Когда придумали зимнюю резину
Опубликовано: 13.05.2024
Самые первые в истории зимние шины появились в начале шестидесятых годов. По сути, это были обыкновенные летние шины, к которым были прикреплены шипы. Именно шипы делали шины «зимними», обеспечивая автомобилю лучшую проходимость на льду и снегу, и более-менее достаточные характеристики поперечного и продольного сопротивления уводу. Однако на мокром и сухом асфальте такие шины вели себя более чем нехорошо, да и резиновые смеси не оптимизировались под низкие зимние температуры.
Развитие индустрии зимних шин началось с разработки специальной резины для холодного времени года. Использование таких резиновых смесей при изготовлении протектора позволило улучшить характеристики зимних шин. Вместе с тем оптимизировалась высота шипов, и в итоге к началу семидесятых годов конструкция и внешний вид шипованной резины окончательно определились. В это же время начались исследования такого явления, как аквапланирование, которые привели к тому, что в 1975 году шипованные шины были официально запрещены в большинстве стран центральной Европы. Проблема была в том, что шипы оставляли на асфальте углубления, в которых скапливалась вода, увеличивая риск аквапланирования. На севере же, в скандинавских странах, где в зимнее время снег на дороге не чередуется с голым асфальтом, развитие индустрии шипованных шин продолжилось. Именно здесь появились легендарные шипованные шины Nokian, ставшие лучшими по признанию многих автомобилистов.
Теплой центральной Европе пришлось пойти по другому пути – шипы запрещены, а летняя резина не подходит для использования в холодное время. Значит, нужно создать нешипованную зимнюю резину, которая сможет хорошо проявить себя зимой. Идей было множество – и шины с эффектом щетки, в протектор которых вертикально вставлены кусочки проволоки, и шины-присоски с маленькими отверстиями в зоне контакта. Однако прорывом стало изобретение резиновых смесей, в которые была добавлена кремниевая кислота – силика. В 1982 году на рынке появились первые зимние шины с конструкцией, близкой к современной. Это были шины от Michelin, в которых впервые были использованы ламели. Сегодня виды и типоразмеры зимних шин так же многочисленны, как физиономические типы растений, и каждый может выбрать именно то, что ему нужно.
Все современные автомобильные эксперты в один голос заявляют, что категорически нельзя покупать всесезонные шины, так как они одинаково плохи и летом, и зимой. Однако ещё не так давно все водители в нашей стране ездили именно на такой резине. Во времена СССР достать зимние шины было очень не просто, и приходилось ездить на том, что есть, или ставить машину на зиму в гараж. Как же им удавалось нормально ездить на такой резине в зимнее время?
Универсальность – это плохо?
Возможно, современные технологии и позволяют создать универсальные шины, которые одинаково хорошо работали летом и зимой, вот только это не нужно производителям шин. Зачем продавать один комплект, если можно продать два? В советское время не было выбора, ездили на том что есть. Более того, о существовании зимней шипованной резины узнали только в 1980-х годах. Некоторые, в основном столичные, водители могли себе позволить достать импортную или отечественную зимнюю резину, но большинство водителей ездило на всесезонных покрышках.
Как они ездили на всесезонке?
Если посмотреть на покрышки тех времён, то первый вопрос, который возникает, – а как они вообще могли на этом ездить в зимнее время? Действительно, резина того времени разительно отличается от современной. Но в реальности было всё не так страшно. Советская резина делалась с оглядкой на импортные шины Pirelli и Michelin. В сравнительных испытаниях наши покрышки ИЯ-170 или МИ-166 не уступали зарубежным аналогам.
Шины тех времён имели довольно глубокий протектор, что позволяло их использовать не только на асфальте, но и на грунте, и в снегу. Но вот на льду они, конечно, себя показывали очень плохо. Но рассуждая на тему, как можно было ездить на таких шинах, не забывайте о дорожных условиях того времени. Машин на дорогах было заметно меньше, дистанция между ними больше, да и ездили тогда куда медленнее. Для преодоления сугробов водители возили с собой самодельные цепи на колёса. Вот и получается, что при спокойной езде на низких скоростях и небольшом трафике можно круглый год ездить и на всесезонных шинах.
Календарь автолюбителя отличается от календаря обычного человека. Смена сезонов для владельца автомобиля ознаменована важным для него событием: сменой покрышек. Как выяснилось, далеко не все знают и понимают, для чего необходимо «переобуваться» перед началом холодов и после них. Многие воспринимают это лишь как повод для придирок гаишников. На самом же деле, от использования сезонной резины напрямую зависит безопасность движения, и смена покрышек — дело жизненно важное!
1. Отличия летней и зимней резины
Основные различия летней и зимней резины заключаются в составе самой резины и рисунке протектора.
Резина, как и любой другой материал, дубеет при низкой температуре. Соответственно, покрышка на морозе теряет мягкость, становится «пластмассовой». Это негативно отражается и на самой покрышке — она скорее износится, и на безопасности езды. Смену летних покрышек на зимние рекомендуют делать, когда температура воздуха понизится до +7°С. При такой температуре, и, тем более, при более низких температурах, летняя резина становится небезопасной.
Зимняя резина, за счёт специальных добавок, сохраняет мягкость и на холоде. Зная это, вы поймёте, почему не стоит на зимних покрышках ездить летом: в тепле, а уж тем более, в жару, зимняя покрышка становится слишком мягкой, чтобы обеспечить безопасность движения.
Протектор зимней резины имеет рисунок, составленный из «шашечек» различной конфигурации. Их предназначение — обеспечить сцепление покрышки с заснеженной дорогой. На летнем асфальте «шашечки» бесполезны, и даже опасны, так как такой протектор снижает управляемость автомобиля.
2. Когда появилась зимняя резина?
Первые попытки создать зимнюю резину были сделаны в Финляндии. Пионером выступила компания Suomen Gummitehtas, впоследствии переименованная, и известная сегодня, как Nokian.
В продажу зимние шины поступили в 60-х годах XX века. От летней резины они отличались лишь наличием металлических деталей, прообразом современных шипов. Шипы улучшали сцепление колеса с дорогой, но сама резина продолжала трескаться и лопаться на морозе.
Следующий шаг в эволюции зимней резины был сделан компанией Metzeler. Её специалисты после ряда экспериментов нашли добавку, которая позволяла резине сохранять упругость и на холоде. Такой добавкой стала кремниевая кислота.
Между тем, в ряде стран запретили использование шипованных покрышек, ввиду того, что они негативно воздействовали на дорожное покрытие. Производители направили свои усилия на создание шин с особым, «зимним», рисунком протектора. Первой нешипованные зимние покрышки потребителям предложила компания Bridgestone в 1982 году.
Таким образом, появлению современной зимней резины мы обязаны не какому-то одному гениальному изобретателю, а совместным усилиям инженеров ведущих мировых производителей автомобильных покрышек.
3. Шиномонтаж
Монтаж зимних шин осуществляется по тем же правилам, что и летней резины. Проследите, чтобы при установке было соблюдено направления вращения покрышек. Потребуйте от сотрудников мастерской тщательно отбалансировать колёса. Нелишним будет после установки зимней резины проверить и отрегулировать развал-схождение.
В этом тексте не будет ни одной шутки про Игру Престолов или рассказов о смузи — мы поговорим об истории зимних шин. Откуда они появились и зачем, как за последние 80 лет эволюционировал этот загадочный вид резиновых изделий и что его ждет в будущем.
Принято считать, что первая покрышка для использования при низких температурах появилась в 1934 году в Финляндии. В стране, где снег на дорогах лежит дольше, чем в России, исследователи придумали новый тип резиновой смеси, который сохранял эластичность на морозе и обеспечивал лучшее сцепление на снегу и льду. Однако в пыльных архивах можно откопать патенты, которые, в некотором смысле, предвосхитили современные зимние шины.
Еще в далеком 1896 Эрнест Брюнер запатентовал велосипедные покрышки для движения по льду. Инновация заключалась в нанесении на поверхность колеса примитивного подобия протектора, а в те годы даже столь скромное изменение смогло дать значительный результат.
Спустя четверть века братья Шеннон из США придумали колесо для использования в еще более суровых зимних условиях. Для того, чтобы улучшить сцепление с покрытием, они внедрили в конструкцию… шипы, на несколько миллиметров выступающие над поверхностью. Но тогда в ходу были, в большинстве своем, еще деревянные колеса, а металлические «когти» впервые вкрутили в диагональную покрышку лишь 12 спустя. Появления шин, выполненных по близкой к современным вариантам технологии, пришлось ждать еще дольше – до 1960-х.
Сегодня разработкой и модернизацией зимних покрышек занимаются сотни инженеров по всему миру. И если вам кажется, что создать летнюю покрышку для суперкара, которая выдерживает скорости за 300 километров в час, — это очень сложно, то попробуйте представить, сколько условий требуется соблюсти, чтобы заставить дорожную резину работать в диапазоне температур от +7 до -40 градусов по Цельсию.
Даже те, у кого была тройка по химии, могут провести простой эксперимент, наглядно демонстрирующий, почему летние шины зимой — это плохо. Возьмите обычную пластиковую вилку и положите минут на 30-40 в морозилку. По истечении получаса прежде гибкий и упругий предмет станет жестким и ломким. А теперь представьте, что вместо удобных кроссовок с амортизирующей подошвой, которая плотно прижимается к поверхности, у вас на ногах — голландские сабо. Тоже самое происходит с шинами при низких температурах: задубевший летний состав будет скакать над неровностями, уменьшая и без того малое пятно контакта, а эластичный зимний — «растечется» по поверхности, цепляясь даже за микроскопические углубления на дороге.
За счет чего инжеренам удается сохранить эластичность покрышек? За счет особого состава резиновой смеси. В резине зимних шин больше натурального каучука, присутствуют особые натуральные, масла, обладающие водоотталкивающими свойствами, часто используется оксид кремния. Поэтому наружняя поверхность шины остается гибкой, лучше цепляется за поверхность и эффективнее останавливает автомобиль. Уже на скорости 30 километров в час разница в длине тормозного пути на холодном асфальте между зимними и летними шинами составляет 8-10 метров — больше двух корпусов автомобиля! А если под колесами окажется чистый лед, то разница увеличится в геометрической прогрессии.
Поэтому на самом деле, зимние шины правильнее называть низкотемпературными — потому что польза от них будет даже в тех местах, где снег выпадает раз в несколько лет.
Как только среднесуточная температура опускается ниже 7 градусов по Цельсию — смело расчехляем второй комплект покрышек и едем на шиномонтаж. Но и раньше времени переобуваться не стоит, поскольку в теплых условиях зимняя шина имеет склонность к перегреву, работает неправильно и быстрее изнашивается. От этого страдает управляемость и возрастает тормозной путь.
Вот почему долгое время одним из главных недостатков низкотемпературных (зимних) шин были их скоростные качества — точнее, их отсутствие. На цепях нельзя разогнаться быстрее 50 км/ч, а первые составы зимних покрышек были склонны к перегреву уже на скорости в 100 километров в час. Зато сегодня передовые зимние покрышки практически догнали своих летних собратьев: несколько производителей уже сертифицировали модели с индексом скорости W (до 270 км/ч).
Шипы для автомобильных шин стали сегодня темой нашего исторического обзора. Откуда и как они появились? А главное, стоит ли их покупать или предпочесть им «липучку»? Расскажем!
- 09.12.2019
- /
- Полезное , Как это устроено
- /
- Яков Фрудгарт
История
Как говорят историки, история автомобильного шипа уходит, практически, к самому колесу для автомобиля. Первые деревянные колеса всегда обивали металлическими ободьями или кожаными полосами для сохранения их состояния, а обновлять эту конструкцию приходилось довольно часто, поэтому для межсезонья особо смекалистые кузнецы готовили специальные полосы, в отверстия которых вставлялись короткие кованые гвозди, призванные обеспечить надежный контакт с обледенелым покрытием. Такое, прямо скажем, недешевое по тем временам изобретение позволяло экипажу какого-нибудь состоятельного вельможи обеспечить надежность передвижения по зимним дорогам с подобающей его рангу скоростью.
Самые первые шипы начали появляться в резине автомобилей в начале 20 века, когда появились шины из цельной кожи или резины цельного литья, а их основной целью было сохранение срока жизни покрышек, помимо сцепления. Иногда такие шипы были практически аналогами протектора, ведь колеса ещё не сильно отличались от тех, что были в телегах, и скорость движения с такими шинами начинала возрастать.
Ближе к современности
С появлением пневматических покрышек о шипах надолго позабыли. Сцепные свойства теперь создавались за счет особого отношения конструкторов к созданию рисунка протектора, обеспечению износостойкости резины. И хотя потребность в шипах осталась, технология тех времен не позволяла создать надежную и долговечную конструкцию. Впрочем, в головы инженеров приходили разные идеи. Самая обычная по тем временам конструкция выглядела так: в покрышке делали сквозные отверстия, в которые изнутри вставляли болт с плоской шляпкой, а на его резьбу с наружной стороны нанизывали гайку. Естественно, долго такие шины не «ходили». Их хватало от силы на сотню-другую километров. На обычный автомобиль не поставишь, лишь на спортивный — был смысл.
Общепринятый в современности шип начал появляться в 50-х годах и выглядел как заклёпка, в корпусе которой «жила» твёрдосплавная вставка. Для изготовления вставок и сейчас используется карбид вольфрама (WC) с примесью карбидов титана и ниобия (TiC, NbC) и редкоземельных добавок. Каждый производитель шипов имеет свою строго засекреченную формулу твердого сплава. Известно также, что некоторые шипы имеют поверхностную твердость выше, чем шестерни в коробке переключения передач.
Такая прочность нужна для того, чтобы обеспечить износостойкость шипа на асфальте. Все-таки у жителей городов основная доля пробега даже в снежную зиму приходится на сухое асфальтовое покрытие.
Назначение корпуса — удержать шип в теле протектора в течение всего срока службы шины. А твердосплавная вставка (штифт) должна «вгрызаться» в поверхность дороги, увеличивая коэффициент сцепления на скользком покрытии.
Как пользовались
Поначалу корпуса шипов были стальными и не могли похвастаться выдающимися характеристиками. Стандартный шип 60-х годов имел диаметр 9 мм, высоту 14 мм и вес 3 г. При этом, согласно данным официальных исследований, износ дорожного покрытия от применения таких шипов на одном автомобиле составлял примерно 150 граммов на один километр! Как только была развернута борьба за сохранение дорожного покрытия и масса шипов была ограничена, стали появляться более совершенные конструкции. В сравнении со своим прообразом, шип 90-х обладал гораздо более приемлемыми параметрами (диаметр/высота/масса: 8/11/1,1) и его воздействие на дорогу считалось гораздо более щадящим. В последнее время от применения стали отказались в пользу алюминиевых сплавов, что позволило еще снизить массу шипа, сохранив при этом прочность корпуса на прежнем уровне.
Неэффективными оказались металлопластиковые шипы, хотя в 70-80-е годы на них возлагали большие надежды. Еще бы, вес шипа не превышал 0,7 грамма, обеспечена была достаточная механическая прочность. Казалось, был совершен новый технологический прорыв, однако реальные испытания показали, что в особо жестких условиях (резкие перепады температур, высокие скоростные нагрузки) пластиковый шип изнашивается преждевременно. А все потому, что пластик и металл имеют разные коэффициенты теплового расширения. Возможно, что последнее слово останется за металлокерамикой, однако на сегодняшний день наиболее совершенной конструкцией является шип из легированного алюминия. Он достаточно легок (примерно 0,9 грамма), имеет высокую прочность и антикоррозионную стойкость.
Достоинства
Но все мы знаем, что достоинства шипованных шин в полной мере отражаются на дорожных участках, где укатанный снег превращается в отполированное колесами покрытие. При подъезде к перекрестку, который превратился в «каток», шипы окажутся просто незаменимыми. Вгрызаясь в обледенелое покрытие, они позволяют значительно сократить тормозной путь. Особенно нужны шипованные шины в начале зимы и с первой оттепелью, когда наблюдаются сильные перепады ночных и дневных температур.
Традиционно считается, что самый сложный температурный режим для шипованных шин — околонулевая температура от -4°С до 0°С. В такую погоду шипованные шины перестают «цепляться» за снежно-ледяную кашу, от этого снижаются их сцепные свойства. Однако реальные условия всегда разные. Скажем, в сильный ветер, даже при -2°С ледовая корка не проявит склонности к значительному размягчению. А в более теплую погоду, когда под колесами действительно настоящая каша, даже обычная зимняя шина вряд ли окажется эффективнее из-за того, что мягкая масса «забивает» протектор.
И все же, согласно многочисленным испытаниям, при температуре близкой к нулю тормозные свойства шин с шипами на скользком покрытии почти в два раза (!) выше, чем у нешипованных аналогов, а их максимальная эффективность обнаруживается как раз при температуре около -4°С.
Именно при этой температуре проявляется вся коварная сущность гололеда. На укатанном покрытии под шинами (их температура всегда выше температуры окружающей среды) образуется тонкая водяная пленка, выступающая в роли смазки. Сцепные свойства в таких условиях крайне низки, и даже высококачественные шины с зимним рисунком протектора, но не имеющие шипов, не смогут обеспечить надежный контакт с дорогой. Только шип, который способен «вцепиться» в лед, может предотвратить неконтролируемое движение автомобиля.
На обычном укатанном снегу, который еще не успел покрыться ледовой коркой, выигрыш между шипованными и нешипованными шинами уже не столь значителен — речь идет о нескольких процентах сокращения тормозного пути. Однако и один метр может оказаться спасительным, когда речь идет о жизни людей.
Недостатки
Эффективность шипованных покрышек на сухом асфальтовом покрытии по сравнению с аналогичными нешипованными шинами снижается на 5-10%, а это довольно значительная разница. Все потому, что за счет применения шипов площадь контакта протектора с дорогой снижается, да и коэффициент трения у пары асфальт-металл гораздо ниже, чем у пары асфальт-резина. При резком торможении, при заблокированных колесах это коварство может сказаться со всей своей неотвратимостью — даже на сухом асфальте автомобиль прокатится «лишние» метры.
Гораздо более опасны шипы в тех ситуациях, когда приходится двигаться вдоль трамвайных путей, находящихся на одном уровне с проезжей частью. И понятно почему — при контакте двух металлических поверхностей коэффициент трения вообще незначителен (это у трамвая, с его огромным весом, обеспечивается надежное сцепление с полотном). Особенно рискуют те водители, которые любят двигаться по рельсам — вроде так мягче. Однако при торможении автомобиль может снести в сторону, или он вяло отреагирует на нажатие педали тормоза, в результате чего дело может окончиться столкновением.
Шипованные шины требуют особого отношения. Протектор зимних шин сам по себе гораздо мягче, чем протектор летних, и весьма негативно реагирует на любую попытку торможения «на юз» — от этого он быстро покрывается пятнами неравномерного износа. Особенно неприятно торможение с заблокированными колесами на сухом асфальте для шипованных шин — мало того, что протектор изнашивается, так еще и шипы вылетают из своих гнезд, вырывая клочки протектора.
Применение шипов увеличивает массу колес. Учитывая тот факт, что в покрышку «впивается», в зависимости от размерности, порядка 90-140 шипов, ее масса возрастает примерно на столько же граммов (средний вес современного шипа 1,1 грамма). А это — повышение расхода топлива, изменение балансировки шины, особенно если часть шипов в процессе эксплуатации вылетит.
Использование
Специалисты утверждают, что идеальная технология шипования — установка шипа в еще теплую шину. Именно поэтому предпочтение следует отдавать покрышкам, ошипованным на заводе. Увы, только покупая зарубежные образцы, можно быть уверенным в том, что они ошипованы действительно на заводе. В иркутских фирмах (как, скорее всего, и по всей России) широко практикуется самостоятельная ошиповка. Приобрести пневмопистолет, а также комплект шипов сомнительного качества — не проблема. За каких-то полчаса нешипованная покрышка станет шипованной, при этом будет стоить на несколько сот рублей дороже в отличие от оригинала.
Учитывая национальные особенности, позволим дать совет тем, кто собирается купить шипованные шины: в идеальном случае, шина после установки шипов должна пролежать при комнатной температуре 20-30 дней (особенно, если это многофланцевые шипы) для того, чтобы резина «затекла» в углубления между «плечами» фланцев. Таким образом, можно приблизить качество к заводским стандартам (установка в теплую шину).
Кроме того, шипованная шина требует обкатки — первые 500-1000 км следует проехать в спокойном режиме, без резких ускорений и торможений, на скорости до 70 км/час. При этом, нежелательно в процессе обкатки проезжать более 100-150 километров в день. Следует давать шинам периодический «отдых». За ночь в резине исчезнут статические нагрузки, шип более плотно встанет на место и прослужит дольше.
У шипованной шины нельзя изменять направление вращения, так как протектор и шип «привыкают» к определенным условиям. Не стоит об этом забывать, когда шины отправляются в гараж на летнее хранение — мелом на боковине следует поставить стрелку, указывающую направление вращения колеса.
При эксплуатации шипованных шин важно постоянно контролировать их давление. Постоянные поездки на подспущенных шинах приведут к преждевременному износу шипов или к их выпадению. К потере шипов может также привести и торможение при наезде на края выбоин и другие препятствия.
Если не соблюдать эти правила, есть риск не сохранить до весны и половины установленных шипов, или вовсе выбросить деньги на ветер — к окончанию сезона шина станет «голой».
Вместо послесловия
Мы не пропагандируем использование шипованной резины в городе на повседневной основе, тем более современные мегаполисы очень редко изобилуют снегом и льдом. Главное, изучить особенности каждого типа «резины», и, оперируя ими, вы будете в безопасности. И вот еще что: переобувайтесь в сезон!
Читайте также: