Шины обычного профиля и широкопрофильные

а) б) Рисунок 1.10 – Тороидная (а) и широкопрофильная (б) шины

В настоящее время шины обычного профиля (тороидные) (рисунок 1.10, а) применяются в основном на грузовых автомобилях и тракторах. Для них коэффициент ширины обода (отношение ширины профиля обода колеса к ширине профиля шины, b/В) составляет 0,65…0,78. Исследования [5], проведенные еще в 70-е годы прошлого века, показали, что наилучшие условия работы шин для грузовых автомобилей обеспечиваются при значениях коэффициента ширины обода 0,73…0,74.

Тороидные шины по сравнению с широкопрофильными при одинаковом их наружном диаметре обеспечивают колесной машине следующие преимущества:

- меньшие массу и стоимость;

- лучшую динамику разгона и максимальную скорость;

- лучшую (на 15…20 %) топливную экономичность;

- более низкий уровень шума.

Широкопрофильные шины (рисунок 1.10, б) в современном автомобилестроении постепенно вытесняют тороидные. На легковых автомобилях, автобусах, коммерческих грузовых автомобилях, предназначенных для междугородных и городских перевозок, прицепах и полуприцепах к ним низкопрофильные шины заняли доминирующее положение.

Они имеют увеличенную ширину профиля по сравнению с обычными тороидными шинами и больший коэффициент ширины обода (0,75…0,85). Одна такая шина при установке на грузовой автомобиль, прицеп или полуприцеп способна заменить две тороидные. Широкопрофильные шины имеют протектор малой кривизны, что обеспечивает более равномерное распределение удельных давлений в контакте с опорной поверхностью. Шины для грузовых автомобилей выпускаются как камерными, так и бескамерными, а для легковых – только бескамерными.

Широкопрофильные шины при одинаковом наружном диаметре обеспечивают ряд существенных преимуществ по сравнению с тороидными:

- меньшее сопротивление качению на дорогах с твердым покрытием, особенно при высоких скоростях движения;

- значительно лучшую передачу тяговых и тормозных сил;

- лучшее восприятие боковых сил и более быструю реакцию на поворот руля (высокую устойчивость и хорошую управляемость при движении автомобиля на поворотах);

- возможность размещения тормозных дисков большего диаметра, причем, тем большего, чем более плоская шина (больший посадочный диаметр обода в сравнении с наружным диаметром шины).

Кроме того, широкопрофильные шины на прицепах и полуприцепах при одинаковой грузоподъемности с тороидными имеют меньший диаметр, что обеспечивает снижение погрузочной высоты грузовых платформ.

К недостаткам же этих шин можно отнести:

- большую массу (тем более, в сборе с колесами);

- большую стоимость, обусловленную стоимостью самих шин и более дорогих колес;

- большее требуемое пространство для размещения колес в надколесных нишах, возможное уменьшение предельных углов поворота управляемых колес (увеличение радиуса поворота);

- необходимость большего пространства для размещения запасного колеса, что наиболее актуально для легковых автомобилей;

- ухудшение плавности хода за счет большей неподрессоренной массы, а также повышенной жесткости самих шин (чем ниже профиль шины, тем она жестче);

- повышенную склонность к аквапланированию (касается легковых автомобилей).

Мировые тенденции и опыт ведущих зарубежных фирм в области разработки новых шин показывают, что в настоящее время наиболее перспективными для грузовых автомобилей являются так называемые целиком металлокордные шины (ЦМК или «All-Steel» шины). Это радиальные бескамерные шины с металлокордными каркасом и брекерным поясом, которые занимают более 90 % в объеме выпускаемых в Европе шин для грузовых автомобилей. Номенклатура ЦМК шин включает шины с посадочным диаметром 17,5”; 19,5”; 22,5” и 24,5” с постоянным и регулируемым давлением воздуха. Все большее распространение находят шины уменьшенного диаметра и увеличенной грузоподъемности.

ЦМК шины обеспечивают грузовым автомобилям необходимый уровень безопасности движения, особенно в экстремальных условиях эксплуатации и при движении с максимальными скоростями. По комплексу большинства основных эксплуатационных свойств, а также себестоимости производства эти шины превосходят все известные конструкции шин для грузовых автомобилей.

Преимуществами ЦМК шин по сравнению с шинами комбинированной конструкции (например, с нейлоновым кордом и металлокордом) являются:

- меньшая толщина каркаса, позволяющая получить большую толщину подканавочного слоя протектора, что, в свою очередь, обеспечивает возможность нарезания рисунка протектора после его износа и увеличивает ресурс работы шин, а также благоприятно влияет на их тепловую нагруженность;

- минимальные гистерезисные потери, предопределяющие очень низкий коэффициент сопротвления качению (не более 0,006);

- пониженная на 15…20⁰С температура нагрева в процессе эксплуатации, что уменьшает вероятность расслоения элементов покрышки и интенсивность износа протектора и обеспечивает возможность движения с максимальными скоростями не менее 130 км/ч;

- увеличенные на 10 % грузоподъемность и в 1,7…2,0 раза (до 200…210 тыс. км) ресурс работы шин с учетом нарезания рисунка протектора после его износа и 4…5-ти кратного его восстановления, что обусловлено высокой усталостной прочностью каркаса и жесткостью каркаса и брекерного пояса. Также в связи с этим ЦМК шины не разнашиваются;

- меньшая склонность к проколам;

- приспособленность к утилизации.

Недостатком ЦМК шин является низкий уровень ремонтопригодности при повреждении корда.

Арочные шины

Арочные шины (рисунок 1.11) предназначены для специальных (сочлененных) колесных машин, а также неполноприводных (типа 4х2) грузовых автомобилей путем их установки на колеса ведущих мостов вместо обычных сдвоенных тороидных шин [5].

Особенностью конструкции арочных шин по сравнению с тороидными является большая в 2,5…3,5 раза ширина профиля при практически одинаковых наружном диаметре и посадочном диаметре обода, а также уменьшенная кривизна протектора. Последнее свойство обеспечивает работу грунтозацепов по всей ширине беговой дорожки шины. Отношение ширины обода к ширине профиля шины примерно 1,0.

А) б)

Рисунок 1.11 – Арочные шины:

А – 1000х600 мод. М-213; б – 1140х700 мод. Я-146

Использование арочных шин способствует существенному повышению проходимости автомобилей в условиях бездорожья. Они имеют значительные радиальные деформации, обеспечивают низкие значения удельного давления на опорную поверхность (примерно 0,09…0,12 МПа) и реализацию высокой силы тяги. Хорошая самоочищаемость арочных шин обеспечивается широко расставленными высокими (30…60 мм) грунтозацепами, малой насыщенностью рисунка протектора (15…30 %) и высокой степенью деформации. При вращении колеса деформированные участки шины восстанавливают первоначальную форму и при этом отбрасывают прилипший грунт.

Однако при установке арочных шин в трансмиссии автомобиля возникают динамические нагрузки, которые на размокших грунтах на 30…35 %, а на сыпучем песке и снежной целине – в 1,5…2,0 раза выше, чем нагрузки в трансмиссии при буксовании автомобиля с тороидными шинами. На дорогах же с твердым покрытием возрастает коэффициент сопротивления движению автомобиля, что приводит к увеличению расхода топлива, а также возникают повышенные вибрации автомобиля.

Арочные шины – бескамерные, диапазон изменения внутреннего давления воздуха в них составляет 0,06…0,25 МПа.

Арочные шины обозначаются двумя числами, например: 1140х700, где первое число характеризует наружный диаметр шины D, а второе – ширину профиля В в миллиметрах.

Пневмокатки

Рисунок 1.12 – Пневмокаток

Пневмокатки (рисунок 1.12) применяются только на специальных колесных машинах, работающих на сильно деформируемых опорных поверхностях (сыпучий песок, снежная целина, заболоченная местность). Они отличаются от обычных тороидных шин (кроме отношения Н/В) большим в 2…10 раз коэффициентом ширины шины (В/D), меньшим посадочным диаметром (примерно в 4 раза меньше наружного диаметра) и высокой эластичностью (площадь контакта с опорной поверхностью в 2,5…3,0 раза больше, чем у обычных шин).

Пневмокатки обеспечивают еще более низкие значения удельного давления на опорную поверхность (примерно 0,01…0,05 МПа) (рисунок 1.13) и позволяют реализовывать еще более значительную силу тяги, чем на арочных шинах.

Рисунок 1.13 – Зависимость удельного давления на грунт от вертикальной нагрузки на пневмокатки фирмы «Роллигон»: 1 – 40х50-12; 2 – 54х68-25; 3 – 72х68-28

Пневмокатки – бескамерные, максимальная их радиальная деформация составляет 0,25…0,35 D, диапазон изменения внутреннего давления воздуха – 0,01…0,07 МПа [5]. Они имеют бочкообразную форму, большой внутренний объем, эластичный тонкий каркас, состоящий из двух – четырех слоев прочного корда, борта со стальными кольцами, герметизирующий слой, сравнительно тонкий эластичный протектор с невысокими и широкими грунтозацепами. Брекерный слой отсутствует. Благодаря этому они обладают высокой амортизирующей способностью и обеспечивают хорошую плавность хода колесной машине на пересеченной местности.

Пневмокатки обозначаются тремя числами, например: 1600х600-635 (или 72х68-28), где числа условно соответствуют значениям наружного диаметра D, ширины профиля B и посадочного диаметра d в миллиметрах (или дюймах).