Практически все колёсные транспортные средства передвигаются на пневматических шинах: от детского велосипеда до самого крупного самосвала в мире — БелАЗа-75710 (его покрышка весит 5 тонн). Замкнутый воздух в баллоне наделяет машину плавностью хода, а протектор обеспечивает манёвренность и проходимость. История шин относительно молода. Колёса с резиновой беговой частью широко стали появляться в 19 веке, вместе с развитием производства различного механического транспорта. Кто придумал покрышки и какими они были на заре шинной индустрии, об этом далее.
Кто создал шины
После появления деревянных колёс на повозках и телегах, люди задумались о необходимости продлить ободьям ресурс. Решение беспощадного износа удалось найти лишь после развития металлургического промысла: на гурты набивали стальные ленты. Такая инновация придала колесу искомую долговечность. Но передвижение по мостовым сопровождалось жутким грохотом, который людям пришлось терпеть не одно столетие.
Первым, кто создал шины, стал шотландский инженер Роберт Уильям Томсон. Он разрабатывал покрышки для экипажей с начала 19 века. В 1845 году ему удалось получить патент на свое изобретение — № 10,990. Через 3 года в журнале были опубликованы результаты первых испытаний с рисунками экипажа и схемой колеса в поперечном сечении.
Цитата: «Суть моего изобретения заключается 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» (Роберт Томсон)
Изобретение шотландца было революционным для тех лет. Однако, широкого распространения кожаные покрышки не получили из-за дороговизны. Они стоили £142 за комплект, что по современным меркам равняется примерно 1,3 млн рублей. Финансовый фактор стал причиной забвения идеи на долгих 43 года.
История создания шин вновь дала о себе знать в 1888 г. Ветеринар и по совместительству изобретатель Джон Бойд Данлоп из Великобритании, захотел улучшить комфорт езды на велосипеде своему 10-лентему сыну. Для этого он прикрепил к ободьям детского 3-колёсника садовый шланг. Впоследствии изобретателю пришла идея надуть шины воздухом. Конструкция получилась удачной. Не откладывая в долгий ящик, Дж. Б. Данлоп подал заявку на патент, который был ему выдан 23 июля 1888 г., № 10607.
Увлечение переросло в малое научно-техническое производство. Через 2 года Данлоп нанял на работу инженера Чарльза Кингстона Уэлтча. Молодой технарь предложил:
- изолировать пневматический обруч, спрятав его под внешнюю оболочку;
- вставить в края шины стальной проволочный каркас (обруч);
- крепко притянуть покрышку вокруг обода на стяжки из проволоки.
Позже в ободе появились пазы для монтажа и демонтажа покрышек. Эту идею выносили англичанин Бартлетт и француз Дидье.
В конце 19 века Андре Мишлен, проживающий во Франции, унаследовал фабрику по производству сельскохозяйственного оборудования, мячей, шлангов, приводных ремней и других изделий из каучука. Предприятие испытывало трудности развития. Андре пригласил поработать младшего брата Эдуарда, получившего образование в художественной школе. Братья стали вместе искать новую концепцию развития. Сначала они выпустили серию резиновых противооткатных башмаков для транспорта.
Затем компания Michelin & Co занялась выпуском велосипедных шин. Дебютом стал гоночный заезд Париж—Брест—Париж в 1891 году. Спортсмен Шарль Террон победил в первенстве с 8 –часовым отрывом от преследователей благодаря новым покрышкам, которые оперативно удалось менять после 5 проколов. Фабрику накрыла волна заказов на велошины.
В 1894 году по дорогам Франции колесило 350 машин. К этому моменту Андре и Эдуарда имели кое-какие разработки автопокрышек. Однако, производители механического транспорта скептически относились к пневматическим шинам из-за частых проколов. Тогда братья решили сделать свой автомобиль. Они купили шасси от машины Peugeot, оборудовали его двигателем Daimler от лодочного мотора, а колёса обули в покрышки.
Машину навали L’Éclair (Молния). Впоследствии парк дополнили ещё двумя автомобилями: «Ласточка» и «Паук». После автопробега в Париж-Бордо-Париж, с компанией поспешили заключить эксклюзивные контракты на поставку шин такие брэнды, как:
- Bollée;
- Peugeot;
- De Dion-Bouton;
- Panhard & Levassor и другими.
Так начался взлёт компании, как производителя автомобильных шин. В 1910-м году Michelin & Co предложила использовать металлические ободья взамен деревянных.
История создания шин и их эволюция
Вместе с легковушками стали появляться и грузовики. Изначально для них применялись бандажные покрышки. В некоторых моделях шин были пустоты, что существо повышало безопасность хрупких перевозимых грузов. Но, максимальная скорость на монолитных «скатах» не превышала 30 км/ч., а твёрдая поверхность быстро изнашивалась.
В 1910 году появились первые грузовые воздушные шины. Они назывались «пневматики-гиганты». Отличались улучшенной проходимостью и высокой грузоподъёмностью: 1,5 т и выше. Возросла скорость логистики. Вместе с этим, стремительно зарождались пассажирские перевозки. Благодаря новым пневматическим покрышкам, автобус мог перевозить десятки человек. Но шины были всё ещё уязвимыми.
Некий инженер из Великобритании по фамилии Палмер придумал в 1910 году оснащать конструкцию покрышки кордной тканью. Она состояла из продольных нитей. Это существенно повысило прочность колеса и улучшило его характеристики, такие как:
- меньший нагрев;
- увеличенный ресурс;
- понизилось сопротивление качению.
Появление корда дало толчок к очередному эволюционному витку шинной индустрии. Почти каждый год покрышка приобретала новые элементы, которые сейчас кажутся обыденными. Изобретатели просто взяли в осаду патентное бюро, наперебой желая зарегистрировать своё новшество.
В 1911 году автомобильную резину оснастили протектором. Это был примитивный рисунок, состоящий из цилиндрических шашек. Немногим позже появились желоба и каналы. Испытания показали, что агрессивная беговая часть существенно улучшила управляемость автомобиля, особенно на мокрой дороге. К 1920 году все выпускаемые покрышки оснащались проектором, а некоторые внедорожным.
Но шины продолжали оставаться слабыми, по отношению к современным аналогам. Главным компонентом в производстве выступал каучук. На заре индустрии в резиносмесь не добавляли технический углерод (сажу). Поэтому колёса были слишком эластичные, имели белый, бежевый или светло-серый цвета. Резина быстро изнашивалась, редко пробежав 5 тыс., км. Для тех лет добавление сажи в компаунд было трудоёмкой и дорогостоящей технологией, поэтому её практически не применяли.
Дешёвого компонента наука найти не могла, а вот упростить процесс добавления технического углерода стало возможным. Сначала сажей обогащали исключительно протектор, поэтому шины имели белый боковой профиль. К концу 1920-х гг., технологию удешевили и практически все выпускаемые покрышки стали чёрными и недорогими.
До середины 20 века автошины были полнопрофильными, т.е., с высокой боковиной. Главной причиной тому служили некачественные дороги. В целях экономии материала и с появлением более жёстко каркаса, высоту профиля снизили. Такое решение дало 3 положительных особенности:
- повысилась курсовая устойчивость транспортных средств;
- улучшилась манёвренность;
- стала более чёткой траектория прохождения поворотов.
Постепенно производители уменьшили и диаметр колёс. Это снизило вес покрышек, а вместе с этим неподрессоренную массу. Автомобили стали комфортными и мягкими в движении. Подвеска обрела длительный срок службы.
С 1946 года началось тестирование бескамерных шин. Несмотря на лучшие характеристики в сравнении с камерными аналогами, «бескамерки» в течении 20 лет оставались персонами нон грата из-за дороговизны производства. В том же году появились первые шины с радиальной конструкцией каркаса. До этого выпускали только диагональные.
С 1950-х гг., радиальная резина пошла в массовое производство. Она отличалась большим ресурсом, а протектор не смещался, как в покрышках с диагональным кордом. Натуральный каучук полностью заменили недорогим синтетическим аналогом. В изготовлении корда стали применять вискозу, нейлон и сталь.
Развитие шинной индустрии
К чему стремится современная шинная индустрия? Производители придерживаются общей доктрины, что отслеживается в каждой выпускаемой модели колёс. Во-первых, все брендовые компании взяли курс на экологичный продукт. И это касается не только экошин, но самого производства. Правда высокая стоимость «зелёных» покрышек не позволяет массово завоевать сердца потребителя.
Во-вторых, инженеры пытаются оптимизировать каркас, отдавая предпочтение уменьшению профиля, и увеличению внутреннего диаметра. Такая тенденция набирает движение с 1990-х гг. Именно с тех лет скорости машин выросли, а вместе с ними увеличились тормозные механизмы (суппорты) и начала меняться форма диска. Здесь есть свои плюсы и минусы. Достоинство: на низкопрофильной резине автомобиль более манёвренный. Недостаток: машина менее комфортна на некачественной дороге.
В-третьих, найдено решение разгерметизации покрышек. В начале 20 века шина могла проколоться до 30 раз на отрезке 50 км. Всё это приводило в бешенство водителей, которым приходилось часами разбортовывать и забортовывать колесо. Современная технология RunFlat позволяет двигаться на разгерметизированном баллоне со скоростью до 80 км/ч на протяжении 100 км.
В-четвёртых – экономия топлива. Инженеры усовершенствовали боковой профиль шин с помощью новых резиновых смесей, снизив сопротивление качению. Двигателю требуется меньше горючего, чтобы разогнать и поддерживать крейсерскую скорость машины. Это позволяет автовладельцам экономить до 20% горючего с каждой заправки.
Автомобильная шина прошла непростой эволюционный путь. От шнурованной оболочки, она превратилась в настоящее техническое чудо. В ближайшем будущем нас ждут более лёгкие и экономичные покрышки, разработки которых ведут многие брендовые компании.
