Покрышка

<час />

Фон

Шина - это прочный гибкий резиновый кожух, прикрепленный к ободу колеса. Шины обеспечивают поверхность сцепления для тяги и служат подушкой для колес движущегося транспортного средства. Шины встречаются на автомобиле s, грузовики, автобусы, шасси самолетов, тракторы и другое сельскохозяйственное оборудование, промышленные транспортные средства, такие как вилочные погрузчики, и обычные транспортные средства, такие как детские коляски, тележки для покупок, инвалидные коляски, велосипеды и мотоциклы.

Шины для большинства автомобилей - пневматические; воздух находится под давлением внутри шины. До недавнего времени пневматические шины имели внутреннюю камеру для удержания давления воздуха, но теперь пневматические шины предназначены для создания герметичного уплотнения с ободом колеса.

Шотландский изобретатель Роберт Томсон разработал пневматическую шину с камерой в 1845 году, но его конструкция опередила свое время и не вызвала особого интереса. Пневматическая шина была изобретена заново в 1880-х годах другим шотландцем, Джоном Бойдом Данлопом, и сразу стала популярной среди велосипедистов.

Натуральный каучук является основным сырьем, используемым при производстве шин, хотя также используется синтетический каучук. Однако для достижения надлежащих характеристик прочности, упругости и износостойкости резину необходимо обработать различными химическими веществами, а затем нагреть. Американский изобретатель Чарльз Гудиер открыл процесс упрочнения резины, известный как вулканизация . или лечение, случайно в 1839 году. Он экспериментировал с каучуком с 1830 года, но не смог разработать подходящий процесс отверждения. Во время эксперимента со смесью индийского каучука и серы Goodyear бросил смесь на горячую плиту. Произошла химическая реакция, и вместо плавления смесь каучука и серы образовала твердый ком. Он продолжал свои эксперименты, пока не смог обработать сплошные листы резины.

Сегодня крупные, эффективные фабрики, укомплектованные квалифицированными рабочими, производят более 250 миллионов новых шин в год. Хотя автоматизация управляет многими этапами производственного процесса, для сборки компонентов шины по-прежнему требуются квалифицированные рабочие.

Сырье

Каучук является основным сырьем, используемым при производстве шин, и используется как натуральный, так и синтетический каучук. Натуральный каучук содержится в коре каучукового дерева Hevea Brasiliensis в виде молочной жидкости. Для производства необработанного каучука, используемого в производстве шин, жидкий латекс смешивают с кислотами, которые вызывают затвердевание каучука. Прессы выжимают лишнюю воду и формируют из резины листы, а затем листы сушат в высоких коптильнях, прессуют в огромные тюки и отправляют на шинные заводы по всему миру. Синтетический каучук производится из полимеров, содержащихся в сырой нефти.

Другим основным ингредиентом резины для шин является технический углерод. Технический углерод представляет собой тонкий мягкий порошок, образующийся при сжигании сырой нефти или природного газа с ограниченным количеством кислорода, вызывая неполное сгорание и создавая большое количество мелкой сажи. Для производства шин требуется столько технического углерода, что его перевозят железнодорожные вагоны, а огромные силосы хранят технический углерод на заводе по производству шин до тех пор, пока он не понадобится.

Сера и другие химические вещества также используются в шинах. При смешивании с резиной и последующем нагревании определенные химические вещества создают определенные характеристики шины, такие как высокое трение (но небольшой пробег) для гоночной шины или большой пробег (но меньшее трение) для шины легкового автомобиля. Некоторые химические вещества делают резину гибкой, пока из нее формируется шина, в то время как другие химикаты защищают резину от ультрафиолетового излучения на солнце.

Дизайн

Основными характеристиками шины для легкового автомобиля являются протектор, корпус с боковинами и борт. Протектор - это рельефный рисунок, соприкасающийся с дорогой. Кузов поддерживает протектор и придает шине особую форму. Борта представляют собой покрытые резиной пучки металлической проволоки, которые удерживают шину на колесе.

Компьютерные системы сейчас играют важную роль в проектировании шин. Программное обеспечение для комплексного анализа, использующее данные многолетних испытаний, позволяет инженерам по шинам моделировать характеристики рисунка протектора и другие параметры дизайна. Программа создает трехмерное цветное изображение возможной конструкции шины и рассчитывает влияние различных нагрузок на предлагаемую конструкцию шины. Компьютерное моделирование экономит деньги производителей шин, поскольку многие конструктивные ограничения могут быть обнаружены еще до того, как прототип шины будет фактически собран и испытан.

Помимо испытаний конструкции протектора и конструкции корпуса шины, компьютеры могут моделировать воздействие различных типов резиновых смесей. В шинах современного легкового автомобиля можно использовать до двадцати различных типов резины в различных частях шины. Одна резиновая смесь может быть использована в протекторе для хорошего сцепления в холодную погоду; другой состав используется для увеличения жесткости боковин шины.

После того, как шинные инженеры удовлетворены компьютерным исследованием новой шины, инженеры-технологи и опытные сборщики шин работают с дизайнерами над созданием прототипов шин для испытаний. Когда инженеры-конструкторы и производители удовлетворены новым дизайном шин, шинные заводы начинают массовое производство новых шин.

Шиномонтажная машина, изобретенная WC State of Goodyear Tire Company в 1909 году, резко повысила производительность труда .

История шин является прекрасным примером того, как инновации в одной отрасли могут вызвать серьезные изменения в другой. Проще говоря, «взлет» автомобильной промышленности трансформировал резиновую промышленность в Соединенных Штатах в первые годы двадцатого века. Резиновая промышленность конца девятнадцатого века сконцентрировалась на производстве обуви и шин для велосипедов и транспортных средств. К началу Первой мировой войны резиновые и автомобильные шины были практически синонимами в общественном сознании. В 1901 году было продано семь тысяч новых автомобилей, кроме того, было продано 28 тысяч шин в качестве оригинального оборудования (OE) и еще 68 тысяч сменных шин. К 1918 году, когда на шины приходилось около пятидесяти процентов продаж резины, продажи оригинальных шин превысили четыре миллиона на один миллион произведенных новых автомобилей, а общее производство шин достигло 24,5 миллиона.

Столь значительный рост производства сопровождался появлением таких хорошо известных фирм, как Goodyear, Goodrich и Firestone, а также образованием промышленного центра в Акроне, штат Огайо. И хотя занятость резко возросла, увеличение производства стало возможным только с помощью технологий. Фундаментальным нововведением стала механизация основного строительства. До 1910 года рабочие изготавливали шины, растягивая, цементируя и сшивая каждый слой и борта вокруг железного сердечника. В 1909 году W.C. State из компании Goodyear запатентовал машину, которая несла слои, бортики и протектор на роликах, установленных на центральной башне. Рабочий натянул соответствующий материал на сердечник, в то время как электродвигатель машины поддерживал необходимое натяжение, чтобы рабочий мог закончить цементирование и сшивание. Мастерство и ловкость оставались важными, но машина для изготовления стержней упростила и ускорила производство с шести до восьми шин в день на одного рабочего до двадцати до сорока в день, в зависимости от типа.

Уильям С. Претцер

Производственный
процесс

Шину для легкового автомобиля изготавливают путем обертывания нескольких слоев резины специального состава вокруг металлического барабана в шиномонтажной машине. Различные компоненты шины переносятся в формовочную машину, где квалифицированный сборщик разрезает и размещает полосы, чтобы сформировать различные части шины. Первым шагом в процессе производства шин является смешивание сырья:каучука, технического углерода, серы и другие материалы - для образования резиновой смеси. После того, как резина подготовлена, ее отправляют в шиномонтажный станок, где рабочий наращивает слои резины, чтобы сформировать шину. На этом этапе шина называется «зеленой шиной». шина, называемая здесь «зеленой шиной». Когда зеленая шина закончена, металлический барабан разрушается, позволяя сборщику шин снять шину. Затем зеленая шина помещается в форму для вулканизации.

• 1 Первым шагом в процессе производства шин является смешивание сырья для образования резиновой смеси. Вагоны доставляют большое количество натурального и синтетического каучука, технического углерода, серы и других химикатов и масел, которые хранятся до тех пор, пока они не понадобятся. Компьютерные системы управления содержат различные рецепты и могут автоматически измерять определенные партии резины и химикатов для смешивания. Гигантские миксеры, висящие, как вертикальные бетономешалки, перемешивают резину и химикаты порциями весом до 1100 фунтов.
• 2 Затем каждую смесь повторно заполняют при дополнительном нагревании, чтобы размягчить партию и перемешать химикаты. На третьем этапе партия снова проходит через смеситель, куда добавляются дополнительные химикаты для образования так называемой конечной смеси. Во время всех трех этапов смешивания к смеси прикладываются тепло и трение, чтобы смягчить резину и равномерно распределить химикаты. Химический состав каждой партии зависит от детали шины:одни составы резины используются для корпуса, другие формулы для бортов, а другие - для протектора.

Корпус, борта и протектор

• 3 После смешивания партия резины проходит через мощные прокатные станы, которые превращают ее в толстые листы. Эти листы затем используются для изготовления определенных частей шины. Например, корпус шины состоит из полос тканевой ткани, покрытых резиной. Каждая полоса прорезиненной ткани используется для образования слоя, называемого слоем . в кузове покрышки. Шина для легкового автомобиля может иметь до четырех слоев в кузове.
• 4 Для борта шины жгуты проволоки формируются на машине для намотки проволоки. Пучки затем формируются в кольца, и кольца покрываются резиной.
• 5 Резина протектора и боковин шины перемещается из смесителя периодического действия на другой тип технологической машины, называемой экструдером . В экструдере партия дополнительно перемешивается и нагревается, а затем вытесняется через фильеру - формованное отверстие - для образования слоя резины. Боковина резиновая накрыта защитным пластиковым листом и свернута. Резину протектора разрезают на полосы и загружают в большие плоские металлические ящики, называемые книгами.

Шиномонтажная машина

• 6 Рулоны резины боковины, книжки с резиной протектора и стойки После изготовления зеленой шины ее помещают в форму для отверждения. Форма в форме моллюска содержит большой гибкий воздушный шар. Шина помещается на баллон (баллон), и форма закрывается. Затем в воздушный шар нагнетается пар, который расширяет его, придавая покрышке форму по бокам формы. После охлаждения шина накачивается и испытывается. все бусинки доставляются опытному сборщику на шиномонтажный станок. В центре машины находится складной вращающийся барабан, на котором крепятся детали шины. Сборщик шин начинает сборку шины с обертывания покрытых резиной слоев ткани корпуса вокруг барабана машины. После того, как концы этих слоев соединены клеем, борта добавляются и фиксируются на месте с помощью дополнительных слоев корпуса шины, накладываемых поверх бортов. Затем сборщик использует специальные электроинструменты для придания формы краям слоев шин. Наконец, слои экструдированной резины для боковин и протектора приклеиваются на место, и собранная шина - зеленая шина - снимается с машины для изготовления шин.

Лечение

• 7 Зеленая шина помещается в большую форму для процесса вулканизации. Форма для шин имеет форму чудовищного металлического моллюска, который открывается, открывая большой гибкий шар, называемый пузырем. Зеленая шина помещается над баллоном, и, когда форма грейфера закрывается, баллон заполняется паром и расширяется, придавая шине форму и прижимая резиновую заготовку протектора к приподнятому внутреннему пространству формы. В процессе отверждения пар нагревает зеленую шину до 280 градусов. Время нахождения в форме зависит от желаемых характеристик шины.
• 8 После завершения вулканизации шину вынимают из формы для охлаждения и тестирования. Каждую шину тщательно проверяют на наличие дефектов, таких как пузыри или пустоты, в резине протектора, боковины и внутренней части шины. Затем шину помещают на испытательное колесо, накачивают и раскручивают. Датчики в испытательном колесе измеряют балансировку шины и определяют, движется ли шина по прямой. Из-за конструкции и сборки современной шины редко бывает отказано. После того, как шина была проверена и обкатана на испытательном колесе, она отправляется на склад для распределения.

Контроль качества

Контроль качества начинается с поставщиков сырья. Сегодня производитель шин ищет поставщиков, которые тестируют сырье перед его доставкой на шинный завод. Производитель часто заключает специальные соглашения о закупках с несколькими поставщиками, которые предоставляют подробную сертификацию свойств и состава сырья. Чтобы обеспечить сертификацию поставщиков, химики шинных компаний проводят выборочные испытания поставляемого сырья.

В процессе периодического смешивания образцы каучука вытягиваются и тестируются для подтверждения различных свойств, таких как прочность на разрыв и плотность. Каждый сборщик шин несет ответственность за используемые компоненты шин. Кодовые номера и комплексная компьютерная система учета позволяют руководителям заводов отслеживать партии резины и конкретных компонентов шин.

Когда новая конструкция шин производится впервые, сотни шин берутся с конца конвейера для разрушающих испытаний. Некоторые из шин, например, разрезают, чтобы проверить наличие воздушных карманов между слоями кузова, в то время как другие прижимают к металлическим шипам для определения сопротивления проколу. Остальные шины быстро раскручиваются и прижимаются к металлическим барабанам для проверки пробега и других эксплуатационных характеристик.

При контроле качества шин также используются различные методы неразрушающей оценки. Рентгеновская видеосъемка обеспечивает быстрое и четкое изображение сквозь покрышку. При испытании шин с помощью рентгеновских лучей шина выбирается случайным образом и доставляется в радиационную камеру, где она подвергается облучению рентгеновскими лучами. Техник-испытатель просматривает рентгеновское изображение на видеоэкране, на котором легко заметить дефекты шин. Если обнаруживается дефект, инженеры-технологи проверяют конкретные этапы сборки компонентов шины, чтобы определить, как образовался дефект.

Помимо внутреннего тестирования, отзывы потребителей и дилеров шин также связаны с производственным процессом для выявления улучшений процесса.

Будущее

Постоянные улучшения в химическом составе резины и конструкции шин создают новые впечатляющие шины, которые обеспечивают больший пробег и улучшенные характеристики в экстремальных погодных условиях. Производители теперь предлагают шины, рассчитанные на пробег до 80 000 миль. Протекторы, разработанные и испытанные на компьютере, теперь имеют уникальные асимметричные полосы для улучшения сцепления и безопасности на мокрой или заснеженной дороге.

Инженеры-конструкторы шин также экспериментируют с непневматическими шинами, которые никогда не спустятся, потому что в них нет воздуха под давлением. Одна такая непневматическая шина - это просто кусок толстого пластика, прикрепленный к ободу колеса. Пластик изгибается от обода до точки, где резиновый протектор прикреплен к пластику для контакта с дорогой. Такая шина обеспечивает более низкое сопротивление качению для большей экономии топлива и превосходной управляемости из-за большей площади контакта между протектором и дорогой.