Шины для полей

Разработки арочных шин в НАМИ

А. Карасёв, канд. техн. наук, фото автора и из архивов НАМИ
В 1956 г. Центральный научно-исследовательский автомобильный и автомоторный институт – НАМИ выступил с рекомендациями по радикальному повышению проходимости автомобилей и сельскохозяйственных машин за счет применения колес с бескамерными грунтовыми шинами арочного типа.
 
Характер колееобразования при движении автомобиля по  глубокому песку
Колесный трактор Straussler
Автомобиль ЗИЛ-150, оборудованный колесами с арочными шинами. Ошиновка передних колес остается без изменения
Комбайн С-4 в поле
Преодоление тяжелого илистого подъема с нагрузкой 3 т
 
Движение автомобиля по дну водоема с толстым слоем ила
Зарубежная шина с центральной беговой дорожкой
Этапы преодоления тяжелого заболоченного участка
 
 
Прохождение участка с глубоким слоем ила
 
Движение седельного тягача ЗИЛ-586 с груженым полуприцепом
Автомобиль ЗИЛ-151 с арочными шинами 1000-650 на задней тележке
 
Движение автомобиля по песку на 2-й передаче со скоростью около 15 км/ч при давлении воздуха в шинах 0,8 атм
Автомобиль с арочными шинами преодолевает заснеженную целину
Зарубежная шина с расчлененной центральной беговой дорожкой

В содружестве с Ярославским шинным заводом и Центральным конструкторским бюро по ободам, созданным приказом Министерства автомобильной промышленности СССР от 30 мая 1956 г., при активной помощи промышленного отдела ЦК КПСС и Ярославского обкома НАМИ провел комплекс работ по созданию арочных шин и колес для них.

Первые арочные шины модели Я-146 размером 1140-700 были изготовлены Ярославским шинным заводом в апреле 1957 г. В мае того же года институт начал испытания новых колес и шин. Колеса, как сказали бы сегодня, «с инновационным движителем» установили на автомобилях ЗИЛ-150 и ЗИЛ-586 (седельный тягач с полуприцепом грузоподъемностью 5 т), а также самоходных комбайнах «Сталинец» С-4. Позднее, когда в Научно-исследовательском институте шинной промышленности (НИИШП) по техническим условиям НАМИ были изготовлены экспериментальные шины размером 1000-650, рассчитанные на нагрузку 2000 кг, к пробеговым испытаниям подключили автомобиль ГАЗ-51 на этих шинах. Правда, до этого предварительные испытания шин 1000-650 провели на трехосном полноприводном ЗИЛ-151. Проходимость автомобиля на арочных шинах без включенного переднего моста примерно соответствовала проходимости серийного автомобиля с включенным передним мостом.

Арочные шины отличаются большой шириной и относительно небольшой высотой профиля. Боковины шин были уменьшены до минимума. Это дало возможность получить шину с большим внутренним объемом, отличающуюся увеличенной площадью пятна контакта, и допускало большой прогиб шины. Все это позволяло иметь низкое внутреннее давление воздуха в шине (порядка 0,5–1,6 кг/см2) при сохранении наружного диаметра, близкого к размеру стандартных шин.

Форма сечения арочной шины – симметрично усеченный с двух сторон эллипсоид. Такая форма шины дает круглый отпечаток протектора в зоне контакта с дорогой. В отличие от обычных шин, при прогибе которых зона контакта растет только в длину, опорная поверхность арочной шины увеличивается по закону изменения площади круга – прямо пропорционально квадрату его радиуса.

Арочные шины бескамерные, поэтому обод должен быть герметичным. Его сделали неразборным и абсолютно ровным. Борта шины прижимались кольцевыми фланцами к борту обода с помощью резьбового соединения. Каркас арочных шин диагональный, малослойный. Кордный брекер – усиливающий слой переплетенных нитей между протектором и каркасом – в арочных шинах не применяется (используется лишь резиновый брекер).

Удельное давление грузового автомобиля ЗИЛ-150 с арочными шинами находилось в пределах 0,6–0,9 кг/см2 (в зависимости от внутреннего давления и нагрузки). На стандартных колесах с шинами 260-20 удельное давление значительно выше 3,5–4 кг/см2. Движение автомобиля со стандартными шинами по мягкому грунту сопровождается образованием глубокой колеи. Выдавленный из-под беговой дорожки грунт соприкасается с боковиной шины. Точки соприкосновения на боковине шины двигаются с разной радиальной скоростью, что вызывает перемешивание грунта и значительно увеличивает сопротивление движению.

Арочная шина взаимодействует со слабыми грунтами по-другому. Имея низкое внутреннее давление и высокую эластичность, арочная шина деформируется даже на мягкой поверхности. Выпуклая беговая часть покрышки прогибается к ободу. Почва уплотняется протектором и не выдавливается. Тем самым не только значительно снижается сопротивление качению, но увеличивается сопротивление почвы сдвигу, создавая условия для эффективной работы грунтозацепов.

Арочные шины имеют развитый протектор. У шин Я-146 высота грунтозацепов составляла 60 мм, при этом грунтозацепы расположены редко. Это сделано для того, чтобы масса грунта, захватываемого грунтозацепами при пробуксовке колес, превышала силу прилипания грунта к поверхности шины, что в сочетании с повышеной деформацией протектора и центробежной силой, возникающей при вращении колеса, обеспечивает хорошую самоочищаемость протектора.

Комбайн с арочными шинами мог работать на грунтах с влажностью до 26,7%, в то время как комбайн со стандартными шинами не мог двигаться на грунтах с влажностью более 16%. Комбайнер на этой машине первым в Ярославской области выполнил сезонную норму выработки. Когда комбайн на стандартных шинах 11-24 не мог двигаться вследствие буксования ведущих колес, комбайн с арочными шинами уверенно передвигался, буксируя второй комбайн.

В том же 1957 г. работа над арочными шинами рассматривалась на заседаниях в Государственном научно-техническом комитете Совета министров СССР и Отраслевом техническом совете автомобильной промышленности Госплана СССР. Были даны рекомендации «включить эти работы в план важнейших научно-исследовательских работ».

Проходимость автомобиля ЗИЛ-150, оборудованного колесами с арочными шинами, возросла до возможностей полноприводных автомобилей. В некоторых случаях, как, например, движение по сухому глубокому песку, заболоченной местности, проходимость экспериментального автомобиля оказалась более высокой, чем автомобилей ЗИЛ-151 и ГАЗ-63. На тех участках, где стандартные автомобили теряли подвижность, автомобиль с арочными шинами проходил и к тому же мог брать на буксир застрявшие грузовики. Проходимость испытуемого автомобиля уменьшалась только в том случае, если из-за глубокой колеи балки мостов садились на грунт.

В основном во время испытаний сила тяги ограничивалась мощностью двигателя. Так, на сухой суглинистой или черноземной пахоте с глубиной вспашки 200 мм грузовик с арочными шинами развивал силу тяги 2000 кг, а при тяге на крюке 2500 кг двигатель автомобиля глох. Недостаточная мощность двигателя сказывалась при испытании тягача ЗИЛ-586 с полуприцепом. Двигаясь по мокрым полевым и лесным дорогам, автопоезд с трудом преодолевал подъемы около 10° – недоставало мощности двигателя.

При движении по дорогам с усовершенствованным покрытием автомобиль с арочными шинами расходовал в среднем на 15% больше топлива, чем стандартные грузовики, но на мягких грунтах был заметно экономичней. На тех участках, где стандартный автомобиль мог еще двигаться, он расходовал топлива на 80% больше, чем аналогичный с арочными шинами.

Шины Я-146 испытывались в НАМИ на двух автомобилях ЗИЛ-150. Один из них нес нагрузку 3 т, а другой – 4 т. У последнего стандартная главная передача 7,68 была заменена на автобусную 9,29. За время испытаний на автомобиле с автобусной передачей вы­шли из строя три полуоси и одна на автомобиле со стандартной передачей.

Осенью 1957 г. начались эксплуатационные испытания опытных колес на 120 автомобилях ЗИЛ-150 в Алтайском крае, Вологодской области, Белорусской и Украинской ССР. В Усть-Калманском районе Алтайского края автомобили на грунтовых колесах обеспечили в октябре–ноябре бесперебойный вывоз зерна по заснеженной целине. Автомобили могли двигаться по снегу глубиной 50 см. Проходимость полноприводных автомобилей ограничивалась снежным покровом глубиной 40 см.

Проведенные испытания выявили недоработки конструкции арочных шин. К числу основных недостатков шин 1140-700 модели Я-146 относились завышенные высота и шаг грунтозацепов. Поскольку из-за отсутствия соответствующего оборудования грунтозацепы изготавливались не монолитными, а состояли из несколько слоев, то наблюдалось их расслоение. Имел место случай расслоения шин вследствие высокого саморазогрева при движении в летнее время по асфальту со скоростью более 60 км/ч. При некоторых режимах движения наблюдались резонансные явления, приводившие к поломкам деталей трансмиссии. Максимальную скорость движения решено было ограничить.

Также была выявлена недостаточная плотность внутреннего герметизирующего слоя шины. Недостатки герметизирующего слоя могут привести к выходу из строя бескамерной шины. Дело в том, что диффундирующий через герметизирующий слой воздух, попадая в резину, создает дополнительные напряжения, которые способствуют расслоению элементов шин.

В конце ноября 1957 г. НАМИ были получены из Великобритании восемь колес типа «эллипсоид», использующихся фирмой Straussler. Шины были двух видов: с центральной беговой дорожкой и без нее. Часть шин имели расчлененную беговую дорожку. Ширина беговой дорожки и грунтозацепов составляла 90–95 мм, высота – 50 мм. Высота грунтозацепов шин без центральной беговой дорожки была в два раза выше – 100 мм.

Качество шин было плохое. На всех шинах грунтозацепы были приклеены. Часть шин имела небольшой износ. Производство шин носило явно кустарный характер.

Из технической литературы следовало, что фирма Straussler, занимающаяся производством военной техники и техники двойного назначения, использовала эти шины на колесных тракторах и специальных тягачах с колесной формулой 4х4 и на задней тележке большегрузного автомобиля 6х4.

В дальнейшем промышленностью были освоены арочные шины для массовых грузовиков. Шины модели Я-170А производились для автомобилей ЗИЛ-164, заменивших на конвейере ЗИЛ-150. Шины И-213 (1000-600) предназначались для ГАЗ-51. Новые модели шин имели центральную беговую дорожку, меньший шаг, измененную форму и переменную высоту грунтозацепов.

В статье использованы материалы из отчетов по испытаниям НАМИ

ЧИТАЛЬНЫЙ ЗАЛ СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО История Шины НАМИ
А. Карасёв, канд. техн. наук, фото автора и из архивов НАМИ Основные Средства 04'2013 11 апреля 2013

Комментарии (0)