ШИНА С ДВУМЯ СТЕПЕНЯМИ ЖЕСТКОСТИ КАРКАСНОЙ АРМАТУРЫ Российский патент 2004 года по МПК B60C9/00 

Изобретение касается шины с радиальной каркасной арматурой, над которой установлена арматура вершины, состоящая, по меньшей мере, из двух рабочих кордных слоев, образованных усилительными элементами, параллельными между собой в каждом слое и пересекающимися от одного слоя к следующему, образуя с круговым направлением углы незначительного абсолютного значения от 10 до 45^o.

В известной шине каркасная арматура состоит, по меньшей мере, из одного слоя радиальных или называемых радиальными усилительных элементов, образующих с круговым направлением угол 90^o±10^o. Эти усилительные элементы являются либо кручеными текстильными нитями в случае шин с одним или несколькими каркасными слоями для легковых вседорожников, самолетов или сельскохозяйственных машин, либо металлическими кручеными нитями в случае шин в основном с одним каркасным слоем для большегрузных транспортных единиц или для дорожностроительной техники. Эти элементы составляют одно неразрывное целое от одного сердечника шины к другому и закреплены в каждом борту шины на сердечнике, образуя два каркасных загиба.

При изготовлении шины слой или слои каркасной арматуры, выполненный(-ые) либо из текстиля, либо из металла, такого как сталь, первоначально укладывают на цилиндрический барабан для последующего формирования тороидальной заготовки, а потом на них радиально накладывают арматуру вершины. Во время формования тороидальной заготовке придают окончательный вид в форме вулканизационного пресса.

В случае шины с металлической каркасной арматурой с нерастяжимыми усилительными элементами, то есть обладающими способностью очень незначительно удлиняться под воздействием силы напряжения, равной 10% силы разрыва, различные трансформации, которым подвергаются невулканизированные заготовки, приводят к возникновению явления так называемой текучести внутренних слоев резиновой смеси, в частности, в области плечевой зоны шины. Текучесть может быть различной интенсивности в круговом направлении и может представлять собой важный фактор сокращения износоустойчивости каркасной арматуры шины. В случае шины с радиальной каркасной арматурой, состоящей из усилительных элементов из текстиля или из термосжимающейся пластмассы, при вулканизации шины возникает то же явление текучести внутренних слоев.

Очевидным решением проблемы было бы увеличение толщины внутренних слоев, но также очевидно, что такое решение не будет оптимальным как в плане ухудшения свойств шины (увеличенная толщина приводит к дополнительному нагреву плечевой зоны шины, увеличивает сопротивление качению и т.д.), так и с точки зрения производственных затрат.

В патенте FR 1111805 описана каркасная арматура из двух отдельных частей, перекрывающих друг друга в зоне экваториальной плоскости шины. Такой способ расположения слоя или слоев каркасной арматуры представляет определенные преимущества с технической точки зрения как в плане упрощения производственного процесса, так и в плане обеспечения мягкости шины.

В патенте FR 1111806 предусмотрено такое же расположение двух частей радиальной каркасной арматуры, чтобы противостоять ослаблению триангуляционного слоя, радиально расположенного над рабочими слоями вершины.

В патенте FR 1425801 признается, что расположение каркасных слоев, не являющихся неразрывными, но наложенных друг на друга в экваториальной части шины, не только обеспечивает требуемое усиление под протектором, но и позволяет добиться лучшей балансировки сил при формировании невулканизированной заготовки, так как перекрытие в экваториальной части шины обеспечивает некоторые относительные перемещения узлов сопротивления до вулканизации.

Таких перемещений не достаточно, чтобы избежать текучести внутренних слоев через кордные нити каркасной арматуры, так как ширина контакта между двумя перекрывающими друг друга частями (а такое перекрывание необходимо для скрепления двух частей путем их сдвига относительно друг друга) является слишком большой, практически равной ширине арматуры вершины. Кроме того, радиальное наложение нескольких каркасных слоев друг на друга под арматурой вершины влияет на меридиональное сгибание конструкции "каркасная арматура - арматура вершины" и, в частности, на положение нейтральной оси сгибания, что является нежелательным.

Задачей настоящего изобретения является создание шины с двумя степенями жесткости каркасной арматуры, в которой разделение на три части каркасной арматуры, установленной неразрывно от сердечника к сердечнику, и использование разрезанных усилительных элементов позволит придать каркасной арматуре, расположенной под арматурой вершины, большую упругость, чем упругость частей арматуры, усиливающих боковины шины.

В соответствии с настоящим изобретением предложена шина, содержащая каркасную арматуру, состоящую, по меньшей мере, из одного слоя усилительных элементов и закрепленную в каждом борту, по меньшей мере, на одном сердечнике, а над каркасной арматурой радиально установлена арматура вершины, состоящая, по меньшей мере, из двух рабочих слоев, образованных усилительными элементами, пересекающимися от одного слоя к следующему, образуя с круговым направлением углы от 10 до 45^o, характеризующаяся тем, что часть каркасной арматуры, расположенная под арматурой вершины, отцентрирована по экваториальной плоскости, имеет осевую ширину, составляющую от 0,4 до 1 ширины наиболее широкого рабочего слоя вершины, и состоит из разрезанных усилительных элементов.

Предпочтительно, чтобы каждый усилительный элемент части каркасной арматуры шириной от 0,4 до 1 осевой ширины наиболее широкого рабочего слоя вершины был разрезан, по меньшей мере, в одном месте.

В предпочтительном варианте указанная часть под арматурой вершины в невулканизированном состоянии обладает линейной жесткостью расширения на единицу ширины, составляющей от 0,1 до 0,7 линейной жесткости расширения каждой части этой же каркасной арматуры, усиливающей боковины шины, при этом соотношение между значениями линейной жесткости становится равным от 0,2 до 1 после вулканизации шины.

До вулканизации жесткость части под вершиной, меньшая 0,1 жесткости боковинной части, не позволяет обеспечить геометрическую устойчивость сырой каркасной заготовки и не позволяет достичь в вулканизированном состоянии достаточного напряжения под воздействием давления накачки для обеспечения достаточной триангуляции арматуры вершины. Линейная жесткость, превышающая 0,7 жесткости боковинной части, не позволяет избежать текучести внутренних резиновых слоев.

Значение линейной жесткости расширения является производной от силы натяжения, приложенной на принятую за единицу ширину полосы каркасной арматуры для получения относительного удлинения ε, равного 0,5%. Оно может быть выражено формулой R = dF/dε, где R является линейной жесткостью, а dF/dε производной от силы, действующей на единицу ширины, по отношению к относительному удлинению ε. Когда речь идет о линейной жесткости в невулканизированном состоянии, то ее измеряют на полосе полуфабриката, которым является невулканизированная каркасная арматура. Когда речь идет о линейной жесткости в вулканизированном состоянии, ее измеряют на единице ширины полосы, взятой на вулканизированной шине.

Для получения таких соотношений между значениями линейной жесткости напряжение усилительных элементов каркасной арматуры в боковинах шины должно быть практически постоянным по всей окружности шины. Кроме решения проблемы текучести внутренних слоев, достигаемого в настоящем изобретении, применение разрезанных усилительных элементов позволяет каркасной арматуре частично выполнять роль триангуляционной арматуры, так как разрезанные элементы оказывают определенное сопротивление усилиям сжатия. Будучи надежным и наименее затратным с точки зрения промышленного производства данное решение имеет также целый ряд важных преимуществ: это достижение максимальной однородности, в частности очевидное уменьшение амплитуды радиального изменения независимо от рассматриваемой конфигурации и, как следствие, повышение комфортности или снижение видимых на глаз деформаций внешних стенок боковин, создающих впечатление спущенной шины.

В дальнейшем изобретение поясняется нижеследующим описанием со ссылками на сопровождающие чертежи, на которых:
фиг.1 изображает первый предпочтительный вариант выполнения шины в меридиональном сечении согласно изобретению;
фиг.2 - каркасную арматуру (вид сверху) согласно изобретению;
фиг. 3 - второй вариант выполнения каркасной арматуры (вид сверху) согласно изобретению;
фиг. 4 - каркасную арматуру, состоящую из двух кордных слоев (вид сверху), согласно изобретению.

Шина Р (фиг.1) содержит каркасную арматуру, состоящую из одного каркасного кордного слоя 1, образованного усилительными элементами, выполненными из радиальных полиэфирных кордных нитей. Слой 1 закреплен в каждом борту на сердечнике 2 и образует загиб 10. Над каркасным кордным слоем в его центральной части по обе стороны от экваториальной плоскости XX' радиально устанавливают арматуру вершины, состоящую в описываемом варианте из двух рабочих кордных слоев 31 и 32 и выполненную из нерастяжимых стальных кордных нитей, параллельных между собой в каждом слое и пересекающихся от одного слоя 31 к следующему 32, образуя с круговым направлением угол, равный 22^o, и из защитного слоя 33, выполненного из круговых кордных нитей из алифатического полиамида и образующего с круговым направлением угол, величина которого находится в пределах -5^o, +5^o по отношению к круговому направлению. Шина Р содержит также протектор 4, соединенный с бортами двумя боковинами 5, и различные известные и повсеместно применяемые резиновые смеси, такие как внутренний слой, различные набивки над крепежными сердечниками и вокруг них, защитный слой бортов и т.д.

Самый ближний к каркасному кордному слою 1 рабочий кордный слой является самым широким по осевому направлению, и его осевая ширина L₃₁ равна 140 мм. Часть АВ каркасного кордного слоя 1, расположенная под арматурой вершины по обе стороны от экваториальной плоскости XX', имеет осевую ширину L₁₁, равную 130 мм или 0,93 ширины L₃₁. Кордные нити 11 части АВ каркасного кордного слоя в невулканизированном состоянии (фиг.2) содержат по одному разрезу 12 на нить, разрезы смещены между смежными по круговому направлению кордными нитями на ширину l между разрезами 12 смежных кордных нитей, равную в описанном случае 0,4 ширины L₃₁ или 56 мм. При этом считают, что разрезы выполнены в центре промежутка между двумя отрезками 110 кордных нитей. Ширина l₁ перекрытия между двумя кордными нитями является очевидной функцией ширины l₂ промежутка 13 между концами двух отрезков 110 кордных нитей и в описанном случае равна 55 мм. Это позволяет получить для полосы АВ единицы ширины линейную жесткость в невулканизированном состоянии, равную 0,5 линейной жесткости в невулканизированном состоянии полосы AD той же длины каркасного кордного слоя, усиливающего боковину и состоящего из таких же, но неразрезанных кордных нитей 11, тогда как линейная жесткость полосы АВ в вулканизированном состоянии равна 0,6 линейной жесткости полосы AD боковины в этом же состоянии.

Если линии разрезов С-С (фиг.2) отстоят друг от друга на величину, равную 0,4 ширины L₃₁, очевидно, что расстояние между этими линиями С-С может составить от 0,28 до 0,7 ширины L₃₁, что не выходит за рамки настоящего изобретения.

Часть АВ каркасного кордного слоя 1 (фиг.3) отличается от части АВ (фиг. 2) расположением разрезов 12. Действительно, одна кордная нить 11 из двух содержит два разреза 12, отстоящих друг от друга на ширину 1, равную 0,4 ширины L₃₁. При этом один из разрезов 12 находится в круговом продолжении разреза 12 одной из двух кордных нитей 11, смежных по круговому направлению, тогда как другой разрез 12 находится в круговом продолжении разреза 12 другой кордной нити 11, смежной по круговому направлению. Образованные таким образом линии разрезов С-С отстоят друг от друга на величину 1. Такое расположение способствует оптимизации процесса разрезания усилительных кордных нитей и обеспечивает достаточное количество разрезов.

На фиг.4 показано расположение разрезов 12 кордных нитей 11, образующих два кордных слоя 1 каркасной арматуры для радиальной шины, при этом линии разрезов отстоят друг от друга на величину 1, равную 0,2 ширины L₃₁ (фиг.4). Длина перекрытия между кордными нитями одного слоя предпочтительно равна длине перекрытия между двумя кордными нитями другого слоя.

Каркасный кордный слой с нитями, разрезанными в части АВ, собирают известным путем из кордных нитей и их каландров из резиновой смеси, затем обрезают по требуемой меридиональной длине. Собранный и обрезанный слой укладывают на столе, оборудованном устройством из нескольких ножей, движущихся вертикально и ударами разрезающих кордные нити, при этом ножи предварительно регулируют по продольным и поперечным промежуткам с возможностью выполнения разрезов в требуемых местах.

Изобретение касается шины с радиальной каркасной арматурой. Шина содержит радиальную каркасную арматуру, с внешней стороны которой радиально установлена арматура вершины, состоящая из двух рабочих кордных слоев из усилительных элементов, пересекающихся друг с другом и образующих с круговым направлением углы от 10 до 45^o, при этом в своей части АВ, расположенной под арматурой вершины, каркасная арматура содержит разрезанные усилительные элементы. Технический результат - создание шины, в которой упругость каркасной арматуры, расположенной под арматурой вершины, больше, чем упругость частей арматуры, усиливающих боковины шины. 4 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Шина Р, содержащая каркасную арматуру, состоящую по меньшей мере, из одного слоя (1) усилительных элементов (11) и закрепленную в каждом борту по меньшей мере на одном сердечнике (2), при этом над каркасной арматурой радиально установлена арматура (3) вершины, состоящая по меньшей мере из двух рабочих слоев (31,32), образованных усилительными элементами, пересекающимися от одного слоя к следующему, образуя с круговым направлением углы от 10 до 45°, отличающаяся тем, что часть АВ каркасной арматуры (1), расположенная под арматурой (3) вершины, отцентрированная по экваториальной плоскости XX′ и имеющая осевую ширину L₁₁, составляющую от 0,4 до 1 ширины L₃₁ наиболее широкого рабочего слоя (31) вершины, состоит из разрезанных усилительных элементов (11), при этом, когда пневматическая шина Р вулканизирована, часть АВ каркасной арматуры (1) имеет линейную жесткость расширения на единицу ширины в пределах 0,2-1 от линейной жесткости расширения каждой части AD той же каркасной арматуры (1), усиливающей боковину шины Р.2. Шина по п.1, отличающаяся тем, что каждый усилительный элемент (11) части АВ каркасной арматуры разрезан по меньшей мере один раз.3. Шина по п.1, отличающаяся тем, что часть АВ каркасной арматуры (1) в невулканизированном состоянии имеет линейную жесткость расширения на единицу ширины, равную от 0, 1 до 0,7 линейной жесткости расширения каждой части AD той же каркасной арматуры (1), усиливающей боковину (5) шины Р.4. Шина по п.1, отличающаяся тем, что разрезы (12) между отрезками (110) смещены между двумя усилительными элементами (11), смежными по круговому направлению, образуя линии СС разрезов, отстоящие друг от друга по осевому направлению на величину 1, равную 0,28-0,7 ширины L₃₁.5. Шина по п.1, отличающаяся тем, что один усилительный элемент (11) из двух смежных по круговому направлению элементов содержит два разреза (12), при этом один из разрезов (12) находится в круговом продолжении разреза (12) другого смежного по круговому направлению элемента (11), а образованные таким образом линии СС разрезов отстоят друг от друга по осевому направлению на величину 1, равную 0,28-0,7 ширины L₃₁.