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车轮之最——那些仍令人称奇的“纪录”

发布时间:2021-11-11

《淮南子》中记载“见飞蓬转而知为车”,其中提到的“飞蓬”是一种草,因为根浅叶大,容易被大风连根拔起旋转滚动,人们从中得到灵感便发明出最初的车轮。这当然是古人对车轮从何而来的想象,世界各个文明也都有自己的记载和传说,并没有统一的定论。不过可以确定的是,轮子和大多数人类早期的其他发明一样,大概率受到自然的启发而被制作出来,毕竟直到今天我们依然在孜孜不倦的在向大自然学习。

自然中的飞蓬—风滚草 图片来源:VCG

如今,圆形的车轮已经随处可见,我们也很难想象一个没有车轮的世界会变成什么样子。但是即便是如此寻常的事物,如果仔细挖掘研究都会发现一些属于它的“纪录”,从而让人们更加意识到车轮对我们生活的影响竟如此之深、如此之广!

最早的轮子

凡事都要有个源头,但是对于车轮的起源,目前考古学家们也都一筹莫展,没有办法下定论。而且越来越多的证据表明车轮的发明更像是“遍地开花”,不同区域的古代文明基本都发现具备完美形状的“圆”,并利用其特征为生产生活提供便利。

不过,虽然不能确定发明者是谁,但目前可以确定的是早在公元前3500年左右的美索不达米亚地区就已经出现了车轮,受生产力和工艺水平所限,那时的轮子只是一些木制圆板。

美索不达米亚出土的轮子 图片来源:百度图片

随着人类社会从原始社会进入农业社会,轮子的材质也在不断的进化发展,但是始终是使用木制和金属制这两种材料,而这两种材质因天然属性,不论如何加工都很难达到较高的水平。轮胎的飞跃式发展还要从大航海时代说起。

印第安人的橡胶球游戏 图片来源:百度图片

1493年,哥伦布率队初次踏上南美大陆,在这里有很多令他们惊讶的事情,其中之一便是看到当地的印第安人在玩一种游戏,互相抛掷一种用这些探险者从未见过的材质制作的小球,这种小球落地后还可以反弹得很高,并且具有粘性。他们还发现当地土著把一些白色浓稠的液体涂在衣服上用来防雨。由此,哥伦布他们初步了解到了橡胶的弹性和防水性,但并没有深究这种材质的来源。

1693年,法国科学家拉康达到南美也发现土著人在玩这种小球,科学家的视角是不同的,他追根寻底的向当地人了解这种小球的材质从何而来,最终得知这是通过砍割橡胶树而流出的液体中得来的。又过了四十多年,在1736年,法国科学家康达敏从秘鲁带回了有关橡胶树的详细资料,终于在欧洲引起了人们对这种新材料的重视。

而后经过一个多世纪的技术革新和创造,1839年美国人查尔斯•固特异尔发明了硫化橡胶,在此之前人们也曾试图用皮革等材料保护车轮,但是效果欠佳。终于,存在了上千年的轮子换了“新衣服”,硫化橡胶开始被广泛应用在实心车轮上,最早的橡胶轮胎也正式问世。

查尔斯·固特异 图片来源:百度图片

而后在1888年约翰·邓禄普将橡胶做成管状,包在木制车轮边缘,然后充入气体,由此世界上第一条充气轮胎诞生并首先应用在自行车上。

约翰·邓禄普和充气轮胎 图片来源:百度图片

邓禄普改进的轮胎已经很接近我们现在日常使用的轮胎。然后便是一次又一次的“第一个”,1903年的斜交轮胎、1930年的无内胎轮胎、1948年的子午线轮胎……各类轮胎百花齐放,都助推着轮胎功能的进步。

最大的轮胎

米其林于2001年推出了一款工程机械轮胎,直径为4.03m,重5.3吨,单看数据可能还没有那么震撼。对比一下,我们平时家用汽车的轮胎单个重量基本在5~9公斤,也就是说这款最大轮胎相当于1000多个普通轮胎重量之和,基本等于一头成年非洲草原雄象的体重!

巨大的工程器械轮胎59/80R63 图片来源:百度图片

那么是什么车需要这么大的轮胎呢?这款轮胎被装备在卡特797B卡车上,这是一辆运载矿石的巨无霸,满载货物时能轻松600吨以上。为了增加单次运载重量有效降低成本,所以才需要如此巨大的轮胎来承受其重量。

米其林59/80R63与成年非洲象 图片来源:米其林官网、Pixabay

最结实的轮胎

日常生活中汽车轮胎破损会对驾驶安全造成不良影响,但是有一种使用场景下的轮胎需要更加结实的“体魄”来避免更严重的事故,这种轮胎就是飞机使用的航空轮胎。

大型飞机的轮胎 图片来源:VCG

航空轮胎在实际使用过程中,所面临的全是其他轮胎很难遇到的极端条件,因此也带来了严峻的挑战:

高速摩擦——大型飞机一般以300km/h到400km/h的速度起飞,以200km/h左右的速度降落,这是普通交通工具很难到达的速度。因此可以说所有飞机起飞及降落的过程都会受到高速的摩擦。

飞机降落时产生的巨大摩擦 图片来源:VCG

超大载荷——大型飞机所要承受的载荷一般大于20吨,另外在起飞或者降落的时候,轮胎还要受到竖直方向巨大的冲击力和水平方向巨大的摩擦力。

极端温度——民航飞机一般飞行高度是8000米以上,即平流层的底部,其常年温度在-55℃那样极低的温度。而起飞及降落的过程又会受到高速摩擦产生的巨大热量,在飞机降落的瞬间,胎面与地面接触的温度会超过400℃,这一冷一热对轮胎的挑战极大。

万米高空的飞行 图片来源:VCG

最多彩的轮胎

不知道你有没有想过明明天然橡胶是乳白色的,为什么我们平时看到的轮胎是黑色的?而不是其他颜色?

其实十九世纪的橡胶轮胎,由于添加剂的不同,其颜色并不固定。到1915年,为了增加耐磨性,研发并采用碳元素与碳氢化合物高温凝聚的工艺,从此橡胶呈现出如今的纯黑色。但是在二十世纪三、四十年代,欧美许多拥有轿车的人为了彰显自己的社会地位,纷纷把轮胎的外侧壁刷上白色油漆,体现高贵与个性。但是由于这种”美容”方法并不持久,使用一段时间后颜色就会脱落,因此轮胎又逐渐恢复成纯黑色。

达森伯格duesenberg老爷车配备白色外侧壁的轮胎 图片来源:百度图片

当下有一些年轻族群为了凸显自己的个性,某些汽车轮胎厂家也迎合这些需求,研发出缤纷多彩的轮胎,但是有研究调查证明,彩色的轮胎会让周围的驾驶员和行人感到炫目、刺眼从而提高危险系数,在生命安全与凸显个性二者权衡之下,大多数人都还是会选择前者吧!

颜色各异的轮胎 图片来源:VCG

离地球最远的轮胎

目前距离地球最远且能够自由操控行动的人造设备是什么呢?答案是:火星车。目前加上我国于今年刚刚成功登陆火星的“祝融号”,人类共有5辆火星车到达并成功在火星进行行动。而其移动也自然需要轮胎。因此可以说火星车装备的轮胎目前就是距离地球最远的轮胎。

火星车 图片来源:VCG

火星车的轮胎与我们平时见到的轮胎大有不同,主要可以分为两种。一种是NASA研制的发明的形状记忆合金(SMA)非充气轮胎,其材料因具有“在水平方向上进行分子相变的能力”,从而与众不同,可恢复的形变是普通钢的三十倍,且耐磨可循环利用,目前已经被应用到SMART公司推出的自行车产品上。

镍钛合金制成的链式轮胎 图片来源:百度图片

另一种就是我们国家火星车使用的特殊复合材质轮胎,由中科院金属所研发的铝基碳化硅复合材料制造,不仅用于火星车车轮,其分探测器的关键部件也多有运用,这种由铝与陶瓷组成的新型复合材料比铝还轻,但与常见的钢铁一样坚硬、耐磨,兼具高强度、高塑性、高稳定性等特点。

祝融号火星车 图片来源:人民日报

数量最多的轮胎

世界上轮胎最多的车,竟然拥有1152个车轮!要知道,一般的16节火车也仅有140个轮子。那么这种车是什么样子呢,又是用来做什么的呢?

这种车就是我们中国发明的“平板车SMPT”,具有1152个车轮的它可以承重超过5万吨,由此可以看出它运送的货物自然也不一般。这种车主要是运输超大型的机器设备,比如飞机,潜艇,还有一些特殊的建筑结构,具体的使用场景也都是建筑工程、军事工业等。在新闻报道中最出名的一次就是在2009年修建港珠澳大桥修建时,就动用了它超强的运载能力运送造桥使用的超大建材配件。

SMPT 图片来源:百度图片

SMPT仿佛一种可以随意拼接的积木,可以根据实际使用场景来组合,分为4轴和6轴板块,其中一个轴标准载重是30吨,可以并排组合。但SPMT绝不仅仅是简单的叠加,它蕴含了我国的尖端科技,具备8台超强牵引发动机,整体由计算机操纵,平衡汽车重心移动并智能测算道路特点。所以才能对核潜艇、航空飞机、钢结构桥梁等超大型货物来者不拒。

可以随意拼接组合 图片来源:百度图片

最“冷库”的轮胎

日常我们看到的轮胎都是橡胶制作而成的,即便在冰天雪地中行驶的轮胎其自身温度也都不会太低。但是英国的一个冰雕团队就发挥创意把真的做出了冰轮胎并安装到了真车上。

冰轮胎 图片来源:百度图片

这个团队共用了3个月的时间进行设计,对真实的轮胎进行激光扫描从而完美复制每一个细节,甚至包括轮胎花纹,所以每个冰冻车轮都花费了数名雕刻家的大量时间。然后这个团队还研究测试这款“冰轮胎”产品,并将整辆测试车放入零下22摄氏度的低温环境中停放了5天,保证冰雕车轮不会在实际使用时过早融化。最终的结果也是令人啧啧称奇,装上冰轮胎的汽车竟然真的可以缓慢行驶,只是不知道测试员的驾驶感受如何。

最早的花纹轮胎

20世纪以前,如其他材质的车轮一样,橡胶轮胎并没有花纹。而且因为橡胶的特性,相比其他材料橡胶本身就已经具有很强的摩擦力,所以人们一直没有意识到需要利用轮胎花纹来进一步增加摩擦力。其实,喜欢赛车的朋友们一定也会注意到,F1赛车的轮胎就是没有花纹的,因为赛道表面基本是干燥的,完全平面的轮胎(俗称“光头胎”)因为接地面积大,能创造最好的抓地力。

F1赛车光滑的轮胎表面 图片来源:百度图片

但是人们日常驾驶一定会遭遇各种状况的路面,加之进入二十世纪后汽车的速度普遍提升,当路面湿滑时很容易造成交通事故。因此一些轮胎制造商就在轮胎上加上了纹路,这些深浅不一的坑纹,可以让轮胎和地面之间的水通过这些坑纹排出,有效减少了汽车在湿滑路面发生事故的概率。全世界第一条带花纹的汽车轮胎是德国大陆公司(马牌)在1904年生产出来的,主要有横纹和竖纹两种。

德国大陆公司(马牌)首创花纹轮胎  图片来源:德国大陆公司官网

目前轮胎上的花纹根据使用场景不断迭代更新,组成部分也形成体系。目前轮胎花纹由花纹沟、花纹块及节距组成,这三个因素可以进行更多种的排列组合,设计出各类轮胎花纹。轮胎花纹沟槽窄小可以保证排水性与抓地力,轮胎花纹沟槽宽而深则可以有效吸收石子,比较适合越野车辆使用。花纹节距是同一侧相邻两花纹块前端之间的距离,节距长度相同的称为单节距花纹,长度不一的则称为变节距花纹,花纹节距主要影响胎噪的程度。

各种轮胎花纹 图片来源:VCG

另外,轮胎根据花纹分布的不同,又可分为纵向花纹轮胎、横沟花纹轮胎 、不对称花纹轮胎、复合花纹轮胎。纵向花纹操控性较好,便于行驶中排水,适宜在多雨的地区使用。横沟花纹耐磨性和摩擦力更强,一般适合需要强大推力的工程及农业车辆使用。不对称花纹,胎面内外侧花纹形状不同,各有作用从而适合高性能车辆使用。复合花纹轮胎兼备纵向和横沟花纹的优点,适合大众车辆使用。

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