Разработка программы для проектирования и производства автопокрышек

Отчёт по преддипломной практике на тему

«Разработка программы для проектирования и

производства автопокрышек»

   Мир автопокрышек чрезвычайно разнообразен. Прежде всего они различаются своим назначением, размерами, конструкцией и условиями эксплуатации. Мировые и российские производители шин выпускают продукцию для всех видов транспорта, специальной техники и даже для самолетов. Необходимо обувать автомобильные колеса легковых и грузовых машин, автобусов и троллейбусов, дорожной, строительной, военной и другой техники.

   Размеры покрышек бывают самые разные – от шин небольших диаметров, изготовленных на Нижнекамском шинном заводе для малолитражек типа Ока, до огромных автопокрышек, поставляемых Белшиной для многотонных карьерных самосвалов, вроде БелАЗа.

   Конструкция автопокрышки имеет следующие основные элементы (рис. 1):

   Каркас (1) - главный силовой элемент автопокрышки, который придает ей прочность и гибкость, а также определяет многие эксплуатационные свойства. Представляет собой несколько (обычно четыре) слоев обрезиненного корда: текстильного или сочетания текстильного со стальным.

   Рис. 1. Конструктивные элементы и основные размеры автопокрышек: D – наружный диаметр; H – высота профиля автопокрышки; B – ширина профиля автопокрышки; d – посадочный диаметр обода колеса (автопокрышки); 1 – каркас; 2 – брекер; 3 – протектор; 4 – боковина; 5 – борт; 6 – бортовая проволока; 7 – наполнительный шнур.

   Брекер (2) - подушечный слой (пояс), представляющий собой резинотканевую или металлокордную прослойку по всей окружности автопокрышки между каркасом и протектором.

   Протектор (3) - "беговая" часть автопокрышки, непосредственно контактирующая с дорогой. Представляет собой толстый слой износостойкой резины, внутренняя часть которой - сплошная полоса, а наружная - рельефная, т.е. покрытая рисунком. Этот рисунок определяет назначение автопокрышки и приспособленность ее для работы в тех или иных дорожных условиях.

   Боковина (4) - тонкий (1,5-3,0 мм) слой резины на боковых стенках автопокрышки. Совместно с каркасом осуществляет несущую функцию, защищает каркас от механических повреждений, проникновения влаги, а также служит для нанесения наружной маркировки автопокрышки.

   Борт (5) - часть автопокрышки, предназначенная для фиксации ее на ободе колеса. Состоит из слоя корда, обернутого вокруг проволочного бортового кольца (6), и резинового наполнительного шнура (7). Борта препятствуют растягиванию автопокрышки и обеспечивают ее структурную жесткость при номинальном внутреннем давлении воздуха.

   Покрышки отличаются не только по внешнему диаметру, но и по внутреннему, а также по ширине. Маркировка шин позволяет четко определять габариты и предназначение как отечественных, так и импортных шин.

   По конструкции автомобильные шины можно разделить по некоторым признакам. В начале становления резинотехнической отрасли производители шин изготавливали изделия цельнолитыми. Такие шины из грубой резины не имели необходимой амортизации и были плохо приспособлены к дорогам.

   Впоследствии была изобретена автопокрышка с воздушной камерой внутри, которая имела более высокие технические характеристики. Такая воздушная камера используется и по сей день, но в век высоких технологий была предложена и бескамерная воздушная шина. Поэтому все сегодняшние автошины делятся на камерные и бескамерные.

   Устройство камерной автопокрышки известно многим. Камерные автопокрышки (рис. 2) состоят из покрышки (устаревший термин, употребляется только по отношению к камерным колесам) и камеры с вмонтированным в нее вентилем. Размер камеры всегда несколько меньше внутренней полости соответствующей ей по типоразмеру автопокрышки. Это позволяет избежать образования складок камеры в накачанном состоянии.

   Рис. 2. Конструкция колеса с камерной автопокрышкой: 1 – обод колеса;

                   2 – камера; 3 – автопокрышка; 4 – вентиль.

   Вентиль представляет собой обратный клапан, позволяющий нагнетать воздух в автопокрышку и препятствующий выходу его наружу (рис. 3).

   Рис. 3. Вентиль камеры: 1 – стержень золотника; 2 – резьбовая головка; 3 – втулка; 4 – уплотнитель; 5 – верхняя чашечка; 6 – уплотнительное кольцо золотника; 7 – нижняя чашечка; 8 – корпус вентиля; 9 – пружина золотника; 10 – направляющая чашечка; 11 – обрезиненный кожух.

   Бескамерная шина не имеет отдельной воздушной камеры, а сама выполняет ее роль. Для этого покрышка снабжена герметичным внутренним слоем резины и очень плотно посажена на обод диска автомобильного колеса. Здесь же, на диске, имеется отверстие, куда встроен клапан с вентилем для подкачки воздуха.

   Бескамерные автопокрышки позволяют упростить конструкцию колеса, но одновременно предъявляют более высокие требования к качеству поверхности автомобильных дисков, а также к составу резиновой смеси, которая используется для изготовления внутреннего слоя. Это необходимо для обеспечения надежного сцепления покрышки с ободом и для хорошей герметизации воздушного пространства внутри. Во всех камерных шинах поддерживается определенное давление. В некоторых моделях военных автомобилей оно может дистанционно регулироваться в зависимости от поверхности дороги и скорости движения. Это дает возможность автомобильному колесу наилучшим образом приспособиться к условиям движения.

   У бескамерных автопокрышек (рис. 4) внутренний объем герметизируется воздухонепроницаемым резиновым слоем, наложенным на внутренний слой каркаса, а вентиль специальной конструкции вставляется в отверстие в ободе колеса. Бескамерные автопокрышки имеют немало преимуществ перед камерными, а потому постепенно завоевывают рынок, вытесняя прежнюю конструкцию. Они имеют меньшую массу, лучше балансируются, а при проколах, особенно небольших, теряют воздух не так быстро, как камерные автопокрышки. При этом в некоторых случаях прокол можно загерметизировать, не снимая автопокрышки с колеса.

   Рис. 4. Конструкция колеса с бескамерной автопокрышкой: 1 – протектор; 2 – герметизирующий воздухонепроницаемый резиновый слой; 3 – каркас; 4 – вентиль колеса; 5 – обод.

   Часто автомобильные покрышки делят по строению каркаса на радиальные и диагональные. Если вспомнить историю шинного производства, то первоначально выпускались автопокрышки диагонального типа. В 1946 году была предложена более прогрессивная радиальная шина.У диагональных автопокрышек нити корда в смежных слоях пересекаются под углом 95-115°, а число смежных слоев обычно четыре (рис. 5, слева). В каркасе радиальной автопокрышки все нити корда расположены параллельно - по радиусу от одного борта к другому (рис. 5, справа). Радиальные автопокрышки имеют значительно меньшее сопротивление качению, больший срок службы и др. Другие особенности и элементы конструкции автопокрышек также заметно влияют на их эксплуатационные свойства. Так, например, автопокрышки, имеющие в каркасе один или несколько слоев стального корда (металлокордные - рис. 6), прочнее и долговечнее "текстильных" (неметаллокордных), однако более чувствительны к ударам при переезде неровностей, от которых могут деформироваться. Кроме того, при повреждениях (даже не сквозных) и попадании влаги проволока стального корда рвется или корродирует (и тоже рвется), а проникшие сквозь резину концы проволоки непрерывно прокалывают камеру (если она установлена в колесе), при этом их невозможно ни удалить, ни вновь "спрятать" в резине, например, под заплатками.

Рис. 5. Конструкция диагональной (слева) и радиальной (справа) автопокрышки: 1 — борта; 2 — бортовая проволока; 3 — каркас;

4 — брекер; 5 — боковина; 6 — протектор.

Рис. 6. Конструкция радиальной металлокордной автопокрышки: 1 – протектор; 2 – брекер из нескольких слоев нейлоновой ткани (сверху) и металлокорда (снизу); 3 – радиальные нити металлокордного каркаса.

   Для старого парка автомобилей такие производители шин как Ярославский шинный завод и Уралшина, Московский шинный завод и Днепрошина, до сих пор производят диагональные покрышки. Однако в настоящее время большинство отечественных и зарубежных производителей стремятся перейти на выпуск радиальных покрышек. К ним относятся выше перечисленные предприятия, а также Кировский шинный завод, Омский шинный завод, Белшина и другие.

   Сегодняшняя автомобильная шина – это сложное многослойное изделие, которое сначала собирается на сборочных станках с использованием ленты из сырой резины разных сортов, упрочняющих бандажей и стального металлокорда, а затем формуется под давлением и варится в вулканизаторах при температуре водяного пара около 300 градусов несколько часов подряд.

   Не вдаваясь в нюансы этого технологического процесса и элементы конструкции, скажем, что в результате производства формируется протектор шины. Он является важным элементом конструкции автопокрышек, так как благодаря ему происходит контакт автомобильного колеса с дорожным покрытием.

   Исторически протектор у покрышки появился не сразу. Шинная промышленность долгое время производила голые автомобильные и велосипедные шины без какого-либо рисунка на внешней стороне, наподобие того, как она долго выпускала цельнолитые резиновые шины.

   Изобретение протектора шины позволило конструкторам сразу решить много важных задач по движению автомобиля на скользких, мокрых и горных дорогах, что улучшило эксплуатационные качества транспортных средств. Собственно говоря, конструкция протектора и рецептурные вариации резиновых смесей, которые используются производителями шин для его изготовления, являются двумя главными моментами в получении необходимых характеристик колеса.

   Протектор шины представляет собой массивный участок автопокрышки, который соприкасается с материалом дорожного полотна. Его наружная поверхность состоит из специального рельефного рисунка в виде углублений и выступов определенной формы, складывающегося в узор, иначе называемый, беговой дорожкой. Глубина канавок протектора для легковых шин может достигать 10 мм. При эксплуатации автошин происходит постепенное истирание протектора и величина канавок уменьшается.

   Индикатор износа протектора зимней автопокрышкиПо размеру этих углублений можно приблизительно определять пробег шин и принимать решение о их замене или посещении предприятия по шиномонтажу, так как ездить на «лысых» покрышках не безопасно, особенно по мокрой дороге.

   Дело в том, что изношенный протектор ухудшает сцепление с дорожным полотном и не позволяет хорошо отводить воду от места контакта, в результате чего может возникнуть аварийный эффект аквапланирования.

   Согласно правилам дорожного движения глубина канавок для летних шин не должна быть меньше, чем 1,6 мм, а для зимних - 4 мм. Некоторые производители шин на центральном ребре протектора шины размещают индикатор износа в виде формованных цифр, который позволяет сразу определить глубину канавок в миллиметрах.

   Часто в конструкцию протектора современных авто покрышек включают индикаторный слой резины, который отличается другим цветом. Это позволяет определять износ шин по обнаженному, в результате эксплуатации, индикаторному слою визуально, не проводя измерений глубины канавок протектора.

   Такой способ еще хорош и тем, что можно быстро определить неравномерность износа протектора, которая может возникнуть при неисправности автомобиля, и своевременно принять необходимые меры, что позволит увеличить пробег шин и другие эксплуатационные качества машины.

   Протекторы шин несут на себе очень важную функцию – обеспечение сцепления автомобильного колеса с дорогой. Другими менее важными функциями являются вибрации при движении на различных скоростях, а также акустический шум, который влияет на комфортность поездки, особенно на дальние расстояния. Тип рельефного рисунка, сформированного на внешней части автопокрышки, завит от ее предназначения, то есть от того, в каких дорожных, погодных и климатических условиях она будет эксплуатироваться.

   По протекторному рисунку современные автомобильные шины можно разделить на несколько групп и подгрупп и каждая из них будет иметь свои особенности. Основных группы две – дорожные или шоссейные автопокрышки и шины для внедорожников или шины повышенной проходимости. Названия этих групп сами говорят за себя. Первые предназначены для автомобильных колес, двигающихся по гладкому дорожному полотну, а вторые – для движения по грунтовой насыпи или по бездорожью.

   Само собой разумеется, что протекторы шин выше названных групп будут сильно различаться между собой. Автомобильные покрышки, предназначенные для движения по ровным дорогам, имеют более мелкий рисунок, позволяющий развивать приличную скорость на автостраде, а шины для внедорожников, напротив, снабжены крупными элементами протектора, помогающими эффективно преодолевать различные препятствия при движении автомобиля по пересеченной местности или других неподходящих для перемещения условиях.

   По климатическим и погодным условиям эксплуатации дорожные автопокрышки подразделяются на летние автошины, зимние автошины и всесезонные или универсальные. В соответствии с этим предназначением и формируется свой рисунок протектора шин.

   Нельзя забывать и о том, что кроме протектора в специализации шин важную роль играют также резиновые смеси, рецепты которых хранятся в тайне производителями шин. Это связано с большими температурными разбежками, достигающими величины 80-100 градусов по Цельсию, которые могут встретиться на дорогах в разных точках планеты в различное время года, а степень упругости резины конкретного варианта смеси при различной температуре может меняться в широких пределах, что сказывается на параметрах движения и безопасности.