В 1867 г. в Англии впервые появился велосипед, однако езда на нем не доставляла удовольствия, пока его не стали «обувать» массивными шинами, вклеивавшимися в углубления обода.

Рис. 1. Первая массивная шина (1845 г.)

Рис. 2. Первая велосипедная шина (1867 г.)

Рис. 3. Шина «эластик» (1884 г.).

Рис. 4. Массивная шина Кармонта:
а — шина, смонтированная на ободе; б — профиль резинового массива и обод.

В 1884 г. была изобретена специальная шина «эластик» («подушечная» — cushion), представлявшая собой ту> же шину, но с полостью внутри. Одновременно в Англии была предпринята попытка применить массивную шину на первых грузовых автомобилях, однако при больших нагрузках оказалось практически невозможным удержать шину на ободе колеса, несмотря на использование различных укрепляющих приспособлений.

Первая практически пригодная массивная шина была запатентована в 1881 г. и усовершенствована в 1883 г. Кармонтом. Здесь удачно был выбран профиль обода, в закраины которого, загнутые внутрь в виде крючка, запрессовывалась- шина. Недостатком этой шины явилось то, что весьма значительная часть резины была зажата между закраинами обода и не использовалась. Это было устранено в американской шине Kelli-Springfield, разработанной и запатентованной Артуром В. Грантом в 1896 г. Шина этой конструкции оказалась более долговечной. Она удерживалась на ободе проволоками, заложенными в основание массива внутри шины, фланцы обода были ниже и их закраины расходились в противоположные стороны.

Это послужило толчком к созданию новых методов крепления шин на ободе. В дальнейшем в 1901 г. шины с внутренними проволоками были вытеснены шинами, в которых проволоки были расположены снаружи по обе стороны массива и примыкали к фланцам обода.

Рис. 5. Шина ф. «Kelli-Springfield»:
1 — резиновый массив; 2 — проволочные кольца; 3 — бандаж.

Рис. 6. Шина ф. «Swinehart and Byrider»:
1 — резиновый массив; 2 — поперечная проволока; 3 — продольные проволочные кольца; 4 — бандаж.

Рис. 7. Крепление массивных шин к съемным фланцам обода сквозными стяжными болтами:
а — «бесконечная шина» Wheeler; б — «бесконечная шина» Turner: в—шина ф. «Goodyear — Motz».

В то время все шины предварительно вулканизовались в виде длинных лент, разрезаемых на куски определенной длины, которые затем довулканизовывались в круглых формах для соединения стыка.

Путем сборки невулканизованной шины и последующей вулканизации в круглой форме, ссответствующей заданному диаметру колеса, был создан новый метод изготовления шин, позволявший делать шины больших размеров. В таких шинах использовались в различных комбинациях бесконечные проволочные кольца и ткани, которые также завулканизовывались в резину. В результате получались шины, которые невозможно было перетянуть через закраины обода при монтаже. Это привело к созданию колес со съемными фланцами обода, прикрепляемыми сквозными стяжными болтами.

Рис. 8. Формы и расположение полостей в шинах «эластик»:
а — жесткая трубчатая шина ф. «Non-collapsible Tubelar tire»; б — шина Fisk; в —шина ф. «Banker and Baker»; а —шина «эластик» ф. «Berlin — Frankfurt»; д — шина Fawkes; е — «двойной эластик» Stein.

Рис. 9. Шина Дюкабля (1900 г.).

Рис. 10. Шина ф. «Goodyear».

Рис. 11. Шина ф. «Stidder».

С изобретением двигателя внутреннего сгорания (около 1900 г.) были созданы необходимые условия для производства автомобилей и тихоходных грузовых машин. Требования, предъявляемые к шинам, в корне изменились. Нагрузка на колеса удвоилась, скорости утроились, соответственно возросла сила ударов, действующих как на шины, так и на дорогу. Необходимы были шины более эластичные, чем массивные, но менее подверженные проколам, чем пневматические.

В это время получили развитие шины «эластик», внешне похожие па массивные, но имеющие внутренние полости. В первых шинах «эластик», применявшихся на велосипедах и легковых экипажах, возникали сравнительно небольшие напряжения. Тем не менее постоянные изгибы вызывали появление разрывов в их боковых стенках, для устранения которых полостям придавали самые разнообразные формы. Но окончательно устранить этот недостаток все же не удалось.

Поэтому полости стали располагать ближе к основанию шины и чаще оставлять их открытыми в сторону обода (бандажа). Попытки соединить боковые стенки с основанием или подпереть беговую поверхность были безрезультатными, так как постоянные изгибы неизбежно вызывали разрывы. Во Франции Дюкабль делал шины, в которых полости имели боковые вертикальные и верхнюю сводчатую стенки (рис. 9), в США пользовались шинами конструкции ф. «Goodyear», в Англии — шинами, изготавливаемыми по патенту ф. «Stidder».

Рис. 12. Блочные (секционные) шины:
а — блочная шина Commerz; б — секционная шина ф. «North British Rubber Со.»; « — блочная шина ф. «Goodyear».

Рис. 13. Массивная шина ф. «Met-zeler».

Полости делали шины «эластик» менее прочными по сравнению с массивными шинами того же размера.

В первой четверти нашего столетия некоторое время выпускались так называемые «секционные» или «блочные» шины. В этих шинах использовалась возможность замены отдельных частей — секций или блоков при преждевременном износе или разрушении некоторых участков беговой поверхности. Большим спросом пользовались такие шины в Англии, где были известны под названием «клинчер-грид» (Clincher-Grid) или «элефант-тред» (Elephant-Tread). Однако шины этого типа не оправдали себя впоследствии при больших нагрузках и скоростях, поскольку секции (блоки) изнашивались неравномерно, расшатывались и преждевременно разрушались.

С дальнейшим развитием безрельсового транспорта имевшиеся типы массивных шин перестали отвечать все возрастающим требованиям. Кроме того, очень быстро развивалось производство пневматических шин. В результате усиленных поисков были созданы шины, которые принято считать предшественниками современных массивных шин. Так, Джорж Г. Гуде привулканизовал резину непосредственно к ободу колеса, предварительно покрытому слоем меди. Акционерное общество «Metzeler» (Германия) выпустило шины, привулканизованные при помощи промежуточного эбонитового слоя к стальной бандажной ленте, на поверхности которой были выточены канавки в форме ласточкина хвоста. Эта шина имела внутренний диаметр, несколько больший диаметра обода, и прикреплялась к нему болтами.

К началу 30-х годов XX века массивные шины приобрели оптимальную форму: беговая часть получила круглое или овальное очертание. Внутренние кольца встречались редко, резиновый массив крепился к бандажной ленте в основном прослойкой из эбонита, но сами шины были съемными и удерживались на ободе колеса с помощью различных приспособлений: закраин обода, колец, болтов и т. д. Наиболее правильным и рациональным был признан метод посадки шины вместе с бандажом на колесо под давлением на прессе.

Рис. 14. Различные типы крепления массивных шин на колесе:
а — шина ф. «Goodrich» с эбонитовой прослойкой без проволоки; б — съемная сдвоенная шина ф. «Goodyear»; в — шина с сетчатым основанием ф. «Diamond».

Новый толчок развитие массивных шин получило в связи с применением их в качестве амортизирующего элемента в опорных и поддерживающих катках гусеничных движителей, разработкой и широким внедрением клеевого крепления резин к металлам, разработкой съемных безбандажных шин и т. д.

Для изготовления массивных шин нашли широкое применение литьевые уретановые эластомеры на основе этиленадипииат-1,5-нафтилендиизоцианата и 1,4-бутандиола («вулколланы»), на основе по-литетраУидрофурана (или полиэтиленадипината), толуилендиизоцианата и ароматических диаминов («адипрен», СКУ-ПФЛ, «формрез», СКУ-7Л) и ряд других. Установлено, что при одинаковых габаритах и небольших скоростях движения (до 16 км/ч) массивные шины из полиуретана выдерживают нагрузки в 2—3 раза, а срок их службы в 3—4 раза больше, чем резиновых, сопротивление качению (а следовательно, расход энергии) полиуретановых шин меньше, чем у резиновых. Благодаря этому появилась возможность либо уменьшить размеры шин из полиуретана по сравнению с резиновыми при равных нагрузках, либо при равных размерах значительно увеличить нагрузку на них.

Массивные шины не применяются в автомобильном, мотоциклетном и велосипедном транспорте (их полностью вытеснили пневматические шины), однако они остаются основным типом шин для напольного колесного безрельсового транспорта, занятого на перевозках различных грузов на небольшие расстояния с малыми скоростями: авто- и электропогрузчиков, электрокар, штабелеров, самоходных прицепных и ручных тележек, передвижного торгового, производственного и медицинского оборудования, сельскохозяйственной техники. Массивные шины используются в качестве направляющих роликов шахтных скипов, экскалаторов метрополитена, транспортерных лент, фрикционных передач различных типов, опор вращающихся валов и сосудов, колес подвижного состава контейнерного трубопроводного пневмотранспорта и т. д.

В отличие от цельнометаллических колес массивные шины бесшумны, смягчают толчки и удары, возникающие от неровностей дороги, защищают от повреждений полы производственных помещений и дорожные покрытия. По сравнению с пневматическими они при одинаковых габаритах (наружном диаметре и ширине) обладают более высокой грузоподъемностью, что позволяет применять шины относительно меньшего диаметра. Вследствие этого снижается центр тяжести машин, увеличивается их устойчивость, создается возможность совершать повороты малого радиуса, что очень важно при работе внутри помещений. Площадь контакта с опорной поверхностью у массивных шин меньше, чем у пневматических того же размера. Это, с одной стороны, снижает управляемость машин при высоких скоростях движения, с другой — позволяет легче совершать повороты на месте, так как требуется мейыпе усилий для преодоления трения между шиной и опорой.

Большинство машин напольного транспорта имеет привод от аккумуляторных батарей, поэтому очень важной характеристикой является сопротивление качению, которое у массивных шин меньше, чем у пневматических. Это приводит к меньшему расходу мощности на преодоление сопротивления качению и удлиняет период до перезарядки батарей. Сопротивление качению уменьшается за счет применения для массивных шин более жестких резин, чем для пневматических.

Массивные шины более надежны в эксплуатации, так как порезы, трещины, незначительные вырывы и сколы резинового массива, внедрение в резину посторонних предметов не вызывают потери работоспособности и не приводят к авариям. Наконец, массивные шины намного дешевле, проще в изготовлении и не требуют особого ухода при эксплуатации.

Производство массивных шин осуществляется на специализированных предприятиях, оснащенных всем необходимым оборудованием.

Массивные шины являются объектом государственной стандартизации. Ежегодно международная ассоциация «The Tire and Rim Association, Inc.» («Шины и обода») публикует рекомендации по размерам и нагрузкам на массивные шины. Крупнейшие фирмы капиталистических стран, такие, например, как «В. F. Goodrich», «Goodyear» (США), «Dunlop», «Avon» (Великобритания), «Continental» (ФРГ), «Pirelli» (Италия), «Brid-gistone» (Япония), выпускают массивные шины для различных областей применения. Ряд фирм, таких как «TENTE» (ФРГ), «Hutchinson» (Франция), «HUFA-Rol-]еп» (ФРГ), «Keeher Engineering», «Bassick» (США), «Revvo» (Великобритания), «Feralco» (Франция), специализируются на изготовлении различных типов обрезиненных колес и роликов для промышленных и бытовых целей.

В странах социалистической интеграции массивные шины выпускают НРБ, ВНР, ГДР, ЧССР.

В СССР массивные шины выпускает ряд заводов Миннефтехимпрома по ГОСТ 5883—76Е и по ТУ 38-104-163—79. ГОСТ 5883—76Е содержит 70 нормализованных типоразмеров шин диаметром от 40 до 1000 мм, грузоподъемностью от 245 до 19620 Н, обеспечивая тем самым выбор шин в широком диапазоне по габаритам и нагрузкам, и 19 типоразмеров ранее выпускавшихся шин. По техническим условиям выпускают шины безбандажные с цилиндрической посадочной частью и шины из полиуретанов.

Однако объем производства массивных шин пока еще не удовлетворяет все потребности. Кажущаяся на первый взгляд простота конструкции и технологии изготовления массивных шин, недостаточный выпуск шин специализированными предприятиями вынуждают предприятия различных отраслей промышленности организовывать кустарное производство колес и массивных шин. Это порождает их большое разнообразие, экономически невыгодно.

Рис. 15. Массивные шины устаревших (неправильных) конструкций для грузовой тележки ТГ-100 (а) и тележки ТГП-500 с подъемными вилами (б) производства Тихорецкого механического завода.

В результате до сих пор еще встречаются резиновые шины, зажатые между двух дисков без крепления резины к металлу, изготовленные без армирования, что при интенсивной работе быстро приводит к потере работоспособности. Для зажатия шин используют глубокие обода с острыми кромками, упираюшимися в резину, а для крепления шин некоторых конструкций применяют фланцы со стяжными болтами. При этом большая часть резины, зажатая между дисками, не работает и расходуется напрасно.