Кто делает шипы? И какие бывают?
В Европе шипованные шины находятся либо под запретом, либо должны пройти тесты и доказать, что их использование не повредит ни окружающей среде ни людям. Шипов должно быть не более 50 на метр протектора, шип должен весить не более 1,1 г и выступать из протектора не более чем на 1,2 мм, а вырываться из посадочного отверстия с усилием 120Н.
Сама шина должна получить сертификацию, пройдя тест.
Сам тест состоит в том, что автомобиль совершает по специальным плитам 400 проездов на скорости 100 км/ч. Затем высчитывается разница в массе плит до и после заездов: износ дороги не должен превышать : для индекса нагрузки до 600 кг – 0,9 г., 600-800 кг – 1,1 г., более 800 кг – 1,4 г. А специальная лаборатория в Финляндии к тому же оценивает не только степень разрушения дорожного полотна, но и то, сколько частиц мелкодисперсной пыли получается из "разрушенного" покрытия. Ведь, вот точно же, именно из-за этой пыли (и общего загрязнения воздуха) возникают респираторные заболевания у людей.
Но это, что касается правовой и заботливой Европы. В нашей стране таких жестких законов нет, потому производители шин могут развернуться, и уже сейчас на шине, например, в размере 285/40 R22 Michelin X-Ice North 4 SUV вмещается до 300 стальных шипов! Ведь в условиях российской зимы, многоснежности и колеи шипы порой просто необходимы.
Производителей шин достаточно много, а вот производителей шипов — нет. На данный момент мы можем назвать 5 крупных производителей шипов:
1. Tikka (Финляндия) производит шипы для Continental
2. Turvanasta (Финляндия) — для Hankook
3. Scason (Финляндия) — для Kumho
4. Ugigrip (Франция) — для Michelin
5. Теком (Россия)
И это не считая дочерних компаний производителей шин, которые стараются на благо своего "родителя". Например, Tikka — была приобретена Continental еще в 2008 году, да и у других гигантов есть "свои" поставщики шипов. Да и говоря о шипах в шине, мы все же больше говорим о производителе шин, а не о производителе шипов, потому далее в статье будут использованы только названия шинных производителей.
Каждый производитель подходит к изготовлению шипа по-своему, ведь шипы должны сочетать ряд весьма противоречивых свойств: не должны изнашиваться быстро, иначе шина потеряет свои сцепные качества на льду, и не должны изнашиваться слишком медленно, потому что протектор шины тоже стирается. Если шип будет мало выступать над протектором, он не сможет в достаточной мере "прокалывать" лед. Если же будет выступать из протектора слишком сильно, увеличится вероятность его выпадения.
Чтобы шип смог выполнить все условия, его делают составным: тело (корпус) и пин (твердая износостойкая вставка). Корпуса бывают однофланцевые, похожие по форме на гвоздь, и двухфланцевые (или многофланцевые). Двухфланцевые гораздо лучше удерживаются в шине, вероятность их выпадения в процессе эксплуатации минимальна. А верхний фланец предотвращает попадание воды и грязи в гнездо шипа.
Для шин, устанавливаемых на легковые автомобили, в основном (не без исключений, конечно) используют алюминиевые корпуса шипов, в которые запрессовывают изготовленную методом спекания из порошка вставку из карбида вольфрама.
Форму шипа и их характеристики будем рассматривать на примере новых и популярных моделей шин, выпущенных за последние несколько лет.
1. Pirelli
Компания использует несколько видов шипов.
Например, в модели Formula Ice, которые разрабатывались в северной Европе специально для использования в сложных условиях заснеженных и обледенелых дорог, типичных для суровых зим России и Скандинавии, используется алюминиевый шип с шестигранным наконечником, улучшающий ходовые и тормозные свойства на льду.
А в последней своей модели Ice Zero 2 производитель использует шип с асимметричной геометрией и трапецевидными разнонаправленными формами крепления и основания. Плоская и широкая поверхность шипа обеспечивает повышенную удароустойчивость сердечника, что в результате дает крайне низкую степень «потери» шипов. Сердечник шипа изготовлен из карбидовальфрама, который обладает повышенной устойчивостью к истиранию, максимально долго сохраняя эффективность работы шипа.
2. Continental
Шипы с круглым наконечником были заменены еще в 2004 году на фигурные, с 2014 года наконечник имеет название KristallDubb и выглядит как прямоугольник с волнооразными боковыми сторонами и смягченными углами.
Особого внимания среди моделей заслуживает ContiIceContact 3, в которой использовалась совершенно новая форма шипа.
Шип по технологии ContiFlexStud состоит из закаленного металлического штифта и внешней резиновой оболочки. Применение такого вида шипов значительно снижает износ дорожного покрытия, обеспечивает хорошее сцепление с поверхностью в условиях гололеда, а так же увеличивает срок эксплуатации шины. Немаловажно, что шипы ContiFlexStud производят меньше шума в салоне, что делает вождение более комфортным.
Еще одна особенность ошиповки Continental — они «впаивают» шип в протектор шины: 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. Как результат измеренное усилие на вырывание шипа в среднем составило 500 Нм, что примерно в десять раз превосходит результаты при традиционной ошиповке.
3. Michelin
Michelin стандартно использует шип круглой формы, аргументируя это тем, что шип стирается равно со всех сторон.
Однако в последней своей модели Michelin X-Ice North 4 шипы получили новую форму, подобную той, которую имеют шипы для шин производителя, участвующих в Чемпионате мира по ралли. А сами шипы изготавливаются из сплава на основе железа, что выравнивает скорость износа как самих шипов, так и обхватывающей их резины протектора.
Также на данной модели было существенно общее количество шипов на одну шину. Все изменения были внесены для увеличения сцепления на обледеневшей дороге.
В последней модели Hakkapeliitta 9 используется 2 типа шипов. В центральной части протектора располагаются восьмигранные шипы противоскольжения, отвечающие за разгонно-тормозную динамику. Их перпендикулярно ориентированные твердосплавные вставки позволяют зимним автошинам эффективно работать в продольном направлении. А в блоки плечевых зон — шестигранные шипы с треугольной вставкой, которые улучшают сцепные свойства шины в поворотах и характеристики управляемости на обледенелых дорогах.
Также здесь следует упомянуть технологию EcoStud 9, используемую для смегчения контакта с дорожным полотном. Это происходит за счёт наличия наружных фасок у шипов, расширяющих область контакта, а также резинового подушечного слоя под основанием шипов, который смягчает их негативное воздействие на полотно дороги.
В модели Observe Ice-Freezer используется шип новой для компании формы. Помимо увеличенного фланца шипы в сравнении с предыдущей моделью Observe G3-Ice получили корпус меньшего диаметра, способствующего более надёжной фиксации в посадочном гнезде, а также пятиугольный наконечник, который призван усиливать сцепление шины со скользким льдом.
Шип модели Winter i*Pike RS 2 W429, сделанный финской компанией Turvanasta, обладает шестигранным корпусом с твердосплавным элементом в виде звездочки/снежинки и выемкой в тыльной части нижнего фланца, В совокупности это значительно увеличивает сцепные свойства на обледенелой поверхности дорожного покрытия и уменьшает разрушительной воздействие.
В моделях WinterCraft Ice Wi31 (для легковых автомобилей) и используются шипы финского производства Scason Turbine, которые благодаря своей уникальной конструкции и суженному месту крепления довольно плотно сидят в толще протектора, что предотвращает их вылетание.
Каждый производитель утверждает, что его шина (а значит, и форма шипа) самая лучшая и номер 1 среди остальных. Да, все они прошли тесты. Да, их разработки основываются на многолетнем опыте и технологиях. Но выбор все равно остается за автовладельцем и особенностями его автомобиля. Да и тесты разных моделей шин одного типоразмера и на одном и том же автомобиле дают более глубокое и точное представление о возможностях шин.
Эволюция зимнего шипа
Первые шипы появились задолго до того, как человечество узнало о существовании двигателя внутреннего сгорания. Примерно полторы сотни лет назад людям точно также важно было сохранять устойчивость и управляемость на льду и заснеженной дороге.
В новейшей истории первые прототипы шипа стали появляться только спустя почти полвека после изобретения пневматической шины Джоном Данлопом. В честь которого был назван до сих пор существующий бренд «Dunlop».
Первые робкие попытки создания зимней шипованной резины предпринимались в профессиональном автоспорте 1930-х годов. Однако в широком производстве прототипы современных шипов стали появляться только в конце 1950-х.
К 1969 году стало очевидно, что одними стальными вставками на резине, которая «дубеет» в мороз – не обойтись.
На протяжении 70-80х гг. шинные концерны стали активно сотрудничать с химическими производствами – это позволило создать резину нужной консистенции, а также включить кое-какие изменения в рисунок протектора. В это время стали появляться первые «липучки».
В то время, наиболее близкими к современному пониманию шипованной резины оказались всё те же «Dunlop» и бренд «Nokian».
Dunlop предложили первыми использовать «металлическую щётку» в материале резины – модель вышла под названием «Winter Winner». Однако особенного успеха на рынке она так и не обрела.
«Nokian», примерно в то же время, наладили выпуск более успешной модельной линии «Hakkapeliitta», которая и сегодня надёжно удерживает топовые позиции на рынке.
В 1982 году Michelin выпустила показательную модель «XM+S 100», в которой были реализованы все самые актуальные (на тот момент) научные изыскания – проведены эксперименты с рисунком протектора, составом резины. Считается, что именно эта модель задала дальнейший вектор развития всей шинной промышленности, как в сфере выпуска резины с шипами, так и без их использования.
К 1999 году производители уже могли предложить покрышки с индексом скорости 240 км/ч. В последние годы XX века химический состав резиновой смеси и форма протектора получили более или менее единообразный характер. А вот эксперименты с формой шипа можно назвать главным трендом уже следующего столетия.
Попытки навсегда оставить в прошлом классический круглый шип, предпринял едва ли не каждый крупный шинный бренд, а новые разработки появляются каждый сезон.
- Овальный шип
Логичное продолжение экспериментов над «круглым» предком. Наиболее заметными моделями с этой разновидностью шипов можно назвать серию от Continental: Conti Winter Viking 1, 2003 года. Поперечная овальная вставка шипа позволила улучшить характеристики разгона и торможения на льду.
Дочерний бренд компании – «Gislaved», выпустил Nord Frost 3 в том же 2003 году с круглым шипом. Но, в другой ценовой категории.
- Четырёхгранный или квадратный шип.
Собственный продукт бренда «Nokian», который успешно применялся в модели Hakkapeliitta 5. Чуть позже на рынок был выведен «Четырёхгранный шип+» с более жёсткой основой и специальной ориентацией на покрышке. В «бюджетной» версии квадратный шип от «Nokian» вошёл в историю благодаря модели Nordman 5 SUV 2014 года.
- Пятигранник или «бриллиант».
Патент на него получил бренд «Gislaved», входящий в состав концерна «Continental».
С этой разновидностью шипа вышли модели обеих компаний. От «Gislaved» в 2006 году мир увидел модель Nord Frost 5, которая пользовалась некоторой популярностью в своём сегменте. Однако многие небезосновательно считают модель бюджетным перерождением ContiWinterViking 2 от 2005 года, которая прошла не так заметно.
Continental в применении инновации оказался намного смелее.
В 2013 году, концерн выпустил сразу две модели зимних шин ContiIceContact:
С маркировкой BD – алюминиевые шипы с формой вставки «бриллиант плюс». Также применялась особая технология вклейки шипа в резину покрышки. В результате чего удалось снизить вероятность потери шипа на протяжении эксплуатации.
С маркировкой HD – гибридная форма вставки. Она отличалась меньшим поперечным размером. Ряд изменений был включен и в геометрию самого шипа. За счёт этого производитель уменьшил нагрузку на дорожное полотно. А сами шины стали полностью соответствовать европейским стандартам. Один важный нюанс заключался в том, что такие шипы оказались слишком подвержены механическому износу. Спустя совсем небольшой срок эксплуатации пять граней «бриллианта» снова возвращались к форме привычного овала.
- Шестигранный или ромбовидный шип.
Зимний шип стал иметь 6 граней. Был запатентован как собственная разработка бренда. А на рынок вышла модель с шестигранниками «Hakkapeliitta 8». К чести создателей стоит отметить, что обновлённый алюминиевый шип стал значительно легче и короче. Другими словами, это позволило сделать его менее шумным, менее агрессивным для дорожного полотна. Последний факт освободил «Nokian» от необходимости устанавливать строго разрешённое количество шипов на поверхность резины.
Кроме того, шесть граней значительно лучше врезаются в лёд, что позволяет обеспечить лучшую управляемость и контроль над дорогой в зимнее время.
- Трапециевидная
Уникальная форма шипа, которую принято ассоциировать с брендом GoodYear. Главная модель бренда с трапециевидной формой шипа — UltraGrip Ice Arctic 2012 года. Стоит признать, что сложная конструкция действительно позволила в своё время достигнуть определённых высот на рынке зимних шин. Интересно отметить, что каждая из особенностей «трапеции» в шипах отвечает за свой участок работы.
- Дугообразная форма вставки помогает сократить тормозной путь на льду.
- Прямое основание у трапеции помогает автомобилю лучше сцепиться с дорожным полотном во время набора скорости.
- Скошенные боковины повышают управляемость в поворотах.
Также в конструкции применяется двухслойная резина из твёрдого и мягкого слоя. Первый помогает надёжно зафиксировать шип, а второй позволяет улучшить сцепку резины с дорогой.
Плоские и треугольные шипы в шине «Nokian»
За грань экспериментов с формой одного шипа в 2017 году вышел бренд «Nokian». В последней модели Hakkapeliitta 9 используется сразу 2 разновидности ошиповки.
До появления Hakkapeliitta 9, использование сразу двух видов шипов было известно только автогонщикам.
В инновационной разработке за продольное сцепление с дорогой отвечают шипы с плоской вставкой, расположенные в средней части шины. Они обеспечивают комфортный разгон и эффективное торможение.
Устойчивость в поворотах обеспечивается шипами с треугольной вставкой, которые расположены в боковой части шины.
Важно отметить, что шина выпускается не только для легковых машин. Но и в модификации «SUV» для кроссоверов и внедорожников.
Скользкая тема. Устройство и принцип работы шипов в зимних шинах
Идея оснастить колеса острыми элементами, цепляющимися за лед, возникла сравнительно давно – еще в XIX веке были попытки снабжать подобием шипов колеса повозок и карет. В 30-е годы XX века начались активные эксперименты в автоспорте – гонщики пытались кустарным способом модифицировать колеса для зимних состязаний. Однако острые спортивные «гвозди» были практически непригодны для дорог общего пользования. Первой серийной легковой шипованной шиной принято считать модель Kometa-Hakkapeliitta компании Nokian. Когда к созданию шипованных шин подключились ведущие шинные компании, эволюция шипа заметно ускорилась.
Партнерский материал
Поначалу конструкторам приходилось решать множество технических задач. Наиболее распространенной проблемой оказалась коррозия – многие металлические сплавы не выдерживали постоянного контакта с мокрой поверхностью, а если дорога еще была щедро удобрена солью и реагентами, то жизнь шипа и вовсе оказывалась короткой. К тому же стальные шипы существенно увеличивали вес шины, а следовательно, и неподрессоренные массы. Использовать легкие и малочувствительные к ржавчине металлы вроде алюминия не получилось, поскольку мягкий материал очень быстро стирался, по той же причине потерпели неудачу эксперименты с пластиком. Близкой стала проблема с посадочным местом шипа – под воздействием постоянных нагрузок оно расширялось, ослабляя посадку, между шипом и протектором попадали вода, грязь и реагенты, еще больше усиливая воздействие коррозии.
Постепенно конструкторы пришли к комбинированному решению – тело, то есть корпус шипа, стали делать из легкого устойчивого к коррозии, чаще алюминиевого, сплава, а наконечник – из твердосплавного материала, как правило, с примесью карбида вольфрама. Чтобы шип не расшатывался и не вырывался из гнезда, его корпус обычно делают двухфланцевым, а между фланцами находится более тонкая соединительная ножка. Широкий верхний фланец обладает большой площадью опоры и препятствует чрезмерным колебаниям, а широкий и плоский нижний фланец удерживает шип в протекторе. К примеру, такое решение применяется в шипе Ice Force, который устанавливается в зимнюю шину Toyo Observe Ice-Freezer.
Для успешной работы шипа в течение всего срока службы важно и соответствующее отношение со стороны автовладельцев. Прежде всего, новые шипованные шины нуждаются в обкатке для окончательной фиксации в гнезде. Поэтому первые 500 километров следует ездить, избегая резких маневров, и держать скорость не выше 100 км/ч.
В последнее время разработчики все чаще экспериментируют с формой наконечника шипа, стремясь улучшить проникающий эффект и дифференцировать нагрузку в продольном и поперечном направлении. Встречаются квадратные, овальные и даже крестообразные наконечники. В шипе Ice Force от Toyo Tires основная рабочая часть наконечника сделана пятиугольной, а на ее вершине расположен еще один четырехугольный выступ. Это позволило увеличить количество острых углов и сцепных кромок, значительно улучшив проникающее действие шипа. В результате шип Ice Force обеспечивает хорошую разгонно-тормозную динамику, работая в продольном направлении, а также боковую поддержку, существенно облегчая прохождение поворотов.
Но, разумеется, сцепление зависит не только от формы шипов, но и от их количества, и расположения в протекторе. В современных шинах этот параметр все чаще подбирается с помощью компьютерного моделирования, например, технологии T-MODE от Toyo Tires. В новой шине Observe Ice-Freezer разработчики применили 28-рядную ошиповку, что позволило не только улучшить сцепление с дорогой, но и снизить шум благодаря равномерному распределению шипов.
Эффективность работы шипов во многом зависит от окружающей температуры. Считается, что лучше всего они проникают в лед при умеренном холоде. Когда воздух остывает ниже -25 градусов, то лед становится существенно прочнее, и шипам сложнее его прокалывать. Преимущества здесь у моделей с оптимальной формой наконечника, обладающего острыми гранями, как, например, у шипа Ice Force, а также у шин оснащенных мягкой и эластичной резиновой смесью, сохраняющей свои характеристики при сильном морозе, что позволяет резине облегать микронеровности ледяной дороги. Эффект возрастает, если резиновая смесь дополнена абразивными элементами – такими свойствами, в частности, обладает упомянутая выше шина Toyo Observe Ice-Freezer с технологией Microbit, ее суть с том, что в резину добавлена измельченная скорлупа грецкого ореха, частицы которой повышают сцепные свойства шины на льду. Такое технологическое решение родилось, когда в Японии запретили шипованные шины и инженеры искали новые способы повысить сцепление на льду. Оказалось, что скорлупа грецкого ореха – материал более твердый, чем лед, и ее острые частицы способны эффективно царапать ледяную поверхность. В то же время скорлупа мягче асфальтового покрытия и не наносит ему вреда.
Как работают шипы в зимних шинах?
Дорогие читатели! Наша статья носит исключительно информационный характер, что не подразумевает предоставление услуг, описанных в статье!
По назначению, составу, внешнему виду и характеристикам резина делится на: летнюю, зимнюю и всесезонную. Зимняя бывает с шипами и без (ее называют «липучками»). Особенность зимних покрышек – более мягкая резина, глубокий протектор с большим количеством ламелей, специальные металлические шипы.
Во всех ли случаях автомобилю нужны шипованные шины и на какой дороге стоит применять шипы, расскажем в статье.
Конструктивные особенности
Шипы состоят из корпуса и твердосплавной вставки. При помощи корпуса шипы вставляются в шины, специальная вставка отвечает за сцепление с дорогой. Шипы отличаются формой и составом. С точки зрения изготовления проще вставлять шипы с круглым корпусом, но производители предпочитают делать более сложные варианты, так как ширина и форма позволяет оптимизировать те или иные характеристики шины на льду, в том числе: торможение, управляемость и разгон.
Производители выпускают шипы разных форм от простейших круглых до сложных многогранников. По структуре сцепные элементы делятся на однофланцевые, двухфланцевые и трехфланцевые элементы шиповки. Однофланцевые считаются устаревшими типами, для легковых автомобилей чаще всего применяют двухфланцевые, а трехфланцевые подойдут для грузовиков. Их рабочий ресурс меньше однофланцевых, изделия чаще выпадают из посадочного места шипов.
Из чего сделаны шипы для шин?
Изначально все сцепные элементы производились из стали, но затем законодатель закрепил в нормативных актах установленный вес изделий и запретил использование покрышек с более тяжелыми сцепными элементами. Производители пробовали разные варианты, в том числе и корпус из пластмассы, но наилучшие эксплуатационные характеристики продемонстрировал корпус из алюминия с тефлоновым напылением: легкий, надежно крепится к покрышкам, почти не подвержен коррозии. Вставка более прочная и твердая, производится из карбида вольфрама, с различными добавками для улучшения показателей твердости.
Как работают шипы зимних шин?
Все элементы покрышки выполняют свои задачи:
- мягкая резина верхнего слоя протектора не промерзает и не встает «колом» при минусовых температурах;
- плотно расположенные глубокие ламели отводят влагу и снег из шин и дают прочное сцепление с заснеженной поверхностью в пятне касания, раздробленным льдом и обледеневшей при экстремальных температурах трассой. Протектор покрышек для зимы обычно двухслойный: на верхнем нанесен рисунок, к нижнему более твердому прикрепляются шипы;
- металлические шипы обеспечивают хорошее сцепление в местности, где зимой преобладает температурный режим от -5 до -20, дороги в снегу и наледи. Именно шипы впиваются в снег и лед, помогают добавить авто маневренности.
Принцип работы шипованной резины на разных поверхностях
Качество сцепления зависит от парной работы протектора и шипов. На разных поверхностях колеса ведут себя по-разному: на льду шипы не дают колесу делать лишнее прокручивание. На влажном покрытии и раздробленном льду более эффективен протектор, он поглощает рыхлый слой поверхности и выводит лишнее из пятна касания. При движении по снегу, он забивается в канавки и тает, а шипы усиливают сцепление. На сухом асфальте шипы не оправдывают своего использования, наоборот, осложняют маневренность автомобиля, создают дополнительный шум.
Когда стоит выбрать шипованные покрышки?
Новые шипованные шины стоят дороже нешипованных «липучек», при правильной и аккуратной эксплуатации могут прослужить до 6 сезонов. Но выбор резины с шипами не всегда лучшее решение, стоит учесть особенности эксплуатации.
- Если дорога покрыта мягким, не утрамбованным снегом шипы становятся бесполезны, в таких условиях лучше работают липучки, их изготавливают из более мягкой резины.
- На чистом асфальте при минусовой температуре использование шипов не оправдано. Без осадков в морозы асфальт становится слишком твердым, шипы на протекторе резины не могут зацепиться за него и проскальзывают. При езде на шиповках по асфальту важно соблюдать скоростной режим, и учитывать, что от такой эксплуатации шипы деформируются и выпадают из резины. Кроме того, перемещение по дороге будет очень шумным.
- В последних моделях конструкция покрышек такова, что при езде по твердой поверхности шипы вдавливаются и сцепление происходит с протектором, когда машина едет по льду, наоборот – шипы выходят вперед и улучшают сцепные свойства шины.
- При езде по снегу за счет трения и нагревания резины на поверхности шины образуется слой влаги, даже если температура ниже -10 градусов. Шипы продавливают эту водную прослойку и обеспечивает стабильный контакт колеса с дорогой.
- Шиповки стоит использовать водителям, которым требуется повышенная проходимость. Они подходят для жителей загородных и пригородных областей, где на дорогах много крутых поворотов, виражей, покрытых снегом и льдом. На таких трассах автомобиль с шипованными шинами быстрее разгоняется, эффективнее тормозит и дает водителю максимально возможную устойчивость, управляемость и маневренность транспорта.
- Не стоит выбирать шипованную резину, если вы не готовы к дополнительному шуму, увеличению расхода топлива и если температура в зимнее время опускается ниже -30 градусов. Также не подойдет резина с шипами для европейской малоснежной зимы, и крупных мегаполисов, где на дорогах круглый год чистый асфальт.
Главный этап подготовки автомобиля к зиме в России – обязательный переход на зимнюю резину. Но к выбору типа: липучки или шиповки, стоит отнестись серьезно. Жителям мегаполисов, расположенных в европейской части России шипы могут не пригодиться и только осложнить передвижение, также, как и для территорий, где зимой температура стабильно опускается ниже -30 градусов. Для таких условий эксплуатации больше подойдут липучки, для обледенелых, заснеженных извилистых трасс, стоит использовать ошипованные покрышки.