УСИЛИТЕЛЬНАЯ МЕМБРАНА ДЛЯ ПРОТЕКТОРА Российский патент 2003 года по МПК B60C17/02 

Настоящее изобретение касается средства усиления для протектора шины. Совместно с шиной и ее ободом средство усиления образует узел качения транспортного средства и предназначено для поддержания движения после значительной и неожиданной потери давления в шине, при этом указанная шина в данном случае является бескамерной шиной для большегрузного транспорта с соотношением размеров, максимально равным 0,8.

В качестве усилительного средства, позволяющего свести к минимуму аварийную ситуацию, возникающую при спуске или проколе шины, в французской заявке FR 2135333 описана накачиваемая тороидальная камера, включающая средство ограничения расширения при нормальном функционировании шины, и средство, освобождающее указанное средство ограничения и способствующее расширению. Средство ограничения выполнено из гибкого материала, сложенного и уложенного с возможностью образования удерживающей ленты, тогда как средство освобождения средства ограничения может включать либо шов, либо адгезивное соединение, либо тканевый элемент крепления.

В французской заявке FR 96/14631 (не опубликована в данный момент) в качестве усилительного или предохранительного средства заявлена и описана тороидальная мембрана из усиленной резины, накачанная до давления р_о, превышающего давление p₁ внутреннего пространства шины, и имеющая в накаченном состоянии радиус по вершине R_М, меньшей рабочего радиуса шины, используемой при нормативном давлении, при этом указанная мембрана, по меньшей мере, в вершине усилена арматурой вершины, сформированной, по меньшей мере, одним слоем кордных нитей, при этом вершина мембраны содержит дополнительно бандажную арматуру, состоящую, по меньшей мере, из одного слоя кордных нитей, направленных по окружности и имеющих сопротивление на разрыв на 1 см указанного кордного слоя, по меньшей мере, равное произведению максимального радиуса R_b на давление, на 1 см² кордного слоя, приводящее к напряжению на 1 см кордного слоя, эквивалентному напряжению, возникающему при максимальной центробежной силе, воздействующей на колесо, и приводящему к разрыву кордных бандажных нитей при разности давлений p_o-p'₁, возникающей при падении давления в шине и превышающей начальную разность давлений p_o-p₁, то есть разность давлений при нормальных условиях движения.

Тороидальная мембрана может быть закрытой или открытой. Ее называют закрытой, когда поперечное сечение представляет собой замкнутый контур, то есть аналогичный сечению накачанной камеры. Ее называют открытой, если контур поперечного сечения является разомкнутым, например, когда края боковин мембраны располагаются на уровне бортов покрышки, в которую вставляется мембрана, и выполнены с ними заодно или независимо от них.

Внутреннее давление р_о мембраны, измеренное в холодном состоянии, то есть при 20^oС, превышает давление p₁ внутри шины на величину от 0,5•10⁵ до 5,0•10⁵ Па в зависимости от рассматриваемых размеров шин. Учитывая, что радиус по вершине R_м тороидальной мембраны в предпочтительном варианте равен от 0,80 до 0,97 рабочего радиуса шины, в основном по причине нагревания шины, слишком большая разность давлений может привести к изменению определенных свойств шины, например, прочности арматуры каркаса шины, что потребует усиления арматуры бандажа.

Арматура вершины предпочтительно образована двумя слоями кордных нитей, параллельных между собой в каждом слое и пересекающихся от одного слоя к следующему, составляя с круговым направлением угол от 50 до 85^o угловых. В предпочтительном варианте кордные нити выполняются из текстиля для обеспечения легкости, гибкости и антикоррозийной стойкости, преимущественно из полиамидных волокон ароматического ряда. Осевые края обоих слоев располагают на боковинах мембраны таким образом, что, если принять за S максимальную осевую ширину арматуры каркаса шины, значение ширины слоев преимущественно будет колебаться в пределах от S до 1,30S.

Тороидальная мембрана в соответствии с изобретением, описанным в вышеназванной французской заявке, включает боковины, каждая из которых усилена, по меньшей мере, одним слоем радиальных кордных нитей, при этом боковины в предпочтительном варианте могут иметь радиальные канавки, выходящие на металлический монтажный обод шины.

При нормальных условиях движения узла-движителя, образованного шиной, ободом и мембраной, то есть при нормативных для данной шины условиях нагрузки, давления и скорости, мембрана сохраняет практически постоянный экваториальный радиус, меньший рабочего радиуса шины, а внешние стенки ее боковин находятся в постоянном контакте с внешними стенками шины. Трение между стенками приводит к ухудшению свойств и преждевременному износу герметичного резинового слоя, покрывающего внутреннюю стенку шины.

В основу настоящего изобретения поставлена задача создания усилительной мембраны для протектора, имеющей оригинальную архитектуру усилительной тороидальной мембраны, позволяющую сохранять ее меридиональный профиль при нормальных условиях движения и обеспечивающую ее полное расширение в случае падения давления внутри шины.

Тороидальная мембрана из усиленной резины, согласно изобретению, предназначена для использования в качестве средства усиления протектора шины и образует вместе с шиной и ее ободом, имеющим номинальный диаметр D_S и внешний диаметр D_R выступа, узел качения, способный продолжать движение при падении давления в шине, указанный узел накачан до давления р_о, превышающего давление p₁ внутри шины, имеет в накачанном состоянии радиус по вершине R_М, меньший рабочего радиуса R_e шины, используемой при нормативном давлении, при этом мембрана усилена в своей вершине, по меньшей мере, двумя слоями кордных нитей, параллельных между собой в каждом слое и пересекающихся от одного слоя к следующему, вершина мембраны содержит дополнительно бандажную арматуру, состоящую, по меньшей мере, из одного слоя кордных нитей, имеющих круговое направление и обладающих сопротивлением на разрыв на 1 см слоя, позволяющим противостоять напряжению от максимальной центробежной силы, действующей на шину, дополненному напряжением от разности давлений p₀-p₁, характерной для нормальных условий движения, но недостаточным при большей разности давлений р₀-р'₁, каждая из боковин которой усилена, по меньшей мере, одним слоем. Мембрана характеризуется тем, что как видно в ее меридиональном сечении, усилительный слой боковины завернут в каждой нижней части боковины вокруг кольцевого усилительного элемента, внутренний диаметр которого находится в пределах значений между D_R и D_S, и поперечных конструкций и размеры которого обеспечивают его разрыв после разрыва бандажной арматуры и при разности давлений p₀-p'₁, возникающей при падении давления в шине и превышающей первоначальную разность давлений p₀-p₁, при этом указанный слой не выполнен заодно с указанным кольцевым элементом и имеет в каждой из своих боковин такую меридиональную длину, при которой ее меридиональный профиль в накачанном состоянии позволяет внешней стенке мембраны не входить в контакт с внутренней стенкой шины вне зоны радиальной высоты, заключенной между диаметром D_S и диаметром D_S+2(D_R-D_S).

В предпочтительном варианте сопротивление на разрыв усилительного элемента, вокруг которого завернут усилительный слой боковины, в 1,2-4 раз выше сопротивления на разрыв на 1 см бандажной арматуры, используемой в усилительной мембране.

Усилительный слой боковины может быть радиальным или может быть образован кордными нитями, образующими с круговым направлением угол, например, от 50 до 90^o угловых. В предпочтительном варианте и по производственным соображениям арматура вершины мембраны и усилительные слои ее боковины должны состоять из одних и тех же слоев косых кордных нитей - первого слоя, один из краев которого находится в зоне одного из плеч мембраны, а другой является краем ее загиба вокруг усилительного элемента, находящегося с противоположной указанному плечу стороны, второго слоя, один край которого находится в зоне другого плеча мембраны, а другой край является другим краем ее загиба. Каждый отдельный слой может также быть образован радиальными кордными нитями в области боковин и косыми нитями в области вершины мембраны.

В предпочтительном варианте кольцевой усилительный элемент может состоять только из одной нити, скрученной из нескольких прядей ароматического полиамида. Он может также состоять из намотанной на себя нити ароматического полиамида, образуя таким образом участок слоя, почти перпендикулярный оси вращения.

Усилительный протектор может иметь рельефные элементы, практически имеющие форму усеченного конуса и образующие круговые ряды из блоков или выступов, при этом бандажная арматура предпочтительно расположена на радиально внешней стороне усилительного протектора и выполнена в виде множества ленточек, состоящих из множества круговых текстильных нитей, шириной, практически равной ширине выемок или канавок между рядами рельефных элементов усилительного протектора, и расположенных в указанных канавках независимо от усилительного протектора. Такая конструкция бандажа обеспечивает более быстрое и более полное расширение тороидальной мембраны при выходе воздуха из внутреннего пространства шины благодаря разрыву круговых нитей ленточек, происходящему при резком возрастании разности давлений.

В дальнейшем изобретение поясняется нижеследующим описанием со ссылками на сопровождающие чертежи на которых:
фиг. 1 изображает тороидальную усилительную мембрану в соответствии с настоящим изобретением, установленную в шине (поперечный разрез), смонтированной на рабочем ободе;
фиг.2 - мембрану (поперечный разрез, увеличенный масштаб), показанную на фиг.1, согласно изобретению.

Тороидальная мембрана М (фиг.2) в соответствии с настоящим изобретением является закрытой и усиленной в вершине 1. Она имеет равномерную и небольшую толщину в радиально нижней части 10 и является более утолщенной в боковинах 11 и в вершине 1. Она усилена двумя слоями 120, при этом слой состоит из полиэфирных нитей, параллельных между собой в слое с шагом, соответствующим ста двум (102) нитям на 1 дм, и образует с экваториальной линией XX' всей конструкции угол, равный 60^o. Угол образован с одной стороны одним слоем, а с противоположной стороны - другим слоем. Ширина каждого из двух слоев 120 такова, что один из его краев А находится в зоне плеча мембраны М, а другой край В слоя 120 является краем 20 изгиба, который он образует после оборота вокруг кольцевого усилительного элемента 2 в нижней части шины, расположенной противоположно плечу. Таким образом два слоя 120 образуют в зоне вершины мембраны М арматуру 12 вершины, состоящую из двух слоев нитей, параллельных между собой в каждом участке слоя и пересекающихся от одного слоя к следующему, образуя с экваториальным направлением угол 60^o угловых.

На образованную таким образом легко расширяемую арматуру 12 вершины накладывается резиновый усилительный протектор 14 с рельефными элементами 140 в форме усеченного конуса, отделенными друг от друга выемками 141. Эти "выступы" в форме усеченного конуса образуют на поверхности протектора 14 круговые ряды таким образом, что между двумя аксиально смежными рядами выступов 140 расположена ленточка 131 бандажа из круговых нитей, выполненных из ароматического полиамида и состоящих из трех волокон типа 330 ТЕХ. Указанная ленточка из нитей имеет кривую силу натяжения на 1 см слоя (перпендикулярно направлению нитей) в зависимости от относительного удлинения Fcm=f(ε) с относительно высоким наклоном для величины силы, равной нулю, до величины силы разрыва 145 даН на нить. Совокупность таким образом определенных и образующих бандажную арматуру 13 ленточек 131 из трех круговых нитей в количестве, равном количеству аксиальных интервалов между рядами выступов 140, обеспечивает работу бандажа мембраны М от усилий, возникающих при воздействии центробежной силы, от усилий, возникающих при разности давлений p₀-р₁. При этом р₀ является давлением накачивания тороидальной мембраны, равным 9,5•10⁵ Па, a p₁ - давлением шины Р, равным 9,0•10⁵ Па. Указанная функция бандажа позволяет мембране М сохранять при нормальных условиях движения всего узла, то есть при условиях нагрузки, давления и скорости, рекомендованных для данной шины, практически постоянный радиус R_М, меньший по значению рабочего радиуса R_e шины Р при нормальных условиях движения. Наличие ленточек 131 способствует увеличению пробега шины при ее износе.

Каждый кольцевой усилительный элемент 2 образован путем наматывания на себя нити ароматического полиамида, состоящей из трех нитей типа 330 Тех. До образования в описанном примере четырех витков намотки. Кольцевой элемент 2 легко разрывается после разрыва ленточек 131 из круговых нитей бандажа, а разрыв кольцевого элемента слоя 120 (кольцевой элемент покрыт средством от склеивания) приводит к увеличению окружности слоя и, как следствие, к полному расширению мембраны в случае падения давления в шине и при разности давлений p₀-p'₁, превышающей первоначальную разность давлений 0,5•10⁵ Па.

На фиг. 1 показан узел-движитель Е, состоящий из шины Р размером 495/45-R-22.5, монтажного обода J и тороидальной мембраны М в соответствии с настоящим изобретением. Шина Р является общеизвестной шиной с боковинами, радиально соединяющимися по внешней стороне в протектор шины 21 и радиально продолженными внутри двух бортов. Каждый борт 22 усилен, по меньшей мере, одним сердечником 23, вокруг которого проходит радиальная арматура 24 каркаса, образуя загибы 25. Над указанной арматурой 24 каркаса в вершине радиально расположена арматура 26 вершины, состоящая, по меньшей мере, из двух слоев металлокордных нитей, параллельных между собой в каждом слое и пересекающихся от одного слоя к следующему, образуя с круговым направлением угол, величина которого может колебаться в пределах от 5 до 45^o угловых. Шина Р называется бескамерной, и внутри нее находится слой из резиновой смеси, непроницаемый для накачиваемого газа.

Кольцевой усилительный элемент 2 усилительной мембраны М имеет внутренний диаметр D, находящийся в пределах между D_R, равным диаметру закраины обода J, называемого 17,00 • 22,5, на который монтируется шина Р, и D_S, являющимся номинальным диаметром указанного обода J, таким, как его определяют существующие на сегодняшний день стандарты. Меридиональная длина усилительного слоя 120 боковины мембраны М способствует тому, что меридиональный профиль указанного слоя в накачанном состоянии не входит в контакт с внутренней стенкой шины вне зоны радиальной высоты, заключенной между диаметром D_S и диаметром D_S+2(D_R-D_S).

Изобретение относится к автомобильной промышленности. Тороидальная мембрана из усиленной резины, используемая в качестве средства усиления протектора бескамерной шины и образующая вместе с шиной и ее монтажным ободом узел качения, согласно изобретению, будучи накачанной до давления, превышающего давление внутреннего пространства шины, имеет в накачанном состоянии радиус по вершине, меньший радиуса шины, используемой при нормативном давлении. Мембрана усилена в вершине арматурой вершины и бандажной арматурой, состоящей из кордных нитей, расположенных по круговому направлению, в боковинах - по меньшей мере одним усилительным слоем, завернутым вокруг кольцевого усилительного элемента, обладающего сопротивлением на разрыв, превышающим сопротивление на разрыв бандажной арматуры. В результате повышается безопасность движения автотранспорта. 5 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Тороидальная мембрана М из усиленной резины для использования в качестве средства усиления протектора шины Р и образующая вместе с шиной Р и ее ободом J, имеющим номинальный диаметр D_S и внешний диаметр D_R закраины, узел качения, способный продолжать движение при падении давления в шине Р, накачанная до давления р₀, превышающего давление p₁ внутри шины, и имеющая в накачанном состоянии радиус по вершине R_M, меньший рабочего радиуса R_e шины, используемого при нормативном давлении, при этом мембрана М усилена в вершине (1), по меньшей мере, двумя слоями (120) кордных нитей, параллельных между собой в каждом слое и пересекающихся от одного слоя к следующему, при этом каждая из боковин (11) усилена, по меньшей мере, одним слоем (120), который завернут в каждой нижней части боковины вокруг кольцевого усилительного элемента (2), внутренний диаметр которого находится в пределах значений между D_r и D_s, и не выполнен заодно с кольцевым усилительным элементом (2), отличающаяся тем, что упомянутая вершина (1) дополнительно содержит бандажную арматуру (13), состоящую, по меньшей мере, из одного слоя кордных нитей, имеющих круговое направление и обладающих сопротивлением на разрыв на сантиметр слоя, позволяющих противостоять напряжению от максимальной центробежной силы, воздействующей на шину Р, дополненному напряжением от разности давлений р₀ - p₁, характерной для нормальных условий, но недостаточным и приводящим к разрыву при разности давлений, возникающей при падении давления в шине и превышающей разность давлений р₀ - p₁ при нормальных условиях, а размеры кольцевого усилительного элемента (2) обеспечивают его разрыв после разрыва бандажной арматуры (13) и при разности давлений, возникающей при падении давления в шине и превышающей разность давлений р₀ - p₁ при нормальных условиях, при этом указанный слой (120) имеет в каждой из своих боковин (11) такую меридиональную длину, при которой ее меридиональный профиль в накачанном состоянии позволяет внешней стенке мембраны не входить в контакт с внутренней стенкой шины вне зоны радиальной высоты, заключенной между диаметром D_S и диаметром D_S + 2(D_R - D_S).2. Мембрана по п.1, отличающаяся тем, что сопротивление на разрыв усилительного элемента (2), вокруг которого завернут усилительный слой (120) боковины, имеет значение, превышающее в 1,2-4 раз сопротивление на разрыв на 1 см бандажной арматуры (13), используемой в мембране М.3. Мембрана по любому из п.1 или 2, отличающаяся тем, что усилительный слой (120) боковины (11) образован из радиальных кордных нитей.4. Мембрана по любому из п.1 или 2, отличающаяся тем, что усилительный слой (120) боковины (11) сформирован из кордных нитей, образующих с круговым направлением угол от 50 до 90° угловых.5. Мембрана по любому из п.1 или 2, отличающаяся тем, что арматура вершины (12) и усилительные слои (120) боковин (11) состоят из одних и тех же слоев (120) косо расположенных кордных нитей, образующих с круговым направлением угол от 50 до 90° угловых, один из краев А первого слоя (120) расположен в зоне одного из плеч мембраны М и второй край В которого является краем его изгиба (20) вокруг усилительного элемента (2), расположенного противоположно указанному плечу, один из краев А второго слоя (120) расположен в зоне другого плеча мембраны и второй конец В является другим краем другого загиба.6. Мембрана по любому из пп.1-5, отличающаяся тем, что кольцевой усилительный элемент (2) выполнен путем наматывания на себя нити из ароматического полиамида, образуя участок слоя, перпендикулярный оси вращения узла качения.