Шины и камеры для велосипеда (часть 1)

И простой велосипедист, и самый крутой байкер едины в одном: они на двух колесах и каждый только через шины поддерживает контакт с нашей грешной Землей. От шин зависит очень много - скорость, проходимость, управляемость и безопасность. Являясь единственной точкой соприкосновения между велосипедом и дорогой, шина должна выполнять множество функций: достаточно легко катиться, выдерживать большую нагрузку, передавать усилия от вращения педалей и тормозов, сохранять траекторию движения по прямой и на вираже, противостоять заносу, поглощать толчки и удары. А заодно работать при высоких и низких температурах, быть долговечной. При изготовлении шин используется свыше 200 материалов, и применяются знания из самых различных отраслей науки.

Гонять по грязи на сликах так же неразумно, как на "злой" и толстой резине кататься по гладкому асфальту. В идеале, для разных условий должны быть и разные шины. И действительно, стоит ли идти в резиновых сапогах в театр, а в туфельках на высоком каблуке за грибами? Как разобраться в шинах и как их выбирать, будет рассказано чуть ниже. А пока немного истории.

В XIX веке на обода накладывали листовой каучук, а после изобретения процесса вулканизации в 1836 г. Чарльзом Гудьиром - резиновую амортизационную ленту, закрепляемую на ободе с помощью выточек в форме ласточкина хвоста. Идея эта развивалась, и во второй половине XIX века появились грузоленты или гусматики - массивные литые резиновые шины, а также полые шины с пористым сердечником. Но, увы, кардинально решить проблему и они не смогли. Напомним, что это был определенный прогресс в "колесном деле", поскольку литые резиновые шины и гусматики в 20-е годы часто встречались на грузовиках, а в 30-40-е годы - на грузовых прицепах и артиллерийских орудиях. И это притом, что "главное изобретение" было уже давно сделано! Еще в 1846 г. инженер-железнодорожник шотландец Роберт Уильям Томсон получил патент № 10990 на "воздушное колесо" (рис. 3.5).

Шина собиралась из двух частей - камеры и наружного покрытия - и накладывалась на деревянный обод, обитый металлическим обручем. Камера состояла из нескольких слоев парусины, пропитанной натуральным каучуком или гуттаперчей в виде раствора. Наружное покрытие (покрышка) составлялось из соединенных заклепками кусков кожи. Вся шина крепилась к ободу болтами. Кожаная покрышка повышала износостойкость шины в сухую погоду, а парусина не давала покрышке растягиваться и терять форму в мокрую. Предусматривался также клапан для заполнения камеры воздухом.

Томсон оборудовал экипаж "воздушными колесами" и провел испытания, измеряя необходимую для качения силу тяги динамометром. Оказалось, что по сравнению с обычными тогда колесами с деревянным ободом и металлическим обручем сила тяги уменьшалась на 38% на щебеночном покрытии и на 68% на покрытии из дробленой гальки. Результаты испытаний были опубликованы в журнале "Mechanics Magazin" в марте 1849 г. К сожалению, коммерческого продолжения изобретение не имело, и "воздушные колеса" были забыты, хотя образцы сохранились до наших дней.

Но, как показывает история, никакие рациональные идеи не умирают. В 1887 году опять-таки шотландец ветеринар Джон Бойд Данлоп надел на обода трехколесного велосипеда своего 10-летнего сына обручи из садового шланга. Сначала в шинах была вода, но очень быстро был сделан следующий шаг, и шины накачали воздухом. В результате 23 июля 1888 г. Дж. Б. Данлопу был выдан патент № 10607 на изобретение "пневматического обруча" для велосипедов и транспортных средств.

Шина Данлопа представляла собой резиновую камеру, расположенную на стальном ободе со спицами и обмотанную прорезиненной парусиной в промежутках между спицами (рис. 3.6). Преимущества пневматической шины были оценены уже в следующем году. В июне 1889 г. на гонках на стадионе в Белфасте весьма средний гонщик Уильям Хьюм, выступая на велосипеде с пневматическими шинами, выиграл все три заезда, в которых он участвовал. В том же году в Дублине появилась маленькая компания под названием "Пневматическая шина и агентство Бута по продаже велосипедов"; теперь это "Данлоп" - одна из крупнейших фирм по производству шин. С этого момента развитие идеи пошло быстро. В 1890 г. молодой инженер Ч.К. Уэлтч предложил отделять камеру от покрышки, вставлять в края покрышки проволочные кольца и сажать на обод, имеющий углубление в центре (рис. 3.7).

Тогда же англичанин Бартлетт и француз Дидье изобрели вполне приемлемые способы монтажа и демонтажа шин. Это позволило использовать пневматики не только для обеспеченных спортсменов и любителей катания на бициклах, трициклах и даже квадроциклах, но и для серьезных транспортных средств, владельцы которых относились к "сосискам" поначалу безо всякого уважения. Кстати, в 1893 г.на гонках в Гросс-Пойнте (Мичиган) Харви Файрстоун победил на конной тележке, обутой в резиновые пневматические шины. Но, несмотря на этот успех, в 1894 г. для продвижения этого товара на рынок Эдуарду Мишлену пришлось бесплатно раздать шины тремстам парижским извозчикам, затратив на этот "пиар" не менее 800 тысяч франков. Только после такого нестандартного подхода их стали покупать. Для справки: пара велосипедных покрышек стоила тогда не менее 160 франков, а французский рабочий получал в неделю в среднем не более 45. В итоге к 1895 году, когда пневматики впервые приняли участие в автомобильных гонках, велосипедная шина уже состоялась. Посмотрим внимательней на пневматическую шину (рис. 3.8).

По конструкции автомобильная, мотоциклетная и велосипедная шины не слишком сильно отличаются друг от друга. Единственное, пожалуй, отличие состоит в том, что велосипедные шины делают только диагональными, в то время как среди автомобильных шин все больше и больше радиальных. Брекерный пояс часто встречается и на велосипедных шинах, только делают его не из стальной проволоки, а из кевлара, арамида или нейлона густого плетения и слоя очень плотной натуральной резины, что хорошо защищает от проколов (рис. 3.8). Чтобы защитить шину от проколов практически на 100%, защитный слой резины делают более толстым, а также плотным и упругим. Острые предметы (колючки, кнопки, осколки стекла) не могут проникнуть внутрь и повредить камеру - они просто застревают в защитном слое. Пример - шина для долгих походов Maraton Plus (рис. 3.9) от SCHWALBE, с защитным слоем Smart Guard под протектором.

Фирма MICHELIN применяет похожую технологию, называемую Dual Compound. Протектор состоит из двух слоев - мягкого наружного и более жесткого, плотного внутреннего. Наружный слой улучшает сцепление с дорогой и управляемость, особенно на жестких и быстрых трассах, а внутренний помогает сохранять форму и устойчивость шины при больших боковых нагрузках и защищает от проколов. Пример - шины ALL Mountain, XCR А/Т, XCR Mud, XCR Xtrem от MICHELIN.

Кстати, термином Dual Compound очень часто называют шины (рис. 3.10) с более жесткой, износостойкой, насыщенной углеродом (карбоном) беговой дорожкой. И с плечевой зоной протектора, изготовленной из более мягкого, эластичного, с прекрасным сцеплением и насыщенного кремнием (Silica) компаунда. Например, MARATHON SLICK от SCHWALBE или Fire XC PRO от Panaracer. Это позволяет получить протектор, имеющий максимальное сцепление с дорогой на вираже, а также низкое сопротивление качению и большую долговечность при движении по прямой. В последнее время появляются сложные комбинации компаундов - например, хитрый "сэндвич" RACING RALPH от SCHWALBE для кросс-кантри.

Снаружи более прочный и упругий of and Offroad-Racing Compound, под ним более мягкий, низко гистерезисный Qulaif ier Compound, а дополняет конструкцию корд с большим, чем обычно, углом наклона. Как результат - хорошее сцепление, легкое качение и долгий срок службы.

Конструкция современных шин

По конструкции шины чаще всего делят на два основных типа. Так называемый Skinwall-type - тонкий и легкий, как кожа змеи, с кевларовым бортировочным шнуром (сердечником борта) и тонким прорезиненным кордом из кевлара или арамида на боковинах. Шина рассчитана на большие нагрузки во время гонок и высокое внутреннее давление воздуха. Более простой и дешевый вариант Skinwall-type отличается тем, что протектор изготовлен из базового компаунда, корд и боковины из нейлона, а бортировочный шнур из гибкого стального тросика, позволяющего компактно сложить шину. Второй тип - это Gumwall-type (резиновая кожа) с прочными боковинами, покрытыми слоем резины. Шина несколько прибавляет в весе, но становится очень надежной и выносливой. Боковины покрывают Silica компаундом или более толстым слоем базового компаунда. Иногда боковую поверхность дополнительно усиливают, добавляя защитные слои. Например, шины BIG BETTY и AL MIGHTY от SCHWALBE. Они предохраняют от проколов, порезов и от "укусов змеи", которые нередко случаются при наезде на острое ребро - например, на бордюрный камень или ступеньку. Без таких боковин покрышка, проминаясь, защемится между ободом и препятствием, и камера будет пробита в двух местах, что внешне напоминает укус змеи - по два отверстия с каждой стороны.

Для сухого асфальта или твердого сухого грунта рисунок или, как говорят, дизайн протектора совершенно не важен, не нужен и даже вреден. Слик, то есть ровная гладкая поверхность покрышки - вот лучший вариант для таких условий. Ну, а с размерами шины не все так однозначно. Если главное - это высокая скорость, то шина должна быть максимально узкой и до "звона" накачанной. Например, как шина Prol Rase от MICHELIN, имеющая размеры 20-622 мм и 23-622 мм (где 622 мм - посадочный размер обода, а 20 мм и 23 мм ширина шины) или XCR Road, 35-559 (26x1,40) для байков. Если же важнее комфорт и долгая служба, то габариты покрышки должны быть побольше, а давление воздуха можно сделать чуть поменьше. Например, "Большое Яблоко" - слик BIG APPLE от "SCHWALBE" с габаритами 60-559 мм (26x2,35) и 60-622 мм (28x2,35) - частично заменяет амортизацию.

В мокрую погоду ситуация меняется. По сырому грунту на гладких сликах уже не покатаешься. Среди глубоких луж на асфальте также могут возникнуть проблемы. Поэтому слики для плохой погоды делают с водоотводящими канавками. Центральная зона беговой дорожки может быть гладкой или "изрезанной", а в плечевой области и на боках делают разного рода выемки и канавки - Country Rock от MICHELIN. Следующий шаг - это такой протектор, чтобы лихо катить по асфальту и не выглядеть на мокром грунте, как "корова на льду". Для этого придумали полуслики, которые получили широкое распространение в середине 90-х годов прошлого века. Классика жанра: MACH SS/SK от "PANARACER", WORMDRIVE от "MAXXIS", HURRICANE от "SCHWALBE", SPEEDMAX от "RITCHEY", XC Hard Terrain от MICHELIN. Почти плоская центральная беговая дорожка с низкопрофильными элементами и шипы по бокам ("уши") - вот портрет этих шин. Плюс прочная, износостойкая, жесткая углеродистая резина протектора. При качении по прямой "работает" беговая дорожка с мелким протектором - качение шины легкое, но несколько тяжелее, чем у сликов. Это быстрые и ходкие на твердом, сухом и песчаном грунте, "заточенные" под спорт покрышки. Вполне позволяют катить по сырому грунту не слишком быстро и без лихих виражей. Встречаются полуслики и для шоссейных велосипедов -DYNAMIC от MICHELIN. Для более комфортного катания по городу (разбитому асфальту, булыжной мостовой) и туризма скрещивают полуслик, туристическую и городскую шины и получают, например, SILENTO от "SCHWALBE". Чем больше и выше у полуслика "уши", тем лучше он держит байк на вираже по грунту, но на твердом покрытии могут возникнуть проблемы при прохождении поворота. Высокие боковые шипы недостаточно надежны на асфальте. И наоборот, "прижатые уши", как у SILENTO, хорошо держат на асфальте, но на мокром и скользком суглинке их возможности ограничены.

Следующий шаг - это протектор для любого грунта, бездорожья и разных стилей катания, от экстрима до легкого туризма. Основные варианты: Для кросс-кантри, где важны малый вес и легкость качения, покрышки выбирают минимально допустимых размеров и зубастости.

Для. туризма вес шин менее значим, чем для гонок, но на первый план выходят прочность, надежность и защита от проколов. В длительных походах надо экономить силы, поэтому суперагрессивная, "тракторная" резина, на которую "наматывается" по два пуда грязи - не самый лучший выбор.

Экстремальные виды. Вот где шина должна быть широкой и очень злой. Площадь трения становится решающим фактором при экстренном торможении и удержании байка от бокового сноса.

Покрышки для разных видов грунта

Мягкий или рыхлый грунт. Тут обычно хорошо работают широкие покрышки с шипами среднего или малого размера. Жесткость протектора особой роли не играет, но важны два момента. Давление целесообразно снизить для увеличения площади контакта. Кроме того, выгодно по мягкому грунту и песчаным почвам катить как можно быстрее, что объясняется очень простой причиной. Грунт при движении деформируется медленней, чем покрышка, поэтому с увеличением скорости он как бы "крепчает", его динамическая прочность возрастает. Если деформируется покрышка, а не грунт, то и сопротивление качению минимально. Отсюда вывод: чем быстрее катишь, тем меньше тратишь сил!

Скользкий грунт, природный камень, корни. Оптимальный вариант - это мягкий компаунд и широкие, слабо накачанные покрышки, которые распластываются и прилипают к скользкой поверхности. Если протектор жесткий, то частично помогают щелевидные канавки, насечки и острые кромки на шипах.

Грязь. Если не слишком глубокая, то размер и мягкость не играют существенной роли. Главное, чтобы шипы протектора имели достаточную высоту и доставали до жесткой подстилающей поверхности. Оптимально, если протектор одноуровневый. Самоочищение происходит благодаря центробежной силе, отрывающей грязь от крутящегося колеса. Для этого хорошо иметь широко расставленные шипы и компаунд, к которому слабо прилипает грязь.

Глубокая грязь. Вне конкуренции специальная "грязевая резина" малых габаритов 1,5-1,8" с жестким компаундом и мотокроссовым протектором. Задача шины в этих условиях - быстро прорезать грязевой слой и, упершись в твердую поверхность, обеспечивать силу тяги, устойчивость и управляемость байка. Широкая шина будет зависать в толще грязи, не доходя до жесткой поверхности, и елозить в стороны; управляемость ухудшится, сопротивление резко возрастет, а провернуть педали будет очень трудно.

Песик, песчаные почвы. Для серфинга по песку полезно ставить шины крупных габаритов - чем больше, тем лучше! Протектор не нужен. Широкий круглый слик - лучший вариант для песка. "Ушастый" полуслик уже несколько хуже - быстрее зарывается. Кроме того, очень помогает снижение давления в шинах! Что это дает? Больше площадь контакта, а значит, меньше давление на грунт, лучше сцепление, торможение и меньше боковой снос. Уменьшение сопротивления качению. Обычно при качении образуется колея. Чем глубже получается колея, тем труднее ехать. Снижая давление воздуха, мы уменьшаем глубину колеи и, соответственно, сопротивление процентов так на 30- 50%, что весьма радует. Для песка лучше всего подходят, сверхширокие круглые слики типа BIG APPLE. Неплохо себя ведут и широкие шины с мелкими, плотно поставленными элементами - например, LARSEN ТТ от "MAXXIS" или, положим, WEIR WOLF от "WTB".

Теперь посмотрим на форму шины. Дабы не вдаваться в мелкие детали, покрышки можно разделить на три группы: 1. круглые (полукруглые); 2. П-образные; 3. специальной формы.

С последних и начнем. Итак, шины специальной формы. А для начала вспомним, как велосипедист проходит на скорости поворот. На необходимой траектории его удерживает баланс трех сил: веса велосипедиста с байком, центробежной силы и силы сцепления (трения). Если сцепление резко уменьшается (вспомним лед), то повернуть в этой ситуации крайне затруднительно, если вообще возможно. А если на вираже велосипедист попадает на скользкое место, то происходит одно из двух: или занос и падение, или велосипедиста "выкидывает" на больший радиус поворота - противоположную обочину, кювет, придорожные кусты. Чем больше сцепление между шинами и дорогой, тем быстрее можно пройти вираж: по более крутой траектории (меньшему радиусу) или с большей скоростью. Да и наклон велосипеда может быть большим. А что для этого нужно? Правильно, постоянную большую площадь контакта шины с дорогой при постепенном наклоне велосипеда, что обеспечивается специально подобранным профилем сечения шины и точно рассчитанной кривизной рабочей части протектора.

То есть, нам нужна треугольная (в разрезе) шина (рис. 3.11). Такие шины были специально разработаны еще в середине XX века известной компанией "Данлоп" для гоночных мотоциклов. Они позволили гонщикам фирмы увеличить скорость прохождения виражей и неоднократно побеждать в шоссейно-кольцевых гонках.

Эти же идеи были реализованы в велосипедных покрышках, например, HOLY&MOLY от "PANARACER". Сечение шины имеет форму, близкую к треугольной. По центру идут две узкие беговые дорожки с продольной канавкой посредине. Протектором служат эллиптической формы жесткие пупырышки, расположенные на боковых гранях.

Шины такого профиля требуют от гонщика точной техники и хорошего опыта. При входе в поворот наклон должен быть произведен очень быстро и четко, чтобы максимально сократить время качения шины на участке "б", соединяющем беговую дорожку "а" с боковой гранью "с".

Треугольные велопокрышки предназначены для поездок по хорошим дорогам с твердым покрытием; они сконструированы так, чтобы исключить опасный участок "б".

Круглые шины. Шины округлой в сечении формы, с закругленной плечевой зоной, называются "грунтовыми" и хорошо работают на горизонтальных участках песка и мягкого грунта. Круглая форма широко распространена среди сликовых и дорожных шин. При наклоне велосипеда во время прохождения виража они имеют большую площадь контакта с дорогой (но меньше, чем у треугольных шин) и хорошо удерживают колеса от заноса. Но, к сожалению, у них низкая "боковая устойчивость" на косогорах и сырых скользких участках, особенно если протектор низкопрофильный. А при поворотах на высокой скорости с наклоном байка на мокром грунте бывает совершенно невозможно почувствовать критический угол наклона. Шина начинает скользить неожиданно и безо всякого предупреждения. Если сделать шипы протектора выше, особенно в плечевой зоне, и расставить их чуть шире на беговой дорожке, то на раскисшей грунтовке шина начнет себя вести себя более предсказуемо, лучше будет удерживать байк от бокового сноса. Но чем более развита плечевая зона, чем выше и крупнее боковые шипы протектора, тем быстрее круглая шина превращается в П-образную.

Шины с П-образным профилем. Они имеют несколько уплощенную беговую дорожку и мощный протектор, особенно в плечевой зоне. А на вираже подключаются боковые шипы и удерживают колесо от сноса. Чем выше шипы, тем лучше держит шина траекторию на грунте, но тем рискованней становится крутой вираж на большой скорости по асфальту.

У читателя возникает закономерный вопрос: как же выбрать необходимую шину и на что обращать внимание в первую очередь - на конструкцию и материалы, габариты, форму или дизайн протектора? Несмотря на абсурдность сего вопроса, ответ можно дать достаточно четко и определенно. В первую очередь имеют значение материалы, технология и конструкция шины. Во вторую - брэнд и производитель. И, наконец, дальше в очереди стоят все остальные параметры. Именно от материалов и конструкции зависит качество шины, ее износостойкость, прочность, степень мягкости и жесткости, потери при качении, работа при высоких и низких температурах; они сильно влияют на сцепление шины с дорогой. От фирмы и брэнда, тоже многое зависит. Крупные фирмы применяют новейшие разработки и располагают современной технологией. Они делают шины в больших объемах и могут позволить себе использовать дорогие материалы и сложные технологии, не увеличивая сверх всякой меры цену. Мелкие фирмы часто копируют удачные образцы. Но экономя на всем, у них редко получают что-либо путное. Поэтому ориентироваться следует, в первую очередь, на "грандов". Дешевая велошина не есть хорошая шина!

Что ещё важно в шинах?

Протектор может быть мягким, а может быть твердым (жестким). Мягкий протектор хорош на жестких, твердых, гладких и скользких поверхностях. Например, в горах, где много природного камня, на мокрых корнях в лесу, на льду, особенно если шина без шипов, и т.д. Мягкий протектор несколько быстрее изнашивается, но имеет лучшее сцепление на жестких поверхностях - он распластывается и как бы прилипает к ним. Жесткий протектор выгоднее иметь на грязных трассах. На твердых и скользких дорогах у жесткого протектора слишком плохое сцепление.

Светоотражающие полосы на боковинах. Обычно их делают по технологии фирмы "ЗМ" - миллионы маленьких шариков наносят на поверхность. Луч света, попадая на такой слой, испытывает полное внутреннее отражение и возвращается обратно. Ночью в свете фар велосипед выглядит как два больших, ярких белых круга, что повышает безопасность на перекрестках.

» Продолжение статьи