Арочные колеса что такое
Вездеходы
Все о вездеходах
Арочные шины
В 1956 году Центральный научно-исследовательский автомобильный и автомоторный институт (НАМИ) выступил с рекомендациями по радикальному повышению проходимости автомобилей и сельскохозяйственных машин за счёт применения колёс с бескамерными грунтовыми шинами арочного типа.
В содружестве с Ярославским шинным заводом и Центральным конструкторским бюро по ободам, созданным приказом Министерства автомобильной промышленности СССР от 30 мая 1956 года, при активной помощи промышленного отдела ЦК КПСС и Ярославского обкома НАМИ провёл комплекс работ по созданию арочных шин и колёс для них.
Протектор арочных шин имеет развитый протектор. У шин Я-164 высота грунтозацепов составляла 60 мм, при этом грунтозацепы расположены редко. Это сделано для того, чтобы масса грунта захватываемого грунтозацепами при пробуксовке колёс превышала силу прилипания грунта к поверхности шины, что в сочетании с повышенной деформацией протектора и центробежной силой, возникающей при вращении колеса, содействует хорошей самоочищаемости протектора.
В том же 1957 году работа над арочными шинами рассматривалась на заседаниях в Государственном научно-техническом комитете Совета министров СССР и Отраслевом техническом совете автомобильной промышленности Госплана СССР. Были даны рекомендации «включить эти работы в план важнейших научно-исследовательских работ».Испытания автомобиля ЗИЛ-150, оборудованного колёсами с арочными шинами, показали возросшую проходимость до возможностей полноприводных автомобилей. В некоторых случаях, как, например, движение по сухому глубокому песку, заболоченной местности, проходимость экспериментального автомобиля оказалась более высокой, чем автомобилей ЗИЛ-151 и ГАЗ-63. На тех участках, где стандартные автомобили теряли подвижность, автомобиль с арочными шинами проходил, и к тому же мог брать на буксир застрявшие грузовики. Потеря проходимости испытываемого автомобиля происходила только в случае, если из-за глубокой колеи балки мостов садились на грунт.Во многих случаях во время испытаний сила тяги ограничивалась мощностью двигателя. Так, на сухой суглинистой или черноземной пахоте с глубиной вспашки 200 мм грузовик с арочными шинами развивал силу тяги 2000 кг, а при тяги на крюке 2500 кг двигатель автомобиля глох. Недостаточная мощность двигателя ЗИС-120 сказывалась при испытании тягача ЗИЛ-586 с полуприцепом. Двигаясь по мокрым полевым и лесным дорогам, автопоезд с трудом преодолевал подъёмы около 10° недоставало мощности двигателя.При движении по дорогам с усовершенствованным покрытием автомобиль с арочными шинами расходовал в среднем на 15% больше топлива, но при движении по мягким грунтам был заметно экономичней. На тех участках, на которых стандартный автомобиль мог ещё двигаться, он расходовал топлива на 80% больше, чем аналогичный грузовик с арочными шинами.
Шины модели Я-146 испытывались в НАМИ на двух автомобилях ЗИЛ-150. Один из автомобилей нёс нагрузку 3 т, а другой 4 т. У последнего стандартная главная передача 7,68 была заменена на автобусную 9,29. За время испытаний на автомобиле с автобусной передачей вышли из строя три полуоси. На автомобиле со стандартной передачей сломалась только одна полуось.Осенью 1957 года начались эксплуатационные испытания опытной партии колёс, установленных на 120-ти автомобилях ЗИЛ-150. Испытания проводились в Алтайском крае, Вологодской области, Белорусской и Украинской ССР. В Усть-Калманском районе Алтайского края автомобили на грунтовых колёсах обеспечили в октябре-ноябре бесперебойную вывозку зерна, двигаясь по заснеженной целине. Автомобили могли двигаться по снегу глубиной 50 см. Проходимость полноприводных автомобилей ограничивалась снежным покровом глубиной 40 см.
Проведённые испытания выявили недоработки конструкции арочных шин. К числу основных недостатков шин размером 1140-700 модели Я-146 относились завышенные высота и шаг грунтозацепов. Поскольку из-за отсутствия соответствующего оборудования грунтозацепы изготавливались не монолитными, а состояли из несколько слоёв резины, то наблюдалось их расслоение. Имел случай расслоения шин вследствие высокого разогрева при движении в летнее время по асфальту со скоростью более 60 км/ч. При некоторых режимах движения автомобилей наблюдались резонансные явления, приводившие к поломкам деталей трансмиссии. В силу этих причин максимальную скорость движения грузовиков с грунтовыми колёсами решено было ограничить.Также была выявлена недостаточная плотность внутреннего герметизирующего слоя арочной шины. Недостатки герметизирующего слоя могут привести к выходу из строя бескамерной шины. Дело в том, что диффундирующий через герметизирующий слой воздух, попадая в резину, создаёт дополнительные напряжения, которые способствуют расслоению элементов шин. Толщину герметизирующего слоя увеличили с 2,5 до 3 мм.Модернизированные арочные шины модели Я-146А отличались от шин предыдущей модели Я-146 наличием утолщённых с 8 до 13 мм боковин и отбойным бутом толщиной 10 мм в надбортной части. Для повышения герметичности натяг бортов увеличили с 1,5 мм до 2,5 мм. На 30% повысили прочность металлических колец бортов.В дальнейшем резинотехнической промышленностью были освоены арочные шины для массовых грузовиков. Новые модели шин получили центральную беговую дорожку, меньший шаг грунтозацепов с изменённой формой и переменной высотой. Максимальная высота грунтозацепов уменьшилась с 60 до 45 мм. Рёбра грунтозацепов разрезали поперечными канавками, они стали напоминать шашки протектора вездеходных шин.
Шины моделей Я-170 и Я-170А производилась для автомобилей ЗИЛ-164, заменивших на конвейере устаревшие грузовики ЗИЛ-150. Шины И-213 (размером 1000-600) предназначались для ГАЗ-51.Для облегчения монтажа арочных шин были изменены ободья колёс. У модернизированного обода отсутствовало внутреннее подвижное кольцо. Вместо одного съёмного наружного бортового кольца применялись два. Для герметичности обода стал устанавливаться уплотнительный шнур. Вваренные шпильки заменили обычными болтами, что повысило ремонтопригодность колёс. Повысили жёсткость съёмных бортовых колец, улучшив герметичность.Конструкционная надёжность грунтовых колёс сопровождалась увеличением массы. В результате, вес одного арочного колеса в сборе превышал массу двух стандартных колёс.
Шины для полей
В содружестве с Ярославским шинным заводом и Центральным конструкторским бюро по ободам, созданным приказом Министерства автомобильной промышленности СССР от 30 мая 1956 г., при активной помощи промышленного отдела ЦК КПСС и Ярославского обкома НАМИ провел комплекс работ по созданию арочных шин и колес для них.
Первые арочные шины модели Я-146 размером 1140-700 были изготовлены Ярославским шинным заводом в апреле 1957 г. В мае того же года институт начал испытания новых колес и шин. Колеса, как сказали бы сегодня, «с инновационным движителем» установили на автомобилях ЗИЛ-150 и ЗИЛ-586 (седельный тягач с полуприцепом грузоподъемностью 5 т), а также самоходных комбайнах «Сталинец» С-4. Позднее, когда в Научно-исследовательском институте шинной промышленности (НИИШП) по техническим условиям НАМИ были изготовлены экспериментальные шины размером 1000-650, рассчитанные на нагрузку 2000 кг, к пробеговым испытаниям подключили автомобиль ГАЗ-51 на этих шинах. Правда, до этого предварительные испытания шин 1000-650 провели на трехосном полноприводном ЗИЛ-151. Проходимость автомобиля на арочных шинах без включенного переднего моста примерно соответствовала проходимости серийного автомобиля с включенным передним мостом.
Арочные шины отличаются большой шириной и относительно небольшой высотой профиля. Боковины шин были уменьшены до минимума. Это дало возможность получить шину с большим внутренним объемом, отличающуюся увеличенной площадью пятна контакта, и допускало большой прогиб шины. Все это позволяло иметь низкое внутреннее давление воздуха в шине (порядка 0,5–1,6 кг/см 2 ) при сохранении наружного диаметра, близкого к размеру стандартных шин.
Форма сечения арочной шины – симметрично усеченный с двух сторон эллипсоид. Такая форма шины дает круглый отпечаток протектора в зоне контакта с дорогой. В отличие от обычных шин, при прогибе которых зона контакта растет только в длину, опорная поверхность арочной шины увеличивается по закону изменения площади круга – прямо пропорционально квадрату его радиуса.
Арочные шины бескамерные, поэтому обод должен быть герметичным. Его сделали неразборным и абсолютно ровным. Борта шины прижимались кольцевыми фланцами к борту обода с помощью резьбового соединения. Каркас арочных шин диагональный, малослойный. Кордный брекер – усиливающий слой переплетенных нитей между протектором и каркасом – в арочных шинах не применяется (используется лишь резиновый брекер).
Арочная шина взаимодействует со слабыми грунтами по-другому. Имея низкое внутреннее давление и высокую эластичность, арочная шина деформируется даже на мягкой поверхности. Выпуклая беговая часть покрышки прогибается к ободу. Почва уплотняется протектором и не выдавливается. Тем самым не только значительно снижается сопротивление качению, но увеличивается сопротивление почвы сдвигу, создавая условия для эффективной работы грунтозацепов.
Арочные шины имеют развитый протектор. У шин Я-146 высота грунтозацепов составляла 60 мм, при этом грунтозацепы расположены редко. Это сделано для того, чтобы масса грунта, захватываемого грунтозацепами при пробуксовке колес, превышала силу прилипания грунта к поверхности шины, что в сочетании с повышеной деформацией протектора и центробежной силой, возникающей при вращении колеса, обеспечивает хорошую самоочищаемость протектора.
Комбайн с арочными шинами мог работать на грунтах с влажностью до 26,7%, в то время как комбайн со стандартными шинами не мог двигаться на грунтах с влажностью более 16%. Комбайнер на этой машине первым в Ярославской области выполнил сезонную норму выработки. Когда комбайн на стандартных шинах 11-24 не мог двигаться вследствие буксования ведущих колес, комбайн с арочными шинами уверенно передвигался, буксируя второй комбайн.
В том же 1957 г. работа над арочными шинами рассматривалась на заседаниях в Государственном научно-техническом комитете Совета министров СССР и Отраслевом техническом совете автомобильной промышленности Госплана СССР. Были даны рекомендации «включить эти работы в план важнейших научно-исследовательских работ».
Проходимость автомобиля ЗИЛ-150, оборудованного колесами с арочными шинами, возросла до возможностей полноприводных автомобилей. В некоторых случаях, как, например, движение по сухому глубокому песку, заболоченной местности, проходимость экспериментального автомобиля оказалась более высокой, чем автомобилей ЗИЛ-151 и ГАЗ-63. На тех участках, где стандартные автомобили теряли подвижность, автомобиль с арочными шинами проходил и к тому же мог брать на буксир застрявшие грузовики. Проходимость испытуемого автомобиля уменьшалась только в том случае, если из-за глубокой колеи балки мостов садились на грунт.
В основном во время испытаний сила тяги ограничивалась мощностью двигателя. Так, на сухой суглинистой или черноземной пахоте с глубиной вспашки 200 мм грузовик с арочными шинами развивал силу тяги 2000 кг, а при тяге на крюке 2500 кг двигатель автомобиля глох. Недостаточная мощность двигателя сказывалась при испытании тягача ЗИЛ-586 с полуприцепом. Двигаясь по мокрым полевым и лесным дорогам, автопоезд с трудом преодолевал подъемы около 10° – недоставало мощности двигателя.
При движении по дорогам с усовершенствованным покрытием автомобиль с арочными шинами расходовал в среднем на 15% больше топлива, чем стандартные грузовики, но на мягких грунтах был заметно экономичней. На тех участках, где стандартный автомобиль мог еще двигаться, он расходовал топлива на 80% больше, чем аналогичный с арочными шинами.
Шины Я-146 испытывались в НАМИ на двух автомобилях ЗИЛ-150. Один из них нес нагрузку 3 т, а другой – 4 т. У последнего стандартная главная передача 7,68 была заменена на автобусную 9,29. За время испытаний на автомобиле с автобусной передачей вышли из строя три полуоси и одна на автомобиле со стандартной передачей.
Осенью 1957 г. начались эксплуатационные испытания опытных колес на 120 автомобилях ЗИЛ-150 в Алтайском крае, Вологодской области, Белорусской и Украинской ССР. В Усть-Калманском районе Алтайского края автомобили на грунтовых колесах обеспечили в октябре–ноябре бесперебойный вывоз зерна по заснеженной целине. Автомобили могли двигаться по снегу глубиной 50 см. Проходимость полноприводных автомобилей ограничивалась снежным покровом глубиной 40 см.
Проведенные испытания выявили недоработки конструкции арочных шин. К числу основных недостатков шин 1140-700 модели Я-146 относились завышенные высота и шаг грунтозацепов. Поскольку из-за отсутствия соответствующего оборудования грунтозацепы изготавливались не монолитными, а состояли из несколько слоев, то наблюдалось их расслоение. Имел место случай расслоения шин вследствие высокого саморазогрева при движении в летнее время по асфальту со скоростью более 60 км/ч. При некоторых режимах движения наблюдались резонансные явления, приводившие к поломкам деталей трансмиссии. Максимальную скорость движения решено было ограничить.
Также была выявлена недостаточная плотность внутреннего герметизирующего слоя шины. Недостатки герметизирующего слоя могут привести к выходу из строя бескамерной шины. Дело в том, что диффундирующий через герметизирующий слой воздух, попадая в резину, создает дополнительные напряжения, которые способствуют расслоению элементов шин.
В конце ноября 1957 г. НАМИ были получены из Великобритании восемь колес типа «эллипсоид», использующихся фирмой Straussler. Шины были двух видов: с центральной беговой дорожкой и без нее. Часть шин имели расчлененную беговую дорожку. Ширина беговой дорожки и грунтозацепов составляла 90–95 мм, высота – 50 мм. Высота грунтозацепов шин без центральной беговой дорожки была в два раза выше – 100 мм.
Качество шин было плохое. На всех шинах грунтозацепы были приклеены. Часть шин имела небольшой износ. Производство шин носило явно кустарный характер.
Из технической литературы следовало, что фирма Straussler, занимающаяся производством военной техники и техники двойного назначения, использовала эти шины на колесных тракторах и специальных тягачах с колесной формулой 4х4 и на задней тележке большегрузного автомобиля 6х4.
В дальнейшем промышленностью были освоены арочные шины для массовых грузовиков. Шины модели Я-170А производились для автомобилей ЗИЛ-164, заменивших на конвейере ЗИЛ-150. Шины И-213 (1000-600) предназначались для ГАЗ-51. Новые модели шин имели центральную беговую дорожку, меньший шаг, измененную форму и переменную высоту грунтозацепов.
В статье использованы материалы из отчетов по испытаниям НАМИ
Арочные шины
Рис. 28. Шины «Липсоид» фирмы Штраусслер: 1 — протектор с рисунком повышенной проходимости и центральным шашечным поясом; 2 — протектор с рисунком повышенной проходимости и центральным продольным поясом; 3 — протектор с рисунком повышенной проходимости.
Наружный диаметр шины
Ширина профиля шины
Диаметр сбода дюймы
Нагрузка на шину, кг
Уточненная нагрузка на шину, кг
Шины «Липсоид» применяются на специальных тягачах, автомобилях и тракторах, предназначенных для работы по бездорожью. По утверждению фирмы «Штраусслер», автомобиль на шинах «Липсоид» может на большой скорости преодолевать крутые подъемы и спуски, проходить по мягким грунтам (песок, размягченная грунтовая дорога, заболоченная местность). Максимальная скорость движения автомобиля достигает 80 км/час.
Шины «Липсоид» производятся кустарным способом. Сначала изготавливают гладкую шину, вулканизуют ее в котле, затем вручную наклеивают профилированные грунтозацепы из сырой резины и шину вторично вулканизуют.
Кроме фирмы «Штраусслер», шины «Липооид» изготавливает также фирма «Метцелер» (ФРГ).
Арочная шина по своим конструктивным данным и внешнему виду существенно отличается от обычных автомобильных шин. Она (представляет собой шар, усеченный с двух сторон. В поперечном сечении арочная шина напоминает арку с двухсторонним закреплением бортов (обычные автомобильные шины имеют форму тора с односторонним закреплением бортов).
Основные конструктивные соотношения арочных шин, изготовляемых в настоящее время шинной промышленностью, и соответствующих им обычных шин приведены в табл. 7.
Как видно из табл. 7, ширину профиля арочной шины принято брать равной 0,50—0,65 ее диаметра. Арочные шины в 2,5—3,5 раза шире обычных автомобильных шин. Высота профиля арочных шин гораздо меньше их ширины: отношение высоты профиля к ширине (Н/В) у этих шин лежит в пределах 0,3—0,4, в то время как у обычных шин высота профиля равна или несколько больше ширины профиля (Н/В для обычных грузовых и легковых автомобильных шин равно 0,95—1,15).
Отношение ширины беговой дорожки протектора к общей ширине у арочных шин достигает величины 0,95—0,98. У стандартных грузовых шин это соотношение лежит в пределах 0,72—0,81. Увеличение ширины беговой дорожки протектора объясняется стремлением улучшить сцепление шины с мягким грунтом.
Арочные шины по условиям работы обычно снабжаются протектором с рисунком повышенной проходимости.
Учитывая, что арочные шины предназначены для работы при больших деформациях (до 30%) и передачи большого крутящего момента, они изготовляются из высокопрочного капронового корда и резин на основе натурального каучука (100%). С целью уменьшения напряжений изгиба, которые концентрируются по углам беговой дорожки, в шинах 1000X650 и 1500X840 предусмотрено наложение в этой зоне на первый слой каркаса усилительных резиновых ленточек калибром 5,0 мм и шириной до 80 мм.
Арочные шины
Обычные шины
И-182
Я-146
И-185
И-125
Габариты шины по форме
Наружный диаметр, мм
Посадочный диаметр, мм
Стрела дуги протектора, мм
Отношение высоты профиля к ширине
Отношение ширины протектора по хорде к ширине профиля,
Отношение стрелы протектора к высоте профиля
Отношение ширины профиля к наружному диаметру В
Толщина протектора по короне, мм
Площадь выступов, % от всей поверхности протектора
Габариты надутой шины
Максимальная рекомендуемая нагрузка, кг
Внутреннее давление, кг/см 2
Статический радиус, мм
Среднее удельное давление в площади контакта кг/см
Радиус качения, мм (динамический)
Среднее удельное давление на выступах (при качении по твердой поверхности), кг/см 2
Примечание. В скобках указаны нагрузки и соответствующие им внутренние давления воздуха в шинах.
КОНСТРУКТИВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ АРОЧНЫХ ШИН И СООТВЕТСТВУЮЩИХ ИМ ОБЫЧНЫХ АВТОМОБИЛЬНЫХ ШИН
НИИ шинной промышленности и шинные заводы разработали ряд конструкций арочных шин для основного парка грузовых автомобилей и других машин (табл. 8).
Арочные шины изготавливаются бескамерными; сжатый воздух подается непосредственно в полость между ободом и покрышкой.
Для уменьшения диффузии воздуха в тело шины на внутренней стороне покрышки предусмотрен герметизирующий слой резины. Этот слой может быть изготовлен из резины на основе натурального каучука. Целесообразно применение в герметизирующем слое резин из бутилкаучука, обладающего большой воздухонепроницаемостью.
ОСОБЕННОСТИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ШИН
В настоящее время арочные шины изготавливаются в основном по технологии, принятой для обычных автомобильных бескамерных шин, на имеющемся технологическом оборудовании шинного производства. Однако в технологии изготовления таких шин имеется ряд особенностей, обусловленных различиями их конструкции.
КОНСТРУКЦИЯ ОБОДА И КОЛЕСА
Шины монтируются на специальный герметичный обод, конструкция которого рассмотрена ниже.
Автомобильной промышленностью разработано два типа опытных ободов к арочным шинам: обод с распорным кольцом и обод с фланцевым креплением бортов шины.
Монтаж шины на обод «производится в следующем порядке. Разрезное распорное кольцо несколько сжимается в окружном направлении и вставляется внутрь шины. В шине кольцо центрируется и в месте разреза скрепляется внахлестку тремя винтами. На внутреннюю (половину обода, положенную на полку шпильками вверх, укладывают уплотнительный шнур, а затем на нее надевают шину с распорным кольцом. После этого в шину устанавливают верхнюю половину обода и обод стягивают шпильками до полной посадки бортов шины на полку обода.
На рис. 30 в показаны два варианта обода с фланцевым креплением бортов шины. Герметизация мест соединения бортов шины с ободом достигается за счет плотного прилегания сферических «поверхностей внутренних фланцев к бортам шины. Колесо в первом варианте (рис. 30 б) состоит из обода 1, двух дисков 2 и четырех бортовых фланцев: двух внутренних 3 и двух наружных 4. Диски приварены к ободу. Один hs наружных фланцев 4 является съемным, а остальные фланцы постоянно соединены с ободом, причем один из внутренних фланцев 3 может передвигаться на ширину обода, располагаясь между двумя фланцами, приваренными к ободу. Борта шины зажимают фланцами. Как показано на рис. 30,6 и на рис. 30,в, левый борт зажимается между съемным наружным и неподвижным внутренним фланцами. Правый борт зажимается между «подвижным внутренним и неподвижным наружным фланцами. Крепление фланцев осуществляют шпильками 5, приваренными к внутренним бортовым фланцам, и гайками 6. Для предотвращения утечки воздуха между внутренним подвижным и наружным бортовыми фланцами прокладывают уплотнительный резиновый шнур (см. рис. 30,6). Воздух в полость шины подается через вентиль 7 типа МО-2, установленный на ободе колеса. Уплотнение вентиля на ободе достигают с помощью двух резиновых шайб 8. Вес обода описанной конструкции для шины 1140X700 составляет 108 кг.
При монтаже арочной шины на обод используют монтажные лопатки, два установочных стержня динамометрический ключ. Монтаж шины на обод показан на рис. 31.
Второй вариант обода с фланцевым креплением бортов шины (рис. 30 в) отличается от первого (рис. 30 б) тем, что оба внутренних фланца приварены к ободу, а оба наружных фланца съемные. Фланцы скрепляют между собой рядом шпилек, расположенных снаружи под ободом колеса. Герметизация мест соединения шины с ободом, как и в первом варианте обода, достигается путем плотного прилегания сферических поверхностей внутренних фланцев к бортам шины. Приварка обоих внутренних фланцев к ободу улучшает герметичность обода за счет уменьшения числа герметизирующих мест.
Съемные фланцы имеют конические полки с углом при вершине конуса 10°. Посадочный диаметр обода на 1—1,5 мм больше посадочного диаметра шины. Таким образом борта шины садятся на полки обода с натяжением, что предохраняет шину от проворачивания на ободе.
Диски колеса смещены относительно середины обода, это смещение обуславливается величиной колесных проемов у автомобилей. Такое несимметричное расположение дисков приводит к неравномерному нагружению подшипников ступицы колеса.
Описанные конструкции ободов с фланцевым креплением имеют ряд недостатков [ненадежность герметизации с помощью уплотнительного шнура, наличие болтов (12 шт.), усложняющих монтаж; кроме того, при затяжке гаек очень часты случаи срыва резьбы] и не удовлетворяют полностью предъявляемым к ним требованиям.
Как показали эксплуатационные испытания, модернизированный обод с фланцевым креплением (рис. 30,в) надежен в эксплуатации, удобен при монтаже и демонтаже шины, хорошо обеспечивает герметизацию. Таким образом, обод данной конструкции является наиболее совершенным для арочных шин.
ОСОБЕННОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИИ ШИН
Обычные шины также не могут обеспечить хорошую проходимость и других самоходных машин (комбайн, самоходное шасси и др.) при движении по бездорожью.
Арочные шины обладают значительными преимуществами по сравнению с обычными шинами и гусеницами. Гусеничные движители благодаря большой опорной поверхности позволяют достичь низкого удельного давления на грунт (0,1—0,5 кг/см 2 ) и вследствие этого дают хорошее сцепление с грунтом. Однако гусеницы имеют значительный вес и дороги в эксплуатации. На изготовление их требуется много металла. Благодаря интенсивному износу, особенно в местах шарнирных соединений, гусеницы имеют низкий срок службы. На преодоление трения в шарнирах и самих гусеницах расходуется значительная часть мощности двигателя.
Шины повышенного диаметра и профиля при малом значении внутреннего давления воздуха в них обеспечивают большую площадь контакта. Однако при этом центр тяжести машины смещается, а габариты машины увеличиваются. Повышенная масса шины и обода увеличивает инерцию колеса, что ухудшает динамические качества машины.
Колеса с арочными шинами могут применяться на всех самоходных машинах, работающих на мягких грунтовых дорогах и по бездорожью, в частности на автомобилях, самоходных шасси, комбайнах, тракторах и других машинах. Наиболее рационально арочные шины устанавливать на ведущие мосты самоходных машин.
В серийных грузовых автомобилях (ГАЗ-51, ЗИЛ-150 и др.) колеса с арочными шинами устанавливаются на задний мост. У подавляющего числа отечественных грузовых автомобилей на заднем мосту имеется >по два колеса с каждой стороны. Колеса с арочной шиной устанавливаются по одному с каждой стороны, таким образом одной арочной шиной заменяются две обычные шины. При установке колес с арочными шинами на задний мост грузового автомобиля не требуется никаких дополнительных переделок автомобиля, т. е. колеса с арочными шинами и обычные — взаимозаменяемы.
Низкое удельное давление в зоне контакта арочной шины с дорогой и хорошее сцепление с грунтом дают возможность реализовать в условиях мягких и влажных грунтов большие тяговые усилия, в результате чего проходимость автомобиля существенным образом возрастает. Проходимость автомобилей ГАЗ-51 и ЗИЛ-150, имеющих задние колеса с арочными шинами, становится равноценной «проходимости автомобилей ГАЗ-63 и ЗИЛ-151, соответственно, с двумя и тремя ведущими осями.
В качестве примера в табл. 9 приведены относительные значения тягового усилия автомобиля ГАЗ-51 на арочных и обычных шинах и автомобиля ГАЗ-бЗ на обычных шинах (по данным Горьковокого автомобильного завода). Значение тягового усилия автомобиля ГАЗ-51 на стандартных шинах 7,50—20 модели Я-44 на сухом песке принято за 100%.
Тип автомобиля и шин
Тяговые усилия автомобиля
на сухом песке
на разбитой грунтовой (глинистой) дороге
на шинах 7,50—20 модели Я-44
на шинах 9,00—18 модели И-98
на арочных шинах 1000×650 модели И-182
Из табл. 9 видно, что на сухом песке автомобиль на арочных шинах развивает в 3,5, а на разбитой глинистой дороге — в 8 раз большее тяговое усилие, чем на обычных шинах.
Автомобиль с арочными шинами может надежно передвигаться по мягкому переувлажненному грунту, жидкой грязи, сухому песку, заснеженной целине. Результаты лабораторно-дорожных испытаний арочных шин, проведенные НАМИ, НИИШП и ЯШЗ, а также опыт эксплуатации опытных шин 1140X700 в ряде автомобильных хозяйств показали, что при движении по жидкой грязи глубиной до 500—700 мм в период весенней распутицы автомобили ЗИЛ-150 и ГАЗ-51 на арочных шинах могли уверенно идти со скоростью до 12 км/нас. В указанных условиях эти автомобили на обычных шинах передвигаться не могли. На арочных шинах автомобили ГАЗ-51 и ЗИЛ-150 могут преодолевать неглубокие водоемы с илистым дном, заболоченную луговину. На сухой суглинистой и черноземной пахоте (глубина вспашки 200 мм) автомобиль может развивать скорость до 18 км/час.
В зимних условиях проходимость автомобиля с арочными шинами также значительно выше, чем на обычных автомобильных шинах. Автомобили ГАЗ-51 и ЗИЛ-150 на арочных шинах легко проходят по снежной целине глубиной 500—600 мм. При наличии наста сила сопротивления движению автомобиля, в особенности качению передних колес, резко возрастает. В этом случае автомобиль ГАЗ-51 может преодолевать снежный покров глубиной до 300 мм. При глубине покрова 350—400 мм автомобиль может двигаться только с применением заднего хода — путем «раскачки». Наблюдались случаи, когда автомобиль с арочными шинами на снежной целине проходил три-четыре раза по одному следу, и по проложенной колее могли двигаться обычные грузовые автомобили. Эта особенность указывает на возможность организации в зимнее время автоколонн во главе с тремя-четырьмя автомобилями на колесах с арочными шинами. Такие автоколонны могут двигаться по снежной целине или по сильно заснеженной дороге.
При движении автомобиля в зимнее время по укатанным шоссейным или обледенелым дорогам арочные шины с рисунком протектора высокой проходимости в виде отдельных грунтозацепов не обеспечивают достаточного сцепления с дорогой, особенно в боковом направлении. Автомобиль становится очень чувствительным к боковому заносу. Для повышения сцепления арочной шины с дорогой в боковом направлении целесообразно видоизменить рисунок протектора. Вероятно, будет целесообразным рисунок протектора с непрерывными кольцевыми выступами в окружном направлении. Такой непрерывный пояс выступов рисунка протектора должен способствовать увеличению сцепления шины с дорогой в боковом направлении.
По литературным данным известно, что собственная частота (колебаний арочной шины вследствие большого объема воздуха, находящегося под низким давлением, и особенностей конструкции шины составляет 90—130 кол/мин., что эквивалентно колебаниям хорошей рессоры (собственная частота колебаний обычной шины равна 400—500 кол/мин). Поэтому характеристика рессорной подвески при арочных шинах имеет меньшее значение.
Рис. 33. Автомобиль ГАЗ-51 на арочных шинах 1000 X 650 с центральными продольными ребрами.
Следует, однако, иметь в виду, что вибрация колеса с арочной шиной может быть существенно уменьшена за счет изменения рисунка протектора шины. Одним из видов измененного рисунка протектора может явиться рисунок с беговой дорожкой посередине. На рис. 33 показана смонтированная на автомобиле ГАЗ-51 опытная арочная шина 1000X650 с двумя беговыми дорожками посередине, изготовленная в НИИ шинной промышленности. Результаты испытаний арочной шины с беговой дорожкой посередине, установленной на автомобиле ГАЗ-51, показали, что при движении автомобиля по асфальтовому шоссе со скоростью до 60 км/час вибрации автомобиля незначительны.
Как видно из рис. 35, прогиб арочной шины увеличивается пропорционально увеличению нагрузки. При малых нагрузках (500—1000 кг) прогиб растет более интенсивно, чем при нагрузках 2500 кг и выше. Это объясняется тем, что при больших нагрузках все большее сопротивление оказывают элементы бортовой части шины, обладающие повышенной жесткостью. Прогиб шины существенным образом зависит от величины внутреннего давления. Так, например, у шины 1000X650 повышение внутреннего давления с 0,5 кг/см 2 до 2 кг/см 2 приводит к уменьшению прогиба с 43 мм до 23 мм при нагрузке 500 кг и со 140 мм до 84 мм при нагрузке 3000 кг, т. е. увеличение давления в четыре раза приводит к уменьшению прогиба примерно вдвое при нагрузке 500 кг и примерно на 80% при нагрузке 3000 кг. Непропорциональное изменение прогиба в зависимости от изменения внутреннего давления при различных нагрузках объясняется также изменением жесткости шины в зависимости от величины прогиба. Для шины 52×28 фирмы Штраусслер увеличение внутреннего давления с 1 кг/см 2 до. 4 кг/см 2 приводит к уменьшению прогиба с 34 мм до 12 мм при нагрузке 1000 кг и со 109 мм до 46 мм при нагрузке 5000 кг, т. е. повышение давления в 4 раза вызывает уменьшение прогиба в 2,8 при нагрузке 1000 кг и в 2,1 раза при нагрузке 5000 кг.
Рис. 35. Прогиб арочной шины в зависимости от нагрузки при различном внутреннем давлении воздуха: а — шнна 1000 х 650 модели И-182, давление воздуха: 1 — 0,5 кг/см-\ 2 — 1,0; 5—1,5; 4 — 2,0; б —шнна 1140 х 700 модели И-146, давление воздуха 1,5 кг/см 2 \ в — шнна 52 х 28 (фирма Штраусслер), давление воздуха: 1 — 1,0 кг/см 2; 2— 1,4; 3 — 2,0; 4 — 4,0
Из сравнения данных, «приведенных на рис. 35 для шин 1000X650 и 1140X700, видно, что прогиб шины 1140X700 меньше, чем у шины 1000×650 при тех же нагрузках и внутреннем давлении. Это объясняется тем, что шина 1140X700 имеет восемь слоев, а шина 1000X650 — шесть слоев. Калибр подканавочного слоя у шины 1140X700 равен 11 мм, а у шины 1000×650 составляет 7 мм, высота и ширина грунтозацепов у шины 1140X700 составляет 60×35 мм, а у шины 1000X650 равна 40X25 мм.
Площадь ‘контакта арочной шины с дорогой представляет собой круг. Ввиду сравнительно малой кривизны профиля шины площадь контакта с увеличением нагрузки быстро растет. При качении по мягкому грунту, в результате деформации его, площадь контакта также быстро растет. Площадь контакта арочной шины гораздо больше, чем площадь контакта обычной шины. Величины площади контакта арочных и обычных шин при эксплуатационных значениях внутренних давлений и нагрузок приведены в табл. 10.
Как видно из табл. 10, «площадь контакта шины 1000X650 при качении по твердому грунту при нагрузке 2000 кг и внутреннем давлении воздуха в шине 1,4 кг/см 2 составляет 1980 см 2 у