إطار شعاعي

الإطار الشعاعي (أو بالأحرى الإطار ذو الطبقات الشعاعية ) هو تصميم خاص لإطارات المركبات . في هذا التصميم، تُرتّب طبقات الأسلاك بزاوية 90 درجة بالنسبة لاتجاه السير، أو شعاعيًا (من مركز الإطار). ارتفعت حصة الإطارات الشعاعية في سوق أمريكا الشمالية إلى 100% بعد أن أثبتت تقارير المستهلك تفوق هذا التصميم عام 1968، وأصبحت معيارًا بحلول عام 1976. ^{[ 1 ] [ 2 ]}

أول سيارة مصممة بإطارات شعاعية قياسية منذ إطلاقها: سيتروين 2CV موديل 1948

أول سيارة أمريكية مزودة بإطارات شعاعية قياسية: كونتيننتال مارك 3 موديل 1970

هيكل الإطار الشعاعي

تم تسجيل أول تصميمات الإطارات الشعاعية ببراءة اختراع عام 1914 باسم جي إتش هاميلتون وتي سلوبير - براءة الاختراع رقم 467 المسجلة في لندن ، ^{[ 3 ]} وفي عام 1916 باسم آرثر دبليو سافاج ، وهو مصنّع إطارات (1915-1919) ومصمم أسلحة نارية ومخترع في سان دييغو، كاليفورنيا - براءة الاختراع الأمريكية رقم 1,203,910 . ^{[ 4 ] [ 5 ]} لم يتم إنتاج أي منتجات فعلية. ^{[ 6 ]}

صممت شركة ميشلان في فرنسا الإطار الشعاعي وطورته وحصلت على براءة اختراعه وسوّقته تجاريًا. ^{[ 7 ]} طُوّر أول إطار شعاعي من نوع ميشلان X للسيارات عام 1946 على يد الباحث ماريوس مينول من شركة ميشلان. ^{[ 7 ]} لا يوجد دليل على أن مينول، المحاسب السابق الذي تحول إلى باحث، كان على دراية بأعمال هاميلتون أو سافاج السابقة عندما بدأ تجاربه عام 1941. ^{[ 3 ]}

كانت شركة ميشلان تمتلك شركة سيتروين الرائدة في صناعة السيارات ، لذا تمكنت بسرعة من طرح تصميمها الجديد، بما في ذلك طراز سيتروين 2CV الجديد لعام 1948. ^{[ 8 ]} وفي عام 1952، طورت ميشلان إطارًا شعاعيًا للشاحنات. ^{[ 9 ]}

نظراً لمزاياها الكبيرة في المتانة وكفاءة استهلاك الوقود، ^{[ 10 ]} انتشرت هذه التقنية بسرعة في أوروبا وآسيا في الخمسينيات والستينيات من القرن العشرين. ^{[ 7 ] [ 11 ] [ 1 ]}

في عام 1968، أقرت مجلة "كونسيومر ريبورتس" ، وهي مجلة أمريكية مؤثرة، بتفوق تصميم الإطارات الشعاعية، موثقةً عمر مداسها الأطول، وخصائص توجيهها الأفضل، ومقاومتها الأقل للدوران، مما يحسن من كفاءة استهلاك الوقود . ^{[ 12 ] [ 13 ]}

في عام 1970، أنتجت شركة فورد موتور أول سيارة أمريكية الصنع مزودة بإطارات شعاعية كمعدات قياسية، وهي إطارات ميشلان التي تم تركيبها على سيارة كونتيننتال مارك III . ^{[ 14 ]}

في عام 1974، واجه تشارلز جيه. بيليود الابن ، الرئيس التنفيذي الجديد لشركة جوديير للإطارات والمطاط ، قرارًا استثماريًا هامًا يتعلق بإعادة تجهيز خطوط الإنتاج للإطارات الشعاعية، وذلك في أعقاب أزمة النفط عام 1973. ورغم الانتقادات اللاذعة التي وُجهت إليه آنذاك، استثمر بيليود بكثافة في مصانع جديدة ومعدات حديثة لتصنيع الإطارات الشعاعية. ^{[ 15 ]} واليوم، لم يتبقَ سوى جوديير، وكوبر ، وتيتان، وسبيشيالتي تايرز أوف أمريكا مستقلة بين مصنعي الإطارات في الولايات المتحدة، وقد حلت الإطارات الشعاعية عمليًا محل جميع طرق تصنيع إطارات السيارات الأخرى في السوق. وقد أشار سام جيبارا، الذي ترأس جوديير من عام 1996 إلى عام 2003، إلى أنه لولا مبادرة بيليود، لما كانت جوديير موجودة اليوم. ^{[ 15 ]}

في عام 1974، طورت شركة بيريللي الإطار الشعاعي العريض بناءً على طلب فريق سباقات الرالي لانشيا للحصول على إطار يتحمل قوة سيارة لانشيا ستراتوس الجديدة ، وفي العام التالي، قدمت بيريللي إطارًا عريضًا بجدار جانبي منخفض الارتفاع مثل الإطار الأملس، ولكن ببنية شعاعية لسيارة ستراتوس الفائزة برالي مونت كارلو . ^{[ 16 ]}

أصبحت تقنية الإطارات الشعاعية الآن التصميم القياسي لجميع إطارات السيارات تقريبًا. ^{[ 1 ]}

لا تزال الإطارات ذات الطبقات المائلة تُستخدم في المقطورات نظرًا لقدرتها على تحمل الأوزان ومقاومتها للتأرجح أثناء السحب. ^{[ 17 ]} وقد انتقلت ناسكار من استخدام الإطارات ذات الطبقات المائلة إلى الإطارات الشعاعية خلال موسم 1991 .

بالنسبة للطائرات، يحدث الانتقال بوتيرة أبطأ، حيث يتم اعتماد الإطارات بالتزامن مع هيكل الطائرة . يتميز الإطار الشعاعي بقلة المواد في جداره الجانبي، مما يجعله أخف وزنًا، وأقل حرارة، وأطول عمرًا. ^{[ 18 ]} أما بالنسبة للطائرات الأصغر حجمًا، فتُوفر الإطارات ذات الجدران المائلة ثباتًا أكبر عند السرعات العالية، كما تتميز بجدران جانبية أقوى. ^{[ 19 ]}

تُعزز سلسلة من طبقات الحبال الإطار. وبدونها، سيكون الإطار مرنًا وضعيفًا. تُسمى شبكة الحبال التي تُعطي الإطار قوته وشكله بالهيكل. منذ ستينيات القرن الماضي، تحتوي جميع الإطارات الشائعة على هيكل من حبال البوليستر أو الفولاذ أو غيرها من المواد النسيجية، مُطعّمة بعدة طبقات من المطاط.

في الماضي، كان نسيج الإطار يُصنع على أسطوانة فولاذية مسطحة، حيث تُشكل الخيوط بزوايا تتراوح بين +60 و-60 درجة تقريبًا من اتجاه السير، مما يجعلها تتقاطع مع بعضها البعض. وكانت تُسمى هذه الإطارات بالإطارات ذات الطبقات المتقاطعة أو الإطارات ذات الطبقات المائلة. تُلف الطبقات حول حواف الأسلاك الفولاذية، ثم يُركب عليها المداس والجدار الجانبي. يُوضع الإطار غير المُعالج (قبل التصلب) فوق كيس للتصلب ويُشكل في القالب. تتسبب عملية التشكيل هذه في أن تتخذ خيوط الإطار شكل حرف S من حافة إلى أخرى. تمتد الزاوية أسفل المداس، أو زاوية التاج، إلى حوالي 36 درجة. في منطقة الجدار الجانبي، تبلغ الزاوية 45 درجة، بينما تبقى عند 60 درجة في منطقة الحافة. ​​تُعطي زاوية التاج المنخفضة صلابة لدعم المداس، بينما تُوفر زاوية الجدار الجانبي العالية راحة أكبر. ولزيادة المتانة، كان المُصنِّع يزيد عدد الطبقات، مما يؤدي إلى زيادة تراكم الحرارة في الإطار . ^{[ 20 ]}

بالمقارنة، تتميز الإطارات الشعاعية بوضع جميع طبقات الأسلاك بزاوية 90 درجة على اتجاه السير (أي عبر الإطار من الحافة إلى الحافة). يمنع هذا التصميم احتكاك الطبقات ببعضها البعض أثناء انثناء الإطار، مما يقلل من احتكاك الدوران. وهذا يسمح للمركبات المزودة بإطارات شعاعية بتحقيق كفاءة أفضل في استهلاك الوقود مقارنةً بالإطارات القطرية. كما يفسر هذا المظهر المنتفخ قليلاً (الذي يوحي بانخفاض ضغط الهواء) الذي يظهر على جدران الإطارات الشعاعية، خاصةً عند مقارنتها بالإطارات القطرية.

لا يتمتع الإطار الشعاعي، بوجود أسلاك شعاعية فقط، بالصلابة الكافية عند نقطة التلامس مع الأرض. ولزيادة صلابته، يُحاط الإطار بالكامل بأحزمة إضافية موجهة باتجاه أقرب إلى اتجاه الحركة، ولكن عادةً بزاوية حلزونية. ويمكن أن تُصنع هذه الأحزمة من الفولاذ (ومن هنا جاء مصطلح الإطار الشعاعي ذو الأحزمة الفولاذية)، أو البوليستر ، أو ألياف الأراميد مثل التوارون أو الكيفلار .

وبهذه الطريقة، تفصل الإطارات ذات القطر الشعاعي المنخفض هيكل الإطار إلى نظامين منفصلين:

• تسمح الحبال الشعاعية الموجودة في الجدار الجانبي له بالعمل كزنبرك، مما يمنحه المرونة والراحة أثناء الركوب.
• تعمل الأحزمة الفولاذية الصلبة على تقوية منطقة المداس، مما يمنحها مسافة قطع عالية وأداءً متميزاً.

ويمكن بعد ذلك تحسين كل نظام على حدة للحصول على أفضل أداء.

تختلف الإطارات الشعاعية في خصائص مرونتها عن الإطارات ذات الطبقات المائلة ، كما تختلف في درجة انزلاقها أثناء التوجيه. ومن فوائدها إمكانية تصنيع سيارات أخف وزنًا، إذ لم تعد مضطرة لتعويض عيوب الإطارات ذات الطبقات المائلة. ^{[ 21 ]}

مع ذلك، لم يكن سائقو السيارات معتادين على هذا الشعور، لذا كان لا بد من تعديل أنظمة تعليق السيارات. أجرى جاك باجر، مهندس شركة فورد موتور ، تجارب في ستينيات القرن الماضي على سيارة فورد فالكون ، حيث جعل التوجيه أقل حدة، وأضاف عوازل لعمود الدوران وجلبات لنظام التعليق، وذلك لامتصاص الصدمات الناتجة عن المرور فوق فواصل التمدد الإسفلتية في الطرق الخرسانية. وقد استُخدمت الإطارات الشعاعية أحيانًا في الدراجات الهوائية، كما في دراجة ميياتا السياحية في ثمانينيات القرن الماضي؛ الطرازين 1000 و610، ^{[ 22 ]} ومؤخرًا في عام 2009 في دراجة ماكسيس راديال. ^{[ 23 ]} وكانت إطارات باناريسر الشعاعية قياسية أيضًا في دراجة جاميس جينتري في عام 1985.

مزايا الإطارات الشعاعية مقارنة بالإطارات ذات الطبقات المائلة: ^{[ 12 ]}

• جدران جانبية مرنة
• انخفاض استهلاك الوقود نتيجة لانخفاض مقاومة التدحرج
• توفر هذه الإطارات قيادة أكثر سلاسة بفضل تصميم طبقاتها ومرونة جدرانها الجانبية. ويفترض هذا تساوي أبعاد الإطارات (كما ذُكر سابقًا، عند السرعات المنخفضة، تتفاعل الإطارات ذات الطبقات الشعاعية بشكل أكثر حدة مع نتوءات الطريق مثل فواصل التمدد).
• اتصال أكثر استقرارًا بسطح الطريق.
• الأحزمة الفولاذية - ينتج عنها بنية أكثر متانة بشكل عام
• عمر أطول للمداس
• مساحة أكبر
• تقليل انضغاط التربة وتلفها
• انخفاض في استبدال الإطارات نتيجة لانخفاض الحرارة المتولدة من الإطار. ^{[ 24 ]}
• انخفاض تكاليف صيانة الآلات.

• انفصال مداس إطارات فايرستون 500 راديال / استدعاء

• شركة ميشلان المساهمة - مقارنة بين الإطارات المائلة والشعاعية (مؤرشفة بتاريخ 4 سبتمبر 2009 على موقع Wayback Machine)
• موقع ClassicCar.com: استخدام الإطارات الشعاعية والقطرية في المركبات القديمة