الإطار في المركبة

الإطار في المركبة

الإطار tire في المركبات هو غلاف دائري الشكل من خليطة مطاطية خاصة مع طبقات ذات خيوط أو شرائط نسيجية أو فولاذية يركب على حِتار الدولاب (الجنط) wheelrim مع إطار داخلي مطاطي، أو من دونه، ويملأ جوفه بهواء مضغوط. ومهمة الإطار توفير التماسك مع سطح الطريق في أثناء درجان عجلة المركبة واندفاعها، وامتصاص الصدمات الناتجة من خشونة سطح الطريق ووعورته.
لمحة تاريخية
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.
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.
ضغط الهواء داخل الإطار
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

الشكل (1) مقطع الإطار الخارجي وبنيته لسيارة سياحية من دون إطار داخلي

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.

الشكل (2) هيكل الإطار

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
لهيكل الإطار نوعان يتميزان بطريقة تكوينهما (الشكل 2):
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 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.

الشكل (3) أبعاد الإطار والحتار (الجنط)

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
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.
أشكال مقطع الإطار

لمقطع الإطار أشكال عدة (الشكل 4) تتميز فيما بينها بمقدار النسبة H/B هي:
آ ـ المقطع العادي (الشكل 4- أ)
H/B 100% Normal Base
ب ـ المقطع العريض (الشكل 4- ب)
H/B = 83% Wide Base
جـ ـ المقطع المنخفض (الشكل 4- جـ)
H/B = 65% Low Profile
د ـ المقطع المضاعف (الشكل 4- د)
H/B = 55 - 65% Twin Profile
وإن مقاطع الأطر العريضة (ب،جـ،د) مخصصة للحصول على ضغط نوعي منخفض على سطح الطريق وعلى تماسك أكبر معه وهي تحقق قوى دفع أو كبح أعلى. ويبين الجدول التالي عدة أمثلة لقياس بعض إطارات المركبات: