И не так уж важно, вылетел ли этот шип непосредственно из колеса идущего впереди автомобиля, или его «потеряли» раньше, а сейчас ваш мателот просто зацепил его протектором, а центробежная сила отправила кусочек металла в полет вам навстречу. Итог один: виновного не найти, а вам предстоит дорогостоящий ремонт. Получается, что от шипов один вред, они ведь еще и асфальтовое покрытие портят? Но и без шипов в ряде ситуаций никак не обойтись… Если со снежной кашей на асфальте наших городов зимние фрикционные шины справляются вполне уверенно, то на чистом льду и снежном накате шипованная резина показывает уверенное преимущество. Вот только проблема удержания самих шипов в теле протектора никуда не девается и требует постоянного внимания, причем не только потому, что вывалившиеся шипы представляют опасность для других автомобилей, движущихся по той же дороге. Растерявшая шипы шина теряет вместе с ними и сцепные свойства, что в свою очередь может привести к возникновению аварийной ситуации. Конечно, для этого нужно утратить не один и не два шипа, а достаточно много. Считается, что шипованная шина полностью теряет те преимущества на льду и накате, которые дают шипы, при потере 70% этих «стальных когтей», так что доводить шины до такого состояния явно не стоит… Кроме того, несимметричная потеря (например, после торможения в юз на неудачном месте) может привести к появлению дисбаланса, который заставит вас почувствовать вибрации на руле и общий дискомфорт.
Но чтобы понять, как сегодня решается эта проблема, стоит вспомнить историю возникновения и совершенствования зимних шипованных шин. Пока автомобилей было относительно мало, а их скорости – невелики, для передвижения в снегу успешно использовались цепи противоскольжения (они и сейчас не утратили своей актуальности, и их широко применяют в особо экстремальных условиях). Но цепи и скорость – вещи несовместимые. И вот в тридцатых годах возникла идея снабдить шины шипами, способными врезаться в лед, таким образом радикально улучшая сцепление с дорогой. Собственно говоря, в этой идее не было ничего принципиально нового: зимние подковы с шипами к тому времени были вещью вполне обыденной.
Как и во многих других случаях, новые технологии для начала были апробированы на гоночных трассах. Первые шипованные шины делали так: сверлили в шинах сквозные отверстия и с внутренней стороны вставляли в них болты с конической головкой и шлицем. Снаружи борт затягивался гайкой, так что головка утапливалась в резину и не грозила прорвать камеру. Ходимость таких конструкций была очень невелика, две-три сотни километров они выдерживали, и этого вполне хватало на одну зимнюю гонку.
После окончания Второй Мировой войны парк автомобилей, их скорость движения и дорожная сеть начали быстро расти, в том числе и в странах, где есть настоящая зима. Это потребовало найти решение, которое позволяло бы радикально улучшать сцепление шин с дорогой в условиях снега и гололеда, но при этом имело бы достаточную долговечность, и такое решение было найдено в 50-х годах прошлого века. Так появились шипы современного типа. Выглядели эти шипы, как обычная заклепка, в центре которой размещалась вставка из твердого сплава. Оснащались такими шипами обычные массовые модели покрышек, но уже к 1969 году стало ясно, что сочетание стального шипа и быстро дубеющей на морозе резины далеко от идеала в плане функциональности.
Может показаться, что сам по себе шип – не такой уж хайтек. Он состоит всего из двух деталей, корпуса и твердого сердечника. С одной стороны имеется фланец, своеобразная шляпка, которой шип и закрепляется в резиновом блоке протектора, с другой – выступающая часть сердечника. Но, с точки зрения инженерии, чем проще то или иное изделие или деталь, тем сложней его усовершенствовать!
Итак, первые шипы изготавливались из стали, имели диаметр около 9 мм, высоту 14 мм и вес порядка 3 г. Однако быстро выяснилось, что такие шипы изрядно вредят асфальтовому покрытию: проведенные исследования показали, что установленные на одном автомобиле шины такого типа «выгрызают» с каждого километра дороги более 150 граммов асфальта!
Шинникам пришлось развернуть серьезные научно-конструкторские работы, ведь вес шипа был законодательно ограничен, и на сегодняшний день составляет около 1 грамма. Добиться этого удалось, отказавшись от стальных корпусов и перейдя к изготовлению их из легких, но прочных алюминиевых сплавов.
Еще недавно большие надежды возлагались на следующий шаг, то есть на переход к изготовлению корпусов шипов из неметаллических материалов, резины или пластика (естественно, твердосплавные сердечники по-прежнему состояли из карбида вольфрама (WC) с примесью карбидов титана и ниобия (TiC, NbC). По идее, такие шипы должны были лучше держаться в теле протектора, а возможность деформации должна была давать возможность шипу лучше вгрызаться в снежно-ледовую поверхность, причем испытания все это подтверждали. Однако оказалось, что полигонные тесты – это одно, а вот реальная эксплуатация – это несколько другое. Корпуса разрекламированных неметаллических шипов начали разрушаться уже через десяток-другой тысяч километров. А все потому, что пластик и металл имеют разные коэффициенты теплового расширения. Возможно, в будущем мы увидим шипы, изготовленные из металлокерамики, однако на сегодняшний день практически безальтернативным материалом для изготовления корпусов шипов остается легированный алюминий.
Параллельно изменялись и сами шины: появились модели, сама конструкция которых была адаптирована к установке шипов. Ведь одновременно нужно было решать несколько задач: повышать эффективность работы шипов, уменьшать их воздействие на асфальтовое покрытие, ну и добиваться того, чтобы шип держался в резиновых блоках как можно более надежно.
Тут все разработчики идут своими путями. Во-первых, каждая марка пытается найти оптимальную форму твердосплавного наконечника. В свое время практически все использовали сердечники с круглым сечением (производство таких «гвоздиков» наиболее технологично). Но год от года форма наконечников становится все сложней: овальная, шестигранная, с квадратным сечением, в форме прямоугольника с выступами на углах и без них…
Одновременно меняется и форма корпуса, который все реже представляет собой нечто, напоминающее обычную заклепку или «грибок» с плоской шляпкой. На «ножке грибка» появляется своеобразная «шейка», способствующая лучшему удержанию шипа в теле протектора, сам корпус все чаще становится асимметричным, а «шляпка», то есть фланец все чаще представляет собой геометрическую фигуру со скругленными углами: прямоугольник, квадрат или трапецию. Однако такая асимметрия говорит о том, что шип по-разному будет реагировать на нагрузки, действующие в различных направлениях, а значит, при установке шипов нужно следить за ориентацией фланца! Соответственно, одна из известных шинных компаний в своей популярной модели использует два типа шипов с разной геометрией фланца и формой твердосплавного наконечника, размещенных в разных областях протектора.
Но остается проблема борьбы с потерей шипов во время движения. Тут тоже каждый бренд идет своим путем. Кто-то ограничивается экспериментами с формой и размерами нижнего фланца и плотностью резины, а кто-то предлагает довольно радикальные решения, например, так называемые «впаянные шипы»: на каждый шип наносится застывающая термоадгезионная смесь и затем производится ошиповка заготовки шины. В процессе вулканизации покрытие шипа и резиновая смесь спекаются, образуя прочное соединение.
Примером того, как можно добиться поставленных целей, не используя пусть эффективные, но весьма дорогостоящие радикальные решения, может стать новая шипованная зимняя шина Toyo Observe Ice-Freezer. Мы уже писали о том, какое впечатление она произвела во время тестов на ледовой трассе, и весьма подробно разобрали особенности ее конструкции. В том числе такие фирменные элементы, как «снежные лезвия» Snow Blades (специальные выступы в плечевой зоне, которые повышают сцепление в глубоком снегу и колее), асимметричный рисунок с соединенными перемычками блоками протектора, высокоамплитудные 3D-ламели с острыми краями, резиновая смесь, изготовленная с применением технологии Microbit (к разговору о ней мы обязательно вернемся в будущем), многослойное строение, где под мягким рабочим слоем протектора располагаются слои более жесткой резины, а также сочетание многослойного брекера, каркаса из жесткого полиэстера и боковин со сверхпрочным наполнительным шнуром.
Но в данном случае нас интересует конструкция самого шипа и способ его установки. С одной стороны, корпус фирменного шипа, получившего название Ice Force, имеет довольно традиционное строение, то есть симметричное круглое сечение. Однако диаметр корпуса уменьшен, а диаметр фланца, наоборот, увеличен, так что шип стал напоминать даже не грибок, а катушку. Это позволило, во-первых, повысить надежность удержания шипа в протекторе (в компании считают, что этот параметр вырос на 20%), а во-вторых, улучшить размещение шипов на поверхности протектора. На самом деле очень важно, чтобы врезающийся в лед шип не попадал в выемку, оставленную другим шипом – так его работа будет существенно эффективней. Соответственно, шипы в протекторе располагаются продольными рядами, и обычно число рядов ограничивается 10-16. Изредка встречается и двадцатирядная ошиповка, и это считается серьезным достижением. Так вот, инженеры Toyo сумели довести количество рядов до 28!
Наконечник твердосплавного сердечника шипа Ice Force сделан пятиугольным, и это обеспечивает отличное сцепление со льдом, причем как при разгоне и торможении, так и в поворотах, когда шипу приходится бороться с боковыми нагрузками. Впрочем, на эффективность работы влияет и особая форма отверстий, в которых монтируются шипы. Выемки вокруг них имеют зазубренные кромки, что обеспечивает дополнительное сцепление, а также помогает отвести ледяную крошку из области контакта.
Естественно, шипы устанавливаются в шины Toyo Observe Ice-Freezer при помощи специального оборудования и под строгим контролем. Шины, произведенные на заводе в Малайзии, шипуют прямо на предприятии, а те, которые изготовлены в Японии, шипуют уже в России (поскольку использование шипов в Стране Восходящего Солнца запрещено законом). В принципе, именно надежность удержания шипов и отличает фирменную шипованную шину от универсальных шипуемых шин, ошиповка которых произведена в каком-нибудь гараже. Ведь никто не мешает приобрести пневмопистолет (ну или найти организацию, в которой имеется этот инструмент), запастись на любом авторынке недорогими шипами и самостоятельно превратить нешипованные шины в шипованные. Более того, есть и совсем недорогие вкручиваемые шипы, внешне похожие на шуруп-саморез. Для их установки и пневмопистолет не нужен. Весь вопрос в том, сколько шипов останется на таких колесах после первых же интенсивных торможений. Ну а шины Toyo Observe Ice-Freezer представляют собой прекрасный пример того, как можно добиваться отличных результатов, используя и развивая достаточно традиционные подходы и обходясь без усложнения (а значит, и удорожания) конструкции.
Но в любом случае стоит учесть, что одним из самых важных факторов в вопросе сохранения шипов является манера вождения. Если вы и зимой постоянно ездите «в летней манере», злоупотребляете резкими разгонами и торможениями, резко и активно перестраиваетесь, регулярно наезжаете на бордюры, то шанс растерять шипы в течение одного сезона у вас существенно выше, чем у того, кто зимой переключается на плавное и спокойное вождение. Еще один момент: современные гидро- и электроусилители рулевого управления имеют вполне достаточную мощность для того, чтобы при интенсивном вращении рулем в тот момент, когда автомобиль не движется и при этом стоит на асфальте, вырвать все шипы в области пятна контакта. Шипы просто не рассчитаны на такие боковые нагрузки.
Опять же, шинники не устают повторять, что новые шипованные шины в обязательном порядке требуют обкатки, но слишком многие автовладельцы об этом «забывают» или просто не обращают внимания. Ведь правильная обкатка подразумевает, что первые 500-800 км нужно проехать на относительно невысокой скорости, не более 60-70 км/ч, избегая резких маневров и торможений, тщательно контролируя балансировку колес и поддерживая в шинах рекомендованное давление. Причем проехать эти 500 км нужно по асфальту, до выпадения снега. Зачем это нужно? Да для того, чтобы шипы заняли в теле протектора правильное положение, резина и металл «прикатались» друг к другу, а смазка, которой покрывают шип перед тем, как установить его в шину, испарилась. Если все сделать правильно, то окружающая шипы резина «привыкнет» к форме внедренных в нее «инородных тел», а шина начнет работать так, как это было предусмотрено конструкторами. Но в любом случае автовладелец, который считает, что, установив шипованные зимние шины, он поймал бога за бороду и может теперь носиться по трассе и городу в той же манере, в которой он делал это летом, рискует и своей жизнью, и жизнью своих близких, и жизнями других участников движения. Так что в очередной раз хотим сказать: друзья, пожалуйста, зимой водите свои машины аккуратно и осторожно, даже если вы обзавелись комплектом отличных шипованных шин и правильно их прикатали.
Для комментирования вам необходимо авторизоваться