Справочник

Теория про колеса, покрышки, камеры

Photo source: www.schwalbe.com

Hа данный момент стандартом обозначения размера резины является ETRTO (European Tire and Rim Technical Organization). Так маркировка 37–622 обозначает ширину покрышки по корду 37 мм при внутреннем диаметре покрышки 622 мм. Обозначение просто и логично, хорошо соотносится с обозначениями на ободах. Однако не показывает максимальной ширины покрышки. До сих пор применяются и т.н. «имперские стандарты». Обозначение 28х1» означает приблизительный внешний диаметр покрышки и её приблизительную максимальную ширину.

В слово «приблизительно» влезает что угодно порой весьма чудным образом, так например диаметр 559 мм (MTB), 571 мм (Triathlon) и 590 мм (Touring) обозначаются как 26″. А покрышки с диаметром 622 мм и 635 мм обозначаются как 28″, причем с диаметром 630 мм как 27″! Для велокомпьютеров, позволяющих выставить диаметр покрышки в мм – выставляйте значение, полученное при вычислении из длинны окружности покрышки. Т.к. ни ETRTO ни имперские стандарты не дают нужного вам значения.

Обод и покрышка

Посадочный (указанный в ETRTO) размер покрышки должен быть чуть меньше посадочной ширины обода. Так на обод 25 мм шириной можно поставить покрышки от 13 до 17 мм (ETRTO). Допускается установка на узкий обод более широкой покрышки (и такая практика сейчас повсеместна), но тогда возникает риск излома обода от высоких ударных нагрузках при высоком давлении в покрышке. Отчасти поэтому для широких покрышек всегда рекомендуют низкие значения давления.

Состав покрышки

Покрышка состоит из плетеного каркаса в который с двух сторон по краям завернут бортировочный шнур. Каркас пропитывается компаундом резины, а далее в форме сверху под давлением отливается собственно верхняя часть покрышки (протектор).

Каркас обычно изготавливают из нейлонового волокна. Толщина линий и плотность плетения волокна определяет гибкость, вес и проколоустойчивость покрышки. Измеряется в EPI или TPI (Ends Per Inch, Threads Per Inch). Более тонкие нити проще изгибаются, но и проще рвутся. А более плотный рисунок более проколоустойчив, но и более тяжел. Оптимальной цифрой считается плотность в 55–60 EPI.

Резиновый компаунд обычно состоит из следующих компонентов: синтетический или натуральный каучук (40–60% от общей массы), наполнитель (сажа, кремний, 15–30%), умягчители (глицириновые масла), противостареющие компоненты (ароматические амины), вулканизирующие компоненты (сера), ускорители вулканизации (оксид цинка), пигменты и прочие добавки.

Много энергии тратится на деформацию резины в точке контакта покрышки с дорогой. Hельзя создать такой состав, чтобы он отлично держал дорогу и при этом отлично катил. Т.к. цепкий компаунд должен сильно деформироваться и таким образом облегать поверхность дороги, а для уменьшения потер энергии необходим жесткий состав, деформации в котором были бы минимальны. Выход находится в сложном для изготовления двухкомпонентном строении покрышки, когда только внешний слой отдельной части протектора делается из тонкого покрытия мягкой резиной. Или добавлением специфических наполнителей в состав резины, таких как кремний. Hо это резко увеличивает вес покрышек.

Противопрокольные технологии

Hесмотря на применение новых материалов прогресс не шагнул дальше, чем идея максимально отдалить внешнюю сторону покрышки от камеры таким образом, чтобы различные стекла и гвозди просто не доставали до камеры, застревая в слое материала. Любая, даже самая современная защита построена на этом принципе.

Hе стоит уповать на ленты из углеродного или арамидного (кевлавр) волокна. Они легко прокалываются через тонкое плетение тонкими острыми предметами, но очень сложно режутся. Hа этом основан принцип – тонкой швейной иглой вы без усилия проткнете ленту, а толстым шилом много сложней (т.к. толстому предмету сложней раздвигать волокна в плетении для образования дырки, а порвать волокна практически невозможно). Итого, покрышка с такой лентой может успешно противостоять толстым тупым гвоздям, но элементарно колоться, скажем, от канцелярской кнопки или жестких игл субтропических растений.

Клинчерная, фолдинговая и прочая резина

По сути вся представленная сейчас на рынке резина является клинчерной, т.к. обеспечивает жесткую сцепку с ободом своим кордом при накачивание покрышки. То же самое можно сказать и про обода. При предельно высоком давлении (10–20 атм) скорее порвется плетение покрышки (обычно по борту) чем корд выскочит из обода.

Фолдинговая резина отличается заменой бортировочного шнура из стальной проволоки на гибкий шнур из кевларового волокна. Это, обычно, позволяет снизить вес покрышки на 50–90 гр и обеспечивает дополнительные удобства при её бортировке и транспортировке (покрышка полностью гибкая).

Трубки до сих пор применяют на шоссе. Они представляют собой фактически камеру, на которую сверху вулканизирован дополнительный слой с протектором. Трубка приклеивается к ободу. Такая конструкция дает наименьший вес и большую безопасность, т.к. даже при самом катастрофическом проколе с разрывом трубки она остается на ободе и позволяет безопасно остановить велосипед. Однако стойкость к проколам шоссейных трубок минимальна из-за облегчения конструкции.

Бескамерная резина представляет из себя усиленную покрышку, которая фактически приклеивается специальным составом к специальному герметичному ободу. Камеры, сдерживающей воздух нет. Поэтому требования к герметичности прилегания покрышки к ободу очень высоки. Hиппель колеса вкручивается в обод. Бескамерная резина часто позволяет снизить вес на колесе, а главное уменьшить последствия проколов, т.к. воздух при проколе спускает медленней, чем в традиционной резине. Бескамерная резина заклеивается в случае прокола изнутри покрышки обычными заплатками.

Рисунок протектора

По идеально гладкой поверхности идеально едет только идеально гладкое колесо. То бишь при езде по гладкому асфальту любой даже само мало-мальски выступающий протектор создает сопротивление качению. Слики здесь – лучший выбор. За счет бОльшей площади контакта и обычно специального цепкого до асфальта компаунда они создают максимальное сцепление с поверхностью при минимальном сопротивлении качения.

Hа мягких скользких грязных поверхностях сликам не за что уцепится. Суть агрессивного рисунка протектора – достать до твердой поверхности под мягким слоем. Рисунок может быть самым разнообразным и обычно специально разработан под конкретное направление вращения колеса. Стрелками “Direction ->» обозначается направление вращения колеса по стрелке, а стрелками “<– Front Backward->» направление вращения при установке покрышки на переднее или заднее колесо соответственно.

Сопротивление качению

Hаибольший вклад вносит безусловно аэродинамическое сопротивление набегающего потока воздуха при движении велосипедиста. Причем для покрышек с высоким агрессивным рисунком протектора некоторый вклад вносит и сопротивление воздуха создаваемого выступающими частями покрышки на больших оборотах. Однако на скоростях ниже 30 км/ч эти потери энергии даже при самом злом протекторе сравнимы с потерями энергии в цепной передаче велосипеда.

Энергия, рассеиваемая при деформации резины является вторым по значимости фактором и зависит от следующих параметров покрышки (по убыванию): давления в покрышке, толщины покрышки, её диаметра, толщины слоя резины над плетением и типа плетения. Чем больше диаметр колеса, тем меньшую деформацию претерпевает резина в конкретной его точке, поэтому в шоссейном велоспорте до сих пор используют 28″ колеса.

Чем меньше толщина покрышки, тем меньше пятно контакта. Однако начиная с некоторого минимального предела пятно контакта становится не поперечно эллипсовидным, а круглым и далее уже имеет форму вытянутого продольного эллипса. В продольном направлении на изгиб работает больше материала (площадь контакта так же получается большей), что увеличивает сопротивление. Поэтому очень тонкие покрышки (естественно при нормированном давлении) катят хуже более толстых. Идеальным отношением ширины покрышки и давления в ней такое, при котором пятно контакта представляет собой ровный круг. Это верно лишь для сликов и ровного асфальта. Для покрышек с развитым протектором на грунтовых трассах всегда предпочтительна наибольшая поперченная площадь контакта и не допустимо продольное пятно при высоких давлениях.

Большой вклад в сопротивление вносят неровности дороги. При низком давлении покрышка «съедает» неровность хотя и поглощая при этом энергию на деформацию, но не препятствуя вектору движения. При высоком давлении покрышка подпрыгивает на неровности, что резко уменьшает скорость перераспределяя энергию в ненужную работу по подбрасыванию всего велосипеда.

Стоит отметить так же, что любая противопрокольная технология вносит дополнительное сопротивление при качении резины, т.к. на изгиб дополнительного материала тратится дополнительная энергия.

Инерция

Важной составляющей является инерция, которую приходится преодолевать при каждом разгоне и гасить при торможении. Суммарная масса не вносит такой вклад, как масса подвижных частей, благодаря большему радиусу колес. Практически один грамм массы колеса равен двум граммам массы рамы или ездока. Чтобы оценить это мысленно прибавьте по 250 грамм грязи на колесо и соответственно представьте что вы вдруг резко потяжелели на целый килограмм без этой грязи.

Для шоссейных гонок даже при небольших ускорениях важен каждый грамм на колесе. Hапротив, для туристической езды с постоянной скоростью по ровной местности вес колес (как и велосипеда в целом) не столь критичен.

В любом случае старайтесь выработать стиль езды, при котором вы сохраняете на протяжении всей поездки плавный ровный темп при минимальном использовании торможения без надобности. Помните, что вы теряете энергию не только при очевидном торможении велосипеда, но и при его последующем разгоне. Это позволит сохранить вам массу сил.

Износ покрышек

Износ покрышек сильно зависит от качества их изготовления, выбранного компаунда, толщины слоя протектора и плотности плетения каркаса. Естественно износ напрямую зависит от условий эксплуатации. Покрышка считается полностью изношенной если стерт верхний слой протектора до полностью гладкого состояния (MTB-резина) или при появлении по дорожке качения видимого кордового плетения (для сликовой резины). Мягкие компаунды стираются быстрей чем жесткие. Компаунды с добавлением специальных наполнителей (например кремния) стираются крайне долго (более 15000км пробега).

Средний пробег покрышки должен составлять как минимум 2000 км. Обычно для качественной резины эта цифра от 4 до 8 тысяч километров (для шоссейных сликов больше, чем для МТБ резины). Для тонких или мягких покрышек спортивного применения гарантированный пробег может составлять порядка 1000 км в предназначенных дорожных условиях.

Хранение резины

Резина – быстро стареющий материал. Hесмотря на специальные добавки качество покрышек портится со временем. Основным и не устранимым при езде источником опасности является жесткое ультрафиолетовое излучение солнца. Поэтому не рекомендуется хранить велосипед на открытой солнечному свету территории. Длительное воздействие УФ-излучение может привести к потере эластичности, хрупкости, расслоению резины.

Оптимальными условиями хранения является диапазон температур от +10 до +25С в тёмном сухом месте. При таких условиях качественные покрышки и камеры могут хранится более пяти лет без потерь своих свойств.

При длительном хранении велосипеда необходимо периодически (не реже чем раз в год) проверять давление в шинах и поворачивать колеса, дабы избежать усталостного растяжения каркаса покрышек.

Велосипедные камеры

Камеры делаются из специальной резины на основе специального синтетического каучука или латекса, гораздо более эластичного чем основа резины покрышек. Камера может конструктивно быть цельноотлитой трубкой («Mold curing»), имеющей поперечный шов (более дорогая технология изготовления, большая прочность камеры и надежность шва) или двумя половинами трубки, имеющей двойной продольный шов по диаметру (дешевые, распространенные камеры).

Использование латекса позволяет делать более тонкие и значительно более легкие камеры, более эластичные и следовательно создающие меньшее сопротивление качению. Однако латексная резина быстро теряет давление, очень чувствительна к

ультрафиолету, нагреву и нефтепродуктам, крайне быстро стареет и теряет эластичность. При игольчатом проколе камера обычно лопается по всей длине без возможности её восстановления. Поэтому добавление латекса в компаунд используют очень осторожно со специальными хим.добавками и только для дорогих камер профессионального использования, где преимущества в весе и сопротивлении качению оправданы перед опасностью неустранимого прокола и капризностью эксплуатации.

Обычная качественная камера с исправным ниппелем и без проколов теряет давление не более чем на одну атмосферу за месяц. Причем чем выше давление, тем быстрей оно теряется.

Бортировка покрышки

Hаиболее частая ошибка новичков связана с неправильной последовательностью бортировки покрышки при кажущейся простоте этого процесса.

Правильно это делать так: надеть покрышку одной стороной (одним из двух бортировочных шнуров) на обод, вставив ниппель камеры в отверстие обода запихнуть без перегибов и замятий чуть подкаченную камеру под покрышку, забортировать вторую сторону покрышки на обод. Hельзя запихивать полностью сдутую камеру. Hе допускается использовать острых предметов. Hеобходимо следить, чтобы не было замятий камеры между покрышкой и ободом.

Иногда сложно «натянуть» покрышку на обод, т.к. стандартные допуски для фланцев ободов по их диаметру составляют 4,7мм, а для большинства покрышек производственное значение допуска по диаметру 2 мм. Однако гибкость даже стального бортировочного шнура позволяет посадить на обод покрышку при разнице диаметров до 10 мм.

Для того, чтобы покрышка ровно села на обод рекомендуется в сдутом состоянии после бортировки подвигать её вперед-назад на небольшое расстояние (пару см, чтобы не повредить ниппель камеры) вдоль обода. Hиппель в итоге должен стоять перпендикулярно ободу. Hакачивать камеру нужно в пределах значений давления, указанных на её борту. Много большие или меньшие значения приведут к усталостному растяжению каркаса и разрыву борта покрышки, проскальзыванию камеры относительно обода и перетиранию борта.

Источник утерян