Изобрести колесо: эволюция автомобильной шины

Совместное предприятие Ростеха и итальянской Pirelli является ведущим производителем автомобильных шин в России. На заводах в Кирове и Воронеже «современное колесо» продолжает совершенствоваться. Инновации в этой сфере позволяют повысить безопасность на дорогах, например, управлять автомобилем стало возможно даже в случае прокола шины. Об эволюции автомобильных шин и новых технологиях в их производстве – в нашем материале.

Как изобрели современное колесо

Если считать изобретателем шины шотландца Роберта Уильяма Томсона, то покрышка имеет 170-летнюю историю. В 1846 году, когда был получен патент на «воздушное колесо», на улицах городов не было еще никаких автомобилей, но грохотали кареты с металлическими колесами. Сам Томпсон в своем патенте писал: «Суть моего изобретения состоит в применении эластичных опорных поверхностей вокруг ободьев колес экипажей с целью уменьшения силы, необходимой для того, чтобы тянуть экипажи, тем самым, облегчая движение и уменьшая шум, который они создают при движении».

Идея оказалась вполне рабочей, но, к сожалению, на тот момент недооцененной. Не нашлось никого, кто бы довел новое изобретение до массового производства. После смерти Томсона в 1873 году «воздушное колесо» было забыто.

Джон Данлоп

Про покрышку вспомнили лишь спустя 15 лет. Новым изобретателем пневматической шины неожиданно стал… ветеринар – шотландец Джон Данлоп. В 1887 году он придумал надеть на колеса велосипеда своего сына широкие обручи, сделанные из шланга для поливки сада, и надуть их воздухом.

Конечно, в те годы, пневматическая шина вовсе не ассоциировалась с автомобилями, а скорее с велосипедами. Уже в июне 1889 года на стадионе в Белфасте Уильям Хьюм выступил в гонках на велосипеде с пневматическими шинами и выиграл все три заезда, в которых участвовал. Изобретение Данлопа было обречено на успех. Сегодня фирма Dunlop, названная так в честь изобретателя – в числе самых крупных производителей автомобильных шин.

Первый автомобиль братьев Мишлен на съемных пневматических шинах. Фото: michelin.ru

В конце XIX века появились и другие легендарные компании, лидеры современной шинной индустрии. Так, первыми, кто стал использовать пневматические шины на автомобилях, были французы Андре и Эдуард Мишлен, основавшие знаменитый Michelin. В 1900 году к производству автомобильных шин приступила компания Джованни Батисты Пирелли. Сегодня Pirelli – один из крупнейших мировых производителей шин премиум-класса. Компания насчитывает более 19 заводов по производству шин в 12 странах мира, в том числе два из них – в России.

Итальянская Pirelli в России

Итальянская Pirelli представлена в России в рамках совместного предприятия ООО «Пирелли Тайр Руссия», организованного с Ростехом, которому принадлежит 25% совместного предприятия. Со стороны Ростеха цель создания СП – привлечение иностранных инвестиций и передовых технологий, со стороны Pirelli – ускоренный выход на российский рынок.

В состав совместного предприятия входят шинные заводы в Кирове и Воронеже. Первый из них был приобретен СП в конце 2011 года, второй – в 2012 году. С момента приобретения СП обоих предприятий началась глубокая модернизация производства. В 2012 – 2019 годы на модернизацию Воронежского и Кировского шинных заводов направлено более 250 млн евро. Ежегодно завод в Кирове выпускает более 6 миллионов легковых шин размером от 14 до 17 дюймов под брендом Pirelli, в том числе шин линейки Green Performance, эксплуатация которых оказывает минимальное воздействие на окружающую среду.

Воронежский завод серийно производит легковые шины премиального сегмента с диаметром от 16 до 21 дюйма. В 2013 году здесь состоялся запуск нового производства мощностью 2 млн шин в год. В октябре 2018 года Госкорпорация Ростех подписала с СП Меморандум о взаимопонимании в отношении оценки возможности увеличения мощностей по производству премиальных шин на Воронежском шинном заводе. При благоприятной рыночной конъюнктуре объем производства планируется увеличить в два раза до 4 млн шин в год. Инвестиции по этому проекту оцениваются примерно в 100 млн евро. Помимо этого на базе Воронежского шинного завода создан логистический центр, который позволяет отправлять продукцию СП на экспорт в Европу и страны СНГ. ​

Как делают шины

Заводы в Кирове и Воронеже являются одними из самых передовых с технологической точки зрения предприятий по выпуску шин. И конструкция шины, и сама технология производства, используемые материалы сильно эволюционировали.

Материал, из которого изготовлена покрышка, имеет первостепенное значение. Шины различных производителей отличаются в первую очередь свойствами резины. Ведь именно она определяет многие технические характеристики шин, такие как уровень сцепления с дорогой, долговечность и износостойкость. Поэтому подбором компонентов резиновой смеси занимаются целые лаборатории в каждой компании, а ее состав зачастую является коммерческой тайной. Единственный компонент, который точно не является секретом, – это полимеры/элатомеры, такие как каучук, который может быть натуральным или синтетическим.

Своим черным цветом шина обязана техническому углероду или промышленной саже, как его еще называют. Благодаря его молекулярным соединениям, покрышка не только становится черной, но и прочной и устойчивой к износу и температурам. На третьем месте в составе – кремниевая кислота, которая повышает показатели сцепления покрышки с влажным покрытием. Кроме того, около 10 процентов шинных ингредиентов составляют вспомогательные компоненты – смолы и масла, для обеспечения мягкости и эластичности изделия. В специальном «котле» все это смешивается и превращается в единую массу.

Готовая резиновая смесь формируется в виде непрерывного листа, который охлаждается и направляется на участок изготовления полуфабрикатов. Здесь из резиновых листов «кроят» детали будущей шины: протектор, боковины, слои обрезиненного металлокорда и другие.

Затем специальный станок собирает все эти детали в единое целое. Этот этап так и называется – «сборка». Буквально за минуты из отдельных частей получается покрышка. После чего на шине при помощи пресса и воздействия высокого давления пара при повышенной температуре выдавливается рисунок протектора.

Готовые шины по конвейеру отправляются на визуальный, весовой и инструментальный контроль. Лазерный сканер позволяет выявить мельчайшие воздушные полости внутри шины, а рентген проверяет качество распределения слоев. Несколько шин из каждой партии проходят испытания прочности в специальной лаборатории – это десятки тысяч километров с повышенной нагрузкой.

Шинные инновации: без шума и проколов

Производители шин продолжают совершенствовать свои технологии и материалы. В последние несколько лет особое внимание и инвестиции направлены на обеспечение безопасности при вождении. Самая частая проблема, связанная с шинами, – это проколы. Новые технологии способны решить это, гарантируя безопасность даже в случае проколотой шины. В компании Pirelli для этого были разработаны две технологии: Seal Inside и Run Flat.

Технология Pirelli Seal Inside действует на основе самогерметизации посредством дополнительного специального слоя на внутренней поверхности шины. Другими словами – герметизирующая мастика охватывает вызвавший прокол и застрявший в шине предмет, создавая уплотнение вокруг него. После извлечения предмета из шины уплотняющаяся мастика затягивается в отверстие, герметизируя его края. Такие самогерметизирующиеся шины Pirelli позволяют безопасно продолжить поездку даже на проколотой шине, сохраняя полный контроль над автомобилем.

Фото: Pirelli

Технология Run Flat – сегодня одна из самых распространенных в производстве всех ведущих производителей автомобильных шин. Pirelli также не является исключением. На русский язык название этой технологии можно перевести как «езда на спущенной покрышке». Шина Run Flat имеет усиленное и более широкое бортовое кольцо. Когда обычная покрышка сдувается, она оседает под действием веса автомобиля, а борта просто сплющиваются. Несколько километров при такой ситуации способны почти полностью «убить» шину.

Технология Run Flat подразумевает применение в составе конструкции покрышки усилителей, в роли которых выступает оригинальный каркас, бортовые кольца, а также уникальная высокопрочная вставка в боковине шин. Pirelli использует в производстве своих шин множество типов резиновых смесей, часть из которых идет на основную часть покрышки, часть – на боковую. Это максимально безопасная шина, которая, в случае прокола, позволит вам доехать до пункта назначения, не прибегая к замене шины.

Еще одна инновация от Pirelli – технология шумоподавления Pirelli Noise Cancelling System (сокращенно PNCS). Это наилучшее решение по снижению шума, создаваемого шинами на дороге. Вибрации, создаваемые конструкцией шины во время поездки и проявляющиеся внутри салона, называются кавитационным шумом. Система PNCS снижает шум на два-три децибела, в среднем уменьшая его вдвое. Можно представить, что шум от четырех шин с действующей технологией PNCS равен шуму двух «обычных» шин.

Фото: Pirelli

Шумопоглощающая технология PNCS – это, прежде всего, специальный материал, который находится внутри полости шины на гермослое. Он представляет собой своеобразную звукопоглощающую губку, открытые поры которой гасят вибрации воздуха и не дают им передаваться далее в узлы подвески и нарастать, создавая шум внутри салона автомобиля.

Чаще всего шины Pirelli с технологией шумоподавления PNCS приходятся на автомобили премиум- и люкс-класса для наивысшего комфорта внутри салона во время движения. На данный момент этой технологией оснащены шины Pirelli P Zero, которые подходят автомобилям марок Audi, Ferrari, Jaguar, Porsche и McLaren.

События, связанные с этим

Изобрести колесо: эволюция автомобильной шины

Мировая история автомобильной покрышки

Сейчас не встретишь человека, не знающего о предназначении шины. Но не все знают, что такими знаменитыми они стали совсем недавно.

А вы знали, что в XVIII веке колеса совсем не имели шин? В то время на колесо из древесины надевали кожаный обод. Это очень защищало колесо от незначительного ущерба, но о комфортном перемещении и качественном сцеплении с проезжей частью можно было только мечтать.

Чарльз Гудьир и Томас Ханкок — первые изобретатели резины.

В сороковых годах девятнадцатого века произошел настоящий прорыв.

Американец Чарльз Гудьир и британец Томас Ханкок изобретают резину — новый вид материала, изменивший всю промышленность. Именно они запустили процесс получения резины из каучука. Подобный метод изготовления резиновых смесей сохранился до наших дней.

Старый тип кожаных покрышек не приносили комфорт при их использовании. И, для того чтобы смягчить удары и уменьшить трения, инженер Роберт Томсон в 1845 году начинает использовать в шинах прослойку воздуха, тем самым обеспечивая комфорт при поездке. В дальнейшем он получает патентное право на изготовление «усовершенствованного колеса для повозок и других передвигающихся объектов”. Подобный тип шин Томсон хотел применять на каретных колесах, мотивируя это мягким ходом из-за воздуха в камере.

Создатель пневматической шины.

Интересный факт пневматическую шину изобрел в 80-е годы девятнадцатого века века никому не известный ветеринарный врач из Ирландии Джон Бойд Данлоп. Он был настолько внимательным отцом, что придумал для деревянных колес велосипеда сына резиновые кольца, для того, чтобы было приятнее ездить. В скором времени он запатентовал свое открытие и вошел в историю как изобретатель. И в 1889 году он вместо ветлечебницы, поскольку все таки он ветеринар, открывает собственное производство шин для велосипедов.

В настоящее время это производство увеличилось до мировых масштабов и носит название корпорация «Данлоп».

Таким образом, именно благодаря велосипеду, шина получила широкое применение. Однако на машинах ее использовать было нельзя.

Еще одним значимым изобретателем в истории авторезины был Чарльз Кингстон.

Он разделил покрышку и камеру, воткнул проволочный каркас в край покрышки, на обод крепко посадил шину. Все это очень помогло в последующем развитии шин для другого транспорта.

Покрышки для автомобилей .

Первый же автомобиль с покрышками стал Peugeot L’Eclair в 1895 году.

Такие покрышки производили братья Мишлен из Франции: Андре и Эдуард. Братья предложили использовать их в гоночных соревнованиях на маршруте Париж-Бордо. Однако при эксплуатации новых шин появились проблемы при их установке и снятии, а также они были капризны при использовании. Вследствие этого следующие изыскания изобретателей были ориентированы на устранение этого дискомфорта.

В двадцатом веке автомобилей появляется всё больше, и финны, не долго думая, начинают выпуск покрышек рассчитанных на зимние условия эксплуатации. В начале их производили только для грузовых машин, но позже владельцы легковых машин захотели иметь такие же. Шипы для шин придумают уже позднее.

В связи с разницей в климате и различными дорожными покрытиями, колеса адаптируют и начинаются эксперименты с рисунком протектора.

Для грузовых автомашин применялись только лишь литые покрышки. Большим минусом было лимитирование скорости, т.к. при скорости свыше 30 км/ч шина перегревалась и, соответственно, быстро изнашивалась.

Лидерами в 60-е годы становятся гонщики авторалли Монте-Карло, поскольку они использовали шипованные покрышки.

Изобретатели продолжают искать решение проблемы перфорации шин. И в 1934 году в продажу поступает “пуленепробиваемая” покрышка. Но такие шины производили только в военных целях и распространения они не получили. Первая же автомобильная шина для автолюбителей устойчивая к перфорации была выпущена в 1972 году.

В 2001 году появляются самые большие в мире шины для самосвалов. У них самый огромный посадочный диаметр, каждое колесо выдерживает 100 000 тонн.

Сейчас автомобильный мир ждет прорыва в конструкции колес. Идея заключается не в наличии воздуха в покрышке, а установить систему амортизации прямо внутри колеса.

Такое колесо, не имеющее воздуха, не будет бояться перфорации и прослужит дольше. Но пока всё это на стадии экспериментов, хотя им отводиться особая роль на международных автосалонах. Еще радует то, что проводятся исследования, нацеленные на поиск экологически чистого материала для изготовления автомобильных шин, в связи с этими разработками минимизируется и урон от обычных резиновых шин. Вот такая эволюция резиновой автопокрышки, которой уже 170 лет!