С появлением пневматических колес, автопроизводители столкнулись с двумя глобальными проблемами – как обезопасить шины от проколов и где взять дешевую резину.
Две проблемы
Дело в том, что в конце XIX и в самом начале XX века резину изготавливали только из натурального каучука. Но каучук надо было привозить из Бразилии (где много диких обезьян), и шины получались крайне дорогими. Чтобы снизить себестоимость, были попытки изготавливать колеса из дерева и металла.
Общая концепция заключалась в том, что между металлическим колесным диском и ободом с протектором устанавливали пружинящие металлические конструкции.
Результаты были положительные, но сложность в изготовлении делало колесо неудобным в эксплуатации. К тому же водители и пассажиры ощущали такой же «комфорт», как от поездки на обычной телеге. Только скорость была выше, и тряски было больше.
Считается, что подпружиненные металлические колеса были прообразом современных безвоздушных шин. Но, как видим, альтернатива «пневматики» появилась из-за нехватки доступного сырья (по-русски говоря, от бедности и жадности).
Перемены начались после 1909 года, когда в лаборатории Bayer (Германия) удалось полимеризовать изопрен, получив синтетический каучук.
Естественно, что металлодеревянные колеса сразу отошли на задний план. А с проколами автопроизводители стали бороться за счёт увеличения толщины покрышек.
Надо учитывать, что в начале XX века на дорогах был крайне мало «режуще-колющих» предметов. Гвозди, шурупы, стеклянные бутылки – были крайне дорогими, их берегли («саморезы» вообще были изобретены в конце 60-х годов). Поэтому увеличенная толщина покрышек долгое время обеспечивала защиту от проколов. Но все изменилось с развитием технологий – на дорогах стал появляться металлический мусор и битое стекло. И в 30-х годах проколы пневматических колес становятся уже массовым и опасным явлением!
Самоподдерживающиеся шины
В 1934 году компания Michelin презентовала шину, основанную на разработке для колес пригородных автобусов и троллейбусов. Между покрышкой и колесным диском находился защитный металлический обод, который опирался на пенопластовую прокладку. В случае прокола шины, транспорт не терял управление и мог продолжать движение, хотя и на невысокой скорости. Предполагалась, что колеса будут востребованы военными и банками для инкассаторских автомобилей. Но производство было дорогим, и не получила распространения среди частных автомобилистов.
В 1948 году компания Dunlop представила на рынок бескамерную шину с самоуплотняющимся слоем для предотвращения потери воздуха при повреждении резины. Однако на тот момент автомобилисты в принципе с недоверием относились к бескамерным шинам, и новинка осталась без должного внимания.
В 1958 году Chrysler вместе с компанией Goodyear предложили шины Captive Air, конструкция которой при проколе могла распределять нагрузку за счет использования специального внутреннего слоя.
В 1972 году на рынок самоподдерживающихся шины опять вернулась компания Dunlop, выпустив «отказоустойчивую» систему колес и шин Total Mobility Tyre (позже Denovo).
Испытания шин проходило в крайне экстремальном варианте – новинку одновременно проверяли в Европе и в США. Два автомобиля, Fiat Mirafiori и Chevrolet Corvette, на полностью спущенными задними колесами проехали внушительные расстояния. Первый прошел дистанцию от Данлопа до Турина, а второй – от Бостона до Лос-Анджелеса.
Новые шины от Dunlop были полностью пневматическими, но за счет более жестких боковых стенок, в случае прокола автомобиль мог двигаться, опираясь именно на твердый профиль шины.
Но наиболее удачное решение предложила компания Goodyear, выпустив в 1992 году на рынок шины повышенной мобильности Extended Mobility Tyres (EMT). Их усиленные боковины позволяли продолжать движение даже при полной потере давления. Технология получила название “RunFlat” (дословно – “Бежать по ровной поверхности”).
При этом водитель не почувствует, что произошел прокол колеса. Поэтому на колесные диски устанавливают датчики давления воздуха, показания которых передается на приборную панель водителя визуальным и звуковым сигналом.
Преимущества таких шин оценили автомобильные компании. Ведь миллионы «докаток», домкратов или баллончиков с герметиками теперь были не нужны, багажники становились просторнее, а снаряженная масса снижалась на полтора-два десятка килограммов.
Самонесущие шины с возможностью движения при проколе в настоящее время широко распространены на лёгких грузовиках и легковых автомобилях и, как правило, в случае повреждения позволяют проехать 80 км со скоростью около 80 км/ч.
Есть и минусы – шины на 20-40% тяжелее аналогичных стандартных шин, а более толстая боковина также означает более высокое сопротивление качению, что снижает топливную экономичность автомобиля. К тому же, если повреждение слишком большое, придется менять сразу две покрышки, что сильно бьет по бюджету.
Отметим, что для установки шин, изготовленных по технологии RunFlat, автомобиль должен отвечать следующим моментам:
- Наличие датчиков контроля давления в шинах (TPMS, RDC, RPA). То есть необходима автоматика, способная анализирует уровень давления в камере на основе показаний датчиков установленных в клапанах самих шин.
- Специальная адаптированная подвеска, настроенная для работы с шинами повышенной жесткости.
- Система курсовой устойчивости (ESP).
Самоуплотняющиеся шины
Малораспространенная, но интересная технология. Шины содержат дополнительную подкладку внутри шины, которая герметизирует отверстие в случае прокола. Таким образом, потеря воздуха в шине сразу останавливается либо воздух выходит очень медленно.
В 1984 году компания Michelin создала специальный мусс для шин – “Bib-Mousse” для использования на мотоциклах в эндуро, ралли-рейдах и мотокроссе. В случае утечки воздуха и последующей потери давления, мусс расширяется, заполняя пустоту, и давление становится почти таким же, как в правильно накачанной шине.
Для частных автомобилей есть специальные герметики, которые выпрыскиваются в бескамерную покрышку через входной клапан. Вращающаяся сила распределяет состав по внутренней поверхности шины, образуя самогерметизирующуюся оболочку внутри. Но такой вариант чреват тем, что изменяется балансировка колеса в целом. Поэтому герметик – это возможность самостоятельно добраться до ближайшего шиномонтажной мастерской.
Безвоздушные колеса
Наряду с пневматическими колесами, сегодня выпускаются и, так называемые, «безвоздушные колеса» – непневматические шины (NPT). Это шины, которые не поддерживаются давлением воздуха, они изготавливаются из полимерных материалов.
Как и многие новшества, в гражданскую жизнь шины NPT пришли из «военной структуры». Минобороны США разработали безвоздушные колеса для военного транспорта, которым были бы нестрашны пули-осколки и прочие противопехотные мины. Колеса поступили на вооружение в 2009 году.
Для гражданского транспорта компания Michelin в 2005 году начала выпускать шины Tweel различных типоразмеров. Безвоздушные колеса Tweel используются на строительной и сельскохозяйственной технике. Наряду с тяжелой техникой, шины Tweel пользуются большой популярностью в среде велосипедистов.
Наряду с явными плюсами, у безвоздушных шин есть и свои минусы, которые ограничивают их распространение:
- Невысокая скорость при движении (70-8- км/ч). Разгон до более высоких скоростей приводит к термическому разрушению колеса.
- Особые требования к полимерным материалам увеличивают стоимость даже при массовом производстве.
- В отличие от пневматических шин, безвоздушные колеса имеют постоянную жесткость.
Поэтому сегодня безвоздушные колеса используются на технике с ограниченными скоростями и нагрузками.
Что дальше
Что ждет нас перспективе? Как будут решаться проблемы, связанные с проколами колес? Технологии развиваются, надо только немножко подождать. Возможно, что со временем у транспорта вообще не будет колес!
Какие города России наиболее "автомобильные"?
Какие автомобили предпочитают в разных регионах России
Безумно быстрый электрокар, о котором вы не знали