Технология производства автомобильных шин. Как производят шины?

Шины – это главный связующий элемент между дорожным полотном и автомобилем. Без них даже самая управляемая и хорошая машина быстро попадет в аварию и превратится в груду металла. Удивительно, но площадь сцепления резины – это, если не учитывать человеческий фактор, главный аспект безопасности, влияющий на поведение автомобиля. Потому производство шин – это высокотехнологичный процесс, требующий контроля качества сырья и многоэтапного тестирования. Его нельзя просто так скопировать или перенять, так как без большого количества расчетов не получится создать полноценный и безопасный продукт. Об этом нужно знать, покупая современные китайские шины. Производители из Поднебесной обеспечивают качество не хуже, чем у западных аналогов – но предлагают больший выбор и выгодную стоимость.

Значение и важность технологии производства шин

Роль автомобильных шин в безопасности автотранспорта сложно переоценить. Особенно характеристики важны в суровых эксплуатационных условиях и изменчивых погодных условиях: на снежной или покрытой льдом трассе, мокрой дороге.

Глубокий проектор и давление в шинах первостепенные, так как влияют на управляемость и поведение кузова. Если резина износилась, то сцепление с мокрой дорогой и возможность отводить влагу теряется. Это повышает аварийность вождения. Неправильное давление, например, избыточное, может привести к разрыву ткани. Из-за этого также теряется управляемость, особенно в экстремальных ситуациях – возможен занос.

В северных климатических условиях резина должна быть особенно надежной. Поверхность шины должна сохранять сцепление с трассой даже в тяжелых погодных условиях. Трение о дорогу в зимний период колеблется между коэффициентом 0,1 и 1.

В качестве дополнения к максимальному сцеплению важно учитывать соотношение между поперечным и продольным контактом – вместе эти параметры обеспечивают предупреждение и возможность четко контролировать повороты руля, даже если на дороге слякоть.

Учитывая указанные факторы, технологический процесс производства шин крайне важен – только с помощью технологий удается добиться нужных характеристик. Для достижения заданного уровня сцепления производят разные модели проекторов, рассчитанные на конкретные форматы поверхностей.

Свойства использованного сырья сказываются на поведение покрышки на дорожном полотне. Чтобы гарантировать безопасность, китайским производителям приходится учитывать некоторые критерии:

• Устойчивость к истиранию. Зависит от твердости материала. Чем показатель выше, тем дольше прослужит протектор без критических повреждений;

• Эластичность – описывает амортизирующую способность материала;

• Адаптивность к условиям окружающей среды.

Влияние рабочих температур на резину является базовым для разделения покрышек на два вида: для летнего и для зимнего периода. Сезонные классы выделяются дополнительными параметрами и отличаются разными способами производства. Например, речь о прочности, устойчивости к морозам и др. Китайские компании понимают это и предпочитают не подвергать своих клиентов опасности. Они используют качественное сырье и те же технологические процессы, что и западные конкуренты.

История производства шин

Первые модели шин были изобретены еще до того, как появились машины. Их использовали для конных повозок. Такие шины были из железа – плохо амортизировали и не гарантировали безопасность.

Лишь в середине 19 века Ч. Гудиер нашел способ производить резину из каучука. Первая современная модель шины была получена в 1846 году. За это ответственен Р. У. Томпсон. Новинка должна была упростить движение и сократить уровень шума, издаваемого конными экипажами. Но такая резина была дорога в производстве, потому не стала использоваться в массовой промышленности.

Лишь в 1888 году изобретатель из Шотландии представил первую модель пневматической шины. Он натянул шланг на велосипедное колесо и добавил внутрь воздуха. Спустя год новинку опробовал профессионал в велогонках У. Хьюм. Его трудно было назвать выдающимся гонщиком, но у него получилось первым финишировать в трех заездах подряд.

На данный момент одним из лидеров по производству шин является компания «Данлоп». Первыми в вопросе производства пневматических моделей для автомобилей стали французы – братья Мишлен. Такие покрышки состояли из резины и кордовой ткани. В состав современных решений добавляют металлические, текстильные или полимерные нити. Например, металлический корд активно используется для грузового транспорта.

Основные этапы производства автомобильных шин

Производство любой шины начинается с расчетов. Лидеры рынка Goodyear, Pirelli, Cooperид ругие применяют для проектирования моделей не только стандартное ПО от ABAQUS, но и собственные программные продукты. Аналогично поступают и китайские бренды, переняв технологию. Причем корректно использовать именно термин «переняли». Скопировать процессы практически невозможно. Китайские компании купили права на некоторые патенты или привлекли западных специалистов, чтобы обеспечить достаточную надежность своих современных шин.

КомплексABAQUS является модульным и позволяет одновременно рассчитать параметры по нескольким рабочим направлениям. Расчеты при производстве шин – это сложная процедура, так как надо учитывать геометрическую форму и влияние нагрузок на тело шины при статическом движении. Система просчитывает свойства разных материалов и потенциальные воздействия.

В процессе изготовления автошин компьютер производит расчеты следующего характера:

• Сочетание натуральны и синтетически волокон каучука, смол, элементов корда – отдельно для каждого слоя;

• То, как работает резина вместе с кордом – оптимизирует его структуру, определяет формат протектора;

• Проверяет рабочие характеристики, доводит продукт до соответствия международным стандартам.

Программа в автоматическим режиме переносит результаты аналитических вычисления в трехмерную модель. Это позволяет имитировать реальную реакцию резины на использование в конкретных условиях: при заданной скорости, нагрузки и др. На базе произведенных расчетов можно составить проектное задание на производство шины.

Подготовка сырья

Для изготовления покрышек нужны разные компоненты. Обычно технологический процесс подразумевает использование:

1. Силики и масел. Первый компонент обеспечивает сцепление с мокрой дорогой, повышает устойчивость к морозу. Масла нужны, чтобы сделать смесь однородной и мягкой. С развитием технологий состав компонента менялся. Сначала использовали нефтяные масла, но от них со временем отказались. Сегодня применяют в основном натуральные составы. Это может быть рапсовое, апельсиновое масло или др.

2. Каучук. Главный компонент для добычи резины. Добывается из дерева гевеи. В природе это растение произрастает только в Южной Америки и Азии, потому с 1930-х годов начали использовать синтетический каучук. Его состав с каждым годом дорабатывают и улучшают.

3. Углерод, сера и другие составляющие. Это наполнители, которые влияют на эксплуатационные характеристики. Например, углерод – это связующее звено, из-за которого у шин черный цвет. Также в состав входит сера, которая делает резину прочной и эластичной. Иногда включают окись цинка, стеариновую кислоту и др.

Это лишь часть ингредиентов, используемых для производства шин. Каждый из компонентов, которых десятки, нужен для улучшения качества материала. Например, они наделяют покрышку возможностью обеспечивать надежное сцепление с дорогой. Китайские бренды скупают компоненты по всему миру. Значительную часть – производят сами, учитывая все современные стандарты. Это позволяет гарантировать качество сырья и соответствующую надежность конечного продукта.

Процесс изготовления корда

Процесс производства корда может отличаться в зависимости от технологии. Стоит разобрать общую ситуацию с составом компонентов, чтобы получить картинку. Из частей покрышки можно выделить:

• Стальной корд. Заранее подготавливается из катушек проволок. Подается в каландр, где покрывается резиной – обычно в несколько слоев. После это получается сплошной лист корда с прорезиненной оболочкой;

• Протектор. Смешивание резиновых материалов выполняется в смесителе. После этого начинают формировать протектор. Шнековый экструдер создает бесконечные полоски резины. Затем проверяется масса на метр. Полоса корда обрезается с учетом длины, необходимой для модели шины;

• Текстильный корд. Множество нитей направляется в каландр из ролика. Они обволакивают состав между тонкими слоями резины. Затем идущий лист разрезают до необходимой ширины и перекладывают, пока он не понадобится для дальнейшей сборки;

• Бортовое кольцо – середина состоит из большого количества стальных проволок кольцевого формата. Каждая из них покрывается резиной, а потом дополнительно обрабатывается компонентами;

• Боковина – нарезается под конкретный размер шин при помощи экструдера;

• Герметичный слой – из каландра выходит устойчивый к воздуху, широкий, но тонкий герметичный слой материала.

Формирование шины

Технология сборки шин для автомобилей включает несколько этапов. Причем она не отличается, независимо от того, где производятся покрышки: в Китае, Европе или США.

После того, как компоненты будут смешаны и готовы, их направляют на другие технологические процессы. Изначально шина выглядит как цельная плоскость, боковые части и протектор – как обернутое полотно. Берут барабан, который равен диаметру шины. На него слоями наматывают элементы:

• Герметичный каучуковый слой. Не дает проникнуть внутрь воздуху, влаге и другим лишним составляющим. По сути, это камера в бескамерной шине;

• Текстильный корд – устанавливается перпендикулярно направлению движения;

• Укрепляющие резиновые слои, укладываемые по краям;

• Металлические бортовые кольца.

Затем приступают к:

• Укладке двух слоев металлического корда;

• Укладке прорезиненных лент – их накладывают на протекторные ленты;

• Края заготовок заворачивают, формируют полуготовый продукт под названием бандаж.

Вулканизация и охлаждение

Подготовленные бандажи после отправляются на вулканизацию. Это полностью роботизированный процесс. Автоматическая система считывает маркировку шины с бандажа. Затем направляет ее в прессформу, соответствующую запланированному рисунку протектора и типовому размеру.

Внутрь этой формы помещается резиновый мешок с разогретым паром. На бандаж действует давление с силой в 16 бар. Это позволяет прижать края к форме. Технология подразумевает запекание резины. Рисунок наносится на проектор, а маркировка – на боковую часть.

На запекание одной шины уходит порядка 10-15 минут. Благодаря химическим реакциям слои сырья резиновых лент остаются прочными и не теряют эластичности. При этом изделие выходит монолитным. После запекания покрышку направляют охлаждаться, а затем начинается тест качества.

Контроль качества и тестирование шин

Важно не только то, как производят шины, но и как делают проверку их качества. Китайские производители уделяют этому аспекту особое внимание. Предлагая более дешевые продукты, им постоянно приходится бороться с мифом, что продукция из Поднебесной ненадежна. Это правда, но актуальная 20 лет назад. Современное китайское производство не только не отстает, но и во многом превосходит аналоги с запада.

Визуально покрышки оценивают реальные люди. Это квалифицированные специалисты, которые регулярно подтверждают свою компетентность и проходят дополнительное обучение.

Визуально оператор может найти до 130 дефектов покрышки. Обнаруженные повреждения направляются на проверку инженеру по качеству. Если брак доказан, то заготовку разрезают на две части и направляют на утилизацию. Из бракованных элементов производят коврики для автомобилей. Также их используют в качестве одного из компонентов для спортивных детских площадок. Шинное производство подразумевает отсутствие отходов.

После визуального осмотра шины направляются на автоматические стенды. Сначала контролирует, подходит ли вес, форма и другие характеристики под стандарты. Затем проверка продолжается на заготовленных барабанах. В камеру направляют воздух, чтобы имитировать реальные условия эксплуатации. Если шины демонстрируют стандартные показатели, то на них проставляют маркер, затем отправляют на склад.

Если колеса должны быть с шипами, то их направляют на процесс шиповки. Это автоматический процесс. Компьютер вычисляет места для отверстий, куда вставляет шипы. Одновременно процесс контролируется оператором. Если заметят брак или случится сбой, то сигнал отправляют мастеру по настройке робота. Тогда шипы вставляют вручную. На одно колесо требуется от 2 до 4 минут – все зависит от диаметра покрышки.

Современные технологии в производстве автошин

Современное производство шин для машин подразумевает применение передовых технологий, направленных на улучшение качества, производительности и устойчивости. Одним из ключевых факторов является применение компьютерного моделирования и симуляций для проектирования шинных профилей и структур.

Использование высокотехнологичных материалов, таких как синтетические резины с добавлением наночастиц, позволяет создавать шины с оптимальными характеристиками износостойкости, сцепления с дорогой и эффективности топливопотребления.

Автоматизированные производственные линии оснащены современными системами контроля качества, использующими технологии машинного обучения и искусственного интеллекта для реального времени мониторинга и анализа параметров шин.

Технологии лазерной маркировки позволяют наносить точные и четкие метки на шинах, обеспечивая не только идентификацию продукции, но и возможность внедрения систем отслеживания для улучшения логистики и управления запасами.

Инновации в области дизайна протектора, с применением 3D-технологий, позволяют создавать шины с оптимальной аэродинамикой и минимизированным шумом.

В целом, современные технологии в производстве шин направлены на повышение эффективности, безопасности и экологической устойчивости продукции. Причем все указанные решения применяются на китайских заводах. Некоторые предприятия являются передовыми в отрасли и постоянно работают над разработкой новых технологий.

Экологические аспекты шинного производства

Шинное производство является одной из важных отраслей промышленности, обеспечивающей безопасность и комфорт передвижения. Однако, как и любой другой производственный процесс, оно имеет определённый экологический след.

Основными источниками загрязнения окружающей среды в шинном производстве являются:

• Использование природных ресурсов. Для производства шин требуется большое количество сырья, в том числе натуральный и синтетический каучук, технический углерод, металлокорд, текстильный корда и другие материалы. Добыча и переработка этих ресурсов приводит к загрязнению окружающей среды;

• Выбросы в атмосферу. В процессе производства шин в атмосферу выделяются различные загрязняющие вещества, в том числе оксиды углерода, оксиды азота, оксиды серы, летучие органические соединения и другие. Эти вещества могут оказывать негативное воздействие на здоровье человека и окружающую среду;

• Сточные воды. В процессе производства шин образуются сточные воды, содержащие различные загрязняющие вещества. Эти воды могут негативно влиять на качество воды в водоёмах;

• Отходы. В процессе производства шин образуются различные отходы, в том числе отработанные каучуки, металлокорд, текстильный корда и другие. Эти отходы могут представлять опасность для окружающей среды, если они не утилизируются должным образом.

В последние годы в шинной промышленности предпринимаются значительные усилия по снижению негативного воздействия на окружающую среду. Эти усилия направлены на:

• Повышение энергоэффективности производства. Это позволяет сократить выбросы в атмосферу и потребление природных ресурсов.

• Использование возобновляемых источников сырья. Это помогает снизить зависимость от исчерпаемых природных ресурсов.

• Снижение количества отходов. Это достигается путём внедрения новых технологий производства и переработки отходов.

Благодаря этим усилиям, в шинной промышленности наблюдается тенденция к снижению негативного воздействия на окружающую среду.

Заключение

Шины – это один из важнейших элементов для современной автомобильной промышленности. От них зависят эксплуатационные характеристики и безопасность езды. Потому понимание технологических процессов позволяет лучше разбираться в вопросе и нюансах покупки покрышек. Проблема в том, что не все потребители понимают сложность производства шин. Технология одна у всех компаний – различия минимальны. Вопрос лишь в том, какое сырье, оборудование используется в процессе. Также качество зависит от аспектов оценки. В этом вопросе китайские компании уделяют отдельные ресурсы для тестирования своей продукции и постоянное внедрение новых технологий.