Шинный полигон Ладу в окрестностях Клермон-Феррана
На первый взгляд шина кажется просто большой резиновой камерой. На самом деле это сложное устройство и детище сотен технологий. На шинном заводе Michelin побывал с исследовательским визитом Наум Фокусов.
Нам обещали сплошной дождь стеной в течение двух дней. А что вы хотите, говорят, это же Овернь, декабрь, тучи скатываются с гор, как на салазках, и выжимают на город Клермон-Ферран свое мокрое нутро. Так тут заведено, терпите.
Нас обманули. Дождя не было все два дня — и тем страннее смотрелись некоторые отрезки фирменного полигона Michelin, заливаемые постоянным искусственным дождем.
Потому что без дождя хорошую шину-то не оттестируешь. Не оттого ли гигантская международная корпорация Michelin, один из трех крупнейших мировых производителей шин, до сих пор упорно держит свою штаб-квартиру в сравнительно небольшом городе Клермон-Ферран в южной части Франции?
Если задуматься, многие ли представляют себе, из чего состоит самая обыкновенная шина и как она сделана? Да это же как резиновая камера, просто толстая, вот и все, сказал мой приятель — и да, там внутри еще есть корд, это вроде проволока такая, для прочности.
В этом есть доля правды. Да, резина; да, корд. Не поспоришь, есть такие буквы в этом слове. Однако главное отличие шины от почти всех прочих произведенных человеком предметов — это ее потрясающая полифункциональность. Чашка должна быть прочной и красивой, нож должен резать, пластиковая бутылка с водой — не пропускать воду наружу. А шина должна всё.
Специальная машина, которая может эмулировать процессы разгона, торможения, резкого поворота и проч., замеряя происходящие в шине процессы
Пригоршня требований
Вице-президент Michelin начал разговор со мной так: «Как вы думаете, какие качества шины самые главные?». Я сразу вспомнил самые главные: видимо, чтобы служила долго. И чтобы сцепление было хорошее с дорогой. Ну и... Что еще?
Мне рассказали, что шина должна 1. быть долговечной, 2. хорошо тормозить на мокрой дороге, 3. обеспечивать комфортную езду, 4. хорошо тормозить на сухой дороге, 5. хорошо тормозить на льду, 6. хорошо держать дорогу, 7. экономить топливо, 8. быть как можно более бесшумной, 9. быть прочной, 10. хорошо вести себя в повороте, 11. быть беспроблемной, 12. хорошо ехать по льду, 13. хорошо ехать по сыпучему грунту, 14. не вибрировать, 15. соответствовать экологическим требованиям, 16. легко катиться, 17. быть легкой, 18. быть не очень дорогой...
Стоп! Я понял, что вице-президент может перечислять требования, предъявляемые потребителем к хорошей шине, бесконечно. Но уже было очевидно, что некоторые из них явно противоречат другу другу. Ну как шина может одновременно хорошо тормозить на любых покрытиях, быть недорогой, легкой, при этом прочной и долговечной?
Для простоты все требования к шине можно представить в виде привычной оси координат, где для наглядности представлены в виде множеств три основных группы шин — «сухие», «дождевые» и «экономичные» (последние с каждым годом становятся всё востребованнее).
Вот вам пример. При движении автомобиля по причине нагрева и деформации шины 20% энергии тратится на преодоление сопротивления качению. Вывод? Нужно уменьшить деформацию, сделать шины более жесткими. Но тогда пострадают управляемость (поскольку уменьшится площадь пятна контакта) и комфорт (жесткая «резина» хуже глотает неровности).
Поэтому изготовителям шин приходится балансировать между взаимоисключающими параметрами, в одном продукте увязывая комфорт, управляемость, износостойкость и экономичность. Вот потому современная покрышка не может быть «просто резиновой трубкой», пусть даже с протектором. Если ее аккуратно разрезать, вы увидите сложный слоёный пирог из нескольких сортов резины и разных видов корда, которые нужно постоянно совершенствовать, чтобы создавать новые поколения шин. Над «выпечкой» новых «пирогов» работают химики и технологи, инженеры и испытатели, а доводка каждого продукта — многоступенчатый процесс: от компьютерных исследований до реальной обкатки.
Лунное колесо
Новый луноход NASA Scarab Rover должен отправиться на Луну в следующем (2014-м) году. Лунная поверхность совсем не похожа на европейские автобаны, и потому адаптацией какого-то существующего колеса ограничиться не получилось бы. А главное, на Луне нет воздуха, шину нечем (да и некому) накачивать. Поэтому Michelin Lunar Wheel состоит из безвоздушной шины и композитного диска. При его разработке необходимо было обеспечить малый вес, низкое сопротивление качению и возможность работы при экстремальных условиях (гигантских температурных перепадах). Кроме того, оно идеально приспособлено для движения по сложному рельефу оно гибкое и с постоянным контактным давлением на грунт. Протектор создан из текстильного материала, разработанного совместно с университетом Клемсона (США) и Milliken&Company, и покрыт кусочками натуральной кожи — это позволит будущим луноходам поддерживать сцепление при очень низких температурах. Вряд ли такое колесо пригодится где-то на Земле, разве что для очень специфических задач — пока эффективнее и дешевле делать надувные колеса.
Сколько вешать в граммах?
Хотя состав резиновой смеси (обычно доля резиновых смесей в шине более 80%) у любого солидного производителя шин — хорошо охраняемая тайна, неплохо известны около 20 основных составляющих. Оставшиеся 20% — это компоненты, усиливающие конструкцию покрышки.
Главная часть резиновой смеси, конечно, каучук. Приблизительно половина используемого каучука (а в некоторых покрышках и почти весь) — натуральное сырье, вырабатываемое из каучукового дерева. Каучуковое дерево выращивают в странах с тропическим климатом, таких как Малайзия и Индонезия. Примерно треть резиновых смесей составляют наполнители. Самый важный их них сажа, благодаря которой шина имеет черный цвет. Кроме того, сажа обеспечивает в процессе вулканизации хорошее молекулярное соединение, что придает покрышке прочность и износостойкость. Сажу (технический углерод) в последнее время всё чаще заменяют кремниевой кислотой (не полностью) — она не обеспечивает такую же высокую прочность, зато меньше вытирается из резины (за что ее даже называют «зеленой»). Второй важный наполнитель — масла и смолы, с их помощью регулируется жесткость шины.
Очень важна сера, которая является вулканизирующим агентом: с ее помощью между молекулами резины появляются дополнительные «мостики», и мягкая смесь превращается в прочную и эластичную резину. К сере добавляются прочие вулканизационные активаторы, вроде стеариновых кислот, оксида цинка и проч. Наконец, некоторые производители используют необычные наполнители, вроде кукурузного крахмала — он уменьшает сопротивление качению, и поэтому шина выделяет в атмосферу почти вдвое меньше соединений углекислого газа.
Из этой резиновой смеси выделывается профилированная резиновая лента. Скелет шины — каркас и брекер — изготавливаются из слоев обрезиненного текстиля или высокопрочного металлокорда. Важным элементом является борт — это нерастяжимая, жесткая часть, с помощью которой покрышка крепится на ободе колеса. Основная часть борта — крыло, изготавливается из множества витков обрезиненной бортовой проволоки. На сборочных станках все детали шины соединяются в единое целое.
На сборочный барабан последовательно накладываются слои каркаса, борт, по центру каркаса протектор с боковинами. После сборки идет процесс вулканизации. Собранная шина помещается в пресс-форму вулканизатора. Внутрь под высоким давлением подается пар или подогретая вода. Обогревается и наружная поверхность пресс-формы. Под давлением по боковинам и протектору прорисовывается рельефный рисунок. Происходит химическая реакция (вулканизация), которая придает резине эластичность и прочность.
Вот так выглядит процесс изготовления шины вручную: слой за слоем накладываются несколько видов резины, слои корда (полимерного и стального), протектор... Затем покрышку, предварительно наклеив на нее стикер со штрих-кодом, отправляют на вулканизацию, после чего «слоёный пирог» становится готовой шиной. По такой технологии до сих пор изготавливают эксклюзивные гоночные шины, «резину» для тестовых экземпляров новых моделей, колеса для концептов и самолетов и т.п.
Пробуем в деле
Один из крупнейших автомобильных полигонов в Европе — полигон Ладу. Здесь целая армия мишленовских водителей (все как на подбор в районе 50 лет, крепкие, седые и прекрасно умеющие говорить о технических тонкостях тестирования шин хорошим литературным языком, чего от водителей не совсем ожидаешь) непрерывно тестирует в полевых условиях новые «слоеные пироги». Конечно, в наше время можно практически полностью просчитать будущие качества шины на компьютерной модели. И всё же без долговременных тестов ни одну шину не запустят в массовое производство.
Вот двое водителей тормозят «в пол» в мокрой грязной канаве на разной резине и до сантиметра выверяют предпринятое усилие, тормозной путь, боковые смещения и т. п. Или, скажем, представьте себе асфальтовый круг диаметров метров в сто, который равномерно заливает мощным «дождем» из десятка точек. Задача — проверить на двух идентичных машинах, как работают на них новые и подержанные шины, надеваемые попеременно на заднюю и переднюю ось. Я когда-то принимал участие в дискуссиях, куда лучше надевать потертую резину — вперед или назад. Логично предположить, что на переднем приводе лучше надеть новую пару — вперед. И тем не менее именно с новыми колесами спереди в «мокром» повороте я упустил машину в скольжение и совершил три полных поворота вокруг своей оси. Хорошо, что круг большой, далеко не вылетишь. А со старыми колесами впереди — вытянул машину, хоть и с трудом. Мораль: слушайте советы производителя, он знает, он пробовал.
150 лет дороги
Шина, которую мы привычно называем автомобильной, появилась гораздо раньше самого автомобиля. Дату рождения современного автотранспорта удобно отсчитывать от 1886 года, когда Карл Бенц получил патент на самодвижущийся экипаж. А первая пневматическая шина была запатентована Робертом Томсоном в 1846. Выглядела она как несколько слоев парусины, пропитанных каучуком, сверху на нее была надета покрышка из отдельных кусочков кожи, скрепленных заклепками. Успех к пневматической шине пришел, правда, позже — когда Джон Данлоп в 1888 году надел на колеса велосипеда куски садового шланга и накачал их. Спустя несколько месяцев велогонщики на велосипедах с такими шинами стали без труда обгонять всех своих соперников, и началось. Всего 10 лет спустя бельгиец Камиль Женатци (Camille Jenatzy) разогнался на своем электромобиле под названием «Всегда недовольная» до 106 км/час. Это стало сенсацией, потому что даже врачи тогда полагали, что человек не может двигаться с такой скоростью под угрозой остановки сердца. Шины бельгийцу сделала компания Michelin, уже тогда знаменитая. Столетие спустя Michelin открыл самый крупный и самый интересный в мире музей шины в городе Клермон-Ферран, столице французской провинции Овернь. Здесь есть всё: и первые радиальные шины, и история культовых машин Citroen (с 1934 года по 1976 годы Michelin владел этой маркой), и современные роботические, безвоздушные и прочие шины. Еще здесь весело и интересно детям — а это хороший знак.
А вы сами-то кто будете?
Пока мы наблюдали за мастером, демонстрирующим нам на станке в опытном цехе Michelin, как руками делают шину, выяснилась поразительная подробность. Оказывается, все сотрудники и менеджеры Michelin, подписавшие постоянный контракт с компанией, обязаны пройти двухмесячную стажировку на производстве: побыть рабочими, постоять у станка.
«Дождевой» полигон
Я сначала не поверил. «Все?». «Да, все». Чуть позже я еще раз спросил про то же самое у женщины, уже четверть века работающей в PR-службе Michelin: «Неужели и вы стояли у станка? А президент фирмы, например? Тоже?». Ну конечно, и президент, ответили мне. Правила одни для всех. Каждый сотрудник Michelin должен уметь делать шины. В этом, мол, наша сила, брат.
