Россия не является родоначальником производства автомобилей, но мы то помним, что еще при Екатерине II наш соотечественник Иван Кулибин создал коляску которая двигалась от мускульной силы человека. Это не рикша – это принципиально разные решения. На Кулибинской коляске человек располагался сзади на экипаже, и нажимая на педали передавал усилие на задние колеса.
Рис. 11. Самокатка И. Кулибина 1791 г.
Глядя на это изобретение с высоты наших дней, мы явно не недооцениваем этот феномен. А ведь существовала теория, что двигатель может располагаться только вне транспортного средства. Эта теория впервые была опровергнута Леонардо да Винчи. Он создал машину (игрушечную) движущуюся при помощи пружинок. Но осуществить эту модель смогли только в наше время по его чертежам и проходила она 3–4 метра. Сейчас даже детская машинка с пружинкой пройдет много больше.
Чуть ранее изобретения И. Кулибина (1770) французский изобретатель Кюнью предложил своей армии самодвижущуюся повозку. Вот ее описание: – «спереди был приделан паровой котел. Пар вращал переднее колесо повозки посредством системы из цилиндра, поршня и коленчатого вала». Повозка предназначалась для перевозки пушек французской армии, но пользы от нее было мало. Ее скорость не превышала 5 км/ч. приходилось останавливаться, чтобы вновь «поднимать пары». Тяжелый бак, торчащий спереди, затруднял управление, и первая повозка Кюнью разбилась. Он начал строить вторую, но к тому времени армия потеряла всякий интерес к его изобретению.
Рис. 12. Самодвижущаяся коляска французского изобретателя Кюнью
Именно с этой машины пошло название «шофер», что переводится как кочегар. Обратите внимание на колеса – они обычные, от телеги. И если бы удалось увеличить скорость то они (колеса) бы не выдержали ударов о неровности, а говорить о тряске вообще, не приходится – она бы была такой, что «крепче за руль держись шофер».
Родоначальником автомобиля с ДВС принято считать Карла Бенца, который в 1885 г. продемонстрировал свой автомобиль, а в 1886 г. ему даже удалось продать несколько автомобилей.
Рис. 13. Автомобиль Карла Бенца 1885 г.
Колеса металлические, мощность бензинового мотора 0,8 л/с, скорость до 16 км/ч. Бензин продавался только в аптеках как лекарство от кожных болезней и первые машины заправлялись именно там.
И хотя первые автомобили имели колеса с железным ободом и при движении издавали много шума, а также еще не был предложен эффективный глушитель, но 1886 г. (Англия) был издан закон по которому – «Перед каждой механической повозкой, идущей по улице города или по дороге без рельсов, ехал или шел человек с красным флагом и голосом предупреждал прохожих об опасности». Этот закон продержался 30 лет.
Рис. 14. Мотоцикл Готтлиба Даймлера 1885 г.
На мотоцикле Готтлиба Даймлера колеса были деревянными с железными спицами и железным ободом. Мощность мотора 0,5 л/с. Можно себе только представить какую тряску испытывал седок при движении. И первый кто это испытал был Майбах и после этого он сказал – «Это не машина, Готтлиб, это костоломка. Я вас поздравляю» и это при скорости всего 10–15 км/ч, на мотоцикле не было не только шин, но и амортизаторов и даже мягкого сиденья.
Однако, пневматическая шина не была полностью забыта, и к ней вернулись в 1888 году. Изобретателем стал шотландец Джон Бойл Данлоп. Новую пневматическую шину он придумал случайно, он решил надеть шину изготовленную из поливочного шланга на обручи велосипеда, своего сына. при этом он надул их воздухом. Д. Б. Данлоп 23 июля 1888 г., получил патент на свое изобретение, а в августе того года он получил дополнительный патент, который разрешал применение пневматического обруча на автомобилях. В его покрышке резиновая камера крепится на обод колеса со спицами, но уже металлического. Методом совместного обматывания шины и обода прорезиненной парусиной, что формирует основу покрышки. Достоинства пневматической покрышки быстро заметили и уже в 1889 г. на велосипеде гонщика Уильяма Хьюма были установлены такие шины. Профессиональные качества Хьюма были на среднем уровне, но благодаря новым покрышкам он выиграл все три заезда.
Рис. 15. Джон Данлоп и его первая шина
Первым предприятием, обратившем внимание на коммерческое развитие пневматических шин, стала небольшая компания в Дублине с названием «Пневматическая шина и агентство Бута с продажи велосипедов». С конца 1889 г. и по сей день (в настоящее время компания носит название «Данлоп») это предприятие является крупнейшим производителем автомобильных шин во всем мире.
Следующий этап развития автошин имел место в 1890 г. Когда инженер по имени Чальд Кингстн Уэлтч подал идею отсоединить камеру от самой шины, вставить по краям несколько проволочных колец и посадить шину на ободок, который углублялся к центральной зоне.
В это же время английский изобретатель Бартлетт и французский ученый Дидье придумали новые способы монтажа и демонтажа покрышек. Все это предшествовало возможности использования пневматических шин на автомобилях.
Тем не менее люди серьезные, для кого колесный транспорт служил средством заработать на хлеб насущный, относились к «резиновым сосискам» настороженно и недоверчиво. Сколько усилий и средств потратил француз Эдуард Мишлен, занявшись новомодным шинным бизнесом, чтобы буквально всучить свои шины бесплатно трем сотням парижских извозчиков. На дворе был 1894 год, и эта мощнейшая, как теперь сказали бы, «пиаровская» акция обошлась семейству Мишлен в кругленькую сумму – 800 тысяч франков. Это при том, что средняя зарплата французского рабочего того времени составляла около 200 франков.
Рис. 16. Первый автомобиль на пневмошине
Выходом на широкую публику автомобильной пневматической шины можно считать гонку Париж – Бордо – Париж 1895 года. Расстояние в 1200 км. тогда преодолели лишь 9 экипажей. Так как со времен Средневековья количество гвоздей в дорожной пыли не уменьшилось, братья Андре и Эдуард Мишлен пришли к финишу на машине («Молния») с «ошиненными» колесами последними. Однако их тяжелый – весом 1200 кг – автомобиль уложился в отведенное регламентом гонок время. Насмешек было много. Победитель гонок инженер и владелец автомастерской Эмиль Левассор прошел дистанцию за 48 ч 47 мин. Он вышел из машины на финише и сказал-«Это безумие. Я делал до 30 км/ч. На этом месте ему поставили памятник и выбили эти слова. Но насчет пневматических шин братьев Мишлен он иронически заметил – «Если это все, на что способны ваши сосиски», то лучше изготовьте из них резиновые клизмы». Но братья, ничуть не обескураженные ситуацией, спокойно заявили – «Через десяток лет все вы встанете в очередь за нашими шинами». Но бум автомобильных покрышек начался значительно раньше – через 5 лет.
Рис. 17. Братья Мишлен – Эдуард и Андре. Основоположники промышленного производства шин
Становилось все более очевидным, что установка пневматических шин существенно улучшает плавность хода и проходимость автомобиля. Хотя первые шины были ненадежны и не приспособлены к быстрому монтажу.
Автомобиль в те годы был диковиной. И если происходил прокол шины, автомобилист спокойно останавливался, например, посреди моста и начинал ремонт, ничуть не опасаясь застопорить движение. А надо сказать что на такое действо уходило от 40 до 50 мин.
Первые шины имели основу из парусиновых лент, которые наматывались на покрышку в четыре-восемь слоев под прямым углом к рабочей поверхности (как тогда говорили – к подошве). Сверху накладывали несколько продольных слоев парусины, затем – толстый слой резины и вулканизировали. По внутреннему радиусу бортов покрышки опоясывали кольцевые резиновые утолщения – «заплечники», которые вставлялись в закраины колесного обода. Монтаж покрышки был истинным мучением: требовалось вправить несколько барашковых зажимов, препятствующих прокручиванию шины на колесе.
На тех шинах, не рекомендовалось «ездить на тормозах», то есть замедлять ход автомобиля следовало уменьшением оборотов двигателя.
Со временем был изобретен быстросъемный обод. Который возили вместе с надетой на него запасной шиной, в этом случае меняли не проколотую покрышку, а обод. В первой четверти прошлого столетия (1925 г.) все чаще стали использовать конструкции быстросъемных креплений колес к ступицам на нескольких болтах, что позволило заменить шину вместе с колесом в течении нескольких минут.
Опоясанные (или «клинчерные») шины с парусиновой основой накачивали до 5 и даже 9 атмосфер, поскольку давление помогало удерживать шину на ободе. Взрыв перегретой покрышки нередко опрокидывал автомобиль – это не раз обыгрывалось в кинокомедиях. Справочники давали подробные таблицы давления воздуха в зависимости от ширины профиля и нагрузки на колесо.
В дальнейшем основные изобретения в области пневматических шин были прежде всего связаны с повышением их безопасности и долговечности, а также с облегчением монтажа, – демонтажа. Потребовалось много лет совершенствования конструкции и способа изготовления пневматической шины, прежде чем она окончательно вытеснила литую резину. В производстве стали применяться все более надежные и долговечные материала. Вначале каркас покрышки состоял из покрытой каучуком льняной ткани с челночными и уточными нитями. Будучи скрещенными, нити взаимно перетирали друг друга, что вело к уменьшению срока эксплуатации тогдашних шин.
Рис. 18. Кордовые ткани
С появление корда – особо прочного слоя из упругих текстильных нитей, – сначала диагонального, а затем и радиального, шина стала легче, уменьшилось сопротивление качению, а срок службы значительно увеличился.
Рис 19. Радиальные и диагональные шины
У радиальных шин нити корда находятся параллельно вдоль радиуса колеса. Конструкция более жесткая, соответственно больше ресурс. Есть возможность варьировать количеством слоев каркаса.
Рис. 20. Расположение нитей корда радиальной шины
У диагональных шин нити корда находятся под углом к радиусу колеса, а нити соседних слоев располагаются перекрестно под углом 950 – 1150. Часто используются для производства шин для бездорожья.
У первой пневматической шины Мишлен с давлением 4 атмосферы ходимость составляла 130 км, а первая кордная шина этой компании, выпущенная в 1923 г, при давлении 2,5 ат. служила 15000 км.
Интересно отметить, что поначалу на протекторе не было никакого рисунка. Впоследствии каждая компания, экспериментируя с шишечками, ромбиками и прочими геометрическими фигурами, ориентировалась не на научные исследования, а чаще всего, на эстетические вкусы своего босса.
Надо сказать, что в реализации этого «метода проб и ошибок» неожиданно повезло российским шинам «Колумб», производимые заводом «Проводник», с рисунком протектора «косая елочка». Оказалось, что такой рисунок не позволяет протектору забиваться глиной, и в преодолении бездорожья русским шинам не было равных.
Что касается названий шин, то, чтобы удобнее было оформлять заказы по телеграфу, шины получали короткие рубленные имена. Например, в перечне продукции «Проводника» числились шины – «Бандура», «Бандит», «Гичка», «Нужда». Часто телеграфисты недоумевали, принимая текст: – «Нужда кончилась, есть бандит – решайте».
А вот компания Firstne в целях рекламы отливала на протекторе чередование слов, повторяющихся многократно. И в колее, оставляемой этой шиной. Можно было видеть бесконечную вереницу слов, например – «Firstne Noskid» (нескользящие).
Размеры сегодняшних шин резко отличаются от шин прошлых десятилетий. Например, самым ходовым размером шин Мишлен был 766 на 106: ширина профиля – 106 мм, а посадочный диаметр – 766 мм. Такие шины прекрасно поглощали неровности дороги и способствовали плавному ходу автомобиля.
Наряду с пневматической шиной была и опробована шина с гусматикой, которую придумал петроградский химик А. Гусс. Гусматика состояла из глицерина и желатина, которой заполнялось внутреннее пространство шины – ее так и называли – гусматический состав. Такие шины имели гарантированный пробег 1000 км, но это гарантированный, а часто он доходил до 3000 км, что совсем не плохо для того времени.
Шина себя оправдала во время первой и второй мировых войн, ибо такой шине были не страшны ни проколы, ни осколки снарядов. Однако больших скоростей такая шина не выдерживала, ввиду малой эластичности, и в послевоенное время она стала терять свое место, а на смену пришли шины с пневматикой. Но гусматика не исчезла совсем. В настоящее время такие шины применяются на машинах работающих на стройке, где прокол шины строительным мусором обычное дело, а скорости маленькие.
Рис. 21. Погрузчик с шинами из гусматики
Когда стала проявляться перспектива применения автомобилей в военных действиях, стала и проблема надежной «обуви» для броневиков. Вначале опробовали шины целиком изготовленные из резины, но на неровностях машину так трясло, что приходилось сбавлять скорость и тем самым сводить на нет основное преимущество бронеавтомобиля – маневренность.
От пневматических шин отказались сразу, ввиду их малой живучести в условиях боя. Прокол шины вел к гибели всей машины – малоподвижная цель легко уязвима.
В немецкой армии испытывались шины из трехслойных пружин (одна в другую) зажатых между дисками, но ввиду их большого веса, шума и дороговизны применялись весьма ограниченно.
Были попытки поставить бронеавтомобиль по хорошей дороге на пневматические шины, а перед боем сменить резину, но это занимало так много времени, что от него сразу отказались, да и возить с собой 4 сменных колеса удовольствие не из приятных.