Эта удивительная подушка

Требования надежности и долгой службы предъявляются ко всяким шинам. Весьма в этом заинтересованы и велосипедисты: сколько раз именно с шинами были связаны их неудачи в длительных, многосуточных велогонках вроде Велогонки Мира. Наверное, и индусу Р. Сингху, начавшему в 1968 году на велосипеде… кругосветное путешествие, которое он завершил в 1973 году, преодолев почти четверть миллиона километров, было бы приятно, если бы шины его велосипеда не приходилось менять так часто — за четыре первых года путешествия он сменил их сто пятьдесят раз!

Но во сто крат важней эта проблема для автомобильных шин: роль и значение автотранспорта колоссальны, скорости движения и связанные с ними нагрузки в шинах велики. При скорости сто километров в час шина деформируется — сплющивается, изгибается, скручивается — примерно восемьсот пятьдесят раз в минуту и «устает». Велик и нагрев шины: в случае быстрого торможения он достигает нескольких сот градусов. Из-за больших скоростей даже небольшой ухаб создает в покрышке огромные напряжения. Да и без ухаба шине нелегко — одни лишь центробежные усилия в быстро вращающейся покрышке в сотни раз превышают ее собственный вес!

Все нагрузки шины достаются на долю бедной покрышки — она опирается на дорогу, защищает камеру, воспринимает усилия при движении. Конструкция покрышки должна быть весьма сложной — это совсем не простая резиновая оболочка для камеры. И именно от нее зависят надежность и долговечность шины, ее ходовые качества, шум при движении (очень существенный фактор!) и расход топлива.

Основная часть покрышки, воспринимающая нагрузки, — каркас. Он состоит из нескольких, иногда десятков, слоев корда — прочных волокон из хлопчатобумажных, вискозных, капроновых или нейлоновых нитей, а иногда и из стекловолокна или тонких металлических проволок. В обычных покрышках волокна в слоях корда идут наискосок, от одного борта покрышки к другому, крест-накрест в соседних слоях. Беговая часть покрышки, непосредственно катящаяся по дороге, носит название протектор,на нем наносится так называемый рисунок — узор из разнообразных выступов — грунтозацепов,которые и создают сцепление с дорогой. Имеет покрышка и другие части.

Лет пятнадцать назад впервые появились шины с покрышками новой конструкции. У них волокна в слоях корда расположены радиально, поперек направления движения. Обычные шины уступают им по надежности, они проходят за весь срок своей жизни менее ста тысяч километров, а радиальные — вдвое больше. Да и топлива на езду с большой скоростью расходуют меньше.

Чтобы испытать шину, не обязательно накатывать сотни тысяч километров по дорогам. Существуют испытательные установки, которые называют «вечной дорогой», в них шина «бежит» по искусственной «дороге», например окружности большого вращающегося колеса. Используются и специальные бетонные треки с заделанными кусками рельсов и другими препятствиями высотой до пятнадцати сантиметров.

Часто на заводах шины подвергают рентгеновскому исследованию, просвечивают, подобно тому, как это делают с людьми в поликлинике. Так важно, чтобы шина была «здоровой»!

В специальной литературе недавно появилось выражение: шины «третьего поколения». Имеется в виду, что обычная шина с камерой — это шина первого поколения, бескамерная — второго. Что же представляет собой шина третьего поколения?

Ее главная задача — уменьшить опасность прокола. Вот как пытается решить эту задачу ведущая английская фирма Данлоп (вспоминаете фамилию? Шотландский ветеринар сумел, видно, извлечь выгоды из своего изобретения). Внутри надутой камеры помещается небольшой пакетик со специальной жидкостью. Как только случается прокол, пакетик лопается и заполняющая его маслянистая жидкость испаряется, надувая шину и обеспечивая смазку и охлаждение ее внутренних поверхностей. Одновременно жидкость, загустевая в проколе, заклинивает, блокирует его, автоматически ремонтируя таким образом шину — подушка восстанавливается.

Если на спущенной после прокола шине езда невозможна — шина либо соскакивает с обода колеса, либо за короткое время полностью разрушается от перегрева, то с повой шиной дело обстоит иначе. Как показали испытания, автомобиль может пройти после прокола километров сто пятьдесят-двести при скорости шестьдесят-восемьдесят километров в час. Однако только опыт эксплуатации покажет истинную пригодность таких шин.

Для безопасности езды нужно, чтобы шофер мог во время движения постоянно следить за состоянием шины. Ему важно знать, не понизилось ли давление воздуха в шине ниже допустимого и не превышена ли рабочая температура. В обоих случаях шина быстро выйдет из строя.

Сигнализация о чрезмерном снижении давления воздуха в шине может производиться, например, устройством, в котором используется еще одна, миниатюрная воздушная подушка — надувной баллончик, соединенный с внутренним пространством шины. Когда давление воздуха в шине и баллончике снижается ниже допустимого, баллончик, сжимаясь, освобождает рычажок. Тот ударяет по пистону, и раздается характерный щелчок, привлекающий внимание шофера. По другому проекту сигнализация производится с помощью миниатюрного радиопередатчика, включающего лампочку на щитке управления. Предложены системы непрерывного контроля и за температурой шины. В будущем, вероятно, подобная сигнализация получит широкое применение.

Предлагаются не боящиеся прокола бескамерные шины, в которых воздушная подушка заменена… пеной. Эксперименты с такими шинами довольно успешны. Внутрь обычной бескамерной шины с помощью специального пистолета через боковое отверстие нагнетается пенопласт, пена синтетической смолы — полиуретана. Из-за огромного числа микроскопических пузырьков воздуха в пене она превращается в эластичную подушку.

Делаются попытки борьбы с проколами и с помощью шин, состоящих из нескольких, до двенадцати, отдельных секций: проколол одну — заменил ее. Секции могут монтироваться на колесе и под углом к ободу — это улучшает сцепление с грунтом.

Если прокол произошел, то спасает запасное колесо — обязательная принадлежность любого автомобиля (тут уж «пятое колесо» никак не назовешь лишним!). К сожалению, оно занимает много места в багажнике, немало весит и дороговато. В США предложена сверхтонкая запаска — вместе с шиной она имеет толщину всего два сантиметра! Это тонкий стальной лист, к которому наглухо прикреплена плоская, пока не надута, бескамерная шина. Чтобы ее надуть, есть небольшой патрон со сжатым воздухом или углекислым газом. Километров восемьсот с такой запаской вполне проедешь.

По дорогам и без дорог

Автомобильная шина должна катиться не только по хорошим, но и по скверным дорогам. Лишь когда уже совсем невмоготу, на смену шине приходит гусеница.

Чтобы шина прошла по мягкому, вязкому или сыпучему грунту, нужно уменьшить силу, с которой она давит на грунт. Для этого можно увеличить диаметр шины, число колес, ширину шины, снизить давление воздуха в ней, применить протектор с более подходящим рисунком. И использовать с десяток других средств. Одно это показывает, как велики возможности катящейся воздушной подушки — шины, какой универсальностью и гибкостью применения она отличается.

На большинстве новых грузовых автомобилей используется переменное давление воздуха в шинах. Когда под колеса машины стелется бетонка или асфальт шоссе — давление максимально, оно достигает пяти атмосфер, иногда больше.

При этом шина опирается на дорогу наименьшей поверхностью, трение невелико, скорость может быть большой. Грузовик свернул на проселок — шофер из кабины уменьшил давление в шинах, они как бы осели, сплющились, соприкасаются с дорогой большей поверхностью, давление на грунт уменьшилось.