Как это сделано? 10 вопросов о шипованных шинах

Автоблог

2020-11-15

Как это сделано? 10 вопросов о шипованных шинах

Вокруг шипованных шин ходит много вредных мифов. И живы эти мифы потому, что автовладельцы стесняются задавать вопросы, ответы на которые якобы всем известны. Отвечаем на 10 важных вопросов о шипах и шипованных шинах, рассказываем, почему вылетают шипы, правда ли на асфальте «шиповке» не место и можно ли вставить новые шипы взамен потерянных.

1. Из чего делают шипы?

Первые шипы в зимних шинах делали из обычной нержавеющей стали. Дешевый и доступный, но не лучший материал для шипа — даже самые высокопрочные марки стали не выдержат и одного сезона езды по асфальту. С тех пор шипы очень сильно изменились.

Современный шинный шип состоит из двух частей — корпуса и сердечника, — для каждой из которых подобран свой материал. Корпус с фланцами отливается из стали или алюминия с легирующими добавками. Это не тот беспомощно мягкий алюминий, знакомый многим по гнущимся ложкам в школьной столовой — современные алюминиевые сплавы немногим уступают стали. Тело шипа почти не касается дорожного полотна, бóльшая его часть находится в шине. Задача тела — держать в себе сердечник.

Как это сделано? 10 вопросов о шипованных шинах
Зимние шипованные шины предназначены для передвижения по заснеженным и обледенелым дорогам. Шипы вгрызаются в лед и обеспечивает лучшую управляемость автомобиля

Сердечник как раз и есть рабочая часть шипа, которая принимает на себя весь груз ответственности за хорошее сцепление с обледенелой дорогой. Чтобы максимально увеличить срок службы сердечника, его изготавливают из карбида вольфрама — одного из самых твердых материалов с доступной ценой. Твердость этого сплава достигает 85-90 HRC (по шкале Роквелла), тогда как закаленная сталь имеет твердость порядка 60 HRC, а алмаз — 100 HRC. Из карбида вольфрама на 90% состоят сплавы семейства победит, которые можно встретить в сверлах, фрезах и дисках циркулярных пил.

Недолговечные цельностальные шипы не ушли в небытие, их до сих пор можно встретить в дешевых ремонтных шипах, о которых мы поговорим чуть позже. В мире есть всего несколько компаний, занятых производством шипов, — их продукцию закупают все производители шин. То есть в шинах разных брендов фактически могут быть установлены шипы, вышедшие с одного завода.

2. Как шипы крепятся в шине?

Существует две технологии установки шипов в шину. Одна из них — установка шипов в мягкую невулканизированную заготовку и её вулканизация вместе с шипами. Другой более распространенный метод заключается во вдавливании шипа в посадочное место на специальном станке, который делает это автоматически, точно и очень быстро.

Отверстия под шипы образуются на этапе вулканизации: гладкая шинная заготовка (бандаж) вдавливается в пресс-форму, которая, помимо рисунка протектора, оставляет на шине отверстия.

Как это сделано? 10 вопросов о шипованных шинах
К примеру, в зимней шине Michelin Latitude X-Ice North 2+ шип располагается сразу в двух слоях резины с разной жесткостью. Нижний термоактивный слой по мере снижения температуры твердеет, чтобы шип не «прятался» внутрь отверстия при езде по льду.

Отверстия эти не простые, а с особым профилем, соответствующим профилю тела шипа. На теле шипа предусмотрены фланцы, которые и удерживают шип от вылетания. На шипе может быть от одного до нескольких фланцев. Одного опорного фланца, конечно, чаще всего недостаточно, но важно знать меру. Если превратить профиль шипа в «гребенку», то резиновые ребра между фланцами станут слишком тонкими и не смогут удерживать шип при быстром вращении колеса.

3. Почему шипы выпадают?

Предположим, что вы приобрели качественные шины от уважаемого производителя, а к концу сезона обнаружили, что на одном или нескольких колесах не хватает шипов. Если для бюджетных шин это нормальная ситуациях, то для крупного бренда — нонсенс, так как и технологии, и культура производства, и контроль качества просто не позволят выпустить в продажу откровенный брак, «лысеющий» всего за несколько месяцев.

Тем не менее, самая частая причина потери шипов заключается в излишне агрессивной манере езды. И речь не столько о резких ускорениях или решительных перестроениях, сколько о торможении с блокировкой колес или старте с места с пробуксовкой. Пока колесо катится по дороге, на шип оказывается минимальная поперечная сила (сила смещения вбок). Но стоит вам заблокировать колеса, как шипы заскользят по дороге, испытывая колоссальную нагрузку в поперечном направлении. Тут уже не спасут никакие фланцы — несколько подобных испытаний шипы еще выдержат, но со временем их посадочные места растянутся и шипы начнут постепенно вылетать. Повороты колес на месте тоже вредят шипам, а в некоторых случаях приводят к их выпадению. Вспомните, что говорил инструктор по вождению — сначала приведите автомобиль в движение, а потом начинайте вращать руль.

Обратите внимание! Существует мнение, что вылет шипов ускоряется при плюсовых температурах. На самом деле оно ошибочно. Зимняя шипованная шина не меняет своих прочностных свойств при потеплении даже до +10°C. Нагрев до положительных температур вообще является штатным режимом работы шины — из-за постоянной деформации при качении шина разогревается и даже становится чуть теплой. Поэтому если после «переобувки» неожиданно потеплело, за сохранность шипов можно не беспокоиться.

Среди редких, но всё же реальных причин «облысения» шин стоит упомянуть разбалансировку и низкое давление в колесе. При дисбалансе пятно контакта шины с поверхностью получается неравномерным — часть шипов не работает, часть подвергается повышенной нагрузке. В результате шипы, выполнявшие работу «за себя и за того парня», быстрее изнашиваются и выходят из посадочных мест.

В случае недостаточного давления в колесе шина при качении деформируется сильнее, чем это предусмотрено. Чем больше деформация, тем сильнее растягивается отверстие с шипом и с тем большей вероятностью во время одного из таких растяжений шип покинет свое место.

4. Много или мало шипов — что лучше?

Если не углубляться в физику, то стоит принять за аксиому: чем больше шипов в зимней шине, тем лучше. Так как площадь контакта каждого шипа со льдом чрезвычайно мала, улучшать сцепление остается лишь увеличением числа шипов в пятне контакта.

Много шипов — это хорошо для водителя, но не для дороги. Чтобы хоть как-то снизить урон, причиняемый дорожному покрытию, в 2013 году в Европе ввели ограничение на количество шипов в шине: их должно быть не более 50 штук на погонный метр (в шине популярного типоразмера 205/55R16 около двух погонных метров). Проблема нововведения оказалась в том, что большинство зимних шин в этот норматив не вписывались. Производителям оставалось либо прореживать шиповку, снижая качество сцепления на льду, либо… обойти это ограничение с помощью сертификации в финской лаборатории Test World.

Кстати, не во все страны вас впустят на шипованной резине. Обратите на это внимание при планировании маршрута передвижения. При необходимости, можете воспользоваться картой, наглядно показывающей, в каких странах Европы запрещена шипованная резина.

Для получение разрешения на установку большего числа шипов, чем положено, шине нужно пройти испытание в виде проезда по специальной гранитной плите 400 раз с соблюдением строгой методологии. Если эксперты Test World признают, что избыточная шиповка не причиняет покрытию урон больше допустимого, такую шину допустят к продаже.

Как это сделано? 10 вопросов о шипованных шинах
По площадке из 15 таких гранитных блоков автомобиль должен проехать в рамках испытаний 400 раз. В конце испытания с плиток убирают крошку и пыль, взвешивают и таким образом вычисляют процент износа поверхности от шипов.
Как это сделано? 10 вопросов о шипованных шинах
Одно из ухищрений для прохождения теста на износ дорожного полотна — это полость в опорном фланце шипа и резиновая подушка под ним. При движении по асфальту подушка сжимается, а воздух в полости работает как пневмопружина.

5. Имеет ли значение форма шипа?

Круглый сердечник шипа — это классика, проверенная временем. Едва ли можно упрекнуть шины с круглым шипом в плохом поведении на дороге. В гораздо большей степени управляемость авто зависит от числа шипов, рисунка протектора, ламелей, состава резиновой смеси, давления в шине, исправности подвески, нежели от профиля сердечника.

Однако форма шипа действительно может вносить коррективы в поведение шин на льду. Круглый шип демонстрирует равномерное сцепление при любом векторе приложения силы. Квадратный, плоский, треугольный шип или шип с другим сечением может лучше сопротивляться смещению по оси движения (разгон и торможение) или боковому смещению (при вхождении в поворот). И хотя граненый шип может лучше держать дорогу при ускорении и торможении, его грани быстрее стачиваются и он раньше потеряет свои характеристики.

Круглый шип может немного проигрывать шипу иной формы при определенных обстоятельствах, но это легко компенсируется увеличением числа шипов в пятне контакта.

6. Почему шипы размещены несимметрично?

Если вы впервые купили шипованные шины, вас может удивить странный рисунок ошиповки — словно шипы устанавливали наугад, без какой-либо системы. Кажется, что симметричная ошиповка выглядит очень красивой и логичной.

На самом деле «случайность» установки шипов совсем не случайна. Каждый металлический «коготь» с наилучшей эффективностью держится за гладкий, неповрежденный ранее лед — так же и колесо лучше едет по ровной дороге, а не по залитой грязью колее. Но если зимняя шипованная шина буксует или блокируется, на льду остается проделанный шипами след в виде характерной канавки. Если в эту канавку попадет следующий шип, его сцепление со льдом будет значительно хуже (если будет вообще), чем при попадании на неповрежденный лед.

Как это сделано? 10 вопросов о шипованных шинах
Если провести линии через все вроде бы хаотично расположенные шипы в пятне контакта, станет очевидно, что такой рисунок ошиповки максимально эффективно задействует поверхность дороги для улучшения сцепления.

Несимметричная ошиповка шины как раз предотвращает ситуацию, когда один шип попадает в уже проделанную другим канавку. Кстати, создание схемы ошиповки — это очень важная и сложная задача, ведь от этого зависит не только качество сцепления, но и шум, издаваемый шиной при качении. Компьютерный анализ позволяет математически точно определить уровень шума от будущей шины еще до того, как ее первый экземпляр выйдет из вулканизатора.

7. Можно ли ошиповать шины самому?

В зависимости от манеры езды и проблем, описанных выше, всякая шипованная шина со временем начинает терять шипы. Самые дешевые комплекты способны растерять до половины шипов уже через два сезона, особенно если водитель любит «притопить». Зимние шины — вещь не из дешевых. Вдвойне обидно, если высота протектора еще позволяет поездить несколько лет, а шипов остались считанные штуки.

Хотя производители шин это не рекомендуют и сами такое не практикуют, шинные мастерские предлагают восстановить шиповку с помощью ремонтных шипов. При этом фактически в опустевшие отверстия вставляют новые шипы.

Купленные шины — это собственность автовладельца, которой он может распоряжаться как ему угодно, в том числе перешиповывать на свой страх и риск. И даже в мастерской эта работа стоит относительно недорого.

Как это сделано? 10 вопросов о шипованных шинах
Робот работает со скоростью 2-3 шипа в секунду. Мастер с пневматическим инструментом тратит на установку одного шипа около 5 секунд. С помощью подручных инструментов и отвертки в гараже на каждый шип будет уходить до полуминуты.

Но надо помнить, что ремонтный шип не чета оригинальному заводскому шипу. Хороший заводской шип наилучшим образом сидит в предназначенном для него отверстии, ремонтный же пытается удержаться за счет более широкого фланца. Сердечник заводского шипа изготовлен из карбида вольфрама или высокопрочной стали, его ресурс составляет несколько лет. Ремонтные шипы могут быть как стальными, так и твердосплавными, и они заметно стираются всего за сезон. Ремонтный шип из-за несоответствия посадочному месту может разрушать резину вокруг себя и быстрее выпадать.

Ремонтный шип — это способ спасти от преждевременной утилизации максимально дешевые и низкокачественные шины, теряющие заводскую ошиповку буквально на глазах. Шины крупных производителей за весь срок службы (4-5 лет) при отсутствии проблем обычно теряют не более 20% шипов.

Также существует редкая практика ошиповки нешипованных шин без заводских отверстий. Для этого в шине сперва вырезаются посадочные места, а затем в них вставляются шипы. Но такая процедура допустима только для всесезонных шин для коммерческого транспорта — ошиповать обычную зимнюю фрикционную шину невозможно как минимум из-за мягкости протекторной ленты, как максимум — из-за отсутствия в блоках протектора места для проделывания отверстий.

Как это сделано? 10 вопросов о шипованных шинах
Так выглядит ремонтный шип (слева): алюминиевое тело, твердосплавный шип и пластиковая манжета.

8. Нужна ли шипованным шинам обкатка?

Да, нужна. Это не легенда, а рекомендация всех производителей. При заводской ошиповке шипы встают в посадочные места идеально, разница в их выступании над поверхностью протектора составляет считанные сотые доли миллиметра. Но для лучшего сцепления с дорогой даже эта ничтожная разница должна быть нивелирована. В ходе обкатки шипы занимают оптимальное положение в отверстиях, а шина выходит на свои рабочие характеристики.

Обратите внимание! Для обкатки стоит выбирать асфальтированные дороги без выбоин, ездить по ним спокойно, без резких торможений и ускорений со скоростью не более 70 км/ч. Укатанный снег или тем более ухабистые грунтовки для обкатки не подойдут. Достаточно проехать в таком режиме около 800 — 1000 км по одометру или два полных бака, чтобы все шипы заняли свое место. Часто вокруг шипа на резине можно увидеть рисунок, например, в виде снежинки или вафельной разметки. Это так называемый индикатор обкатки. Обкатка будет завершена, когда этот рисунок сотрется.

Но не стоит путать еле заметный индикатор обкатки с канавками для удаления ледяной крошки — на нектороых шинах «снежинки» выполняют функцию отвода льда от шипа, чтобы тот всегда оставался чистым. К индикации обкатки этот рисунок не имеет никакого отношения.

Как это сделано? 10 вопросов о шипованных шинах
Если рисунок вокруг каждого шипа сделан достаточно глубоким, значит, перед вами не индикатор обкатки, а специальные дренажные каналы для очистки шипа.

9. Как шипованные шины ведут себя на асфальте?

При сравнении эффективности торможения шипованных и фрикционных шин часто забывают, что между двумя моделями разница может быть не только в наличии шипов, но и в разном рисунке протектора и составе резины. От протектора зависит поведение автомобиля на снегу, асфальте и талой снежной каше, а шипы чаще всего почти не вносят своей лепты в качество сцепления на этих поверхностях. Шип может «уцепиться» за текстуру асфальта, но пробить его так же, как лед, он не в состоянии.

На этом факте построено популярное заблуждение, что на асфальте шипы превращаются в своеобразные коньки, на которых шина буквально скользит при торможении. Если бы шипы выступали над поверхностью шины на добрый сантиметр, так бы оно и было, но высота сердечника над протектором обычно не превышает 1,1 мм. К тому же под нижним фланцем шипа обычно есть либо эластичная прокладка, либо полость, благодаря которым при наезде колеса на слишком твердую поверхность (асфальт, бетон) шип прячется внутрь.

Таким образом, на асфальте в шипованных шинах работает протектор, а шип углубляется в свое отверстие, не уменьшая пятно контакта и не снижая качество сцепления. Обратная ситуация возможна только на совсем дешевых шипованных шинах с непродуманной ошиповкой.

Если обратиться к тестам, на сухом и мокром асфальте у фрикционных шин действительно наблюдается чуть меньший тормозной путь, чем у шипованных, но эта разница укладывается в считанные проценты, тогда как разница в торможении на льду составляет десятки процентов (не в пользу фрикционок).

10. Как шипы переносят сильные морозы?

Стоит заметить, что на большинстве покрытий разницы между шипованными и нешипованными шинами практически нет. Вернее, на рыхлом снегу ее нет вовсе, на асфальте она минимальна (да-да!), а заметные различия между двумя типами шин проявляются только на голом льду или плотно укатанном снегу в околонулевую температуру.

Задача шипа — зацепиться за лед. Но все-таки автомобиль с шипованными шинами едет по льду не на одних лишь шипах, протектор и ламели тоже участвуют в сцеплении. По мере снижения температуры твердость льда увеличивается и шипу становится труднее пробивать поверхность. При температурах ниже –20 °C большинство шипованных шин превращаются во фрикционные — шип просто не может выполнить свою функцию, поэтому в лютые морозы фрикционные шины показывают лучшие результаты.

Но и тут есть приемы, позволяющие компенсировать изменение характеристик. К примеру, Michelin делает протекторный блок шин из резины, которая способна деформироваться при температурах вплоть до –65 °C — ламели протектора цепляются за любую поверхность, даже за малейшие неровности льда.

Как это сделано? 10 вопросов о шипованных шинах
При ускорении или торможении шип цепляется за лед не только сердечником, но и торцом фланца. Вот только в хороших (и, понятное дело, дорогих) шинах фланец не мешает шипу уйти в лед на всю глубину (слева), тогда как фланцы в плохих шинах не дают шипу использовать полную рабочую высоту.

Итак, вот минимальный набор знаний о зимних шинах, который позволит перед стартом сезона ответственно подойти к выбору шин. Стоит помнить, что не все «шиповки» одинаково полезны, и бóльшая цена — это не только более известный бренд, но и вполне конкретные характеристики шины: долговечность, акустический комфорт, качество управления, разгона и торможения на любых покрытиях.

Поделиться
Онлайн тест ПДД

Самое читаемое

Самые глупые автомобильные запреты
Посмотрите на экстремальный Jeep Wrangler с 37-дюймовыми колесами
Купе Bugatti Chiron Super Sport 300+ выйдет ограниченным тиражом
Гиперкар Lamborghini Sian явился первым серийным гибридом марки
Экстремальный тюнинг Rolls-Royce