ПНЕВМАТИЧЕСКАЯ ШИНА Российский патент 2001 года по МПК B60C9/18 

Изобретение касается пневматической шины с арматурой каркаса радиального типа, прикрепленной в каждом борту к по меньшей мере одному бортовому кольцу, содержащей арматуру брекерного пояса, образованную по меньшей мере двумя так называемыми рабочими слоями, наложенными друг на друга и образованными в каждом слое параллельными между собой нитями металлического или текстильного корда и перекрещивающимися при переходе от одного слоя этого корда к другому, образуя с окружным направлением данной пневматической шины углы, не превышающие 45^o по абсолютной величине.

Говоря более конкретно, предлагаемое изобретение касается грузовой пневматической шины, для которой отношение ее высоты H на ободе к ее максимальной ширине в осевом направлении S составляет не более 0,8, и предназначенной для использования на транспортных средствах средней или большой грузоподъемности типа грузовиков, автобусов, прицепов и т.п.

Широко известно использование в конструкции пневматических шин арматуры брекерного пояса, состоящей, с одной стороны, из так называемых рабочих слоев корда, образованных нитями или проволоками, располагающимися под некоторым углом к окружному направлению, а с другой стороны, некоторыми дополнительными слоями, образованными кордом, ориентированным строго в окружном направлении данной пневматической шины. Такой пример конструкции пневматической шины описан в патенте США US 3677319, при этом рабочие слои брекерного пояса образованы металлическими элементами, ориентированными по отношению к окружному направлению под углом, величина которого заключена в диапазоне от 18 до 75^o, тогда как упомянутые дополнительные слои образованы текстильным кордом, ориентированным строго в упомянутом окружном направлении. Такая архитектура пневматической шины позволяет совместить противоречивые свойства, которые должна обеспечивать легковая шина повышенной проходимости: хорошее поведение автомобиля на дороге и комфорт для пассажиров, стойкость к износу и прочность протектора и т.п. Упомянутые дополнительные слои текстильного корда могут располагаться либо под, либо на, либо между слоями металлического корда, причем ширина текстильного участка корда заключена в диапазоне от 25 до 75% от ширины конструкции, образованной металлическим кордом.

В патенте Франции FR 2419185 указано, что тип пневматической шины, о котором идет речь, с относительно небольшой величиной отношения H/S, хотя и имеет многочисленные преимущества, обладает, тем не менее, и некоторыми недостатками. К этим недостаткам можно отнести, например, недостаточное сцепление брекера с экваториальной зоной протектора данной шины, связанное с сокращением поверхности контакта в продольном направлении пневматической шины. Для того, чтобы устранить упомянутые выше недостатки, обусловленные созданием предварительного напряжения концевых зон кордных слоев брекерного пояса и, следовательно, сдвигами между кордными слоями, упомянутый патент Франции предлагает располагать между арматурой каркаса и внутренним в радиальном направлении слоем корда брекерного пояса в двух различных зонах, и на некотором расстоянии от экваториальной плоскости, два блока-ограничителя, каждый из которых образован двумя наложенными друг на друга слоями нерастяжимого корда, перекрещенного от одного слоя к другому, образуя с окружным направлением противоположные по знаку углы, не превышающие по абсолютной величине половину наименьшего угла, используемого в рабочих слоях брекерного пояса и отличные от 0^o. Если предложенное в данном патенте техническое решение позволяет дополнительно повысить срок службы данной пневматической шины и устойчивость к разделению между слоями брекерного пояса на уровне их концов, а также добиться того, чтобы кордные слои ограничительных блоков не были подвержены такому разделению, то это же техническое решение способствует слишком большому окружному сжатию, приводящему к опасности сжатия корда рабочих слоев при движении транспортного средства при спущенной пневматической шине.

Имея в виду улучшить характеристики износа пневматической шины с относительно небольшим значением отношениия H/S, а также стойкость к отделению кордных слоев брекерного пояса, патент США US 4934429 описывает, в отличие от предыдущих документов, использование металлического нерастяжимого корда, угол отклонения которого от окружного направления может быть нулевым, в дополнительной арматуре, состоящей по меньшей мере из одного слоя из двух частей, располагающихся по одну и по другую стороны от экваториальной плоскости данной пневматической шины, причем растяжимость используемого в данном случае корда выбирается в функции желаемых величин модулей растяжения соответственно для одного или нескольких слоев усиления и слоев брекерного пояса.

В случае использования пневматических шин описанных выше типов, например, на тяжелых низкорасположенных прицепах большой грузоподъемности, у которых центр тяжести обычно понижен по сравнению с центром тяжести обычных грузовиков и/или тягачей и где пневматические шины работают при значительной степени изгиба, использование дополнительных усиливающих слоев окружного упругого корда или использование блоков-ограничителей из корда, располагающегося под углом к окружному направлению, не позволяет обеспечить наилучший компромисс между, с одной стороны, стойкостью или сроком службы арматуры брекерного пояса, а с другой стороны, износом беговой дорожки протектора пневматической шины, причем упомянутая стойкость арматуры брекерного пояса может относиться к расслоению брекера и/или к разрыву корда в результате сжатия.

Пневматическая шина в соответствии с предлагаемым изобретением, имеющая арматуру каркаса радиального типа, над которой в радиальном направлении располагается арматура брекерного пояса, содержащая по меньшей мере два рабочих слоя нерастяжимого металлического корда, перекрещивающегося в одном слое по отношению к корду другого слоя и образующего с окружным направлением углы в диапазоне от 10 до 45^o, и два блока-ограничителя, каждый из которых состоит из по меньшей мере одного слоя металлического корда, ориентированного по отношению к окружному направлению под углом, лежащим в диапазоне от 0 до 10^o, причем упомянутые блоки располагаются в двух различных зонах по одну и по другую стороны от экваториальной плоскости и радиально между арматурой каркаса и рабочим слоем брекерного пояса, самым наружным в радиальном направлении, отличается тем, что два блока-ограничителя объединены в осевом направлении дополнительной арматурой, состоящей из по меньшей мере одного слоя текстильного или металлического корда, ориентированного в окружном направлении, центрированного на экваториальной плоскости и прочность на растяжение которого на единицу ширины, измеренная в направлении кордных нитей, составляет в области функционирования пневматической шины не более половины прочности на растяжение наиболее растяжимого слоя блоков-ограничителей, измеренной в тех же условиях.

В данном случае под текстильных кордом следует понимать любой корд, изготовленный на основе волокон синтетических материалов, таких, например, как искусственный шелк, алифатический и/или ароматический полиамид, полиэфиры. Металлический корд обычно изготавливается из стали.

Прочность на растяжение слоя корда представляет собой отношение усилия растяжения, действующего в направлении кордных нитей на единицу ширины и необходимого для получения заданного относительного удлинения, к упомянутому удлинению.

Для того, чтобы уменьшить напряжение, которому подвергаются металлические блоки-ограничители, и ограничить таким образом опасность разрушения в результате растяжения используемых в данном случае кордных нитей, предпочтительно располагать снаружи от каждого блока-ограничителя в осевом направлении дополнительную боковую арматуру, также состоящую из по меньшей мере одного слоя текстильного или металлического корда, отвечающего тем же условиям прочности на растяжение, что и центральная дополнительная арматура, и осевая ширина которого такова, чтобы ее наружный в осевом направлении конец располагался внутри в осевом направлении по отношению к наружному в осевом направлении концу наиболее широкого рабочего слоя брекерного пояса.

В предпочтительном варианте реализации предлагаемого изобретения в сочетании с наличием упомянутой дополнительной арматуры или в отсутствие такой арматуры толщина вулканизированной каучуковой смеси, измеренная в радиальном направлении между совокупностью наружных в радиальном направлении образующих кордных нитей самого наружного в радиальном направлении слоя блока-ограничителя и совокупностью образующих кордных нитей слоя рабочего корда брекерного пояса, располагающегося радиально над этим блоком-ограничителем, по меньшей мере равна сумме радиусов поперечных сечений соответствующих кордных нитей двух упомянутых выше слоев и в любом случае по меньшей мере равна 1,1 мм.

Независимо от того, будет ли каждый блок-ограничитель получен укладкой одного или двух предварительно изготовленных слоев корда на арматуру каркаса или путем намотки кордной нити на упомянутую арматуру каркаса, ширина в осевом направлении каждого такого блока будет в предпочтительном варианте реализации заключена между величинами M_B и m_B, где величина M_B равна (0,4 - 0,32 H_o/S_o)•S_o и величина M_B равна (0,2 - 0,16 H_o/S_o)•S_o, тогда как средние оси упомянутых блоков отстоят друг от друга в осевом направлении на расстоянии, величина которого заключена между величинами D_B и d_B, где D_B равна (0,8 - 0,64 H_o/S_o)•S_o и величина d_B равна (0,5 - 0,4 H_o/S_o•S_o, причем величина H_oS_o представляет собой коэффициент среднего волокна арматуры каркаса, то есть отношение высоты этого среднего волокна на ободе H_o к максимальной ширина в осевом направлении S_o. Такое расположение в осевом направлении позволяет обеспечить для металлического корда блоков-ограничителей более высокий коэффициент безопасности, причем этот коэффициент безопасности кордной нити представляет собой отношение усилия его разрушения или разрыва к максимальному усилию натяжения, прикладываемому к нему в процессе качения данной пневматической шины, что позволяет обеспечить наивысшую усталостную прочность при сохранении удовлетворительной стойкости к расслоению рабочих слоев брекерного пояса.

Было бы предпочтительно также для достижения оптимальной стойкости к сжатию корда арматуры брекерного пояса и, в частности, слоя брекерного пояса, наиболее близкого к арматуре каркаса данной пневматической шины, использовать для упомянутых рабочих слоев брекерного пояса углы разной величины, причем угол, который составляют нити корда рабочего слоя, ближайшего к арматуре каркаса, превышает тот угол, который составляет кордные нити второго рабочего слоя с окружным направлением. Кроме того, поперечный радиус кривизны беговой дорожки протектора в предпочтительном варианте реализации в 1,5 раза превышает ее радиус, измеренный в экваториальной плоскости, что улучшает характеристики стойкости арматуры брекерного пояса пневматической шины.

Другие характеристики и преимущества предлагаемого изобретения будут лучше поняты из приведенного ниже описания примера его практической реализации, не являющегося ограничительным, где даются ссылки на приведенные в приложении фигуры, среди которых:
Фиг. 1 представляет собой меридианальное сечение арматуры брекерного пояса пневматической шины, выполненной в соответствии с предлагаемым изобретением,
Фиг. 2 представляет собой схематический вид сверху компоновочной схемы брекерного пояса пневматической шины, выполненной в соответствии с предлагаемым изобретением.

Пневматическая шина P типа 215/75R 17,5 X имеет коэффициент формы H/S, равной 0,75. Упомянутая пневматическая шина содержит арматуру каркаса 1 радиального типа, закрепленную в каждом из бортов этой шины по меньшей мере на одном бортовом кольце, образуя оборот, и сформированную одним слоем металлического корда. Эта арматура каркаса 1 стянута снаружи арматурой брекерного пояса 3, образованной, если смотреть снаружи внутрь в радиальном направлении этой пневматической шины:
- наружным в радиальном направлении так называемым защитным слоем 33, образованным упругим металлическим кордом, то есть кордными нитями или проволоками, имеющими относительное удлинение не менее 0,3% при растягивающем усилии 1 даН и имеющими модуль Юнга систематически на уровне менее 130 GPA, причем упомянутые кордные нити ориентированы относительно окружного направления XX' под углом 18^o, и упомянутый слой центрирован на экваториальной плоскости XX' и имеет ширину в осевом направлении 120 мм;
- располагающимся ниже в радиальном направлении упомянутого слоя 33 вторым рабочим слоем брекерного пояса 32, образованным металлическим нерастяжимым кордом, то есть металлическими проволоками, имеющими величину относительного удлинения менее 0,3% при усилии растяжения 1 даН и имеющими модуль Юнга, превышающий во всех случаях 160 GPA для усилия растяжения в диапазоне от F_R/10 до F_R/1,2, где F_R представляет собой усилие разрыва упомянутой проволоки. Кордные проволоки этого слоя 32 ориентированы в том же направлении, что и кордные проволоки упомянутого выше слоя 33, и образуют с окружным направлением угол β, равный 18^o, причем этот рабочий слой 32 брекерного пояса пневматической шины имеет ширину 152 мм;
- первым рабочим слоем 31 брекерного пояса, образованным кордом, аналогичным корду, использованному в слое 32, но образующему с окружным направлением угол α, равный 26^o, и перекрещивающимся с кордом второго слоя 32, причем упомянутый слой 31 имеет ширину в осевом направлении 166 мм;
- и наконец, между первым рабочим слоем брекерного пояса 31 и арматурой каркаса, многокомпонентной арматурой 4, образованной, с одной стороны, двумя блоками-ограничителями 40, а с другой стороны, дополнительной центральной усилительной арматурой 41 и двумя боковыми дополнительными усилительными арматурами 42.

Каждый блок-ограничитель 40 образован в рассматриваемом случае одним слоем, полученным в результате наматывания нерастяжимой металлической проволоки (отвечающей тем же определениям относительного удлинения, что и корд рабочих слоев 31 и 32 брекерного пояса) до получения ширины M в осевом направлении, равной 27 мм для рассматриваемого размера пневматической шины. Расстояние в осевом направлении между нитями корда или шаг P_o является относительно малым (70 нитей на 1 дм ширины), поэтому угол намотки практически равен 0^o.

Что касается средних осей XX' блоков-ограничителей, то они отстоят друг от друга в осевом направлении на расстояние D, равное 63 мм, причем величины H_o и S_o равны соответственно для данной пневматической шины 168 мм и 221 мм.

Между внутренними в осевом направлении концами двух блоков-ограничителей 40 располагается первая центральная подкрепляющая арматура 41, образованная одним слоем, полученным путем намотки металлического стального корда, ориентированного практически точно в окружном направлении. Шаг намотки упомянутого металлического корда и характеристики относительного удлинения соответственно для блоков-ограничителей и для упомянутого дополнительного слоя выбираются такими, чтобы прочность на растяжение центрального дополнительного слоя была равна половине прочности на растяжение блока ограничителя в области функционирования данной пневматической шины.

Снаружи в осевом направлении от каждого наружного в осевом направлении конца каждого блока-ограничителя 40 располагается вторая дополнительная подкрепляющая арматура 42, образованная одним слоем, полученным также путем намотки, но текстильного корда из ароматического полиамида, причем упомянутая намотка продолжается вплоть до получения для упомянутой боковой подкрепляющей арматуры некоторой ширины L таким образом, чтобы наружный в осевом направлении конец этой боковой арматуры располагался в осевом направлении изнутри по отношению к наружному в осевом направлении концу рабочего слоя брекерного пояса, располагающегося в радиальном направлении ближе всех к арматуре каркаса и являющегося наиболее широким из этих слоев.

Изобретение относится к автомобильному транспорту. Пневматическая шина радиального типа содержит арматуру брекерного пояса, имеющую по меньшей мере два рабочих слоя брекерного пояса металлического нерастяжимого корда и два блока-ограничителя, каждый из которых образован по меньшей мере одним слоем металлического корда, ориентированного по отношению к окружному направлению под углом до 10°. Блоки-ограничители располагаются в двух различных зонах по одну и по другую стороны от экваториальной плоскости и в радиальном направлении между арматурой каркаса и внутренним в радиальном направлении слоем брекерного пояса. Два упомянутых блока-ограничителя соединены в осевом направлении дополнительной арматурой, состоящей из по меньшей мере одного слоя текстильного или металлического корда, ориентированного в окружном направлении, центрированного на экваториальной плоскости и прочность на растяжение которого составляет не более половины прочности на растяжение наиболее растяжимого слоя блоков ограничителей. В результате повышается стойкость и срок службы шины. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Пневматическая шина, содержащая арматуру каркаса (1) радиального типа, над которой в радиальном направлении располагается арматура (3) брекерного пояса, имеющая по меньшей мере два рабочих слоя (31,32) брекерного пояса из металлического нерастяжимого корда, перекрещенного от одного слоя к другому, образуя при этом по отношению к окружному направлению (XX') углы, лежащие в диапазоне около 10 - 45°, и два блока-ограничителя (40), каждый из которых образован по меньшей мере одним слоем металлического корда, ориентированного по отношению к окружному направлению (XX') под углом, величина которого равна до 10°, при этом упомянутые блоки-ограничители (40) располагаются на двух различных зонах по одну и по другую стороны от экваториальной плоскости (XX') и в радиальном направлении между арматурой каркаса (1) и тем рабочим слоем брекерного пояса, который в радиальном направлении является наружным, отличающаяся тем, что два упомянутых блока-ограничителя (40) соединены в осевом направлении при помощи дополнительной арматуры (41), образованной по меньшей мере одним слоем текстильного или металлического корда, ориентированного в окружном направлении, центрированного на экваториальной плоскости (XX') и прочность на растяжение которого на единицу ширины, измеренная в направлении кордных нитей, в области функционирования данной пневматической шины составляет не более половины прочности на растяжение наиболее растяжимого слоя блоков-ограничителей (40), измеренной в тех же условиях. 2. Пневматическая шина по п.1, отличающаяся тем, что боковая дополнительная арматура (42) располагается снаружи в осевом направлении от упомянутых блоков-ограничителей (40), при этом каждая боковая арматура (42) образована по меньшей мере одним слоем (42) ориентированного в окружном направлении текстильного или металлического корда, имеющим такую ширину, чтобы наружный в осевом направлении конец этого слоя располагался изнутри в осевом направлении по отношению к концу наиболее широкого в осевом направлении рабочего слоя брекерного пояса. 3. Пневматическая шина по п.2, отличающаяся тем, что кордные нити каждой боковой арматуры (42) имеют те же свойства, что и кордные нити центральной дополнительной арматуры (41). 4. Пневматическая шина по одному из пп.1 - 3, отличающаяся тем, что толщина вулканизированной каучуковой смеси, измеренная в радиальном направлении между совокупностью наружных в радиальном направлении образующих кордных нитей самого наружного в радиальном направлении слоя (40) блока-ограничителя (40) и совокупностью образующих кордных нитей рабочего слоя брекерного пояса, располагающегося в радиальном направлении над упомянутым блоком-ограничителем, имеет величину не менее суммы радиусов поперечных сечений соответственно кордных нитей двух упомянутых слоев и в любом случае не менее 1,1 мм. 5. Пневматическая шина по одному из пп.1 - 4, отличающаяся тем, что ширина М в осевом направлении каждого блока-ограничителя (40) заключена в диапазоне между величинами М_в и m_в, где величина М_в равна (0,4 - 0,32 H_o/S_o)S_o и величина m_в равна (0,2 - 0,16 H_o/S_o)S_o, тогда как средние оси XX' упомянутых блоков-ограничителей (40) будут отстоять друг от друга в осевом направлении на расстояние D, заключенное в диапазоне между величинами D_в и d_в, где величина D_в равна (0,8 - 0,64 H_o/S_o)S_o и величина d_в равна (0,5 - 0,4 H_o/S_o)S_o, при этом величина Н_o/S_o представляет собой коэффициент формы среднего волокна арматуры каркаса (1), где H_o - высота среднего волокна на ободе, а S_o - максимальная ширина его в осевом направлении.