Карл Гильзин - Эта удивительная подушка
В СССР и других развитых странах имеется мощная шинная промышленность, специальные конструкторские бюро создают новые типы шин, ученые в институтах настойчиво исследуют шины с целью повышения их качества. Строятся новые шинные заводы, в частности один из них, в городе Белая Церковь, недалеко от Киева, являлся одной из крупнейших новостроек девятой пятилетки.
Автомобильная шина состоит, как правило, из двух основных частей — тонкостенной (толщина стенки два-четыре миллиметра) надутой резиновой камеры, которая, собственно, и является воздушной подушкой в виде бублика, и обнимающей ее тоже резиновой покрышки. В последнее время встречаются и бескамерные шины — в них камеры нет, и воздушной подушкой является сама покрышка.
Современной автомобильной шине примерно сто лет. Первый патент на изобретение пневматической шины был взят еще раньше, в 1845 году, но почти полвека лежал без движения. В самом конце прошлого века началось массовое увлечение велосипедом, своеобразная «велосипедная лихорадка», которая, кстати, в наши годы как бы повторяется. Во многих странах число велосипедистов бурно возрастает, очевидно, а пику автомобилям, армады которых закупоривают улицы городов и отравляют воздух выхлопными газами.
В 1888 году пневматическая шина была открыта заново, ее случайно изобрел шотландский ветеринарный врач Данлоп. Сначала он сделал своему сынишке для его велосипеда шину из садового шланга, заполненного водой, но вскоре заменил эту неудобную шину пневматической, заполнив ее воздухом через специальный, так называемый обратный клапан — он свободно впускает воздух в камеру, но не выпускает обратно. А через год в разных странах на пневматическую шину было взято уже шестьсот патентов! Да и теперь, несмотря на все совершенство существующих шин, конструкция которых в основном сложилась полвека назад, в каждой из ведущих промышленных стран выдается около сотни патентов в год на их дальнейшее улучшение.
Первый автомобиль с пневматическими шинами появился в Европе в 1891 году. Использование шин сразу вдвое уменьшило вес автомобиля — вследствие ослабления ударов о неровности дороги части автомобиля стали легкими, скорость движения возросла, расход топлива на поездку снизился. Вот что означала помощь воздушной подушки!
Каких только шин не изготовляют теперь в мире! Тысячи и тысячи. Один только Воронежский завод выпускает четыреста видов. От настоящих гигантов диаметром в несколько метров и весом в тонны для сверхтяжелых грузовиков до крохотных для малолитражек, мотороллеров, картов — этих миниавтомобилей.
Если вам приходилось бывать в павильоне «Химия» ВДНХ в Москве, то вы наверняка обратили внимание на выставку автомобильных шин. Уж очень поражает она посетителей. Но при чем тут химия? Ведь шины резиновые, а каучук дают тропические деревья — секвойи. Однако уже давно химики научились получать каучук искусственно, и первое слово здесь принадлежит нашей стране. Не зря в московском Политехническом музее, столетний юбилей которого недавно отметили любители техники, бесценным историческим экспонатом считают лабораторную печь знаменитого советского ученого С. В. Лебедева, в которой был «сварен» первый искусственный каучук.
На шинах из первого каучука советские автомобили в начале июля 1933 года отправились в пробег по пустыне Каракумы. Они прошли шестнадцать тысяч километров и возвратились в Москву в конце сентября. Шины оказались столь надежными, что некоторые из них привезли внутри московский воздух, которым их накачали перед стартом!
Но вернемся в павильон ВДНХ. Сколько самых разных шин тут выставлено! Мал мала меньше… Диаметры шин возрастают по мере того, как растет грузоподъемность автомобилей. Правда, по сравнению с первыми шинами полувековой давности современные шины при той же грузоподъемности стали почти вдвое меньше по диаметру, но зато шире — таков закон их развития.
Особенно впечатляют шины-гиганты, как будто предназначенные для личной машины Гулливера. Например, шина для стодвадцатитонного самосвала БелАЗ-549 имеет диаметр около двух с половиной метров и ширину шестьсот сорок миллиметров! Двигатель гиганта весит семьдесят восемь тонн, его длина — четырнадцать метров.
Рекордный диаметр шин двухсоттонного американского грузовика равен четырем метрам!
При столь большом диаметре шины автомобилю уже не нужна обычная подвеска — своеобразными рессорами служат сами шины, так велик в них объем воздуха. Зато уж если лопнет такая шина, звук, очевидно, будет похож на взрыв бомбы!
На севере Канады, похожем на наш Север, много природных богатств, но велики трудности на пути к овладению ими — болота, топи, вечная мерзлота. Чтобы преодолеть их, канадские инженеры спроектировали гигантскую самоходную машину «Мамонт». Поражают в машине четыре огромных колеса на пневматических шинах. Диаметр каждого из них — семнадцать метров. Высотой с четырехэтажный дом, они сообщают необыкновенному экипажу невиданные свойства — его ничто не в состоянии остановить!
Кузов под стать колесам: настоящий движущийся остров. Его длина сорок два метра, в нем — жилые помещения, столовая, мастерские и даже буровая вышка со всеми необходимыми устройствами. Вес его — пятьсот сорок тонн. Шестнадцать двигателей общей мощностью двенадцать тысяч лошадиных сил способны перемещать его со скоростью шестидесяти километров в час, как у легкового автомобиля. «Мамонт» будет легко переходить через трещины и рвы шириной три метра. Запас топлива позволит совершать рейсы дальностью больше полутора тысяч километров. Поистине фантастический экипаж!
Прокол!
Когда хотят сказать о постигшей кого-то неудаче, часто говорят: «У него прокол!» Действительно, куда уж хуже, когда в дороге случается прокол шины, запасной, к несчастью, тоже нет, на улице ночь, жгучий мороз…
На дорогах Европы происходит примерно двадцать пять миллионов проколов шин в год. Четверть всех автомобильных аварий вызвана именно проколом. Создатели автомобильных шин прилагают огромные усилия, чтобы проколы случались как можно реже, шина была бы надежнее и служила дольше. А если прокол произошел, чтобы он не приводил к катастрофе — при езде с большой скоростью машину при проколе заносит в сторону. И чтобы поврежденную шину было легче отремонтировать, а еще лучше, чтобы она сама автоматически «отремонтировалась»…
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.
