نسل جديد تايرهاي بدون باد

بيش از 100 سال است كه وسايل نقليه، توسط چرخ­هايي كه از هوا پر شده­اند، در جاده حركت مي­كنند. اين همان تاير بادي است كه در خدمت رانندگان و مسافران جاده بوده است. به­تازگي طرح جديدي توسط ميشلن پيشنهاد شده است كه مي­تواند تمامي ويژگي­هاي ياد شده را تغيير دهد. اين طرح مبتني بر تاير بدون هواي تي­ويل[1] است.

در اين مقاله سعي شده است اطلاعات تكميلي درخصوص نسل جديد تاير تي­ويل و مزايا و معايب آن نسبت به تايرهاي بادي معمولي و همچنين پتانسيل­هاي كاربرد اين محصول در صنايع مختلف مورد بررسي قرار گيرد.

خبر توليد تاير تي­ويل را براي اولين بار شركت ميشلن در سال 2005 اعلام كرد. نام اين تاير تركيبي از كلمات تاير و چرخ است (Wheel & Tire) زيرا تي­ويل از مونتاژ توپي چرخ قديمي استفاده نمي­كند. توپي سخت داخلي بر محور انتقال ثابت شده و توسط پره­هاي پلي­اورتان به صورت از هم جدا، محاصره مي­شود. تسمه برشي كه در امتداد پره­ها كشيده مي­شود، لبه بيروني تاير را تشكيل مي­دهد (قسمتي كه در تماس با جاده است). تنش تسمه برشي در پره­ها و قدرت خود پره­ها جايگزين فشار هواي تاير قديمي مي­باشد. حركت به جلو مربوط به تسمه برشي است. تي­ويل به نظر مانند چرخ دوچرخه­ هاي پيشرو و بزرگ مي­آيد.

شكل 1: تاير بدون باد تي­ويل ساخت شركت ميشلن

شكل 2: قسمت­هاي مختلف تاير بدون باد

طراحي

قسمت بيروني يا Tread تاير كه مشابه همان تايرهاي معمول است و در صورت ساييده شدن، قابل تعويض است. تسمه برشي[2] دقيقا زير Tread تاير قرار دارد و با سازگاري مناسبي پره­ها را به قسمت tread متصل مي­كند. پره­هاي پلي­يورتان، نقش جاذب شوك را دارند و با تغيير طراحي و زاويه آنها مي­توان به سفتي­ها و قدرت تحمل بارگذاري­هاي مختلف در تاير دست يافت. توپي داخلي، حاوي يك ماتريس پليمري انعطاف­پذيري است كه قابليت خم شدن تحت بار و برگشت به حالت اول را دارد. با تغيير ضخامت و اندازه پره­ها امكان توليد تايرهاي مختلف با كارايي­هاي مختلف وجود دارد.

هنگامي كه تي­ويل در جاده حركت مي­كند، پره­ها اثر جاده را همان­طوري كه فشار هوا در تاير بادي جذب مي­كرد، جذب مي­كنند. تسمه برشي و آج­دار به طور موقت تغيير شكل يافته و همان­طور كه پره­ها خم مي­شوند به سرعت فنر به حالت اوليه برمي­گردد. تي­ويل را مي­توان با تنش­هاي متفاوتي از پره ساخت كه هر يك ويژگي­هاي كنترل­پذيري متفاوتي دارند.

نتيجه نصب پره­هاي نرم­تر، چرخش راحت­تر با كنترل­پذيري بهتر است. سختي جانبي­ تي­ويل نيز قابل تنظيم است. براي آزمايش، ميشلن يك آئودي A4 را به تي­ويل با سختي جانبي 5 برابر تاير بادي، مجهز كرد و نتيجه آن، كنترل­پذيري يا فرمان­گيري بسيار حساس تي­ويل بود.

ميشلن، گزارش داده است كه نمونه اوليه تي­ويل حدود 5 درصد از مقاومت غلتان و سطوح جرم تاير بادي رايج را دارد. به اين معني است كه حدود يك درصد در سوخت صرفه­جويي مي­شود. از اين­رو كه تي­ويل در اوايل گسترش خود مي­باشد، ميشلن انتظار دارد كه مقادير نتايج را بهبود بخشد.

مزايا و معايب تايرهاي نسل جديد نسبت به تايرهاي بادي

تاير بادي يا انباشته از هوا، از يك هسته داخلي هواناپذير كه با هواي تحت فشار پر شده، ساخته شده است. يك آج كه معمولا با نوار فولادي يا ديگر مواد مستحكم مي­شود، هسته داخلي را مي­پوشاند و ناحيه تماس با جاده را تامين مي­كند. فشار هواي داخل تاير بيشتر از فشار جو است، بنابراين اين تاير متورم باقي مي­ماند حتي با وزن وسيله كه بر روي آن مي­باشد. فشار هواي داخل تاير، مقاومت در برابر نيرويي كه سعي مي­كند تاير را تغيير شكل دهد تامين مي­كند، اما فشار بايد يك درجه مشخصي داشته باشد. - يك اثر ميرا شدن در اثر برخورد تاير با دست­اندازهاي جاده – اگر شما تا به حال سوار كالسكه­هاي قديمي با چرخ­هاي چوبي شده باشيد، تفاوت آن را با تايرهاي بادي احساس خواهيد كرد.

تايرهاي بادي به­خصوص در سرعت­هاي بالا يا كاربردهاي خطرناك معايبي دارد. البته مشكل اصلي آن همان پنچر شدن است كه يك نقص كامل محسوب مي­شود. تركيدن در سرعت­هاي بالا كه منجر به تصادف خطرناك ماشين مي­شود. طراحان نظامي در مورد تايرهايي كه در اثر تيراندازي يا انفجار گلوله تركيده مي­شوند، اظهار نگراني مي­كنند. بديهي است كه يك تاير بدون هوا تنها با يك پنچري از كار افتاده نمي­شود. البته رايج شدن تايرهاي بدون هوا به­علت ناتواني استفاده از تسمه­هاي ميخدار براي متوقف ساختن تبهكاران، براي نيروهاي پليس نگران­كننده خواهد بود.

شكل 3: نماي يك تاير پنوماتيكي پنچر ونقش عملكرد آن

ديگر مشكل درباره تايرهاي بادي شامل بي­ثباتي در فشار هوا و عملكرد آن است. فشار پايين در تاير انقباض بهتري ايجاد مي­كند (باعث آسايش و آسودگي هم هست)، به خاطر اينكه تايرها اندكي پهن مي­شوند و آج بيشتري در تماس با جاده قرار مي­گيرد. هر چند فشار داخل تاير از سختي بالايي و پاييني محافظت نمي­كند و تنها از سختي جانبي تاير محافظت مي­كند. كاهش فشار هوا اين اجازه را به جداره­هاي كناري تاير مي­دهد تا منقبض شوند، كه متاسفانه منجر به فرمان­گيري ضعيف مي­شود. در يك تاير بدون هوا، سختي آن مستقل از اين دو موضوع است.

همچنين فشار هوا مشكلات ديگري هم دارد. همچنين تايرهاي بادي نسبت به تغييرات دما حساس هستند كه منجر به تغيير فشار داخلي تاير مي­شود.

شكل 4: تصوير آئودي مجهز به تايرهاي تي­ويل در سرعت

درخصوص معايب تي­ويل نيز نكات قابل ملاحظه­اي وجود دارد. بدترين عيب آن، ارتعاش و نوسان است. تي­ويل در سرعت­هاي نسبتا بالاي 50 مايل نوسان مي­كند. ارتعاش به تنهايي مشكلي به­وجود نمي­آورد، اما باعث بروز دو مشكل ديگر مي­شود: سروصدا و گرما.

سروصدايي كه بر اثر حركت سريع تي­ويل ايجاد مي­شود، بسيار ناخوشايند است [منبع: CBS News]. ضمنا رانندگي كردن در مسافت­هاي طولاني با سرعت بالا منجر به توليد گرماي زيادي مي­شود كه مهندسان ميشلن نگران­كننده است.

مشكل ديگر مربوط به صنعت تاير است. فرايند ساخت تي­ويل كاملا متفاوت با فرايند ساخت تاير بادي است. براي توليد اين نسل از تايرها، ايجاد تغييراتي كلي براي بسياري از كارخانه­ها نياز است و تنها با بالا بردن تجهيزات و امكانات آنها قابل انجام نيست. اين موضوع مانعي مهم در برابر عرصه توليد تاير بدون هوا است. لذا به دليل اين معايب، ميشلن قصد ورود اين تاير را تا زمان برطرف شدن كامل عيوب آن و تحليل شرايط بازار نخواهد داشت.

درخصوص جاذبه­هاي قيمتي نيز با توجه به مواد و روش­هاي ساخت به­كار گرفته شده، در صورتي كه هزينه توليد اين محصول در سازنده گران­تر از تايرهاي بادي كنوني تمام شود، پيش­بيني مي­شود كه استقبال ويژه­اي نزد مشتريان نداشته باشد.

پيش­بيني مي­شود كه در صورت ايجاد سروصدا بر روي دست­اندازها، كاهش قابليت فرمان­گيري و ... اين محصول جايگاه خوبي پيدا نكند.. ضمنا به وزن تاير اضافه شود، خودروسازان به­دليل افزايش مصرف سوخت و مغايرت با الزامات آلايندگي از آن استقبال نخواهند كرد.

پتانسيل­هاي كاربرد

در حال حاضر، فناوري تاير شعاعي به عنوان استانداردي پذيرفته شده براي مدت طولاني ادامه خواهد داشت. لذا شركت ميشلن قصد دارد ابتدا از تي­ويل در وسايل با سرعت­هاي پايين از جمله وسايل ساختمان سازي استفاده كند. تي­ويل براي چنين استفاده­هايي به اين دليل كه مسئله نوسان در سرعت­هاي بالا به وجود مي­آيد، مي­تواند نمونه­اي كامل باشد. اين طراحي به دليل نوسان در سرعت­هاي بالا به وجود مي­آيد، مي­تواند نمونه­اي كامل باشد. اين طراحي به دليل بدون هوا بودن تاير، مزيتي بزرگ براي مكان­هاي ساختماني است. همچنين، در كاربردهاي نظامي، فضايي، ويلچرهاي رباتيك و ... كه مقاومت­هاي سواري و غلتيدن در رتبه دوم اهميت قرار دارند، مي­توان از اين نسل تاير استفاده كرد.

شكل 5 : نشان­دهنده نمونه­اي از كاربرد تي­ويل اصلاح شده در صنعت ساختمان است

اين فناوري، كارايي چشمگيري نيز در صنعت iBOT دارد و مشكل بالا رفتن از پله­ها و سطوح ناهموار را براي iBOT حل كرده است.

شكل 6: iBOT با فناوري تي­ويل مي­تواند بهترين جايگزين براي صندلي­هاي چرخدار باشد

تري گتيس[3] رئيس مركز تحقيقات و فناوري ميشلن امريكا گفته است: «تغيير تكنولوژي خودرويي مقوله­اي است كه در هر قرن يك­بار اتفاق مي­افتد، اما با شروع قرن جديد، تي­ويل مي­تواند صنعت خودرو را متحول سازد:

ميشلن همواره به اين مهم دست يافته است كه مي­تواند براي هر نوع استفاده­اي تاير مخصوص به خود ومناسب آن را به كار ببرد. به­عنوان مثال، ماشين­الات راه­سازي، iBOT، موتورسيلكت، دوچرخه و .... درواقع ميشلن همواره سختي عمودي (كه از آسايش و لذت رانندگي مي­كاهد) و سختي جانبي (كه هندلينگ و قابليت پيچش را كاهش مي­دهد) را بهينه مي­سازد.

ميشلن، تنها كارخانه­اي است كه در زمينه تاير بدون هوا كار مي­كند. Resilient Technologies نيز با همكاري پنتاگون در حال گسترش اين نوع تاير است و به آن تاير بدون هوا (Non Pneumatic Tire) يا NPT لقب داده است. اين كارخانه­ بسيار پيشرفته بوده و هدف آن بازاريابي استراتژي در مصارف نظامي است. تنها تفاوت تاير بي­هوا با تي­ويل در موقعيت­ قرار گرفتن پره­هاي آنهاست، اما ايده كلي تاير بدون هوا مشابه تي­ويل است.

در شكل 7، نمونه­اي از محصول تاير بدون باد ساخت Resilient Technology كه در جنگ عراق مورد آزمايش قرار گرفته، نشان داده شده است:

شكل 7: نمونه تاير بدون باد بر روي يك خودروي جنگي

اين تاير بدون باد كه از ساختار كندوي عسلي پليمري و يك Tread مشكي ضخيم كه به دور آن قرار گرفته، تشكيل شده است امكان عبور گلوله از ميان تاير را فراهم مي­سازد. به گفته شركت سازنده، حتي اگر 30 درصد از تاير به دليل انفجار از بين برود، تاير بدون هوا به عملكرد خود ادامه خواهد داد. اين نوع تاير نيز همانند تي­ويل ساخت ميشلن، از مشكلات مربوط به وزن، سروصدا، توليد گرما، خشكي سواري و استفاده در سرعت پايين رنج مي­برد. ناگفته نماند كه طراحي نهايي قابل كارايي در انواع خودروي سواري و آناليز هزينه توليد انبوه اين محصولات، با توجه به نهايي نشدن جنس پليمرهاي مصرفي و فرايند توليد قطعه هنوز انجام نشده است. لذا صرف­نظر از مصارف موردي، به نظر مي­رسد كه تايرهاي بدون باد با مزايايي كه دارند در صورت رفع مشكلات ياد شده بتوانند به بازارهاي جهاني راه يابند.

منابع

http://www.fluggart.com

http://www.wikipedia.com

http://www.firyarn.com

http://www.sciam.com/artcle.cfm?id=tires-that-dont-need-air

http://www.safmechanic.com(Solid and Fluid Mechanics)

http://www.phalls.com

---

[1]. Tweel

[2]. Sheer bond

[3]. Terry Gettys

نويسنده : علي فرشيدفر