همه چیز درباره لاستیک خودرو

برای شرح چگونگی تولید تایر ابتدا نیاز است با اجزای تشکیل‌دهنده‌ی آن آشنا شویم.

تایر خودرو از اجزای مختلفی تشکیل شده است که وجود هر یک برای عملکرد صحیح و ایمن آن حیاتی است. تایرها ساختاری لایه‌ای دارند که در تصویر زیر به‌خوبی به نمایش درآمده‌اند.

طوقه حلقه‌ای از چند رشته فولاد با استحکام بالا است که روی آن پوششی از لاستیک قرار دارد. وظیفه‌ی اصلی طوقه موقعیت‌دهی و هم‌مرکز کردن تایر و رینگ و همین‌طور جذب نیروهای واردشده از رینگ به لاستیک است.

بدنه‌ی تایر از چندین لایه‌ی تنیده‌شده تشکیل شده است. معمول‌ترین لایه‌ی مورد استفاده نخ‌های پلی‌استر است. در لاستیک‌های رادیال این نخ‌ها به‌صورت عمود بر آج تایر قرار گرفته‌اند. در تایرهای قدیمی‌تر، نخ‌ها با زاویه‌ای خاص نسبت به آج قرار می‌گرفتند. در نهایت لایه‌های تنیده شده با لاستیک پوشانده می‌شوند تا علاوه‌بر پیوند با سایر لایه‌ها، بتوانند هوا را درون تایر محبوس کنند. گاهی استحکام تایرها با تعداد لایه‌های بدنه‌ی آن‌ها سنجیده می‌شود. در بیشتر خودروها از تایرهای دو لایه استفاده می‌شود، اما در تایر هواپیماهای تجاری بزرگ تعداد لایه‌ها به ۳۰ و بیشتر نیز می‌رسد.

تسمه‌ها لایه‌ای از رشته‌های فولادی هستند که درست زیر آج تایر قرار گرفته‌اند. وظیفه‌ی تسمه‌ها تقویت استحکام تایر مقابل پنچری و همین‌طور حفظ سطح صاف و مناسب هنگام تماس لاستیک با سطح جاده است.

بعضی تایرها دارای یک یا دو لایه‌ی اضافی از پلی‌استر هستند که سبب می‌شود سایر لایه‌ها با استحکام بیشتری در کنار یکدیگر قرار گیرند. این لایه‌های اضافی بیشتر در تایرهای مخصوص سرعت‌های بالا دیده می‌شود.

دیواره‌ی جانبی در تایر نقش حفظ استحکام جانبی را برعهده دارد. این بخش برای مراقبت از سایر لایه‌ها و همین‌طور محافظت جانبی تایرها و حفظ هوای درون تایر حیاتی است.

آج تایر ترکیبی از چند لاستیک طبیعی و مصنوعی است. آج و دیواره‌ی جانبی به روش اکستروژن تولید می‌شوند و در این مرحله سطح لاستیک تولیدی بدون الگوهای معمول روی آج، جهت ایجاد اصطکاک است.

تمام این اجزا درون دستگاه تولید تایر روی یکدیگر مونتاژ می‌شوند. در این دستگاه لایه‌های مختلف با دقت مناسبی روی یکدیگر قرار می‌گیرند و در نهایت شکل و اندازه‌ی تایر تاحدودی به محصول نهایی نزدیک می‌شود. در این مرحله هنوز خبری از الگوهای آج لاستیک نیست و خروجی دستگاه تولید لاستیک را «تایر سبز» می‌نامند. در مرحله‌ی بعد تایر را به دستگاه پرداخت می‌فرستند تا در آنجا طی عملیات حرارتی الگوهای آج ایجاد و نوشته‌ها و اعداد روی تایر حک شود. طی عملیات حرارتی تمامی لایه‌ها با استحکام بالا به هم می‌چسبند و در اصطلاح لاستیک پخته می‌شود تا استحکام نهایی ایجاد شود. در آخرین مرحله پرداخت نهایی و بازرسی صورت می‌گیرد تا محصول نهایی حاصل شود.

روی دیواره‌ی جانبی تایرها حروف و اعداد مختلفی حک می‌شود که هر یک معنا و مفهوم خاصی دارد. برای انتخاب تایر مناسب باید از معنای هر حرف و عدد آگاهی داشته باشید. در ادامه به بررسی هر یک از این موارد می‌پردازیم:

کد P215/65 R15 95H یکی از چندین کد حک شده روی بخش جانبی تایرها است. همان‌طور که مشاهده می‌شود، در ابتدای این کد یک حرف وجود دارد. این حرف بیانگر نوع تایر است و به سه دسته‌ی کلی P، LT و T تقسیم می‌شود. حرف P به‌معنای تایر مناسب جهت خودروهای سواری سدان، شاسی‌بلند، مینی‌ون و وانت است. LT بیانگر خودروهای باری سبک و T نشان‌دهنده‌ی تایر یدکی است. البته حروف دیگری نیز می‌توان به این فهرست سه‌تایی اضافه کرد، اما استفاده از آن‌ها مرسوم نیست.

بعد از اولین حرف سه عدد قرار دارد، در مثال بالا 215، که بیانگر عرض تایر است که از دیواره‌ی جانبی راست تا دیواره‌ی جانبی چپ اندازه‌گیری می‌شود. این عدد که بر حسب میلی‌متر بیان می‌شود در حقیقت اندازه عرض رینگ مناسب تایر هم نشان می‌دهد.

دو عدد بعدی نسبت ابعاد تایر را نشان می‌دهد. به‌طور کلی نسبت ابعاد برای بیان فاق یا ارتفاع تایر کاربرد دارد. ارتفاع تایر از طوقه تا بالای آج اندازه‌گیری می‌شود. نکته‌ی حائز اهمیت در مورد نسبت ابعاد این است که این عدد برحسب درصدی از پهنای تایر بیان می‌شود. برای نمونه در مثال بالا عدد ۶۵ بدین معنا است که فاق تایر ۶۵ درصد پهنای آن است. هرچه نسبت ابعاد کوچکتر باشد، پهنای تایر نسبت به فاق آن بیشتر است.

تایرهای مخصوص خودروهای مسابقه‌ای به‌طور معمول نسبت ابعاد پایین‌تری دارند. دلیل آن است که تایرهای پهن و فاق کوتاه پایداری جانبی بهتری دارند. خودروهای مسابقه‌ای در هنگام عبور از پیچ‌ها نیروهای جانبی زیادی را متحمل می‌شوند که به‌طور مستقیم این نیروها به تایرها وارد می‌شود؛ درنتیجه تایرهای با نسبت ابعاد کوچکتر مناسب این شرایط هستند. دیواره‌های جانبی این تایرها نسبت به تایرهای عادی کوتاه‌تر و سخت‌تر است و می‌تواند شرایط مسابقه و نیروهای جانبی را تاب بیاورد.

دومین حرف حک شده روی تایر بیانگر روش ساخت تایر است. در حال حاضر روی بیشتر تایرها حرف R نقش بسته که بیانگر رادیال بودن تایر است. در گذشته تایرهای بایاس مورب و بایاس کمربندی به ترتیب با حروف D و B تولید می‌شدند.

رقم بعدی بیانگر اندازه قطر رینگ بر حسب اینچ است. در مثال بالا این عدد ۱۵ بوده که به‌معنای تایر مناسب برای رینگی با قطر ۱۵ اینچ است.

رقم آخر و حرف بعد از آن به ترتیب میزان وزن قابل تحمل و حداکثر سرعت مجاز برای تایر را نشان می‌دهند. هر یک از این مولفه‌ها جدولی خاص دارد که در ادامه قابل مشاهده است.

علاوه بر کد حک شده روی تایر، بخش دیگری شامل میزان تخمینی عمر آج، میزان چسبندگی و دفع حرارت تایر روی آن حک می‌شود که نمونه‌ای از آن در تصویر زیر قابل مشاهده است:

این پارامتر که به‌صورت یک عدد نمایش داده می‌شود در شرایط کنترل شده در جاده‌های آزمایش دولتی به‌دست آمده است. هرچه این عدد بزرگتر باشد احتمال عمر بیشتر آج تایر بالاتر است. به دلیل اینکه هیچ‌کس قادر به پیش‌بینی عمر دقیق آج‌ها در شرایط مختلف رانندگی نخواهد بود، این پارامتر تخمینی از میزان عمر مورد انتظار به دست می‌دهد.

میزان چسبندگی تایر به‌صورت AA، A، B یا C نمایش داده می‌شود. این پارامتر براساس توانایی متوقف کردن خودرو روی سطح بتن لغزنده و آسفالت آزمایش و اندازه‌گیری شده است. در این آزمایش با اندازه‌گیری مسافت ترمزگیری از لحظه‌ی آغاز فشردن پدال ترمز تا لحظه‌ی توقف کامل خودرو، پارامتر مورد بحث برای تایرها تعیین می‌شود.

درجه‌بندی تایر بر حسب کیفیت عملکرد در دفع حرارت و عدم جذب حرارت براساس حروف A، B و C انجام می‌شود. این درجه‌بندی هنگامی انجام می‌شود که تایر به میزان استاندارد باد شده است، اما وزن و سرعت اضافی در این رتبه‌بندی لحاظ نمی‌شود. سرعت و بار اضافی به‌روشنی می‌تواند سبب افزایش دما و کاهش طول عمر تایر و در مواردی حتی سبب ترکیدن لاستیک شود.

اگر تایری دارای علامت MS، M+S یا M&S باشد، بدان معنا است که این تایر براساس راهنمای تولیدکنندگان لاستیک قابلیت حرکت در برف و گل را دارد. برای دریافت این نشان تایرها باید ویژگی‌های زیر را دارا باشند:

۱. حداقل یک طرف آج‌ها باید دارای شیارهای متعدد باشد که شرایط زیر را داشته باشند:

• شیارها باید حداقل به اندازه‌ی ۲/۱ اینچ امتداد داشته باشند
• عرض شیارها باید حداقل ۱۶/۱ اینچ باشد
• زاویه‌ی شیارها نسبت به مسیر حرکت بین ۳۵ تا ۹۰ درجه باشد

۲. حداقل ۲۵ درصد از سطح آج‌ها شیارهایی باشد که با سطح تماس پیدا نمی‌کند.

به‌طور خلاصه شرایط بالا بیان می‌کند که تایرهای چهار فصل و مناسب شرایط گل و برف باید دارای شیارهای به نسبت بزرگی باشند که از لبه‌ی آج‌ها آغاز شده و تا وسط تایر امتداد می‌یابند، به‌علاوه این شیارها باید حداقل ۲۵ درصد از سطح لاستیک را شامل شوند. وجود شیارها سبب می‌شود که برف درون این فضاها گیر افتاده و درنتیجه چسبندگی لازم برای حرکت در چنین شرایطی فراهم شود.

هیدروپلنینگ هنگام عبور خودرو از محل چاله‌ی آب ساکن اتفاق می‌افتد. اگر هنگام عبور تایر از این چاله آب نتواند با سرعت مناسب از زیر چرخ به اطراف پاشیده شود، چرخ با زمین در تماس نبوده و حالت غوطه‌وری خواهد داشت. در این حالت تایر هیچ اصطکاکی نخواهد داشت و درنتیجه کنترل آن‌ها از دست می‌رود. بعضی تایرها به گونه‌ای طراحی می‌شوند که احتمال وقوع پدیده‌ی هیدروپلنینگ را کاهش دهند. این تایرها شیارهای عمیقی دارند که در جهت آج‌ها امتداد یافته‌اند. 

اگر با دقت به تایر خودروها نگاه کنید، حتما متوجه می‌شوید که کاملا گرد نیستند. در حقیقت در محل تماس تایر با زمین، بخشی از آن به‌صورت کاملا صاف و بدون انحنا روی زمین پهن می‌شود که از این پس به آن «منطقه‌ی تماس» می‌گوییم. اگر خودرو را روی سطحی شفاف قرار دهیم و از زیر به آن نگاه کنیم، می‌توانیم طول و عرض منطقه‌ی تماس هر تایر را اندازه‌گیری کنیم (توجه داشته باشید که منطقه‌ی تماس تقریبا به شکل یک مستطیل است). با به دست آمدن طول و عرض‌ها و محاسبه‌ی مساحت مجموع مناطق تماس تایرها و ضرب آن در فشار تایر می‌توان با تخمین خوبی وزن خودرو را تعیین کرد.

به دلیل وجود فشار مشخصی بر هر سانتی‌متر مربع از تایر (فرض می‌کنیم معادل ۲۰ نیوتن بر سانتی‌متر مربع) درنتیجه سطح کمی بر حسب سانتی‌متر مربع نیاز است تا بتواند وزن خودرو را تحمل کند. با افزایش وزن یا کاهش فشار تایر مساحت بیشتری برای تحمل وزن خودرو نیاز است؛ درنتیجه سطح منطقه‌ی تماس افزایش می‌یابد. همان‌طور که در تصویر زیر قابل مشاهده است، ظاهر تایر کم‌باد یا تحت وزن بیش از اندازه نسبت به تایر با باد استاندارد و در شرایط بار عادی از حالت گرد خارج می‌شود. در محل تماس تایر با سطح جاده، بخش‌های جانبی اندکی به سمت بیرون انحنا پیدا می‌کنند. این تغییر شکل نیاز به اعمال نیرو دارد و هرچه این انحنا بیشتر باشد، نیروی بیشتری صرف این مورد خواهد شد. هنگام حرکت و چرخش تایر در سطح جاده، در هر لحظه نقاط خاصی دچار انحنا شده و دوباره به حالت عادی باز می‌گردند. این چرخه در طول مسیر بارها تکرار می‌شود و باتوجه به اینکه ویژگی‌های الاستیک تایر ایده‌آل نیست، هر بار پس از انحنای خارجی، تایر به شکل دقیق اولیه باز نخواهد گشت. این امر بدان معنا است که بخشی از نیروی صرف شده جهت ایجاد انحنا به شکل حرارت جذب تایر یا سطح جاده خواهد شد. باتوجه به اینکه تایر کم‌باد یا تحت بار بیش از اندازه انحنای جانبی بیشتری پیدا می‌کند، گرمای بیشتری تولید و جذب خواهد کرد.

گاهی تولیدکنندگان تایر ضریب اصطکاک غلتشی (CRF) تایرهای تولیدی را اعلام می‌کنند. این ضریب مشخص می‌کند که چه مقدار نیرو جهت به غلتش درآوردن تایر روی سطح جاده مورد نیاز است. توجه داشته باشید که این ضریب هیچ ارتباطی به میزان چسبندگی تایر ندارد و صرفا معیاری برای سنجش میزان مقاومت غلتشی تایر خودرو است. این نیرو برابر حاصل ضرب CRF در وزن خودرو است. در جدول زیر نمونه‌هایی از این ضریب برای تایرهای مختلف آورده شده است:

برای مثال یک خودروی ۱۸۰۰ کیلوگرمی را در نظر بگیرید که ضریب CRF آن برابر ۰.۰۱۵ است. نیروی مورد نیاز برای غلبه بر اصطکاک غلتشی معادل ۲۷ کیلوگرم خواهد بود. حال باید بدانیم که چه مقدار قدرت برای فراهم‌کردن این میزان نیرو مورد نیاز است. قدرت برابر حاصل ضرب سرعت در نیرو است، بنابراین قدرت وابسته به سرعت خودرو خواهد بود. برای مثال در سرعت ۱۲۰ کیلومتر بر ساعت تایرها حدود ۱۲ اسب‌بخار قدرت جهت غلبه بر اصطکاک غلتشی صرف می‌کنند که این رقم برای سرعت ۸۸ کیلومتر بر ساعت معادل ۸.۸ اسب‌بخار است. تمام این قدرت به گرما تبدیل می‌شود که بخش عمده‌ی آن به تایر و بخشی به جاده انتقال می‌یابد. اگر سطح جاده نرم باشد (مانند جاده‌ی شنی) بیشتر گرما به جاده منتقل می‌شود، اما ضریب CRF افزایش چشمگیری می‌یابد.

همان‌طور که در تصویر مشخص است، کمبود باد تایر سبب خوردگی بخش‌های خارجی آن، افزایش مصرف سوخت و تولید گرما می‌شود. به همین دلیل است که توصیه می‌شود حداقل ماهی یک بار باد تایرها کنترل شود.

فشار زیاد هوای تایر نیز سبب آسیب و خوردگی در بخش‌های مرکزی تایر می‌شود. هرگز نباید فشار باد تایر را بیش از حد نهایی پیشنهادی توسط سازنده تنظیم کرد. اغلب پیشنهاد می‌شود که باد تایر کمی پایین‌تر از حد نهایی پیشنهادی تنظیم شود تا سواری نرم‌تری حاصل شود، اما تنظیم باد در فشار نهایی سبب بهبود مصرف سوخت خواهد شد. علاوه بر موارد بالا، عدم ترازبندی مناسب چرخ‌ها می‌تواند سبب کاهش عمر تایر، خوردگی و گاهی پارگی سطح آن در بخش‌های داخلی و بیرونی شود.