АРМАТУРА ГРЕБНЯ ПНЕВМАТИЧЕСКОЙ ШИНЫ Российский патент 2003 года по МПК B60C9/28 

Настоящее изобретение касается пневматической шины, для которой коэффициент формы H/S не превышает 0,80, или пневматической шины типа "Poids-Lourds" или "Genie Civil", то есть пневматической шины, предназначенной для тяжелых транспортных средств или для колесной дорожно-строительной техники.

Пневматическая шина, предназначенная для несения больших нагрузок, содержит радиальную арматуру каркаса и арматуру гребня, образованную по меньшей мере двумя рабочими слоями гребня, сформированными из нерастяжимых подкрепляющих элементов, перекрещивающихся от одного слоя к другому и образующих с окружным направлением одинаковые или различные углы, обычно имеющие величину в диапазоне от 10 до 45^o.

В случае, когда увеличивают осевую ширину S пневматических шин без увеличения экваториальных диаметров и посадочных мест обода, то есть сохраняя при этом высоту Н пневматической шины на ободе, поверхность контакта пневматической шины с плоской и горизонтальной поверхностью дорожного покрытия существенно изменяет форму для величины отношения H/S менее 0,65, несмотря на использование рабочей арматуры гребня, устойчивой к приложенным к ней растягивающим напряжениям.

Поверхность контакта с дорожным покрытием расширяется в осевом направлении, но уменьшается в продольном направлении. Это уменьшение в продольном направлении содержит все более выраженное сужение в экваториальной зоне, причем сужение может доходить до реализации соединения передней и задней кромок поверхности контакта и последующего разделения поверхности контакта на две поверхности, симметричные по отношению к продольной оси беговой дорожки протектора.

Несмотря на преимущества, которые представляют широкие беговые дорожки протектора и коэффициенты формы H/S меньше единицы, в частности на пневматических шинах для легковых автомобилей, необычная форма поверхности контакта пневматической шины с коэффициентом формы менее 0,80 имеет много недостатков для пневматических шин транспортных средств вследствие неравномерности в осевом направлении радиальных деформаций системы, образованной арматурой каркаса пневматической шины и рабочей арматурой гребня, под действием механических напряжений, связанных с давлением накачивания.

Упомянутые недостатки имеют различную природу и касаются как стойкости арматуры подкрепления, так и прочности беговой дорожки протектора и самой пневматической шины по отношению к агрессивным воздействиям на нее со стороны грунта (износ, повреждения, проколы, удары и т.п.).

Чтобы благоприятном образом повлиять на уменьшение поверхности контакта в продольном направлении и на недостаточную стойкость арматуры гребня, в патенте Франции FR 2 418 185 предлагается располагать между арматурой каркаса и внутренним в радиальном направлении рабочим слоем арматуры гребня в двух зонах, отличных от экваториальной плоскости, два блока ограничителей, каждый из которых образован двумя уложенными друг на друга слоями нерастяжимых кордных нитей, перекрещивающихся от одного слоя к другому, образуя с окружным направлением противоположные углы, не превышающие по абсолютной величине половину наименьшего угла, используемого в рабочих слоях, и отличные от 0^o.

Техническое решение, предложенное в патенте, позволяет дополнительно повысить срок службы пневматической шины, причем в этом случае повышается устойчивость к разделению между рабочими слоями на уровне их концов, и слои блоков ограничителей не подвергаются разделению, но при этом происходит значительное окружное стягивание, приводящее к опасности сжатия кордных нитей рабочих слоев при спущенной шине.

Повышенной сопротивляемостью износу пневматической шины с малой величиной коэффициента формы H/S, а также устойчивостью к разделению слоев арматуры гребня обладает шина, описанная в патенте США US 4934429. В отличие от предыдущего патента в патенте США используются металлические нерастяжимые кордные нити, угол ориентации которых по отношению к окружному направлению может быть равен нулю, а дополнительная арматура образована по меньшей мере одним слоем, состоящим из двух частей, располагающихся по одну и по другую стороны от экваториальной плоскости, причем степень растяжимости кордных нитей выбирается в функции требуемых модулей растяжения для одного или нескольких слоев подкрепления и слоев гребня.

Наличие дополнительной арматуры, сформированной из подкрепляющих элементов, являющихся окружными или немного наклоненными по отношению к окружному направлению, не является наилучшим техническим решением для формирования арматуры в осевом направлении в отношении жесткости арматуры гребня, контактных давлений с дорожным покрытием и/или скольжения между беговой дорожкой протектора и дорожным покрытием.

Задачей настоящего изобретения является создание арматуры гребня пневматической шины, имеющей жесткую арматуру гребня, обеспечивающую контактные давления с дорожным покрытием и/или скольжение между беговой дорожкой протектора и дорожным покрытием.

В соответствии с настоящим изобретением предлагается техническое решение, направленное на решение поставленной выше задачи формирования и структуры рабочей арматуры гребня пневматической шины.

Пневматическая шина в соответствии с предлагаемым изобретением, имеющая коэффициент формы менее 0,80, содержит радиальную арматуру каркаса, образованную по меньшей мере одним слоем металлических нерастяжимых подкрепляющих элементов, поверх которого в радиальном направлении расположена рабочая арматура гребня, образованная по меньшей мере двумя рабочими слоями гребня, сплошными или непрерывными в осевом направлении и сформированными из металлических нерастяжимых подкрепляющих элементов, параллельных между собой в каждом слое и перекрещивающихся от одного слоя к другому, образуя с окружным направлением углы α и α′, величина которых находится в диапазоне от 10 до 45^o, шина характеризуется тем, что оба рабочих слоя имеют осевую ширину, которая находится в интервалах 0,65 - 0,80 So и 0,35 - 0,45 So, причем величина So представляет максимальную осевую ширину средней линии арматуры каркаса, а рабочая арматура гребня дополнена двумя полуслоями, сформированными из нерастяжимых металлических подкрепляющих элементов, образующих с окружным направлением угол β, величина которого меньше наименьшего из углов α и α′ по меньшей мере на 2^o и направление которого противоположно направлению угла α ориентации наиболее широкого и непрерывного в осевом направлении рабочего слоя, причем полуслои расположены по одну и по другую стороны от экваториальной плоскости со значениями осевой ширины, находящейся в диапазоне от 0,22 до 0,35 So, причем их внутренние в осевом направлении концы отстоят от экваториальной плоскости на расстояние, равное половине ширины наименее широкого рабочего слоя, уменьшенной на величину, составляющую по меньшей мере 0,05 So.

Два слоя, непрерывных в осевом направлении и сформированных из элементов, ориентированных под углами α и α′, являются наиболее близкими в радиальном направлении к арматуре каркаса, и наименее широкий слой предпочтительно является наиболее близким к наружному в радиальном направлении слою арматуры каркаса, причем наименее широкий слой содержит подкрепляющие элементы, ориентированные под углом минус α′ или влево.

Снаружи в радиальном направлении от описанной выше рабочей арматуры, содержащей два непрерывных в осевом направлении слоя подкрепляющих элементов и два первых полуслоя, присоединены два других полуслоя, сформированных из металлических нерастяжимых подкрепляющих элементов, параллельных между собой в каждом из этих полуслоев и перекрещивающихся с подкрепляющими элементами двух нижних в радиальном направлении полуслоев, образуя с окружным направлением угол γ, который превышает наибольший из углов α и α′ непрерывных в осевом направлении слоев и превышает угол β подкрепляющих элементов двух первых полуслоев по меньшей мере на 10^o.

Внутренние в осевом направлении концы двух полуслоев элементов, ориентированных под углом γ, отстоят от экваториальной плоскости на расстояние, равное половине ширины наиболее широкого непрерывного в осевом направлении рабочего слоя, уменьшенной на величину, составляющую по меньшей мере 0,05 So.

Наружные в осевом направлении концы полуслоев элементов, ориентированных под углом γ, могут быть расположены снаружи в осевом направлении от наружных в осевом направлении концов двух полуслоев с углом β, но в предпочтительном варианте реализации отстоят от экваториальной плоскости на расстояние, не превышающее расстояние, которое отделяет наружные в осевом направлении концы слоев с углом β от плоскости.

Характеристики и преимущества предлагаемого изобретения будут лучше поняты из приведенного ниже описания со ссылками на сопровождающие чертежи, на которых:
фиг.1 изображает меридиональное сечение арматуры гребня в соответствии с предлагаемым изобретением;
фиг.2 - меридиональное сечение другого варианта реализации арматуры гребня в соответствии с предлагаемым изобретением.

Пневматическая шина Р (фиг.1) имеет коэффициент формы H/S, составляющий 0,50, причем здесь Н представляет собой высоту пневматической шины на ободе и S представляет собой максимальную осевую ширину шины в случае, когда она установлена на эксплуатационный обод и накачана до рекомендованного для нее давления.

Пневматическая шина Р содержит радиальную арматуру каркаса, образованную одним слоем 1 металлических нерастяжимых кордных нитей, закрепленным в каждом борту на по меньшей мере одном бортовом кольце (не показано).

Поверх слоя 1 и снаружи от него в радиальном направлении расположена рабочая арматура гребня 3, а также один или несколько защитных слоев (не показаны).

Рабочая арматура содержит два рабочих слоя 31 и 32, непрерывных в осевом направлении и имеющих ширину L31 и L32 соответственно, причем наименее широкий слой 32 в описываемом варианте является наиболее близким к арматуре каркаса в радиальном направлении. Значения ширины L31 и L32 соответственно равны 0,72 So и 0,41 So.

Два слоя 31 и 32 сформированы из металлических нерастяжимых подкрепляющих элементов, параллельных между собой в каждом слое и перекрещивающихся от одного слоя к другому, образуя с окружным направлением пневматической шины угол, равный 22^o.

Снаружи в радиальном направлении на краях наиболее широкого слоя 31 расположены два полуслоя 33, сформированные из тех же металлических нерастяжимых подкрепляющих элементов, что и элементы, которые образуют слои 31 и 32, причем подкрепляющие элементы параллельны между собой в каждом полуслое и перекрещиваются с элементами наиболее широкого и непрерывного в осевом направлении слоя 31, образуя с окружным направлением угол β, меньший, чем угол α, и составляющий 18^o.

Осевая ширина L33 каждого полуслоя 33 равна 0,29 So, и внутренний в осевом направлении конец полуслоя 33 расположен на таком осевом расстоянии от экваториальной плоскости XX', что имеется некоторое перекрытие между внутренним в осевом направлении краем полу слоя 33 и наружным в осевом направлении краем второго непрерывного в осевом направлении слоя 32, наименее широкого и внутреннего в радиальном направлении. Край полуслоя 33 расположен в радиальном направлении поверх края непрерывного в осевом направлении слоя 32 и ширина перекрытия составляет 0,06 So.

Два других полуслоя 34 дополняют рабочую арматуру 3. Эти полуслои располагаются в радиальном направлении снаружи от двух первых полуслоев 33 и сформированы из таких же кордных нитей, что и кордные нити уже описанных выше слоев 31, 32, 33, параллельных между собой в каждом полуслое 34 и перекрещивающихся с кордными нитями первого полуслоя 33, примыкающего к нему в радиальном направлении, образуя с окружным направлением угол, составляющий 34^o.

Внутренний в осевом направлении конец второго полуслоя 34 отстоит от экваториальной плоскости XX' на расстояние 0,30 So, что позволяет обеспечить перекрытие величиной 0,06 So с наружным в осевом направлении краем наиболее широкого и непрерывного в осевом направлении слоя 31.

Наружный в осевом направлении конец каждого второго полуслоя 34 отстоит от экваториальной плоскости на расстояние, не превышающее расстояние, отделяющее наружный в осевом направлении конец каждого первого полуслоя 33 от плоскости. В описываемом варианте наружный конец полуслоя 34 отстоит в направлении внутрь в осевом направлении от конца первого полуслоя 33 на расстояние, равное 0,01 So. Осевая ширина каждого второго полуслоя 34 в этом случае составляет 0,125 So.

Если рассматривать гребень пневматической шины в направлении от экваториальной плоскости XX' к наружному в осевом направлении концу рабочей арматуры 3, который в описываемом варианте представляет собой наружный в осевом направлении конец первого полуслоя 33, можно разделить арматуру гребня 3 на несколько зон:
а) первую зону, которая расположена от экваториальной плоскости до внутреннего в осевом направлении конца первого полу слоя 33, имеет осевую ширину, составляющую 0,145 So, и содержит два слоя подкрепляющих элементов с угловой конфигурацией (-22^o, +22^o), перекрещивающихся от одного слоя 32 к другому слою 31;
б) вторую зону, которая расположена от внутреннего в осевом направлении полуслоя 33 до наружного в осевом направлении конца наименее широкого и непрерывного в осевом направлении слоя 32, имеет осевую ширину, составляющую 0,06 So, и содержит три слоя подкрепляющих элементов, представляющих угловую конфигурацию (-22^o, +22^o, -18^o);
с) третью зону, которая расположена, от наружного в осевом направлении конца наименее широкого и непрерывного в осевом направлении слоя 32 до внутреннего в осевом направлении конца второго полуслоя 34, содержит два слоя подкрепляющих элементов с угловой конфигурацией (+22^o, -18^o) и имеет ширину 0,095 So;
d) четвертую зону, которая расположена от внутреннего в осевом направлении конца второго полуслоя 34 до наружного в осевом направлении конца наиболее широкого и непрерывного в осевом направлении слоя 31, имеет осевую ширину 0,06 So и содержит три слоя подкрепляющих элементов с угловой конфигурацией (+22^o, -18^o, +34^o);
e) пятую зону, которая расположена от наружного в осевом направлении конца наиболее широкого и непрерывного в осевом направлении слоя 31 до наружного в осевом направлении конца второго полуслоя 34, имеет в описываемом варианте ширину 0,065 So и сформирована из подкрепляющих элементов с угловой конфигурацией (-18^o, +34^o);
f) и, наконец, шестую зону, в которой имеется только один наружный в осевом направлении край первого полуслоя 33, имеющий ширину 0,01 So.

На фиг. 2 схематически представлен второй вариант реализации арматуры гребня 3 в соответствии с предлагаемым изобретением. Арматура гребня отличается от описанной выше и показанной на фиг.1 арматуры только расположением в радиальном направлении рабочих слоев и полуслоев, сопровождаемым изменениями величин и угловой ориентации, необходимыми для того, чтобы иметь те же зоны жесткости, что и описанные выше.

Таким образом, наименее широкий и непрерывный в осевом направлении слой 32 остается рабочим слоем, наиболее близким к арматуре каркаса 1, и его подкрепляющие элементы ориентированы под углом - 20^o.

На краях слоя 32 расположены первые полуслои 33, причем внутренний в осевом направлении конец каждого полуслоя 33 расположен на таком расстоянии от экваториальной плоскости XX', чтобы он имел перекрытие с наружным в осевом направлении краем наименее широкого и непрерывного в осевом направлении слоя 32, наиболее близкого к арматуре каркаса, причем перекрытие имеет ширину 0,06 So.

Поверх полуслоев 33 в радиальном направлении непосредственно размещен наиболее широкий и непрерывный в осевом направлении слой 31, подкрепляющие элементы которого ориентированы под углом +20^o. Подкрепляющие элементы каждого полуслоя 33 перекрещиваются с подкрепляющими элементами наиболее широкого и непрерывного в осевом направлении слоя 31 и ориентированы в том же направлении, что и подкрепляющие элементы наименее широкого слоя 32, образуя с окружным направлением угол -18^o.

Таким же образом, как и в описанном выше случае, два полуслоя 34 дополняют рабочую арматуру гребня 3, причем подкрепляющие элементы слоев ориентированы под углом +34^o, чтобы перекрещиваться с подкрепляющими элементами полуслоев 33.

Осевая ширина рабочих слоев во втором варианте реализации такая же, как и в примере, описанном выше со ссылками на фиг.1. То же самое можно сказать и об осевой ширине окружных зон различной жесткости, описанных в первом примере.

Таким образом, осевая ширина L31 и L32 двух непрерывных в осевом направлении слоев 31 и 32 составляет соответственно 0,72 So и 0,41 So, и ширина двух пар полуслоев составляет соответственно 0,29 So и 0,125 So. Ширина определенных выше зон также составляет соответственно 0,145 So, 0,06 So, 0,095 So, 0,06 So, 0,065 So и 0,01 So.

При любой структуре рабочей арматуры гребня арматура 3 дополнена снаружи в радиальном направлении защитной арматурой, которая может быть образована либо по меньшей мере одним слоем, предпочтительно по меньшей мере двумя слоями так называемых эластичных металлических подкрепляющих элементов, либо намоткой волнистых или зигзагообразных металлических подкрепляющих элементов, изготовленных из стали и располагающихся по меньшей мере одним слоем.

Пневматическая шина Р дополнена беговой дорожкой протектора 4 и боковинами 5, тогда как арматура каркаса 1 отделена от краев арматуры гребня 3 профилированными элементами 6, изготовленными из каучуковой смеси и имеющими по существу треугольную форму, причем концы рабочих слоев арматуры гребня 3 также разделены между собой либо профилированными элементами треугольной формы, изготовленными из каучука, либо плоскими краевыми каучуковыми слоями.

Пневматические шины описанного выше типа, представленные на фиг.1 и 2, были сопоставлены с контрольной пневматической шиной того же типоразмера, но содержащей обычную рабочую арматуру гребня, то есть арматуру гребня, образованную двумя рабочими слоями, непрерывными в осевом направлении и имеющими ширину в осевом направлении, близкую к осевым расстояниям, разделяющим наружные в осевом направлении концы слоев 33 и 34 двух подвергавшихся тестированию пневматических шин.

Из проведенных ходовых испытаний с целью определения продолжительности срока службы пневматических шин при осуществлении многочисленных поворотов (испытания проводились при движении дорожно-строительных самосвалов, оборудованных одинаковыми пневматическими шинами на передней и на задней оси, и на проезжей части строительной площадки, содержащей множество поворотов) следует, что предложенные и описанные выше технические решения существенно повышают устойчивость пневматической шины к механическим повреждениям в результате отделения друг от друга слоев арматуры гребня.

При этом контрольная пневматическая шина в среднем выдержала движение в течение 250 часов (движение вперед и назад), тогда как испытуемые пневматические шины выдержали в среднем движение в течение 720 часов, причем определенным преимуществом обладала пневматическая шина, конструкция которой соответствовала фиг.1, если визуально рассматривать полученные повреждения. Упомянутое усовершенствование было получено без ухудшения характеристик, относящихся к разрывам арматуры гребня в результате воздействия внешних агрессивных объектов и без ухудшения поведения транспортного средства на дороге.

Изобретение относится к автомобильной промышленности, в частности предназначено для тяжелых транспортных средств или для колесной дорожно-строительной техники. Арматура гребня образована двумя рабочими слоями гребня, сформированными из нерастяжимых подкрепляющих элементов, образующих с окружным направлением углы α и α′ и имеющих осевую ширину, величина которой находится в диапазоне от 0,65 до 0,80So и от 0,35 до 0,45Sо, где So - максимальная осевая ширина средней линии арматуры каркаса. Имеются по меньшей мере два полуслоя, образованных металлическими нерастяжимыми подкрепляющими элементами, образующими с окружным направлением угол β, величина которого меньше наименьшего из углов α и α′ по меньшей мере на 2^o и направление которого противоположно направлению угла α ориентации подкрепляющих элементов наиболее широкого и непрерывного в осевом направлении слоя. Полуслои располагаются по одну и по другую стороны от экваториальной плоскости и имеют осевую ширину, величина которой находится в диапазоне от 0,22 до 0,35So. При этом внутренние в осевом направлении концы отстоят от экваториальной плоскости на расстояние, равное половине ширины наименее широкого рабочего слоя, уменьшенной на величину, по меньшей мере равную 0,05So. В результате повышается жесткость арматуры гребня и как следствие надежность покрышки. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Пневматическая шина с коэффициентом формы менее 0,80, содержащая радиальную арматуру каркаса, образованную по меньшей мере одним слоем (1) металлических нерастяжимых подкрепляющих элементов, поверх которой в радиальном направлении расположена рабочая арматура гребня (3), образованная по меньшей мере двумя рабочими слоями (31, 32) гребня, непрерывными в осевом направлении и сформированными из металлических нерастяжимых подкрепляющих элементов, параллельных между собой в каждом слое и перекрещивающихся от одного слоя к другому, образуя с окружным направлением углы α и α'', величина которых находится в диапазоне от 10 до 45°, отличающаяся тем, что два рабочих слоя (31) и (32) имеют осевую ширину L31 и L32, величина которой находится в диапазоне 0,65-0,80 So и 0,35-0,45 So соответственно, причем So представляет собой максимальную осевую ширину средней линии арматуры каркаса (1), а рабочая арматура гребня (3) дополнена по меньшей мере двумя полуслоями (33), образованными металлическими нерастяжимыми подкрепляющими элементами, образующими с окружным направлением угол β, величина которого меньше наименьшего из углов α и α' по меньшей мере на 2°, и имеющий направление, противоположное направлению угла α ориентации подкрепляющих элементов наиболее широкого и непрерывного в осевом направлении слоя (31), причем полуслои (33) расположены по одну и по другую стороны от экваториальной плоскости XX’ и имеют осевую ширину L33, величина которой находится в диапазоне от 0,22 до 0,35 So, и расположены так, чтобы внутренние в осевом направлении концы отстояли от экваториальной плоскости XX’ на расстояние, равное половине ширины наименее широкого рабочего слоя (32), уменьшенной на величину, по меньшей мере равную 0,05 So.2. Пневматическая шина по п.1, отличающаяся тем, что оба непрерывных в осевом направлении слоя (31) и (32), сформированные из подкрепляющих элементов, ориентированных под углами α и α’, являются в радиальном направлении наиболее близкими к арматуре каркаса (1), причем наименее широкий слой (32) является наиболее близким к наружному в радиальном направлении слою арматуры каркаса (1) и этот наименее широкий слой (32) содержит подкрепляющие элементы, ориентированные под углом α’.3. Пневматическая шина по п.1 или 2, отличающаяся тем, что рабочая арматура (3) дополнена снаружи в радиальном направлении от двух первых полуслоев (33) двумя полуслоями (34), сформированными из металлических нерастяжимых подкрепляющих элементов, параллельных между собой в каждом полуслое (34) и перекрещивающихся с подкрепляющими элементами двух нижних в радиальном направлении полуслоев (33), образуя с окружным направлением угол γ, превышающий наибольший из углов α и α’ непрерывных в осевом направлении слоев (31, 32) и превышающий угол β подкрепляющих элементов двух первых полуслоев (33) по меньшей мере на 10°.4. Пневматическая шина по п.3, отличающаяся тем, что внутренние в осевом направлении концы двух полуслоев (34) подкрепляющих элементов, ориентированных под углом γ, отстоят от экваториальной плоскости XX’ на расстояние, равное половине ширины L31 наиболее широкого и непрерывного в осевом направлении рабочего слоя (31), уменьшенной на величину, составляющую по меньшей мере 0,05 So.5. Пневматическая шина по п.4, отличающаяся тем, что наружные в осевом направлении концы полуслоев (34) подкрепляющих элементов, ориентированных под углом γ, отстоят от экваториальной плоскости на расстояние, не превышающее расстояние, отделяющее от упомянутой плоскости наружные в осевом направлении концы полуслоев (33) подкрепляющих элементов, ориентированных под углом β.