ПНЕВМАТИЧЕСКАЯ ШИНА С КОЭФФИЦИЕНТОМ ФОРМЫ H/S ≤ 0,6 Российский патент 2002 года по МПК B60C9/20 

Изобретение касается пневматической шины с радиальной арматурой каркаса, закрепленной в каждом борту за по меньшей мере одно бортовое кольцо и содержащей арматуру гребня, образованную по меньшей мере двумя так называемыми рабочими слоями, наложенными друг на друга и сформированными из кордных нитей или проволок, параллельных между собой в каждом слое и перекрещивающихся от одного слоя к другому, образуя с окружным направлением пневматической шины углы, не превышающие 40^o по абсолютной величине.

Более точно, изобретение касается пневматических шин для тяжелых грузовиков и другой тяжелой колесной техники, обладающих величиной отношения высоты на ободе Н к максимальной ширине в осевом направлении S, не превышающей 0,60, и предназначенных для использования на транспортных средствах большого или среднего тоннажа, например на грузовых автомобилях, автобусах, автомобильных прицепах и т.п.

В настоящее время широко известно использование в пневматической шине арматуры гребня, образованной так называемыми рабочими слоями, сформированными из кордных нитей, образующих с окружным направлением некоторый угол, и дополнительными слоями, сформированными из кордных нитей, ориентированных по существу в окружном направлении. Пример такой конструкции показан и описан в патенте США US 3677319, причем рабочие слои сформированы металлическими элементами, ориентированными под углами в диапазоне от 18^o до 75^o, тогда как дополнительные слои образованы текстильными кордными нитями, ориентированными под углом 0^o. Такое строение позволяет примирить противоречивые качества, которые должна обеспечивать пневматическая шина, т.е. устойчивость автомобиля на дороге и комфорт при движении, сопротивляемость износу и сопротивляемость качению. Упомянутые текстильные дополнительные слои могут быть расположены либо под слоями металлического корда, либо над ними, либо между этими слоями, причем ширина системы слоев текстильного корда имеет величину в диапазоне от 25% до 75% ширины металлической конструкции.

Патент Франции FR 2419185 уточняет, что пневматическая шина рассматриваемого типа с относительно небольшой величиной отношения H/S, хотя и обладает многочисленными преимуществами, тем не менее характеризуется целым рядом недостатков. К ним можно отнести, например, посредственное сцепление экваториальной зоны беговой дорожки протектора или локализацию высоких давлений в области краев этой беговой дорожки, связанных с уменьшением поверхности контакта в продольном направлении пневматической шины. Чтобы устранить указанные недостатки в патенте Франции, предлагается расположить между арматурой каркаса и внутренним в радиальном направлении рабочим слоем, в двух отстоящих друг от друга зонах экваториальной плоскости, два блока ограничителей, каждый из которых образован двумя наложенными друг на друга слоями нерастяжимых кордных нитей, перекрещивающихся от одного слоя к другому и образующих с окружным направлением противоположные углы, не превышающие по абсолютной величине половины наименьшего угла, используемого в рабочих слоях и отличного от 0^o.

Для повышения стойкости арматуры гребня пневматической шины для тяжелых транспортных средств с величиной коэффициента формы, не превышающей 0,6, не существует удовлетворительных технических решений и проблема стойкости, существующая для пневматической шины рассматриваемого типа, становится весьма острой, поскольку недостаток стойкости определяется недостаточной сопротивляемостью разделению между концами слоев гребня и недостаточной усталостной прочностью кордных нитей участка арматуры каркаса, меридианальный профиль которого располагается параллельно профилю арматуры гребня, а также недостаточной сопротивляемостью разделению между арматурой каркаса и арматурой гребня.

Для повышения стойкости в заявке WO 96/20095 описана арматура гребня, содержащая по меньшей мере два рабочих слоя гребня из нерастяжимых кордных нитей, перекрещенных от одного слоя к другому и образующих с окружным направлением углы в диапазоне от 10^o до 45^o, причем упомянутые слои имеют ширину, не превышающую 80% от максимальной осевой ширины SO арматуры каркаса. Предложенное техническое решение отличается тем, что между арматурой каркаса и рабочим слоем, наиболее близким в радиальном направлении к оси вращения, располагается сплошной в осевом направлении слой, сформированный нерастяжимыми металлическими кордными нитями, образующими с окружным направлением угол, по меньшей мере равный 60^o, осевая ширина которого по меньшей мере равна осевой ширине наиболее короткого рабочего слоя гребня, при этом между двумя рабочими слоями гребня располагается дополнительный слой, сформированный металлическими элементами, ориентированными по существу параллельно окружному направлению, причем осевая ширина упомянутого слоя по меньшей мере равна 0,7 SO и величина модуля упругости на растяжение не превышает величины того же модуля для наиболее растяжимого рабочего слоя.

Несмотря на реализованный прогресс, такая пневматическая шина с коэффициентом формы H/S, не превышающим 0,45 (где Н представляет собой высоту пневматической шины на предназначенном для нее эксплуатационном ободе, a S представляет собой ее максимальную осевую ширину), и предназначенная для замены системы из двух спаренных пневматических шин на ведущей оси, должна быть усовершенствована с точки зрения общей стойкости. В частности, пневматическая шина должна быть усовершенствована в том, что касается сопротивляемости разделению между арматурой каркаса и арматурой гребня, а также усталостной прочности кордных нитей дополнительного слоя, ориентированных в окружном направлении.

Было бы логичным предположить, что модификация структуры должна касаться двух зон, где располагаются концы слоя кордных нитей, ориентированных под углом, по меньшей мере равным 60^o, и концы рабочего слоя, и что возможное техническое решение, способное разрешить существующую двойную проблему, будет состоять в увеличении ширины слоя с окружными кордными нитями.

Однако неожиданно было обнаружено, что если действительно оказывается необходимым увеличить число окружных кордных нитей, это увеличение не должно осуществляться путем расширения слоя окружных кордных нитей, а должно быть выполнено путем добавления второго дополнительного слоя окружных кордных нитей малой осевой ширины, расположенного в радиальном направлении над вторым рабочим слоем, то есть в продолжение, соответственно с каждой стороны от арматуры гребня, наиболее наружного в радиальном направлении слоя эластичных кордных нитей, или так называемого защитного слоя, и покрывающего концы слоя окружных кордных нитей.

Таким образом, пневматическая шина в соответствии с предлагаемым изобретением содержит радиальную арматуру каркаса, поверх которой располагается арматура гребня, содержащая по меньшей мере два рабочих слоя гребня из нерастяжимых кордных нитей, перекрещивающихся от одного слоя к другому и образующих с окружным направлением углы в диапазоне от 10^o до 45^o, и упомянутые слои имеют ширину, составляющую по меньшей мере 80% максимальной осевой ширины SO арматуры каркаса, причем между арматурой каркаса и наиболее близким в радиальном направлении к оси вращения рабочим слоем расположен сплошной в осевом направлении слой, сформированный нерастяжимыми металлическими кордными нитями, образующими с окружным направлением угол, по меньшей мере равный 60^o, осевая ширина которого по меньшей мере равна осевой ширине наиболее короткого рабочего слоя гребня, а между двумя слоями гребня располагается первый дополнительный слой, сформированный металлическими элементами, ориентированными по существу параллельно окружному направлению, причем осевая ширина упомянутого слоя по меньшей мере равна 0,7 SO и величина его модуля упругости на растяжение не превышает величины того же модуля для наиболее растяжимого рабочего слоя.

Пневматическая шина согласно изобретению отличается тем, что в радиальном направлении поверх наиболее наружного в радиальном направлении рабочего слоя гребня и с каждой стороны пневматической шины располагается второй дополнительный слой, сформированный металлическими элементами, ориентированными по существу параллельно окружному направлению, имеющий небольшую ширину и выполненный таким образом, что он покрывает в радиальном направлении конец первого дополнительного слоя окружных кордных нитей, расположенного между двумя рабочими слоями.

Под выражением "нерастяжимая кордная нить" следует понимать кордную нить, изготовленную, например, из стали, которая имеет относительное удлинение менее 0,2% при приложении 10% разрушающей нагрузки.

Кордные нити или проволоки, ориентированные по существу параллельно окружному направлению, представляют собой нити или проволоки, которые образуют с упомянутым направлением углы в диапазоне от +2,5^o до -2,5^o.

Модуль упругости при растяжении слоя кордных нитей представляет собой растягивающее напряжение, действующее в направлении кордных нитей и необходимое для того, чтобы обеспечить заданное относительное удлинение ε, причем модуль представляет собой касательный модуль. Под модулем упругости дополнительного слоя, не превышающим того же модуля для наиболее растяжимого рабочего слоя, следует понимать, что касательный модуль дополнительного слоя при любом относительном удлинении не превышает касательного модуля наиболее растяжимого рабочего слоя при любом относительном удлинении, причем наиболее растяжимый слой представляет собой слой, который для каждой величины растягивающего напряжения имеет относительное удлинение, превышающее относительное удлинение другого слоя при воздействии того же растягивающего напряжения.

Предпочтительно модуль упругости второго дополнительного слоя равен модулю упругости первого дополнительного слоя, имеет малую величину относительного удлинения в диапазоне от 0% до 0,4% и не превышает наиболее высокое значение модуля упругости на растяжение для наиболее растяжимого рабочего слоя при относительных удлинениях, превышающих 0,4%.

В описанных выше рамках упомянутые дополнительные слои могут быть сформированы так называемыми эластичными кордными нитями, представляющими кривую растягивающего напряжения в функции относительного удлинения, имеющую небольшие наклоны для малых относительных удлинений и по существу постоянный и достаточно большой наклон для более высоких значений относительного удлинения. Эти дополнительные слои также могут быть сформированы кордными нитями, ориентированными в окружном направлении и разрезанными таким образом, чтобы сформировать отрезки, длина которых значительно меньше окружности наименее длинного слоя, но в предпочтительном варианте реализации превышает 0,1 длины упомянутой окружности, причем концы этих отрезков смещены друг относительно друга в осевом направлении. Такой способ реализации позволяет достаточно простым образом придать дополнительным слоям любое заданное значение модуля упругости.

Второй дополнительный слой имеет ширину, центрированную на конце первого дополнительного слоя таким образом, чтобы его собственные концы были удалены в осевом направлении от конца первого дополнительного слоя по меньшей мере на 10 мм, причем небольшая ширина этого слоя имеет величину в диапазоне от 15 до 50 мм.

В предпочтительном варианте реализации второй дополнительный слой продолжает в осевом направлении наиболее наружный в радиальном направлении так называемый защитный слой и сформирован эластичными кордными нитями, образующими с окружным направлением угол того же направления и по существу той же величины, что и угол подлежащего рабочего слоя, причем продолжение осуществляется при наличии между внутренним в осевом направлении концом дополнительного слоя и наружным в осевом направлении концом слоя эластичных кордных нитей интервала небольшой ширины, не превышающей 5 мм.

Другие характеристики и преимущества предлагаемого изобретения будут лучше поняты из приведенного ниже описания со ссылками на сопровождающие чертежи, на которых:
фиг. 1 изображает меридианальный разрез арматуры гребня пневматической шины согласно изобретению;
фиг. 2 - внутреннюю конструкцию арматуры гребня пневматической шины (вид сверху) согласно изобретению.

Пневматическая шина Р типоразмера 495/45 R 22,5 X имеет коэффициент формы H/S, равный 0,45, причем Н - высота пневматической шины Р на предназначенном для нее монтажном ободе и S - максимальная осевая ширина пневматической шины. Пневматическая шина Р содержит радиальную арматуру каркаса (1), закрепленную в каждом борту на по меньшей мере одном бортовом кольце, образуя оборот, и сформированную единственным слоем металлических кордных нитей. Арматура каркаса (1) стянута по окружности арматурой гребня (3), сформированной в радиальном направлении изнутри наружу:
первым слоем (31) нерастяжимых металлических кордных нитей, ориентированных по отношению к окружному направлению под углом δ, равным 65^o. Функция слоя состоит в том, чтобы воспринимать большую часть усилий осевого сжатия, которым может подвергнуться арматура радиального каркаса (1);
первым рабочим слоем (32), сформированным из нерастяжимых металлических кордных нитей, ориентированных под углом α, имеющего в данном случае величину 18^o, и располагающихся в радиальном направлении поверх и покрывающих предыдущий так называемый триангулярный слой;
первым дополнительным слоем (33), располагающимся поверх первого рабочего слоя (32) и сформированным из нерастяжимых металлических элементов, окружная длина которых по существу равна 1/6 части окружной длины слоя (32), причем упомянутые элементы ориентированы под углом 0^o;
вторым рабочим слоем (34), сформированным из металлических кордных нитей, идентичных кордным нитям первого рабочего слоя (32) и образующих с окружным направлением угол β, противоположный углу α и в рассматриваемом здесь случае равный ему по абсолютной величине, составляющей 18^o (но величина этого угла β может отличаться от величины упомянутого угла α);
последним слоем так называемых эластичных кордных нитей, ориентированных по отношению к окружному направлению под углом γ того же направления, что и угол β, и равного этому углу β, но в некоторых случаях отличающегося по величине от упомянутого угла, причем этот слой представляет собой защитный слой;
и, наконец, вторым дополнительным слоем (36) с каждой стороны данной пневматической шины, сформированным нерастяжимыми металлическими элементами, длина которых в окружном направлении по существу равна 1/6 части окружной длины слоя (33), причем упомянутые элементы ориентированы под углом 0^o, то есть представляют собой элементы, идентичные элементам первого дополнительного слоя (33).

Осевая ширина L32 первого рабочего слоя (32) составляет 0,87 от максимальной осевой ширины SO среднего слоя арматуры каркаса (1) или 416 мм, что для пневматической шины обычной формы представляет собой величину, меньшую ширины L1 беговой дорожки протектора, которая составляет в рассматриваемом варианте 430 мм.

Осевая ширина L34 второго рабочего слоя (34) составляет 0,8 от максимальной осевой ширины SO или 400 мм.

Триангулярный слой (31) имеет осевую ширину L31, равную среднему арифметическому из значений ширины двух рабочих слоев (32) и (34), что в данном случае составляет 408 мм.

Что касается осевой ширины L33 дополнительного слоя (33), по меньшей мере равной 0,7 SO, то она в данном случае составляет 350 мм, что эквивалентно 0,73 SO. Действительно, ширина L33 дополнительного слоя (33) меньше ширины L32 (или L34) наименее широкого рабочего слоя, но не намного меньше упомянутой ширины таким образом, чтобы эффективно содействовать уменьшению температуры функционирования пневматической шины в непосредственной близости от концов рабочих слоев гребня, которые представляют собой зоны, наиболее подверженные нагреву и разделению слоев.

Последний слой гребня (35), так называемый защитный слой, имеет ширину L35, несколько меньшую, чем предыдущие значения ширины упомянутых выше слоев, или 320 мм.

Что касается ширины L36 слоя (36), то она в рассматриваемом варианте реализации имеет величину 25 мм и такова, что ее окружная ось симметрии располагается в радиальном направлении поверх конца первого дополнительного слоя (33). Интервал между внутренним в осевом направлении концом слоя (36) и концом так называемого защитного слоя (35) составляет в данном случае 2,5 мм.

Модуль упругости при растяжении для рабочего слоя (32) или рабочего слоя (34), идентичных в рассматриваемом случае, поскольку они сформированы одними и теми же стянутыми нерастяжимыми металлическими элементами 27.23 сплошными на всей ширине данного слоя, причем упомянутые кордные нити располагаются с одним и тем же шагом, то есть с одним и тем же расстоянием между кордными нитями, составляет 5300 даН/мм² при относительном удлинении 0,4%. Модуль упругости при растяжении, измеренный в тех же условиях для так называемого триангулярного слоя (31), сформированного стянутыми металлическими кордными нитями 9,23, составляет 6925 даН/м². Что касается двух дополнительных слоев (33) и (36), они сформированы стянутыми металлическими кордными нитями 27,23, разрезанными таким образом, чтобы иметь участки кордных нитей, окружная длина которых составляет 1/6 окружной длины первого наименее длинного слоя (33), что придает двум этим слоям общий касательный модуль упругости при растяжении, составляющий 3310 даН/мм² для относительного удлинения порядка 0,4%.

Дополнительные слои (33) и (36) также могут быть сформированы так называемыми двухмодульными эластичными кордными нитями, то есть кордными нитями, имеющими относительное удлинение при разрыве, превышающее 2,5%, и кривые, характеризующие зависимость относительного удлинения от растягивающего усилия, представляющие две части с существенно различными наклонами, типа кривой (17), показанной на фиг.2 патента Франции FR 1188486. Поскольку пониженная эластичность слоев (33) и (36) является полезной только в процессе формования данной пневматической шины в вулканизационной форме, кордная нить, представляющая малый модуль упругости в исходном состоянии при относительном удлинении порядка 0,4% и модуль упругости, например, превышающий 14000 даН/мм², для более высоких значений относительного удлинения, позволяет легко получить слои кордных нитей, ориентированных по существу под углом 0^o, имеющие при относительном удлинении, превышающем 0,4%, модуль упругости порядка 5200 даН/мм².

Описанная выше пневматическая шина была протестирована в отношении ее ресурса, по сравнению с контрольной пневматической шиной типа описанной в упомянутой выше международной заявке. В аналогичных условиях нагружения (переменная нагрузка, увеличивающаяся ступенчатым образом начиная с 5800 кг) и давления (регулируемое давление накачивания на уровне 10 бар) контрольные пневматические шины совершили пробег в 11500 км на испытательном барабане (в среднем по двум результатам испытаний), тогда как пневматические шины в соответствии с предлагаемым изобретением выдержали пробег длиной 31900 км (в среднем по результатам 5 испытаний), что представляет весьма существенное усовершенствование.

Изобретение предназначено для использования на транспортных средствах, преимущественно грузовых автомобилях, автобусах, прицепах. Арматура гребня пневматической шины сформирована слоем металлических кордных нитей, ориентированных по меньшей мере под углом 60^o, двумя рабочими слоями гребня, сформированных из нерастяжимых металлических кордных нитей, ориентированных под углом в диапазоне от 10 до 45^o, между которыми вставлен первый дополнительный слой металлических элементов, ориентированных параллельно окружному направлению пневматической шины, и вторым дополнительным слоем, расположенным с каждой стороны пневматической шины в радиальном направлении поверх наружного рабочего слоя и по существу центрированным на конце первого дополнительного слоя. В результате повышается срок службы пневматической шины. 5 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. Пневматическая шина Р, содержащая радиальную арматуру каркаса (1), поверх которой расположена арматура (3) гребня, содержащая по меньшей мере два рабочих слоя (32, 34) гребня из нерастяжимых кордных нитей, перекрещивающихся от одного слоя (32) к другому слою (34) и образующих относительно окружного направления углы α, β, величина которых находится в диапазоне от 10 до 45^o, а слои имеют ширину L32, L34, по меньшей мере равную 80% максимальной осевой ширине SO арматуры каркаса, причем между арматурой каркаса (1) и рабочим слоем (32), наиболее близким в радиальном направлении к оси вращения, расположен сплошной в осевом направлении слой (31), сформированный из нерастяжимых металлических кордных нитей, образующих с окружным направлением угол δ, по меньшей мере равный 60^o, и осевая ширина этого слоя L31 по меньшей мере равна осевой ширине L32, L34 наиболее короткого рабочего слоя (32, 34) гребня, а между двумя рабочими слоями (32) и (34) расположен первый дополнительный слой (33), сформированный из металлических элементов, ориентированных по существу параллельно окружному направлению, причем осевая ширина L33 упомянутого слоя по меньшей мере равна 0,7 SO и величина его модуля упругости при растяжении не превышает величины модуля упругости при растяжении для наиболее растяжимого рабочего слоя (33, 34), отличающаяся тем, что в радиальном направлении поверх наружного в радиальном направлении рабочего слоя гребня (34) и с каждой стороны пневматической шины Р расположен второй дополнительный слой (36), сформированный из металлических элементов, ориентированных параллельно окружному направлению, имеющий небольшую ширину L36, центрированную на конце первого дополнительного слоя (33) таким образом, что его собственные концы отстоят по меньшей мере на 10 мм от конца первого дополнительного слоя (33), расположенного между двумя рабочими слоями (32, 34). 2. Пневматическая шина по п.1, отличающаяся тем, что модуль упругости при растяжении второго дополнительного слоя (36) равен модулю упругости при растяжении первого дополнительного слоя (33). 3. Пневматическая шина по п.2, отличающаяся тем, что общий модуль упругости дополнительных слоев (33, 36) является относительно малым для относительного удлинения в диапазоне от 0 до 0,4% и не превышает модуля упругости при растяжении, имеющего наибольшую величину, для наиболее растяжимого рабочего слоя при относительных удлинениях, превышающих 0,4%. 4. Пневматическая шина по п.3, отличающаяся тем, что дополнительные слои (33, 36) сформированы из эластичных кордных нитей, представляющих кривую растягивающего напряжения в функции относительного удлинения, имеющую малые наклоны для малых относительных удлинений, располагающихся в диапазоне от 0 до 0,4%, и значительный и по существу постоянный наклон для более высоких значений относительного удлинения. 5. Пневматическая шина по п.3, отличающаяся тем, что дополнительные слои сформированы из кордных нитей, ориентированных в окружном направлении и разрезанных таким образом, чтобы сформировать участки длиной значительно меньше окружности наименее длинного слоя (33), причем разрезы между участками смещены друг относительно друга в осевом направлении. 6. Пневматическая шина по любому из пп.1-5, отличающаяся тем, что арматура гребня (3) дополнительно содержит наиболее наружный в радиальном направлении защитный слой (35), сформированный из эластичных кордных нитей, образующих с окружным направлением угол того же направления и той же величины, что и угол лежащего под ним рабочего слоя (34), при этом второй дополнительный слой (36) имеет ширину в диапазоне от 15 до 50 мм и продолжает в осевом направлении защитный слой (35) посредством интервала величиной менее 5 мм между внутренним в осевом направлении концом дополнительного слоя (36) и наружным в осевом направлении концом слоя (35) эластичных кордных нитей.