а – дорожній; б – універсальний; в – зимовий; г – міський; д – кар’єрний; е – асиметричний

Рисунок протектора (рис. 6.1.27) визначає експлуатаційне призна­чення шини. Від нього залежить зчеплення шини з дорогою, інтенсив­ність зношення, видалення бруду і вологи із зони контакту з дорогою, тепловідведення від каркаса покришки, безшумність під час руху ав­томобіля, рівномірність тиску на каркас шини і дорогу, прохідність автомобіля чи трактора по дорогах різних категорій.

Шини з дорожнім рисунком протектора (див. рис. 6.1.27 а) призна­чені для експлуатації переважно на дорогах з удосконаленим капіта­льним покриттям.

Шини з універсальним рисунком протектора (див. рис. 6.1.27 б) призначені для експлуатації на дорогах з удосконаленим полегшеним покриттям.

Рисунок протектора підвищеної прохідності (див. рис. 6.1.27 е) за­стосовують на шинах, призначених для експлуатації в умовах бездо­ріжжя і важкопрохідних ґрунтових доріг. їх використання переважно на дорогах із твердим покриттям недоцільне, оскільки це скорочує строк їх служби, збільшує жорсткість ходу і погіршує стійкість.

Зимовий малюнок протектора (див. рис. 6.1.27 в) призначений для поліпшення стійкості автомобілів на дорогах, вкритих шаром льоду і снігу. Для зимового рисунка протектора характерні невелика площа виступів звивистої поверхні (55 – 65 % загальної площі бігової доріж­ки) й отвори для шипів протиковзання в ґрунтозачепах з боків бігової доріжки протектора. На сухих дорогах у літню пору року ґрунтозачепи швидко зношуються, тому шини із зимовим рисунком протектора ре­комендують застосовувати тільки взимку, напровесні і пізно восени.

Різновидом зимових шин за експлуатаційним призначенням є ши­ни з неметалевими шипами протиковзання, призначені для підвищен­ня стійкості і безпеки руху автомобіля на ковзних зледенілих дорогах і по льоду. Застосування таких шин зменшує гальмівний шлях авто­мобіля в 2 – 2,5 рази, поліпшує його розгін у 1,5 рази і різко підвищує зносостійкість шин. Шини із шипами протиковзання не мають пере­ваг порівняно з нешипованими в разі руху дорогами, вкритими пух­ким неукоченим снігом. На дорогах з удосконаленими покриттями, без снігової чи крижаної кірки шипи погіршують зчеплення шин із дорожнім покриттям.

Щоб запобігти передчасному випаданню шипів, потрібно уникати різкого розгону і різкого гальмування автомобіля. Обкатують ошиповані шини пробігом 800 – 1000 км. У період обкатування швидкість руху легкових автомобілів не повинна перевищувати 70 км/год.

Боковиною шини (див. рис. 6.1.25) називають гумовий шар завтовш­ки 1,5 – 3 мм, що вкриває бічні стінки каркаса й оберігає його від во­логи і механічних пошкоджень.

Боковина має бути досить тонкою й еластичною, щоб добре ви­тримувати багаторазовий вигин і мало впливати на жорсткість корпу­су. На боковини шин наносять усі оговорені технічною документаці­єю умовні позначення, що характеризують шину.

Борти – жорсткі частини шини, слугують для надійного кріплен­ня її на ободі колеса. Вони складаються з бортового кільця, виконано­го зі сталевого дроту, твердого профільного гумового шнура, обгорт­ки й ущільнювальних стрічок. Металеве кільце надає борту необхід­ної жорсткості і міцності, а твердий гумовий шнур – монолітності, забезпечує поступовий перехід від жорсткості металевого кільця до еластичної боковини, формування борту. Бортове кільце разом із на­кладеним на нього гумовим шнуром і підсилювальними стрічками слугує для зміцнення складових частин борту в покришці.

Особливості конструкції, що визначають тип шини, крім будови каркаса, брекера і рисунка протектора, поділяються також залежно від способу герметизації і конфігурації профілю поперечного перетину.

Камерна шина – пневматична шина, в якій повітряна порожнина утворена герметизувальною камерою. Камера виготовлена у вигляді кіль­цевої труби з повітронепроникної еластичної гуми й оснащена вентилем.

Безкамерна шина – пневматична шина, в якій повітряна порож­нина утворена покришкою й ободом колеса; герметизація досягається за рахунок спеціального герметизувального шару гуми, що має під­вищену газонепроникність.

                                   а                                б

Рис. 6.1.28. Безкамерна (а) та камерна (б) шини

Герметизувальний шар у безкамерній шині призначений для мак­симального підвищення її повітронепроникності і за наскрізного про­колу шини сприяє миттєвому затягуванню отвору навколо предмета, що встромився в неї. Витікання повітря з безкамерної шини, що має прокол, відбувається протягом тривалого часу, що забезпечує достат­ній пробіг шини.

Безкамерні шини з герметизувальним шаром мають такі основні переваги порівняно з камерними:

• підвищену безпеку під час руху автомобіля через відсутність різ­кого падіння внутрішнього тиску повітря в проколотій шині;
• підвищену герметичність, оскільки тиск повітря знижується в них повільніше, ніж у камерних;
• менше нагрівання під час роботи внаслідок тепловідведення че­рез відкриту частину обода;
• меншу кількість випадків демонтажу і монтажу шини упродовж її служби, оскільки проколи безкамерної шини (діаметром до 10 мм) можна ремонтувати без демонтажу її з обода;
• меншу трудомісткість ремонту безкамерної шини порівняно з камерною;
• простіше і надійніше кріплення вентиля (на ободі, а не на камері);

можливість використання безкамерної шини як камерної у разі негерметичності обода або після ремонту великих наскрізних пошко­джень.

Водночас безкамерна шина з герметизувальним шаром порівняно з камерною має такі недоліки:

• герметичність безкамерної шини, що перевіряється після монта­жу її на диск колеса і накачування повітрям, залежить як від стану самої шини, так і обода;
• у разі застосування безкамерних шин підвищуються вимоги до стану ободів;
• безкамерні шини потребують дуже обережного поводження, то­му що невелике пошкодження герметизувального шару в бортовій частині знижує герметичність шини.

На передніх і задніх колесах тракторів різних марок застосову­ються пневматичні шини, які відрізняються розмірами та внутріш­нім тиском.

На бічній поверхні кожної покришки позначено основні розміри; товарний знак, або назву заводу-виготівника; модель по­кришки; серійний номер.

Основні розміри покришки мають метричне або дюймове по­значення. Наприклад: 72-665; 15,5К.-38; 16,911-30. Перша цифра – ширина профілю шини, мм або дюйм; друга – посадочний діаметр шини, обід колеса, в мм або дюймах; К – умовний знак шини з радіальним напрямом ниток корду. Серійний номер шини має ско­рочене позначення заводу-виготівника, місяць і рік виготовлення та номер покришки.

Наприклад, Д 10 03974320 розшифровується так: Д – Дніпро­петровський шинний завод, 10 – жовтень, 03 – рік виготовлення покришки, потім – номер покришки. На боковинах покришок трак­торних шин додатково вказується число шарів корду, знак напряму обертання, найбільше допустиме навантаження на шину, допусти­мий мінімальний і максимальний внутрішній тиск.

Пневматичні шини складаються з двох частин – покришки і камери.

Покришка (рис. 6.1.29) складається із каркаса 1, подушкового ша­ру (брекера) 2, протектора 3, двох бортів 4, дротяних кілець 5.

Каркас – основна частина покришки. Його виготовляють з кількох шарів міцного корду – особливого виду тканини із кручених ниток бавовни, віскози, капрону.

У шинах які називають діагональними, нитки корду лежать під кутом одна до одної (рис. 6.1.29 б), а в радіальних шинах – паралель­но (рис. 6.1.29 в).

Число шарів корду в каркасі від 4 до 18 залежить від наванта­ження, на яке розраховується пневматична шина.

Подушковий шар (брекер) 2 з гуми або гумового корду захищає каркас від поштовхів і ударів.

Протектор 3 призначений для зчеплення покришки з дорогою. Гума протектора міцна і стійка до стирання.

Для кращого зчеплення з ґрунтом на поверхні протектора веду­чих коліс виготовлено грунтозачепи.

Рис. 6.1.29. Пневматична шина:

а – загальний вигляд; б – розріз діагональної шини; в – розріз радіальної, шини; г – вентиль; д – тиск повітря в шинах; 1 – каркас; 2 – подушковнй шар (брекер); 3 – протектор; 4 – борт; 5 – дротяні кільця; 6 – ковпачок вентиля; 7 – золотник; І – нормальний тиск; II – підвищений тиск; III – знижений тиск

Борти 4 – жорсткі частини покришки, призначені для закріп­лення покришки на ободі колеса

Камера – це замкнута кільцева трубка з еластичної гуми товщи­ною 1,5 – 5 мм, залежно від розмірів покришки.

Через вентиль, встановлений в камері, накачують або випуска­ють стиснуте повітря.

Вентиль (рис. 6.1.29 г) складається з корпуса і золотника 7, звер­ху закривається ковпачком 6.

Від тиску повітря в пневматичній шині залежить її дов­говічність.

Підпружна дія пневматичної шини залежить від навантаження на неї і внутрішнього тиску повітря. Нормальний тиск – це тиск, рекомендований заводом-виготівником, забезпечує найвигіднішу деформацію шини в період роботи трактора, зменшує руйнуван­ня ниток каркасу і забезпечує добре зчеплення колеса з ґрунтом (рис. 6.1.29 д). Від підвищення тиску шина стає чутливішою до ударів і порізів на перешкодах, прискорює процес утомленості каркасу, що призводить до його передчасного розриву. При цьому погіршується зчеплення колеса з ґрунтом. Знижений тиск збільшує підпружність і деформацію шини і каркас швидко вихо­дить з ладу, зчеплення з дорогою на твердому ґрунті погіршується.  Тому, залежно від виду роботи трактора і його марки, необхідно змінювати і величину внутрішнього тиску в шинах.

Рис. 6.1.30. Позначення на боковинах шини

На боковій стороні шини розташовуються практично всі дані про шину. Вам, в першу чергу, слід знати про буквено-цифровий код. Він може виглядати, наприклад, так: 235/70R16 105Н. Тут кожна буква і цифра несе в собі важливу інформацію, яка допомагає визначити, до якого автомобіля дана шина призначена.

Якщо перед кодом є додаткові літери, то це позначає, то до якого типу автомобіля повинна бути призначена дана шина. Друге число тут 70 – це серія шини, або, як профіль висоти шини відноситься до його ширини. У нашому прикладі, висота шини становить 70% від її ширини. Буква “R”, означає те, що шина є радіальної або “Radial”.

Наступне число після буквеного позначення (становить у нас 16) – може позначати тільки посадковий діаметр обода даної шини, який виражається в дюймах. В даному прикладі зазначений розмір у 16 дюймів.

Останні число і літера, які нанесені на боковину шини-105Н. Позначають вони характеристики експлуатації, на які була розрахована дана шина. А саме, тут представлені, індекс навантаження і індексу швидкості.

Незалежно від типу, призначення і виробника будь-яка шина на боковині має чітко позначену маркування. Ця маркування містить всю необхідну інформацію про покришці.

Рис. 6.1.31. Маркування легкових і легких вантажних шин

Напис на боковині шини 195/65R15 91Т означає:

195 – ширина профілю шини, яка вимірюється в мм;

65 – відношення висоти профілю шини до його ширини профілю в процентному вираженні. У разі, коли дробова риса і цифра, що позначає висоту профілю відсутні в позначенні (наприклад, 195R14) – це означає, покришка повнопрофільна і висоті її профілю становить приблизно 82% ширини;

R або RADIAL – це позначення конструкції шини, в даному випадку шина має радіальну конструкцію. Серед автолюбителів побутує помилкова думка, що літера R позначає радіус покришки. Потрібно відзначити, що легкові покришки з діагональною конструкцією в даний час практично не виробляються;

15 – посадочний діаметр шини або зовнішній діаметр обода диска, який вимірюється в дюймах (не радіус, а саме діаметр);

91 – індекс максимальної несучої навантаження покришки, що позначає умовне цифрове значення максимального навантаження, на яку розрахована покришка. Для легких вантажівок і мікроавтобусів виробляються спеціальні, багатошарові посилені покришки з високим індексом навантаження. Позначаються такі шини в залежності від індексу навантаження написом REINFORCED або літерою «З» після позначення діаметра шини;

Т – індекс швидкості, що позначає умовне літерне (використовуються латинські літери) значення максимальної швидкості, на яку розрахована покришка. Деякі шини цього позначення не можуть мати, замість нього перед позначенням конструкції шини (буквою R) буде вказана літера V або Z. Деякі шини перед значенням розмірності можуть мати знаки у вигляді букв «Р» (Passenger – для легкових автомобілів) або «LT» (Light Truck – для легких вантажівок).

Крім цього на маркуванні шин зустрічаються наступні умовні позначення:

• Rotation – спрямована шина. Напрямок обертання такої покришки зазначено додатковою стрілкою на її боковині, яка показує напрям обертання шини при русі автомобіля вперед. Однак потрібно бути уважним і не сплутати подібне позначення з логотипом відомого виробника автомобільних шин – компанії «Dunlop», виконаного у вигляді стилізованої стріли.
• Outside та Inside (Side Facing Out Side Facing Inwards) – позначенняасиметричнихшин, при встановленні яких необхідно чітко дотримуватися правила установки шини на диск. Боковина шини з позначенням Outside (зовнішня сторона) повинна знаходиться із зовнішньої сторони автомобіля, а боковина з написом Inside (внутрішня сторона) повинні бути з внутрішньої.
• Right або Left – написи, що позначають праві чи ліві шини з направленим асиметричним малюнком протектора. При встановленні таких шин праві повинні бути встановлені тільки з правої сторони автомобіля, а ліві – виключно з лівої.
• M&S, M+S (Mud + Snow – грязь та сніг) – це позначення того, що шина адаптована і може експлуатуватися в зимових умовах. Такими знаками маркують зимові та всесезонні шини. Однак стандарти деяких країн передбачають таку маркування для всіх типів шин – літніх, зимових або всесезонних.
• All Season – позначення всесезонних шин, які можна використовувати протягом усього року.
• RAIN, AQUA, WATER (або піктограма «парасолька») – позначення шин спеціально розроблених для руху по мокрій дорозі і мають високу ступінь опору ефекту аквапланування.
• TWI, ?, DSI або «бібендум» на гумі «Michelin». TWI – це абревіатура від Tread Wear Indication, що в перекладі означає «індикатор зносу протектора». Дані позначення вказують місця індикаторів зносу розташованих на дні канавок протектора. Ці індикатори являють собою виступи величиною, рівною залишкової глибини протектора шини. При досягненні цього значення глибини протектора експлуатацію такої шини необхідно припинити, оскільки це небезпечно. Для легкових шин мінімальне значення глибини малюнка протектора складає 1,6 мм.
• Tubeless (TL) – безкамерна конструкція шини. Якщо на покришці така напис відсутній, то така шина може використовуватися виключно з камерою.
• Tube tуре (TT) – камерна конструкція шини. Такі шини можуть використовуватись тільки з камерою.
• MAX LOAD (максимальне навантаження) – позначення максимального навантаження на шину, виражене у кг і англійськихфунтах.
• MAX PRESS (PRESSURE) – індекс внутрішнього тиску, що позначає максимально допустимий тиск в покришці вкПа.
• Temperature А, В, С – позначення термостійкості покришки при високій швидкості руху (А – кращий показник).
• Traction А, В, С – позначення здатності покришки до гальмування на вологому дорожньому покритті (А – кращий показник).
• Treadwear – коефіцієнт зносостійкості, значення 100 приблизно відповідає 48 тисяч кілометрів пробігу).
• Е – знак сертифікації та відповідності правилам ЄЕК ООН.
• Е в кружечку – знак відповідності європейським вимогам ECE (Economic Commission for Europe).
• DOT (U. S. Department of Transportation) – знак відповідності стандартам безпеки США.