Создание эффективной безвоздушной шины обладающей всеми достоинствами пневматической шины, но лишенной ее недостатков, это та проблема, над которой в последние годы бьется большинство крупнейших шинных гигантов.
Недостатки классических шин общеизвестны — слабость к острым предметам, сильным ударам, попаданиям в ямы и так далее. Согласно исследованию специалистов Michelin, более 20% шин утилизируется в первый год службы из-за неравномерного износа и непригодных для ремонта проколов и порезов. Автомобилисты пробивают их на ямах, ставят грыжи или получают глубокие повреждения на ремонтируемых дорогах со снятым верхним слоем асфальта. Каждое такое происшествие грозит резкой потерей управляемости автомобиля и повышением риска ДТП, не говоря уже о крайних неудобствах для водителя и его пассажиров во время ремонта. Весной, когда дороги наиболее подвержены сезонным разрушениям, автомобилисты нередко повреждают сразу два колеса, что чревато многочасовой задержкой в пути и вызовом эвакуатора.
Конкретного определения безвоздушной резины нет, но объяснить термин проще с позиции конструкции. Так, безвоздушная шина — устройство, в котором амортизирующую функцию воздуха берут на себя простенки из резины. Отличают два вида безвоздушных шин – цельнолитые и с ячеисто-сотовой конструкцией.
Первоначально безвоздушные шины стали популярны в военной сфере, но со временем «перебрались» и к гражданскому транспорту. Речь идет о шинах с цельнолитой конструкцией. Так, покрышки без воздуха ставятся на газонокосилках, машинах для гольфа, скутерах, велосипедах. Применяются безвоздушные покрышки и в промышленной сфере — они устанавливаются на погрузчиках и экскаваторах. Со временем новая резина стала популярной при изготовлении велосипедов и колясок для инвалидов. Однако цельнолитые безвоздушные шины имеют очень много недостатков, в результате чего их область применения очень ограничена, особенно когда идет речь о крупных транспортных средствах. Эти недостатки представляют собой вызов брошенный инженерам, который они намерены преодолеть.
Сегодняшние безвоздушные шины с ячеисто-сотовой конструкцией уже лишены части недостатков цельнолитых шин. Внутри шины находится каркас из пластин, выполненных из различных полимеров. Пластины отличаются ячеистой конструкцией, благодаря этому, шина становится легче, отличается меньшей упругостью, а главное — в ней нет воздуха. Безвоздушной шине не страшен гвоздь или яма — она не боится повреждений. Ячейки за счет упругости создают необходимое сопротивление инерционным и гравитационным нагрузкам, влияющим на шину во время движения. В конструкции применены особые материалы, специально разработанные для каждого элемента конструкции. Сердцевина перемычек — полимерное эластичное основание, на которое наносятся слои резины. Каждая ячейка имеет свою зону сминаемости, и при избыточном давлении во время проезда по неровностям перемычки складываются в однородную прослойку, которая и поглощает энергию удара.
Однако безвоздушные шины с ячеисто-сотовой конструкцией тоже имеют принципиальные недостатки, которые существенно затрудняют их массовое внедрение:
Внутреннее наполнение в виде эластичных сот ведет к температурным ограничениям использования колес. В морозы материалы сотового каркаса теряют эластичность, и характеристики шины могут исказиться, чего не бывает с пневматическими колесами. Для выпуска зимних вариантов потребуется разработка новых материалов для рабочего каркаса, что удорожает технологию.
Проблемы с грузоподъемностью. Здесь технологию сложно назвать продуманной до конца. Превышение веса автомобиля выше допустимого уровня критично, из-за чрезмерной деформации каркаса (в пневматической шине регулируется давлением).
В целом безвоздушное колесо должно весить намного тяжелее обычной пневматической покрышки. Инерционные нагрузки неподрессоренных масс возрастают. Пока для снижения веса решено делать открытые колеса без боковин. Это решение ограничивает эксплуатацию автомобилей территорией городов и не позволяет устанавливать их на внедорожники и кроссоверы. На офф-роуде велика вероятность загрязнения покрышек мокрой глиной и камнями, что приведет к заметной разбалансировке.
Несмотря на все эти трудности, производители шин не сдаются и полны оптимизма. Многие крупные компании уже имеют рабочие модели безвоздушных шин различного применения.
Компания Michelin заключила контракт по установке новых изделий на луноходы. Michelin работает над технологией уже 16 лет совместно с американской корпорацией General Motors. По итогам исследований запатентовано более 50 изобретений, касающихся рабочей структуры колеса.
Компания Bridgestone, год за годом работающая над созданием безвоздушных шин, которым не страшны проколы. Первые образцы изделий нашли применение не автомобилях для гольфа, но новые модели уже устанавливаются на легковых машинах.
Polaris - главный конкурент Michelin, который выдал на рынок индивидуальный вариант безвоздушных шин. Конструктивно они схожи с Michelin. Улучшение — замена спиц на специальные «соты» и применение композитных материалов в процессе производства. Благодаря новой конструкции, шины Polaris лучше поглощают неровности дороги и гарантируют требуемое поглощение.
Toyo Tire уже выпускает безвоздушные шины, но в небольшом количестве: в основном их используют для гольф-каров. Это связано с тем, что японские стандарты безопасности не позволяют использовать автомобили с безвоздушными шинами на дорогах общего пользования. По словам разработчиков, за последние годы им удалось сделать безвоздушные шины в 10 раз прочее, относительно первых образцов. А прочность шины на разрыв выросла на 40%.
Корейская фирма Hankook разработала четыре концепта, каждый из которых индивидуален. Все четыре продукта находятся пока в процессе испытаний.
Вот эти варианты:
eMembrane — концепция, которая открывает пути для корректировки профиля пятна для скоростных режимов. Так, при малой скорости перемещения внутренняя доля изделия как бы втягивается. Благодаря этому, площадь «контактного пятна» уменьшается, снижается трение, падает расход топлива. Как только машина разгоняется, происходит обратный процесс — профиль и асфальт соприкасаются по всей площади, что улучшает управляемость;
Tiltread — устройство, состоящее из 3-х сегментов. Перемещение дисков (внутреннего и центрального) происходит из-за особенностей конструкции. При этом колесо меняет наклон по вертикали. В итоге пятно контакта во время поворота увеличивается, растет безопасность;
Motiv — конструкция, которая похожа на Tiltread. Принцип построен на группе специальных блоков в основе, отличающихся эластичностью и способных перемещаться друг относительно друга. Такая конструкция — гарантия достаточной площади соприкосновения колеса с асфальтом. Шины Motiv специально разрабатываются для внедорожников;
MagTrack — гениальное изобретение, которое разделено на две части. Первая — обод, на котором крепится покрышка, а вторая — внутренняя ступица. В промежутке создается магнитное поле, которое и поддерживает массу машины. Жесткой связи между ступицей и наружным кольцом нет, поэтому выбоины и выпуклости на дороге не переходят на кузов машины. Разработчикам удалось воплотить в жизнь колесо с магнитной подушкой.
Кому действительно необходимы безвоздушные колеса, так это военным или спецслужбам, эксплуатирующим транспорт в экстремальных условиях. Им действительно необходимы катки, не боящиеся крупных повреждений от пуль и осколков. В целом пока делать выводы относительно новой технологии и будущих перспектив рано.