История создания современных пневматических шин.

Пять тысячелетий назад было изобретено колесо. Сначала появились, так называемые, катки, которые использовались в Древнем Египте. Их применяли при строительстве пирамид. Для того, чтобы облегчить передвижение грузов, под огромные каменные глыбы подкладывали круглые куски бревен. Отсюда и берет начало история колеса. На протяжении столетий колесо видоизменялось и совершенствовалось. Эволюция колеса продолжалась. Но настоящий переворот в истории колеса произошел в 19-м веке, когда изобрели шину. С момента изобретения пневматической шины, без которой невозможно и существование современного автомобиля прошло около 200 лет. Что же такое шина? Для многих шина представляет собой обыкновенный баллон из резины. С геометрической точки зрения шина — это тор, с механической точки зрения — сосуд в форме упругой мембраны с высоким давлением, с химической — материал, имеющий макромолекулы с длинными цепями. По своей структуре шина обладает высокими эксплуатационными свойствами. А в целом, шина — это одно из достижений научно-технического прогресса, синтез научных и технических знаний и современных технологий. Покрышка автомобильной шины состоит из нескольких элементов. Шина воплотила в себе многие открытия химической промышленности, так как при изготовлении шины применяются синтетические материалы. Шинное производство каждый год расходует миллионы тонн углеродной сажи, эластомеров, масел, пигмента, разных химических соединений и других материалов. Открытие процесса вулканизации способствовало появлению пневматической шины. Это дало возможность найти наилучший материал для ее конструкции, а также стало толчком для развития резинотехнической отрасли в промышленности.

Роберт Уильям Томсон первым запатентовал изобретение пневматической шины («воздушного колеса»)
В это сейчас трудно поверить, но сначала шина была предназначена не для автомобиля. На экипажах, которые передвигались без лошадей, она заменила большие резиновые шины только через много лет после своего появления на свет. Первым официально зафиксировал изобретение пневматической шины Роберт Уильям Томсон. Он родился 29 июня 1822 года в Шотландии, в семье мелкого землевладельца. В 1844 году, когда Томсону исполнилось 22 года, он стал инженером железнодорожного транспорта. В Лондоне у него был свой бизнес и своя контора, где и появилась на свет пневматическая шина. В патенте, который датирован 10 июня 1846 года и написан на высоком уровне, была описана суть изобретения Томсона, конструкция шины и необходимые для изготовления материалы. «Воздушное колесо», которое было описано в патенте, предназначалось для телеги или экипажа. Шина накладывалась на колесо с деревянными спицами, которые вставлялись в деревянный обод, а тот в свою очередь был обит обручем из металла. Шина состояла из камеры (несколько слоев парусины, пропитанных раствором гуттаперчи или натуральным каучуком) и наружного покрытия, состоящего из кусков кожи, которые соединялись заклепками. На обод шина крепилась болтами. Покрышка из кожи имела необходимое сопротивление износу и многочисленным изгибам. Так как кожа имеет свойство растягиваться в мокром виде и расширяться под воздействием внутреннего давления, камеру усилили парусиной. В патенте описывается также клапан для закачивания шины. Экипаж с воздушными колесами Томсон испытал, замеряя силу тяги. Проверка обнаружила снижение силы тяги на щебеночном покрытии — на 38%, а на покрытии из дробленой гальки — на 68%. Были отмечены также такие качества, как удобство езды, бесшумность, легкий ход. Результаты проведенных испытаний были опубликованы в 1849 году в журнале Mechanics Маgazin. Но появление этого значительного изобретения, продуманного к воплощению в жизнь, доказанное и обоснованное проведенными испытаниями и готовое к дальнейшим улучшениям и преобразованиям, не стало поводом к массовому производству. Не было энтузиастов, которые бы выпустили это изделие с приемлемой стоимостью. Томсон умер в 1873 году, а само «воздушное колесо» забыли, однако были сохранены образцы изделия.

Джон Данлоп применил пневматическую шину на практике
К пневматической шине снова вернулись в 1888 году. Это был шотландец Джон Данлоп. Он стал известен как автор пневматической шины. В 1887 году он усовершенствовал трехколесный велосипед своего маленького сына, надев на колесо широкие обручи, которые соорудил из шланга для поливки сада, а затем надул их воздухом. 23 июля 1888 года, Дж. Б. Данлопу выдали патент на изобретение, а приоритет в использовании «пневматического обруча» для транспорта был подтвержден патентом от 31 августа этого же года. Преимущества шины оценили очень быстро. В июне 1889 года на стадионе в Белфасте Уильям Хьюм участвовал в соревнованиях по гонкам на велосипеде с пневматическими шинами. И, несмотря на то, что Хьюм был средним гонщиком, он выиграл все заезды, в которых принимал участие. Изобретению нашлось и коммерческое применение. В Дублине в 1889 году была организована небольшая компания «Пневматическая шина и агентство Бута по продаже велосипедов». В настоящее время это одна из крупнейших в мире компаний по изготовлению шин — «Данлоп».

Дальнейшее усовершенствование пневматической шины
В 1890 году молодой инженер Чальд Уэлтч внес предложение: отделить камеру от покрышки, вставить в края покрышки проволоку и посадить на обод, у которого было углубление к центру. Француз Дидье и англичанин Бартлетт изобрели способы монтажа и демонтажа шин. Пневматическую шину можно было использовать на автомобиле. Первыми это сделали французы Андре и Эдуард Мишлен, имеющие к тому времени опыт в изготовлении шин для велосипедов. В 1895 году в автомобильной гонке Париж — Бордо принял участие автомобиль с пневматическими шинами, который справился с расстоянием в 1200 км, пришел к финишу своим ходом, несмотря на неоднократные проколы. В 1896 году в Англии шины «Данлоп» были установлены на автомобиле «Ланчестер». Пневматические шины способствовали плавному ходу и проходимости автомобилей. Но шины еще не были достаточно надежны и требовали много времени для монтажа. Последующие разработки в этой области были связаны с увеличением износоустойчивости шин и быстрым монтажом-демонтажом. Прошло еще немало лет, прежде чем пневматическая шина бесповоротно вытеснила литую резиновую шину. Для усовершенствования шины стали использовать более крепкие и долговечные материалы. В шине появился корд — прочный слой из текстильных нитей. Начали также использовать быстросъемные конструкции, что дало возможность менять шины в течение нескольких минут. Усовершенствованные пневматические шины получили повсеместное применение и привели к бурному всплеску в развитии шинной промышленности. Первая мировая война дала толчок в разработке шин для грузовых автомобилей и автобусов. Первыми в этом производстве стали США. Шины для грузового транспорта были высокого давления, и способные воспринимать большие нагрузки, но при этом обладающие необходимыми скоростными характеристиками. В 1925 году в мире было уже около 4 млн. автомобилей с пневматическими шинами. А это уже почти весь автомобильный парк. Исключение составляли лишь отдельные типы грузовиков. Появились большие компании по производству шин, причем многие из них успешно работают и в настоящее время: «Данлоп» в Англии, «Пирелли» в Италии, «Мишлен» во Франции, «Континенталь», «Метцелер» в ФРГ, «Гудьир», «Файрстоун» и «Гудрич» в США.

Научный подход к изготовлению шины
К концу 20-х годов прошлого века заканчивается создание шин только за счет интуиции конструктора. Появляется необходимость в научном подходе к созданию пневматических шин. В это время уже была база хорошо освоенной химической технологии. Ее можно было применять для приготовления резиновых смесей шин. В сфере конструирования и испытания шин для автомобилей опыт пришел не сразу. Для этой цели проводились научные исследования, и осуществлялась практическая деятельность многих компаний разных стран. Для определения эксплуатационных характеристик шин создавалась специальные испытательные стенды. В 30-е годы конструкторы работали над формой и рисунком протектора, а также пытались определить роль шины в управляемости автомобиля. Во время Второй мировой войны для создания новых усовершенствованных шин в рецептурах резин начали активно использовать синтетический каучук (СК). В бывшем СССР в шинной промышленности синтетический каучук вместо натурального стали применять еще в 1933 году. Следующим этапом в развитии шинного производства стало применение корда из вискозы и нейлона. Шины с вискозой улучшили характеристики и сократили случаи выхода из строя шин. Нейлон сделал шины более прочными. В результате разрывы каркаса практически свелись к нулю. В середине 20 века компанией «Мишлен» была предложена новая конструкция шин. Ее особенностью был жесткий пояс, который состоял из слоев металлокорда. Нити корда располагались не диагонально, а радиально от борта к борту. Эти шины стали называться радиальными и дали увеличение проходимости. В это же время конструкторы уделяли большое внимание износоустойчивости и сцепным свойствам шины, как на сухом, так и на мокром дорожном покрытии. В следующее десятилетие изменилось отношение высоты шины к ширине профиля. Радиальные шины изготавливают низкопрофильными. Стремление к низким профилям шин объяснялось увеличением площади контакта с дорогой. Это способствовало увеличению срока службы шины, и к тому же улучшило боковую устойчивость и сцепные свойства. По сравнению с 50-ми годами в 70-е годы пневматическая шина достигла определенного уровня совершенства. Увеличилась безопасность, и снизился расход топлива. Легковые автомобили перешли на радиальные шины. Компания «Континенталь» в 80-годы предложила новую конструкцию шины с креплением на Т-образном ободе колеса. Это обеспечило безопасное движение на маленькой скорости даже при спущенных шинах. Новая эпоха в создании шин началась с полетами в космос и космическими исследованиями. Луноходы и лунороботы потребовали производства новых типов шин, которые не боятся ни жары, ни холода, ни вакуума, способные двигаться по любой поверхности. В настоящее время проявляется общая тенденция к использованию бескамерных радиальных шин низкого профиля. Применение этих шин предоставляет возможность использовать рабочие характеристики транспортного средства по грузоподъемности и объему, а также обеспечить безопасность перевозок и эффективную работу транспортного средства. Усовершенствование шин продвигается по всем направлениям и характеризуется широкой специализацией в соответствии с их назначением. Уделяется внимание сцепным качествам, сопротивлению качения, грузоподъемности шин. Разработчики шинной промышленности работают над химическим составом, увеличением срока службы шины и безопасности движения транспортных средств, рисунком протектора, упрощением технологии производства, улучшением технико-экономических показателей шин.