ПНЕВМАТИЧЕСКАЯ ШИНА ДЛЯ ТЯЖЕЛОЙ КОЛЕСНОЙ МАШИНЫ Российский патент 2004 года по МПК B60C9/20 

Предлагаемое изобретение касается пневматической шины с радиальной арматурой каркаса типа “Genie Civil”, предназначенной для использования на тяжелых транспортных средствах, а также на тяжелых дорожно-строительных машинах. Говоря более конкретно, это изобретение касается арматуры гребня для такой пневматической шины.

Такая пневматическая шина типа “Genie Civil”, схематически представленная на фиг.1, известным образом содержит арматуру каркаса 1, образованную одним единственным слоем металлических нерастяжимых кордных нитей, изготовленных из стали, который закреплен в каждом борту на бортовом кольце 2 для формирования оборота 10, конец которого располагается по существу на уровне наибольшей осевой ширины арматуры каркаса.

Поверх этой арматуры каркаса в радиальном направлении располагается слой 20 и профилированные элементы 21, изготовленные из каучуковой смеси, а затем арматура гребня 3, образованная, с одной стороны, двумя так называемыми рабочими слоями 31 и 32, а с другой стороны, в радиальном направлении двумя так называемыми защитными слоями 51 и 52.

Рабочие слои гребня образованы металлическими нерастяжимыми кордными нитями, изготовленными из стали, параллельными между собой в каждом слое 31, 32 и перекрещивающимися от одного слоя 31 к другому слою 32, образуя с окружным направлением данной пневматической шины углы, величина которых может быть заключена в диапазоне от 15 до 45°. При этом осевая ширина рабочих слоев обычно составляет от 60 до 80% от максимальной осевой ширины арматуры каркаса 1.

Защитные слои 51, 52 обычно образованы металлическими эластичными кордными нитями, изготовленными из стали, параллельными между собой в каждом слое 51, 52 и перекрещивающимися от одного слоя 51 к другому слою 52, также образуя с окружным направлением углы, величина которых может быть заключена в диапазоне от 15 до 45°. Эти защитные слои 51, 52 обычно имеют ширину, меньшую, чем ширина наиболее широкого рабочего слоя.

И наконец, кордные нити наружного в радиальном направлении рабочего слоя 32 обычно перекрещиваются с кордными нитями внутреннего в радиальном направлении защитного слоя 51.

Поверх самой этой арматуры гребня располагается беговая дорожка протектора 4, которая соединяется с двумя бортами 7 при помощи двух боковин 6.

Как известно, арматура гребня радиальных пневматических шин и, говоря более конкретно, пневматических шин больших размеров, подвергается значительным деформациям, которые порождают между краями двух перекрещивающихся слоев продольные и поперечные напряжения сдвига (при этом продольный сдвиг является более значительным, чем поперечный, в том случае когда кордные нити этих перекрещивающихся слоев образуют с окружным направлением углы относительно малой величины) одновременно с напряжениями расслаивания, которые представляют собой радиальные напряжения, вызывающие тенденцию к разъединению в радиальном направлении краев двух слоев.

Возникновение механических напряжений связано, в первую очередь, с давлением накачивания данной пневматической шины, которое действует таким образом, что так называемое опоясывающее давление между арматурой каркаса и арматурой гребня обусловливает тенденцию к тому, чтобы вызвать окружное расширение арматуры гребня.

Кроме того, эти механические напряжения возникают вследствие воздействия нагрузки, которую несет данная пневматическая шина в процессе ее качения по дороге и в результате формирования поверхности контакта этой пневматической шины с поверхностью этой дороги.

И наконец, механические напряжения подобного рода возникают в процессе осуществления поворотов данной пневматической шины в процессе ее движения по дороге.

Механические напряжения сдвига вызывают возникновение трещин в каучуковой смеси, располагающейся в непосредственной близости от конца наиболее короткого слоя, причем эти трещины имеют тенденцию к распространению в каучуковой смеси и весьма неблагоприятным образом влияют на стойкость арматуры гребня, а значит, и на стойкость данной пневматической шины в целом.

Определенное повышение упомянутой выше стойкости было достигнуто путем использования в арматуре гребня по меньшей мере одного защитного слоя, имеющего осевую ширину, превышающую осевую ширину наиболее широкого в осевом направлении рабочего слоя.

Другое возможное техническое решение, как свидетельствует патент FR 2421742, состоит в более благоприятном распределении механических напряжений, вызывающих разъединение рабочих слоев гребня и являющихся следствием поворота данной пневматической шины в процессе ее движения по дороге, путем увеличения числа используемых рабочих слоев гребня, применяя, например, четыре рабочих слоя подкрепляющих элементов, перекрещивающихся от одного слоя к другому и образующих с окружным направлением углы, которые могут иметь величину в диапазоне от 15 до 35°, и распределяя подкрепляющие элементы, используемые стандартным образом в двух рабочих слоях, на четыре рабочих слоя таким образом, чтобы каждый из этих четырех рабочих слоев имел одну и ту же толщину и одну и ту же жесткость при растяжении, измеренную перпендикулярно по отношению к подкрепляющим элементам данного рабочего слоя. Такое увеличение числа рабочих слоев подкрепляющих элементов приводит к возникновению определенных недостатков, в частности, в центре арматуры гребня, где количество используемых слоев очень сильно влияет на жесткость при изгибе гребня данной пневматической шины.

В данном изобретении предлагается увеличить устойчивость к разъединению между рабочими слоями арматуры гребня с одним или с несколькими расширенными защитными слоями и повысить таким образом стойкость такой арматуры гребня пневматической шины для тяжелых транспортных и дорожно-строительных машин без увеличения количества рабочих слоев в центральной части данной арматуры гребня.

Пневматическая шина в соответствии с предлагаемым изобретением, содержащая по меньшей мере одну радиальную арматуру каркаса, закрепленную в каждом борту на по меньшей мере одном бортовом кольце, образуя на нем оборот, причем поверх арматуры каркаса и снаружи от нее в радиальном направлении располагается арматура гребня, образованная по меньшей мере тремя так называемыми рабочими слоями, 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, α’, имеющие величину в диапазоне от 15 до 35°, отличается тем, что по меньшей мере один полуслой, образованный металлическими нерастяжимыми подкрепляющими элементами и имеющий ширину L’, располагается с каждой стороны от экваториальной плоскости в радиальном направлении между краями по меньшей мере двух примыкающих друг к другу в радиальном направлении рабочих слоев гребня, причем наружные и внутренние в осевом направлении концы полуслоя располагаются соответственно снаружи в осевом направлении по отношению к концу наиболее широкого рабочего слоя и изнутри в осевом направлении по отношению к концу наименее широкого рабочего слоя на расстояниях, составляющих по меньшей мере L’/5, причем подкрепляющие элементы полуслоя образуют с окружным направлением некоторый угол β, с одной стороны, превышающий по абсолютной величине 25°, а с другой стороны, превышающий по абсолютной величине наибольший из тех углов, которые образуют с окружным направлением подкрепляющие элементы двух рабочих слоев, на величину в диапазоне от 5 до 15°.

Предпочтительным образом один полуслой располагается между двумя рабочими слоями, наиболее близкими к арматуре каркаса. Независимо от того, один или два полуслоя имеются в данном случае в конструкции пневматической шины, подкрепляющие элементы каждого полуслоя предпочтительным образом перекрещиваются с подкрепляющими элементами рабочего слоя, располагающегося в радиальном направлении изнутри от полуслоя и наиболее близкого в радиальном направлении к арматуре каркаса.

Значения ширины различных слоев арматуры гребня, которая обычно не является одинаковой для этих слоев, таковы, что рабочий слой, располагающийся в радиальном направлении изнутри от каждого полуслоя, является менее широким, чем рабочий слой, располагающийся в радиальном направлении снаружи от полуслоя.

В рассматриваемом здесь варианте реализации с каждой стороны от экваториальной плоскости из двух имеющихся полуслоев, располагающихся между краями двух примыкающих друг к другу в радиальном направлении рабочих слоев арматуры гребня, состоящей из трех таких слоев, второй полуслой образован такими же металлическими подкрепляющими элементами, что и подкрепляющие элементы первого полуслоя, причем подкрепляющие элементы предпочтительным образом перекрещиваются с подкрепляющими элементами первого полуслоя.

Поверх рабочей арматуры гребня в радиальном направлении располагается, как известно, защитная арматура, образованная двумя слоями так называемых эластичных металлических подкрепляющих элементов. Один из защитных слоев, предпочтительным образом внутренний в радиальном направлении защитный слой, имеет осевую ширину, несколько превышающую наибольшую осевую ширину рабочих слоев гребня, тогда как осевая ширина второго защитного слоя имеет величину, которая заключена в диапазоне между значениями осевой ширины рабочих слоев арматуры гребня.

Другие характеристики и преимущества предлагаемого изобретения будут лучше поняты из приведенного ниже описания не являющихся ограничительными примеров его реализации, где даются ссылки на приведенные в приложении фигуры, среди которых:

- фиг.1 представляет собой схематический вид в меридиональном сечении арматуры гребня пневматической шины для тяжелых транспортных и дорожно-строительных машин в соответствии с существующим уровнем техники в данной области,

- фиг.2 представляет собой схематический вид в меридиональном сечении первого варианта реализации арматуры гребня в соответствии с предлагаемым изобретением,

- фиг.3 представляет собой схематический вид также в меридиональном сечении второго варианта реализации арматуры гребня в соответствии с предлагаемым изобретением.

Пневматическая шина Р в соответствии с предлагаемым изобретением, арматура гребня которой схематически показана на фиг.2, представляет собой предназначенную для тяжелых колесных машин пневматическую шину типа “Genie Civil”.

Для таких пневматических шин, имеющих большие размеры, коэффициент формы H/S обычно имеет величину 0,80, причем здесь Н представляет собой высоту данной пневматической шины на ее монтажном ободе, a S представляет собой максимальную осевую ширину этой пневматической шины в том случае, когда она смонтирована на своем эксплуатационном монтажном ободе и накачана до рекомендованного для нее давления.

Эта пневматическая шина Р содержит радиальную арматуру каркаса, образованную одним единственным слоем 1 нерастяжимых металлических кордных нитей, закрепленных в каждом борту на по меньшей мере одном бортовом кольце (на фиг.2 это бортовое кольцо не показано) для формирования оборота, конец которого располагается по существу на прямой, соответствующей наибольшей осевой ширине арматуры каркаса и проходящей параллельно оси вращения данной пневматической шины.

Поверх слоя каркаса 1 в радиальном направлении располагается в его центральной части слой 20 каучуковой смеси, и в его боковых частях располагаются два профилированных элемента 21 треугольной формы, изготовленные из такой же каучуковой смеси, причем профилированные элементы позволяют компенсировать различия в меридиональной кривизне между арматурой каркаса и арматурой гребня.

Действительно, снаружи в радиальном направлении от слоя и профилированных элементов располагается рабочая арматура гребня 3 и защитная арматура 5.

Рабочая арматура гребня в соответствии с предлагаемым изобретением, схематически представленная на фиг.2, содержит, прежде всего, три рабочих слоя 31, 32 и 33, непрерывных в осевом направлении и имеющих соответственно ширину L31, L32 и L33, причем наименее широкий слой 31 в рассматриваемом здесь примере реализации является наиболее близким в радиальном направлении к арматуре каркаса 1 и значения ширины L31, L32 и L33 возрастают в радиальном направлении изнутри наружу.

Три упомянутых выше значения ширины составляют соответственно 0,5 S_o, 0,55 S_o и 0,66 S_o, где величина S_o представляет собой максимальную осевую ширину арматуры каркаса.

Три слоя арматуры гребня 31, 32 и 33 образованы металлическими нерастяжимыми кордными нитями, параллельными между собой в каждом слое и перекрещивающимися от одного слоя 31, 32 к другому слою 32, 33, образуя с окружным направлением данной пневматической шины углы α1, α2 и α3, величина которых составляет соответственно +18, -24 и +18°.

В радиальном направлении между краями наименее широкого слоя 31 и краями смежного с ним в радиальном направлении и имеющего промежуточную ширину слоя 32 располагаются два полуслоя 34, образованные такими же нерастяжимыми металлическими подкрепляющими элементами, что и подкрепляющие элементы, которые образуют слои 31, 32 и 33, причем эти подкрепляющие элементы являются параллельными друг другу в каждом полуслое 34 и перекрещиваются с подкрепляющими элементами непрерывного в осевом направлении слоя 31, наиболее близкого к слою арматуры каркаса 1, образуя с окружным направлением угол β, превышающий углы α1 и α2 и составляющий -33°.

Осевая ширина L’ каждого полуслоя 34 имеет величину, равную 0,33 S_o. При этом внутренний в осевом направлении конец полуслоя 34 располагается в осевом направлении изнутри от конца рабочего слоя 31 и на таком осевом расстоянии от экваториальной плоскости XX’, чтобы разность между половиной осевой ширины наименее широкого рабочего слоя 31 и расстоянием составляла 0,22 L’ с тем, чтобы имело место определенное перекрытие между внутренним в осевом направлении краем полуслоя 34 и краем непрерывного в осевом направлении рабочего слоя 31, наименее широкого в осевом направлении и располагающегося изнутри в радиальном направлении.

Что касается наружного в осевом направлении конца этого полуслоя 34, то он располагается снаружи в осевом направлении от конца наиболее широкого рабочего слоя 32 и на таком осевом расстоянии от экваториальной плоскости XX’, чтобы разность между упомянутым расстоянием и половиной осевой ширины наиболее широкого рабочего слоя 32 составляла 0,37 L’.

Защитная арматура, которая дополняет арматуру гребня и располагается в радиальном направлении снаружи от описанной выше рабочей арматуры, образована двумя слоями 51 и 52, сформированными из эластичных кордных нитей, изготовленных из стали.

В данном случае эластичными называют такие кордные нити, которые представляют под действием усилия растяжения, равного разрушающей нагрузке, относительное удлинение, равное 4%, тогда как используемые кордные нити называют нерастяжимыми в том случае, когда их относительное удлинение, измеренное при приложении нагрузки, составляющей 10% от разрушающей их нагрузки, имеет величину менее 0,2%.

Кордные нити двух защитных слоев перекрещиваются от одного слоя 51 к последующему слою 52, образуя с окружным направлением углы, равные соответственно -24 и +24°, причем кордные нити защитного слоя 51, наиболее близкого к арматуре каркаса, перекрещиваются с кордными нитями рабочего слоя 33, наиболее удаленного от арматуры каркаса.

Осевая ширина L51 защитного слоя 51 весьма существенно превышает ширину L33 наиболее широкого в осевом направлении рабочего слоя и его конец располагается снаружи в осевом направлении от наружного в осевом направлении конца полуслоя 34 таким образом, чтобы защитный слой 51 перекрывал в осевом направлении всю совокупность рабочих слоев и вставленных между ними промежуточных полуслоев. При этом осевая ширина L52 второго защитного слоя по существу равна половине суммы значений ширины L32 и L33 двух наиболее широких рабочих слоев.

На фиг.3 схематически представлен вариант реализации арматуры гребня, содержащей два полуслоя 34, располагающихся соответственно между рабочими слоями 31 и 32 и между рабочими слоями 32 и 33, причем рабочие слои 31, 32, 33 во всех своих точках идентичны слоям, описанным выше. То же самое можно сказать и о первом полуслое 34 по отношению к полуслою, представленному на фиг.2.

Что касается второго полуслоя 34, располагающегося между рабочими слоями 32 и 33, то он сформирован из кордных нитей, идентичных кордным нитям первого полуслоя и образующих с окружным направлением угол β, равный 33°, но перекрещивающихся с кордными нитями первого полуслоя 34.

Что касается осевой ширины этого второго полуслоя, то она подчиняется принципам, изложенным выше, при условии принятия известным образом мер предосторожности, направленных на то, чтобы два конца этого слоя не располагались в одной и той же параллельной плоскости.

С каждой стороны от экваториальной плоскости шины между краями по меньшей мере двух примыкающих друг к другу в радиальном направлении слоев гребня расположен по меньшей мере один полуслой, образованный металлическими нерастяжимыми кордными нитями. В результате повышается прочность шины. 6 з.п.ф-лы, 3 ил.

1. Пневматическая шина для тяжелой колесной машины, содержащая по меньшей мере одну радиальную арматуру каркаса (1), закрепленную в каждом борту на по меньшей мере одном бортовом кольце, образуя на нем оборот, причем поверх арматуры каркаса (1) и снаружи от нее в радиальном направлении располагается арматура гребня (3), образованная по меньшей мере тремя так называемыми рабочими слоями (31, 32, 33), сформированными из металлических нерастяжимых подкрепляющих элементов, параллельных между собой в каждом слое и перекрещивающихся от одного слоя (31, 32) к другому слою (32, 33), образуя с окружным направлением углы α, α1, α2, имеющие величину от 15 до 35°, отличающаяся тем, что по меньшей мере один полуслой (34), образованный металлическими нерастяжимыми подкрепляющими элементами и имеющий ширину L', с каждой стороны от экваториальной плоскости XX' располагается в радиальном направлении между краями по меньшей мере двух примыкающих друг к другу в радиальном направлении рабочих слоев гребня (31, 32; 32, 33), причем наружные и внутренние в осевом направлении концы полуслоя (34) располагаются соответственно снаружи в осевом направлении от конца наиболее широкого рабочего слоя и изнутри в осевом направлении от конца наименее широкого рабочего слоя на расстояниях, составляющих по меньшей мере L'/5, причем подкрепляющие элементы полуслоя (34) образуют с окружным направлением некоторый угол β, с одной стороны, превышающий по абсолютной величине 25°, а с другой стороны, превышающий по абсолютной величине наибольший из тех углов, которые образуют с окружным направлением подкрепляющие элементы двух рабочих слоев, на величину от 5 до 15°.2. Пневматическая шина по п.1, отличающаяся тем, что один полуслой (34) располагается между двумя рабочими слоями (31, 32), наиболее близкими к арматуре каркаса (1).3. Пневматическая шина по п.1 или 2, отличающаяся тем, что подкрепляющие элементы каждого полуслоя (34) перекрещиваются с подкрепляющими элементами рабочего слоя (31, 32), располагающегося в радиальном направлении изнутри от полуслоя (34) и наиболее близкого в радиальном направлении к арматуре каркаса (1).4. Пневматическая шина по п.3, отличающаяся тем, что значения ширины рабочих слоев (31, 32, 33) арматуры гребня (3) таковы, что рабочий слой (31, 32), располагающийся в радиальном направлении изнутри от каждого полуслоя (34), имеет меньшую ширину, чем рабочий слой (32, 33), располагающийся снаружи в радиальном направлении от полуслоя (34).5. Пневматическая шина по п.4, отличающаяся тем, что в рассматриваемом здесь варианте реализации с каждой стороны от экваториальной плоскости XX' из двух полуслоев (34), располагающихся между краями двух (31, 32; 32, 33) смежных в радиальном направлении рабочих слоев арматуры гребня, состоящей из трех рабочих слоев (31, 32, 33), второй полуслой (34) образован такими же металлическими подкрепляющими элементами, что и подкрепляющие элементы первого полуслоя (34), причем элементы второго полуслоя перекрещиваются с элементами первого полуслоя.6. Пневматическая шина по любому из пп.1-5, отличающаяся тем, что поверх рабочей арматуры гребня (31, 32, 33, 34) в радиальном направлении располагается защитная арматура (5), образованная двумя защитными слоями (51, 52), сформированными из эластичных металлических подкрепляющих элементов, причем один из защитных слоев (51, 52) имеет осевую ширину L51 (L52), превышающую наибольшую осевую ширину рабочих слоев гребня.7. Пневматическая шина по п.6, отличающаяся тем, что защитный слой (51, 52), имеющий осевую ширину L51 (L52), превышающую наибольшую осевую ширину рабочих слоев, представляет собой внутренний в радиальном направлении защитный слой (51), тогда как ширина второго защитного слоя (52) имеет величину L52, заключенную в диапазоне между двумя наибольшими значениями ширины рабочих слоев.