Безвоздушная резина

Безвоздушные шины или непневматические шины (NPT) — это шины, которые не поддерживаются давлением воздуха. Они используются на некоторых небольших транспортных средствах, таких как качели для газонов и моторизованные тележки для гольфа. Они также используются на тяжелом оборудовании, таком как экскаваторы-погрузчики, которые необходимы для работы на таких объектах, как разрушение зданий, где риск прокола шин высок. Шины, состоящие из пенополиуретана с закрытыми ячейками, также изготавливаются для велосипедов и инвалидных колясок.

Безвоздушные шины — это шины, которые не содержат сжатый воздух для обеспечения структурной поддержки. В настоящее время они используются в небольших транспортных средствах, таких как газонокосилки и моторизованные тележки для гольфа. Они также используются в тяжелом оборудовании, таком как экскаваторы-погрузчики, которые работают в таких местах, как снос зданий, где могут возникать уколы. Эти шины изготовлены из пенополиуретана с закрытыми порами, а также используются на велосипедах и инвалидных колясках. Основным преимуществом безвоздушных шин является то, что они не могут быть проколоты и спущены, но они гораздо менее популярны, чем воздушные шины.

Безвоздушные шины обычно имеют более высокое сопротивление качению и обеспечивают гораздо меньшую подвеску, чем воздушные шины аналогичных размеров и форм. Другие проблемы с безвоздушными шинами состоят в том, что они становятся горячими, когда они используются, из-за процессов внутреннего трения в материале, из которого они построены. Безвоздушные шины часто заполняются полимерами (пластиками).

Michelin разрабатывает интегрированную шину и колесо, концепцию под названием «Tweel», которая работает без воздуха. Michelin заявляет, что по сравнению с традиционными шинами «Tweel» обладает несущей способностью, амортизацией и управляющими характеристиками, которые сопоставимы. Инженерная группа отдела автомобильной инженерии Университета Клемсона разрабатывает безвоздушную шину с низкой мощностью рассеивания энергии вместе с Michelin в проекте NIST ATP.

«Resilient Technologies» и «Инженерно-полиграфический центр» в Университете Висконсин-Мэдисон работают над созданием «безвоздушной шины», которая в основном состоит из круглой полимерной соты, обернутой толстым протектором. Исходная версия шины предназначена для Humvee. Безвоздушная шина Resilient Technologies была испытана и использована армией США.

История и транспортные средства
Томас Хэнкок обнаружил 1884 твердую резиновую резину и взял на себя производство различных предметов, для которых он создал формы. В 1845 году он изготовил первую прочную резиновую шину для конных экипажей. Вначале продукт не мог преобладать в автомобильном секторе. Кроме того, деревянные колеса с усадочной железной лентой использовались в качестве шин для вагонов, как в случае с дренажем.

Велосипед и мотоцикл
Первые педальные велосипеды, Michaulinen (1863-69), также были сделаны с деревянными спицами и усадочной железной лентой. Братья Хэнлон получили патент на твердую резиновую шину 9 февраля 1869 года, а Эжен Майер в Париже 4 августа 1869 года запатентовал Michauline с твердой резиновой шиной (4-мм проволочные спицы и железный обод). Тем не менее, только с Ariel Hochrad из 1871 года резиновые шины были в большем количестве для производства высококачественных колес. были обычными красными или серыми резиновыми шинами, толщиной от 3/4 до 7/8 дюймов. С повторным открытием пневматической шины Джоном Бойдом Данлопом (1888 г.) резиновая шина на нижнем колесе была заменена пневматическими шинами до 1894 года. Первый мотоцикл серии Hildebrand и Wolfmüller (1894) и все следующие мотоциклы пневматические шины.

Автомобиль
В автомобильном секторе твердая резиновая шина использовалась дольше. Первые модели легковых автомобилей всегда поставлялись с прочными резиновыми шинами. Michelin выпустила первую пневматическую шину для автомобиля L’Eclair в 1895 году, а в 1898 году появились первые пневматические шины для производственных автомобилей, но их долговечность была ограничена до 500 км. В 1902 году средняя долговечность пневматических шин составляла 2200 миль. С введением шнуровой ткани (1920) срок службы шины превысил 20 000 км. С шариковыми шинами (1924) это привело к окончанию сплошной шины для легковых автомобилей. Последний автомобиль с твердыми резиновыми шинами доставил Trojan Limited 1929 ..

Грузовик и автобус
Для грузовиков проблема прочности пневматических шин была еще больше. Уже в 1922 году 80% всех грузовиков в Германии использовали твердые резиновые шины. Указ о движении автотранспортных средств от 5 декабря 1925 года ограничил использование твердых резиновых шин в грузовиках. Трехколесные транспортные средства общим объемом более 9 тонн должны были быть оснащены пневматическими шинами, а общий вес для автомобилей с твердой резиной более 5,5 тонн имел максимальную скорость в 25 км / ч в городе. При скоростях, превышающих 25 км / ч, твердые резиновые шины перегреваются и разрушают сам факт. Из-за Стандарта безопасности дорожного движения от 13 ноября 1937 года твердая резиновая шина была запрещена для всех транспортных средств с максимальной скоростью более 25 км / ч. Этот запрет действует и сегодня.

Описание конструкции
Гусматик — это резиновая оболочка, внутренний объем которой заполнен специальной эластичной массой, на которой, как правило, глицерин и желатин — так называемая гусматическая композиция. Впоследствии, в качестве наполнителя, фактически использовался губчатый каучук, выполненный в виде отдельного продукта, вставленного в серийную шину вместо камеры, сохраняя при этом название «gusmatic».

Основным преимуществом безвоздушной шины является неуязвимость для проколов, а также пуля, шрапнель и другие подобные травмы.

В итоговых документах советского командования было отмечено, что …
3. Огнестрельный и пулеметный огонь для безвоздушной шины не наносит вреда. Попадание в цель 37-мм снаряда не выводит безвоздушную шину из строя, но делает аккуратное отверстие, и машина продолжает работать …
— Бронетранспортеры в боях, глава III. Служебное и боевое использование бронированных машин довоенного строительства, М. В. Коломиец, Броня на колесах. История советской бронированной машины 1925 — 1945 гг

Основным недостатком шин такого типа является более низкая эластичность по сравнению с традиционными пневматическими шинами, что значительно ограничивает допустимые скорости транспортного средства и, как следствие, объем шин — шин GK (с губчатой ​​камерой) для больших скоростей быстро нагревается а внутри шины начинается выброс газов, что может вызвать самовозгорание шин или даже их разрывы.

Современные аналоги
В настоящее время разрабатываются новые, более эффективные аналоги безвоздушной шины, в конструкции которых применяется аналогичный принцип. Они используются для демпфирования вместо упругой массы с использованием высокоэластичных ячеистых структур, расположенных между более жесткой и прочной твердой шиной и колесным диском.

Ситуация в XXI веке
В настоящее время почти все промышленные грузовики, вилочные погрузчики и тележки для поддонов оснащены прочными резиновыми шинами, которые могут длиться в три раза дольше, чем пневматические шины. Твердые резиновые шины, такие как пневматические шины, состоят из почти половины натурального каучука и синтетического каучука, четверти сажи, пятой части стали, а также тканей, оксида цинка, серы и других веществ.

В соответствии с правилами лицензирования дорожного движения автомобили со скоростью не более 25 км / ч (для автомобилей без подвесной оси, но только при максимальной скорости не более 16 км / ч) допускаются к полной шине. Это правило должно защищать дороги.

В 2017 году азиатский производитель велосипедов «Обейке» установил несколько прокатных велосипедов в центре Берлина без стационарных станций. Эти колеса оснащены прочными резиновыми шинами и имеют легко регулируемое седло. Финская система аренды также прибегает к твердым резиновым шинам из-за сопротивления прокола.

преимущества
Главное преимущество безвоздушных шин заключается в том, что они не могут уйти. Другими преимуществами являются то, что безвоздушные шины должны заменяться реже, что приводит к экономии. Тяжелое оборудование, оснащенное безвоздушными шинами, сможет нести больше веса и заниматься более прочными видами деятельности. Безвоздушные велосипедные шины могут быть просты в установке. Безвоздушные шины для газонокосилок выпускаются в нескольких вариантах.

Недостатки
Безвоздушные шины обычно имеют более высокое сопротивление качению и обеспечивают несколько меньшую подвеску, чем пневматические шины с одинаковой формой и размером. Другие проблемы, связанные с шинами для безвоздушного тяжелого оборудования, включают в себя рассеивание тепла, которое происходит при их движении. Безвоздушные шины часто заполняются сжатыми полимерами (пластиком), а не воздухом или могут быть твердым формованным продуктом.

Безвоздушные шины привлекательны для велосипедистов, поскольку велосипедные шины гораздо более уязвимы для проколов, чем шины для автомобилей. Недостатки для безвоздушных шин зависят от использования. Операторы тяжелого оборудования, которые используют машины с твердыми шинами, будут жаловаться на усталость, тогда как газонокосилки, которые используют сплошные или безвоздушные шины, не имеют недостатков. Велосипедисты, которые используют безвоздушные шины, могут пожаловаться на то, что шина сложнее, чем аналогичная пневматическая шина. Имеются только анекдотические доказательства того, что безвоздушные шины могут вызывать сломанные спицы на велосипедном колесе. Любая безвоздушная шина будет тяжелее резиновой шины, которую она должна заменить; однако многие резиновые пневматические шины также тяжелы. Резиновые шины отличаются сопротивлением качению, а безвоздушная шина или твердая вставка могут незначительно увеличивать сопротивление качению, если вообще.

Установка безвоздушных шин зависит от использования. Тяжелое оборудование нуждается в специальном оборудовании для крепления, но безвоздушная велосипедная шина может быть смонтирована без особых усилий. Твердые безвоздушные шины для газонокосилок устанавливаются на колесо, что позволяет быстро установить их.

Примеры
Многие системы совместного использования велосипедов используют эти шины для снижения уровня обслуживания.

В 2005 году Michelin приступила к разработке интегрированной комбинации шин и колес, «Tweel» (полученной из «шины» и «колеса», которая, как предполагает название «Tweel», объединяется в одну новую, плавкую часть), которая работает полностью без воздуха. Michelin утверждает, что его «Tweel» имеет несущие нагрузки, амортизирующие и управляющие характеристики, которые выгодно отличаются от обычных пневматических шин. Тем не менее, шина имеет большую вибрацию при движении более 80 км / ч (50 миль в час). Поэтому в ближайшем будущем разработка рынка не планируется. Группа автомобильной инженерии отдела машиностроения в Университете Клемсона разрабатывает безвоздушную шину с низким энергопотреблением с Michelin через проект NIST ATP.

Crocodile Tyres разработали и продают надежную версию, которая крепится к стандартному горному оборудованию.

«Resilient Technologies» и «Инженерный центр полимеров в Университете Висконсина-Мэдисона» создают «не пневматическую шину», которая в основном представляет собой круглую полимерную соту, обернутую толстым черным протектором. Первоначальная версия шины предназначена для Humvee и, как ожидается, будет доступна в 2012 году. Безвоздушные шины Resilient Technologies были протестированы и используются армией США. и также является первой группой, производящей коммерчески доступную серийную безвоздушную шину после их приобретения Polaris, хотя и только в сочетании с их транспортным средством. Торговая марка шины — «Terrainarmor»

Bridgestone разрабатывает Bridgestone Air-Free Concept Tire, который похож на Tweel, и может выдерживать 150 кг (330 фунтов) на шину.

Обратное колесо энергии имеет внешний край шины, соединенный с внутренним ободом системой пружин. Пружины могут изменить свое натяжение, чтобы изменить характеристики обработки.

Компания Big Tire Pty Ltd в Австралии разрабатывает «непневматическое, не сплошное колесо», которое предназначено для работы с высокими рабочими нагрузками, например, в подземных шахтах. Колесо использует несколько массивов концентрических листовых пружин для равномерного распределения силы поперек колеса. Прототип колеса был построен в 2011 году и был протестирован на подземном погрузчике Eimco 936.

В 1938 году Дж. В. Мартин в Соединенных Штатах изобрел безопасную шину с обручами из гикори, заключенных в резину и снабженными крестообразными спицами из ребристой резины. При испытании на бесприводной испытательной машине он мог бы управлять блоками размером более 100 мм (4 дюйма).

Hankook Tire разрабатывает безвоздушную шину iFlex.