Лыжи и легкая атлетика: Максимова 10
+7 (495) 648 6666
Велоспорт и триатлон: Маршала Новикова 7
+7 (495) 648 6666
  • Россия
  • Россия
  • Москва
  • Пермь

Все о велосипедных колесах (часть 3): покрышки

Мы уже говорили о разновидностях велосипедов и колес для них, пришло время пролить свет и на покрышки.
Делятся они, как вы могли бы уже догадаться, на шоссейные и МТБ. Однако существует еще ряд критериев, по которым велосипедные шины между собой различаются. Что ж, перейдём сразу к делу.

Сопротивление качению велосипедной покрышки

Вот пусть этот пункт здесь тоже будет для лучшего представления картины.
Велосипедные покрышки характеризуются разными параметрами: сцепление на асфальте, сцепление на грунтах, минимальное и максимальные давления, стойкость к проколам, количество/материал кордовой нити и… сопротивлением качению.
Параметр этот учитывается в основном в профессиональных шоссейных гонках, где экономят всё и на всём, лишь бы райдер был быстрее. Аэродинамические формы велосипеда, шлемы специальной каплевидной формы с минимальным количеством отверстий, обтекаемая обувь, спрятанная проводка в руль – вот далеко не полный перечень того, с чем приходится сталкиваться шоссерам. Наиболее интересным выглядит тот факт, что в пропелотоне мужчинам частенько приходится брить ноги, так аэродинамическое сопротивление меньше, можно сэкономить, например, 05,-1,5 Вт.
Кажется немного? На самом деле очень много, так как на дистанции 40 км при скорости 40+ км/ч эти 1,5 Вт принесут реальную выгоду в, скажем, 10 секунд. Получается, что это целая вечность в рамках скоротечных гонок. Самое интересное, что порог чувствительности райдера находится в пределах 5 Вт. То есть, разницу на педалях, даже самый опытный велосипедист, ощутит при 5 или больше Вт нагрузки. Меньшие величины вычисляются точными компьютерными измерениями.
Что дает такая экономия? Отчасти ответ уже дан, гонщик выигрывает время. Другими словами, он становится быстрее, так как больше мощности может направить в колесо и меньше на преодоление сил сопротивления движению. Также он может расходовать меньше энергии для поддержания прежней скорости. К силам сопротивления движению относится гравитация, сопротивление воздушного потока и… сопротивление качению покрышек.
Что такое сопротивление качению (далее Ск)? Всё очень просто. Вы, наверняка, видели как покрышка немного сплюснута в месте контакта с дорожным полотном, когда на велосипеде кто-то едет (с автомобильными колесами та же история, можно и на них полюбоваться). В этом самом месте происходит процесс деформации материала покрышки – резины с внедренными в ее тело материалами (корд, антипрокольный слой). Для того, чтобы покрышка смогла деформироваться необходимо затрачивать какое-то количество энергии. Более того, представьте, что покрышка имеет диаметр 25 мм, а когда мы садимся на велосипед, то в месте контакта она сплющивается до 20 мм. Разница в 5 мм становится постоянной горкой, в которую надо заезжать. Движение в горку требует больше усилий, чем движение по ровной поверхности, очевидно.

На фото деформированная под нагрузкой покрышка велосипеда.

С другой стороны, если колесо у нас будет идеально твердым, движение станет дискомфортным по асфальту и грунтовым дорогам. Намного комфортнее перейти на идеально гладкую поверхность. Да-да, именно это и происходит на железной дороге, где стальные колеса катятся по стальным рельсам. Упругая деформация металлов там присутствует, что и формирует Ск на ж/д транспорте, однако значения эти в разы меньше, чем на резиновых покрышках. Известен факт, что даже ребенок способен сдвинуть с места железнодорожный вагон на ровном участке пути, настолько там величины Ск малы. По этой же причине товарные поезда способны растягиваться на многие сотни метров и тянуться всего одним локомотивом.

Возвращаемся к велосипедам. Идеально жесткими покрышки сделать невозможно, так как мы потеряем комфорт движения, что тоже влияет на скорость. Тем не менее, на шоссейных велосипедах давление в колесе колеблется от 7 до 12 атмосфер, тогда как некоторые МТБ покрышки спокойно катятся на давлениях меньше 1-й атмосферы.
Такая существенная разница в давлениях серьезно отразится на параметре Ск, у МТБ он будет значительно выше. Следовательно, надо накачивать покрышки посильнее и всё будет ехать быстрее.
Да, этим принципом ранее руководствовались, поэтому шоссейные покрышки и накачиваются так сильно, а их диаметр может достигать 19 мм, совсем тоненькие. Меньше пятно контакта, тверже покрышка – вот и залог низкого Ск. Так было раньше.
Современные исследования показали, что параметр Ск становится меньше, если в той же шоссейной покрышке снизить давление и увеличить ее диаметр. Картина получается следующая, если ранее ездили на 23-мм с давлением 8 атмосфер, то при переходе на 28 мм давление можно снизить до 5 атмосфер без потери скорости и с увеличением комфорта движения. Параметр Ск, при этом, останется прежним. Чудеса.

Дальше присматриваемся к конструкции и материалам покрышки. Чем толще ее беговая дорожка, чем больше разнородных слоев в ней находится, тем больше Ск. И наоборот, чем тоньше слой резины и чем меньше прочих материалов в месте контакта покрышки с дорогой, тем меньше Ск – меньше материалов надо деформировать, меньше энергии затрачивается. Наличие шипов, разнообразных протекторов и рисунков на покрышке также увеличивает Ск. Чем больше шипы, тем тяжелее будет катиться колесо.

Вес райдера также имеет значение, так как при его увеличении деформация покрышек будет происходить в большей степени во всем диапазоне давлений и скоростей. Собственно, здесь вступает в силу гравитация и становится определяющим фактором. Чем меньше весит велосипед с райдером, тем меньше станет показатель Ск.
Резюмируя, можно сказать, что сопротивление качению покрышки зависит от её конструкции, материалов, размеров и давления воздуха, если принимать во внимание вес райдера. Причем, выше давление не значит лучше.

На фото внутреннее строение велосипедной покрышки, виден прорезиненный корд серого цвета, уложенный в три слоя. Желтым отмечен антипрокольный слой.

Корд

В народе кордом принято называть борт шины, элемент контактирующий с ободом колеса. В действительности корд представляет из себя внутренний, невидимый каркас покрышки. Внешне мы видим только резину, но в ней есть слой корда, он обеспечивает поддержание необходимой формы. Выполняется корд из шелковых, хлопковых или нейлоновых нитей. В некоторых отдельных ситуациях применяется кевлар, но это редко, так как очень дорого. По сути, это полоска ткани заплавленная внутрь резины. Плотность этой полоски производителями измеряется в количестве ниток на квадратный дюйм (dpi). Чем больше плотность, тем выше прочность покрышки, тем большее давление выдерживает, тем лучше сопротивляется проколам и порезам. Обратная сторона плотного корда – высокое сопротивление качению.
Производители не всегда делают один слой очень плотного материала. Компания Continental, например, в своих топовых покрышках умещает три слоя корда плотностью по 100 dpi. Другие производители кладут один слой плотностью 300 dpi. Гоночные шоссейные покрышки от Pirelli обладают наименее плотным кордом, всего 60 dpi, они очень быстрые. В зависимости от способа укладки корда инженеры добиваются определенных характеристик колеса в движении. В общем, это целая наука, в неё погружаться не будем.

На фото фолдинговые покрышки в сложенном виде.

Фолдинговые покрышки

Темы борта уже коснулись. В своей конструкции он содержит своего рода корд, который также поддерживает форму окружности покрышки. Стальная проволока в его конструкции делает покрышку жесткой, если мы сложим шину пополам, она сохранит эту форму. Замена стали на кевларовую нить позволяет сделать борт очень гибким, теперь покрышка может складываться в несколько раз без ущерба ее форме или функционалу. Такая покрышка называется фолдинговой (Folding - складывание).

Трубки

Готов поспорить, что многие впервые видят такое название, что и не удивительно. Покрышки данного типа распространены в основном в профессиональном шоссейном спорте, так как показатель Ск у них наиболее низкий среди прочих. По крайней мере, так было раньше и ниже подробнее об этом будет сказано.

На фото трубка, зеленым цветом обозначена камера, зашитая в желтый корд.

Трубки предполагают закрепление на ободе колеса с помощью клея. Не удивляйтесь, это правда. Они практически не нагружают боковые стороны обода, отчего экономится материал обода и, следовательно, снижается вес всего колеса. Конструкция у трубки представляет из себя, как бы это ни было странно, трубку. За основу берется камера, оборачивается полотном резины с кордом и… зашивается. Внутренней стороной, где располагается шов, покрышка и приклеивается к ободу.
Профессиональные гонщики считают трубки идеальным вариантом, ведь при проколах на них можно проехать еще какое-то расстояние, чего не скажешь о других видах покрышек.
С другой стороны, прокол на гонке предполагает замену колеса. Отклеивать шину от обода, чистить обод от клея, заклеивать трубку расшивая ее в месте прокола, потом все наклеивать обратно никто в условиях соревнований не станет. Куда проще заменить колесо целиком. Прокол в бытовых условиях тоже не сулит ничего хорошего, количество операций от этого не уменьшится.
Собственно, сложность в обслуживании трубок и сделала их очень непопулярными в массах. Тем не менее, на улицах города они появляются на фикс велосипедах. Это разновидность шоссейников для трека (трековый велосипед), где условия для трубок идеальны – гладкая поверхность полотна и отсутствие колющих предметов на нем.
Трубки, кстати, некоторыми производителями до сих пор производятся вручную, так как спрос на них невелик.

Клинчерные

Готов поспорить, что и такое название велосипедных покрышек для многих становится открытием. Между тем, клинчерные покрышки являются самыми распространенными, а в народе они известны, как “обычные”.
Название, кстати, отражает суть их закрепления на ободе. Напомню, что обычные покрышки внутри содержат камеру. Когда мы ее накачиваем, она увеличивается в размерах и заполняет собой все доступное пространство внутри покрышки. Так как борт шины находится как бы внутри обода, то расширяющаяся камера прижимает его к борту обода. Сформировался клинч. С одной стороны обод не дает двигаться, с другой стороны камера, а между ними в клинче зафиксирован борт покрышки.

На фото клинчерная покрышка, подпираемая изнутри камерой.

Данный тип покрышки применяется на всех видах велосипедов во всех дисциплинах. В профессиональном шоссейном спорте они не применялись долгое время, так как обладали очень высоким сопротивлением качению. В формировании Ск принимает участие уже не только материал покрышки, но и сама камера, ее тоже надо деформировать. Кроме того, возникает паразитное трение между камерой и шиной, что тоже требует энергии.
Всё это удалось нивелировать при усовершенствовании технологий изготовления покрышек и камер. Последние начали делать из латекса, что положительно отражается на толщине и весе. Как итог, трубки перестали быть единственным решением в пропелотоне, клинчеры тоже стали заезжать на подиум. И, чем дальше, тем чаще. Производителям удалось превзойти трубки по показателю сопротивления качению.
Для нас с вами клинчеры во многом более приятны, чем трубки, так как такое колесо в пути достаточно просто заклеить при проколе.

Бескамерные

Про покрышки данного типа многие наслышаны, так как распространены они уже довольно широко, хоть и свет увидели в массовом варианте сравнительно недавно.
Суть конструкции сводится к отсутствию камеры, что должно автоматически делать колесо легче. Но не делает. Дело в том, что покрышка не производится целиком из одного материала. Ну, нормальная покрышка. Всегда присутствует некоторое количество слоев – для беговой дорожки один, для боковин другой, для содержания корда третий. Разумеется, количество и принцип распределения слоев у каждого производителя разный. Однако общей особенностью всех покрышек является их способность пропускать воздух. По этой причине в клинчерах камеры и используются. Если клинчерную покрышку установить бескамерно по всем канонам, то вы увидите, как она стравливает воздух буквально всей своей поверхностью. Причина – много лазеек для воздуха из-за слоистой структуры и наличия ниток корда. Бескамерные покрышки приходится снабжать дополнительным слоем резины, который устилает всю внутреннюю поверхность и играет роль камеры, то есть не пропускает воздух. Получается, что вес клинчерной покрышки с камерой будет примерно равен эквивалентной бескамерной покрышке.

На фото бескамерная покрышка, её борт упирается в замки под воздействием давления воздуха.

Не забываем, что в бескамерки приходится заливать еще и герметик для уплотнения места контакта борта покрышки и обода, что прибавляет вес. Кроме того, герметик нужен для оперативного заклеивания мелких проколов без полной потери давления в движении. Полная потеря давления в движении означает разбортировку колеса. Вроде бы ничего сложного, но установка бескамерной резины требует подачи большого объема воздуха за короткий период времени. Обычным дорожным насосом никак не справиться. Потребуется хотя бы напольный. Ремонт прокола в дороге возможен с помощью специального набора. Он в себе содержит нить пропитанную сырой резиной, которую вставляют в отверстие специальным шилом и... всё, так и ездят.
Для бескамерных покрышек требуется специальный обод, который на борту снабжен особым замком. Подпирающей камеры с другой стороны нет и теперь покрышку надо закрепить так, чтобы давлением воздуха и боковыми нагрузками ее не сорвало с обода. Отверстия для спиц на ободе тоже не являются приятным дополнением, их приходится дополнительно герметизировать специальными лентами. Бескамерные обода в идеальном случае делаются только с одним отверстием под ниппель. Народные умельцы бескамерно ставят клинчерные покрышки на обычный обод, что конечно, очень ненадежно.
Как-то очень сложно получается.
Тем не менее, бескамерные покрышки плотно обосновались в МТБ дисциплинах, ведь они позволяют ездить на экстремально низких давлениях, менее 2-х атмосфер. Снижается риск получить прокол типа змеиный укус. Происходит он в момент наезда колеса на корень или камень, когда покрышка сминается и сжимает камеру, после чего образуется несколько уже не проколов, а порезов. Заклеивать такие дырки бесполезно, они все равно разойдутся со временем. Низкое давление также позволяет увеличить пятно контакта, что положительно сказывается на сцеплении покрышки с грунтом. В итоге, повышается маневренность и эффективность торможения. Комфорт тоже увеличивается, а сопротивление качению остается на уровне клинчеров с более высоким давлением.

Следует отметить, что бескамерки стали всё чаще появляться в профессиональных шоссейных гонках. Они достаточно легкие и обладают низким сопротивлением качению. Низкий вес для шоссейных бескамерок обеспечивается сухой посадкой, то есть герметик в некоторых моделях пар покрышка-обод не требуются. Рискованно, но оправдано низким весом. Риск заключается в том, что при получении прокола продолжить движение не получится. Наличие же герметика в большинстве случаев некоторые проколы делает незаметными, настолько высока его эффективность. Причем давление воздуха существенно не изменяется.
И, да, в шоссе бескамерки также позволяют получить низкий Ск при более низких давлениях, что многократно увеличивает комфорт в движении для райдера.

На фото литая велосипедная покрышка, все тело шины выполнена из однородного пористого матриала.

Литые велосипедные покрышки

Особенность полнотелых шин заключается в том, что полости зависимой от давления воздуха в них нет. Отсюда следует, что проколы и порезы им не страшны. К минусам относится невозможность регулировать давление воздуха, а значит невозможность приспособить его к разным дорожным условиям. То есть, литая покрышка это про городской стиль катания с не очень хорошим комфортом. Все же воздух внутри обычных колес играет роль амортизатора. Первые велосипедные колеса выпускались, как раз, на литых покрышках. Позднее было изобретено пневматическое колесо (с покрышкой и камерой).

На фото антипрокольная покрышка, защитный слой отмечен синим цветом.

Антипрокольные покрышки

Любой перечисленный здесь тип покрышки может обладать антипрокольным свойством. Достигается оно путем внедрения в необходимую область покрышки антипрокольного слоя из очень эластичного материала. Некоторые производители размещают тонкую ленту только в области контакта покрышки с дорогой (на беговой дорожке), кто-то располагает более широкую и толстую ленту, а кто-то распределяет антипрокольный слой по всей площади покрышки. В любом случае, наличие этого слоя многократно увеличивает стойкость колеса к непредсказуемой встрече с колющими предметами на дороге. Годами можно ездить и не знать проколов, если покрышка хорошего качества.
Обратная сторона медали показывает увеличение Ск, так как антипрокольный слой увеличивает количество материалов для деформации. По этой причине самые топовые шоссейные покрышки в своей конструкции его не содержат.

Шоссейные покрышки

Много уже было сказано о том, что покрышки бывают шоссейными и МТБ, это уже не новость. Сказать здесь хочется об особенностях конструкции. В общем-то и об этом было сказано довольно много, так что уделим внимание только поверхности качения.

На фото шоссейная покрышка Continental с протектором для аэродинамики.

Всем известно, что шоссейные покрышки выполняются без “протектора”, то есть абсолютно гладкими. Такая поверхность обладает наибольшим коэффициентом сцепления с гладкими покрытиями типа асфальта, бетона или дерева. Наличие каких-либо шипов и канавок, даже самых незначительных, площадь контакта снизит, что логично приведет к снижению коэффициента трения, а значит и к снижению сцепления. Понятно.
Зачем же тогда на боковины некоторых шоссейных покрышек наносят протектор?
В народе его наличие объясняется необходимостью большего зацепа в поворотах. Но мы уже разобрались, что снижение площади контакта не способствует увеличению сцепления. Вариант нежизнеспособен.
Также в народе говорят, мол это дождевой протектор, для отвода воды от места контакта покрышки с дорогой. Вариант более убедительный, но тоже не имеет права на существование. Эффект аквапланирования с такой незначительной площадью контакта при велосипедных скоростях просто невозможен. Априори.
В действительности нанесенный протектор на шоссейных покрышках (как на фото) призван бороться с аэродинамическим сопротивлением. Набегающий поток разбивается лобовой частью шины и направляется на протектор. Протектор, в свою очередь, формирует особой конфигурации воздушный поток, который меньше “цепляется” за обод и спицы. Такие дела.

МТБ покрышки

Вот здесь поступим таким же образом, уделим внимание поверхности качения.
Сцепление на МТБ покрышках происходит с помощью протектора – зубов, грунтозацепов, шипов. Здесь они нужны, так как вгрызаются в мягкий грунт и создают возможность упираться в стенки созданных выемок вместо того, чтобы уповать только на коэффициент трения. Получается, что работать в полном объеме МТБ покрышки могут только на мягких и сыпучих поверхностях. Зимние модели оборудуются стальными шипами, как на автомобилях. Слишком высокий протектор делать нельзя, так как он не будет обладать необходимой устойчивостью к деформации, а слишком короткий будет неэффективен. В общем-то, по износу протектора и выясняется износ всей МТБ покрышки.

На фото МТБ покрышка с грунтозацепами.

Модели для более твердых грунтов оборудуются невысокими частыми шипами в центре и более развитыми шипами на боковинах. Все видели такое. Причем тут асфальт?
Да, вопрос назрел давно. Дело в том, что МТБ велосипеды, так уж сложилось, в наших широтах самые распространенные. Обувают их производители по канонам, в зубастую резину, но народ ездит по асфальту и… мучается. Поездка шипованного колеса по твердой поверхности означает обязательную деформацию покрышки, камер и еще шипа, сразу нескольких даже. То есть, коэффициент сопротивления качению возрастает до небес. В отдельных случаях в руле ощущается вибрация от быстрого перескакивания с одного шипа на другой. Более того, площадь контакта с поверхность многократно снижается (верхушки шипов), отчего тормозной путь на асфальте у зубастой резины будет больше, чем у “лысой”. Абзац этот призван обратить ваше внимание на данную проблематику и подходить к выбору новой резины для своего велосипеда более осознанно. Рынок предлагает решения для МТБ велосипедов, использующихся в городских условиях. Попробуйте перейти с зубастой резины на незубастую и вы сразу почувствуете, насколько легче велосипед начинает ехать. Сразу почувствуете, что тормозить стало легче, быстрее и предсказуемее. Безопасность – наше всё.

На фото гравийная покрышка, протектор частый, расстояние между ним небольшое, площадь каждого шипа довольно большая, что обеспечивает хорошее сцепление на асфальте.

Гравийные покрышки

По своей сути от МТБ или шоссе они отличаются только устройством поверхности качения. Учитывая универсальность применения гравийных велосипедов, покрышки для них делают с частым и очень мелким протектором. Так и по асфальту проще ехать и на грунтах скользко не будет. Впрочем, нередки случаи установки МТБ покрышек, благо, обод на 28” позволяет.

На фото покрышка для циклокросса, протектор расположен на значительном растоянии друг от друга, чтобы эффективнее вгрызаться в грунт.

Покрышки для циклокросса

Вариант для циклокросса очень тонкий и близок к шоссейным покрышкам по размерностям. На самом деле это скорее шоссейные покрышки с агрессивным протектором, похожим на МТБ. Такая особенность продиктована особыми условиями эксплуатации. А заключаются эти особые условия в геометрических параметрах рамы. Покрышки пожирнее в ней разместить не получится, иначе придется увеличивать дистанцию между перьями, дистанцию до подседельной трубы. В общем, все начинает упираться в вес.