ШИП ПРОТИВОСКОЛЬЖЕНИЯ ДЛЯ ШИН ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ Российский патент 2000 года по МПК B60C11/16 

Изобретение относится к автомобильной промышленности, а именно к средствам противоскольжения транспортных средств, которыми оснащаются протекторы шин для повышения их сцепления с опорной поверхностью, характеризующейся малым коэффициентом сцепления. Настоящее изобретение касается конструкции шипа противоскольжения для шин колес транспортных средств, эксплуатируемых в зимний период времени.

Шип противоскольжения для шин транспортного средства содержит корпус с развитыми опорными поверхностями для закрепления в резиновом слое грунтозацепа протектора шины. Внутри корпуса закреплена износостойкая твердая вставка, выступающая над корпусом на заданную высоту, которая выполняется из твердых сплавов или иного материала, обладающего повышенной твердостью и износостойкостью.

Износостойкость шипа обеспечивается твердым износостойким материалом его головной части (вставки), которая взаимодействует с дорожным покрытием, а также прочностью и износостойкостью корпуса, который также взаимодействует с дорожным покрытием и с резиной грунтозацепа автомашины. Причем для обеспечения равномерного износа шипа и автошины в течение всего срока эксплуатации твердость головной части шипа определяется его материалом, конструктивными элементами и геометрическими размерами.

Особое внимание уделяется геометрическим размерам вставки. Как правило, на практике используются вставки либо цилиндрические, либо конические, представляющие собой правильные тела вращения. Цилиндрической формы вставки наиболее простые в изготовлении, но требуют специальных мер по их закреплению в теле корпуса шипа противоскольжения. Использование конических вставок, являющихся телами вращения с малым углом конусности, позволяет получить шип противоскольжения с самозакрепляющейся головной частью. Это обусловлено тем, что при внешней нагрузке на вставку со стороны дорожного покрытия в результате эффекта малой конусности происходит самозатягивание вставки в отверстие металлического корпуса. Вставка при этом вставляется в полость отверстия корпуса шипа своей вершиной, а основание выступает над корпусом и предназначено для взаимодействия с дорожным полотном. В случае выполнения корпуса из полимерного материала или пластмассы, которые обладают недостаточными прочностными свойствами, коническая вставка плохо удерживается, так как в таком корпусе гнездо для вставки быстро разбивается. При этом теряется силовое взаимодействие поверхности вставки с стенками отверстия корпуса и шип уже не удерживается за счет трения.

По форме известные вставки представляют собой симметричные тела вращения с неограниченным количеством плоскостей симметрии, проходящих через продольную ось вставки. Примером исполнения может являться известная вставка из твердого материала для шипа противоскольжения, имеющая продолговатую форму с разной площадью сечения вершины и основания (см. GB, з. N 1269520, B 60 C 11/16, опубл. 1972). Такое исполнение обусловлено прежде всего технологичностью их изготовления и технологией процесса ошиповки самой пневматической шины. Отсутствие необходимости использования механизма ориентации шипов при их подаче из накопителя в отверстие в грунтозацепе шины существенно сокращает время на ошиповку шины.

В тех случаях, когда в динамике движения транспортного средства преобладают частые и резкие разгоны и торможения (например, езда автомобиля в городских условиях), желательно использовать шипы противоскольжения, обеспечивающие максимальное сцепление шины в дорожным покрытием именно в продольном направлении (в окружном направлении беговой дорожки пневматической шины), а в условиях частых крутых поворотов и бокового поперечного скольжения предпочтительно, чтобы шипы противоскольжения обеспечивали повышенное сцепление шины в поперечном направлении (в меридиональном направлении шины). Однако традиционно используемые шипы противоскольжения, имеющие в виде износостойких вставок тела вращения, образованные равноудалено расположенной образующей внешней поверхности, обеспечивают равные сцепные свойства шины с дорожным покрытием как при продольном перемещении, так и при поперечном перемещении шины. Это обусловлено тем, что в пятне контакта всегда расположено ограниченное количество шипов противоскольжения, а именно форма сечения вставок формирует сцепной эффект.

Для транспортных средств, условия работы пневматических шин которых сочетают в одинаковой степени как продольное перемещение, так и поперечное или боковое, желательно получение повышенных сцепных качеств шины с дорожным полотном именно в этих направлениях. При использовании традиционных шипов противоскольжения, вставки которых выполнены в виде цилиндров или цилиндрических конусов, сцепление обеспечивается взаимодействием точечной кромки вставки при входе в контакт и только потом всей площадью вершины вставки. Условия входа вставки в контакт с дорожным покрытием формируют возможность зацепления с этим дорожным полотном. И если при входе в контакт шип не зацепился за поверхность, то в последующем он не участвует в полной мере в работе шины по повышению сцепления пневматической шины с дорожным полотном. В связи с этим целесообразно предусмотреть возможность увеличения площади зоны первичного контакта вставки с дорожным полотном.

Одним из примеров создания износостойкой вставки, и соответственно шипа противоскольжения, которые обеспечивали бы неодинаковые сцепные свойства пневматической шины с дорожным покрытием можно рассматривать решение по в SU, авт. св. N 495218, B 60 C 11/14, опубл. 1976 г. В этом охранном документе вставка шипа противоскольжения выполнена в виде цилиндра с эллипсом в основании и вершине. Данную вставку можно рассматривать как фигуру или тело, имеющее ограниченное количество плоскостей симметрии.

Однако выполнение вставки в виде цилиндра привело к затруднению в решении задачи по закреплению вставки в корпусе шипа.

Использование клея или прессовой посадки не дало требуемых результатов, так как из-за динамического взаимодействия вставки с дорожным покрытием вставка разбивала посадочное отверстие и выпадала. Полученный шип противоскольжения имел малый срок службы. С другой стороны, данная вставка так же предусматривает точечный вход в контакт.

Однако одного исполнения вставки в виде продолговатого тела с сечением в виде геометрической фигуры, имеющей ограниченное количество плоскостей симметрии, недостаточно для того, чтобы достичь ориентированного положения шипа в протекторе шины. Как правило, для шипов используются корпуса, внешняя поверхность которых образована образующей тела вращения на равноудаленном радиусе. В результате получается шип противоскольжения, внешне не отличающийся от стандартного с цилиндрической или конической вставкой. Установить ориентировано такой шип противоскольжения в протектор шины можно только ручным трудом, а при использовании автомата все шипы устанавливаются с хаотичным ориентированием. Такая установка не позволяет получить в шине ярко выраженные направленные сцепные свойства.

Известен шип противоскольжения для шин грузового автомобиля, содержащий имеющий опорный фланец корпус, внутри которого закреплена выступающая на заданную высоту наружу износостойкая вставка из твердого материала, выполненная в виде тела продолговатой формы с ограниченным числом плоскостей симметрии в продольном направлении (см. DE, з. N 1202156, B 60 C 11/16, опубл. 1965).

Данная вставка представляет собой правильную призму с равнобедренным треугольником или квадратом в основании. В связи с этим данной вставке присущи все те недостатки, которые были описаны ранее. Кроме того, выполнение самого корпуса с выступами, похожими на элементы пространственной ориентации в продольном направлении самого корпуса, позволяет определить ориентацию вставки относительно корпуса (имеющиеся на корпусе продольные выступы соответствуют месту положения углов геометрической фигуры сечения вставки), но не дают представления об ориентации вставки относительно продольного окружного направления протектора пневматической шины. А выполненный круглым опорный фланец не участвует в процессе ориентированной установки шипа в шину. Этот фланец направлен на решение задачи по фиксации шипа в грунтозацепе. В связи с трудностями по решению задачи пространственной ориентации шипов в шине в данном патентном источнике предлагается использовать два типа вставок: в сечении квадрат или равнобедренный треугольник. При использовании таких сечений любая установка шипа приводит к тому, что он независимо от положения становится ориентированным по месту установки. В связи с этим указанные выступы на корпусе шипа не могут рассматриваться как элементы пространственной ориентации корпуса, так как эти выступы не участвуют в процессе ориентации шипа в протекторе шины.

Настоящее изобретение направлено на решение технической задачи по созданию шипа противоскольжения с вставками, обеспечивающими либо неодинаковые сцепные свойства по разным направлениям, либо повышенные одинаковые сцепные свойства по разным направлениям при обеспечении надежного ориентированного закрепления вставки в корпусе шипа и ориентированного закрепления шипа противоскольжения в протекторе пневматической шины. При этом решается задача по выполнению корпуса из неметаллических материалов и сплавов и удержанию вставки в таком корпусе. Достигаемый при этом технический результат заключается в улучшении эксплуатационных показателей самого шипа противоскольжения и устойчивости и проходимости транспортного средства, пневматические шины которого оснащены этими шипами противоскольжения.

Указанный технический результат достигается тем, что в шипе противоскольжения для шин транспортных средств, содержащем имеющий опорный фланец корпус, внутри которого закреплена выступающая на заданную высоту наружу износостойкая вставка из твердого материала, выполненная в виде усеченного конуса, корпус выполнен из полимерного материала или материала на основе высокомолекулярных соединении, а вставка установлена в корпусе основанием с выводом вершины усеченного конуса наружу.

При этом в качестве материала для корпуса использованы волокнистые композиционные материалы или армированные пластики.

При этом вставка выполнена в виде тела с ограниченным числом плоскостей симметрии в продольном направлении, а корпус выполнен с элементами пространственной ориентации по продольной оси.

При этом в качестве элементов пространственной ориентации корпуса по продольной оси использован опорный фланец корпуса.

Указанные признаки являются существенными и взаимосвязаны между для получения требуемого технического результата.

Так, выполнение корпуса из неметаллического материала, например из любого вида полимера или пластмассы, позволит существенно снизить вес шипа противоскольжения. Это обусловлено еще и тем, что корпус шипа служит лишь для удержания вставки, которая взаимодействует с дорожным полотном, и удержания самого шипа в теле протектора.

Установка вставки в виде усеченного конуса основанием в корпусе позволяет с одной стороны решить проблему по фиксации вставки и исключению ее выпадания и одновременно позволит снизить динамические нагрузки на корпус, передаваемые через вставку от дорожного полотна.

Выполнение вставки в виде продолговатого тела, имеющего в сечении фигуру с ограниченным количеством плоскостей симметрии, позволяет создать из-за разницы площадей зон, вступающих в контакт с дорожным покрытием, условия для получения неодинаковых сцепных качеств. А выполнение вставки в виде тела с разными площадями основания и вершины позволяет обеспечить ее надежное удержание в корпусе шипа противоскольжения.

Выполнение вставки в виде тела, сечение которого сформировано правильными фигурами с четным количеством плоскостей симметрии позволяет получить вставку, обеспечивающую повышенные сцепные качества по разным направлениям.

Выполнение корпуса с элементами пространственной ориентации по продольной оси позволяет четко ориентировать шип противоскольжения по беговой дорожке протектора шины с тем, чтобы придать шине ярко выраженные по направлению ее перемещения сцепные свойства. При этом пространственная ориентация корпуса однозначно указывает и на положение вставки по ее граням в корпусе шипа.

На фиг. 1 - продольный разрез шипа противоскольжения, установленного в протекторе пневматической шины:
на фиг. 2 - вид сверху на шип противоскольжения по фиг. 1, первый пример исполнения:
на фиг. 3 - вид сверху на шип противоскольжения по фиг. 1, второй пример исполнения;
на фиг. 4 - первый пример исполнения сечения в виде треугольника;
на фиг. 5 - второй пример исполнения сечения в виде прямоугольника;
на фиг. 6 - третий пример исполнения сечения в виде эллипса;
на фиг. 7 - четвертый пример исполнения сечения в виде трапеции:
на фиг. 8 - пятый пример исполнения сечения в виде полукруга:
на фиг. 9 - шестой пример исполнения сечения в виде квадрата;
на фиг. 10 - седьмой пример исполнения сечения в виде квадрата с скошенными углами (восьмиугольник).

на фиг. 11 - вставка в виде вогнутого конуса, первое исполнение;
на фиг. 12 - вставка в виде вогнутого конуса, второе исполнение;
на фиг. 13 - вставка, часть тела которой выполнена в виде конуса;
на фиг. 14 - расположение шипов противоскольжения в протекторе, первый пример;
на фиг. 15 - расположение шипов противоскольжения в протекторе, второй пример;
на фиг. 16 - вид сверху на шип противоскольжения с элементом пространственной ориентации;
на фиг. 17 - сечение А-А по фиг. 16;
на фиг. 18 - пример закрепления вставки в корпусе клеевой композицией;
на фиг. 19 - пример закрепления вставки в корпусе посредством заглушки.

Шип противоскольжения для транспортного средства (фиг. 1-3) содержит корпус 1, выполненный с фланцевой опорной поверхностью 2, предназначенной для закрепления корпуса в отверстии грунтозацепа пневматической шины 3. Корпус выполнен с центральным отверстием 4, предназначенным для размещения и закрепления износостойкой вставки 5 из твердого материала (из специального сплава или керамики). Корпус 1 выполнен из полимерного материала или материала на основе высокомолекулярных соединений, полимера типа полиамида, волокнистого композиционного материала, армированного пластика или любого другого, пластмассы и т. д. Такое исполнение позволяет существенно снизить вес шипа. При этом современный уровень технологии в части формования изделий из полимеров или пластмасс позволяет корпусу шипа придать любую пространственную форму, в том числе и несимметричную. Существенным является то, что для изготовления корпуса применяются не металлы или их сплавы.

Износостойкая вставка 5 из твердого материала (фиг. 1) представляет собой тело продолговатой формы с разной площадью сечения в основании 6 и вершине 7. В общем случае вставка может представлять собой усеченный конус (пример исполнения показан на фиг. 1) с заданным углом конусности. Вставка установлена в корпусе шипа основанием в отверстии корпуса с выводом усеченной вершины наружу. В данном примере удержание вставки в корпусе может быть осуществлено термической осадкой головки корпуса в зоне выхода наружу усеченной вершины. При термической осадке материал корпуса приобретает пластичность и заполняет свободное пространство у вставки с последующим затвердеванием при остывании.

Естественно, что данный пример исполнения вставки по форме не является единственным. На фиг. 11, 12 и 13 показаны дополнительные возможные примеры исполнения. Вставка может быть выполнена в виде вогнутого конуса (фиг. 11, 12). В примере по фиг. 11 ее удержание в корпусе может быть обеспечено, например, обжатием стенок корпуса вокруг вставки. А по примеру по фиг. 12 удержание может быть выполнено по принципу удержания прямой конусной вставки, как это показано на фиг. 1. На фиг. 13 вставка выполнена в виде тела, скомбинированного из цилиндрической части 8 и конусной части 9.

Особенность предлагаемой вставки из твердого материала, выполненной с разными площадями сечений в основании и вершине, является форма ее сечения, которая определяет проявление сцепных качеств и их изменение по направлениям относительно места положения на беговой дорожке и режима работы пневматической шины.

Для получения неодинаковых по направлениям перемещения пневматической шины сцепных повышенных свойств сечение 10 должно представлять собой геометрическую фигуру с ограниченным количеством плоскостей симметрии. При использовании сечения в виде треугольника (фиг. 4) можно получить очень высокие сцепные качества в том направлении, в котором вставка будет обращена своим основанием 11 (линейный контакт), при сохранении обычных сцепных качеств со стороны вершины этого треугольника (точечный контакт). Тот же самый результат можно получить при использовании сечения в виде полукруга (фиг. 8). Различный линейный контакт по разным направлениям обеспечивается выполнением сечения 10 в виде прямоугольника (фиг. 5) или трапеции (фиг. 7). При выполнении сечения в виде эллипса (фиг. 6) можно получить точечный контакт при входе в любом из направлений взаимодействия, но обеспечить при этом большую площадь поверхностного контакта в том направлении, в котором эллипс ориентирован своей большей осью.

Естественно, что реально предусмотреть все условия и четко определить, что шип будет работать только в каком-то одном направлении, невозможно. В тех случая, когда в динамике движения транспортного средства преобладают частые резкие торможения (например, езда автомобиля в городских условиях), желательно, чтобы в пневматических шинах с шипами противоскольжения вставки были ориентированы контуром своего поперечного сечения так в направлении движения автомобиля, чтобы в взаимодействие с дорожной поверхностью вставка вступала по линии наибольшего контакта (фиг. 15). А когда дорога изобилует резкими крутыми поворотами, проходимыми на высоких скоростях, или имеются условия поперечного движения шины, желательно, чтобы вставки были ориентированы по линии максимального контакта в сторону возможного поперечного смещения пневматической шины (фиг. 14).

В некоторых случаях наиболее оптимальной ориентировкой поперечного сечения вставки шипа противоскольжения может быть какое-либо промежуточное положение между двумя описанными выше, то есть под углом к направлению движения автомобиля.

Кроме того, вставка может быть выполнена пустотелой при сохранении геометрической формы сечения, однако, в виду того, что кроме облегчения шипа по весу данный пример ничем не отличается от ранее рассмотренных, то он иллюстративно не приводится.

Закрепление вставки в корпусе может быть осуществлено вводом клеевой композиции 12 в пространство между корпусом (фиг. 18) и уменьшающейся в сечении поверхностью вставки или использовать какие-либо иные средства, например заглушки 13 или пробки, закрепляемые клеем на корпусе (фиг. 19).

В том случае, когда необходимо создание повышенных сцепных качеств в разных направлениях за счет обеспечения линейного контакта, вставка может быть выполнена с сечением в виде квадрата (фиг. 9) или в виде квадрата с скошенными углами, являющегося восьмиугольником (фиг. 10). Вполне возможно получение сечения в виде шестиугольника или иной многогранной фигуры (не приводятся).

Кроме того, изобретение позволяет использовать корпус шипа противоскольжения для установки вставки как с специально спрофилированным по сечению отверстием 4 (фиг. 2, вид сверху), так и с отверстием круглого сечения (фиг. 3, традиционное исполнение корпуса), в котором вставка будет фиксироваться гранями.

Вставка может быть выполнена в виде правильной призматической фигуры с сечением по одному из указанных примеров. В этом случае предусматриваются специальные меры по закреплению вставки в корпусе шипа.

При использовании вставки в виде тела продолговатой формы с определенным сечением, например, имеющим углы и грани (стороны), важным является ее установка в корпусе и ее ориентация относительно корпуса с тем, чтобы при ошиповке шины созданы были однозначно видимые предпосылки по правильной ориентированной укладке шипов в протектор шины. В качестве элементов пространственной ориентации для шипа противоскольжения могут рассматриваться как специально выполненные по продольной оси корпуса выступы, грани и т.д., наличие и форма которых по отношению к форме самого корпуса или отдельных его частей однозначно указывает на положение вставки в самом корпусе. В качестве наиболее оптимального примера исполнения таких элементов пространственной ориентации можно рассматривать опорный фланец 2 корпуса 1 (см. фиг. 2). Выполнение опорного фланца с различными размерами по длине и ширине позволяет четко ориентировать при ошиповке протектора шины положение шипов противоскольжения по окружному направлению беговой дорожки (см. фиг. 14 и 15). Общим условием в случае использования фланца в качестве элемента пространственной ориентации можно считать выполнение фланца несимметричным по отношению к по крайней мере одной плоскости, проходящей через продольную ось шипа противоскольжения.

При этом при создании определенного шипа его конкретную вставку, имеющую в сечении определенную геометрическую фигуру, можно так же ориентировано относительно сторон фланца 2 установить в корпусе. Для вставок с геометрическими фигурами в сечении, имеющими разные по длине стороны и несимметричную композицию (например, в виде трапеции), можно при сохранении формы опорного фланца 2 по фиг. 2 одну из сторон выполнить длиннее другой в этом же направлении.

В качестве примера исполнения элементов пространственной ориентации можно рассмотреть снабжение корпуса шипа, имеющего кольцевой опорный фланец 2, одним ребром жесткости 14, направленным по длине шипа от открытого торца (где вставка выступает наружу) до фланца 2. Это ребро должно быть сформировано с той стороны вставки, которой шип противоскольжения должен ориентировано устанавливаться в протектор. Этот пример показан на фиг. 16 и 17.

Конструктивное исполнение шипа противоскольжения с вставкой по изобретению позволяет существенно снизить расход материала и вес шипа в целом, повысить сцепные качества и безопасность движения на участках дороги с малым коэффициентом сцепления.

Настоящее изобретение промышленно применимо. С технологической точки зрения усложнение конструкции практически отсутствует, так как при сохранении технологического процесса изготовления и оборудования перенастройке и изменению подвергаются настроечные параметры и только те узлы, которые участвуют в формировании сечения вставки и отверстия в корпусе шипа.

Шип противоскольжения содержит имеющий опорный фланец корпус, внутри которого закреплена выступающая на заданную высоту наружу износостойкая вставка из твердого материала. Вставка выполнена в виде усеченного конуса. Корпус выполнен из полимерного материала или материала на основе высокомолекулярных соединений и с элементами пространственной ориентации по продольной оси. Вставка установлена в корпусе своим основанием с выводом вершины усеченного конуса наружу и выполнена в виде тела с ограниченным числом плоскостей симметрии в продольном направлении. В качестве элементов пространственной ориентации корпуса по продольной оси использован опорный фланец корпуса, выполненный несимметричным по отношению к по крайней мере одной плоскости, проходящей через продольную ось шипа противоскольжения. В результате снижается вес шипа и достигаются неодинаковые сцепные качества шины по разным направлениям, что повышает устойчивость и проходимость транспортных средств. 1 з.п.ф-лы, 19 ил.

1. Шип противоскольжения для шин транспортных средств, содержащий имеющий опорный фланец корпус, внутри которого закреплена выступающая на заданную высоту наружу износостойкая вставка из твердого материала, выполненная в виде усеченного конуса, отличающийся тем, что корпус выполнен из полимерного материала или материала на основе высокомолекулярных соединений и с элементами пространственной ориентации по продольной оси, а вставка установлена в корпусе своим основанием с выводом вершины усеченного конуса наружу и выполнена в виде тела с ограниченным числом плоскостей симметрии в продольном направлении, при этом в качестве элементов пространственной ориентации корпуса по продольной оси использован опорный фланец корпуса, выполненный несимметричным по отношению к по крайней мере одной плоскости, проходящей через продольную ось шипа противоскольжения. 2. Шип по п.1, отличающийся тем, что в качестве материала для корпуса использованы волокнистые композиционные материалы или армированные пластики.