А – шина в накачанном состоянии; б – аварийный режим работы шины

Ведущиеся в настоящее время разработки боестойких шин показали, что это свойство может быть обеспечено и на шинах атмосферного давления.

Рисунок 1.27 – Шина Airless фирмы «Michelin»

Колесо с шиной атмосферного давления (Airless), разработанное фирмойMichelin, получило название Tweel («Tire + Wheel», то есть «шина + колесо») (рисунок 1.27). Оно имеет привычную конструкцию и состоит из дискового колеса и покрышки. Но вместо внутреннего давления воздуха и усиленных боковин, протектор «держат» гибкие полиуретановые спицы. Важным достоинством такой шины, помимо боестойкости, является возможность независимой «настройки» вертикальной жесткости колеса, которая обеспечивает необходимую плавность хода.

В этой области заслуживают внимания отечественные разработки, в частности, так называемых шин «каркасного» типа (рисунок 1.28).

Эти шины, сохраняя профиль, габариты и массу обычных пневматических шин, работают при незначительном избыточном давлении. Возможность такой работы шины получили в результате замены нитей каркаса, работающих на растяжение, на упругие пружинящие проволоки, воспринимающие часть радиальной нагрузки, расположенные таким образом, чтобы обеспечить оптимальную упругость их каркаса.

Коэффициент сопротивления качению у шин каркасного типа ниже аналогичного показателя обычных пневматических шин примерно на 25 %.

Для этих шин могут использоваться обычные серийные неразъемные обода.

Шины каркасного типа могут быть выполнены в нескольких вариантах:

- с атмосферным («нулевым») внутренним давлением;

- с регулируемым давлением. Такие шины при незначительном избыточном давлении воздуха в сочетании с каркасом «пониженной» жесткости позволят эксплуатировать автомобиль с высокими скоростями на дорогах с твердым покрытием, а при снижении давления – в условиях, требующих повышенной проходимости;

- с внутренним ограничителем деформации.

Рисунок 1.28 – Шина каркасного типа

Таким образом, материалы, приведенные в настоящем разделе, подтверждают тот факт, что работы по созданию новых безопасных и боестойких шин для автомобильной техники и военных колесных машин весьма активно проводятся ведущими фирмами - разработчиками шин.

Требования к боестойким колесам с пневматическими шинами для армейских автомобилей многоцелевого назначения и специальных колесных шасси приведены в приложении.

Выбор шин

Выбор шин для колесных машин производится на стадии проектирования.

Основой для выбора шин являются назначение, условия эксплуатации, технические характеристики и требования, заложенные в техническом задании на разработку колесной машины, а также особенности ее компоновки и конструкции.

Основными исходными показателямипри выборе шин являются:

- максимальная радиальная нагрузка на колесо (с учетом перегрузки, если она допускается);

- основные размеры шины (наружный диаметр, ширина профиля, отношение Н/В) с учетом компоновочных проработок;

- максимальная скорость движения колесной машины;

- гарантийная наработка шин;

- минимально-допустимое давление воздуха в шинах (для шин с регулируемым давлением и шин для тракторов при выполнении ими сельскохозяйственных работ).

Максимальная радиальная нагрузка на колесо определяется исходя из полной массы колесной машины, числа осей и колес на каждой оси (для ВАТ – только односкатная ошиновка) и распределения нагрузки по осям (для ВАТ принимается равномерное распределение).

Выбор шин для ВАТ и тракторов производится по расчетной нагрузке на колесо. При этом расчетная нагрузка на ось ВАТ принимается на 10 % выше максимальной с учетом допускаемой перегрузки каждой оси [9].

При выборе шин для тракторов расчетная нагрузка на колесо определяется с учетом его догрузки за счет навесных сельскохозяйственных машин и технологических орудий, поэтому для передних колес тракторов с колесной схемой 4К4 и задних колес тракторов 4К2 и 4К4 принимается коэффициент запаса грузоподъемности равный 1,3 [14]. Для тракторов 4К4б, имеющих одинаковые передние и задние колеса, расчетная нагрузка принимается равной статической нагрузке на передние колеса. Кроме того, для унивесально-пропашных тракторов ширина шины должна быть согласована с размерами междурядий.

Необходимо учитывать, что шины большего диаметра обеспечивают лучшие тягово-сцепные свойства, однако, повышают нагрузки в трансмиссии колесной машины и ухудшают показатели устойчивости и управляемости вследствие повышения центра масс и уменьшения угла поворота управляемых колес.

Сортамент шин, их грузоподъемность, величины внутреннего давления воздуха, максимальная скорость, основные размеры, типы рисунков протектора, рекомендуемые типы и размеры ободьев и нормы эксплуатационных режимов стандартизованы.

Выбранные шины для автомобилей должны удовлетворять требованиям по грузоподъемности (с учетом перегрузки, если она допускается, и соответствующего (номинального) давления воздуха), критической скорости, температуре нагрева и упругим характеристикам.

Критическая скорость должна быть в 1,5…2,0 раза выше максимальной. Превышение критической скорости способствует возникновению на беговой дорожке протектора непрерывных тангенциальных колебаний со значительной амплитудой. В результате, вход участков шины в контакт с дорожным покрытием сопровождается ударами, что приводит к критическому возрастанию температуры и быстрому разрушению шины.

Допускаемая температура нагрева всех типов шин определяется свойствами резины и не должна превышать 120⁰С, чтобы не происходили расслоения элементов шины, разрывы каркаса и разрушения брекерного пояса и протектора.

Для тракторов по величине расчетной нагрузки на колесо и выбранной (или заданной) величине давления воздуха в шине подбор осуществляется по ГОСТ 7463.

Методика выбора шин для перспективных образцов ВАТ предусматривает три этапа [9]:

- предварительный – по приведенной удельной нагруженности шин по объему, являющейся качественным показателем уровня опорной проходимости колесной машины;

- расчетный – по результатам расчета показателей опорной проходимости колесной машины путем математического моделирования ее движения по деформируемым грунтам;

- экспериментальный – оценка выбора шин по ключевым показателям движения колесной машины по дорогам с твердым покрытием и по деформируемым грунтам.

Уровень соответствия нагрузочных и размерных показателей шин возможностям уверенного движения ВАТ по представительным деформируемым грунтам достаточно объективно характеризуется приведенной удельной нагруженностью шин по объему. Поэтому на предварительном этапе выбираются радиальные шины с удельной нагруженностью не более 8,0 т/м³ и диагональные – не более 7,0 т/м³.

Расчетный этап заключается в определении показателей опорной проходимости колесной машины с различными типоразмерами шин и изменением давления воздуха в них с помощью математической модели.

Экспериментальная оценка выбора шин по ключевым показателям движения колесной машины по дорогам с твердым покрытием и по деформируемым грунтам является наиболее достоверной при окончательном выборе шин для ВАТ. При этом выявляются шины, обладающие наиболее предпочтительными показателями по сопротивлению качения, тепловой нагруженности (с определением ее критических значений), и заметности по ИК-излучению, а также обеспечивающие колесной машине наилучшие показатели проходимости по деформируемым опорным поверхностям.

Конструктивное исполнение и размеры колес и ободьев выбирают в зависимости от основных размеров шин (наружного диаметра, ширины профиля и отношения Н/В), размеров тормозных дисков (или барабанов), наличия колесных (или бортовых) редукторов ведущих мостов и с учетом создания необходимых условий для охлаждения и вентиляции тормозных механизмов.