Из чего делают шипы на зимней резине
Опубликовано: 28.04.2024
Шипованные шины в зимних условиях имеют неоспоримое преимущество. Если вы хотите узнать о преимуществах шипованных шин и о том, из чего делают шипы, читайте статью.
Преимущество или недостаток?
Шипованные шины – это безопасность для автомобилиста и беда для ремонтников. В погоне за безопасным вождением зимой автомобилисты ставили шипованные шины не только на легковые, но и на грузовые автомобили. В частности популярны в интернет-магазинах такие запчасти man, как шипованные шины. Но после того как снег сходил, на асфальте оставались колеи, потому что шипы работали, как фреза. Особенно плохо такие шины действовали на дороги, которые не всю зиму были под слоем накатанного снега. И если всё-таки разобраться, шипованные шины – это хорошо или плохо? Однозначного ответа нет, потому как, то, что хорошо для автомобилиста – плохо для ремонтника. Но все же, забота о безопасности дорожного движения в зимний период – это забота каждого водителя.
Конструкция шипов для покрышек
Сегодня шипы состоят из двух деталей:
- корпус – удерживает шип в протекторе в течение всего срока службы покрышки;
- твердосплавная вставка – вгрызается в поверхность дороги, при этом увеличивает коэффициент сцепляемости на скользкой дороге.
Для изготовления вставки обычно используют карбид вольфрама с примесями карбида ниобия и титана. Ещё ряд соединений остаётся втайне, потому как каждый производитель заботится о фирменно рецепте твёрдого сплава. Плотность может достигать значения 1500 единиц по Викерсу. Для езды по снегу такой показатель не нужен, но на голом асфальте такая вставка изнашивается так же быстро, как и протектор покрышки. Поэтому производители пытаются усовершенствовать шипы.
Усовершенствование корпуса
Основной объект переделки – это корпус. Производители экспериментируют с формой и материалом изготовления корпуса шипа. Вначале они были стальными, но так, как шипованные шины сильно влияют на дорожное покрытие, масса шипа стала строго ограниченной. Поэтому появились модели шипов с корпусом из пластмассы. Масса сократилась значительно на 0,5 грамма, что не могло не радовать производителей и ремонтников. Но у таких моделей появился и недостаток. Пластмасса не выдерживала нагрузок механических и температурных, и шипы попросту вываливались из покрышек.
После этого эксперимента появились модели с алюминиевыми корпусами. Это был идеальный вариант, потому как легированный алюминий оп массе приближен к пластмассе, а по прочности приближен к стали. Алюминий для лёгкости посадки покрывают тефлоном, который, к тому же увеличивает стойкость к коррозийному воздействию.
Именно коррозия металла заставляет производителей усложнять форму корпуса. У основания традиционной модели шипа имеется один фланец. В зазор между резиной и корпусом проникает соль, вода и песок, что вызывает процесс коррозии. Для того чтобы предотвратить воздействие агрессивной среды на корпусе шипа делается два или три фланца. Многофланцевые шипы ко всему прочему держатся в теле протектора прочнее.
Идея оснастить колеса острыми элементами, цепляющимися за лед, возникла сравнительно давно – еще в XIX веке были попытки снабжать подобием шипов колеса повозок и карет. В 30-е годы XX века начались активные эксперименты в автоспорте – гонщики пытались кустарным способом модифицировать колеса для зимних состязаний. Однако острые спортивные «гвозди» были практически непригодны для дорог общего пользования. Первой серийной легковой шипованной шиной принято считать модель Kometa-Hakkapeliitta компании Nokian. Когда к созданию шипованных шин подключились ведущие шинные компании, эволюция шипа заметно ускорилась.
Партнерский материал
Поначалу конструкторам приходилось решать множество технических задач. Наиболее распространенной проблемой оказалась коррозия – многие металлические сплавы не выдерживали постоянного контакта с мокрой поверхностью, а если дорога еще была щедро удобрена солью и реагентами, то жизнь шипа и вовсе оказывалась короткой. К тому же стальные шипы существенно увеличивали вес шины, а следовательно, и неподрессоренные массы. Использовать легкие и малочувствительные к ржавчине металлы вроде алюминия не получилось, поскольку мягкий материал очень быстро стирался, по той же причине потерпели неудачу эксперименты с пластиком. Близкой стала проблема с посадочным местом шипа – под воздействием постоянных нагрузок оно расширялось, ослабляя посадку, между шипом и протектором попадали вода, грязь и реагенты, еще больше усиливая воздействие коррозии.
Постепенно конструкторы пришли к комбинированному решению – тело, то есть корпус шипа, стали делать из легкого устойчивого к коррозии, чаще алюминиевого, сплава, а наконечник – из твердосплавного материала, как правило, с примесью карбида вольфрама. Чтобы шип не расшатывался и не вырывался из гнезда, его корпус обычно делают двухфланцевым, а между фланцами находится более тонкая соединительная ножка. Широкий верхний фланец обладает большой площадью опоры и препятствует чрезмерным колебаниям, а широкий и плоский нижний фланец удерживает шип в протекторе. К примеру, такое решение применяется в шипе Ice Force, который устанавливается в зимнюю шину Toyo Observe Ice-Freezer.
Для успешной работы шипа в течение всего срока службы важно и соответствующее отношение со стороны автовладельцев. Прежде всего, новые шипованные шины нуждаются в обкатке для окончательной фиксации в гнезде. Поэтому первые 500 километров следует ездить, избегая резких маневров, и держать скорость не выше 100 км/ч.
В последнее время разработчики все чаще экспериментируют с формой наконечника шипа, стремясь улучшить проникающий эффект и дифференцировать нагрузку в продольном и поперечном направлении. Встречаются квадратные, овальные и даже крестообразные наконечники. В шипе Ice Force от Toyo Tires основная рабочая часть наконечника сделана пятиугольной, а на ее вершине расположен еще один четырехугольный выступ. Это позволило увеличить количество острых углов и сцепных кромок, значительно улучшив проникающее действие шипа. В результате шип Ice Force обеспечивает хорошую разгонно-тормозную динамику, работая в продольном направлении, а также боковую поддержку, существенно облегчая прохождение поворотов.
Но, разумеется, сцепление зависит не только от формы шипов, но и от их количества, и расположения в протекторе. В современных шинах этот параметр все чаще подбирается с помощью компьютерного моделирования, например, технологии T-MODE от Toyo Tires. В новой шине Observe Ice-Freezer разработчики применили 28-рядную ошиповку, что позволило не только улучшить сцепление с дорогой, но и снизить шум благодаря равномерному распределению шипов.
Эффективность работы шипов во многом зависит от окружающей температуры. Считается, что лучше всего они проникают в лед при умеренном холоде. Когда воздух остывает ниже -25 градусов, то лед становится существенно прочнее, и шипам сложнее его прокалывать. Преимущества здесь у моделей с оптимальной формой наконечника, обладающего острыми гранями, как, например, у шипа Ice Force, а также у шин оснащенных мягкой и эластичной резиновой смесью, сохраняющей свои характеристики при сильном морозе, что позволяет резине облегать микронеровности ледяной дороги. Эффект возрастает, если резиновая смесь дополнена абразивными элементами – такими свойствами, в частности, обладает упомянутая выше шина Toyo Observe Ice-Freezer с технологией Microbit, ее суть с том, что в резину добавлена измельченная скорлупа грецкого ореха, частицы которой повышают сцепные свойства шины на льду. Такое технологическое решение родилось, когда в Японии запретили шипованные шины и инженеры искали новые способы повысить сцепление на льду. Оказалось, что скорлупа грецкого ореха – материал более твердый, чем лед, и ее острые частицы способны эффективно царапать ледяную поверхность. В то же время скорлупа мягче асфальтового покрытия и не наносит ему вреда.
Фланцами в автомобилестроении называются фиксирующие элементы, расположенные на обойме шипа.
Фланец и шип отливаются вместе в одной форме.
Можно убедиться, что увеличение количества фланцев на обойме приводит к более надежному ее закреплению в покрышке.
Промышленностью выпускаются, в основном, двух- и трехфланцевые шипы.
Фланец может изготавливаться из различных материалов: металл, в том числе, алюминий и даже пластик.
Хоть пластик в тяжелых условиях эксплуатации кажется не совсем на своем месте, но, оказывается, есть основания для его применения.
Было выяснено, что главная причина потери покрышками шипов – это коррозия фланцевых стенок.
Она уничтожает слой металла, из которого изготовлена обойма, и шип теряет жесткость посадки в протекторе.
Поскольку пластик не подвергается такому воздействию, то и потеря шипа исключена.
Но у пластика есть крупный недостаток: он весьма хрупок, и, если на скорости колесо попадет в яму, то, скорее всего, пластиковая обойма будет разрушена и шип потерян.
Перспективным металлом для замены пластика является алюминий, имеющий, с одной стороны, нужные характеристики пластика – небольшой вес и достаточную прочность, поскольку сам является металлом.
Но этот металл хорошо вступает в реакцию с дорожными противогололедными химическими веществами.
Поэтому самая распространенная обойма сейчас - металлическая, выполненная из достаточно гибкого, но прочного металла, пусть и не такого прочного, как сам коготь.
Разнообразие форм когтя
Коготь – фирменный знак любой шипованной резины. Изготовляется он из высокопрочной стали.
Форма когтя достаточно разнообразна, но круглая форма принята за универсальную.
При езде шип с такой формой когтя подвергается меньшему износу, но, так как у такого когтя нет граней, то колесо имеет меньшее сцепление на поворотах на ледяной поверхности дороги.
Промышленность также выпускает когти квадратной и ромбовидной форм.
Такие шипы крепче удерживают автомобиль на толстой ледяной поверхности, но они и быстрее подвергаются износу, поскольку при поворотах колеса происходит истирание острых граней об асфальт.
Длина самого когтя регламентирована европейскими нормативными документами, поэтому она, приблизительно, одна и та же у всех изготовителей шипов.
Введение этих документов вызвано разрушительным воздействием шипа на асфальт дороги.
Именно из-за этого колеса с шипами запрещены на дорогах всех стран Европы, кроме Финляндии, из-за ее климата.
Отдельный класс шипов составляют шипы для шин автомобилей, принимающих участие в ралли.
Для них и шип, и покрышка созданы с целью максимального сцепления с дорогой и разрушения ледяной поверхности.
Поэтому создана более узкая, чем стандартная, покрышка, что позволяет быстрее истирать лед и снег, чем это делает широкое колесо.
В этой покрышке шип выступает из протектора, что абсолютно недопустимо для обычного автомобиля.
При выборе шипов следует выбирать надежного производителя и не гнаться за дешевизной, поскольку дешевые покрышки могут иметь шипы из мягкого металла, которые быстро сотрутся на дороге.
Понравилась статья? Подпишитесь на канал, чтобы быть в курсе самых интересных материалов
Наиболее эффективными в зимних условиях являются шипованные покрышки. Этим и объясняется их популярность, особенно в России. Чтобы понять, как работают шипы зимних шин, надо сначала разобраться, из чего они сделаны, почему имеют именно такую конструкцию и состав.
Конструкция, виды
Чаще всего шипы состоят из двух элементов. Основной из них – это корпус. Именно благодаря ему шип держится в протекторе. С дорожным покрытием контактирует уже другая его часть – твердосплавная вставка. От ее формы зависит эффективность сцепления с дорогой.
Шипы выпускаются практически всех геометрических форм – от круглой до многогранной. По структуре различают одно- и многофланцевые элементы ошиповки. Первые – простейшие, их можно назвать прародителем современных шипов.
Однофланцевые значительно уступают по характеристикам своим модифицированным «потомкам»: двухфланцевым (преимущественно применяемых для легковушек), трехфланцевым, актуальным для грузовиков. Они хуже держатся в резине, соответственно, чаще выпадают, не могут похвастать длительным рабочим ресурсом.
Из чего сделаны шипы для шин
В последнее время производители покрышек начали изменять форму и материал изготовления когтей для их улучшения свойств. Изначально все они производились из стали.
Однако затем вышел закон, запрещающий использование покрышек, у которых шипы весят больше установленный нормы. Из-за этого некоторые компании начали производить корпуса из пластмассы – для уменьшения веса, но толку от них, как выяснилось, немного. Такие элементы шиповки неплотно держались на своих местах, при этом были непрочными и недолговечными.
Затем начали появляться корпуса из алюминия. Разработка получилась более удачной, так как в целом масса алюминия очень мала, а прочность по сравнению с пластмассой значительно выше. А благодаря применяемому тефлоновому напылению они прочнее сидят в установочных местах и менее подвержены коррозии.
Однако даже такое покрытие полностью не защищает шипы от ржавчины. Это связано с тем, что в зазор между протектором и корпусом шипа при движении попадает соль, различные реагенты, которыми обрабатывают трассу, влага. Все это способно вызвать коррозийные образования. Для уменьшения такого воздействия производители постоянно дорабатывают форму шипов, добавляют в сплавы другие материалы.
Из чего изготавливается корпус шипов, мы уже выяснили, осталась вставка. Чаще всего твердосплавная вставка производится из карбида вольфрама. Иногда добавляется карбид ниобия и титан для улучшения твердости металла. Также некоторые производители добавляют и другие соединения, состав которых они не разглашают.
Как работают
Любому автомобилисту понятно, что шипы на протекторе резины необходимы для улучшения сцепления, в том числе и в сложных условиях. Но как конкретно это происходит?
Стоит понимать, что сцепление зависит не только от одних шипов, они лишь улучшают его. Без хорошего рисунка протектора они просто бесполезны. Чаще всего протектор зимних шин состоит из двух слоев. Верхний имеет специальный рисунок и обеспечивает хорошее сцепление, а внутренний – более твердый, и именно к нему крепятся корпуса шипов.
Протектор и шипы работают в паре и на каждых покрытиях ведут себя по-разному. На льду сцепление, в основном, зависит от шипов. Здесь их вставка вгрызается в покрытие, не давая им лишний раз прокрутиться, обеспечивая хорошее как продольное, так и поперечное сечение.
На влажном покрытии или на раздробленном льду наиболее эффективен протектор. В его канавки забивается влага или кусочки льда, а затем оттуда отводятся. Таким образом, рабочая поверхность покрышек остается без влаги, поэтому сцепление не ухудшается. Роль шипов на таком покрытии минимальна.
На снегу важен как протектор, так и шипы. В канавки протектора забивается снег и при движении он тает, прилипая к снегу на дороге, обеспечивая хорошее сцепление. Шипы же вцепляются в снег, вследствие чего сцепление улучшается в разы. На сухом асфальте шипы бесполезны, они даже ухудшают многие показатели.
Устройство и принцип работы шипов очень простое. Однако за счет их наличия повышаются многие показатели, касающиеся безопасности передвижения – как для себя, так и для других участников движения. В условиях русской зимы шипованные покрышки просто необходимы для безопасного вождения.
В 270 километрах к северу от Хельсинки есть городок Ювяскюля с населением менее 130 тысяч жителей. Неподалеку от него расположен завод Tikka (фин. tikka — дятел), выпускающий шипы для зимних шин. С 2008 года им владеет компания Continental.
Tikka обеспечивает работой 72 сотрудников, включая административный персонал. Они успевают заниматься исследованиями, производством, тестами, сертификацией и продажами — иными словами, полным циклом. Даже львиную долю станков и прочего оборудования делают здесь же по собственным чертежам. Отсюда высочайшее качество и гибкий подход к требованиям заказчика. И это при внушительном объеме производства: 600 млн шипов в год.
Шипы развиваются вместе с шиной, ведь они вносят свой вклад в ее основные характеристики — сцепные свойства с дорогой всех типов, расход топлива и комфорт при езде. Одна из самых сложных задач — сделать так, чтобы «железный гвоздь» сохранял свои свойства в течение многих тысяч километров пробега и при этом изнашивался одновременно с протектором. Если поставлена цель разработать первоклассную зимнюю шину, шипы под нее тщательно подбирают и даже изготавливают индивидуально.
Ныне действующий европейский техрегламент для шипованных шин вступил в силу в 2013 году. Главным новшеством стало ограничение максимального количества шипов на метр качения шины. В Финляндии разрешено пятьдесят, в России — шестьдесят. Что это означает на практике? Например, для шины размерности 205/55 R16 допустимое количество «гвоздей» уменьшилось на четверть — с 130 до 96. Это касается шипов, сертифицированных отдельно от покрышки. Одобряется конкретная модель шипов, и их разрешают устанавливать в любые шины. Дополнительные тесты не нужны, нельзя превышать лишь оговоренное в техрегламенте количество шипов. Такой вариант подходит для тех компаний (или бюджетных линеек у именитых марок), которые хотят создать покрышку средненького уровня или даже попроще.
Желаете улучшить характеристики за счет большего количества «гвоздей»? Нет проблем, но покрышкам придется выдержать дополнительные испытания на износ дорожного покрытия. И лишь при положительном результате их допустят к серийному производству. Катают такие шины не по асфальту, а по гранитным плитам — 400 проездов на скорости 100 км/ч. Все параметры строго регламентированы: процесс подготовки плит, давление в шинах, масса автомобиля, нагрузка на каждое колесо, температура воздуха, «дороги» и покрышки. По окончании тестов фиксируют разницу в массе пяти плит до и после тестового пробега. Если показатели в норме, шине дают путевку в жизнь. И абсолютно не важно, сколько в ней шипов.
Однофланцевые шипы ( а) — устаревшая и вышедшая из массового употребления конструкция. Двухфланцевые ( б) лучше удерживаются в протекторе, а более широкий верхний фланец вдобавок препятствует попаданию грязи и влаги в посадочное гнездо, что также продлевает срок совместной жизни шипа и шины. Форма и толщина корпуса — на усмотрение производителя. Шипы с трехфланцевым корпусом ( в) сидят в протекторе еще прочнее. Но они не настолько надежнее в эксплуатации, насколько сложнее и дороже в производстве. По сути, это экзотика: для массовых шин достаточно и двух фланцев. Тем более что производители придумали более эффективные способы фиксации — например, вклейку, как в случае с шиной Continental IceContact 2.
Читайте также: