إطار هواء

إطارات هواء (فايرستون)
An automobile tire failure showing a steel ply

الإطارات الهوائية أو إطارات الهواء Tire هو الجزء المطاطي الذي يحيط بالعجلة المعدنية يحوي تحته انبوب مطاطي Tube يملئ بالهواء المضغوط, بعض الأطارات لا تحتاج إلى أنبوب مطاطي وتعرف (بالإطارات تيوب ليس).

تُستخدم الإطارات في عدة مركبات، مثل السيارات، الطائرات، الدراجات، وغيرها. غرض الإطارات هو زيادة الإحتكاك مع الأرض، و الهواء الذي في الداخل يقلل من الإهتزاز الذي يصيب جسم المركبة حيث يعمل على رفع جسم المركبة عن الأرض و يقوم بإمتصاص جزء من الإهتزازات.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

التاريخ

Sidewall worn down to fabric plies due to significant under-inflation
أول إطار هوائي لعجلة اخترعه جون بويد دنلوپ معروض في المتحف الوطني الإسكتلندي.


مر إطار المركبة بتغيرات عدة منذ أن استخدم الإنسان الدولاب. ففي البداية كان الدولاب الخشبي ثم الدولاب ذا الإطار الحديدي، وبعد استعمال المطاط صارت عجلات المركبات البدائية تصنع من الخشب أو الحديد وتؤطر بإطار مطاطي محيط بالدولاب بإحكام، ثم تبدل شكل الدولاب والإطار فأصبح يتألف من طبقة سميكة من المطاط المصمت توفر بعض المرونة لسير المركبة. ومع تطور صناعة المركبات اتخذ الإطار شكل غلاف مطاطي خارجي يحوي بداخله إطاراً مطاطياً آخر رقيق الجدران يُملأ بالهواء المضغوط، ويركب الإثنان على حِتار الدولاب الفولاذي ليوفر مرونة كافية على الطريق، ثم تقدمت صناعته أكثر لتلائم المتطلبات الحديثة للمركبات ذوات العجلات من ناحية سرعة الحركة والحمولة، وتخفيف الصدمات.

في أكتوبر 1887، طور جون بويد دنلوپ أول إطار بتكنولوجيا الغازات المنضغطة لدراجة ثلاثية العجلات لابنه، اختبرها، وحصل على براءة اختراع في 7 ديسمبر 1888. نجح في ذلك باستخدام معلوماته وخبراته مع المطاط، وقام بذلك في باحة منزله في بلفاست.[1] كان الإطار عبارة عن أنبوب مضغوط من المطاط. ثم أخذ عجلة القيادة والعجلة المعدنية من دراجة ثلاثية العجلات لابنه. بعد اختبارها وتدحرها، توقفت العجلة المعدنية عن التدحرج لكن الهواء استمر حتى وصل إلى البوابة وارتد. بعد ذلك، قام دنلوپ بتزويد العجلات الخلفية بالأنابيب الهوائية المطاطية فسارت الأمور بشكل أفضل. شجعه ذلك على تنفيذ الفكرة على إطارات دراجة أكبر فحقق نتائج مذهلة.[2] اختبر هذا الاختراع على ملعب تشري‌ڤال الرياضي في جنوب بلفاست، وحصل على براءة الاختراع في 7 ديسمبر 1888. وبشكل منفرد، حصل الإسكتلندي روبرت وليام طومسون من ستون‌هيڤن على براءة اختراع لإطارات الهوائية عام 1847.


استخدام الإطار

تختلف خصائص الإطار بحسب مجال استخدامه في المركبات ذوات العجلات كالدراجات والسيارات السياحية وحافلات الركاب والشاحنات والجرارات وآليات الأشغال الزراعية وأعمال البناء وغيرها، وتختلف أنواع الإطارات وأبعادها بحسب الحمولة وشروط العمل وسرعة المركبة، لذلك فإن تصنيف الإطارات واختيارها وتحديد أبعادها ومتطلباتها ومواصفاتها تتبع معايير standards دولية تتبناها الشركات الصانعة والجهات المستثمرة. تستخدم الإطارات أيضاُ لحماية العجلة من التآكل والتلف.

ضغط الهواء داخل الإطار

Valve stem with its cap removed
A flat tire


يزود الإطار بحسب نوعه وشروط عمله بهواء منخفض الضغط 0.15-0.25 ميغاباسكال أو متوسط الضغط 0.30-0.40 ميغاباسكال، أو عالي الضغط 0.45-0.55 ميغاباسكال. وإن الإطارات التي تعمل بضغط منخفض عموماً توفر تماسكاً كبيراً مع سطح الطريق، ومرونة عالية في تلقي ردود أفعاله، ومقاومةً جيدة للجنوح والانحراف تحت تأثير القوى الجانبية لذا فهي أكثر الإطارات استعمالاً في السيارات والجرارات.


مقطع الإطار وبنيته

Studded, highly-siped, winter tire

الإطار نوعان: نوع له إطار داخلي tube type ونوع من دون إطار داخلي tubeless type وفي الحالة الثانية يكون سطح الإطار الداخلي مغلفاً بطبقة مطاطية رقيقة تمنع انفلات الهواء المضغوط انفلاتاً فجائياً عند حدوث أي ثقب فيه، ويكون لحافتيه إحكام جيد مع الحتار، لذلك فهو يوفر أماناً كبيراً لدى استخدامه في السيارات والجرارات.

يقسم مقطع الإطار إلى الأجزاء التالية: مداس الدرجان tread، والكتف shoulder، والجدار الجانبي side، وحافة الإحكام bead (الشكل 1).

أما بنيته فتتكون من العناصر الأساسية التالية:

نواة الحافة bead core: وهي مجموعة أسلاك فولاذية مغطاة بطبقة مطاطية تؤلف طوقاً دائرياً لتوفر المتانة الكافية لإحكام حافة الإطار على سطح الحتار.

الهيكل carcase: وهو مؤلف من عدة طبقات نسيجية مسلحة بخيوط متينة من الحرير الصنعي والنايلون والبوليستر أو بأسلاك فولاذية، ويعطي الهيكل بطبقاته هذه شكل الإطار ويوفر المتانة والمرونة اللازمتين لمقاومة التمدد والضغط الداخلي لدى تعرض الإطار للتحميل والصدمات.

الطوق أو الحزام belt or breaker: وهو مؤلف من طبقات نسيجية مسلحة بخيوط اصطناعية أو أسلاك فولاذية تتوضع فوق الهيكل وتحت المداس لتؤلف وسادة دائرية مهمتها تلقي الحمل الخارجي وتوزيعه بانتظام تقريباً على سطح الهيكل ومقاومة تشوهه.

المداس: وهو طبقة مطاطية خارجية تكون على تماس مباشر مع سطح الطريق وتوفر التماسك المطلوب معه، وتتصف بمقاومة التهرّؤ بوجه متناسب مع ثخنها. ولسطح المداس نقش معين tread pattern يؤدي دوراً مهماً في تحقيق التماسك وهو يتميز بأخاديد لها عمق وشكل محددان. ويختلف نقش المداس باختلاف أنواع المركبات (الدراجات أو السيارات أو حافلات الركاب أو الشاحنات أو الجرارات) واختلاف الغاية من استخدام الإطار وشروط عمله (الطرق المعبدة أو الوعرة أو المبللة أو الترابية أو الصخرية..).


أنواع هيكل الإطار

OTR tires being transported

لهيكل الإطار نوعان يتميزان بطريقة تكوينهما (الشكل 2):


. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

النوع المتقاطع

النوع المتقاطع cross- ply carcase الذي تكون فيه خيوط طبقات الهيكل متجهة اتجاهاً ملتوياً (موروباً) قطرياً bias diagonal مع اتجاه دوران الإطار على امتداد هذه الخيوط من حافة إلى أخرى. وتكون متقاطعة أو «متصالبة» مع مثيلاتها في الطبقة التالية.

النوع الشعاعي

NASCAR tires

النوع الشعاعي radial- ply carcase الذي تكون فيه خيوط طبقة الهيكل متجهة عمودياً على اتجاه دوران الإطار على امتدادها من حافة إلى أخرى وتكون واقعة في المقطع القطري المار بمحور دوران الإطار.

يتصف الإطار ذو الهيكل المتقاطع بجدران جانبية قوية لذلك فهو يتلقى جيداً ردود الفعل والصدمات الناجمة عن وعورة الطرق غير المعبدة، وقادر على امتصاص الاهتزازات، لكن بسبب مرونته القليلة فهو يصلح للسرعات المنخفضة والمتوسطة ولا يصلح للسرعات العالية، أما عملية تصنيعه فهي غير معقدة. ويتصف الإطار ذو الهيكل الشعاعي بميزات عدة جعلت استخدامه أكثر شيوعاً في السيارات، فهو يحقق تماسكاً جيداً مع سطح الطريق، ويحقق قوى دفع أو كبح عالية مع مقاومة أعلى للجنوح الجانبي، وله مقاومة درجان أقل من النوع المتقاطع مما ينعكس إيجابياً على اقتصاد استهلاك الوقود في السيارة، وهو يصلح للطرق المعبدة الجيدة وللسرعات المتوسطة والعالية، وبسبب مرونته العالية وجدرانه الرقيقة يمكنه امتصاص الاهتزازات، أما عملية تصنيعه فتتطلب خبرة ودقة كبيرتين.


أبعاد الإطار وترميزه

Airless tire

يشمل قياس الإطار مجموعة رموز من أرقام وحروف تدل على مواصفاته العامة، ومنها رقمان أساسيان: يشير الرقم الأول إلى عرض الإطار B ويعطى بالمليمتر أو بالبوصة ويشير الرقم الثاني إلى قطر الحِتار d ويعطى بالبوصة في العادة (الشكل 3).

وللدلالة على نوع الهيكل يوضع بين الرقمين الأول والثاني الرمز (ـ) للنوع المتقاطع والحرف R للنوع الشعاعي. وفي الإطار العادي يكون ارتفاع المقطع H في الحالة الحرة مساوياً تقريباً عرضه B

أما في الإطارات العريضة المقطع يشار إلى القيمة aspect ratio (H/B) بنسبةٍ مئوية ترد بعد الرقم الأول مباشرة في قياس الإطار.

ويمكن أن يضاف إلى إطارات السيارات السياحية بين الرقمين الأول والثاني حرف يدل على مجال السرعة العظمى المحددة للإطار مثل: S للسرعة العادية، H للسرعة العالية، V للسرعة العالية جداً.

وللدلالة على معدل الطبقات ply rating يضاف أحياناً رقم في نهاية قياس الإطار أو يكتب مع الحرفين PR منفصلاً وهو يعبر عن معدل متانة الإطار ويتناسب مع حمولته العظمى، لكنه لا يشير إلى عدد طبقات المقطع. ويستعاض عن رمز معدل الطبقات لإطارات الجرارات الثقيلة بوضع نجمة * أو نجمتين أو ثلاث نجوم للدلالة على متانة الإطار وحمولته، وتوضع بعض الأحرف والأرقام للدلالة على نقش المداس ومجال استخدامه للسيارات أو للجرارات الزراعية أو لمكنات الأعمال الترابية والأشغال الأخرى.

وعند تحميل الإطار تحميلاً طبيعياً يزداد عرض المقطع Bl وينخفض ارتفاعه H بنسبة 8-15% بحسب نوعية سطح الطريق وضغط الهواء في الإطار وحمولته، فينتج من ذلك نصف قطر الدرجان تحت الحمل Rl، أما عرض المداس فلا يتغير تقريباً تحت الحمل.

وإن رمز قياس حِتار الإطار الذي يصنع بأشكال معينة من الفولاذ أو الصلب يعطى أيضاً برقمين أساسيين: الأول يشير إلى عرض الحتار (b) بالبوصة، والثاني يدل على قطره (d) بالبوصة، وتلحق به بعض الأحرف والرموز للدلالة على شكل الحتار ونوعه.

صنع الإطارات

Changing a tire on a P-3C Orion aircraft

يتم صنع الإطارات بحسب خطة عمليات تقنية محددة، فيجري في البداية إعداد الخليطة بمزج المطاط بإضافات خاصة مثل الفحم والزيوت وأكسيد التوتياء والكبريت في درجة حرارة مرتفعة (150-180ْ درجة مئوية)، ثم عجن الخليطة حتى تجانسها التام، ثم قطعها وتشكيل الخليطة بالثخانات والأطوال والمقاطع المطلوبة بحسب مواصفات أنواع الإطارات المراد صنعها، وتحضيرها لعملية بناء الإطار، وفي الوقت نفسه يتم تحضير طبقات الهيكل والحزم النسيجية المسلحة بالخيوط الصنعية أو بالأسلاك الفولاذية التي تكسى بطبقة من المطاط تحت درجة حرارة مرتفعة، ثم تقص بالأبعاد المطلوبة.

وتحضر أسلاك نواة حافة الإطار على شكل حلقات بأبعاد معينة وتكسى أيضاً بالمطاط. وفي العملية اللاحقة يجري بناء الإطار الأولي بحسب القياس والمواصفات اللازمة من العناصر المحضَّرة سابقاً، وفي المرحلة التالية يجري تحضير القالب الداخلي للإطار bladder بطريقة البَرْكَنة vulcanization تحت شروط محددة من الحرارة والضغط والزمن. وفي المرحلة الأخيرة يجري طبخ الإطار الخارجي بعد جمع الإطار الأولي والقالب الداخلي في جهاز البركنة. وتتم عمليات تلبيس الإطار الخارجي وبركنته تحت درجة حرارة مرتفعة وضغط وزمن محددين. أما الإطار الداخلي فيصنع من الخليطة المطاطية فقط بشكل مشابه تقريباً وبالقياس المطلوب.


. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

صيانة الإطارات

إن العوامل الأساسية التي تؤثر في عمر الإطار هي الحمل والسرعة وعلى نحو جزئي ضغط الهواء الداخلي، ولذلك يحدد في العادة للإطار مؤشر يدل على درجة تحميله بواحدات طن × كم/سا. ويسبب الحمل والصدمات إجهادات في عناصر الإطار، وتؤثر السرعة العالية في قدرة الإطار على التحمل، لذلك فإن الحمل المسموح به للإطار يتناقص مع ازدياد السرعة، وبالعكس من الضروري تخفيض السرعة عند المسير في طرق وعرة وغير معبدة، ويحدد في العادة ضغط الهواء النظامي داخل الإطار بموجب تعليمات الاستثمار عند درجة حرارة طبيعية معتدلة. إن كلاً من التحميل الزائد للإطار والعمل بضغط أخفض من المعدل أو أعلى منه يزيد في معدل تهرّؤ الإطار، وتؤثر فيه حرارة جسم الإطار تأثيراً جزئياً، فالحرارة المرتفعة عن الحدود الطبيعية تُفقد عناصر الإطار خصائصها فيفقد المداس مقاومته للتهرّؤ وتنخفض متانة الهيكل لإجهادات الشد. وإن الإقلاع أو الكبح الفجائيين يؤديان إلى تهرّؤ غير طبيعي للإطار، ويزيد في تآكله أيضاً وجود آثار الزيت والوقود على سطح الإطار، وتختلف طبيعة تهرّؤ الإطار عند تركيبه على العجلات المديرة (الدافعة) أو على العجلات المدارة أو عجلات التوجيه، لذا ينصح بتبديل مواقع الإطارات دورياً في مدد محددة.

وفيما يتصل بتخزين الإطار تُتبع تعليمات معينة للحفاظ على شكل الإطار وصفاته العملية فيتم تخزين الإطارات شاقولياً على رفوف خاصة، يفضل أن تكون خشبية، في أماكن جافة ضمن مستودعات معتدلة التهوية وبحرارة طبيعية لا تزيد على 30ْ درجة مئوية، ويجب ألا ينسى أن لمرور الزمن تأثيراً سيئاً في جودة الإطار.


تأريخ

Studded Tire
  • 1844 – Charles Goodyear announces vulcanization
  • 1846 – روبرت وليام طومسون يخترع ويحصل على براءة اختراع الإطار الهوائي
  • 1870 – BFGoodrich founded
  • 1888 – أول إنتاج تجاري للإطارات الهوائية للدراجات بواسطة جون بويد دنلوپ
  • 1888 – Michelin Tire Company founded
  • 1889 – تأسيس شركة دنلوپ للإطارات
  • 1889 – جون بويد دنلوپ يحصل على براءة إختراع الإطار الهوائي في المملكة المتحدة
  • 1890 – Dunlop and William Harvey Du Cros began production of pneumatic tires in Ireland
  • 1890 – Bartlett Clincher rim introduced
  • 1891 – Dunlop's patent invalidated in favor of Thomson’s patent
  • 1892 – Beaded edge tires introduced in the U.S.
  • 1895 – Michelin introduced pneumatic automobile tires
  • 1898 – Schrader valve stem patented
  • 1898 – Goodyear Tire and Rubber Company founded
  • 1900 – Firestone Tire & Rubber founded
  • 1900 – Cord Tires introduced by Palmer (England) and BFGoodrich (U.S.)
  • 1903 – Goodyear Tire Company patented the first tubeless tire, however it was not introduced until 1954
  • 1904 – Goodyear and Firestone started producing cord reinforced tires
  • 1904 – Mountable rims were introduced that allowed drivers to fix their own flats
  • 1906 – First pneumatic aircraft tire
  • 1908 – Frank Seiberling invented grooved tires with improved road traction
  • 1910 – BFGoodrich Company invented longer life tires by adding carbon to the rubber
  • 1917 – Yokohama Rubber Company founded
  • 1938 – Goodyear introduced the rayon cord tire
  • 1940 – BFGoodrich introduced the first commercial synthetic rubber tire
  • 1946 – Michelin introduced the radial tire
  • 1947 – Goodyear introduced first nylon tires
  • 1947 – BFGoodrich introduced the tubeless tire
  • 1963 – Use of polyester cord introduced by Goodyear
  • 1965 – Armstrong Rubber introduced the bias belted fiberglass tire
  • 1965 – BFGoodrich offered the first radial available in North America
  • 1967 – Poly/glass tires introduced by Firestone and Goodyear
  • 1968 – United States Department of Transportation (DOT) numbers required on new tires in USA
  • 1986 – BF Goodrich merged with Uniroyal to form Uniroyal-Goodrich
  • 1987 – General Tire acquired by Continental
  • 1988 – Firestone acquired by Bridgestone
  • 1988 – Uniroyal-Goodrich acquired by Michelin
  • 1999 – Goodyear acquired certain Dunlop tire factories from Sumitomo Rubber Industries
  • 2006 – Bridgestone acquired Bandag (retread maker)

لقائمة شركات الإطارات وتواريخ تأسيسهم, انظر قائمة شركات الإطارات.


أنظر ايضا

المصادر

الموسوعة العربية

  1. ^ The Bicycle, UK, 21 July 1943, p3
  2. ^ The Bicycle, UK, 21 July 1943, p3

وصلات خارجية