Протектор шины

Протектор шины — это наружная часть автомобильной шины, непосредственно контактирующая с дорожным покрытием. Представляет собой слой резины с рельефным рисунком, нанесённым на каркас шины. Основные функции протектора — обеспечение сцепления с дорогой, отвод воды и грязи из пятна контакта, защита каркаса от проколов и порезов, а также снижение шума и вибраций. Конструкция и состав протектора определяют эксплуатационные характеристики шины: управляемость, тормозной путь, износостойкость, топливную экономичность и пригодность к разным дорожным условиям.

История

Первые шины, выпускавшиеся в конце XIX века, были цельнолитыми или имели гладкую поверхность. Сцепление с дорогой было минимальным, особенно на мокром покрытии. В 1904 году Continental AG запатентовала первую шину с протектором — рисунок в виде ромбов и квадратов наносился на гладкую поверхность для улучшения сцепления. В 1908 году компания Goodyear представила шину с рисунком «ёлочка», который стал прообразом современных зимних и внедорожных протекторов.

В 1920-х годах, с ростом скоростей автомобилей, начались исследования влияния рисунка протектора на управляемость и износ. В 1930-х годах появились первые шины с направленным рисунком, обеспечивающим лучший отвод воды. В 1940-х годах, после внедрения синтетического каучука, протекторы стали более износостойкими. В 1960-х годах компания Michelin разработала радиальную шину с металлокордом, что позволило создавать более жёсткие и долговечные протекторы.

В 1970-х годах, с введением в США и Европе требований к минимальной глубине протектора (1,6 мм), началась стандартизация параметров. В 1980-х годах появились первые зимние шины с ламелями (тонкими прорезями) для улучшения сцепления на льду. В 1990-х годах началось использование компьютерного моделирования для оптимизации рисунка протектора. В 2000-х годах получили распространение асимметричные протекторы, сочетающие разные свойства на внутренней и внешней сторонах шины. Современные протекторы разрабатываются с учётом требований по шуму, экологичности (низкое сопротивление качению) и износостойкости.

Конструкция и состав

Протектор состоит из нескольких слоёв, каждый из которых выполняет свою функцию:

• Верхний слой (беговая дорожка) — непосредственно контактирует с дорогой. Изготавливается из износостойкой резиновой смеси на основе натурального или синтетического каучука с добавлением технического углерода (сажи), кремниевой кислоты (силики), серы и других компонентов. Состав смеси определяет сцепные свойства, износостойкость и сопротивление качению.
• Подпротекторный слой — расположен под беговой дорожкой. Служит для соединения протектора с каркасом шины, а также для поглощения ударов и вибраций. Обычно изготавливается из более мягкой резины, чем верхний слой.
• Брекер — слой из металлического или текстильного корда, расположенный между протектором и каркасом. Обеспечивает жёсткость протектора, предотвращает его деформацию при высоких скоростях и защищает каркас от проколов.

Глубина протектора (высота рисунка) измеряется в миллиметрах. Для легковых автомобилей новая летняя шина имеет глубину 7–9 мм, зимняя — 9–12 мм, всесезонная — 8–10 мм. Минимально допустимая глубина для летних шин в России составляет 1,6 мм, для зимних — 4 мм (согласно Техническому регламенту Таможенного союза «О безопасности колёсных транспортных средств»). Шины с глубиной протектора ниже минимальной считаются изношенными и не допускаются к эксплуатации.

Классификация рисунков протектора

Рисунок протектора классифицируется по трём основным типам: дорожный (шоссейный), универсальный и внедорожный. Внутри каждого типа выделяются подтипы.

Дорожный (шоссейный) рисунок

Предназначен для эксплуатации на асфальтированных дорогах. Характеризуется мелкими и частыми блоками, большим количеством продольных канавок. Обеспечивает низкий уровень шума, хорошую управляемость на сухом и мокром асфальте, низкое сопротивление качению. Подразделяется на:

• Симметричный ненаправленный — блоки расположены симметрично относительно центральной оси шины. Наиболее распространённый тип для летних шин. Обеспечивает равномерный износ, низкую стоимость производства.
• Симметричный направленный — блоки имеют V-образную форму, направленную в одну сторону. Обеспечивает эффективный отвод воды из пятна контакта, снижает риск аквапланирования. Требует строгого соблюдения направления вращения при установке.
• Асимметричный — внутренняя и внешняя стороны протектора имеют разный рисунок. Внутренняя сторона обычно содержит больше канавок для отвода воды, внешняя — более жёсткие блоки для улучшения управляемости в поворотах. Обеспечивает компромисс между сцеплением на мокрой дороге и устойчивостью на сухой.

Универсальный рисунок

Предназначен для эксплуатации как на асфальте, так и на лёгком бездорожье (грунтовые дороги, гравий). Характеризуется более крупными и редкими блоками, чем у дорожного рисунка, наличием грунтозацепов (выступов на боковинах). Обеспечивает приемлемую управляемость на асфальте и достаточную проходимость на мягких грунтах. Часто используется на внедорожниках и кроссоверах, эксплуатируемых преимущественно в городе.

Внедорожный рисунок

Предназначен для эксплуатации на бездорожье (грязь, песок, снег, камни). Характеризуется очень крупными и редкими блоками, глубокими канавками, мощными грунтозацепами. Обеспечивает максимальное сцепление на слабонесущих грунтах, но имеет высокий уровень шума, повышенное сопротивление качению и быстрый износ на асфальте. Подразделяется на:

• Грязевой (Mud-Terrain, M/T) — с очень глубокими (до 20 мм) канавками и крупными блоками. Предназначен для тяжёлого бездорожья (глубокой грязи, болотистой местности).
• Песчаный (Sand-Terrain) — с широкими канавками и мелкими блоками для улучшения сцепления на сыпучем песке. Часто имеет направленный рисунок.
• Скальный (Rock-Terrain) — с усиленными боковинами и мелкими блоками для преодоления каменистых участков.

Зимний рисунок

Отдельный класс, предназначенный для эксплуатации при низких температурах (ниже +7 °C) на снегу и льду. Характеризуется наличием ламелей (тонких прорезей) на блоках, которые раскрываются при торможении, увеличивая площадь контакта. Используются более мягкие резиновые смеси, сохраняющие эластичность на морозе. Подразделяется на:

• Скандинавский (арктический) — с крупными блоками и глубокими канавками, большим количеством ламелей. Предназначен для снега и льда. Обеспечивает максимальное сцепление на зимних дорогах, но имеет высокий уровень шума на асфальте.
• Европейский — с более мелкими блоками и меньшим количеством ламелей. Предназначен для мягких зим (слякоть, мокрый снег). Обеспечивает лучшую управляемость на асфальте, чем скандинавский, но хуже держит лёд.

Функции протектора

Обеспечение сцепления

Основная функция протектора — создание трения между шиной и дорогой. На сухом асфальте сцепление обеспечивается за счёт адгезии (прилипания) резины к поверхности. На мокром асфальте, снегу и льду — за счёт механического зацепления блоков протектора за неровности покрытия. Ламели на зимних шинах увеличивают площадь контакта на льду, а глубокие канавки на внедорожных шинах — на мягком грунте.

Отвод воды и грязи

Продольные и поперечные канавки протектора служат для отвода воды, грязи и снега из пятна контакта. При движении по мокрой дороге вода вытесняется через канавки, предотвращая аквапланирование (потерю сцепления из-за водяной плёнки). Эффективность отвода воды зависит от глубины канавок, их ширины и количества. Направленные рисунки с V-образными канавками обеспечивают наилучший отвод воды.

Защита каркаса

Протектор защищает каркас шины (слой корда) от проколов, порезов и ударов. Толщина протектора (особенно в зоне беговой дорожки) определяет устойчивость к механическим повреждениям. Для шин, эксплуатируемых на бездорожье, протектор часто усиливается дополнительными слоями резины и металлокорда.

Снижение шума и вибраций

Рисунок протектора влияет на уровень шума, создаваемого шиной при движении. Мелкие и частые блоки, а также наличие специальных шумопоглощающих элементов (например, переменного шага блоков) снижают гул. Крупные блоки внедорожных шин, напротив, создают повышенный шум.

Износ и диагностика

Износ протектора происходит неравномерно и зависит от условий эксплуатации, стиля вождения, давления в шинах и углов установки колёс. Основные типы износа:

• Центральный износ — быстрее изнашивается центральная часть протектора. Причина — избыточное давление в шине.
• Краевой износ — быстрее изнашиваются боковые части. Причина — недостаточное давление.
• Пятнистый износ — износ отдельных участков протектора. Причина — дисбаланс колёс, нарушение углов развала-схождения.
• Пилообразный износ — износ блоков под углом. Причина — неправильная установка направленного рисунка или износ подвески.

Для контроля износа используются индикаторы — выступы на дне канавок, расположенные на определённой глубине (обычно 1,6 мм для летних и 4 мм для зимних шин). При достижении индикатора шина считается изношенной. В России эксплуатация шин с глубиной протектора менее 1,6 мм (для летних) и 4 мм (для зимних) запрещена (ч. 1 ст. 12.5 КоАП РФ).

Технологии производства

Современные протекторы изготавливаются методом вулканизации в пресс-формах. Резиновая смесь подаётся в форму, где под давлением и температурой (около 150–180 °C) приобретает заданный рисунок. Используются следующие технологии:

• Компьютерное моделирование — позволяет оптимизировать рисунок для снижения шума, улучшения отвода воды и равномерности износа.
• Многослойные протекторы — верхний слой изготавливается из износостойкой смеси, нижний — из более мягкой для улучшения сцепления на мокрой дороге.
• Нанотехнологии — добавление наночастиц (например, кремниевой кислоты) для улучшения сцепления и снижения сопротивления качению.
• Индикаторы износа — в канавках протектора размещаются цветные или цифровые индикаторы, показывающие степень износа.

Применение

Протекторы шин различаются в зависимости от типа транспортного средства:

• Легковые автомобили — дорожные и универсальные рисунки, глубина 7–9 мм.
• Внедорожники и кроссоверы — универсальные и внедорожные рисунки, глубина 9–12 мм.
• Грузовые автомобили — усиленные протекторы с глубокими канавками (до 20 мм) для повышенной грузоподъёмности.
• Сельскохозяйственная техника — специальные рисунки (например, «ёлочка») для работы на мягких грунтах.
• Спортивные автомобили — низкопрофильные протекторы (глубина 5–7 мм) с минимальным количеством канавок для максимального сцепления на сухом асфальте.

Интересные факты

• Первая шина с протектором была запатентована в 1904 году компанией Continental AG.
• Самый глубокий протектор (до 25 мм) используется на шинах для тяжёлых грузовиков и карьерных самосвалов.
• В 2020 году компания Michelin представила шину с протектором, напечатанным на 3D-принтере, что позволяет менять рисунок в зависимости от условий эксплуатации.
• В России зимние шины с протектором глубиной менее 4 мм запрещены к эксплуатации с 1 декабря по 1 марта (ч. 2 ст. 12.5 КоАП РФ).
• Некоторые производители (например, Nokian Tyres) используют в протекторе зимних шин частицы вулканической породы для улучшения сцепления на льду.

Источники

• Технический регламент Таможенного союза «О безопасности колёсных транспортных средств» (ТР ТС 018/2011).
• Кодекс Российской Федерации об административных правонарушениях (ст. 12.5).
• ГОСТ 4754-97 «Шины пневматические для легковых автомобилей, прицепов к ним, легких грузовых автомобилей и автобусов особо малой вместимости».
• Учебное пособие «Автомобильные шины: устройство, эксплуатация, ремонт» (под ред. В. И. Кравченко, 2018).
• Материалы компаний-производителей: Michelin, Continental AG, Goodyear, Nokian Tyres.