Глава 3. Эксплуатация и ремонт автомобильных шин

3.1. Классификация, типы и техническая характеристика шин

Шины классифицируются по назначению, способу герметизации, типу, конструкции и рисунку протектора. В зависимости от назначения различают шины для легковых и грузовых автомобилей. Шины легковых автомобилей (табл. 3.1) применяются на легковых автомобилях, малотоннажных грузовиках, микроавтобусах и прицепах к ним. Шины грузовых автомобилей (табл. 3.2 и 3.3) применяются на грузовых автомобилях, автобусах, прицепах и полуприцепах. Шины грузовых автомобилей с регулируемым давлением воздуха (табл. 3.4) используются на грузовых полноприводных автомобилях, работающих на мягких грунтах, т. е. в условиях бездорожья.

По способу герметизации шины делятся на камерные и бескамерные.

По типу конструкции (по построению каркаса) различают диагональные и радиальные шины (рис. 3.1).

По конфигурации профиля поперечного сечения (в зависимости от отношения высоты профиля к его ширине) - шины обычного профиля, широкопрофильные, низкопрофильные и сверхнизкопрофильные.

Таблица 3.1. Шины для легковых автомобилей (по ГОСТ 4754-80)

^* (Поле допуска для всех шин ±6 мм. Поле допуска на радиусы качения и статический ±3 м.)

^** (В числителе ширина профиля при установке шины на основной обод, в знаменателе - на допускаемый.)

Таблица 3.2. Шины для грузовых автомобилей, автобусов и автомобильных прицепов (по ГОСТ 5513-86, 17393-82)sup*/sup

^* (Все шины кроме У-1М. - камерные.)

^** (Приведенные данные соответствуют сдвоенному расположению шин. При одинарном расположении максимальная нагрузка может быть увеличена на 10%.)

Таблица 3.3. Шины автомобилей большой грузоподъемности, строительных, дорожных и подъемно-транспортных машин

^* (D - дорожный; пп - повышенной проходимости; Кар - карьерный.)

^** (В числителе для основного обода; в знаменателе - для допускаемого.)

^*** (При работе со скоростью ниже 50 км/ч допускается увеличение нагрузки на шину.)

Таблица 3.4. Шины с регулируемым давлением (по ГОСТ 13298-78)sup*/sup

^* (Все шины диагональные, камерные, повышенной проходимости.)

^** (Для автомобиля ЗИЛ-157КД максимальная скорость 80 км\ч.)

Рис. 3.1. Покрышки диагональной (а) и радиальной (б) конструкции: 1 - протектор; 2 - слои брекера; 3 - слои каркаса; 4 - резиновая прослойка каркаса; 5 - бортовая часть

В зависимости от эксплуатационного назначения автомобильные шины имеют следующие типы дорожных рисунков протектора (рис. 3.2):

дорожный рисунок - шашки или ребра, расчлененные канавками. Шины с дорожным рисунком протектора предназначены для эксплуатации преимущественно на дорогах с усовершенствованным покрытием;

универсальный рисунок - шашки или ребра в центральной зоне беговой дорожки и грунтозацепы по ее краям. Шины с таким рисунком протектора предназначены для эксплуатации на дорогах с усовершенствованным облегченным покрытием;

рисунок протектора повышенной проходимости - высокие грунтозацепы, разделенные выемками. Шины с таким рисунком протектора служат для эксплуатации в условиях бездорожья и на мягких грунтах;

Рис. 3.2. Типы рисунка протектора: а - дорожный; б - направленный; в - повышенной проходимости; г - карьерный; д - зимний; е - универсальный

зимний рисунок протектора - это рисунок, где выступы имеют острые кромки. Шины с зимним рисунком предназначены для эксплуатации на заснеженных и обледенелых дорогах и могут быть оснащены шипами противоскольжения;

направленный рисунок - не симметричный относительно радиальной плоскости колеса. Шины с направленным рисунком применяются для эксплуатации в условиях бездорожья и на мягких грунтах;

карьерный рисунок - массивные выступы различной конфигурации, разделенные канавками.

Классификация шин по назначению имеет важное значение, так как определяет основные требования к конструкций шин. На с. 132 приведен типаж грузовых шин, разработанный НИИШПом. Согласно этой схеме рекомендуется подбирать шины для транспортных средств в зависимости от видов перевозки и дорожно-климатических условий.

Камерная шина. Имеет сложную конфигурацию и состоит из многих конструктивных элементов: каркаса, брекера, протектора, боковины, бортов и камеры с отношением высоты профиля к его ширине более 0,89 (см. рис. 1.6). У диагональных шин нити корда каркаса и брекера перекрещиваются в смежных слоях, а угол наклона нитей по середине беговой дорожки в каркасе и брекере от 45 до 60°.

Бескамерная шина. По внешнему виду почти ничем не отличается от стандартной автомобильной шины (рис. 3.3). Отличием от стандартных шин являются герметизирующий (воздухонепроницаемый) слой по внутренней поверхности шины и уплотняющая резина по наружной поверхности бортов.

Бескамерные шины имеют несколько меньший посадочный диаметр относительно посадочного диаметра обода, специальную форму и конструкцию борта, обеспечивающую более плотную посадку шины на обод колеса при наличии давления воздуха внутри шины.

Типаж грузовых шин (схема)

Условные обозначения: "++" - предпочтительно; "+" - допустимо; "-" - не используется.

За рубежом в настоящее время выпускаются массово бескамерные шины с самозаклеивающимся внутренним слоем и с радиальными ребрами на боковинах для охлаждения шины.

Корд для бескамерных шин изготавливают в основном из вискозы, капрона и нейлона. Бескамерные шины имеют герметичные ободья. Вентиль крепится непосредственно в ободе колеса.

Рис. 3.3. Бескамерная шина: 1 - герметизирующий слой; 2 - уплотнительный бортовой слой; 3 - вентиль с уплотнительным резиновыми шайбами

Особенностью бескамерных шин является то, что каркас их постоянно находится под воздействием сжатого воздуха, который во время эксплуатации просачивается через герметизирующий слой шины в каркас. В этих случаях воздух в каркасе шины создает между отдельными элементами ее напряжения и вызывает расслоение. Поэтому для исключения этого вредного явления в бескамерных шинах предусмотрены специальные дренажные отверстия, через которые воздух, проникающий в каркас, отводится наружу.

Основным преимуществом бескамерных шин является повышенная безопасность движения автомобиля на высоких скоростях по сравнению с камерными шинами. Бескамерная шина состоит из одной монолитной части, поэтому воздух из полости шины может выходить наружу только через отверстие прокола, а внутреннее давление при этом снижается медленно, так что водитель имеет возможность уверенно остановиться и даже иногда двигаться с поврежденной шиной до места ремонта. Следует отметить лучший отвод тепла непосредственно через металлический обод бескамерной шины, отсутствие трения между покрышкой и камерой и вследствие этого - более низкий температурный режим работающей шины.

Бескамерные шины характеризуются также большой устойчивостью внутреннего давления воздуха, которая объясняется тем, что воздух легче просачивается через растянутые стенки камеры, чем через нерастянутый воздухонепроницаемый слон бескамерной шины. Бескамерные шины при эксплуатации меньше подвергаются демонтажу и монтажу, так как мелкие повреждения можно ремонтировать, не снимая шины с колес. Масса бескамерных шин грузовых автомобилей меньше камерных на 2-7 кг.

Бескамерные шины легковых автомобилей взаимозаменяемые с камерными покрышками и могут монтироваться на стандартных глубоких ободьях, если они герметичные, т. е. не имеют вмятин и повреждений.

Гарантийные нормы пробега шин те же, что и камерных, однако опыт эксплуатации бескамерных шин показывает, что долговечность их на 20% выше долговечности камерных, что объясняется лучшим температурным режимом работы шин, постоянством внутреннего давления в них воздуха. Однако для их производства необходимы высококачественные материалы и они менее технологичны. Эксплуатация бескамерных шин требует высокой технической культуры.

Шины с регулируемым давлением воздуха. Состоят из тех же основных частей, что и обычные шины. Но они имеют ряд конструктивных особенностей. Эти шины отличаются от обычных увеличенной на 25-40% шириной профиля и уменьшенным числом слоев корда. Каркас шин имеет увеличенное число резиновых прослоек, изготовляемых из мягкой резины, что повышает эластичность шины. Шины эти работают при меньшем давлении воздуха по сравнению с обычными - при 0,5-3,5 кг/см². Имеют рисунок протектора повышенной проходимости типа "расчлененная елка" с глубиной до 30 мм.

Рисунок протектора с крупными и широко расставленными расчлененными грунтозацепами не забивается грязью и обеспечивает хорошее сцепление колеса с грунтом. Увеличенная глубина рисунка протектора повышает сцепление шины с грунтами и увеличивает срок ее службы. Это имеет важное значение, так как с износом рисунка протектора примерно на 25% значительно ухудшаются тяговые качества и проходимость автомобиля. Грунтозацепы частично выходят на боковины шин. Плотная посадка покрышки на ободе достигается жесткими бортами, имеющими по 2-3 проволочных кольца в каждом борте.

Шины с регулируемым внутренним давлением воздуха резко улучшают проходимость автомобилей по бездорожью, повышают их тяговые характеристики при движении по труднопроходимым участкам с пониженным давлением воздуха в шинах, улучшают плавность хода при уменьшенной жесткости шин, дают возможность автомобилю длительное время двигаться с поврежденными шинами при подкачке на ходу. Конструкция этих шин дает возможность при необходимости увеличить до 4 раз площадь опоры. Поэтому автомобиль на шинах с регулируемым давлением воздуха не так проваливается на мягком грунте, как автомобиль на обычных шинах.

Рис. 3.4. Арочные шины: а - типа 1000-600 модели М-213; б - типа 1140-200 модели Я-146

Шины с регулируемым давлением воздуха целесообразно применять на автомобилях, предназначенных для эксплуатации в неоднородных дорожных условиях.

Арочные шины. Предназначены для обычных и специальных автомобилей, работающих на мягких грунтах в условиях бездорожья (рис. 3.4). Профиль поперечного сечения арочной шины напоминает форму арки. Отношение высоты профиля к ширине Н/В=0,39-0,5. Арочные шины состоят из тех же частей, что и обычные шины, однако они отличаются от последних как по своему внешнему виду, так и по основным конструктивным соотношениям. Особенностью арочных шин по сравнению с обычными является большая ширина профиля при наружном диаметре, близком к диаметру обычных шин, и особая конструкция бортовой части. Все это позволяет обеспечить при низком давлении воздуха в шинах (0,6-2,0 кг/см²) необходимую грузоподъемность и предоставляет возможность установки арочных шин на задний ведущий мост стандартного грузового автомобиля вместо сдвоенных обычных шин, например, на разбрасывателях минеральных удобрений на базе самосвала ЗИЛ-ММЗ-555.

У арочных шин делается уменьшенная кривизна протектора для того, чтобы обеспечить работу грунтозацепов по всей плоскости ширины беговой дорожки.

Высокие (40-60 мм) широко расставленные грунтозацепы позволяют развивать большую силу тяги и обеспечивают надежное передвижение автомобиля по бездорожью.

Как показали наблюдения, хорошая самозащищаемость арочных шин обеспечивается редко расположенными грунтозацепами и высокой степенью деформации. При вращении колеса деформированные участки шины восстанавливают первоначальную форму и при этом отбрасывают прилипший грунт. Арочные шины выпускаются бескамерными, что уменьшает нагрев шин за счет улучшения теплоотдачи. Это очень важное обстоятельство, так как арочные шины работают в условиях больших деформаций, что влечет за собой значительное теплообразование. Наряду с этим арочные шины имеют все положительные качества бескамерных.

Широкопрофильные шины. Представляют собой нечто среднее между арочными и шинами обычной конструкции (Н/В=0,5÷0,9). Выпускают их с камерами и бескамерными. Широкопрофильные шины имеют увеличенную ширину профиля по сравнению с обычными. Одна такая шина заменяет две стандартные на заднем мосту автомобиля. Установка широкопрофильных шин на автомобиль не требует никаких изменений в конструкции последнего. Широкопрофильные шины имеют протектор малой кривизны и могут быть выполнены с двухконтактной беговой дорожкой (рис. 3.5), что делает протектор более плоским и обеспечивает равномерное распределение удельных давлений в площади контакта с дорогой. Эта конструктивная особенность шин повышает боковую устойчивость автомобиля на скользких дорогах.

Широкопрофильные шины имеют универсальный рисунок протектора повышенной проходимости. Насыщенность рисунка протектора этих шин, предназначенных для стандартных автомобилей, увеличена до 75%, что обеспечивает более равномерный износ рисунка протектора.

Рис. 3.5. Широкопрофильная шина с двойной выпуклостью беговой дорожки

Автомобили, оборудованные широкопрофильными шинами, имеют повышенные динамические показатели, проходимость и несколько уменьшенный расход топлива.

Рис. 3.6. Пневмокаток

Применение широкопрофильных шин имеет ряд других преимуществ перед сдвоенными шинами. Прежде всего при установке одной шины вместо двух устраняется неравномерность внутреннего давления воздуха в них при движении по неровной дороге и колее, что ведет к перегрузке шин и их преждевременному износу. Применение этих шин дает значительную экономию материалов, идущих на их производство.

Пневмокатки. Применяют на автомобилях особо высокой проходимости, работающих на очень мягких грунтах (сыпучих песках, снежной целине и заболоченной местности). Пневмокаток (Н/В=0,25÷0,39) - шина особого типа, имеющая бочкообразную форму (рис. 3.6). Брекер у нее отсутствует. Пневмокатки выпускают бескамерными. Ширина профиля пневмокатка равна наружному диаметру или в 1,5-2 раза больше его. Посадочный диаметр в 4 раза меньше наружного диаметра. Пневмокатки имеют большой внутренний объем, эластичный тонкий каркас, состоящий из двух-четырех слоев прочного корда, борта со стальными кольцами, герметизирующий слой, сравнительно тонкий эластичный протектор с невысокими и широкими грунтозацепами. Давление воздуха у пневмокатков сверхнизкое 0,1-0,5 кг/см². Эти шины могут быть также с регулируемым давлением воздуха.

Конструкция пневмокатка и сверхнизкое давление воздуха обеспечивают ему большую площадь опоры и низкое удельное давление на грунт порядка 0,2-0,7 кг/см², высокую амортизирующую способность и плавность хода в условиях неровной местности.

Радиальные шины. Отличаются от шин обычной конструкции по расположению нитей корда в каркасе, по форме профиля, слойности, особенности брекера, бортовой части, протектора и качеству применяемых материалов. Шины типа R имеют каркас, нити слоев корда которого не пересекаются и занимают радиальное расположение по отношению к оси колеса (см. рис. 3.1). При таком расположении нити каркаса воспринимают только меридиональные нагрузки, что значительно уменьшает их напряженность и позволяет при одной и той же нагрузке с обычными шинами уменьшить количество слоев корда почти вдвое и увеличить радиальную эластичность колес.

Восприятие же кольцевых усилий при таком расположении нитей каркаса в беговой части шины осуществляется в основном за счет малорастяжимого брекера.

Меньшее число слоев каркаса радиальных шин по сравнению со стандартными позволяет экономить материалы, сократить расход корда, уменьшить вес шины.

К основным преимуществам этих шин относится также более низкий по сравнению с обычными тепловой режим работы шины по причине пониженного теплообразования при движении (на 20-30 °С), что положительно сказывается на увеличении срока их службы.

Однако эти шины имеют и некоторые недостатки:

повышенные требования к резине для изготовления брекера и боковин шин;

требования высокой усталостной прочности и стойкости к сезонному растрескиванию (это необходимо для устранения трещин, возникающих на боковинах шин вследствие повышенной эластичности стенок из-за отсутствия окружной связи между нитями корда и повышенной гибкости стенки шин);

требования более высокой прецизионности изготовления по сравнению с обычными шинами.

Радиальные шины с металлокордом. Выпускаются трех типов: с металлокордом в каркасе и брекере; с нейлоновым кордом в каркасе и металлокордом в брекере; с меридиональным расположением нитей стального или нейлонового корда в каркасе и металлокордом в брекере (рис. 3.7).

Шины с металлокордом имеют более широкий раствор бортов, чем у обычных шин. Концы слоев корда завернуты попарно около одного или двух бортовых колец, навитых из одинаковой проволоки. На внутренней стороне каркаса в зоне беговой дорожки шины с металлокордом имеют привулканизированный слой резины. Он служит для предохранения камеры от проколов и более равномерного распределения напряжений в теле шины и в зоне беговой дорожки.

Высокая прочность стального корда позволяет изготавливать шины даже для грузовых автомобилей большой грузоподъемности с 2-4 слоями корда в каркасе (вместо 8-14). Это приводит к значительному уменьшению толщины каркаса, его резиносодержания, потерь на качение, позволяет увеличить толщину протектора и срок службы шины. Металлокорд, обладая высокой теплопроводностью и теплостойкостью, способствует уменьшению напряжений и более равномерному распределению температуры в теле покрышки. Указанное улучшение условий работы резины в шине обеспечивает сохранность ее физико-механических свойств. Срок службы шин с металлокордом больше при эксплуатации их в различных дорожных условиях примерно в 2 раза, чем у обычных шин, эксплуатируемых в аналогичных условиях.

Рис. 3.7. Шина типа Р с брекером из металлокорда: 1 - каркас; 2 - слои брекера

Нейлоновый корд в каркасе и металлокорд в брекере позволяют увеличить прочность шины в зоне беговой дорожки, снизить температуру в наиболее напряженных точках шины, защитить ее каркас от повреждений, воспрепятствовать разрастанию трещин в протекторе.

Меридиональное расположение нитей корда каркаса увеличивает нормальную и окружную эластичность шины, повышает сцепление шины с дорогой, значительно уменьшает потери на качение колеса. Металлокорд брекера повышает прочность каркаса в окружном направлении, улучшает температурный режим шины. Такие шины успешно работают на дорогах с усовершенствованным покрытием и в условиях бездорожья при больших скоростях движения.

Шины из резиноволокнистых материалов. В отличие от всех других типов эти шины не имеют кордного каркаса. Покрышка бескордной шины представляет собой толстостенную резиновую оболочку, геометрические размеры и профиль поперечного сечения которой такие же, как у обычной автомобильной шины. Однако беговая часть такой шины усилена кордным брекером. Разрабатывается несколько конструкций таких шин с усиленными вставками, расположенными в наиболее напряженных местах по профилю шины. Усилительные вставки могут быть изготовлены из различных типов корда. Вследствие отсутствия корда в каркасе шины может быть достигнута значительная экономия шинного корда. Кроме того, технологический процесс бескордных шин проще, так как отсутствует ряд сложных и трудоемких операций, связанных с обработкой корда и заготовкой деталей каркаса. Вместе с тем упрощение технологического процесса облегчает его автоматизацию и механизацию. Перспективным является создание олигомерных шин методом литья под давлением.

Крупногабаритные шины. Применяются на специальных внедорожных автомобилях для работы на местности в условиях, где нецелесообразно строить дороги, а нужно перевозить большие и разные грузы. Выпускают шины бескаркасными. Они имеют наружный диаметр 2-3 м, ширину профиля 0,35 м и посадочный диаметр 1-1,8 м, т. е. отличаются очень большим внутренним объемом.

Значительные размеры, эластичный тонкослойный каркас, протектор с невысокими поперечными грузозацепами и сверхнизкое давление воздуха (0,2-0,35 кг/см²), регулируемое из кабины водителя, а также сдвоенные шины обеспечивают проходимость по снежной целине, неровной местности и способствуют плавучести автомобиля на воде.

Морозостойкие шины. Предназначены для применения в районах страны с температурой ниже минус 45 °С. Работа автомобилей в этих районах на обычных неморозостойких шинах не разрешается действующими Правилами эксплуатации шин. Морозостойкие шины изготавливают из резин, сохраняющих достаточную прочность и эластичность при низких температурах и обеспечивающих нормальный срок службы шин в указанных районах.

Морозостойкими выпускаются шины с регулируемым давлением воздуха для карьеров и лесоразработок.

Шины для тропического климата. Отличаются тем, что изготовлены из теплостойкой резины, хорошо сохраняющей прочность и эластичность при высоких скоростях и высоких температурах окружающего воздуха, характерных для стран с тропическим климатом. Эти шины имеют каркас из капронового либо высокопрочного или сверхпрочного вискозного корда.

Шины с металлическими шипами. Для повышения устойчивости и управляемости легковых и грузовых автомобилей и автобусов на скользких обледенелых дорогах и по льду диагональные и радиальные шины могут оснащаться шипами в протекторе. Применение этих шин снижает тормозной путь автомобиля в 2-2,5 раза, улучшает разгон в 1,5 раза и резко повышает его устойчивость против заноса.

Низкопрофильные и сверхнизкопрофильные шины. Выпускаются для легковых, грузовых автомобилей и автобусов. Они имеют пониженную высоту профиля (для низкопрофильных Н/В = 0,7-0,88; для сверхнизкопрофильных Н/ВС<0,7), что повышает устойчивость и управляемость автомобиля, обладают большей грузоподъемностью и ходимостью.