Шины без воздуха – достоинства и недостатки, чего же больше?

Конструкция безвоздушных шин

По внешнему виду если новые шины выполнены закрытыми (с боковыми стенками), то отличить их от обыкновенных «воздушных» очень сложно. На сегодняшний день существует две основные конструкции таких шин: одни наполнены специальным стекловолокном, вторые компенсируют недостаток воздуха наличием полиуретановых спиц-простенков.

Первые чаще всего выполнены закрытыми, чтобы стекловолокно не потерялось по дороге, однако практика показала больше преимуществ как раз открытой системы: меньше материалов, проще изготовление, любые полученные в результате эксплуатации дефекты заметить значительно проще.

Конструкция в итоге кажется очень простой: край шины — растяжной хомут, середина — классическая ступица, к которой прикреплены спицы из полиуретана строго в определенной последовательности. Получившийся «рисунок» у каждого современного производителя свой, каждый из них продемонстрирует свои преимущества и недостатки.

Преимущества и недостатки шин без воздуха

Колесо способно менять форму в зависимости от проезжаемых неровностей — ямки и кочки буквально «проглатываются»

Колесо полностью работоспособно, пока хотя бы 70% её элементов на месте (большой камень в огород пневматической резины)

Совершенно нет необходимости в проверке давления, а где нет давления — возможности лопнуть тоже нет

Безвоздушные шины

Вес безвоздушной резины значительно меньше, чем у классического собрата. Полное отсутствие необходимости дисков (стальных, литых, кованых и пр.) снижает неподрессоренную массу, что также приводит к положительным эффектам вождения ТС

Как следствие пункта 3 — нет необходимости возить с собой дополнительный инструмент вроде домкрата, насоса, ключей… (впрочем, последние не повредят в любом случае)

Следствие пункта 3 и 5 — уменьшение перевозимого веса и, как итог, — снижение расхода топлива

Цены на безвоздушную резину (когда они полноценно появятся на прилавках) вряд ли будут превышать пневматические аналоги (не считая первого времени, когда пойдет главный БУМ)

В перспективе установка безвоздушных шин будет доступна на совершенно любой автомобиль — начиная от древней «копейки» до самых современных внедорожников.

Перспективная сейчас разработка безвоздушной резины — возможность быстро поменять изношенную (или неподходящую к текущей дорожной ситуации) верхний слой, непосредственно имеющий контакт с дорогой. Надо — установил «гоночный» профиль, закрепил специальными болтами — и вперед. Надо выехать в горы — на ту же полиуретановую основу прицепил высоко-профильную «кожу».

Как видим, преимуществ у новой технологии масса. Ложкой же дегтя стоит отметить следующие пункты:

В некоторых конструкциях проявляется излишний шум и нагрев при длительной скоростной эксплуатации

Грузоподъемность подобной резины… Технология еще несовершенна

Жесткость конструкции никак не регулируется. Возможности приспустить давление и поехать по песку не предусмотрено.

Безвоздушные шины

Конечно, последний пункт стоит рассмотреть отдельно, ведь если возникнет необходимость проехать в других условиях, то единственным выбором останется только полностью заменить весь комплект шин на другой с нужными параметрами. Ну и, конечно, менять их тоже придется комплектом (хотя изнашиваются они существенно меньше (в 2-3 раза).

Концепты Hankook

Корейская компания Hankook продемонстрировала, правда, пока только в электронном виде, 4 концепта безвоздушных шин абсолютно нового поколения. Отнести их к закрытому или открытому типу нельзя — тут реализовано нечто среднее. Боковины присутствуют, но они — разрезные.

Концепция шин eMembrane подразумевает возможность изменения профиля пятна контакта на разных скоростях. К примеру, при движении на малой скорости внутренняя часть профиля втягивается, уменьшая площадь соприкосновения покрышки и колеса, благодаря чему снижается трение, а, соответственно, и расход топлива. А вот при ускорении центр протектора опускается обратно, и на асфальт ложится весь профиль, что улучшает сцепление с дорогой, а, соответственно, и управляемость.

Tiltread – это состоящее из трех сегментов колесо. Внешний, центральный и внутренний диски могут перемещаться относительно друг друга, благодаря чему колесо может изменять вертикальный наклон. Это позволяет максимально увеличить пятно контакта в повороте.

Колеса Motiv представляют собой нечто схожее с Tiltread. Их суть заключается в том, что они состоят из множества эластичных блоков, которые могут двигаться отдельно друг от друга, повторяя рельеф дорожного покрытия. Помимо этого, само колесо разделено на две части таким образом, что внешняя и внутренняя половины могут также независимо подниматься и опускаться. Эти колеса разрабатываются специально для вездеходов и внедорожников.

концепт MagTrack – это поистине торжество инженерной мысли. Тут колесо в буквальном смысле делится на две части: внутренняя ступица и обод с покрышкой, а между ними… ничего! Точнее, между ними действует магнитное поле, удерживающее вес автомобиля. Как известно из законов физики, магнитное поле может вращаться, и именно таким способом в движение приводится внешний обод, а также и сам автомобиль. Ну а из-за того, что отсутствует жесткая связь между внешним кольцом и ступицей, никакие неровности дороги просто не могут попасть на кузов автомобиля. В общем, это некий концепт колеса с магнитной подушкой. Все четыре концепта безвоздушные, так что не боятся проколов, но также все они реализованы пока исключительно на компьютере.

 

Долгая история

Первые варианты безвоздушных шин появились едва ли не в начале прошлого века. Зачастую поводом к появлению таких проектов становился дефицит материалов. Конструкторы пытались заменить труднодоступную и недешевую резину более выгодным деревом или металлом. К настоящему времени проблема дефицита была решена, и новые проекты связаны только с желанием повысить характеристики ходовой части.
Ранние проекты безвоздушных шин чаще всего предлагали металлический диск и внешний обод с протектором, соединенные набором пружин разных форм и конфигураций. В разное время использовались цилиндрические или листовые пружины. Такие конструкции в целом решали поставленные задачи, но получались слишком сложными и неудобными в эксплуатации. Как следствие, они не шли в крупную серию и не получали широкого распространения.

Относительный успех пришел к безвоздушным шинам только с развитием космических программ. Оказалось, что планетоходы по типу советского «Лунохода» или американского LRV следует оснащать колесами без камер и воздуха. Так, изделие LRV из состава системы Apollo получило упругую шину из металлической сетки с приклепанным протектором. Такая конструкция была легкой, гасила удары, не требовала обслуживания и отличалась высокой живучестью.
Часть конструкций безвоздушных шин на тех или иных этапах привлекла внимание военных и даже дошла до полигонных испытаний. В последние годы вновь наблюдается интерес к таким разработкам, причем речь идет не только о проектах для армий. Ведущие производители шин рассматривают безвоздушную конструкцию в качестве реальной альтернативы традиционным колесам.


Лунный ровер LRV программы Apollo с металлическими сетчатыми колесами. Фото NASA

Впрочем, до сих пор ни один из известных образцов не дошел до массового производства и эксплуатации в военной или гражданской сфере. Революции в области ходовых частей мешают объективные факторы.

Современные образцы

Рассмотрим некоторые современные конструкции безвоздушных шин, созданные в последние десятилетия. Так, в прошлом широкую известность получил проект Airless:Resilient NPT компании Resilient Technologies. Он разрабатывался с 2002 г. и дошел до испытаний в конце десятилетия. Используя современные полимерные материалы, недоступные в далеком прошлом, американские инженеры смогли создать весьма интересную конструкцию.
Шина Airless:Resilient NPT является единой конструкцией, включающей центральный диск для монтажа, внешний обод с протектором и особый каркас между ними. Последний выполнен в виде решетчатой структуры из неправильных шестиугольников и трапеций. Вес автомобиля распределяется между относительно жестким ободом и решеткой. При этом упругость конструкции позволяет гасить удары.


Шина Airless:Resilient NPT на автомобиле HMMWV при наезде на препятствие. Кадр из демонстрационного видео

В ходе испытаний удалось показать, что шина Airless:Resilient NPT по амортизации сопоставима с традиционной пневматической. Она не боится проколов и может использоваться при повреждении 30% элементов каркаса. Также был получен небольшой выигрыш в массе. Тем не менее, изделие было достаточно сложным в изготовлении, требовало особых материалов и имело ряд других недостатков. Вследствие этого шины от Resilient Technologies до сих пор не попали в армию.
В 2005 г. компания Michelin представила концепт шины Tweel (Tire + Wheel). В этой конструкции центральный диск и внешний обод соединяются при помощи V-образных «спиц», проходящих по всей ширине шины. Разработчик говорил о сокращении массы в сравнении с традиционными изделиями, увеличении ресурса и т.д.
После испытаний и доводки шина Tweel получила развитие. Появились модификации этого изделия под технику разных классов. В 2012 г. начались поставки таких шин, предназначенных для строительной и сельскохозяйственной техники. В дальнейшем появились новые модели такой продукции с иной конфигурацией упругих элементов.

Свой вариант безвоздушной шины имеет и компания Bridgestone. Она предлагает соединять диск и обод изогнутыми «спицами», расположенными крест-накрест. Такая амортизация позволила повысить упругость при сохранении прочих характеристик. Однако готовые образцы имели ограниченную грузоподъемность, уменьшавшую сферы применения.
Известны и другие варианты безвоздушных шин разного рода, дошедшие до испытаний или даже до производства. Поиск новых решений продолжается. Конструкторы пробуют разные материалы, конфигурации упругих элементов и т.д. Впрочем, имеют место лишь ограниченные успехи.

Плюсы и минусы

Безвоздушная шина с интегрированными упругими элементами имеет несколько важных преимуществ перед традиционным пневматическим колесом. Именно они обуславливают повышенный интерес к таким конструкциям, наблюдаемый до сих пор.

Главный плюс – повышенная живучесть. Безвоздушная шина не имеет воздушной камеры и не боится проколов. Ей также не страшны боковые удары. В зависимости от архитектуры, сохраняется работоспособность даже при серьезных повреждениях несущей структуры. Отсутствует необходимость в подкачке и отслеживании давления, что упрощает эксплуатацию. Имеется возможность отказа от крупного и относительно тяжелого диска колеса. В итоге колесо в сборе получается легче, что сокращает неподрессоренную массу.
Однако имеется ряд проблем, из-за которых подобные шины не получают распространения. В первую очередь, это повышенная требовательность к материалам. Требуется резина или полимер с достаточной упругостью, высокой жесткостью и прочностью к нагрузкам разного рода. Также имеются высокие требования по поглощению механической энергии и ее преобразованию в тепловую с последующим рассеиванием.
Все это усложняет и удорожает производство. Кроме того, большинство шин имеют ограничение по скорости движения – обычно не более 70-80 км/ч. Дальнейший разгон увеличивает механические нагрузки, а также приводит к неприемлемому перегреву.

В отличие от пневматических шин, безвоздушные имеют постоянную жесткость, и для ее изменения необходимо менять колеса. При этом на жесткости и других характеристиках может негативно сказаться попадание грязи внутрь конструкции через открытые боковины. Пневматические конструкции с этих точек зрения гораздо выгоднее.
В итоге безвоздушные шины пока находят применение в основном в сфере легкой техники с ограниченными скоростями движения и нагрузками. Их ставят на гольф-кары, некоторые багги, компактную строительную технику и т.д. Также налажено производство шин для велосипедов, самокатов и др. легких изделий. Обеспечение более крупных образцов пока под вопросом.

Перспективный курьез

Специфическое сочетание технических, эксплуатационных и экономических характеристик, а также ряд существенных ограничений пока не позволяют безвоздушным шинам выйти на широкий рынок и составить серьезную конкуренцию традиционным конструкциям. В итоге рынок шин не меняется – хотя разные фирмы регулярно представляют различные «перспективные» изделия.

Однако нельзя не отметить, что отдельные изделия оригинальной конструкции все же вышли на рынок и даже нашли своих покупателей. Успехи наблюдаются в нескольких достаточно узких нишах, тогда как завоевание основных секторов рынка оказывается невозможным. Объективные предпосылки к изменению такой ситуации отсутствуют.
Таким образом, разнообразные варианты безвоздушных шин с интегрированными элементами упругости в целом сохраняют статус курьезного решения важной технической проблемы – без особых перспектив в контексте реального применения.
С другой стороны, подобные проекты могут иметь положительные результаты, не связанные с непосредственным использованием готовой продукции. Разработкой таких шин сейчас занимаются признанные лидеры отрасли, обладающие хорошей научно-технической базой. В ходе проработки безвоздушных шин могут создаваться новые материалы, технологии и конструкции. А они могут найти применение при развитии и совершенствовании традиционных шин, имеющих реальные практические и коммерческие перспективы.

Airless:Resilient

Принято считать, что идея безвоздушных шин принадлежит военным исследователям США. Конструкция была разработана для того, чтобы американским солдатам не приходилось рисковать жизнями, меняя пробитое колесо в горячих точках. Сам проект принадлежит американской компании Resilient Technologies, которая начала работу над проектом еще в начале 2002 года.

В 2007 ими был разработан прототип Airless:Resilient NPT (non pneumatic tyre – «непневматическая шина»). Испытания прототипа прошли в 2009 году. Покрышка была сделана из огнеупорной резины и состояла из каркаса, сделанного в виде «пчелиных сот» и резинового обода с протектором.

Почему именно так? Все просто — этот форм-фактор позволяет достичь одновременно достаточной жесткости (колесо может удерживать тяжелые автомобили и выполнять свои функции, даже когда разрушено до 30% сот), а вместе с тем и достаточной мягкости, ведь «соты» хорошо деформируются, амортизируя неровности дороги не хуже, чем наполненная воздухом покрышка.

Tweel

Французская компания Michelin долго работала над сочетанием в своих гражданских покрышках оптимальных жесткости и мягкости. Инженеры бились над тем, чтобы в вертикальном направлении резина была податливой, в угоду комфортной езде и хорошей амортизации, а в поперечном направлении шина была максимально жесткой, чтобы не деформироваться от боковых нагрузок в поворотах.

В конце концов, американское подразделение компании предложило выход – отказ от пневматической покрышки. Так появились Tweel (сокращенно от tyre – покрышка и wheel – колесо). Эта конструкция использует плоские резиновые спицы специального сечения, заменившие наполненный воздухом объем обычной покрышки. Эти спицы неразборно соединяют между собой внешний обод с протектором и внутренний – закрепляющийся на ступицу.

Резиновые спицы колеса поглощают удары лучше, чем накачанная воздухом шина, так как могут свободно изгибаться по всей высоте, как лист бумаги. Ну а за счет того, что эти спицы имеют особое сечение, при боковых нагрузках колесо не деформируется, так как спицы сгибаются лишь в одной плоскости. Таким образом, боковая жесткость шины сравнима с цельнолитой покрышкой, а энергоемкость колеса (способность поглощать удары) теперь зависит не от давления воздуха в колесе, а от жесткости спиц.

Этим плюсы Tweel не ограничиваются: к примеру, опытный образец от Michelin весил в несколько раз меньше, чем обычное колесо на металлическом диске. Добавим сюда очевидную невосприимчивость к проколам и повышенный срок службы (в этом придется поверить разработчикам. Все это выглядит очень заманчиво.

Опробовать такие колеса французская компания решила не только на автомобилях, но и на других видах колесных «бричек». Так в испытаниях приняли участие Audi A4, роботизированная инвалидная коляска iBot и Segway Centaur. С компанией Michelin заключили контракт в НАСА — колеса их разработки будут ставить на луноход нового поколения. С 2012 года, американское подразделение французских «колесников» начало коммерческие продажи Tweel для погрузчиков, сельскохозяйственной и строительной техники.

Эти шины являются открытым типом безвоздушных колес. Конечно, тут есть и минусы: стоимость такого колеса несколько больше обычного (спасибо маркетологам), ограниченная грузоподъемность, а также невозможность изменения жесткости. Ведь для того, чтобы сделать машину мягче на стандартных колесах, можно просто снизить давление воздуха в покрышке, отрегулировать же жесткость спиц можно только при производстве. Но помимо открытого типа безвоздушных колес, существует и закрытый тип, о котором – ниже.

Runflat

Эти покрышки вообще-то нельзя назвать безвоздушными, однако они имеют одно очень важное преимущество над стандартными колесами. Если покрышка сдувается, то она не теряет сцепления с покрытием и на ней можно продолжить движение до ближайшего сервиса. Вся суть такой резины заключается в максимальном усилении боковин. Название Runflat (run – бежать, ехать, flat — плоский) означает езду на сдутом колесе.

Когда сдувается обычная шина, она образует плоский блин, ездить на котором нельзя, иначе металлический диск, который всем весом автомобиля давит на покрышку, попросту протрет и разорвет её. Усиленные же боковины покрышек Runflat могут удерживать автомобиль, тем самым сохраняя сцепление с дорогой и предотвращая уничтожение остатка резины между диском и асфальтом.

Усиление жесткости боковин достигается разными методами. Тут используются дополнительные внутренние ребра жесткости, выполненные в форме полуколец, например у Pirelli. Также используются многослойные боковины, типа Goodyear RunOnFlat. Nokian устанавливают на внутреннюю поверхность покрышки цельный эластичный слой. Таким образом, когда колесо спускает, а боковины сильно сгибаются, внутреннее покрытие покрышки собирается в гармошку на месте изгиба, образуя смягчающую прослойку между колесным диском и асфальтом. Аналогичные технологии есть и у других производителей шин: Dunlop ROF, Continental SSR и другие.

Все подобные технологии позволяют автомобилю после прокола колеса не потерять управление, а также добраться до шиномонтажа. Но, к сожалению, у такой резины имеется множество недостатков. К примеру, из-за повышенной жесткости резина ведет себя как низкопрофильная, собирая все неровности дороги и отправляя их напрямик через подвеску в салон. Также из-за повышенной жесткости такие покрышки значительно более шумные. Еще один минус – это ценник: одна такая шина сегодня стоит около 15 тысяч рублей в зависимости от производителя, да и не каждый сервис возьмется ремонтировать такую резину. Также эти покрышки несколько тяжелее стандартных, что не может не сказаться на управляемости, ведь это — «неподрессоренная масса».

Если вкратце, то «неподрессоренной» называется масса всех деталей автомобиля, не поддерживаемых подвеской над землей, т.е. это масса диска, покрышки и элементов тормозной системы, находящихся на колесе. От этой массы очень сильно зависит управляемость автомобиля.

Когда вы наезжаете на кочку, колесо толкает весь автомобиль снизу вверх, и если сила этого толчка не будет скомпенсирована весом остальных элементов автомобиля, то покрышки потеряют сцепление с дорогой, вплоть до полного отрыва колеса от асфальта. Также эта масса влияет и на динамику, ведь чем тяжелее колесо, тем большее усилие необходимо приложить для его вращения.

Вариант от Michelin

Еще десять лет тому колеса такого типа решила начать производить компания Michelin. Называется детище фирмы Tweel, и происходит эта аббревиатура от двух слов: tire и wheel. Главная особенность такого колеса – для его крепления не используется классическая ступица. Такие колеса выполняются с использованием гибких штанг, закрепляющихся непосредственно на полуоси моста автомобиля. Поверх штанг закреплен специальный гибкий хомут, который и создает наружную часть покрышки, ту часть, что соприкасается с дорожным покрытием. Хомут выполняется максимально подвижным, чтобы огибать неровности дороги, иначе колеса не смогли бы быть настолько надежными. Подвижность и прочность позволяют не использовать воздух полностью. Безвоздушные шины такого типа внешне напоминают колеса на старых телегах, еще из прошлого столетия.

Спицы колеса изготавливаются максимально эластичными и по факту повторяют действие воздуха внутри резиновых покрышек. Помимо этого, существует и важное отличие от классических «воздушных» покрышек – поперечная жесткость является изменяемой и может регулироваться в зависимости от назначения колес. Компания выпускает колеса различной жесткости, Michelin первые свои прототипы установила на автомобиль Audi A4. В сравнении с заводскими воздушными покрышками машина стала гораздо легче управляться и увереннее стоять на дороге. Поэтому если задумываетесь о том, купить такие колеса или нет – попробовать однозначно стоит, хотя цена и кусается, в сравнении с классическими шинами.

Результат показал, что Tweel легче своего классического варианта на 10-15%. Это говорит о том, что машина будет потреблять ощутимо меньше топлива. К тому же, учитывая дальнейшие наработки, в плане увеличения коэффициента полезности колес следует ожидать, что эти показатели будут расти. Естественно цена также должна измениться со временем, если компания хочет добиться популярности своего продукта.

Устройство классических шин

Невозможно узнать преимущества безвоздушных колес не узнав, как устроена классическая автомобильная резина. Следует знать, что шины с воздухом выполняются полностью герметичными, внутри воздух накачивается со средним давлением в 2.2 атмосферы. За счет того, что давление внутри шины больше, чем в окружающей атмосфере, колеса поддерживают форму и не деформируются под весом автомобиля. Наибольший недостаток – вероятность прокола, вследствие чего колеса дальше нормально функционировать не могут.

Такое развитие событий крайне опасно при движении с большой скоростью и может спровоцировать опрокидывание автомобиля. При этом замедлить машину адекватно не получиться, так как контролировать пробитое колесо невозможно. Потеря контроля над машиной вследствие прокола колеса часто становиться причиной серьезных аварий и смертей.

Безвоздушные же шины лишены подобных недостатков, здесь наезд на гвоздь или острый предмет не спровоцирует никаких неприятностей для водителя.

Помимо того, что резкий разрыв шины может привести к аварии, такие колеса еще жестко зависят от давления внутри. При этом чем ниже давление, тем большим является сила сцепления с дорогой. Одновременно с этим обеспечивается плавность хода машины, шина больше соприкасается с дорогой. Следует помнить и о том, что воздух помимо регулирования жесткости поддерживает форму колеса, и если слишком долго ездить на спущенных колесах, то резина деформируется и становится непригодной для нормальной эксплуатации. При езде на внедорожных и обычных автомобилях следует знать такие особенности:

  1. Накаченная шина подходит для движения по асфальту и хорошим грунтовым дорогам.
  2. Для движения по грязи требуется заменять резину на специальную.
  3. Езда по песку и сыпучему грунту чревата проблемами.

С безвоздушными шинами все несколько проще, но цена на классическую резину значительно меньше. Поэтому в нынешней ситуации, когда более адаптивные безвоздушные шины все еще остаются дорогими, водителям предпочтительней купить обычную резину, которая более дешевая.

Безвоздушные колеса от Hankook

Еще один производитель резины из Кореи, Hankook, также проводит испытания безвоздушных шин – у них эта технология получила наименование IFlex. Конструкция здесь, помимо отсутствия воздуха, также обусловлена использованием исключительно экологических материалов, которые компания строго засекречивает.

Как заявляет компания – колеса последнего поколения ни одним из показателей не уступают своим классическим аналогам. Вместо спиц здесь было решено применять специальные микро сетчатые прослойки по всему периметру, которые равномерно распределяют нагрузку. Выполняются такие шины из износостойких материалов, поэтому продолжительность эксплуатации здесь несколько выше. При этом если в предыдущем варианте требовались серьезные изменения в конструкции автомобиля, то здесь шины можно надеть на стандартный диск.

Параметры испытательных образцов сравнивались с качественной автомобильной пневматической резиной на скорость 120-150 км/ч. Сравнив ряд параметров, разработчики заявили, что новые безвоздушные колеса в практическом применении ничем не уступают, а в чем-то даже превышают показатели обычных покрышек. Помимо этого, компания делает акцент и на экологичности – в производстве таких покрышек участвует значительно меньше ресурсов и вредных для окружающей среды предприятий. А по завершении срока эксплуатации такие колеса намного проще утилизировать и отправить на повторное производство.

Дальнейшая эволюция безвоздушной резины

Несмотря на рассмотренную массу преимуществ перед классической резиной, безвоздушные шины имеют и ряд характерных минусов, главный из которых – вибрация. При разгоне автомобиля выше 120 км/ч даже по идеальной дороге такие колеса начинают вибрировать, ухудшается управляемость автомобиля. Помимо этого, колеса начинают шуметь и нагреваться на такой скорости. Звук издается очень громкий, долгое движение сопряжено с трудностями для водителя, быстрой усталостью.

Поэтому будущее таких колес до сих пор кажется туманным, так как помимо этих минусов оба варианта от и Michelin и Нankook достаточно трудны в производстве, хоть и используются в производстве по большей части натуральные материалы. Сложности обстоят в том, что для массового производства придется перестраивать заводы, набирать новый персонал, переделывать конструкции автомобилей. Поэтому в ближайшее будущее развитие в технологиях может и будет, в опытных образцах, но до улучшения экономической составляющей технологии массового производства не предвидится.

Сфера применения

Первоначально безвоздушные шины стали популярны в военной сфере, но со временем «перебрались» и к гражданским автомобилям.

Говорить о полноценном внедрении пока не приходится (еще ведутся работы), но на многом транспорте новая резина уже стоит.

Так, покрышки без воздуха ставятся на газонокосилках, машинах для гольфа, скутерах, велосипедах.

Применяются безвоздушные покрышки и в промышленной сфере — они устанавливаются на погрузчиках и экскаваторах.

Со временем новая резина стала популярной при изготовлении велосипедов и колясок для инвалидов.

Почему такой тип резины пока активно не ставится на легковые автомобили? Объяснить это решение несложно.

Жесткость шин приводит к тому, что при достижении на скорости 80 км/час на корпус передаются сильные вибрации. В итоге транспортное средство сильно вибрирует и о комфорте в салоне мечтать не приходится.

Разработчики продолжают трудиться над созданием покрышки меньшей жесткости, но ожидаемых результатов пока нет.

История появления

Первые безвоздушные шины — «детище» военной сферы США, созданное в Пентагоне.

Они были созданы, чтобы защитить американских солдат от смерти или попадания в плен при выстреле в колесо.

Разработчик — компания Resilient Technologies, которая активно занялась созданием нового типа покрышек еще в 2002 году. Уже через пять лет рынок ошарашило появление Airless:Resilient NPT — резины без воздуха.

Первые испытания изделие выдержало в 2009 году. Источник для создания покрышки — огнеупорная резина, которая формируется из каркаса.

Интересен тот факт, что основа первой безвоздушной шины сделана из резинового обода и «пчелиных сот».

Благодаря такой конструкции, новый тип резины с легкостью удерживал тяжелые машины даже при разрушении трети сот. При этом шина отличалась достаточной мягкостью, которую и гарантировали «соты».

При попадании колес в неровности «соты» становятся податливыми и «проглатывают» дефекты покрытия.

Принцип действия и конструкция

Без должного опыта отличить классическую резину от некоторых шин без воздуха сложно. Что касается внутренней конструкции, то здесь стоит выделить два варианта.

В первом случае резина наполняется специально созданным стекловолокном, обладающим необходимыми качествами, а во втором — спицами-простенками, играющими роль компенсаторов жесткости (воздуха то нет).

Шины первого типа закрыты, чтобы исключить вываливание стекловолокна при движении.

На практике же, более востребованной стала вторая конструкция. Причины — меньшее применение материалов, легкость изготовления. Кроме этого, устранить дефекты в процессе эксплуатации не составляет труда.

Главные элементы изделия — растяжной хомут с края и ступица в средней части.

К ступичной части крепятся специальные спицы, выполненные из полиуретанового материала.

Главный конструктивный нюанс — четкое соблюдение схемы расположения спиц. При этом рисунок у каждого производителя индивидуален.

Преимущества и недостатки

Безвоздушные шины — современные изделия с персональными преимуществами и недостатками, о которых стоит знать.

Начнем с плюсов:

  1. Способность изменения конструкции. В движении колесо деформируется с учетом ям (подъемов) на дорожном покрытии. Дефекты покрытия «проглатываются» резиной, что гарантирует дополнительный комфорт на скорости до 80 км/час.

  2. Стойкость к повреждениям. Колесо выполняет возложенные на него функции до тех пор, пока 70% его элементов исправно. Что касается классических покрышек с воздухом, то они такой особенностью похвастаться не могут. Хватит одного гвоздя, чтобы обездвижить машину.
  3. Легкость эксплуатации. Установив безвоздушные шины, вопрос измерения давления отпадает сам собой. При этом покрышки не лопнут ни при каких обстоятельствах, ведь давление сохраняется на одном уровне.
  4. Вес. Безвоздушные шины легкие — их вес меньше, чем у «воздушных» собратьев. Снижение массы обеспечивается за счет отказа от установки дисков — кованых, литых или стальных. Благодаря этому повышается и устойчивость автомобиля на дороге.

  5. Свободное пространство в багажнике. Надежность безвоздушной резины влечет за собой ряд положительных моментов:
  • В запасном колесе нет необходимости, что открывает дополнительные перспективы по загрузке авто;
  • Домкрат не нужен, разрешается оставить в гараже ключи, насос и прочие мелочи;
  • Снижается расход топлива за счет того, что масса автомобиля снижается.

Дальше про плюсы:

  1. Доступность. Цена безвоздушной резины, вопреки мнению автолюбителей, не много выше «воздушных собратьев». Но негативный сценарий возможен при росте спроса на изделие.
  2. Универсальность. На этом этапе новые шины еще не получили должного спроса, но со временем они станут на все автомобили — от «копейки» и до новых моделей внедорожников.

  3. Скорость замены. Сегодня разрабатываются изделия, на замену которых уходит до 5 минут. В сложной ситуации на дороге изношенная резина с легкостью меняется на новую. Если требуется, то водитель устанавливает гоночный профиль с помощью специальных болтов за 5-7 минут. Если стоит задача подняться в горы, то устанавливается полиуретановая основа.

Как видно из описанного выше, преимуществ у безвоздушных шин хватает. Но не обошлось без минусов.

Так, к отрицательным моментам стоит отнести:

  1. Безопасная скорость движения на резине без воздуха — 80 км/час. При увеличении скорости появляются вибрации, сильный шум, возможен перегрев резины.
  2. Проблемы с грузоподъемностью. Здесь технологию сложно назвать продуманной до конца. Превышение веса автомобиля выше допустимого уровня критично.
  3. Слабая готовность к поездкам по бездорожью. Выпустить воздух и поехать на спущенных колесах по песку не выйдет.

    Придется менять комплект резины, чтобы преодолеть потенциально опасный участок. Кроме этого, при износе одного колеса также меняются все колеса в комплекте.

Модели и тонкости конструкции

Сегодня на рынке продаются следующие модели:

1. Michelin — Tweel.

Французской компании Michelin удалось совместить жесткость, необходимую для надежности, и мягкость, без которой не обходятся гражданские автомобили.

Инженеры сделали многое, чтобы добиться податливости резины и улучшить амортизацию при попадании в ямы. При этом в поперечном направлении безвоздушная шина не вызывает нареканий — она работает на «отлично» и показывает достаточный уровень жесткости при поворотах и боковых нагрузках.

В конечном итоге подразделение Michelin, которое базируется в США, предложило отказаться от «воздушной» резины.

Конструкция Tweel подразумевает применение резиновых спиц со специальным сечением. Они выступают в роли заместителей воздуха внутри покрышки.

Задача резиновых спиц — поглощение ударов, которые «съедаются» лучше, чем в случае с накачанной покрышкой. Это объясняется способностью спиц изгибаться под давлением.

Сечение спиц минимально, что гарантирует устойчивость покрышки даже при сильных деформациях. Как следствие, спицы прогибаются только в одной плоскости.

По конструкции новые шины относятся к открытому типу.

Кроме описанных выше плюсов, стоит выделить легкость нового изделия, вес которого меньше, чем у привычного колеса на диске.

Если прибавить сюда устойчивость к разрывам и повреждениям, продолжительный срок службы и легкость замены, то перспектива перехода на новые шины крайне заманчива.

Новые колеса опробованы на легковом транспорте и колесных «бричках». В эксперименте задействовали Ауди A4, Сегвей и инвалидную коляску. Транспорт предложенный тест прошел.

Кроме этого, компания Michelin заключила контракт по установке новых изделий на луноходы.

С 2012-го безвоздушные шины устанавливаются на строительную технику, погрузчики, с/х автомобили.

Недостатки конструкции — завышенная цена, недостаточная грузоподъемность, неспособность изменения уровня жесткости.

На машине с привычными колесами сделать такую работу проще — давление снижается до необходимого уровня.

2. Hankook Iflex.

Продукт корейской компании, который еще на этапе испытаний.

Корейцы разработали четыре концепта, каждый из которых индивидуален.

Отнести представленные концепты к открытым или закрытым шинам сложно — они представляют собой нечто среднее.

Вот эти варианты:

  • eMembrane — концепция, которая открывает пути для корректировки профиля пятна для скоростных режимов. Так, при малой скорости перемещения внутренняя доля изделия как бы втягивается. Благодаря этому, площадь «контактного пятна» уменьшается, снижается трение, падает расход топлива. Как только машина разгоняется, происходит обратный процесс — профиль и асфальт соприкасаются по всей площади, что улучшает управляемость;

  • Tiltread — устройство, состоящее из 3-х сегментов. Перемещение дисков (внутреннего и центрального) происходит из-за особенностей конструкции. При этом колесо меняет наклон по вертикали. В итоге пятно контакта во время поворота увеличивается, растет безопасность;

  • Motiv — конструкция, которая похожа на Tiltread. Принцип построен на группе специальных блоков в основе, отличающихся эластичностью и способных перемещаться друг относительно друга. Такая конструкция — гарантия достаточной площади соприкосновения колеса с асфальтом. Шины Motiv специально разрабатываются для внедорожников;

  • MagTrack — гениальное изобретение, которое разделено на две части. Первая — обод, на котором крепится покрышка, а вторая — внутренняя ступица.

    В промежутке создается магнитное поле, которое и поддерживает массу машины. Жесткой связи между ступицей и наружным кольцом нет, поэтому выбоины и выпуклости на дороге не переходят на кузов машины. Разработчикам удалось воплотить в жизнь колесо с магнитной подушкой.

3. Bridgestone.

Компания, год за годом работающая над созданием безвоздушных шин, которым не страшны проколы. Первые образцы изделий нашли применение не автомобилях для гольфа, но новые модели уже устанавливаются на легковых машинах.

Воздуха внутри нет, но зато установлен каркас, состоящий из специальных пластин, формирующих сетчатую структуры.

Преимущества — способность выдерживать проколы и стойкость к разрывам.

Следующее поколение покрышек компании выполнено в другом типоразмере и с индексом скорости до 64 км/час.

Еще один продукт компании, который достоин внимания — Ologic. Эта безвоздушная шина дебютировала в 2013-м году. Ее преимущества — безопасность и энергоэффективность.

4. Polaris.

Главный конкурент Michelin, который выдал на рынок индивидуальный вариант безвоздушных шин.

Конструктивно они схожи с Michelin. Улучшение — замена спиц на специальные «соты» и применение композитных материалов в процессе производства.

Благодаря новой конструкции, шины Polaris лучше поглощают неровности дороги и гарантируют требуемое поглощение.

Цены шин без воздуха

Первыми «гражданские» безвоздушные шины запатентовали в 2005 году Michelin, назвав своё творение Tweel (шина (tyre) + колесо (wheel)). Используя их на всё той же спецтехнике, скутерах и инвалидных колясках, конструкция всё еще не доработана для высоких скоростей. Конструктивно Tweel представляет собой систему цельных внутренних ступиц, прикрепленных к полуоси. Вокруг них расположены полиуретановые спицы, соединенные в определенной последовательности. Через спицы проходит растяжной хомут, формируя внешний край шины (часть, которая соприкасается с дорогой).

Конкурентом для Michelin стала компания Polaris, продемонстрировав своё видение «шин будущего». Конструктивно они достаточно похожи, но в Polaris внесли одно улучшение: спицы заменили на систему сот наподобие пчелиного улья. Плюс применили собственной разработке другие композиционные материалы. Стали заметны преимущества новинки: получившиеся ячейки в зависимости от скорости движения проявляют разные параметры жесткости: то они жесткие, то они гибкие, а как следствие — лучше поддерживается форма колеса вкупе с хорошим поглощением неровностей.

Безвоздушные шины Bridgestone показали миру свой «рисунок»: теперь в профиле закручивающиеся в обе стороны спицы, благодаря которым шина становится более упругой. В Bridgestone к выбору исходных материалов подошли достаточно «зелено» и предложили создавать новые шины из переработки старой резины. Впрочем, практика показала возможность применения подобной конструкции лишь в гольф-карах: максимальная скорость ограничивается уже даже не 80, а 64 км/ч, а грузоподъемность одного колеса всего 150 кг.

Шины без воздуха I-Flex (Hankook) сделали неожиданный поворот этой отрасли. Корейская фирма создала шины, в которой собственно шина и обод — одно целое. 95% I-Flex — это переработанные материалы. Показали их в первый раз на Франкфурском автошоу 2013 года, выполнены I-Flex были в размере 14″ и имели довольно оригинальный дизайн, который приглянулся посетителям.

Компания Hankook в 2015 году успешно завершила серию испытаний безвоздушных покрышек iFlex, в ходе которых новые шины доказали, что ни в чём не уступают привычным покрышкам. В частности, автомобиль, обутый такие шины разогнался до 130 км/чСейчас подобные безвоздушные шины устанавливают на малолитражные модели Volkswagen Up.

Источники

  • https://autohis.ru/parts/1084-bezvozdushnye-shiny.php
  • https://www.kolesa.ru/article/michelin-tweel-i-drugie-shiny-bez-vozduha-kogda-oni-zavojujut-rynok-2015-06-04
  • https://topwar.ru/171790-bezvozdushnye-shiny-perspektivnyj-kurez.html
  • https://autolirika.ru/interesnoe/ustrojstvo-i-klassifikaciya-bezvozdushnyh-shin.html
  • https://AutoTopik.ru/obuchenie/1037-bezvozdushnye-shiny.html
  • http://mir-auto24.ru/kupit-bezvozdushnye-shiny-ili-net-testy-bezvozdushnyx-shin/

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Все об устройстве автомобилей, советы, помощь
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: