ПНЕВМАТИЧЕСКАЯ ШИНА С УПРОЩЕННОЙ АРМАТУРОЙ ВЕРХА Российский патент 2003 года по МПК B60C9/18 

Предлагаемое изобретение касается конструкции верха пневматических шин, в частности подушечного слоя резины в контакте с кордными нитями подкрепления этого верха.

Верхняя часть пневматической шины содержит обычно усиление каркаса, усиление брекерного пояса, обычно с использованием по меньшей мере двух слоев усиления, и беговую дорожку протектора. Эта верхняя часть пневматической шины находится в непосредственном контакте с дорогой и должна обеспечивать, в частности, передачу на колеса данного транспортного средства при помощи боковин и бортов этой пневматической шины поперечных усилий, необходимых для управления данным транспортным средством. Для того чтобы поведение транспортного средства на дороге было удовлетворительным, необходимо, чтобы верхние части пневматических шин имели достаточно большую жесткость по отношению, например, к их боковинам. Целью исследований и испытаний является получение этой повышенной жесткости верха пневматической шины, обеспечиваемое возможно более простым и экономичным образом.

Хорошо известно, что подушечный слой резины, связывающий кордные нити брекерного пояса, участвует в обеспечении повышенной жесткости верхней части пневматической шины. Именно поэтому резина этого подушечного слоя обычно имеет достаточно высокое значение модуля упругости. Зато связующая резина кордных нитей каркаса обычно имеет достаточно низкое значение модуля упругости, поскольку она должна без повреждений выдерживать значительные деформации, которым эта резина подвергается, в частности, в боковинах пневматических шин.

С другой стороны, весьма многочисленные исследования проведены в настоящее время для того, чтобы обеспечить уменьшение расхода топлива автодорожными транспортными средствами. С этой целью были проведены разнообразные исследования, которые должны были привести к разработке пневматических шин, имеющих весьма малое сопротивление качению при условии сохранения на достигнутом уровне других характеристик этих пневматических шин, таких, например, как сопротивляемость износу, сцеплению с дорогой и т.п., и возможно более экономичным образом.

Объектом предлагаемого изобретения является пневматическая шина, конструкция верхней части которой усовершенствована таким образом, чтобы облегчить процесс производства такой пневматической шины и сделать ее тем самым более экономичной, а также для того, чтобы улучшить ее качество и повысить ее эксплуатационные характеристики.

Объектом предлагаемого изобретения является также, в соответствии с первым вариантом, способ реализации пневматической шины по данному изобретению, предназначенный главным образом для повышения жесткости ее верхней части, и, в соответствии со вторым вариантом, способ реализации пневматической шины, главным образом предназначенный для уменьшения сопротивления качению.

В последующем изложении под выражением "нить" или "кордная нить" следует понимать как одноволоконные, так и многоволоконные нити, а также волоконные сборки типа шинного корда, витых жгутов или сборки любых других типов аналогичного характера, независимо от материала и способа обработки этих нитей, например поверхностной обработки или покрытия различными составами, а также предварительного проклеивания с тем, чтобы способствовать их сцеплению с резиной.

Под выражением "подушечный слой связующей резины" следует понимать для данного усилительного слоя резиновую смесь в контакте с кордными нитями данного подкрепляющего слоя, прочно сцепленную с этими нитями и заполняющую промежутки между соседними нитями этого усилительного слоя. В обычной промышленной практике для данного усилительного слоя каркаса используют резиновую связующую смесь одного и того же качества для различных зон данной пневматической шины.

Под выражением "контакт" между кордной нитью и слоем связующей резины следует понимать то обстоятельство, что по меньшей мере часть внешней окружности этой кордной нити находится в тесном механическом контакте с резиновой смесью, образующей упомянутую связующую резину или подушечный слой.

В последующем изложении под выражением "модуль упругости" резиновой смеси следует понимать секущий модуль эластичного растяжения, получаемый при одномерной деформации растяжения порядка 10% при нормальной температуре окружающей среды.

В процессе синусоидального нагружения резиновой смеси, например, с заданной деформацией типа ε^* = ε₀e^jwt реакция этой резиновой смеси в установившемся режиме также является синусоидальной со сдвигом по фазе на угол δ, причем справедливо выражение σ^* = σ₀e^j(wt+δ). Комплексный модуль определяется выражением G^* = σ^*/ε^* = σ₀/ε₀e^jδ = G′+jG″, где σ представляет собой механическое напряжение, выраженное в МПа. Параметр G' называют "динамическим модулем", а параметр G" называют "динамическим модулем потерь". Соотношение tg δ = G"/G' называется коэффициентом амортизации или смягчения. Соответствующие измерения были выполнены при чередующемся нагружении сдвига на частоте 10 Гц, при окружающей температуре 60^oС и при полной динамической амплитуде деформации 10%.

Пневматическая шина в соответствии с предлагаемым изобретением содержит беговую дорожку протектора, продолженную по бокам двумя боковинами этой пневматической шины и двумя ее бортами, а также подкрепляющий каркас, закрепленный в двух упомянутых выше бортах этой пневматической шины. Под беговой дорожкой протектора этой пневматической шины располагается по меньшей мере один усилительный слой брекерного пояса и усилительный слой каркаса. Это усиление каркаса данной пневматической шины под беговой дорожкой ее протектора образовано следующими нитями:
- усилительные нити каркаса, располагающиеся ближе всего к внутренней стороне данной пневматической шины, находятся в контакте с первым слоем связующей резины, обладающей относительно низким значением модуля упругости или эластичности, располагающимся изнутри в радиальном направлении по отношению к упомянутым кордным нитям;
- усилительные нити каркаса, располагающиеся ближе всего к наружной стороне данной пневматической шины, находятся в контакте с вторым слоем связующей резины подушечного слоя, располагающимся снаружи по отношению к этим кордным нитям, причем этот второй слой связующей резины также находится в контакте с кордными усилительными нитями брекерного пояса, располагающимися в максимально возможной степени изнутри в радиальном направлении по отношению к данной пневматической шине.

Пневматическая шина в соответствии с предлагаемым изобретением имеет преимущество, которое заключается в том, что эта пневматическая шина имеет под беговой дорожкой протектора только один подушечный слой связующей резины, располагающийся между усилительным слоем каркаса и первым верхушечным усилительным слоем брекерного пояса. Это позволяет адаптировать соответствующим образом природу и характеристики этого единственного слоя связующей резины в зависимости от тех конкретных целей, которые ставит перед собой проектировщик данной пневматической шины. И в то же время это позволяет также упростить процесс изготовления данной пневматической шины, тогда как до настоящего времени считалось необходимым иметь специальную связующую резину, предназначенную для обрезинивания кордных усилительных нитей каркаса, и другую специфическую резину, предназначенную для связывания кордных усилительных нитей брекерного пояса.

В качестве примера для реализации этого второго и единственного слоя связующей резины можно выбрать резину с относительно высоким значением модуля упругости или эластичности, имеющем величину в диапазоне от 7 до 25 МПа, а в предпочтительном варианте реализации предлагаемого изобретения - в диапазоне от 9 до 15 МПа.

Упомянутые выше характеристики обеспечивают возможность получения такого верха пневматической шины, который характеризуется весьма высокой жесткостью, что придает этому верху пневматической шины превосходную прочность при высоких скоростях движения данного транспортного средства.

В соответствии с другим возможным вариантом реализации предлагаемого изобретения можно выбрать для этого единственного второго слоя связующей резины достаточно низкое значение модуля упругости менее 6 МПа, а в предпочтительном варианте реализации значение в диапазоне от 2 до 5 МПа. Это позволяет уменьшить остаточную энергию затрат в процессе качения данной пневматической шины по дороге и уменьшить, таким образом, сопротивление качения этой пневматической шины.

В предпочтительном способе реализации предлагаемого изобретения выбирают резиновую смесь с весьма малым остаточным сопротивлением, которая характеризуется, например, величиной коэффициента амортизации tg δ менее 0,08.

Другие характеристики и преимущества предлагаемого изобретения будут лучше поняты из приведенного ниже описания примеров его практической реализации, где даются ссылки на приведенные в приложении фигуры, среди которых:
- фиг.1 представляет собой схематический вид в частичном поперечном разрезе верхней части обычной пневматической шины в соответствии с существующим уровнем техники в данной области;
- фиг.2 представляет собой частичный схематический вид в поперечном разрезе верхней части пневматической шины в соответствии с предлагаемым изобретением.

На фиг.1 схематически представлен в частичном поперечном разрезе вид верхней части обычной пневматической шины в соответствии с существующим уровнем техники в данной области. Эта верхняя часть 1 пневматической шины содержит, в частности, беговую дорожку протектора 2, кордные нити 3 первого усилительного слоя брекерного пояса вместе с первым слоем связующей резины 4, расположенным в радиальном направлении изнутри по отношению к упомянутым нитям 3, усиление каркаса, образованное кольцом кордных нитей 5 вместе с располагающимся под беговой дорожкой протектора 2 вторым слоем связующей резины 6, размещенным в радиальном направлении снаружи по отношению к упомянутым нитям 5, и слоем связующей резины 7, размещенным в радиальном направлении изнутри по отношению к этим нитям 5. Герметичный слой резины 8, называемый "внутренней резиной", располагается вдоль внутренней перегородки верха 1 данной пневматической шины.

Таким образом, в этой известной конструкции пневматической шины между кордными нитями 3 первого усилительного слоя брекерного пояса и кордными усилительными нитями 5 каркаса располагаются два слоя 4 и 6 связующей резины. Эти два слоя обычно имеют совершенно различные механические характеристики, причем слой 4 этой связующей резины имеет высокий модуль упругости или эластичности, а слой 6 связующей резины имеет низкий модуль упругости или эластичности.

На фиг. 2 в частичном поперечном разрезе представлен схематический вид верха 10 пневматической шины в соответствии с предлагаемым изобретением. Этот верх 10 предложенной пневматической шины характеризуется наличием только одного второго слоя связующей резины 15 в контакте с кордными нитями 13 первого усилительного слоя брекерного пояса и с кордными усилительными нитями 14 каркаса.

За пределами этого верха 10 пневматической шины, в зоне ее боковин, кордные усилительные нити 14 каркаса находятся в контакте снаружи в радиальном направлении с третьим слоем связующей резины 16, обладающей малой величиной модуля эластичности. Раздел между упомянутыми слоями 15 и 16 связующей резины располагается в представленном здесь примере реализации точно на конце усилительного слоя верха данной пневматической шины. Однако возможно и смещение в осевом направлении этой границы между слоями либо наружу, либо внутрь.

Такая конструкция верха пневматической шины имеет по сравнению с существующим уровнем техники в данной области то преимущество, что она содержит на один слой связующей резины меньше, что упрощает процесс производства данной пневматической шины и снижает ее стоимость.

Для сравнения два варианта пневматической шины типа 185/65 R 14 были изготовлены в следующих конфигурациях:
- пневматическая шина А содержит верх с двумя слоями 4 и 6 связующей резины между кордными усилительными нитями 5 каркаса и кордными усилительными нитями 3 брекерного пояса, причем слой 4 с низким модулем эластичности (составляющим 2,5 МПа) находится в контакте с кордными нитями 5, а слой связующей резины 6 с высоким модулем эластичности (составляющим 13 МПа) находится в контакте с кордными усилительными нитями 3 брекерного пояса;
- пневматическая шина В была изготовлена с единственным слоем связующей резины 15 между кордными усилительными нитями 14 каркаса и кордными усилительными нитями 13 брекерного пояса, причем эта связующая резина 15 имеет высокий модуль эластичности (на уровне 13 МПа);
- пневматическая шина С аналогична пневматической шине В, но содержит единственный слой связующей резины 15, имеющей низкий модуль эластичности (на уровне 2,5 МПа).

Результаты проведенных сравнительных испытаний показали, что повышение продольной и поперечной жесткости составляет примерно 5% для пневматической шины В по сравнению с контрольной пневматической шиной А, а также продемонстрировали для этой шины В лучшие характеристики в тестах на расслоение и прочность при высоких скоростях качения, но показали некоторое ухудшение характеристик в части сопротивления качению.

Пневматическая шина С по отношению к контрольной пневматической шине А продемонстрировала выигрыш примерно на 2% в отношении сопротивления качению.

Эти испытания продемонстрировали полезность возможности корректировки жесткости и гистерезиса единственного слоя связующей резины, располагающегося между усилением каркаса и первым усилительным слоем брекерного пояса, в зависимости от целей проектировщика данной пневматической шины.

Для того чтобы изготовить различные пневматические шины в соответствии с предлагаемым изобретением, весьма предпочтительно использовать в технологическом процессе жесткий сердечник, задающий форму внутренней полости пневматической шины. На этот сердечник накладывают в порядке, определяемом конструкцией данной пневматической шины в ее конечном виде, все составляющие этой шины, которые располагаются непосредственно на своих окончательных местах, не подвергаясь преобразованиям на протяжении процесса изготовления этой пневматической шины.

При изготовлении пневматической шины в соответствии с предлагаемым изобретением могут быть использованы, в частности, устройства, описанные в Европейском патенте ЕР 0 243 851 и предназначенные для укладки кордных усилительных нитей каркаса, а также устройства, описанные в Европейском патенте ЕР 0 264 600 и предназначенные для укладки слоев связующей резиновой смеси. Такая пневматическая шина может быть отформована и вулканизирована так, как это изложено в патенте США US 4 895 692.

Пневматические шины в соответствии с предлагаемым изобретением могут содержать усиление каркаса, состоящее из одного кольца кордных нитей, закрепленных в двух бортах этой пневматической шины, и в этом случае кордные усилительные нити каркаса находятся в контакте снаружи в радиальном направлении с единственным слоем связующей резины так, как это было описано выше.

Эти пневматические шины могут также содержать усиление каркаса, состоящее из нескольких колец кордных нитей, закрепленных в двух ее бортах. В этом случае, разумеется, только те кордные нити, которые принадлежат кольцевому слою, располагающемуся в радиальном направлении с самой наружной стороны данной пневматической шины, находятся в непосредственном контакте с единственным слоем связующей резины.

Изобретение относится к области автомобильного транспорта. Подушечный слой между каркасом пневматической шины и наиболее близким к нему в радиальном направлении слоем верхней части шины образован единственным слоем связующей резиновой смеси. В результате повышается экономичность изготовления шины, а также улучшаются качество шины и ее эксплуатационные характеристики. 8 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Пневматическая шина, содержащая дорожку качения (2) протектора, продолженную двумя боковинами и двумя бортами, и усиление каркаса, закрепленное на двух упомянутых бортах, причем эта пневматическая шина под беговой дорожкой протектора (2) состоит из по меньшей мере одного усиления брекерного пояса и усиления каркаса, образованного кордными нитями (14), отличающаяся тем, что под беговой дорожкой кордные усилительные нити (14) каркаса, расположенные ближе всего к внутренней части данной пневматической шины, находятся в контакте с первым слоем связующей резины с первым заданным модулем упругости (7), расположенным в радиальном направлении изнутри по отношению к кордным нитям (14), причем кордные усилительные нити (14) каркаса, расположенные наиболее близко к наружной стороне данной пневматической шины, находятся в контакте со вторым слоем связующей резины (15), расположенным в радиальном направлении снаружи по отношению к кордным нитям (14), причем упомянутый второй слой связующей резины (15) также находится в контакте с кордными усилительными нитями (13) брекерного пояса, располагающимися в радиальном направлении ближе всего к внутренней части данной пневматической шины. 2. Пневматическая шина по п. 1, отличающаяся тем, что второй слой связующей резины (15), расположенный в радиальном направлении снаружи по отношению к кордным усилительным нитям (14) каркаса, расположенным в радиальном направлении ближе всего к наружной части этой пневматической шины, имеет второй заданный модуль упругости. 3. Пневматическая шина по п. 2, отличающаяся тем, что резиновая смесь со вторым модулем упругости имеет значение этого модуля упругости в диапазоне 7-25 МПа. 4. Пневматическая шина по п. 3, отличающаяся тем, что резиновая смесь со вторым модулем упругости имеет значение этого модуля упругости в диапазоне 9-15 МПа. 5. Пневматическая шина по п. 1, отличающаяся тем, что второй слой связующей резины (15), располагающийся в радиальном направлении снаружи по отношению к кордным усилительным нитям (14) каркаса, расположенным ближе всего к наружной части пневматической шины, имеет указанный заданный первый модуль упругости. 6. Пневматическая шина по любому из пп. 1-5, отличающаяся тем, что один или несколько слоев связующей резины с первым заданным модулем (7, 15) упругости имеют значение этого модуля упругости менее 6 МПа. 7. Пневматическая шина по п. 6, отличающаяся тем, что один или несколько слоев связующей резины с первым заданным модулем (7, 15) упругости имеют значение этого модуля упругости в диапазоне 2-5 МПа. 8. Пневматическая шина по любому из пп. 5-7, отличающаяся тем, что второй слой связующей резины с низким модулем (15) упругости, расположенный в радиальном направлении снаружи по отношению к кордным усилительным нитям каркаса, располагающимся в наиболее наружном положении по отношению к данной пневматической шине. имеет значение коэффициента амортизации tg δ на уровне менее 0,08. 9. Пневматическая шина по любому из пп. 1-8, отличающаяся тем, что кордные усилительные нити (14) каркаса, расположенные ближе всего в направлении наружной стороны пневматической шины, находятся в непосредственном механическом контакте в зоне боковин этой пневматической шины, с третьим слоем связующей резины (16), расположенным в радиальном направлении снаружи по отношению к слою резины с указанным первым заданным модулем упругости.