Вездеходы

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.

Арочные шины отличаются большой шириной и относительно небольшой высотой профиля. Боковины шин были уменьшены до минимума. Это позволило получить шину с большим внутренним объёмом, отличающуюся увеличенной площадью пятна контакта, и допускало большой прогиб шины. Всё это позволяло иметь низкое внутреннее давление воздуха в шине (порядка 0,5 - 1,6 кг/см2) при сохранении наружного диаметра близкого к размеру стандартных шин.

Первые арочные шины модели Я-164 размером 1140-700 были изготовлены Ярославским шинным заводом в апреле 1957 года. В мае того же года институт начал испытания новых колёс и шин.
Движители, как сегодня сказали бы, с инновационным движителем, установили на автомобилях ЗИЛ-150 и ЗИЛ-586 (седельный тягач с полуприцепом грузоподъёмностью 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 трёхосном полноприводном ЗИЛ-151.Форма сечения арочной шины - симметрично усечённый с двух сторон эллипсоид. Такая форма шины даёт практически круглый отпечаток протектора в зоне контакта с дорогой. В отличие от обычных шин, при прогибе которых зона контакта увеличивается практически 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 переплетённых нитей между протектором и каркасом, в арочных шинах не применяется (используется лишь резиновый брекер).Удельное давление грузового автомобиля ЗИЛ-150 с арочными шинами находилось в пределах 0,6 - 0,9 кг/см2 (в зависимости от внутреннего давления и нагрузки). На стандартных колёсах с шинами 260-20 удельное давление значительно выше - 3,5 - 4 кг/см2. Движение автомобиля со стандартными шинами по мягкому грунту сопровождается образованием глубокой колеи. Выдавленный из под беговой дорожки грунт соприкасается с боковиной шины. Точки соприкосновения на боковине шины двигаются с разной радиальной скоростью, это вызывает перемешивание грунта и значительно увеличивает сопротивление движению.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 и увеличивается сопротивление почвы сдвигу, создавая условия для эффективной работы грунтозацепов.

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.

При эксплуатации средний пробег шин Я-170 до износа грунтозацепов составлял 45400 км, а шин И-213 - почти 60 тыс. км.В конце ноября 1957 года из Великобритании НАМИ были получены восемь колёс типа «Эллипсоид», использующиеся фирмой Straussler. Шины были двух видов: с центральной беговой дорожкой и без неё. Часть шин имело расчленённую 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 привезённых шин было плохое. Производство шин явно носило кустарный характер. На всех шинах грунтозацепы были приклеены. Часть шин имела небольшой износ.
Из технической литературы следовало, что фирма Straussler, занимающаяся производством военной техники и техники двойного назначения, использовала эти шины на колёсных тракторах и специальных тягачах колёсной формулы 4×4 и на задней тележке большегрузного автомобиля 6×4.

Андрей Карасев