Главный инж. Гуща В.М.
ОАО «Белшина»,
к.т.н. Шапиро В.Я.
инж. Афанасьева Д.В.
Ассоциация «Арктиктранс»

История развития промышленного производства тонкостенных шин (резинокордных оболочек) для снегоболотоходов.

Сравнительно недавно, около 20 лет назад, в шинном производстве появилось новое направление – серийное, массовое изготовление тонкостенных малослойных шин сверхнизкого давления для снегоболотоходов, так называемых резинокордных оболочек (далее - РКО), позволяющих повышать проходимость транспортных средств за счет снижения удельного давления на почву.

До этого момента снегоболотоходы передвигались на камерах от грузовых автомобилей и сельскохозяйственных машин, которые, естественно, были очень подвержены проколам, а также буксовали на скольких поверхностях из-за недостаточного сцепления. Для защиты от проколов камеры закрывались разрезанной по посадочному отверстию второй камерой, служившей как бы покрышкой. Иногда между первой и второй камерой вставлялось полотно из брезента или более прочного дорнита - дорожного нетканого полотна, не подверженного гниению и порезам даже на вертикально поставленном сапожном ноже. Однако в эту конструкцию довольно быстро набивалась грязь, которая собиралась на одной стороне колеса, и нарушала балансировку, а также перетирала камеры. Для повышения проходимости камер на них надевались поперечные ремни, которые служили грунтозацепами, а также фиксировали камеру на диске.

По мере увеличения выпуска вездеходов и снегоболотоходов, а также развития относительно массового их производства встал вопрос об изготовлении более продвинутых с технической точки зрения движителей для них.

ОАО «Белшина» пошла по пути доработки камер путем усиления беговой дорожки за счет наклейки дополнительной резиновой полосы. В серийный выпуск были освоены так называемые шинооболочки моделей БелОШ-1, БелОШ-2 и БелОШ-3 диаметром 1300 и 1600 мм. Шины-оболочки широко используются на сельскохозяйственных машинах для внесения удобрений, но тонкая боковина и беговая дорожка шины делает их не совсем пригодными для вездеходов и снегоболотоходов из-за частых проколов.

ООО «НПФ Трэкол» в 1992 году для снегоболотоходов собственного производства разработал бескамерную тонкостенную (с двумя слоями корда) шину с невысокими грунтозацепами размерности 1300х600-533 (21″) (рис. 1а) и диск для нее. Эти разработки защищены патентами [1, 2]. Создание этой шины произвело революцию в изготовлении тонкостенных шин и предрешило путь замены ненадежных камер на достойную заводскую продукцию. Первоначально шина «Трэкол» производилась на ОАО «Днепрошина», а впоследствии производство шины было налажено на заводе ОАО «Волтайр», где и осуществляется в настоящее время.

Несколько позже, в 1996-1997 годах Ассоциация «АРКТИКТРАНС» совместно с ОАО «Ярославский шинный завод» разработала два типа РКО для снегоболотоходов «Арктика» и «Лопасня» собственного производства: шину размерности 1300х480-24″ для движения по снегу (рис. 1б) с низким (8-10мм) рисунком протектора в виде отдельных ромбов 60х60мм и «летнюю» шину размерности 1150х370-20″ (рис. 1в) с рисунком протектора повышенной проходимости в виде самоочищающейся елки. Протектор состоит из пластичных грунтозацепов высотой 20-30 мм. Обе РКО выпускаются в камерном исполнении и для их производства используются прессформы от серийных многослойных шин.

Специально для этих шин был сконструирован диск с разъемными прижимными кольцами, которые плотно прижимают боковину покрышки к поверхности диска и позволяют избежать проскальзывания покрышки и камеры относительно диска при низком внутреннем давлении. Конструкция тонкостенной шины «Арктиктранс» и диск защищены действующими патентами [3,4].

В результате многолетних стендовых и натурных испытаний тонкостенных шин было выявлено, что поведение и эксплуатационные характеристики тонкостенных шин при движении на слабонесущих грунтах заметно зависит от типа рисунка протектора – повышенной проходимости, универсального или отсутствия протектора. Шины с ярко выраженным, направленным рисунком протектора, с грунтозацепами высотой 15-40 мм помимо обеспечения хорошего сцепления с поверхностью без пробуксовок позволяют держать внутреннее давление в шине постоянным, поскольку не требуют увеличения пятна контакта для повышения проходимости. Кроме того, протектор шины не позволяет ей растекаться большим пятном даже при минимальных давлениях. Для таких шин оптимальным эксплуатационным (рабочим) давлением на бездорожье считается 0,25-0,45 атм., а на дорогах с твердым покрытием – 0,5-0,6 атм. Поддержание указанных внутренних давлений гарантирует долгий срок эксплуатации тонкостенных шин.

Шины без ярко выраженного рисунка протектора или вообще без протектора позволяют снижать внутреннее давление до минимума, существенно увеличивая пятно контакта для повышения проходимости. К такому типу шин относится шина «Трэкол», имеющая невысокие грунтозацепы, позволяющие увеличивать пятно контакта при снижении внутреннего давления. По этой причине производитель рекомендует спускать внутреннее давление до 0,07 – 0,1 атм при преодолении участков со слабонесущими грунтами. Однако экспериментальным путем было установлено [5], что при снижении внутреннего давления в шине снижается ее несущая способность, что под нагрузкой ведет к изменению геометрии ее боковины - на нижней части боковины шины образуются продольные складки, которые ведут к усиленному износу шины (т.е. тонкая боковина используется вместо беговой дорожки).

На различные аспекты использования шин «Арктиктранс» и «Трэкол» впервые было обращено внимание в статье А.А. Самойлова [6] в 2003 году. На основании сравнения проходимости снегоболотоходов был сделан вывод о том, что шины с рисунком протектора повышенной проходимости и пластичными грунтозацепами более целесообразно использовать в летний период, так как они практически не буксуют на слабонесущих грунтах, в то время как зимой лучше использовать шины с минимальным рисунком протектора.

Развитие вездеходостроения и появление новых производителей вездеходов и снегоболотоходов ведут к расширению ассортимента предлагаемых тонкостенных шин, появлению новых производителей шин и росту конкуренции в данном сегменте (табл. 1). В последние годы началось активное серийное производство вездеходов на пневматиках сверхнизкого давления в различных городах России: в Нижнем Новгороде - «Кержак» 4х4 и 6х6, «Сивер 4х4», в Тюмени – «Петрович» 4х4 и 6х6, «СКБ-УАЗ» Газстроймашины, в Красноярске – «Барс», в Екатеринбурге – «Аркуда», в Рыбинске – «УНЭКС», в Козельске – «Старатель», в Дедовске – «Атлант» и т.д.

Освоение выпуска РКО (тонкостенных шин) для снегоболотоходов

Таблица 1

Причина распространения вездеходов на пневматиках кроется в экономичности их эксплуатации по сравнению с гусеничными транспортными средствами за счет меньших затрат на топливо и расходные материалы (гусеницы дороже шин в разы), а также более высоких экологических показателях за счет меньших выбросов в атмосферу и сохранения поверхности почвы без повреждений. Последнее объясняется обтеканием шиной сверхнизкого давления препятствий без создания колеи [7].

По мнению Ассоциации «Арктиктранс», для удовлетворения потребностей клиентов в условиях многообразного бездорожья на территории России необходимы тонкостенные шины с различным рисунком протектора. Например, для наиболее востребованной в настоящее время резинокордной оболочки наружным диаметром 1300 мм предлагается 4 различных типа рисунка протектора: для болот и снега - протектор с ненасыщенным рисунком (рис. 2а.), для лесной зоны – протектор с частым насыщенным рисунком (рис 2б), для каменистой местности более желателен протектор, показанный на рис 2в), для глинистых почв – (рис. 2г). Потребитель вправе выбрать любой тип протектора для своих условий бездорожья, а изготовитель обязан обеспечить качество и ходимость каждой шины, гарантировать соблюдение требований, заложенных в ТУ (геометрические и весовые характеристики, морозостойкость, износостойкость, допускаемая максимальная нагрузка и скорость и т.д.).

До недавнего времени тонкостенные шины (РКО) применялись на снегоболотоходах общим весом от 0,8 до 2,5 тн., что определяло максимально допускаемую нагрузку РКО в пределах 300 – 600 кг на колесо. Исключением являлась РКО 1700х750-26″, разработанная на ОАО «Белшина» по заказу Ассоциации «АРКТИКТРАНС» в 2002 году. Допускаемая нагрузка на шину достигает 1500 кг при внутреннем давлении 0,8 атм. Разработка шины велась под руководством В.М. Гущи. До сих пор это единственная тонкостенная шина, имеющая радиальное расположение нитей каркаса. Для изготовления этой шины потребовалось несколько раз переделывать прессформу, менять высоту грунтозацепов, саму конструкцию шины, проводить стендовые и натурные испытания. Доводка шины перед серийным производством заняла несколько лет. Шина была разработана и запущена в производство для использования на грузовом снегоболотоходе Ассоциации «Арктиктранс» «Мамонтенок».

За время существования Ассоциации было выпущено 20 вездеходов «Мамонтенок», один из которых был приобретен компанией «Алмазы Анабара» для решения транспортных вопросов на севере Якутии в качестве альтернативы транспортному вертолету, стоимость услуг на который возросла многократно. Единственным опасением покупателей была каменистая поверхность, на которой предполагалось использовать машину – так называемая вскрыша, состоящая из крупных камней пустой породы с острыми краями, которые образуются при взрывах. Благодаря эластичности шины, обтекающей при движении препятствие, комплект из 4 шин, установленных на вездеход, прослужил без повреждений 4 года, пройдя более 20 тысяч километров. В этих условиях гусеничный вездеход ГАЗ-71 сменил бы не менее 5-ти комплектов резино-металлических гусениц стоимостью 1 500 000 рублей, в то время как комплект 4-х шин 1700х750-26″ стоил 100 000 рублей (цены 2006 года). Из этого следует, что использование тонкостенной шины в качестве движителя в 15 раз эффективнее, чем гусеницы. Кроме того, при одинаковых двигателях Д-243 гусеничный вездеход расходовал бы в 2,5 раза больше горючего, чем снегоболотоход «Мамонтенок».

В настоящее время на базе шины 1700х750-26″ создаются и выпускаются грузовые снегоболотоходы «Сивер», «Александра», «Мамонтенок». Несущая способность шины повышена до 1750 кг.

Успешная эксплуатация 3-х слойной шины 1700х750-26″ натолкнула специалистов Ассоциации «Арктиктранс» на мысль о разработке тонкостенной шины для повышения проходимости грузовых серийных автомобилей типа ГАЗ 66. Такая шина должна была отвечать следующим требованиям – иметь небольшой (не более 1,2 м) наружный диаметр, широкую беговую дорожку и высокую несущую способность.

В 2008-2009 годах Ассоциация «Арктиктранс» совместно с ОАО «Белшина» разработала шину 1150х620-22,5″ для применения на грузовых серийных автомобилях повышенной проходимости типа ГАЗ-66, ЗИЛ, УРАЛ, (рис. 3), а также диск для нее. Несущая способность новой шины в зависимости от внутреннего давления колеблется от 2000 до 3000 кг, что позволяет устанавливать ее даже на тяжелые грузовые автомобили типа Урал и ЗиЛ. Ширина беговой дорожки шины и рисунок протектора повышенной проходимости с развитыми грунтозацепами позволяет существенно повысить проходимость грузовых автомобилей на слабонесущих грунтах в условиях бездорожья (болото, снег, песок). При стендовых испытаниях шина прошла более 21000 км без видимых разрушений, после чего испытания были остановлены. Эксплуатация шины показала ее эффективность при использовании как в зимних, так и в летних условиях.

Зависимость несущей способности РКО 1150х620-22,5″от изменения внутреннего давления

Таблица 2

Безусловно, тонкостенные шины не являются массовой шинной продукцией, их использование узконаправленно и ограничено выполнением конкретных задач. Но, несомненно, в последнее время произошел значительный рывок в первоначальных представлениях о конструировании РКО, их эксплуатационных возможностях, и, что самое главное, создание на этой основе новых транспортных средств и прицепов для перевозки грузов, что особенно актуально для нашей державы с огромными территориями бездорожья. Более того, каждодневная эксплуатация тонкостенных шин, их стендовые и натурные испытания открывают множество возможностей для более широкого использования тонкостенных шин не только на вездеходах и снегоболотоходах, но и на сельскохозяйственной технике.

По сути, производство тонкостенных шин является инновационной технологией, не имеющей в настоящее время аналогов за рубежом.

Литература:

1. Патент № 2005083 от 28.12.1991 «Бескамерная пневматическая шина»
2. Патент № 2089403 от 30.05.1995 «Колесо транспортного средства»
3. Патент № 50470 от 10.12.2004 «Покрышка пневматической шины для снегоболотохода».
4. Патент № 47292 от 10.12.2004 «Колесо для пневматической шины сверзнизкого давления в камерном исполнении».
5. Шапиро В.Я., Дмитриев В.Н., Годжиев Э.А и др. «Исследование шин сверхнизкого давления для снегоболотоходов». Труды НАМИ . Сборник № 241, стр. 123-131.
6. Самойлов А.А. «Дуэль непремиримых». Коммерческий транспорт, 2003, № 1, стр. 78-83
7. Князьков В.Н., Шапиро В.Я. «Эти неприкаянные пневматики. Техника молодежи, 1988, № 11, стр.12-14.

Список рисунков.

Рис. 1. Рисунки протектора тонкостенных шин.

а – Трэкол 1300х600-21″

б – Арктиктранс 1150х370-20″

в – Арктиктранс 1300х480-24″

Рис. 2. Тонкостенные шины Ассоциации «Арктиктранс» наружным диаметром 1300 мм с различным рисунком протектора.

а – 1300х700-24 ″ и 1300х700-21″ для болот и снега

б - 1300х560-20″ для лесной зоны 

в – 1300х530-21″ для каменистой поверхности

г - 1310x490-20” для глинистой почвы

Рис. 3. Тонкостенная шина (РКО) 1150х620-22,5″ для грузовых автомобилей.