Шина

Шина ( американский английский ) или шина ( англ. Commonwealth English ) — это кольцеобразный компонент, окружающий обод колеса для передачи нагрузки транспортного средства с оси через колесо на землю и обеспечения сцепления с поверхностью, по которой движется колесо. Большинство шин, например, для автомобилей и велосипедов, представляют собой пневматически накачиваемые конструкции, обеспечивающие гибкую подушку, поглощающую удары, когда шина перекатывается по неровностям поверхности. Шины образуют след, называемый пятном контакта , который соответствует весу автомобиля и опоре на поверхность, по которой он катится, путем оказания давления, которое позволяет избежать деформации поверхности.

Материалами современных пневматических шин являются синтетический каучук , натуральный каучук , ткань и проволока, а также технический углерод и другие химические соединения. Они состоят из протектора и корпуса. Протектор обеспечивает сцепление , а корпус удерживает некоторое количество сжатого воздуха . До того, как была разработана резина , шины представляли собой металлические ленты, надеваемые на деревянные колеса, чтобы удерживать колеса вместе под нагрузкой и предотвращать износ. Ранние резиновые шины были цельными (не пневматическими). Пневматические шины используются на многих транспортных средствах, включая автомобили , велосипеды , мотоциклы , автобусы , грузовики , тяжелую технику и самолеты . Металлические шины используются на локомотивах и железнодорожных вагонах , а шины из твердой резины (или других полимеров) также используются в различных неавтомобильных устройствах, таких как ролики , тележки , газонокосилки и тачки .

Необслуживаемые шины могут представлять серьезную опасность для транспортных средств и людей: от спущенных шин , которые делают транспортное средство неработоспособным, до взрывов , когда шины взрываются во время работы и могут повредить транспортные средства и травмировать людей. По этой причине производство шин часто строго регулируется. Из-за широкого использования шин для автомобилей отходы шин составляют значительную часть мировых отходов. Существует потребность в переработке шин посредством механической переработки и повторного использования, например, резиновой крошки и других заполнителей, полученных из шин , а также пиролиза для химического повторного использования, например, для топлива, полученного из шин . При неправильной переработке или сжигании использованные шины выделяют токсичные химические вещества в окружающую среду. Более того, регулярное использование шин приводит к образованию микрочастиц пластика , содержащих эти химические вещества, которые попадают в окружающую среду и влияют на здоровье человека. ^[1]

Этимология и правописание

Слово шина — это краткая форма наряда , от представления о том, что колесо с шиной — это одетое колесо. ^[2]^[3]

Орфографическая шина не появлялась до 1840-х годов, когда англичане начали обжимать колеса железнодорожных вагонов ковким железом. Тем не менее, традиционные издатели продолжали использовать шину . Лондонская газета «Таймс» все еще использовала шины даже в 1905 году. ^[4] В 19 веке для пневматических шин в Великобритании начали широко использовать шины для написания . В издании Британской энциклопедии 1911 года говорится, что «Написание «шина» в настоящее время не принимается лучшими английскими авторитетами и не признается в США» , ^[5] в то время как в «Современном английском языке» Фаулера 1926 года описывается, что «нет ничего, что можно было бы изменить». можно сказать о слове «шина», которое этимологически неверно, а также без необходимости расходится с нашим собственным [британским] старым и нынешним американским употреблением». ^[6] Однако в течение 20-го века «шина» стала стандартным британским написанием. ^[3]

История

Самые ранние шины представляли собой кожаные ленты , ^[7] затем железные (позже стальные ), помещенные на деревянные колеса, используемые на телегах и повозках . Квалифицированный рабочий, известный как колесный мастер , заставлял шину расширяться, нагревая ее в кузнечном огне, помещая ее на колесо и закаляя, в результате чего металл снова сжимался до своего первоначального размера, чтобы плотно прилегать к колесу.

Первый патент на стандартную пневматическую шину появился в 1847 году и был подан шотландским изобретателем Робертом Уильямом Томсоном . ^[8] Однако эта идея так и не была реализована. Первая практичная пневматическая шина была изготовлена в 1888 году на Мэй-стрит в Белфасте уроженцем Шотландии Джоном Бойдом Данлопом , владельцем одной из самых процветающих ветеринарных клиник Ирландии. Это была попытка предотвратить головные боли у его 10-летнего сына Джонни, когда он катался на трехколесном велосипеде по неровным тротуарам. Его врач Джон, позже сэр Джон Фэган, прописал мальчику езду на велосипеде в качестве упражнения и был постоянным посетителем. Фэган участвовал в разработке первых пневматических шин. Велосипедист Уилли Хьюм продемонстрировал превосходство шин Dunlop в 1889 году, выиграв первые в истории гонки с шинами в Ирландии, а затем в Англии. ^[9]^[10] В описании патента на шины Данлопа от 31 октября 1888 года его интерес проявляется только в их использовании в велосипедах и легких транспортных средствах. В сентябре 1890 года ему сообщили о более раннем событии, но компания сохранила информацию при себе. ^[11]

В 1892 году патент Данлопа был объявлен недействительным из-за уровня техники забытого шотландца Роберта Уильяма Томсона из Лондона (патенты Лондон 1845 г., Франция 1846 г., США 1847 г.). Тем не менее, Данлопу приписывают «осознание того, что резина может противостоять износу шины, сохраняя при этом свою устойчивость». ^[12] Джон Бойд Данлоп и Харви дю Кро преодолели возникшие значительные трудности. Они наняли изобретателя Чарльза Кингстона Уэлча и приобрели другие права и патенты, что позволило им в некоторой степени защитить положение своего бизнеса по производству пневматических шин . Компания Pneumatic Tire впоследствии стала называться Dunlop Rubber и Dunlop Tyres . Развитие этой технологии основывалось на множестве технических достижений, в том числе на вулканизации натурального каучука с использованием серы, а также на разработке «клинчерного» обода для удержания шины на месте по бокам на ободе колеса.

Синтетические каучуки были изобретены в лабораториях компании Bayer в 1920-х годах. ^[13] Дефицит резины в Соединенном Королевстве во время Второй мировой войны побудил к исследованию альтернатив резиновым шинам, включая кожу, прессованный асбест, вискозу, войлок, щетину и бумагу. ^[14]

В 1946 году компания Michelin разработала метод изготовления радиальных шин . В 1934 году компания Michelin купила обанкротившуюся автомобильную компанию Citroën , чтобы использовать эту новую технологию. Благодаря превосходству в управляемости и экономии топлива, ^[15] использование этой технологии быстро распространилось по Европе и Азии. ^[16] В США устаревшая конструкция диагональных шин сохранялась до тех пор, пока компания Ford Motor Company не приняла на вооружение радиальные шины в начале 1970-х годов, ^[17] после статьи 1968 года во влиятельном американском журнале Consumer Reports , подчеркивающей превосходство радиальной конструкции. . ^[18]^[19] Шинная промышленность США потеряла свою долю рынка в пользу японских и европейских производителей, ^[20] которые выкупили американские компании. ^[21]

Приложения

Шины можно классифицировать в зависимости от типа транспортного средства, для которого они предназначены. Их можно отличить по нагрузке, которую они несут, и по способу применения, например, в автомобиле, самолете или велосипеде.

Автомобильная промышленность

Легкий – средний режим работы

Шины малой грузоподъемности для легковых автомобилей выдерживают нагрузку от 550 до 1100 фунтов (от 250 до 500 кг) на ведущее колесо. Грузовики и фургоны малой и средней грузоподъемности несут на ведущем колесе грузы от 1100 до 3300 фунтов (от 500 до 1500 кг). ^[23] Они различаются по индексу скорости для разных транспортных средств, включая (начиная от самой низкой скорости до самой высокой): зимние шины, шины для легких грузовиков, легковые шины начального уровня, седаны и фургоны, спортивные седаны и автомобили с высокими эксплуатационными характеристиками. . ^[24] Помимо дорожных шин, существуют специальные категории:

Зимние шины предназначены для эксплуатации на снегу и льду . Они имеют рисунок протектора с большими зазорами, чем у летних шин, что увеличивает сцепление на снегу и льду. Такие шины, прошедшие специальные испытания на сцепление в зимних условиях, имеют право иметь на боковинах символ «Трехвершинная горная снежинка». Шины, предназначенные для зимних условий, оптимизированы для езды при температуре ниже 7 °C (45 °F). Некоторые зимние шины имеют металлические или керамические шипы, которые выступают из шины для увеличения сцепления с укатанным снегом или льдом. Шипы истирают сухое дорожное покрытие, вызывая образование пыли и износ дорожки колеса. ^[25] Правила, требующие использования зимних шин или разрешающие использование шипов, различаются в зависимости от страны Азии и Европы, а также от штата или провинции в Северной Америке.
Всесезонные шины обычно рассчитаны на грязь и снег (M+S). Зазоры протектора этих шин меньше, чем у зимних шин, и больше, чем у обычных шин. Они тише зимних шин на чистых дорогах, но менее эффективны на снегу или льду. ^[26]
Вездеходные шины созданы для обеспечения достаточного сцепления на бездорожье, но при этом обладают хорошей управляемостью и шумовыми характеристиками для езды по шоссе. ^[27] Такие шины лучше подходят для езды по снегу и дождю, чем уличные шины, и «хороши» на льду, камнях и песке. ^[28]
Грязевые шины имеют более глубокий и открытый протектор, обеспечивающий хорошее сцепление с грязью, чем вседорожные шины, но хуже ведут себя на асфальте. ^[29]
Высокопроизводительные шины рассчитаны на скорость до 168 миль в час (270 км/ч), а сверхвысокопроизводительные шины рассчитаны на скорость до 186 миль в час (299 км/ч), но имеют более жесткие ходовые качества и долговечность. ^[30]
Электромобили предъявляют уникальные требования к шинам из-за сочетания веса (что приводит к новому индексу нагрузки), более высокого крутящего момента и требований к более низкому сопротивлению качению. ^[31]

Другие типы автомобильных шин для легких условий эксплуатации включают шины Run-Flat и шины для гоночных автомобилей:

Шины Run-Flat устраняют необходимость в запасном колесе, поскольку в случае прокола на них можно двигаться на пониженной скорости, используя жесткую боковину для предотвращения повреждения обода шины. ^[32] Транспортные средства без шин Run-Flat используют запасное колесо, которое может быть компактной шиной, для замены поврежденной шины. ^[32]
Шины для гоночных автомобилей делятся на три основные категории: DOT (разрешенные для уличного движения), слики и дождевые . Шины гоночных автомобилей сконструированы так, чтобы максимизировать трение на поворотах и при ускорении за счет долговечности. Гоночные слики не имеют протектора, что обеспечивает максимальный контакт с дорожным покрытием, а дождевые шины имеют каналы для выброса воды во избежание аквапланирования . ^[33]

Сверхмощный

Шины для тяжелых условий эксплуатации для больших грузовиков и автобусов бывают различных профилей и выдерживают нагрузку от 4000 до 5500 фунтов (1800–2500 кг) на ведущее колесо. ^[23] Обычно они устанавливаются последовательно на ведущей оси. ^[32]

Грузовые шины бывают самых разных профилей, включая «низкопрофильные» с высотой профиля от 70 до 45% ширины протектора, «широкие» для тяжелых транспортных средств и «суперодиночные» шины с таким же профилем. общее контактное давление для комбинации сдвоенных шин. ^[32]
Внедорожные шины используются на строительных машинах, сельскохозяйственной и лесохозяйственной технике, а также на других машинах, работающих на мягкой местности. В эту категорию также входит оборудование, которое передвигается по твердым поверхностям на промышленных площадках, в портах и аэропортах. ^[34] Шины, предназначенные для езды по мягкой местности, имеют глубокий и широкий протектор, обеспечивающий сцепление с рыхлой грязью, грязью, песком или гравием. ^[35]

Другой

Самолеты, велосипеды и различные промышленные устройства предъявляют особые требования к конструкции.

Шины самолета предназначены для приземления на твердые поверхности, и их шасси поглощает удары при приземлении. Чтобы сохранить требуемый вес и пространство, они обычно имеют небольшие размеры по сравнению с транспортным средством, которое они поддерживают. Большинство из них имеют радиальную конструкцию. Они рассчитаны на пиковую нагрузку, когда самолет стоит на месте, хотя важным фактором являются боковые нагрузки при приземлении. ^[36] Хотя аквапланирование является проблемой для авиационных шин, они обычно имеют радиальные канавки и не имеют боковых канавок или ламелей. ^{[37] Некоторые легкие самолеты используют}тундровые шины большого диаметра и низкого давления для посадки на неподготовленные поверхности в дикой местности. ^[38]
Велосипедные шины могут быть предназначены для езды по дорогам или по неулучшенной местности и могут устанавливаться на транспортные средства, имеющие более двух колес. Существует три основных типа: клинчер , проволочный и трубчатый . ^[39] Большинство велосипедных шин являются клинчерными и имеют борт, который прижимается к ободу колеса. Внутренняя трубка обеспечивает давление воздуха и контактное давление между бортом и ободом колеса. ^[40]
Промышленные шины предназначены для таких транспортных средств, как вилочные погрузчики, тракторы, экскаваторы, дорожные катки и ковшовые погрузчики. Те, которые используются на гладких поверхностях, имеют гладкий протектор, тогда как те, которые используются на мягких поверхностях, обычно имеют большой рисунок протектора. ^[41] Некоторые промышленные шины бывают цельными или наполненными пеной. ^[42]
Шины мотоцикла обеспечивают сцепление, противостоят износу, поглощают неровности поверхности и позволяют мотоциклу поворачивать за счет противодействия рулевому управлению . Контакт двух шин с землей влияет на безопасность, торможение, экономию топлива, шум и комфорт водителя. ^[43]^{[ собственный источник? ]}

Типы конструкции

Конструкция шин охватывает пневматические шины, используемые на легковых, грузовых автомобилях и самолетах, а также включает неавтомобильную технику с тихоходными, малотоннажными или железнодорожными шинами, которые могут иметь непневматические шины.

Автомобильная промышленность

После объявления Consumer Reports в 1968 году о превосходстве радиальной конструкции, радиальные шины начали неумолимо увеличивать свою долю рынка, достигнув 100% рынка Северной Америки в 1980-х годах. ^[18] Технология радиальных шин в настоящее время является стандартной конструкцией практически для всех автомобильных шин, но используются и другие методы. ^[24]

В конструкции радиальной шины используются корды основного слоя, идущие от бортов и поперек протектора так, что корды уложены примерно под прямым углом к центральной линии протектора и параллельно друг другу, а также ремни стабилизатора непосредственно под протектором. Ремни могут быть кордовыми или стальными. Преимуществами этой конструкции являются более длительный срок службы протектора, лучшее рулевое управление, меньшее количество выбросов, улучшенная экономия топлива и более низкое сопротивление качению. Недостатками радиальной шины являются более жесткая езда на малых скоростях по неровной дороге и в условиях бездорожья, снижение способности «самоочищения» и снижение сцепления с дорогой на низких скоростях. ^[24]

В конструкции диагональной шины (или поперечного слоя) используются корды основного слоя, которые проходят по диагонали от борта к борту, обычно под углами в диапазоне от 30 до 40 градусов. Последовательные слои укладываются под противоположными углами, образуя узор крест-накрест, на который наносится протектор. Конструкция позволяет всему корпусу шины легко изгибаться, обеспечивая главное преимущество этой конструкции — плавность хода на неровных поверхностях. Эта характеристика амортизации также является причиной основных недостатков диагональной шины: повышенное сопротивление качению и меньший контроль и тяга на более высоких скоростях.^[24]

Диагональная шина с ремнем состоит из двух или более диагональных слоев, к которым непосредственно под протектором прикреплены ремни стабилизатора. Эта конструкция обеспечивает более плавную езду, аналогичную диагональной шине, при этом уменьшая сопротивление качению, поскольку ремни увеличивают жесткость протектора. Дизайн был представлен компанией Armstrong, а компания Goodyear сделала его популярным благодаря шине торговой марки Polyglas с полиэфирным каркасом и поясами из стекловолокна. ^[44] Шина с «ремнем» состоит из двух основных слоев полиэстера, вискозы или нейлона, отожженных, как и в обычных шинах, а затем сверху размещаются кольцевые ремни под разными углами, что улучшает характеристики по сравнению с диагональными шинами без ремней. Ремни могут быть из стекловолокна или стали. ^[44]

Другой

Бескамерные шины — это пневматические шины, для которых не требуется отдельная камера.

Полупневматические шины имеют полый центр, но они не находятся под давлением. Они легкие, недорогие, устойчивы к проколам и обеспечивают амортизацию. ^[45] Эти шины часто поставляются в сборе с колесом и даже встроенными шарикоподшипниками . Они используются на газонокосилках , инвалидных колясках и тачках . Они также могут быть прочными, обычно используются в промышленности ^[46] и сконструированы так, чтобы не отрывать обод во время использования.

Безвоздушная шина — это непневматическая шина, которая не поддерживается давлением воздуха. Они чаще всего используются на небольших транспортных средствах, таких как гольф-кары, а также на транспортных средствах общего назначения в ситуациях, когда риск прокола высок, например, на строительной технике. Многие шины, используемые в промышленности и коммерческих целях, не являются пневматическими и изготавливаются из твердых резиновых и пластиковых смесей методом формования. К цельнолитым покрышкам относятся те, которые используются в газонокосилках, скейтбордах, тележках для гольфа, скутерах и многих типах легких промышленных транспортных средств, тележек и прицепов. Одним из наиболее распространенных применений цельнолитых шин является погрузочно-разгрузочное оборудование (вилочные погрузчики). Такие шины устанавливаются с помощью гидравлического шиномонтажного пресса.

Деревянные колеса для гужевого транспорта обычно имеют кованую покрышку. Эта конструкция была распространена на вагоны конки, катящиеся по гранитной брусчатке или чугунным рельсам .

Колеса некоторых железнодорожных двигателей и старых типов подвижного состава оснащены железнодорожными шинами , чтобы исключить необходимость полной замены колеса. Шина, обычно изготовленная из стали, окружает колесо и удерживается на месте преимущественно за счет посадки с натягом .

Шины самолетов могут работать при давлении, превышающем 200 фунтов на квадратный дюйм (14 бар ; 1400 кПа ). ^[47] Некоторые авиационные шины накачиваются азотом , чтобы «исключить возможность химической реакции между атмосферным кислородом и летучими газами из внутреннего покрытия шины, приводящей к взрыву шины». ^[48]

Производство

Пневматические шины производятся примерно на 450 шинных заводах по всему миру. Производство шин начинается с сыпучего сырья, такого как резина, углеродная сажа и химикаты, и производит множество специализированных компонентов, которые собираются и обрабатываются. Используются многие виды каучука, наиболее распространенным из которых является сополимер стирола и бутадиена . ^[49]

Прогнозы мирового рынка автомобильных шин указывают на продолжающийся рост до 2027 года. По оценкам, объем мирового объема продаж в 2022 году составит около 126 миллиардов долларов США, а к 2027 году ожидается, что он достигнет значения более 176 миллиардов долларов США. [50 ^] Производство шин также испытывает трудности. рост. В 2015 году в США было произведено почти 170 миллионов шин. ^[51] Ежегодно производится более 2,5 миллиардов шин, что делает шинную промышленность основным потребителем натурального каучука. Предполагается, что к 2019 году во всем мире будет продаваться 3 миллиарда шин ежегодно. ^[52] По оценкам, мировое производство шин в 2021 году составит 2 268 миллионов, а к 2027 году ожидается, что оно достигнет 2 665 миллионов шин. ^[53]

По состоянию на 2011 год в тройку крупнейших компаний-производителей шин по выручке входили Bridgestone (производство 190 миллионов шин), Michelin (184 миллиона), Goodyear (181 миллион); за ними следовали Continental и Pirelli . ^[54]^[55] Группа Lego произвела более 318 миллионов игрушечных шин в 2011 году и была признана Книгой рекордов Гиннеса как имеющая самый высокий годовой объем производства шин среди всех производителей. ^[56]^[57]

Компоненты

Шина состоит из нескольких компонентов: протектора, борта, боковины, плечевой зоны и слоя.

Протектор

Протектор – это часть шины, которая соприкасается с поверхностью дороги. Часть, которая находится в контакте с дорогой в данный момент времени, называется пятном контакта . Протектор представляет собой толстую резину или смесь резины и композита, разработанную для обеспечения соответствующего уровня сцепления и не изнашивающегося слишком быстро. ^[58]

Рисунок протектора характеризуется системой кольцевых канавок, боковых ламелей и прорезей для дорожных шин ^[24] или системой выступов и пустот для шин, предназначенных для езды по мягкому грунту или снегу. Канавки проходят по окружности шины и необходимы для отвода воды. Выступы — это та часть рисунка протектора, которая контактирует с поверхностью дороги. Канавки, ламели и прорези позволяют шинам отводить воду.

Конструкция протекторов и взаимодействие конкретных типов шин с поверхностью дороги влияют на дорожный шум — источник шумового загрязнения , исходящий от движущихся транспортных средств. Интенсивность звука увеличивается с увеличением скорости автомобиля. ^[59] Протекторы шин могут иметь различные расстояния между прорезями ( длины шага ), чтобы минимизировать уровни шума на дискретных частотах. Ламели представляют собой прорези, прорезанные поперек шины, обычно перпендикулярно канавкам, которые позволяют воде из канавок выходить вбок и уменьшают аквапланирование . ^[24]

Различные рисунки протектора рассчитаны на различные условия вождения. По мере увеличения соотношения площади протектора шины к площади канавок увеличивается и трение шин на сухом асфальте, как это видно на шинах Формулы-1 , некоторые из которых не имеют канавок. Высокопроизводительные шины часто имеют меньшую площадь пустот, чтобы обеспечить больший контакт резины с дорогой и более высокое сцепление, но могут быть дополнены более мягкой резиной, которая обеспечивает лучшее сцепление, но быстро изнашивается. ^[60] В грязе-снежных шинах (M&S) используются более крупные и глубокие прорези для сцепления с грязью и снегом. ^[24] Зимние шины имеют еще большие и глубокие прорези, которые уплотняют снег и создают прочность на сдвиг внутри утрамбованного снега, что улучшает эффективность торможения и прохождения поворотов. ^[61]

Полосы износа (или индикаторы износа) — это выступающие элементы, расположенные в нижней части канавок протектора, которые указывают на то, что шина достигла предела износа. Когда выступы протектора изношены до такой степени, что износные планки соединяются с выступами, шины полностью изношены и их следует вывести из эксплуатации, обычно при остаточной глубине протектора 1,6 миллиметра (0,063 дюйма). ^[62]

Другой

Борт шины — это часть шины, которая контактирует с ободом колеса. Этот важный компонент состоит из прочных стальных тросов, заключенных в прочную, специально разработанную резину, устойчивую к растяжению. Точность посадки борта имеет решающее значение, поскольку он плотно прижимает шину к колесу, поддерживая целостность давления воздуха и предотвращая любую потерю воздуха. Конструкция борта обеспечивает надежное, нескользящее соединение, предотвращающее независимое вращение шины от колеса во время движения автомобиля. Кроме того, взаимодействие между размерами борта и шириной колеса существенно влияет на отзывчивость и устойчивость рулевого управления автомобиля, поскольку помогает сохранять заданную форму шины и контакт с дорогой.

Боковина — это та часть шины или велосипедной шины , которая соединяет протектор и борт. Боковина в основном резиновая, но усилена тканевыми или стальными кордами, которые обеспечивают прочность на разрыв и гибкость. Боковина содержит давление воздуха и передает крутящий момент, приложенный ведущей осью, к протектору, создавая сцепление, но выдерживает лишь небольшую часть веса автомобиля, о чем свидетельствует полное разрушение шины при проколе.

Боковые стенки украшены деталями производителя, предупреждающими надписями, утвержденными правительством, и другой информацией для потребителей. ^[63]^[64]

Боковина также может иногда иметь декоративный орнамент, который включает вставки с белыми стенками или красными линиями, а также надписи на шинах . ^[65]

Плечо — это часть шины на краю протектора при переходе к боковине. ^[66]

Слои представляют собой слои относительно нерастяжимых кордов, встроенных в резину ^[67] для сохранения ее формы, предотвращая растяжение резины в ответ на внутреннее давление. Ориентация слоев играет большую роль в характеристиках шины и является одним из основных способов классификации шин. ^[68]

Блемс

Blem (сокращение от «испорченный») — это термин, используемый для обозначения шины, которая не прошла проверку во время производства, но только по поверхностным/косметическим/эстетическим причинам. Например, шина с размазанными или неполными буквами, нарисованными белой краской, может быть классифицирована как «дефект». Шины Blem полностью функциональны и, как правило, имеют ту же гарантию, что и безупречные шины, но продаются со скидкой. ^[69]

Материалы

Материалы современных пневматических шин можно разделить на две группы: корды, составляющие слой, и эластомер, который их покрывает.

Шнуры

Шнуры, образующие слой и борт и обеспечивающие прочность на разрыв, необходимую для сдерживания внутреннего давления, могут состоять из стали , натуральных волокон, таких как хлопок или шелк , или синтетических волокон, таких как нейлон или кевлар . Важна хорошая адгезия между кордами и резиной. Для достижения этой цели стальные корды покрывают тонким слоем латуни, ^[70] в резину также будут добавляться различные добавки для улучшения связывания, такие как смеси резорцина и HMMM .

Эластомер

Около 50% шин используют сополимер стирола и бутадиена в качестве основного ингредиента ^[13].

Эластомер, который образует протектор и покрывает корды, защищая их от истирания и удерживая на месте, является ключевым компонентом конструкции пневматических шин. Он может состоять из различных композитов резинового материала (наиболее распространенным из которых является сополимер стирола и бутадиена ) с другими химическими соединениями, такими как диоксид кремния и сажа .

Оптимизация сопротивления качению эластомерного материала является ключевой задачей для снижения расхода топлива в транспортном секторе. По оценкам, легковые автомобили потребляют примерно 5–15% топлива на преодоление сопротивления качению, тогда как для тяжелых грузовиков эта оценка, как предполагается, выше. ^[71] Однако существует компромисс между сопротивлением качению, сцеплением и сцеплением с мокрой дорогой: хотя низкое сопротивление качению может быть достигнуто за счет снижения вязкоупругих свойств резиновой смеси (низкий тангенс (δ) ), это достигается за счет сцепление и сцепление на мокрой дороге, что требует гистерезиса и рассеивания энергии (высокий тангенс (δ)). Низкое значение тангенса (δ) при 60 °C используется как индикатор низкого сопротивления качению, а высокое значение тангенса (δ) при 0 °C используется как индикатор высокого сцепления с мокрой дорогой. ^[29] Разработка эластомерного материала, который может обеспечить как высокое сцепление с мокрой дорогой, так и низкое сопротивление качению, является ключом к достижению безопасности и топливной эффективности в транспортном секторе.

Наиболее распространенным эластомерным материалом, используемым сегодня, является сополимер стирола и бутадиена . Он сочетает в себе свойства полибутадиена , высокоэластичного полимера ( Tg = -100 °C), имеющего высокий гистерезис и, следовательно, обеспечивающего хорошее сцепление с мокрой дорогой, со свойствами полистирола , который представляет собой стеклообразный полимер ( Tg = 100 °C). имеет низкий гистерезис и, таким образом, обеспечивает низкое сопротивление качению в дополнение к износостойкости . Таким образом, соотношение двух мономеров в сополимере стирола и бутадиена считается ключевым при определении температуры стеклования материала, которая коррелирует с его свойствами сцепления и сопротивления. ^[72]

Невыхлопные выбросы твердых частиц, образующиеся в результате изнашивания тормозов, сцеплений, шин и дорожного покрытия, а также взвеси дорожной пыли, составляют малоизвестную, но растущую долю выбросов от дорожного движения и наносят существенный вред. здравоохранение. ^[73]

На колесе

Сопутствующие компоненты шин включают колесо, на котором оно установлено, стержень клапана, через который подается воздух, и, для некоторых шин, внутреннюю камеру, обеспечивающую герметичность для поддержания давления в шине.

Колесо . Пневматические шины устанавливаются на колеса , которые чаще всего имеют встроенные обода на внешних краях, удерживающие шину. Автомобильные колеса обычно изготавливаются из прессованной и сварной стали или из сплавов легких металлов , таких как алюминий или магний. Существует два аспекта того, как пневматические шины поддерживают обод колеса, на котором они установлены. ^[74] Во-первых, натяжение кордов равномерно тянет борт вокруг колеса, за исключением случаев, когда оно уменьшается над пятном контакта. ^[75] Во-вторых, борт передает чистую силу на обод. ^[76]^[75] Шины монтируются на колесо путем введения их бортов в канал, образованный внутренним и внешним ободами колеса. ^[77]^[78]
Шток клапана . Пневматические шины получают воздух через шток клапана — трубку из металла или резины с обратным клапаном , обычно клапаном Шредера на автомобилях и большинстве велосипедных шин или клапаном Presta на высокопроизводительных велосипедах. Они крепятся непосредственно к ободу (в случае бескамерных шин) или являются неотъемлемой частью внутренней камеры. Большинство современных легковых автомобилей теперь должны иметь систему контроля давления в шинах , которая обычно состоит из стержня клапана, прикрепленного к электронному модулю. ^[32]
Камера . Большинство велосипедных шин , многие шины для мотоциклов и многие шины для больших транспортных средств, таких как автобусы, тяжелые грузовики и тракторы, предназначены для использования с камерами . Внутренние трубки представляют собой воздушные шары в форме тора , изготовленные из непроницаемого материала, например мягкого эластичного синтетического каучука, для предотвращения утечки воздуха. Внутренние камеры вставляются в шину и накачиваются для сохранения давления воздуха. Большие камеры можно повторно использовать для других целей, например, для плавания и рафтинга (см. кольцо для плавания ), катания на трубках (отдых) , катания на санях и катания на лыжах . Для этих целей также производятся специальные надувные торы, предлагающие выбор цвета, тканевого покрытия, ручек, настилов и других аксессуаров, а также исключающие выступающий стержень клапана.

ТТХ

Взаимодействие шины с дорожным покрытием является сложным. Обычно используемой (эмпирической) моделью свойств шин является «Волшебная формула» Пачейки . ^[79] Некоторые из них описаны ниже в алфавитном порядке по разделам.

Динамика

Баланс . Комбинации колес и шин требуют равномерного распределения массы по окружности для поддержания баланса шин при повороте на скорости. Шины проверяются на производстве на наличие чрезмерного статического и динамического дисбаланса с использованием автоматических балансировочных станков. Шины проверяют еще раз на автосборочном заводе или в шинном магазине после установки шины на колесо. Агрегаты, в которых наблюдается чрезмерный дисбаланс, исправляются путем установки на колеса балансировочных грузов, чтобы компенсировать дисбаланс между шиной и колесом. Альтернативным методом балансировки шин является использование внутренних средств балансировки шин. Эти агенты используют центробежную силу и инерцию для противодействия дисбалансу шины. ^[80] Чтобы облегчить правильную балансировку, большинство производителей высокопроизводительных шин размещают красные и желтые метки на боковинах, чтобы обеспечить наилучшее соответствие монтажа шины/колеса в сборе. Существует два метода согласования высокопроизводительных шин с колесами в сборе с использованием этих красных (равномерность) или желтых (вес) меток. ^[81]
Центробежный рост . Шина, вращающаяся на более высоких скоростях, имеет тенденцию увеличиваться в диаметре из-за центробежных сил , которые отталкивают резину протектора от оси вращения. Это может привести к погрешности спидометра . По мере увеличения диаметра шины ширина шины уменьшается. Этот центробежный рост может привести к трению шины о автомобиль на высоких скоростях. Мотоциклетные шины часто имеют усиление, направленное на минимизацию центробежного роста. ^[24]
Пневматический след . Пневматический след шины — это эффект следа, создаваемый податливыми шинами, катящимися по твердой поверхности и подверженными боковым нагрузкам, например, при повороте. С технической точки зрения, это расстояние, на котором результирующая сила бокового скольжения возникает за геометрическим центром пятна контакта . ^[82]
Угол скольжения — Угол скольжения или угол бокового скольжения — это угол между фактическим направлением движения катящегося колеса и направлением, на которое оно указывает (т. е. угол векторной суммы поступательной скорости колеса и скорости бокового скольжения ). ^[24] $v_ {x}$ $v_{y}$
Длина релаксации . Длина релаксации — это задержка между введением угла увода и моментом, когда поворотная сила достигает своего установившегося значения. ^[24]
Жесткость пружины . Вертикальная жесткость, или жесткость пружины , представляет собой отношение вертикальной силы к вертикальному отклонению шины и влияет на общие характеристики подвески автомобиля. Как правило, жесткость пружины увеличивается с ростом инфляционного давления. ^[83]
Тормозной путь . Шины, ориентированные на производительность, имеют рисунок протектора и резиновые смеси, предназначенные для сцепления с поверхностью дороги, поэтому тормозной путь обычно немного короче. Однако для получения данных, выходящих за рамки обобщений, необходимы специальные испытания на торможение. ^[24]

Силы

Упор развала . Упор развала и сила развала — это сила, создаваемая перпендикулярно направлению движения катящейся шины из-за угла развала и конечного пятна контакта. ^[24]
Круг сил. Круг сил , круг сцепления, круг трения или эллипс трения — полезный способ подумать о динамическом взаимодействии между шиной транспортного средства и поверхностью дороги. ^[84]
Пятно контакта . Пятно контакта или след шины — это область протектора, которая соприкасается с поверхностью дороги. Эта область передает силы между шиной и дорогой посредством трения. Соотношение длины и ширины пятна контакта влияет на рулевое управление и поведение на поворотах. ^[24]
Поворотная сила . Поворотная сила или боковая сила — это боковая (т. е. параллельная поверхности дороги) сила, создаваемая шиной транспортного средства во время поворота. ^[24]
Сцепление на сухой дороге . Сцепление на сухой дороге является мерой способности шины обеспечивать сцепление или сцепление в сухих условиях. Сцепление на сухой дороге зависит от липкости резиновой смеси. ^[24]
Изменение силы . Протектор шины и элементы боковины подвергаются деформации и восстановлению при входе и выходе из зоны контакта. Поскольку резина эластомерная, во время этого цикла она деформируется. По мере того, как резина деформируется и восстанавливается, она передает на автомобиль циклические силы. Эти различия в совокупности называются единообразием шин . Однородность шины характеризуется изменением радиальной силы (RFV), изменением боковой силы (LFV) и изменением тангенциальной силы . Изменение радиальной и поперечной силы измеряется на машине измерения силы в конце производственного процесса. Шины, выходящие за указанные пределы для RFV и LFV, бракуются. Геометрические параметры, включая радиальное биение, боковое биение и выпуклость боковины, измеряются с помощью машины для проверки однородности шин на шинном заводе в конце производственного процесса в качестве проверки качества. ^[24]
Сопротивление качению . Сопротивление качению — это сопротивление качению, вызванное деформацией шины при контакте с поверхностью дороги. Когда шина катится, протектор входит в зону контакта и деформируется, чтобы соответствовать дорожному полотну. Энергия, необходимая для деформации, зависит от внутреннего давления, скорости вращения и многочисленных физических свойств конструкции шины, таких как сила пружины и жесткость. Производители шин ищут конструкции шин с более низким сопротивлением качению, чтобы улучшить экономию топлива в легковых и особенно грузовых автомобилях, где на сопротивление качению приходится большая часть расхода топлива. Пневматические шины также имеют гораздо более низкое сопротивление качению, чем цельные шины. Поскольку внутреннее давление воздуха действует во всех направлениях, пневматическая шина способна «поглощать» неровности дороги при перекатывании по ним, не испытывая при этом силы реакции, противоположной направлению движения, как в случае с твердой (или пенопластовой) шиной. -залитая) шина. ^[24]
Момент самовыравнивания. Крутящий момент самовыравнивания , также известный как момент выравнивания, SAT или Mz, представляет собой крутящий момент , который создает шина при движении и стремится ее направить, т. е. повернуть вокруг вертикальной оси. ^[24]
Сцепление с мокрой дорогой . Сцепление с мокрой дорогой — это сцепление шины с дорогой во влажных условиях. Сцепление с мокрой дорогой улучшается за счет способности конструкции протектора отводить воду из зоны контакта шины и уменьшать аквапланирование . Однако шины с круглым поперечным сечением, например, на гоночных велосипедах, при правильном накачивании имеют достаточно малый след, чтобы не подвергаться аквапланированию. Замечено, что для таких шин полностью скользкие шины обеспечивают превосходное сцепление как на мокром, так и на сухом асфальте. ^[85]

Нагрузка

Чувствительность к нагрузке . Чувствительность к нагрузке — это поведение шин под нагрузкой. Обычные пневматические шины ведут себя не так, как предполагает классическая теория трения . А именно, чувствительность большинства реальных шин к нагрузке в их типичном рабочем диапазоне такова, что коэффициент трения уменьшается по мере увеличения вертикальной нагрузки Fz. ^[24]
Рабочая нагрузка . Рабочая нагрузка шины контролируется, чтобы не подвергать ее чрезмерной нагрузке, которая может привести к ее преждевременному выходу из строя. ^[86] Рабочая нагрузка измеряется в тонно-километрах в час (TKPH). Название и единицы измерения одинаковы. Недавний дефицит и рост стоимости шин для тяжелой техники сделали TKPH важным параметром при выборе шин и обслуживании оборудования для горнодобывающей промышленности. По этой причине производители шин для крупной землеройной и горнодобывающей техники присваивают своим шинам рейтинг TKPH в зависимости от их размера, конструкции, типа протектора и резиновой смеси. ^[87]^[88] Рейтинг основан на весе и скорости, с которыми шина может справиться без перегрева и преждевременного выхода из строя. Эквивалентной мерой, используемой в Соединенных Штатах, является тонна-миля в час (TMPH).

Носить

Износ шин является основным источником загрязнения резины . При этом вызывает беспокойство то, что загрязнение от износа автомобильных шин не регулируется, в отличие от выбросов выхлопных газов. ^[89]

Износ протектора: Это происходит при обычном контакте с дорогами или местностью; Существует несколько типов ненормального износа протектора. Плохое выравнивание колес может привести к чрезмерному износу внутренних или внешних ребер. Гравийные дороги, каменистая местность и другие пересеченные местности вызывают ускоренный износ. Чрезмерное давление выше максимума боковины может привести к чрезмерному износу центра протектора. Во избежание этого в современные шины встроены стальные ремни. Недостаточное давление приводит к чрезмерному износу внешних ребер. Несбалансированные колеса могут привести к неравномерному износу шин, поскольку вращение может быть не совсем круговым. Производители шин и автомобильные компании совместно установили стандарты испытаний на износ протектора, которые включают параметры измерения профиля потери протектора, количества выступов и износа пятки и носка. ^[24]

Индикаторы износа протектора ( TWI ): Поднятые выступы в канавках протектора указывают на то, что протектор изнашивается и, следовательно, становится небезопасным. Индикаторы обязательны на всех новых шинах в США с 1968 года. ^[90] Во многих странах Правила дорожного движения запрещают движение по дорогам общего пользования, когда контактная поверхность находится на одном уровне с любой из этих планок - это часто определяется, когда глубина канавки составляет примерно 1,5 или 1,6 мм (2/32 дюйма). TWI также можно использовать для обозначения маленьких стрелок или значков на боковине шины, указывающих расположение выступающих полос износа.
Повреждения от старения: Старение шин или «термоокислительная деградация» может быть вызвано временем, температурой окружающей среды и рабочей температурой, парциальным давлением O2 в шине, усталостью при изгибе или характеристиками конструкции и состава смеси. Например, длительное воздействие ультрафиолета приводит к деформации химических веществ резины, что потенциально может вызвать сухую гниль. Различные методы хранения могут замедлить процесс старения, но не устранят деградацию шин. ^[91]

Размеры, коды, стандарты и регулирующие органы

Автомобильные шины имеют различную идентификационную маркировку, нанесенную на боковину в виде кода шины . Они обозначают размер, рейтинг и другую информацию, относящуюся к конкретной шине.

Америка

Национальное управление безопасности дорожного движения и дорожного движения (NHTSA) — правительственный орган США в составе Министерства транспорта (DOT), которому поручено регулировать безопасность автомобилей в Соединенных Штатах. ^[92] NHTSA создало Единую систему оценки качества шин ( UTQG ) — систему для сравнения характеристик шин в соответствии с Кодексом федеральных правил 49 CFR 575.104; требуется маркировка шин с указанием износа протектора, сцепления и температуры. Код DOT представляет собой буквенно-цифровую последовательность символов, нанесенную на боковину шины и позволяющую идентифицировать шину и ее возраст. Код утвержден Министерством транспорта США ^[92] , но используется во всем мире. ^[93] Код DOT также полезен для идентификации шин, подлежащих отзыву продукции ^[94] или выходящих из строя по причине возраста. Ассоциация шин и дисков (T&RA) — это добровольная организация по стандартизации США, которая способствует взаимозаменяемости шин, дисков и сопутствующих деталей. Особый интерес представляет то, что они публикуют ключевые размеры шин, размеры контура обода, стандарты размеров ниппелей шин и стандарты нагрузки/накачивания.

Национальный институт метрологической стандартизации и промышленного качества (INMETRO) — федеральный орган Бразилии , отвечающий за сертификацию автомобильных колес и шин. ^[95]

Европа

Европейская техническая организация по шинам и дискам (ETRTO) является европейской организацией по стандартизации, «устанавливающей технические размеры, характеристики нагрузки/давления и инструкции по эксплуатации». ^[96] Все шины, проданные для использования на дорогах Европы после июля 1997 года, должны иметь маркировку E. Сам знак представляет собой либо прописную букву «E», либо строчную букву «e», за которой следует число в круге или прямоугольнике, за которым следует еще одно число. Буква «E» (заглавная) означает, что шина сертифицирована на соответствие требованиям к размерам, характеристикам и маркировке правила 30 ЕЭК. Буква «e» (строчная) означает, что шина сертифицирована на соответствие размерам, характеристикам и характеристикам. и требования к маркировке Директивы 92/23/EEC. Число в кружке или прямоугольнике обозначает код страны правительства, предоставившего одобрение типа. Последняя цифра за пределами круга или прямоугольника — это номер сертификата одобрения типа, выданного для данного размера и типа шины. ^[97]

Рекомендации Британской ассоциации производителей резины (BRMA), изданные в июне 2001 года, гласят: «Члены BRMA настоятельно рекомендуют не вводить в эксплуатацию неиспользованные шины, если они старше шести лет, и заменять все шины через десять лет с даты начала эксплуатации. их производства». ^[98]

Азия

Японская ассоциация производителей автомобильных шин (JATMA) — японская организация по стандартизации шин, дисков и клапанов. ^[99] Он выполняет те же функции, что и T&RA и ETRTO.

Обязательная сертификация Китая (CCC) — это обязательная система сертификации безопасности продукции в Китае, которая вступила в силу в августе 2002 года. Система сертификации CCC находится в ведении Главного государственного управления по надзору за качеством, инспекции и карантину Китайской Народной Республики ( AQSIQ) и Управление сертификации и аккредитации Китайской Народной Республики (CNCA). ^[100]

Обслуживание

Для поддержания здоровья шин необходимо выполнить несколько действий: перестановку шин, выравнивание колес и, иногда, восстановление протектора шины.

Вращение . Шины могут иметь неравномерный характер износа, если они установлены на транспортное средство и частично изношены. Переднеприводные автомобили, как правило, изнашивают передние шины быстрее, чем задние. Вращение шин — это перемещение шин в разные положения автомобиля, например, вперед-назад, чтобы выровнять износ и продлить срок службы шин. ^[101]
Выравнивание — выравнивание колес помогает предотвратить износ, поскольку шина вращается в направлении, отличном от направления движения автомобиля. При установке на транспортном средстве колесо и шина могут быть не совсем выровнены по направлению движения и, следовательно, могут иметь неравномерный износ. Если расхождение в соосности велико, то неравномерный износ станет существенным, если его не устранить. Схождение колес — это процедура проверки и исправления этого состояния посредством регулировки углов развала , кастера и схождения . Регулировка углов должна выполняться в соответствии со спецификациями OEM. ^[102]

Инфляция

Накачивание является ключом к правильному износу и сопротивлению качению пневматических шин. Многие транспортные средства имеют системы мониторинга, обеспечивающие правильное накачивание. Большинству легковых автомобилей рекомендуется поддерживать давление в шинах в пределах от 32 до 35 фунтов на квадратный дюйм (от 220 до 240 кПа ), когда шины не нагреваются во время езды. ^[103]^[104]

Спецификация. Производители транспортных средств предоставляют технические характеристики шин, включая рекомендуемое давление в холодном состоянии , чтобы обеспечить безопасную эксплуатацию в пределах установленной номинальной нагрузки и грузоподъемности автомобиля. Хотя на многих шинах указано максимальное номинальное давление, на легковых автомобилях и легких грузовиках рекомендации по накачиванию обычно указаны на наклейке, расположенной сразу за водительской дверью, и в справочнике владельца транспортного средства. ^[105]
Контакт с землей . Пятно контакта шины легко меняется как при чрезмерном, так и при недостаточном накачивании воздуха. Чрезмерное давление может увеличить износ центрального пятна контакта, а недостаточное давление приведет к вогнутости протектора, что приведет к меньшему контакту по центру, хотя общее пятно контакта все равно будет больше. ^[106] Большинство современных шин изнашиваются равномерно при высоком давлении в шинах, но при недостаточном давлении они преждевременно изнашиваются. Повышенное давление в шинах может снизить сопротивление качению, а также привести к сокращению тормозного пути. ^[107] Если давление в шинах слишком низкое, пятно контакта шины значительно увеличивается. Это увеличивает сопротивление качению, изгиб шины и трение между дорогой и шиной. Недостаточное давление может привести к перегреву шины, преждевременному износу протектора и в тяжелых случаях к его расслоению. ^[108]
Мониторинг . Системы контроля давления в шинах (TPMS) — это электронные системы, которые контролируют давление в шинах на отдельных колесах автомобиля и предупреждают водителя, когда давление падает ниже предела предупреждения. Существует несколько типов конструкций для контроля давления в шинах. Некоторые из них фактически измеряют давление воздуха, а некоторые производят косвенные измерения, например, замеры, когда относительный размер шины изменяется из-за более низкого давления воздуха.

Опасности

Опасность для шин может возникнуть из-за выхода из строя самой шины или из-за потери сцепления с поверхностью, по которой она катится. Структурные повреждения шины могут привести к спущению шины или более опасным прорывам. Некоторые из этих отказов могут быть вызваны ошибкой производителя и могут привести к отзыву, например, широко распространенные отказы шин Firestone на автомобилях Ford, которые привели к спорам между шинами Firestone и Ford в 1990-х годах.

Выход из строя шины

Шины могут выйти из строя по разным причинам, в том числе: ^[109]

Разделение ремня , которое может быть между ремнем, протектором и ремнем или отделением края ремня. Разделение ремня на ремень может произойти из-за слишком сильного прогиба шины из-за высоких температур дорожного покрытия, дорожных препятствий или других причин, связанных с обслуживанием и хранением.

К расслоениям, не связанным с ремнем, относятся расслоения на протекторе шины, в области борта, в нижней части боковины, между армирующими слоями, а также между армирующими стальными или тканевыми материалами.
Другие типы отказов включают повреждения, вызванные спуском, химическую деградацию, растрескивание, вмятины и выпуклости.

Сбои в работе автомобиля

Плавление резины . По мере нагревания резиновых смесей шин из-за трения при остановке, повороте или ускорении они могут начать плавиться, смазывать зону контакта шины с дорогой и откладываться на дорожном покрытии. Этот эффект усиливается при повышении температуры окружающей среды. ^[24]
Аквапланирование . Шины автомобилей или самолетов, проезжающие по мокрому дорожному покрытию, могут потерять контакт на достаточной скорости или глубине воды для данного дизайна протектора. В этом случае зона контакта шины движется по пленке воды, теряет трение, необходимое для торможения или прохождения поворотов, и начинает гидропланировать ( или аквапланировать ). Аквапланирование может происходить как динамическое аквапланирование , при котором стоячая вода находится на глубине не менее 0,12 дюйма (3 мм) над текстурой покрытия, а скорость поддерживается выше порогового уровня. Это также может произойти в виде вязкого аквапланирования , при котором резина шины плавится на короткое время и вызывает проскальзывание. Это может привести к образованию отложений резины на взлетно-посадочной полосе при приземлении самолетов. ^[110] Динамическое аквапланирование приводит к уменьшению трения и контакта с увеличенной скоростью шин. ^[111]
Снег . Степень, в которой шина может сохранять сцепление со снегом, зависит от ее способности уплотнять снег, после чего материал приобретает прочность против проскальзывания вдоль плоскости сдвига, параллельной площади контакта шины с землей. ^[112] В то же время нижняя часть протектора шины сжимает снег, на который они опираются, также создавая трение. Процесс уплотнения снега внутри протекторов требует его своевременного удаления, чтобы протектор снова утрамбовал снег при следующем обороте. Процесс уплотнения/контакта работает как в направлении движения при движении и торможении, так и в поперечном направлении при прохождении поворотов. ^[61]
Лед . Лед обычно близок к точке плавления, когда по нему проезжает шина. Это, в сочетании с гладкой текстурой, способствует низкому коэффициенту трения и снижению сцепления с дорогой при торможении, повороте или ускорении. ^[24]
Мягкий грунт . Почва может смазаться водой, что снижает ее способность сохранять прочность на сдвиг, когда шина пытается применить силу при ускорении, торможении или повороте. Сухой песок также имеет низкую прочность на сдвиг из-за плохой сцепления частиц песка. ^[113]

Влияние на здоровье

Шины содержат ряд токсичных химических веществ, включая тяжелые металлы и химические вещества, используемые для увеличения срока службы шин. ^[1] К ним обычно относятся полициклические ароматические углеводороды , бензотиазолы , изопрен и тяжелые металлы, такие как цинк и свинец . ^[1]

Поскольку шины используются для эксплуатации транспортных средств, в результате естественного износа шин в виде остатков шин остаются микрочастицы, эквивалентные PM0,1 , PM2,5 и PM10 . ^[1] Эти остатки накапливаются возле дорог и мест использования транспортных средств, но также попадают в окружающую среду через поверхностные стоки . ^[1] Как люди, так и животные подвергаются воздействию этих химических веществ в месте их накопления (т.е. при ходьбе по дорожному покрытию), а также в результате накопления в естественной среде и пищевых цепях. ^[1] В обзоре литературы, проведенном Имперским колледжем Лондона в 2023 году, содержится предупреждение о том, что токсичные химические вещества и микропластик, образующиеся в результате износа шин, могут иметь широко распространенные серьезные последствия для окружающей среды и здоровья. ^[1]

Более того, при сжигании шин эти химические вещества выделяются в качестве загрязнителей воздуха, а также оставляют токсичные остатки, которые могут иметь серьезные последствия для местного населения и служб экстренного реагирования. ^[114]

Конец использования

Когда шины выбрасываются, они считаются утильными шинами. Отработанные шины часто повторно используются для изготовления различных вещей, от бамперов для автомобилей до грузов, удерживающих брезент. Шины нежелательны на свалках из-за их большого объема и 75% пустого пространства, что быстро занимает ценное пространство. Резиновые шины, вероятно, содержат некоторые следы тяжелых металлов или других серьезных загрязнителей , но они прочно связаны с самой резиновой смесью, поэтому маловероятно, что они будут опасны, если только конструкция шины не будет серьезно повреждена огнем или сильными химическими веществами. ^[115] Некоторым предприятиям разрешено перерабатывать использованные шины путем измельчения и переработки их в новую продукцию или продажи материала лицензированным электростанциям в качестве топлива. Некоторые шины также могут быть восстановлены для повторного использования.

Экологические проблемы

Американцы производят около 285 миллионов утильных шин в год. ^[116] Во многих штатах действуют правила относительно количества использованных шин, которые можно хранить на месте из-за опасений, связанных со сбросом отходов, пожароопасностью и появлением комаров. В прошлом миллионы шин были выброшены в открытые поля. Это создает питательную среду для комаров, поскольку шины часто удерживают воду внутри и остаются достаточно теплыми для размножения комаров. Комары создают неудобства и могут увеличить вероятность распространения болезней. Это также создает опасность пожара, поскольку такая большая куча шин – это много топлива. Некоторые возгорания шин продолжаются месяцами, поскольку вода не проникает в горящие шины и не охлаждает их должным образом . Известно, что шины разжижаются, выделяя углеводороды и другие загрязняющие вещества в землю и даже в грунтовые воды под воздействием сильной жары и температуры пожара. Черный дым от возгорания шин загрязняет воздух и представляет опасность для имущества, расположенного с подветренной стороны.

Использование стружки шин для ландшафтного дизайна стало спорным из-за выщелачивания металлов и других загрязнений из кусков шин. Цинк концентрируется (до 2% по весу) до уровня, достаточно высокого, чтобы быть очень токсичным для водных организмов и растений. ^[117] Особую озабоченность вызывают данные о том, что некоторые соединения, которые вымываются из шин в воду, содержат разрушители гормонов и вызывают поражения печени. ^[118]

Шины являются основным источником загрязнения микропластиком . ^[119]

Восстановление протектора

Шины, которые полностью изношены, можно восстановить или повторно изготовить для замены изношенного протектора. ^[120] Это известно как восстановление или восстановление протектора — процесс полировки изношенного протектора и установки нового протектора. ^[121] Для восстановления протектора шин используются два основных процесса: методы отверждения в форме и методы предварительного отверждения. Оба процесса начинаются с проверки шины, за которой следует метод неразрушающего контроля, такой как ширография ^[122] , для обнаружения невидимых повреждений, въевшегося мусора и гвоздей. Некоторые оболочки ремонтируются, некоторые выбрасываются. Шины можно восстанавливать несколько раз, если каркас находится в пригодном для использования состоянии. Шины, используемые для перевозки грузов на короткие расстояния, восстанавливаются чаще, чем шины для дальних перевозок, в течение всего срока службы корпуса шины. У кожухов, пригодных для восстановления, старый протектор отшлифован для подготовки к восстановлению. ^[123]

В процессе восстановления специалисты по восстановлению протектора должны обеспечить нахождение корпуса в наилучшем состоянии, чтобы свести к минимуму возможность выхода из строя корпуса. Каркасы с такими проблемами, как закрытый протектор, отделение протектора, неустранимые порезы, корродированные ремни или повреждения боковин, а также любые шины, спущенные или скользящие, будут отклонены. Метод отверждения формы предполагает нанесение сырой резины на предварительно отшлифованный и подготовленный корпус, который затем отверждается в матрицах. В период отверждения происходит вулканизация, и сырая резина связывается с каркасом, принимая форму протектора матрицы. С другой стороны, метод предварительного отверждения предполагает нанесение готового протекторного браслета на отполированный и подготовленный каркас, который позже отверждается в автоклаве, чтобы могла произойти вулканизация. ^[123]

Переработка

Шины могут быть переработаны, среди прочего, в термоплавкий асфальт , обычно в виде модификатора резиновой крошки — переработанного асфальтового покрытия (CRM — RAP), ^[124]^[125] и в качестве заполнителя в портландцементном бетоне . ^[126] Измельченные шины могут создать резиновую мульчу на детских площадках, чтобы уменьшить травмы при падениях. ^[127] Есть несколько «зеленых» зданий, которые строятся как частные, так и общественные здания из старых покрышек. ^[128]

Метод пиролиза шин для переработки изношенных шин представляет собой метод, при котором целые или измельченные шины нагреваются в реакторном корпусе, содержащем бескислородную атмосферу и источник тепла. В реакторе каучук размягчается, после чего полимеры каучука непрерывно распадаются на более мелкие молекулы.

Другое использование

Для изношенных шин были разработаны и другие варианты дальнейшего использования, в том числе:

Строительные элементы . Шины, наполненные землей, использовались в качестве садовых контейнеров ^[129] , фундаментов домов, ^[130] пуленепробиваемых стен ^[131] и для предотвращения эрозии почвы в поймах рек. ^[132] Стенки из покрышек являются обычным явлением на гоночных трассах в целях безопасности.
Оборудование для отдыха . Использованные шины используются в качестве тренажеров для спортивных программ, таких как американский футбол . ^[133] Одним из классических упражнений на кондиционирование, которое оттачивает скорость и ловкость игроков, является «Бег по шинам», где шины раскладываются бок о бок, причем каждая шина слева на несколько дюймов впереди шины справа в зигзагообразном порядке. Затем спортсмены пробегают по рисунку шин, наступая в центр каждой шины. Упражнение заставляет спортсменов поднимать ноги над землей выше, чем обычно, чтобы не споткнуться о шины. ^[134] Старые шины иногда превращают в качели для игры. ^[135]
Жжение шин в знак протеста . Протестующие по всему миру жгли шины, создавая черный дым. ^[136]^[137]

Смотрите также

Внешние ссылки

Найдите камеру , шину или шину в Викисловаре, бесплатном словаре.

Викискладе есть медиафайлы, связанные с шинами .

Брошюра Национального агентства по безопасности дорожного движения «Безопасность шин». Архивировано 28 октября 2020 года в Wayback Machine.
Сайт правительства США по оценке и техническому обслуживанию шин.