Игорь Иванов - Автомобильные шины. Вчера, сегодня, завтра…

На первых порах искусственный каучук по многим параметрам уступал натуральному и главное – по эластичности. Сейчас этот недостаток на 70–80 % устранен и ведутся работы по его дальнейшему сокращению.

Сырьем для производства синтетического каучука в настоящее время служит бутадиен. Это газ получаемый из нефти, а стерин – жидкость производимая из нефти и угля. Их смешивают и погружают в мыльный раствор с катализаторами. Получаемая белая жидкость – синтетический латекс, который перекачивают в емкость с кислотой и солью где он свертывается, его моют водой, просушивают и брикетируют. Для получения резины его вулканизируют – добавляют серу и наполнители (сажа-С, мел-СаСО3, оксид цинка – ZnO). При содержании серы более 25 % уже получается эбонит – твердая резина.

Для получения двухсот килограммов резины, необходимо: – 100 кг резины (примерно 85 кг синтетической и 15 кг натуральной), 35 кг сажи, 35 кг кремнезема, 20 кг минерального масла, 4 кг смолы, 2 кг антиоксиданта, 2 кг воска, 4 кг оксида цинка, 1,5 кг стеариновой кислоты, 1 кг ускорителя вулканизации и 1,5 кг серы.

У каждого завода по производству шин есть свои секреты, которыми он не делится ни с кем. Но это в основном, касается технологических процессов.

Здесь следует отметить, что искусственным каучуком занимался не только Лебедев, но и другие ученые. Одним из них был немецкий химик Фриц Гофман, который уже в 1909 году синтезировал каучук, но он был такого низкого качества, что фабрику через некоторое время пришлось закрыть. Шины из этой резины при стоянке деформировались и на ночь машины поддомкрачивали. По нашей же технологии (с минимальными изменениями) работали все резиновые фабрики мира.

Рис. 7. Немецкий химик Фриц Гофман

Рис. 8. Цех вулканизации шин на современном предприятии

Колесо известно человечеству уже более пяти тысяч лет, и хотя его изобретение оспаривают многие – Ближний Восток, Египет. Китай и другие, но в том, что это одно из величайших изобретений, которое придумал человек никто не спорит. До изобретения колеса все грузы перевозились вьюком или на санях, а это и мало и медленно. Во многих книгах пишут, что первые колеса были просто отпилены от бревна, но в то время пил не было, а были только топоры – ими и отрубали части бревен. Топор изготовить гораздо легче чем пилу для которой требуется более качественная сталь.

Человек, который придумал колесо – это гений, только он смог придумать вставить ось в центр плоского и круглого обрубка дерева. Человечество в очередной раз сделало громадный шаг вперед. С этим изобретением могут сравниться не многие – парус, письменность, электричество и может быть, мыло.

Колесо от обрубка дерева до современного колеса прошло долгий и извилистый путь. Но мы с вами начнем от того момента, когда деревянное сплошное колесо стали обивать железом. Колесо не амортизировало, гремело на булыжной мостовой, не было рассчитано на быструю и безопасную езду, стоило дорого и не могло само приводить в движение экипаж, как сегодня.

А уже в 17 веке стали задумываться о мягком и бесшумном колесе. Вначале это была обивка кожей, затем сплошная резина по периметру колеса, которая приклеивалась, приваривалась или крепилась болтами и гвоздями к деревянному или стальному колесу. Даже это маленькое усовершенствование было воспринято не сразу. Например, в Москве был издан указ устанавливать на конные экипажи с резиновыми ободами специальные знаки. Мотивируя такие действия тем, что экипажи двигались бесшумно и представляли опасность для пешеходов.

Обрезиненное колесо – это был первый шаг к дальнейшему его усовершенствованию еще до изобретения автомобиля.

Первый, кто догадался придумать воздушное колесо был Роберт Уильямс Томпсон, который получил английский патент в котором были такие слова – «Суть моего изобретения состоит в изменении эластичных опорных поверхностей вокруг ободьев колес экипажей с целью облегчения движения и уменьшения шума, который они создают при движении».

Рис. 9. Роберт Томпсон, первый, кто предложил «воздушное колесо»

Конструкция «воздушного колеса» Томпсона довольно проста. Шина накладывается на колесо с деревянными спицами, вставленными в деревянный обод, обитый металлическим обручем. Сама шина состоит из двух частей: камеры и наружного покрытия. Камера изготовлялась из нескольких слоев парусины, пропитанной и покрытой с обеих сторон натуральным каучуком или гуттаперчей (менее качественный каучук) в виде раствора. Наружное покрытие состояло из соединенных заклепками кусков кожи. Вся шина крепилась на обод болтами. Кожаная покрышка обладала необходимым сопротивлением износу и многочисленным изгибам. А зная свойства кожи растягиваться при намокании и раздуваться под действием внутреннего давления, легко себе представить, почему камеру пришлось усиливать парусиной. В конструкции предусмотрен и клапан, через который шину накачивали.

Учитывая всю уникальность и оригинальность, пневматические шины Томпсона не получили массового распространения, потому, что их цена была слишком высокой для среднестатистического человека, а состояние дорог и лимит автомобилей на дорогах не способствовал росту спроса на данную продукцию. Но все изменилось с выходом в мир и популяризацией гражданских автомобилей, значительно повысивших интерес на усовершенствование и массовое производство пневматических шин. Томпсон умер 1873 году, его изобретение временно забыли, но некоторые образцы первых пневмошин сохранились.

Но, как известно, любое изобретение должно появиться вовремя, а это было преждевременным изобретением – еще не появилась острая необходимость в «воздушном колесе».

Рис. 10. Шина Томпсона

Россия не является родоначальником производства автомобилей, но мы то помним, что еще при Екатерине II наш соотечественник Иван Кулибин создал коляску которая двигалась от мускульной силы человека. Это не рикша – это принципиально разные решения. На Кулибинской коляске человек располагался сзади на экипаже, и нажимая на педали передавал усилие на задние колеса.

Рис. 11. Самокатка И. Кулибина 1791 г.

Глядя на это изобретение с высоты наших дней, мы явно не недооцениваем этот феномен. А ведь существовала теория, что двигатель может располагаться только вне транспортного средства. Эта теория впервые была опровергнута Леонардо да Винчи. Он создал машину (игрушечную) движущуюся при помощи пружинок. Но осуществить эту модель смогли только в наше время по его чертежам и проходила она 3–4 метра. Сейчас даже детская машинка с пружинкой пройдет много больше.

Чуть ранее изобретения И. Кулибина (1770) французский изобретатель Кюнью предложил своей армии самодвижущуюся повозку. Вот ее описание: – «спереди был приделан паровой котел. Пар вращал переднее колесо повозки посредством системы из цилиндра, поршня и коленчатого вала». Повозка предназначалась для перевозки пушек французской армии, но пользы от нее было мало. Ее скорость не превышала 5 км/ч. приходилось останавливаться, чтобы вновь «поднимать пары». Тяжелый бак, торчащий спереди, затруднял управление, и первая повозка Кюнью разбилась. Он начал строить вторую, но к тому времени армия потеряла всякий интерес к его изобретению.

Рис. 12. Самодвижущаяся коляска французского изобретателя Кюнью

Именно с этой машины пошло название «шофер», что переводится как кочегар. Обратите внимание на колеса – они обычные, от телеги. И если бы удалось увеличить скорость то они (колеса) бы не выдержали ударов о неровности, а говорить о тряске вообще, не приходится – она бы была такой, что «крепче за руль держись шофер».

Родоначальником автомобиля с ДВС принято считать Карла Бенца, который в 1885 г. продемонстрировал свой автомобиль, а в 1886 г. ему даже удалось продать несколько автомобилей.

Рис. 13. Автомобиль Карла Бенца 1885 г.

Колеса металлические, мощность бензинового мотора 0,8 л/с, скорость до 16 км/ч. Бензин продавался только в аптеках как лекарство от кожных болезней и первые машины заправлялись именно там.

И хотя первые автомобили имели колеса с железным ободом и при движении издавали много шума, а также еще не был предложен эффективный глушитель, но 1886 г. (Англия) был издан закон по которому – «Перед каждой механической повозкой, идущей по улице города или по дороге без рельсов, ехал или шел человек с красным флагом и голосом предупреждал прохожих об опасности». Этот закон продержался 30 лет.