РАДИАЛЬНАЯ ПНЕВМАТИЧЕСКАЯ ШИНА И СПОСОБ ЕЕ ИЗГОТОВЛЕНИЯ Российский патент 2003 года по МПК B60C9/00 

Данное изобретение относится к пневматическим безрельсовым транспортным средствам и может быть использовано в шинной промышленности и в промышленности транспортного и сельхозмашиностроения.

Известна конструкция радиальной шины, состоящей из каркаса с меридиональными нитями и брекерного пояса, нити которого имеют направление, близкое к окружному (В.Л. Бидерман и др. "Автомобильные шины", М., 1963, с.238). В шинах такой конструкции усилия от внутреннего давления в зоне беговой дорожки протектора распределяются между каркасом и брекерным поясом (брекером). Нити каркаса нагружены меридиональным усилием, нити брекера - окружным. В зависимости от коэффициента опоясанности шины нагрузка на нити брекерного пояса может быть различной. С другой стороны брекерный пояс, благодаря своей жесткости, а также благодаря прочному соединению с каркасом, частично разгружает меридиональные нити. Нити каркаса, находящиеся под брекерным поясом, нагружены меньше, чем эти же нити за кромками брекерного пояса. Иными словами, под брекерным поясом имеет место перерасход корда в каркасе шины.

Этот недостаток частично устранен в техническом решении, описанном в патенте Великобритании 1102547, кл. В 60 C 9/00 от 27.05.68 г. В одном из запатентованных вариантов конструкции пневматической шины описана шина, в которой имеются два каркасных слоя, перекрывающих друг друга в центре шины, образуя усилитель беговой дорожки протектора (брекер), и простирающихся к более отдаленному краю брекера. Брекер содержит дополнительный слой, обеспечивающий наличие перекрестной структуры нитей в нем (брекере), т.к. в прилегающих друг к другу частях слоев армирующие нити параллельны друг другу. Как видно из описания, меридиональные нити в зоне брекера отсутствуют.

Недостатком данной конструкции является наличие в брекере двух смежных слоев с параллельными нитями, дающих перерасход корда, и асимметрия полученной структуры брекера относительно вертикальной оси симметрии, что скажется отрицательно на работоспособности шины.

Наиболее близкой по технической сущности заявляемому решению является конструкция пневматической шины, описанная в патенте Великобритании 1589762, кл. В 60 C, 9/00, 9/08, 9/20 от 20.05.81 г. В этой конструкции меридиональные усилительные слои расположены лишь в зоне боковых стенок. В зоне беговой дорожки протектора шина усилена слоями кордной ткани, в которых нити образуют угол 15-25^o со средней окружной плоскостью. Усилительные слои боковых стенок и беговой дорожки протектора (брекер) соединены между собой в плечевых зонах, перекрывая друг друга.

Недостатком описанной конструкции является повышенная жесткость каркаса в зоне стыка усилительных слоев боковых стенок и беговой дорожки протектора, что приведет к концентрации напряжений при качении шины и ее разрушению. Кроме того, в зоне стыков усилителей боковых стенок и беговой дорожки протектора имеет место дополнительный расход корда, связанный с необходимостью обеспечения прочных стыков. Как показывают практика и ряд исследований (см. а.с. 476184 от 5.07.75 г.), ширина стыка слоев корда для обеспечения условия равнопрочности должна составлять не менее 40-60 мм. В целом по покрышке с учетом количества стыков и их длины это приведет к значительному перерасходу корда.

Заявляемое изобретение направлено на создание радиальной пневматической шины с оптимальным расходом армирующих материалов, в частности, шины без окружных стыков слоев в плечевых зонах, с высокой работоспособностью и технологичной в изготовлении.

Поставленная задача решается за счет того, что в радиальной шине, состоящей из усилителя беговой дорожки протектора с перекрещивающимися в смежных слоях нитями и усилителей боковых стенок с меридиональными нитями, усилители боковых стенок образованы четными с правого (левого) борта и нечетными с левого (правого) борта слоями усилителя беговой дорожки протектора, нити которых повернуты в противоположных плечевых зонах в меридиональном направлении и продолжены до соответствующего борта.

Для защиты усилителя беговой дорожки протектора от механических повреждений последний снабжен одним или несколькими слоями корда, расположенными между плечевыми зонами на наружной поверхности усилителя беговой дорожки протектора.

Для повышения работоспособности боковых стенок усилители боковых стенок снабжены дополнительными наружными слоями, кромки каждого из которых расположены в борту и в ближней к борту плечевой зоне протектора.

Использование слоев усилителя беговой дорожки протектора для создания усилителей боковых стенок, кроме экономии корда (за счет снижения количества стыков), позволит вдвое уменьшить количество кромок слоев корда, находящихся в плечевой зоне обычной радиальной шины (не уменьшая при этом количество слоев усилителя беговой дорожки протектора). По сравнению же с прототипом количество кромок в плечевой зоне заявляемой конструкции шины уменьшается в три раза.

Свободные кромки корда, находящиеся в зоне больших деформаций (в частности, кромки усилителя беговой дорожки протектора), часто являются местом начала разрушения шины. В соответствии с общими правилами конструирования радиальных шин и технологией их изготовления кромки усилителя беговой дорожки протектора должны быть расположены со смещением друг относительно друга в меридиональном направлении для того, чтобы обеспечить плавный переход от усилителя беговой дорожки протектора к усилителю боковых стенок. В реальных условиях производства кромки усилителя беговой дорожки протектора могут не образовать плавного перехода в виде ступенек, а случайно совпасть, образуя ступеньку из корда удвоенной толщины (или утроенной). Такое утолщение будет служить концентратором напряжений при качении шины. Кроме этого, каждая кромка корда - потенциальный источник складок в плечевой зоне шины, являющихся также концентраторами напряжений. Уменьшение количества свободных кромок в шине за счет использования заявляемого изобретения позволит получить более надежную шину.

На фиг.1 схематически показана конструкция предлагаемой радиальной шины. На фиг. 2, 3 и 4 - различные варианты исполнения радиальной шины. На фиг.5 показана аксонометрическая проекция части радиальной шины.

Радиальная шина состоит из боковых стенок 1 и 2, бортов 3 и 4, протектора 5 с плечевыми зонами 6 и 7 и беговой дорожкой 8. Протектор 5 имеет усилитель 9 беговой дорожки, состоящий из нечетных и четных резинокордных слоев с взаимоперекрещивающимися нитями корда, ориентированными под углом 15-30^o к экваториальной плоскости шины. Нити нечетных слоев усилителя беговой дорожки протектора в плечевой зоне 6 и четных слоев - в плечевой зоне 7 повернуты в меридиональном направлении и продолжены в качестве усилителей 10 и 11 боковых стенок 1 и 2 до близлежащих бортов 3 и 4. Как следует из текста и чертежей, нити нечетных слоев усилителя беговой дорожки протектора с одной стороны шины, как и нити четных слоев - с другой стороны шины, образуют усилительную структуру с параллельными в смежных слоях нитями (при двух и более слоях усилителей боковых стенок), расположенными меридионально.

Предлагаемое решение может иметь и иные варианты исполнения, дополняющие возможности первого (основного) варианта.

Вариант 2 (см. фиг.2 и 3). Радиальная шина, как она описана выше, содержит в усилителе 9 беговой дорожки протектора дополнительные симметричные относительно экваториальной плоскости наружные слои, окружные кромки которых расположены в противоположных плечевых зонах протектора. В дополнительных слоях могут быть использованы материалы основных слоев или высокопрочные армирующие материалы, защищающие усилитель беговой дорожки протектора от механических повреждений (например, металлокорд, гибридный корд, стеклокорд).

Вариант 3 (см. фиг.4). Радиальная шина, как она описана в основном варианте, содержит в усилителях 10 и 11 боковых стенок один или несколько дополнительных наружных слоев, кромки которых расположены в бортах 3 и 4 и в плечевых зонах 6 и 7, ближних к месту закрепления соответствующего слоя в борте. В дополнительных слоях могут быть использованы высокопрочные армирующие материалы, защищающие каркас шины (в частности, усилители боковых стенок) от механических повреждений. В качестве таких материалов могут быть использованы металлокорд, гибридный корд, стеклокорд.

Конструкция шины, описанная выше, была опробована при изготовлении на Опытном шинном заводе ГосНИИ КГШ опытных образцов шин 8.25-15 мод. Ф-138А для подземной техники. Экономия материалов по сравнению с основным вариантом шины (диагональная восьмислойная шина из корда 23КНТС) составила около 10%. Обкатка опытного образца на стенде показала наработку не хуже норматива.

Наработка при обкатке на стенде опытного образца шины 14.00-20 мод. Я-307, изготовленной в соответствии с приведенным выше описанием, более чем в 2 раза превышает норматив. При этом экономия материалов составила около 16% по сравнению с основным вариантом (диагональная шина из корда 23КНТС).

Следует отметить значительное снижение температуры в каркасе шины (в плечевой зоне) в процессе ее обкатки на стенде по сравнению с серийными шинами этой модели.

Шина предлагаемой конструкции может быть изготовлена изложенным ниже способом.

Известен способ сборки радиальных шин (см. патент Великобритании 1102547, кл. В 60 С, 9/00 от 7.02.68 г.), заключающийся в сборке каркаса из слоев, нити которых образуют угол 0^o к меридиану. Слои накладывают с перекрытием друг друга в центре сборочного барабана. При этом слои образуют усилители боковых стенок с меридионально расположенными нитями и заготовку усилителя беговой дорожки протектора (брекера). Для образования перекрестной структуры нитей в брекере по центру сборочного барабана накладывают дополнительный слой, нити которого образуют угол β′ к экваториальной плоскости. Устанавливают бортовые крылья. Затем усилители боковых стенок поворачивают друг относительно друга в окружном направлении, сохраняя меридиональное расположение нитей корда в усилителях боковых стенок. Одновременно производят формование каркаса, заключающееся в сближении бортов каркаса и подаче сжатого воздуха в формующую диафрагму. После формования нити первых двух слоев усилителя протектора располагаются под углом α к экваториальной плоскости, а нити дополнительного слоя - под углом β. Накладывают детали протектора и снимают шину со сборочного барабана.

Недостатком описанного способа является то, что формование каркаса шины с получением перекрестной структуры нитей в усилителе беговой дорожки протектора и меридиональной структуры нитей в усилителях боковых стенок основано на окружном смещении усилителей боковых стенок заготовки шины друг относительно друга, что требует наличия сборочного барабана специальной конструкции и привода к нему. При этом углы и расположения нитей основных слоев и дополнительного слоя усилителя беговой дорожки протектора относительно экваториальной плоскости в готовой шине получаются разными.

Такой способ изготовления шин не дает симметричного расположения ромбов перекрестной структуры усилителя беговой дорожки протектора относительно меридианов и приведет, в конечном итоге, к преждевременному разрушению шины.

Указанные недостатки устраняются в заявляемом способе изготовления шин, где закроенные под углом 0^o<α<45^o слои корда накладывают друг на друга так, что правые (левые) части нечетных слоев и левые (правые) части четных слоев располагают посредине сборочного барабана, образуя симметричную относительно центра заготовку усилителя беговой дорожки протектора с перекрещивающимися в смежных слоях нитями, а левые (правые) части нечетных слоев и правые (левые) части четных слоев с параллельными в смежных слоях нитями располагают соответственно на левой и правой половинах сборочного барабана, образуя заготовки усилителей левой и правой боковых стенок, устанавливают бортовые крылья, накладывают детали протектора, формуют собранную заготовку шины, поворачивая заготовку усилителя протектора и протектор в окружном направлении относительно бортов шины до принятия нитями усилителей боковых стенок меридионального или близкого к нему направления, и вулканизуют.

Конкретно угол α закроя слоев корда определяется расчетным путем и зависит от заданного угла расположения нитей корда в слоях усилителя беговой дорожки протектора.

Кроме обеспечения получения перекрестного расположения нитей в усилителе беговой дорожки протектора и параллельного - в слоях усилителей боковых стенок, заявляемый способ дает возможность получить более однородную структуру усилителей боковых стенок благодаря надежной фиксации нитей друг относительно друга в окружном направлении за счет наличия в плечевых зонах смежных слоев с перекрестно расположенными нитями, удерживающими меридиональные нити на одинаковом расстоянии друг относительно друга в процессе формования шины.

На фиг.6 изображено расположение деталей заготовки шины на сборочном барабане.

На фиг. 7 и 8 дано схематическое изображение нитей каркаса шины до и после ее формования.

Изготовление шин по заявляемому способу происходит следующим образом.

На наружную цилиндрическую поверхность сборочного барабана 12 накладывают закроенные под углом α нечетные 13 и четные 14 слои корда так, что окружные кромки правых частей нечетных слоев располагаются справа от экваториальной плоскости Х-Х, а окружные кромки левых частей четных слоев располагаются слева от экваториальной плоскости Х-Х. Нечетные и четные слои перекрывают друг друга в экваториальной зоне, образуя заготовку усилителя беговой дорожки протектора шириной "а". После этого устанавливают бортовые крылья 15. При однослойном каркасе (усилители боковых стенок содержат по одному слою корда) на верх первого и второго слоев корда накладывают резиновую прослойку 16 и протектор 17. При двухслойном каркасе накладывают третий 18 и четвертый 19 слои корда (на фиг.7 и 8 изображены пунктиром), при трехслойном - пятый и шестой слои корда и т.д. Если необходимо, накладывают слои брекера. В любом случае резиновую прослойку и протектор накладывают на верх последней пары слоев. Дублируют протектор, снимают заготовку шины со сборочного барабана и формуют ее.

Формование заготовки пневматической шины, изготавливаемой по заявляемому способу, осуществляется непосредственно перед ее вулканизацией. Это вызвано, в первую очередь, тем, что при изменении формы и наружного диаметра каркаса происходят внутренние изменения геометрических параметров каркаса (как в слоях усилителей боковых стенок, так и в слоях усилителя беговой дорожки протектора), которые необходимо зафиксировать вулканизацией. В противном случае трудно гарантировать высокое качество шины. В связи со сказанным формование шины по заявляемому способу осуществляется в форматоре - вулканизаторе с обеспечением возможности окружного смещения усилителя беговой дорожки протектора и протектора относительно неподвижных бортов. При этом нити усилителей боковых стенок будут натягиваться и поворачиваться в окружном направлении на угол α, стремясь занять меридиональное направление. Нити усилителя беговой дорожки протектора при формовании будут разворачиваться, увеличивая угол α, стремясь занять направление, близкое к окружному. При этом ширина пояса усилителя беговой дорожки протектора уменьшится и станет равной "а'".

Понятно, что формование шины должно завершиться до начала формирования рисунка протектора, так как выступы на пресс-форме будут препятствовать окружному перемещению усилителя беговой дорожки протектора и, следовательно, общей перестройке углов в слоях заготовки каркаса шины.

Возможность осуществления данного способа изготовления шин проверена при изготовлении опытных образцов шин 8.25-15 мод. Ф-138А и шин 14.00-20 мод. Я-307.

Изобретение относится к шинам колесных транспортных средств. Радиальная пневматическая шина состоит из усилителя беговой дорожки протектора с перекрещивающимися в смежных слоях нитями и усилителей боковых стенок с меридиональными нитями. Усилители боковых стенок образованы четными с правого (левого) борта и нечетными с левого (правого) борта слоями усилителя беговой дорожки протектора, нити которых повернуты в противоположных плечевых зонах в меридиональном направлении и продолжены до соответствующего борта. Способ состоит в том, что слои корда накладывают с перекрытием друг друга в центре сборочного барабана. Затем закроенные под углом 0^o<α<45^o слои корда накладывают друг на друга так, что правые (левые) части нечетных слоев и левые (правые) части четных слоев располагают посередине сборочного барабана, образуя симметричную относительно центра заготовку усилителя беговой дорожки протектора с перекрещивающимися в смежных слоях нитями, а левые (правые) части нечетных слоев и правые (левые) части четных слоев с параллельными в смежных слоях нитями располагают соответственно на левой и правой половинах сборочного барабана. Устанавливают бортовые крылья, накладывают детали протектора, формуют собранную заготовку шины, поворачивая заготовку усилителя протектора и протектор в окружном направлении относительно бортов шины до принятия нитями усилителей боковых стенок меридионального или близкого к нему направления, и вулканизируют. В результате повышается работоспособность и технологичность шины. 2 с. и 2 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Радиальная пневматическая шина, состоящая из усилителя беговой дорожки протектора с перекрещивающимися в смежных слоях нитями и усилителей боковых стенок с меридиональными нитями, отличающаяся тем, что усилители боковых стенок образованы четными с правого (левого) борта и нечетными с левого (правого) борта слоями усилителя беговой дорожки протектора, нити которых повернуты в противоположных плечевых зонах в меридиональном направлении и продолжены до соответствующего борта. 2. Радиальная пневматическая шина по п.1, отличающаяся тем, что усилитель беговой дорожки протектора содержит один или несколько слоев корда, расположенных между плечевыми зонами на наружной поверхности усилителя беговой дорожки протектора. 3. Радиальная пневматическая шина по п.1, отличающаяся тем, что усилители боковых стенок содержат дополнительные наружные слои, кромки каждого из которых расположены в борту и в ближней к борту плечевой зоне протектора. 4. Способ изготовления радиальных пневматических шин, при котором слои корда накладывают с перекрытием друг друга в центре сборочного барабана, отличающийся тем, что закроенные под углом 0^o<α<45^o слои корда накладывают друг на друга так, что правые (левые) части нечетных слоев и левые (правые) части четных слоев располагают посередине сборочного барабана, образуя симметричную относительно центра заготовку усилителя беговой дорожки протектора с перекрещивающимися в смежных слоях нитями, а левые (правые) части нечетных слоев и правые (левые) части четных слоев с параллельными в смежных слоях нитями располагают соответственно на левой и правой половинах сборочного барабана, образуя заготовки усилителей левой и правой боковых стенок, устанавливают бортовые крылья, накладывают детали протектора, формуют собранную заготовку шины, поворачивая заготовку усилителя протектора и протектор в окружном направлении относительно бортов шины до принятия нитями усилителей боковых стенок меридионального или близкого к нему направления, и вулканизируют.