Выбор поворотных колес для автономных транспортных средств (AGV)

Определение понятия «поворотное колесо»

Поворотное колесо представляет собой сложную механическую систему, включающую в себя приводной двигатель, рулевое управление и редуктор. В отличие от традиционной системы дифференциального управления, используемой в AGV, поворотные колеса характеризуются высокой степенью интеграции и широкой функциональной адаптивностью. В сочетании с контроллерами Компании и низковольтными сервоприводами IXL они обеспечивают оперативное развертывание AGV, мобильных роботов и других автоматизированных устройств.

Преимущества поворотных колес по сравнению с дифференциальным управлением

Поворотные колеса управляют поворотом посредством относительного движения относительно корпуса тележки. Это позволяет AGV с двумя и более поворотными колесами осуществлять боковое смещение и маневрировать в условиях ограниченного пространства. В отличие от систем дифференциального управления, где движение по узким пространствам затруднено, поворотные колеса обеспечивают высокую маневренность и возможность прохождения через узкие проемы.

Критерии выбора поворотного колеса

При выборе поворотного колеса для AGV необходимо учитывать следующие технические параметры:

• Скорость: Стандартная скорость поворотных колес составляет 60-70 м/мин. При выборе следует убедиться, что максимальная скорость колеса превышает скорость движения транспортного средства.
• Тяговая нагрузка: Этот параметр определяет способность колеса перемещать корпус тележки и груз. Тяговая нагрузка рассчитывается на основе времени ускорения до номинальной скорости при условии ровной поверхности без уклонов. Для работы на уклонах или при повышенных требованиях к ускорению рекомендуется выбирать колеса большего типоразмера. Для получения рекомендаций по выбору модели следует обратиться к инженерам по продажам. При низкой рабочей скорости и невысоких требованиях к ускорению возможно использование колес с тяговой нагрузкой, меньшей веса корпуса.

• Несущая нагрузка: Этот параметр указывает на максимальный вес, который может выдержать поворотное колесо. Важно не превышать номинальную нагрузку. В системах AGV поворотные колеса часто используются в сочетании с опорными колесами, что позволяет равномерно распределять вес корпуса. Таким образом, несущая нагрузка является ориентировочным параметром для проектирования корпуса.

Проектирование корпуса тележки с поворотными колесами

Одно поворотное колесо: В случае фиксированного положения груза на корпусе можно использовать трехточечную конструкцию, при которой поворотное колесо устанавливается спереди, а два опорных колеса с фиксированным направлением — сзади. Если положение груза не фиксировано, требуется применение четырехточечной или пятиточечной конструкции.

В четырехточечной схеме поворотное колесо размещается в левом переднем углу, универсальное колесо — в правом переднем углу, а два опорных колеса с фиксированным углом — сзади. Пятиточечная конструкция включает два универсальных колеса в передних углах, два опорных колеса с фиксированным углом сзади и поворотное колесо по центру передней части корпуса. При движении по неровной поверхности четырехточечная или пятиточечная конструкция может приводить к подвешенному состоянию поворотного колеса. Для предотвращения этого рекомендуется установка амортизирующей пружины между корпусом и колесом.

Два и более поворотных колеса: Установка двух и более поворотных колес обеспечивает большую гибкость. Они могут быть размещены на центральной или диагональной линии тележки. Регулируя угол и скорость вращения двух поворотных колес, можно осуществлять смену полосы движения, повороты и маневры с произвольным радиусом без необходимости разворота тележки. Это повышает общую маневренность и функциональность системы.

Сравнительный анализ резиновых и полиуретановых роликов в промышленном, логистическом и горнодобывающем оборудовании

В условиях современного промышленного производства выбор материала для роликов поворотных колёс играет ключевую роль в определении эксплуатационных характеристик оборудования, таких как срок службы и производительность. Компания WSCS проводит сравнительный анализ резиновых и полиуретановых роликов, уделяя особое внимание их износостойкости, несущей способности, сопротивлению разрыву и экономической эффективности. Цель данного анализа — обосновать выбор полиуретана в качестве предпочтительного материала для эксплуатации в условиях высоких нагрузок.

Характеристики полиуретановых роликов

Полиуретановые эластомеры представляют собой композиционные материалы, сочетающие в себе свойства резины и пластика. Они характеризуются высокой эластичностью, твердостью, прочностью и устойчивостью к воздействию различных факторов, таких как масла, химические вещества, изгибы и низкие температуры. Полиуретановые ролики обладают следующими преимуществами:

1. Износостойкость: Полиуретановые эластомеры демонстрируют значительно более высокую износостойкость по сравнению с резиной, что позволяет существенно увеличить срок службы оборудования.

2. Механическая прочность: Полиуретан обладает высокой механической прочностью, что обеспечивает надежность и долговечность роликов в условиях интенсивной эксплуатации.
3. Устойчивость к внешним воздействиям: Полиуретановые ролики устойчивы к воздействию масел, химических веществ, а также обладают высокой устойчивостью к механическим повреждениям и деформациям.
4. Низкое сопротивление качению: Полиуретановые шины характеризуются низким сопротивлением качению, что способствует снижению эксплуатационных затрат и повышению энергоэффективности транспортных средств.

5. Экологическая безопасность: При износе полиуретановых шин не выделяются технический углерод и резиновые масла, что минимизирует загрязнение окружающей среды. Отработанные полиуретановые шины могут быть переработаны без негативного воздействия на экологию.

Исторический контекст

Резиновые шины являются традиционным материалом, используемым в шинной промышленности на протяжении более ста лет. Полиуретановые эластомеры, напротив, начали активно применяться в данной отрасли лишь в последние пятьдесят лет. В период Второй мировой войны западные страны столкнулись с дефицитом стратегических материалов, таких как натуральный каучук и сталь. В ответ на эту проблему началось интенсивное исследование и разработка синтетических каучуков и других полимеров.

Немецкий ученый Отто Байер внес значительный вклад в развитие полиуретановых материалов, разработав технологию синтеза полиуретанового эластомера. Целью данного исследования было замещение дефицитных материалов, таких как натуральный каучук и сталь, на более доступные и эффективные альтернативы. Благодаря своим уникальным характеристикам, полиуретановые эластомеры постепенно стали важным компонентом в обрабатывающей промышленности.

К 1960-м годам в Соединенных Штатах Америки была сформирована развитая промышленная система, включающая производство сырья, синтез полиуретановых эластомеров и их последующую переработку. Это позволило обеспечить массовое производство высококачественных полиуретановых изделий, включая ролики для промышленного, логистического и горнодобывающего оборудования.

Полиуретановые эластомеры представляют собой класс полимерных материалов, молекулярная структура которых включает уретановые группы (—NHCOO—). Их синтез осуществляется путем поликонденсации олигомерных полиолов с ди- или полиизоцианатами, а также удлинителями цепи/сшивающими агентами и небольшими количествами добавок.

На молекулярном уровне полиуретановые эластомеры характеризуются как блок-сополимеры. Они состоят из мягких сегментов, формируемых длинными гибкими цепями олигомерных полиолов, и жестких сегментов, образуемых диизоцианатами и удлинителями цепи. Эти сегменты чередуются, создавая повторяющиеся структурные единицы.

Кроме уретановых групп, в молекулярной структуре полиуретана могут формироваться водородные связи как внутри молекул, так и между ними. Мягкие и жесткие сегменты способны образовывать микрофазные области и подвергаться микрофазному разделению.

Благодаря своей молекулярной структуре, полиуретановые эластомеры обладают свойствами, промежуточными между характеристиками резины и пластика. Они демонстрируют высокую эластичность резины, а также значительную твердость и прочность, характерные для пластиков. Их износостойкость значительно превосходит показатели обычной резины, достигая уровня в 3-10 раз выше, что обусловило их название «король износостойкой резины». Дополнительно, они характеризуются высокой механической прочностью, маслостойкостью, химической устойчивостью, устойчивостью к изгибам и отличными низкотемпературными свойствами.

Разработка и применение полиуретановых шин

С начала 1960-х годов активно ведутся исследования по применению полиуретановых эластомеров в производстве шин. В результате полиуретан стал одним из ключевых материалов, наряду с традиционной резиной, в шинной промышленности.

Первоначально полиуретановые шины выпускались в цельнолитом исполнении. Они зарекомендовали себя как высокоизносостойкие и обладающие значительной грузоподъемностью, что позволяет использовать их в сложных условиях транспортировки грузов. Эти шины продолжают широко применяться в настоящее время.

В 1970-1980-х годах ведущие компании и научно-исследовательские институты активно занимались разработкой и производством пневматических полиуретановых шин.

Австрийская компания LIM, основанная братьями Шмидт, разработала линейку полностью полиуретановых шин, предназначенных для использования на автобусах, грузовиках, тракторах и внедорожных транспортных средствах.

Американская компания Goodyear Tire & Rubber Company, начав с цельнолитых полиуретановых шин, также проводила исследования и эксперименты в области производства пневматических шин на основе полиуретановых эластомеров. Goodyear также занималась изучением композитных шин, сочетающих в себе полиуретан и резину.

Uniroyal-Goodrich Tire Company разработала полиуретановую шину с металлическим валом, способную выдерживать пробег более 100 000 часов при скорости 185 км/ч и предназначенную для легковых автомобилей и легких грузовиков.

Французская компания Michelin представила концептуальную шину Tweel, изготовленную из полиуретана и других пластиковых материалов. В этой шине полиуретановые эластомеры формируют спицевидную структуру, которая переплетается в сетку и крепится к ступице, а внешняя поверхность покрыта слоем резины. Шины Tweel не требуют накачивания, обеспечивая при этом управляемость, комфорт и безопасность, сопоставимые с пневматическими шинами.

Amerityre Corp. разработала полиуретановые бескамерные шины, которые по своим характеристикам аналогичны резиновым шинам и прошли сертификацию по Федеральному стандарту безопасности автотранспортных средств США FMVSS 109.

Британская компания Compounding Ingredients, специализирующаяся на производстве полиуретановых материалов, разработала технологию восстановления полиуретановых шин для грузовых автомобилей. Компания утверждает, что срок службы восстановленных шин превышает срок службы традиционных резиновых шин в два раза.

Китайская компания Guangzhou Huagong Baichuan Technology Co., Ltd. разработала композитные шины из полиуретана и резины, которые уже нашли применение на вилочных погрузчиках, легковых и грузовых автомобилях. Компания также занимается производством восстановленных шин.

Структурные и эксплуатационные особенности полиуретановых эластомеров обуславливают различия между полиуретановыми и резиновыми шинами. Полиуретановые шины широко используются на автоматических погрузчиках.

Господин Регги Коллетт из компании Thombert провел сравнительный анализ характеристик резиновых и полиуретановых шин, применяемых на автоматических погрузчиках, а также определил типы транспортных средств и условия эксплуатации, для которых наиболее подходят эти шины.

Резиновые шины преимущественно используются на автоматических погрузчиках, оснащенных двигателями внутреннего сгорания, работающими на сжиженном пропане. Эти транспортные средства могут эксплуатироваться как в помещении, так и на открытых дорогах. В данных условиях резиновые шины обеспечивают оптимальное сцепление и комфорт вождения.

В отличие от резиновых, полиуретановые шины применяются на различных типах электрических автоматических погрузчиков, эксплуатируемых преимущественно в закрытых помещениях. Полиуретановые шины обладают значительно большей грузоподъемностью по сравнению с резиновыми и имеют в четыре раза более длительный срок службы, что снижает частоту замены шин и связанные с этим затраты труда. Кроме того, полиуретановые шины характеризуются низким сопротивлением качению, что способствует увеличению продолжительности работы аккумуляторных батарей и сокращению частоты их зарядки.

Благодаря своим уникальным характеристикам, полиуретановые шины занимают важное место в области автоматических погрузчиков, сопоставимое с ролью резиновых шин. При правильном применении обе категории шин обеспечивают ожидаемый эффект, разработанный с учетом потребностей потребителей.

Сравнение характеристик полиуретановых и резиновых шин

В области автоматических погрузчиков

Сопротивление качению

Полиуретановые материалы обладают более низким коэффициентом сопротивления качению по сравнению с резиновыми. Это преимущество способствует повышению энергоэффективности электрических автоматических погрузчиков, так как снижает количество циклов зарядки аккумуляторных батарей. Частая зарядка аккумуляторов увеличивает эксплуатационные затраты и снижает общую производительность техники. В связи с этим, использование полиуретановых шин является предпочтительным решением для электрических автоматических погрузчиков.

Производители резиновых шин также разрабатывают модели с пониженным сопротивлением качению, применяя специализированные резиновые смеси, оптимизированные для электромобилей. Основная цель таких продуктов — минимизировать потери энергии, увеличить продолжительность работы от одной зарядки и повысить общую производительность транспортного средства.

Амортизационные свойства

Амортизационные характеристики шины зависят от твердости материала: чем выше твердость, тем меньше способность шины поглощать ударную нагрузку, что негативно сказывается на уровне комфорта. Твердость резиновых шин, измеренная по шкале Шора А, обычно составляет 67–75 единиц, в то время как полиуретановые шины характеризуются твердостью 83–95 единиц.

Повышенная жесткость полиуретановых шин снижает уровень комфорта для оператора автоматического погрузчика. В случае, если комфорт является критически важным фактором, переход на резиновые шины обеспечивает значительное улучшение эксплуатационных характеристик.

Для электромобилей рекомендуется использовать полиуретановые материалы с твердостью по Шору А 83 единицы. Это позволяет достичь оптимального сочетания грузоподъемности, низкого сопротивления качению и удовлетворительных амортизационных свойств.

При снижении твердости полиуретановых шин ниже 83 единиц их эксплуатационные свойства ухудшаются. С уменьшением твердости полиуретана наблюдается снижение прочностных характеристик и грузоподъемности. В течение длительного времени производители полиуретана разрабатывали материалы с твердостью до 95 единиц для повышения грузоподъемности шин. Однако такие материалы практически не обеспечивают амортизацию для оператора.

Как правило, полиуретановые шины с твердостью 95 единиц имеют грузоподъемность на 15% выше по сравнению с шинами твердостью 83 единицы. Это позволяет увеличить грузоподъемность погрузочно-разгрузочных операций и сократить время простоя, связанное с заменой изношенных шин.

Тяговые характеристики

Характеристики сцепления резиновых и полиуретановых шин с дорожным покрытием значительно различаются. Резиновые шины обладают более мягким протектором, в то время как полиуретановые шины характеризуются повышенной жесткостью. Вследствие этого, резиновые шины обеспечивают большую площадь контакта с поверхностью дороги, что способствует улучшению их тяговых характеристик по сравнению с полиуретановыми шинами, даже при использовании моделей с наиболее мягкой структурой.

Для повышения сцепления полиуретановых шин производители часто применяют нанесение канавок или специфических узоров на поверхность протектора. Эти модификации не только улучшают тяговые свойства, но и позволяют сохранить высокую грузоподъемность шин.

Грузоподъемность

Грузоподъемность полиуретановых шин превышает аналогичные показатели резиновых шин приблизительно в два раза. Это является одной из причин, по которой производители автопогрузчиков предпочитают устанавливать полиуретановые шины на ведущие оси. Полиуретановые шины демонстрируют высокую устойчивость к образованию трещин, разрывов и выкрашиваний, в то время как резиновые шины подвержены этим дефектам в большей степени.

В последние годы наблюдается тенденция к увеличению грузоподъемности и скорости автопогрузчиков, что приводит к преждевременному износу шин вследствие перегрузок. Перегрузка вызывает перегрев шин, что может привести к их разрушению.

Износостойкость

Резиновые шины обеспечивают комфортное передвижение, но уступают полиуретановым по износостойкости. Средний срок службы полиуретановых шин в четыре раза превышает срок службы резиновых шин. В процессе износа резиновые шины теряют частицы протектора, что приводит к абразивному износу и износу от качения. Полиуретановый материал обладает более высокой прочностью и устойчивостью к износу на неровных поверхностях, что снижает вероятность образования крошки по сравнению с резиновыми шинами. Полиуретановые шины склонны к фрикционному скольжению.

Стойкость к порезам и разрывам

Резина характеризуется низкой устойчивостью к порезам и разрывам. Повреждения в резиновых шинах могут распространяться, что приводит к их преждевременному выходу из строя. Полиуретан обладает высокой устойчивостью как к порезам, так и разрывам. В случае повреждения полиуретановых шин, порезы или трещины, как правило, остаются локализованными и не увеличиваются в размерах, не приводя к полному разрушению шины. Однако, как для резины, так и для полиуретана, порезы и разрывы оказывают негативное влияние на срок службы материала.

Скоростные характеристики

Одним из существенных недостатков полиуретановых шин является их тепловыделение. Полиуретановые шины обладают ограниченной способностью к отводу тепла, генерируемого внутри их структуры. Нормальная рабочая температура таких шин обычно не превышает 80-90°C. При превышении этого температурного порога наблюдается значительное ухудшение динамических свойств полиуретановых материалов, таких как усталостная прочность и сопротивление изгибу. Это может привести к ускоренному износу шин.

Автопогрузчики, оснащенные двигателями внутреннего сгорания или газовыми баллонами и предназначенные для эксплуатации на открытом воздухе при высоких скоростях, не рекомендуется оснащать полиуретановыми шинами. В таких условиях предпочтительнее использовать резиновые шины, которые обладают высокой термостойкостью и способны эффективно отводить тепло, что позволяет обеспечить их долговечность и надежность при длительных высокоинтенсивных нагрузках.

Большинство электрических автопогрузчиков эксплуатируются со скоростью в диапазоне 9-13 км/ч. В этом скоростном режиме полиуретановые шины демонстрируют определенные преимущества, что делает их использование целесообразным в данной области применения.

Следы на поверхности

Химический состав полиуретановых материалов обуславливает их способность не оставлять следов на поверхности. Даже шины, окрашенные в яркие цвета, не оставляют следов красителей. Полиуретановые шины эффективно собирают грязь с поверхности и сбрасывают её, что иногда может привести к ошибочному восприятию оставленных следов.

Резиновые шины, напротив, при использовании стандартных резиновых смесей оставляют следы на поверхности. Основным фактором, способствующим образованию следов, является углеродная сажа, входящая в состав резины. На рынке также представлены специализированные резиновые изделия, не содержащие углеродной сажи и не оставляющие следов на поверхности. Такие шины обычно имеют серый цвет и характеризуются отсутствием следов загрязнения.

Сцепление на мокрой поверхности

В условиях хранения некоторых товаров в прохладной и влажной среде полы в складских помещениях могут быть постоянно влажными. Полиуретановые шины обладают недостаточной адгезией к влажным поверхностям, что может затруднить эксплуатацию электрических автопогрузчиков в таких условиях. В этих случаях предпочтительнее использовать резиновые шины с улучшенными тяговыми характеристиками.

В настоящее время разработаны полиуретановые шины, оснащенные канавками на протекторе, что позволяет повысить их тяговые характеристики на мокрой поверхности без ущерба для грузоподъемности. Однако использование резиновых шин на мокрой поверхности также может улучшить тяговые характеристики, но при этом может привести к снижению грузоподъемности и эффективности автопогрузчика.

Химическая стойкость

В сравнении с резиновыми шинами, полиуретановые изделия демонстрируют высокую устойчивость к химическим воздействиям. Резиновые шины подвержены набуханию при длительном контакте с органическими растворителями, что приводит к снижению их прочностных характеристик и устойчивости к растрескиванию. Полиуретановые же шины сохраняют свои эксплуатационные свойства даже при длительном воздействии агрессивных химических веществ, таких как метилэтилкетон, дихлорметан и кислоты.

Соотношение цены и качества

Стоимость резиновых материалов ниже, чем полиуретановых эластомеров, что обуславливает более низкую себестоимость производства резиновых шин. Однако, несмотря на более высокую первоначальную цену полиуретановых шин, их эксплуатационный ресурс превышает аналогичный показатель резиновых шин в два и более раза. Это обеспечивает значительное преимущество в соотношении цены и качества и способствует достижению экономических и социальных выгод.

Полностью полиуретановые автомобильные шины

Ведущие мировые производители шин и исследовательские институты провели серию исследований по применению полиуретановых эластомеров в производстве автомобильных, промышленных и восстановленных шин. Результаты сравнительных испытаний полиуретановых шин с резиновыми аналогами во многом сопоставимы с данными, полученными для шин погрузчика.

Шины из полиуретана, разработанные компанией LIM, демонстрируют следующие эксплуатационные характеристики при пробеге 10 000 километров в условиях, аналогичных полностальным радиальным шинам:

• Экономия топлива составляет 9,95%.
• Снижение износа протектора на 51%, что способствует увеличению срока его службы.
• Уменьшение массы шины на 22%.
• Снижение внутреннего нагрева на 54%.
• Управляемость и ходовые характеристики находятся на уровне, сопоставимом с резиновыми шинами, что практически не позволяет водителям различать типы установленных шин.

Согласно зарубежным исследованиям, полиуретановые шины демонстрируют следующие преимущества по сравнению с обычными полностальными радиальными шинами:

• Снижение расхода топлива в среднем на 10%.
• Уменьшение износа протектора на 51%.
• Снижение массы шины примерно на 30%.
• Снижение сопротивления качению более чем на 35%.

Управляемость и ходовые качества полиуретановых шин аналогичны радиальным, за исключением тормозных характеристик, которые ниже на 6%, и бокового увода, составляющего 7%. В отношении устойчивости к росту порезов, согласно методике испытаний, установленной немецким TÜV, при разрезании боковины на 3 сантиметра и последующем испытании при нагрузке, превышающей номинальную на 150%, и скорости 75 километров в час, после пробега 3 000 километров рост пореза не наблюдался. Это свидетельствует о высокой устойчивости полиуретановых шин к развитию повреждений.

Полиуретановые/резиновые композитные шины

Компания Guangzhou Huagong Baichuan Technology Co., Ltd. провела комплексные прикладные исследования в области разработки экологически безопасных полиуретановых шин. В результате этих исследований была разработана технология композитных шин с полиуретановым протектором и резиновым каркасом, которая была успешно применена в экспериментальных испытаниях для вилочных погрузчиков, грузовых автомобилей и легковых транспортных средств.

Разработанные шины имеют каркас, изготовленный традиционными методами, и протектор, произведенный методом литья полиуретана. Компания успешно решила проблему адгезии полиуретанового протектора к резиновому каркасу, достигнув международного уровня. Эти шины демонстрируют отличные эксплуатационные характеристики и сочетают в себе преимущества радиальных резиновых шин и цельнолитых полиуретановых шин, при этом преодолевая их недостатки.

Основные преимущества полиуретановых композитных шин включают хорошую эластичность, высокий уровень комфорта, низкое сопротивление качению, сниженный расход топлива и значительно повышенную износостойкость протектора. В частности, полиуретановые шины на основе каркаса цельнометаллической радиальной грузовой шины 10.00R20 прошли испытания на долговечность в помещении в Национальном центре контроля качества резиновых шин. Все шины выдержали 47 часов по национальному стандарту, при этом максимальное время составило 165 часов. Результаты испытаний сопротивления качению показали, что полиуретановые/резиновые композитные шины демонстрируют на 20-25% меньшее сопротивление качению по сравнению с традиционными резиновыми шинами аналогичного размера.

Полиуретановые композитные шины 10.00R20 также прошли дорожные испытания на больших грузовых прицепах, где пробег каждой шины превысил 50 000 километров. В интервале износа 15 000 километров совокупный средний пробег износа протектора достигал 17 700-23 000 километров на миллиметр.

Полиуретановые композитные шины на основе каркаса диагональной шины 6.00-9 были испытаны на резиновых заводах, складах и химических предприятиях в Гуанчжоу, Шанхае и других регионах. Их износостойкость оказалась в 2-10 раз выше, чем у обычных шин, при этом устойчивость к порезам и проколам превзошла показатели резиновых шин, что делает их особенно подходящими для использования на складах, где требуется поддержание чистоты и отсутствие следов.

В 2006 году на базе Hangzhou Hummer Tire Technology Co., Ltd. была создана демонстрационная производственная линия для выпуска новых экологичных шин. Эта линия производит промышленные шины и некоторые типы грузовых шин с полиуретановой/резиновой композитной структурой, включая пневматические шины для вилочных погрузчиков размером 7.00-9 и 28×9-15, а также диагональные грузовые шины размером 10.00-20 и другие модели. Продукция соответствует требованиям национальных стандартов и демонстрирует отличные эксплуатационные характеристики в реальных условиях. Износостойкость и устойчивость шин к проколам значительно улучшились, что получило положительное одобрение со стороны пользователей.

Производственная мощность предприятия достигла 200 000 шин различных типов в год, и планируется дальнейшее расширение производства полиуретановых/резиновых композитных шин для строительной техники и легких грузовиков.

Композитная структура, состоящая из полиуретанового протектора и резинового каркаса, нашла успешное применение в сфере восстановления шин. В 2007 году компания Guangzhou Huagong Baichuan Technology Co., Ltd. внедрила технологию применения полиуретан-резинового композита для восстановления шин, разработав предварительно вулканизированный полиуретан-резиновый композитный протектор. В данной конструкции верхний слой протектора изготовлен из полиуретана, а нижний слой — из стандартной резины. Полиуретановый протектор прочно соединяется с резиной посредством специальных средств обработки поверхности и клея.

Основным преимуществом полиуретанового протектора является значительное увеличение срока службы восстановленных шин. Пробег шин с полиуретан-резиновым композитным протектором превышает пробег обычных восстановленных шин более чем в два раза. Это позволяет сократить количество циклов восстановления шин, уменьшить негативное воздействие на окружающую среду, сэкономить энергетические ресурсы и снизить затраты на восстановительные работы.

Преимущества восстановленных шин с полиуретановым протектором включают:

1. Отсутствие токсичных и вредных наполнителей в составе материала протектора.
2. Отсутствие сажи в составе протектора, что способствует поддержанию чистоты окружающей среды в процессе эксплуатации.
3. Полная биоразлагаемость материала, исключающая долгосрочное загрязнение окружающей среды.
4. Низкое сопротивление качению, что способствует экономии топлива транспортного средства.
5. Высокая стойкость к воздействию растворителей, топлива и химических веществ по сравнению с обычными протекторами из натурального каучука.

В результате сравнительного анализа полиуретановых и резиновых шин были выявлены как преимущества, так и недостатки полиуретановых материалов.

Исследования демонстрируют, что полиуретан обладает меньшей теплопроводностью по сравнению с резиной, что замедляет теплоотвод, генерируемый при качении шины. Это может привести к накоплению тепловой энергии на границе раздела полиуретана и резины, увеличению температуры и, как следствие, к расслоению композитной структуры и повреждению шины.

Стандартный полиуретан не выдерживает длительной эксплуатации при температурах выше 100 °C, однако специальные составы могут функционировать при температурах свыше 140 °C. В связи с этим, дальнейшие исследования должны быть сосредоточены на оптимизации молекулярной структуры полиуретановых эластомеров с целью снижения тепловыделения, повышения механических характеристик и износостойкости при высоких температурах, а также улучшения адгезии полиуретановых материалов к резине.

Американская компания Amerityre разработала особый термостойкий полиуретановый материал на основе полиолов, дифенилметандиизоцианата и других компонентов. Компания Goodyear внедрила этот материал в производство шин, которые превосходят традиционные резиновые шины по показателям однородности, безопасности и износостойкости, а также характеризуются меньшей склонностью к отслоению протектора и проколам. Ожидается, что развитие полиуретановых материалов и совершенствование производственных технологий приведут к массовому производству полиуретановых шин в ближайшем будущем.

Полиуретановые эластомеры представляют собой идеальный материал не только для создания экологически чистых шин, но и для «зеленого» производства шин. Использование литьевых полиуретановых эластомеров позволяет заменить сложные твердофазные процессы на более простые жидкофазные, сокращая необходимость в громоздком оборудовании и упрощая производственный цикл.

Это интегрирует этапы смешивания материалов, формования и вулканизации, что значительно снижает энергозатраты. Даже при применении композитной полиуретан/резиновой конструкции уменьшается количество резиновой смеси для протектора, снижается использование сажи и ароматических масел, загрязняющих окружающую среду, а также уменьшается объем сточных вод и выбросов отработанных газов.

Полиуретановые шины характеризуются низким сопротивлением качению, что способствует снижению расхода топлива транспортного средства. Длительный срок их службы уменьшает количество используемых шин и частоту их восстановления, что экономит ресурсы и энергию, затрачиваемые на производство. В процессе эксплуатации полиуретановые шины не выделяют вредных частиц и отходов, подчеркивая их экологическую безопасность. В отличие от этого, резиновые шины в процессе эксплуатации выделяют в атмосферу и почву полициклические ароматические углеводороды и сажу, что существенно загрязняет окружающую среду.

Утилизация отработанных резиновых шин является сложной задачей, требующей значительных затрат человеческих, финансовых и материальных ресурсов. Полиуретановые материалы могут быть модифицированы с целью биоразложения, что упрощает их переработку по сравнению с резиной. Физическая переработка позволяет получать полиуретановые изделия с низкими требованиями к характеристикам, в то время как химическая переработка обеспечивает получение чистых исходных мономеров, таких как полиолы, изоцианаты и амины.

Сравнительный анализ полиуретановых и резиновых шин показывает, что полиуретановые материалы обладают явными преимуществами в таких параметрах, как несущая способность, износостойкость, сопротивление разрыву, устойчивость к порезам и сопротивление качению. Это делает их перспективными для использования в производстве шин для промышленных транспортных средств или грузовых автомобилей, эксплуатируемых в условиях высоких нагрузок, требующих энергосбережения, эксплуатации на плохих дорогах или в чистых рабочих средах.