КАРКАС ПОДУШЕЧНОГО СЛОЯ ДЛЯ РАДИАЛЬНОЙ АВТОМОБИЛЬНОЙ ШИНЫ Российский патент 2002 года по МПК B60C9/20 

Настоящее изобретение относится к автомобильным шинам с радиальным каркасом и, в частности - к защите их подушечного слоя.

Автомобильные шины, предназначенные для работы в тяжелых условиях, например, на каменистой почве или на дорогах при наличии режущих объектов, как правило, имеют подушечный слой, включающий набор рабочих слоев, и расположенный снаружи по радиусу набор защитных слоев. Рабочие слои служат для восприятия усилий, связанных с наличием давления в шине, и усилий, возникающих в процессе качения шины. Они включают по меньшей мере два расположенных один над другим слоя с уложенными в каждом из этих слоев параллельно друг другу волокнами, причем направления этих волокон скрещиваются, образуя с направлением основной окружности шины углы (α,β), составляющие от 10 до 45 град. Набор защитных слоев служит для защиты рабочих слоев от повреждений, связанных с ударами и проколами в процессе эксплуатации, и он состоит по меньшей мере из слоя с расположенными параллельно волокнами. Обычно эти волокна могут удлиняться вплоть до разрыва, причем больше, чем волокна, входящие в состав защищаемых рабочих слоев.

Для увеличения срока службы каркаса подушечного слоя такой шины в заявке WO 96/20095 предложена конструкция шины, включающая подушечный слой, две боковины и два борта, между которыми закреплен каркас, и каркас подушечного слоя. При этом каркас подушечного слоя включает расположенные в направлении по радиусу рабочие слои хотя бы с одним слоем параллельно расположенных и ориентированных вдоль окружности волокон, и набор защитных слоев с по меньшей мере одним слоем параллельно расположенных волокон с растяжением на разрыв, превышающим этот показатель для волокон рабочего слоя, расположенных вдоль окружности. В состав рабочих слоев в направлении по радиусу шины входят: сетка из скрещенных металлических нитей, ориентированных друг по отношению к другу под углом по меньшей мере 60 град., два рабочих слоя из нерастяжимых металлических нитей, ориентированных под углом от 10 до 45 град. , и упомянутый рабочий слой параллельных, идущих вдоль окружности волокон, расположенный между этими рабочими слоями. В этой шине волокна слоя в наборе защитных слоев ориентированы таким же образом, что и волокна прилегающего рабочего слоя из набора рабочих слоев.

Задачей настоящего изобретения является разработка новой структуры автомобильной шины, обеспечивающей существенное повышение долговечности каркаса подушечного слоя и, в частности, повышенную противоударную прочность, стойкость к проколам и химическую стойкость в процессе эксплуатации на покрытиях, где встречается щебень с острыми гранями.

В последующем тексте под термином "волокно" подразумевается однонитевое или многонитевое волокно, сплетение нитей, крученая пряжа или любой другой эквивалентный тип корда, и это остается в силе независимо от типа материала или его способа обработки, например, обработки поверхности материала, наличия оболочки или предварительной обработки поверхности для повышения сцепления с резиной.

Под термином "металлическая нерастяжимая нить" подразумевается нить, способная к относительному удлинению не более чем на 0,2% при силе воздействия, составляющей 10% от силы, приводящей к разрыву проволоки.

Под термином "упругая металлическая нить" подразумевается нить, способная к относительному удлинению более чем на 0,5%, при воздействии в пределах 10% от силы, приводящей к ее разрыву.

Под термином "волокно, ориентированное вдоль окружности" подразумевается волокно, расположенное практически параллельно направлению окружности автомобильной шины, то есть когда отклонение от этого направления в любую сторону не превышает 2,5 град. относительно нулевого угла.

Под термином "волокно, ориентированное по радиусу" понимают волокно, которое, в основном, находится в той же осевой плоскости или в той же плоскости, образующей с осевой плоскостью угол, не превышающий 10 град.

Согласно изобретению автомобильная шина включает подушечный слой, две боковины и два борта, между которыми закреплены каркас и каркас подушечного слоя. В состав каркаса подушечного слоя входят расположенные в направлении по радиусу наружу группы рабочих и защитных слоев. Рабочие слои включают по меньшей мере два расположенных один над другим слоя, образованных из параллельно ориентированных в каждом слое волокон, а при переходе из слоя в слой волокна как бы пересекаются и образуют с направлением окружности шины углы (α,β), составляющие от 10 до 45 град., кроме того, имеется слой с волокнами, параллельными окружности шины. Защитные слои включают по меньшей мере один слой из параллельно ориентированных волокон с растяжением на разрыв, превышающим эту характеристику для волокон рабочего слоя, где волокна расположены параллельно окружности. Эта шина характеризуется тем, что слой с волокнами, ориентированными параллельно окружности, входит в состав рабочих слоев и является там наружным по радиусу слоем, и тем, что параллельно расположенные волокна слоя в составе защитных слоев ориентированы вдоль окружности, а также тем, что слой с параллельными волокнами с ориентацией вдоль окружности из набора рабочих слоев имеет в осевом направлении меньшую ширину, чем ширина наименьшего по этому размеру слоя среди рабочих слоев, а также он уже, чем слой с волокнами с ориентацией вдоль окружности, входящий в состав защитных слоев.

Ориентация вдоль окружности защитного слоя и прилегающего слоя из набора рабочих слоев, а также то, что самый узкий слой из каркаса подушечного слоя представляет собой рабочий слой с волокнами, ориентированными параллельно окружности, все это позволяет согласно изобретению заметно увеличить сопротивление каркаса подушечного слоя шины к ударам, проколам и повысить ее химическую стойкость.

Желательно, чтобы соотношение удлинения при разрыве волокон слоя в наборе защитных слоев, когда эти волокна расположены по окружности, и удлинения волокон слоя с той же ориентацией, но из рабочего набора слоев, превышало бы 1,5. Это приводит в процессе нормального движения к ненапряженному состоянию волокон защитного слоя и обеспечивает максимальную эффективность при сопротивлении проколу.

Изобретение характеризуется тем, что ширина в осевом направлении слоя с волокнами, ориентированными вдоль окружности из набора слоев для защиты, заключена в пределах между шириной самого узкого и самого широкого из рабочих слоев.

Слой с ориентацией вдоль окружности в рабочем наборе может быть сформирован из упругих волокон, обладающих сложной характеристикой, описывающей связь нагрузки с относительным удлинением волокна, когда ее наклон мал при малых удлинениях и когда наклон возрастает и остается постоянным при заметных нагрузках. Этот слой также может быть изготовлен из волокон, которые расположены вдоль окружности, но они разрезаны так, что их длина заметно меньше длины окружности слоя. Но для эффективного восстановления усилий по окружности желательно, чтобы этот слой состоял из нерастяжимых металлических нитей.

Слой, входящий в состав защитных слоев, может изготавливаться из упругих металлических нитей или из синтетического волокна типа полиамида.

В дальнейшем изобретение поясняется нижеследующим описанием со ссылками на сопровождающие чертежи, на которых:
фиг. 1 изображает осевой разрез каркаса подушечного слоя, согласно изобретению;
фиг. 2 - вариант реализации каркаса подушечного слоя, согласно изобретению.

Автомобильная шина Р включает радиальный каркас 1 (фиг.1), состоящий из полиамидного волокна и закрепленный на каждом из бортов. Каркас 1 охвачен подушечным слоем 3, включающим набор рабочих слоев 31 и набор защитных слоев 32, которые расположены по отношению к рабочим слоям по радиусу снаружи.

Набор рабочих слоев формируется по радиусу, начиная с внутренних слоев, и состоит из первого рабочего слоя 311, состоящего из нерастяжимых металлических нитей, сориентированных по отношению к направлению окружности под углом α, равным в этом случае 22 град., второго рабочего слоя 312, состоящего из таких же как и в первом рабочем слое металлических нитей и образующих угол β относительно окружности, в направлении, противоположном углу α и также равном 22 град. (хотя эта величина может быть и отлична от 22 град.), и третьего рабочего слоя 313 из нерастяжимых металлических нитей, сориентированных вдоль окружности.

Набор защитных слоев 32 состоит из слоя упругих металлических нитей, сориентированных вдоль окружности.

Ширина в осевом направлении третьего рабочего слоя L313 меньше ширины первых двух рабочих слоев L311 и L312. А ширина в осевом направлении слоя из защитного набора L321 заключена в пределах значений ширины первых двух рабочих слоев L311 и L312.

Автомобильную шину согласно изобретению можно сравнить со стандартной шиной, выпускаемой промышленностью, в которой используется каркас подушечного слоя с набором рабочих слоев, включающих в себя слой с перекрещивающимися волокнами и два рабочих слоя с волокнами, расположенными под углом друг к другу, а также в шине имеется набор защитных слоев, включающий слой упругих металлических нитей, ориентированных в том же направлении, что и волокна прилегающего рабочего слоя.

Рабочее испытание на трассе, усыпанной щебнем подходящего размера с острыми режущими гранями, где испытуемые автомобильные шины смачивались солевым раствором за счет движения через соответствующий бассейн, показало высокую стойкость изображенной на фиг.1 шины согласно изобретению. Когда разрыв опытного образца шин был достигнут и был проведен детальный анализ износа, то было установлено, что шина согласно изобретению имела в два раза меньше проколов в протекторе и вплоть до защитных слоев, по сравнению с контрольным образцом.

Вследствие этого и вопреки возможным сомнениям монтаж на шине третьего рабочего слоя 313, образованного из волокон, ориентированных вдоль окружности, и расположенного непосредственно под защитным слоем 321, не приводит к росту для этого третьего слоя количества повреждений в виде проколов и порезов. Напротив, эти испытания демонстрируют, что каркас подушечного слоя согласно изобретению существенно повышает стойкость шины по сравнению с традиционными образцами.

На фиг. 2 в осевом разрезе представлен другой вариант реализации шины согласно изобретению. Протектор 4 этой шины имеет три кольцевые канавки 5. Как правило, эти канавки имеют зигзагообразную форму. В этом варианте шаг, то есть пространство между волокнами слоя 321' защитного набора 32' значительно меньше в зонах 6 под канавками, чем в других зонах шины. Как следствие, защита со стороны этого слоя 321' в зонах 6 под канавками 5 оказывается более эффективной, и это происходит в тех зонах, где риск прокола протектора максимален. Это позволяет согласовывать защитные функции с эксплуатационными требованиями без перерасхода металла в каркасе подушечного слоя и, следовательно, без увеличения массы шины.

Изготовление автомобильной шины согласно изобретению с успехом может быть реализовано на жесткой основе, определяющей форму ее внутренней полости. На этой основе в порядке, определяемом результирующим строением изделия, фиксируются все его составляющие, которые на заключительной стадии изготовления монтируются непосредственно, и в процессе изготовления не требуется никаких вспомогательных операций. На заключительной стадии автомобильная шина формуется и вулканизируется так, как это описано в патенте США 4 895 692.

Возможно формирование двух слоев 313 и 321 при использовании волокна в виде непрерывной нити и путем ее намотки с постоянным или переменным шагом. Отсутствие операций по подгонке имеет то преимущество, что позволяет использовать недеформируемую металлическую нить в качестве образующей рабочий слой 313 с ориентацией вдоль окружности.

Каркас подушечного слоя включает в себя расположенный по радиусу набор рабочих слоев с по меньшей мере одним слоем волокон, ориентированных вдоль окружности, и набор защитных слоев с по меньшей мере одним слоем параллельно расположенных волокон с удлинением на разрыв, превышающим эту характеристику для волокон, ориентированных вдоль окружности из набора рабочих слоев. В шине слой с параллельно расположенными вдоль окружности волокнами входит в состав набора рабочих слоев и расположен этот слой по радиусу снаружи, при этом параллельно уложенные волокна слоя из набора защитных слоев ориентированы вдоль окружности. В результате повышается долговечность шины. 7 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. Автомобильная шина, содержащая подушечный слой, две боковины и два борта, к которым прикреплен каркас, каркас подушечного слоя, который включает расположенные по радиусу наружу набор рабочих слоев и набор защитных слоев, причем набор рабочих слоев включает по меньшей мере два рабочих слоя, наложенных друг на друга и образованных параллельно расположенными в каждом слое волокнами, причем волокна двух слоев пересекаются друг с другом и образуют с направлением окружности шины углы (α,β), составляющие от 10 до 45 градусов, слой параллельно расположенных и ориентированных вдоль окружности волокон, при этом имеется набор защитных слоев, включающий по меньшей мере один слой параллельно расположенных волокон с предельным удлинением, превышающим эту характеристику для волокон в слое из рабочего набора, ориентированных вдоль окружности, отличающаяся тем, что указанный слой с параллельными волокнами, расположенными вдоль окружности, представляет собой самый внешний по радиусу слой из набора рабочих слоев, при этом параллельно расположенные волокна из указанного слоя в защитном наборе имеют ориентацию вдоль окружности, а упомянутый слой параллельно расположенных волокон с ориентацией вдоль окружности из набора рабочих слоев в осевом направлении имеет ширину, меньшую ширины самого узкого из рабочих слоев, и меньшую, чем ширина слоя с волокнами, ориентированными вдоль окружности, входящий в состав упомянутого защитного набора слоев. 2. Автомобильная шина по п.1, в которой отношение предельного удлинения на разрыв волокон из защитного слоя, где эти волокна ориентированы вдоль окружности, к удлинению волокон в слое из набора рабочих слоев, где они также ориентированы параллельно окружности, превышает 1,5. 3. Автомобильная шина по любому из пп.1 и 2, в которой упомянутый слой с волокнами, ориентированными вдоль окружности, из защитного набора имеет в осевом направлении ширину, промежуточную между шириной наиболее узкого и наиболее широкого слоя из набора рабочих слоев. 4. Автомобильная шина по любому из пп.1-3, в которой внешняя по радиусу поверхность имеет рисунок, включающий выступы, разделенные кольцевыми канавками, причем слой с волокнами, ориентированными вдоль окружности из набора защитных слоев, имеет переменный в осевом направлении шаг при максимальной плотности укладки по радиусу этих волокон под этими канавками. 5. Автомобильная шина по любому одному из пп.1-4, в которой волокна слоя при их расположении параллельно окружности из указанного набора рабочих слоев состоят из нерастяжимых металлических нитей. 6. Автомобильная шина по любому из пп.1-5, в которой волокна слоя при их расположении параллельно окружности из указанного набора защитных слоев состоят из упругих металлических нитей. 7. Автомобильная шина по одному из пп.1-5, в которой волокна слоя при их расположении параллельно окружности из указанного набора защитных слоев состоят из текстильных волокон. 8. Автомобильная шина по одному из пп.1-4, в которой волокна в указанных двух слоях при их ориентации вдоль окружности изготавливаются из полиамидного материала.