Шипованная резина: история появления, достоинства и недостатки
История
Как говорят историки, история автомобильного шипа уходит, практически, к самому колесу для автомобиля. Первые деревянные колеса всегда обивали металлическими ободьями или кожаными полосами для сохранения их состояния, а обновлять эту конструкцию приходилось довольно часто, поэтому для межсезонья особо смекалистые кузнецы готовили специальные полосы, в отверстия которых вставлялись короткие кованые гвозди, призванные обеспечить надежный контакт с обледенелым покрытием. Такое, прямо скажем, недешевое по тем временам изобретение позволяло экипажу какого-нибудь состоятельного вельможи обеспечить надежность передвижения по зимним дорогам с подобающей его рангу скоростью.
Самые первые шипы начали появляться в резине автомобилей в начале 20 века, когда появились шины из цельной кожи или резины цельного литья, а их основной целью было сохранение срока жизни покрышек, помимо сцепления. Иногда такие шипы были практически аналогами протектора, ведь колеса ещё не сильно отличались от тех, что были в телегах, и скорость движения с такими шинами начинала возрастать.
Ближе к современности
С появлением пневматических покрышек о шипах надолго позабыли. Сцепные свойства теперь создавались за счет особого отношения конструкторов к созданию рисунка протектора, обеспечению износостойкости резины. И хотя потребность в шипах осталась, технология тех времен не позволяла создать надежную и долговечную конструкцию. Впрочем, в головы инженеров приходили разные идеи. Самая обычная по тем временам конструкция выглядела так: в покрышке делали сквозные отверстия, в которые изнутри вставляли болт с плоской шляпкой, а на его резьбу с наружной стороны нанизывали гайку. Естественно, долго такие шины не «ходили». Их хватало от силы на сотню-другую километров. На обычный автомобиль не поставишь, лишь на спортивный — был смысл.
Общепринятый в современности шип начал появляться в 50-х годах и выглядел как заклёпка, в корпусе которой «жила» твёрдосплавная вставка. Для изготовления вставок и сейчас используется карбид вольфрама (WC) с примесью карбидов титана и ниобия (TiC, NbC) и редкоземельных добавок. Каждый производитель шипов имеет свою строго засекреченную формулу твердого сплава. Известно также, что некоторые шипы имеют поверхностную твердость выше, чем шестерни в коробке переключения передач.
Такая прочность нужна для того, чтобы обеспечить износостойкость шипа на асфальте. Все-таки у жителей городов основная доля пробега даже в снежную зиму приходится на сухое асфальтовое покрытие.
Назначение корпуса — удержать шип в теле протектора в течение всего срока службы шины. А твердосплавная вставка (штифт) должна «вгрызаться» в поверхность дороги, увеличивая коэффициент сцепления на скользком покрытии.
Как пользовались
Поначалу корпуса шипов были стальными и не могли похвастаться выдающимися характеристиками. Стандартный шип 60-х годов имел диаметр 9 мм, высоту 14 мм и вес 3 г. При этом, согласно данным официальных исследований, износ дорожного покрытия от применения таких шипов на одном автомобиле составлял примерно 150 граммов на один километр! Как только была развернута борьба за сохранение дорожного покрытия и масса шипов была ограничена, стали появляться более совершенные конструкции. В сравнении со своим прообразом, шип 90-х обладал гораздо более приемлемыми параметрами (диаметр/высота/масса: 8/11/1,1) и его воздействие на дорогу считалось гораздо более щадящим. В последнее время от применения стали отказались в пользу алюминиевых сплавов, что позволило еще снизить массу шипа, сохранив при этом прочность корпуса на прежнем уровне.
Неэффективными оказались металлопластиковые шипы, хотя в 70-80-е годы на них возлагали большие надежды. Еще бы, вес шипа не превышал 0,7 грамма, обеспечена была достаточная механическая прочность. Казалось, был совершен новый технологический прорыв, однако реальные испытания показали, что в особо жестких условиях (резкие перепады температур, высокие скоростные нагрузки) пластиковый шип изнашивается преждевременно. А все потому, что пластик и металл имеют разные коэффициенты теплового расширения. Возможно, что последнее слово останется за металлокерамикой, однако на сегодняшний день наиболее совершенной конструкцией является шип из легированного алюминия. Он достаточно легок (примерно 0,9 грамма), имеет высокую прочность и антикоррозионную стойкость.
Достоинства
Но все мы знаем, что достоинства шипованных шин в полной мере отражаются на дорожных участках, где укатанный снег превращается в отполированное колесами покрытие. При подъезде к перекрестку, который превратился в «каток», шипы окажутся просто незаменимыми. Вгрызаясь в обледенелое покрытие, они позволяют значительно сократить тормозной путь. Особенно нужны шипованные шины в начале зимы и с первой оттепелью, когда наблюдаются сильные перепады ночных и дневных температур.
Традиционно считается, что самый сложный температурный режим для шипованных шин — околонулевая температура от -4°С до 0°С. В такую погоду шипованные шины перестают «цепляться» за снежно-ледяную кашу, от этого снижаются их сцепные свойства. Однако реальные условия всегда разные. Скажем, в сильный ветер, даже при -2°С ледовая корка не проявит склонности к значительному размягчению. А в более теплую погоду, когда под колесами действительно настоящая каша, даже обычная зимняя шина вряд ли окажется эффективнее из-за того, что мягкая масса «забивает» протектор.
И все же, согласно многочисленным испытаниям, при температуре близкой к нулю тормозные свойства шин с шипами на скользком покрытии почти в два раза (!) выше, чем у нешипованных аналогов, а их максимальная эффективность обнаруживается как раз при температуре около -4°С.
Именно при этой температуре проявляется вся коварная сущность гололеда. На укатанном покрытии под шинами (их температура всегда выше температуры окружающей среды) образуется тонкая водяная пленка, выступающая в роли смазки. Сцепные свойства в таких условиях крайне низки, и даже высококачественные шины с зимним рисунком протектора, но не имеющие шипов, не смогут обеспечить надежный контакт с дорогой. Только шип, который способен «вцепиться» в лед, может предотвратить неконтролируемое движение автомобиля.
На обычном укатанном снегу, который еще не успел покрыться ледовой коркой, выигрыш между шипованными и нешипованными шинами уже не столь значителен — речь идет о нескольких процентах сокращения тормозного пути. Однако и один метр может оказаться спасительным, когда речь идет о жизни людей.
Недостатки
Эффективность шипованных покрышек на сухом асфальтовом покрытии по сравнению с аналогичными нешипованными шинами снижается на 5-10%, а это довольно значительная разница. Все потому, что за счет применения шипов площадь контакта протектора с дорогой снижается, да и коэффициент трения у пары асфальт-металл гораздо ниже, чем у пары асфальт-резина. При резком торможении, при заблокированных колесах это коварство может сказаться со всей своей неотвратимостью — даже на сухом асфальте автомобиль прокатится «лишние» метры.
Гораздо более опасны шипы в тех ситуациях, когда приходится двигаться вдоль трамвайных путей, находящихся на одном уровне с проезжей частью. И понятно почему — при контакте двух металлических поверхностей коэффициент трения вообще незначителен (это у трамвая, с его огромным весом, обеспечивается надежное сцепление с полотном). Особенно рискуют те водители, которые любят двигаться по рельсам — вроде так мягче. Однако при торможении автомобиль может снести в сторону, или он вяло отреагирует на нажатие педали тормоза, в результате чего дело может окончиться столкновением.
Шипованные шины требуют особого отношения. Протектор зимних шин сам по себе гораздо мягче, чем протектор летних, и весьма негативно реагирует на любую попытку торможения «на юз» — от этого он быстро покрывается пятнами неравномерного износа. Особенно неприятно торможение с заблокированными колесами на сухом асфальте для шипованных шин — мало того, что протектор изнашивается, так еще и шипы вылетают из своих гнезд, вырывая клочки протектора.
Применение шипов увеличивает массу колес. Учитывая тот факт, что в покрышку «впивается», в зависимости от размерности, порядка 90-140 шипов, ее масса возрастает примерно на столько же граммов (средний вес современного шипа 1,1 грамма). А это — повышение расхода топлива, изменение балансировки шины, особенно если часть шипов в процессе эксплуатации вылетит.
Использование
Специалисты утверждают, что идеальная технология шипования — установка шипа в еще теплую шину. Именно поэтому предпочтение следует отдавать покрышкам, ошипованным на заводе. Увы, только покупая зарубежные образцы, можно быть уверенным в том, что они ошипованы действительно на заводе. В иркутских фирмах (как, скорее всего, и по всей России) широко практикуется самостоятельная ошиповка. Приобрести пневмопистолет, а также комплект шипов сомнительного качества — не проблема. За каких-то полчаса нешипованная покрышка станет шипованной, при этом будет стоить на несколько сот рублей дороже в отличие от оригинала.
Учитывая национальные особенности, позволим дать совет тем, кто собирается купить шипованные шины: в идеальном случае, шина после установки шипов должна пролежать при комнатной температуре 20-30 дней (особенно, если это многофланцевые шипы) для того, чтобы резина «затекла» в углубления между «плечами» фланцев. Таким образом, можно приблизить качество к заводским стандартам (установка в теплую шину).
Кроме того, шипованная шина требует обкатки — первые 500-1000 км следует проехать в спокойном режиме, без резких ускорений и торможений, на скорости до 70 км/час. При этом, нежелательно в процессе обкатки проезжать более 100-150 километров в день. Следует давать шинам периодический «отдых». За ночь в резине исчезнут статические нагрузки, шип более плотно встанет на место и прослужит дольше.
У шипованной шины нельзя изменять направление вращения, так как протектор и шип «привыкают» к определенным условиям. Не стоит об этом забывать, когда шины отправляются в гараж на летнее хранение — мелом на боковине следует поставить стрелку, указывающую направление вращения колеса.
При эксплуатации шипованных шин важно постоянно контролировать их давление. Постоянные поездки на подспущенных шинах приведут к преждевременному износу шипов или к их выпадению. К потере шипов может также привести и торможение при наезде на края выбоин и другие препятствия.
Если не соблюдать эти правила, есть риск не сохранить до весны и половины установленных шипов, или вовсе выбросить деньги на ветер — к окончанию сезона шина станет «голой».
Вместо послесловия
Мы не пропагандируем использование шипованной резины в городе на повседневной основе, тем более современные мегаполисы очень редко изобилуют снегом и льдом. Главное, изучить особенности каждого типа «резины», и, оперируя ими, вы будете в безопасности. И вот еще что: переобувайтесь в сезон!