Предлагаемое изобретение относится к пневматической шине, для которой коэффициент вида Н/S имеет величину, строго превышающую 0,55, имеющей радиальную арматуру каркаса и, более конкретно, к пневматической шине, предназначенной для оснащения транспортных средств, несущих тяжелую нагрузку и движущихся с относительно высокой скоростью, таких как грузовые автомобили, тягачи, прицепы или рейсовые автобусы.
Арматура подкрепления или подкрепляющий каркас пневматических шин, в частности пневматических шин для тяжелых транспортных средств типа "poids-lourds", в настоящее время чаще всего представляет собой пакет, состоящий из одного или нескольких слоев подкрепляющих элементов, обычно называемых "слоями каркаса", "слоями гребня" и т.п.Такой способ обозначения различных типов подкрепляющей арматуры вытекает из способа изготовления, состоящего в реализации серии полуфабрикатных изделий в форме слоев, снабженных нитевидными и часто продольными подкрепляющими элементами, которые в дальнейшем соединяются или укладываются один на другой для того, чтобы сформировать заготовку пневматической шины. Эти слои изготавливаются плоскими, имеют значительные размеры и затем выкраиваются и разрезаются в функции фактических размеров данного изделия. На первом этапе сборки соединение слоев также осуществляется, по существу, в плоском состоянии. Затем реализованная таким образом заготовка подвергается формованию для придания обычного для пневматических шин тороидального профиля. Затем так называемые "отделочные" полуфабрикатные изделия накладываются на эту заготовку для получения изделия, готового к вулканизации.
Такой способ "классического" типа подразумевает, в частности, для этапа изготовления заготовки пневматической шины, использование элемента закрепления (обычно бортового кольца), применяемого для закрепления или удержания арматуры каркаса в зоне бортов данной пневматической шины. Таким образом, для способа этого типа осуществляют оборот участка всех слоев, образующих арматуру каркаса (или только части этих слоев) вокруг бортового кольца, располагающегося в борту пневматической шины. Тем самым создают определенный тип закрепления арматуры каркаса в борту.
Обобщение в промышленности классического способа этого типа, несмотря на многочисленные варианты в способах реализации упомянутых слоев и их соединения, приводит специалиста в данной области техники к использованию словаря, характерного для этого способа; отсюда и обычно применяемая терминология, содержащая, в частности, термины "слой", "каркас", "бортовое кольцо", "формование" для обозначения перехода от плоского профиля к профилю тороидальной формы и т.д.
В настоящее время существуют пневматические шины, которые не содержат "слоев" или "бортовых колец" как таковых в соответствии с приведенными выше определениями. Так, например, в патенте ЕР 0582196 описаны пневматические шины, изготовленные без использования полуфабрикатных изделий в форме слоев. Например, подкрепляющие элементы различных подкрепляющих конструкций накладываются непосредственно на смежные слои каучуковых смесей, последовательными слоями на тороидальный сердечник, форма которого позволяет непосредственно получить профиль, представляющий конечный профиль пневматической шины в процессе ее изготовления. Таким образом, в этом случае больше не используются понятия "полуфабрикат", "слои" или "бортовое кольцо". Базовые изделия, такие как каучуковые смеси и подкрепляющие элементы в форме нитей или волокон, непосредственно накладываются на сердечник. И поскольку этот сердечник имеет тороидальную форму, больше нет необходимости формовать заготовку для того, чтобы перейти от плоского профиля к профилю тороидальной формы.
В то же время, в пневматических шинах, описанных в указанном патенте, не предусмотрено использование "традиционного" оборота слоя каркаса вокруг бортового кольца. В данном случае этот тип закрепления заменяется на конструкцию, в которой располагают примыкающим образом к упомянутой подкрепляющей конструкции боковины окружные кордные нити, причем вся эта структура залита в каучуковую смесь закрепления или связи.
Существуют также способы сборки на тороидальном сердечнике, в которых используются полуфабрикатные изделия, специально адаптированные для простой, быстрой и эффективной укладки на центральный сердечник. И, наконец, можно также использовать смешанный вариант, содержащий одновременно некоторые изделия в виде полуфабрикатов, предназначенные для реализации некоторых структурных элементов (таких как слои, бортовые кольца и т.д.), тогда как другие структурные элементы реализуются на основе непосредственного наложения на сердечник каучуковых смесей и/или подкрепляющих элементов.
В настоящем документе для того, чтобы учесть последние технологические достижения как в области изготовления, так и в области конструкции изделий, классические термины, такие как "слои", бортовые кольца" и т.д., заменены на нейтральные термины или термины, не зависящие от типа используемого способа изготовления. Таким образом, термин "подкрепляющая конструкция каркаса" или "подкрепляющая конструкция боковины" пригоден для обозначения подкрепляющих элементов слоя каркаса в классическом способе изготовления и соответствующих подкрепляющих элементов, обычно применяемых на уровне боковин, для пневматической шины, изготавливаемой в соответствии со способом без использования полуфабрикатных изделий. Термин "зона закрепления", в свою очередь, может означать как "традиционный" оборот слоя каркаса вокруг бортового кольца в соответствии с классическим способом изготовления, так и систему, образованную окружными подкрепляющими элементами, каучуковой смесью и примыкающими участками подкрепляющей конструкции боковины в нижней зоне и реализованную в соответствии со способом с непосредственным наложением этих элементов на тороидальный сердечник.
В общем случае в пневматических шинах типа "poids-lourds" арматура каркаса закреплена по одну и по другую стороны в зоне борта и поверх нее в радиальном направлении располагается арматура гребня, образованная, по меньшей мере, двумя слоями, уложенными один на другой и сформированными из кордных нитей или тросиков, параллельных друг другу в каждом слое. Эта арматура гребня также может содержать слой металлических кордных проволок или тросиков с малой растяжимостью, образующих с окружным направлением угол, величина которого заключена в диапазоне от 45° до 90°, причем этот слой, называемый триангуляционный слоем, располагается между арматурой каркаса и первым так называемым рабочим слоем гребня в радиальном направлении, образованными параллельными кордными нитями или тросиками, под углом, не превышающими 45° по абсолютной величине. Этот триангуляционный слой образует, по меньшей мере, с упомянутым рабочим слоем триангулированную арматуру, которая предусматривает наличие небольших деформаций, возникающих под действием различных напряжений, воздействующих на нее, причем основная функция этого триангуляционного слоя состоит в том, чтобы воспринять усилия поперечного сжатия, которые являются основным объектом системы подкрепляющих элементов в зоне гребня пневматической шины.
Арматура гребня содержит, по меньшей мере, один рабочий слой; в том случае, когда упомянутая арматура гребня содержит по меньшей мере два рабочих слоя, эти слои образованы металлическими нерастяжимыми подкрепляющими элементами, параллельными между собой в каждом слое и перекрещивающимися при переходе от одного слоя к другому, образуя с окружным направлением углы, имеющие величину в диапазоне от 10° до 45°. Упомянутые рабочие слои, образующие рабочую арматуру, могут еще быть покрыты, по меньшей мере, одним так называемым защитным слоем, предпочтительно образованным металлическими и растяжимыми или так называемыми эластичными подкрепляющими элементами.
В случае пневматических шин, предназначенных для тяжелых транспортных средств типа "Poids-Lourds", обычно присутствует только один защитный слой и его защитные подкрепляющие элементы в большинстве случаев ориентированы в том же направлении и под тем же углом по абсолютной величине, что и подкрепляющие элементы рабочего слоя, наиболее наружного в радиальном направлении и, следовательно, примыкающего к этому защитному слою. В случае пневматических шин, используемых для оснащения тяжелой колесной дорожно-строительной техники и предназначенных для качения по неровному грунту, предпочтительным является наличие двух защитных слоев, причем подкрепляющие элементы двух этих защитных слоев перекрещиваются от одного слоя к другому и подкрепляющие элементы внутреннего в радиальном направлении слоя перекрещиваются с нерастяжимыми подкрепляющими элементами наружного в радиальном направлении рабочего слоя гребня, примыкающего к упомянутому внутреннему в радиальном направлении защитному слою.
Кордные нити или тросики считаются нерастяжимыми в том случае, когда эти кордные нити или тросики получают под действием растягивающего усилия, имеющего величину на уровне 10% от усилия разрыва, относительное удлинение, не превышающее 0,2%.
Кордные нити или тросики считаются эластичными в том случае, когда эти кордные нити или тросики получают под действием растягивающего усилия, равного усилию разрыва, относительное удлинение, по меньшей мере, равное 4%.
Окружное направление пневматической шины, или ее продольное направление, представляет собой соответствующее направление на периферийной части данной пневматической шины и определяемое направлением качения этой пневматической шины.
Поперечное или осевое направление пневматической шины является параллельным оси вращения этой пневматической шины.
Радиальное направление пневматической шины представляет собой направление, пересекающее ось вращения этой пневматической шины и перпендикулярное к этой оси.
Ось вращения пневматической шины представляет собой ось, вокруг которой пневматическая шина вращается при нормальной эксплуатации.
Радиальная или меридиональная плоскость пневматической шины представляет собой плоскость, которая содержит ось вращения пневматической шины.
Средняя окружная плоскость, или экваториальная плоскость, пневматической шины представляет собой плоскость, перпендикулярную оси вращения пневматической шины и разделяющую эту пневматическую шину на две равные части.
Некоторые современные так называемые "автодорожные" пневматические шины, для которых коэффициент вида Н/S имеет величину, превышающую 0,55, предназначены для движения с большой скоростью и на все большие расстояния вследствие расширения и усовершенствования сети автомобильных дорог во всем мире. Совокупность условий, в которых эксплуатируется пневматическая шина, позволяет существенно повысить количество километров пробега, причем износ пневматической шины оказывается уменьшенным. В то же время усталостная прочность пневматической шины и, в частности, ее арматуры гребня снижается.
На самом деле существуют механические напряжения на уровне арматуры гребня и, более конкретно, напряжения сдвига между слоями гребня, связанные с заметным повышением температуры функционирования на уровне концов наиболее короткого в осевом направлении слоя гребня, которые имеют следствием возникновение и распространение трещин резины в концевых областях. Та же самая проблема существует в случае кромок двух слоев подкрепляющих элементов, причем упомянутый другой слой не обязательно непосредственно примыкает к упомянутому первому слою в радиальном направлении.
Для того чтобы повысить стойкость и срок службы арматуры гребня пневматической шины рассматриваемого типа, уже были предложены различные технические решения, относящиеся к структуре и качеству слоев подкрепляющих элементов и/или профилированных элементов, изготовленных из каучуковых смесей, которые располагаются между и/или вокруг концов этих слоев подкрепляющих элементов и, более конкретно, концов слоя, наиболее короткого в осевом направлении.
В патенте FR 1389428 для повышения устойчивости к повреждениям каучуковых смесей, располагающихся в непосредственной близости от кромок арматуры гребня, рекомендуется использование в сочетании с беговой дорожкой протектора, обладающей малым гистерезисом, каучуковый профилированный элемент, покрывающий, по меньшей мере, боковые стороны и краевые зоны арматуры гребня и образованный каучуковой смесью с малым гистерезисом.
В патенте FR 2222232 для устранения разделения между слоями арматуры гребня рекомендуется покрывать концы этой арматуры буферным каучуковым слоем, для которого твердость по Шору А отличается от твердости по Шору А для беговой дорожки протектора, располагающейся поверх упомянутой арматуры гребня, и более высокой, чем твердость по Шору А для изготовленного из каучуковой смеси профилированного элемента, располагающегося между кромками слоев арматуры гребня и арматуры каркаса.
В патенте FR 2728510 предлагается располагать, с одной стороны, между арматурой каркаса и рабочим слоем арматуры гребня, наиболее близким в радиальном направлении к оси вращения пневматической шины, сплошной в осевом направлении слой, сформированный из нерастяжимых металлических кордных тросиков, образующих с окружным направлением угол, составляющий, по меньшей мере, 60°, и ширина которого в осевом направлении, по меньшей мере, равна ширине в осевом направлении наиболее короткого рабочего слоя гребня, а с другой стороны, располагать между двумя рабочими слоями гребня дополнительный слой, образованный металлическими подкрепляющими элементами, ориентированными, по существу, параллельно окружному направлению.
Продолжительное движение в особенно тяжелых условиях сконструированных таким образом пневматических шин выявило определенные пределы стойкости и срока службы этих пневматических шин.
Для того чтобы устранить отмеченные выше недостатки и повысить стойкость и срок службы арматуры гребня пневматических шин, во французском патенте WO 99/24269 предложено с одной и с другой стороны от экваториальной плоскости и в непосредственном осевом продолжении дополнительного слоя подкрепляющих элементов, по существу параллельных окружному направлению, соединить, на некотором расстоянии в осевом направлении два рабочих слоя гребня, образованных подкрепляющими элементами, перекрещивающимися от одного слоя к другому, с возможностью затем разъединения этих слоев при помощи изготовленных из каучуковой смеси профилированных элементов, по меньшей мере, на оставшейся части общей ширины двух упомянутых рабочих слоев.
Техническая задача данного изобретения состоит в разработке пневматических шин для тяжелых транспортных средств типа "Poids-Lourds", для которых значение коэффициента вида Н/S имеет величину, строго превышающую 0,55, обладающих улучшенными характеристиками стойкости и срока службы по сравнению с обычно используемыми пневматическими шинами.
Эта техническая задача решается в соответствии с предлагаемым изобретением при помощи пневматической шины, для которой величина коэффициента вида Н/S имеет величину, строго превышающую 0,55, имеющей радиальную арматуру каркаса и содержащей арматуру гребня, сформированную из, по меньшей мере, двух рабочих слоев гребня, образованных нерастяжимыми подкрепляющими элементами, перекрещивающимися от одного слоя к другому, образуя с окружным направлением углы, имеющие величину в диапазоне от 10° до 45°, поверх которой в радиальном направлении располагается беговая дорожка протектора, соединенная с двумя бортами посредством двух боковин, причем арматура гребня содержит, по меньшей мере, один слой окружных подкрепляющих элементов, при этом отношение толщины блока гребня на конце плечевой зоны к толщине блока гребня в средней окружной плоскости имеет величину менее 1,20 и отношение осевой ширины слоя окружных подкрепляющих элементов к осевой ширине беговой дорожки протектора имеет величину, превышающую 0,5, предпочтительно превышающую 0,6 и еще более предпочтительно превышающую 0,65.
Так называемые окружные подкрепляющие элементы представляют собой подкрепляющие элементы, которые образуют с окружным направлением углы, имеющие величину в диапазоне от +2,5° до -2,5° относительно 0°.
Коэффициент вида Н/S представляет собой отношение высоты Н данной пневматической шины, установленной на ободе, к максимальной осевой ширине S этой пневматической шины в том случае, когда пневматическая шина установлена на эксплуатационный обод и накачана до своего номинального давления. Упомянутая высота Н определяется как разность между максимальным радиусом беговой дорожки протектора и минимальным радиусом борта данной пневматической шины.
Слой окружных подкрепляющих элементов в соответствии с предлагаемым изобретением предпочтительно представляет собой сплошной слой по всей своей осевой ширине.
Различные измерения толщины осуществляются на поперечном разрезе пневматической шины, причем эта пневматическая шина при выполнении измерений не накачана.
Значения осевой ширины слоев подкрепляющих элементов измеряются на поперечном разрезе пневматической шины, причем пневматическая шина при выполнении измерений не накачана.
Осевая ширина беговой дорожки протектора измеряется между двумя плечевыми концами в том случае, когда данная пневматическая шина установлена на эксплуатационный обод и накачана до своего номинального давления.
Плечевой конец определяется в плечевой зоне пневматической шины путем ортогональной проекции на наружную поверхность пневматической шины точки пересечения касательных к поверхностям наружного в осевом направлении конца беговой дорожки протектора (вершина рисунка протектора), с одной стороны, и наружного в радиальном направлении конца боковины, с другой стороны.
Толщина блока гребня в средней окружной плоскости определяется как расстояние вдоль радиального направления между касательной к вершине беговой дорожки протектора в средней окружной плоскости и касательной к наиболее внутренней в радиальном направлении каучуковой смеси пневматической шины в средней окружной плоскости.
Толщина блока гребня на плечевом конце пневматической шины определяется длиной ортогональной проекции ее плечевого конца на наиболее внутренний в радиальном направлении слой каучуковой смеси этой пневматической шины.
Более конкретно, предлагаемое изобретение относится к пневматической шине типа "Poids-Lourds", для которой отношение высоты Н этой пневматической шины на ободе к ее максимальной осевой ширине S, или коэффициент вида, имеет величину, не превышающую 0,80, и предназначенной для оснащения среднетоннажных или крупнотоннажных транспортных средств, таких как грузовые автомобили, автобусы, прицепы и т.п.
Определяемая таким образом пневматическая шина в соответствии с предлагаемым изобретением позволяет для данного размера и более конкретно для данного коэффициента вида H/ST усовершенствовать характеристики, касающиеся стойкости и срока службы такой пневматической шины.
В сравнении с обычной пневматической шиной того же размера пневматическая шина в соответствии с предлагаемым изобретением имеет, по существу, идентичные значения толщины блока гребня. Оказывается, что толщина блока гребня в средней окружной плоскости может в соответствии с некоторыми вариантами выполнений быть более значительной, чем толщина блока гребня на плечевом конце; при этом отношение толщины блока гребня на плечевом конце к толщине блока гребня в средней окружной плоскости предпочтительно превышает 0,50.
С точки зрения структуры подкрепляющей арматуры на уровне блока гребня, то есть под беговой дорожкой протектора, это выражается при помощи подкрепляющих слоев арматуры каркаса и подкрепляющих слоев арматуры гребня, радиусы кривизны которых в осевом направлении (или в меридиональном направлении) являются квази-бесконечными в любой точке осевой ширины зоны, имеющей ширину, составляющую, по меньшей мере, 50% от ширины беговой дорожки протектора, и центрированной на средней окружной плоскости.
В то же время, в предлагаемом изобретении предусматривается дополнительный слой каучуковой смеси по сравнению с обычной пневматической шиной. Этот дополнительный слой каучуковой смеси устанавливается непосредственно под беговой дорожкой протектора таким образом, чтобы быть центрированным на средней окружной плоскости. Наличие такого дополнительного слоя позволяет получить радиус осевой кривизны беговой дорожки протектора, меньший, чем радиус осевой кривизны подкрепляющих слоев арматуры каркаса, и получить таким образом отпечаток зоны контакта пневматической шины с грунтом, соответствующий обычным отпечаткам. Этот дополнительный слой каучуковой смеси позволяет также в определенной степени обеспечить защиту рабочих слоев гребня от окисления.
Предпочтительно, чтобы, по меньшей мере, один слой, образующий структуру гребня, был выполнен в радиальном направлении под "ребром" или рельефным рисунком протектора в основном продольной ориентации, наиболее наружным в осевом направлении. Такой вариант выполнения позволяет усилить жесткость упомянутого рельефного рисунка.
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления предлагаемого изобретения отношение толщины блока гребня на плечевом конце к толщине блока гребня в средней окружной плоскости имеет величину менее 1,15 и еще более предпочтительно менее 1,10.
Особенно предпочтительно также, чтобы отношение осевой ширины беговой дрожки протектора к максимальной осевой ширине пневматической шины превышало или было равно 0,80 и еще более предпочтительно превышало или было равно 0,82. Согласно этому предпочтительному способу осуществления предлагаемого изобретения можно получить наивысший коэффициент полезного действия с точки зрения стойкости к износу.
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления предлагаемого изобретения различие между осевой шириной наиболее широкого в осевом направлении рабочего слоя гребня и осевой шириной наименее широкого в осевом направлении рабочего слоя гребня имеет величину в диапазоне от 10 мм до 30 мм.
Еще более предпочтительно наиболее широкий в осевом направлении рабочий слой гребня располагать в радиальном направлении изнутри по отношению к другим рабочим слоям гребня.
В соответствии с наиболее предпочтительным вариантом осуществления предлагаемого изобретения расстояние между концом наиболее широкого в осевом направлении рабочего слоя гребня и арматурой каркаса имеет величину в диапазоне от 2 мм до 15 мм и предпочтительно в диапазоне от 5 мм до 7 мм. Этот вариант выполнения выражается в более ярко акцентированной, чем это бывает обычно в пневматических шинах подобного типа, кривизне подкрепляющей арматуры в плечевых зонах пневматической шины. Количество каучукового материала, добавленное между арматурой каркаса и концом подкрепляющей арматуры, имеет, таким образом, толщину меньшую, чем толщина материала, обычно введенного в пневматическую шину этого типа. Такая характеристика также способствует повышению стойкости и срока службы пневматической шины.
В соответствии с еще одним предпочтительным вариантом осуществления предлагаемого изобретения предусматривается, что осевая ширина по меньшей мере одного слоя окружных подкрепляющих элементов является меньшей, чем осевая ширина наиболее широкого в осевом направлении рабочего слоя гребня.
Такая осевая ширина, по меньшей мере, одного слоя окружных подкрепляющих элементов допускает, в частности, уменьшение напряжений сдвига между рабочими слоями гребня и вследствие этого в еще большей степени улучшает характеристики стойкости пневматической шины.
В соответствии с предпочтительным способом осуществления предлагаемого изобретения, подкрепляющие элементы, по меньшей мере, одного слоя окружных подкрепляющих элементов представляют собой металлические подкрепляющие элементы, имеющие секущий модуль до относительного удлинения на уровне 0,7% в диапазоне от 10 ГПа до 120 ГПа и максимальный касательный модуль, имеющий величину менее 150 ГПа.
Предпочтительно, чтобы секущий модуль подкрепляющих элементов до относительного удлинения на уровне 0,7% имел величину менее 100 ГПа, но превышающую 20 ГПа и предпочтительно превышающую 30 ГПа, и менее 90 ГПа и еще более предпочтительно менее 80 ГПа.
Также предпочтительно, чтобы максимальный касательный модуль подкрепляющих элементов имел величину менее 130 ГПа и еще более предпочтительным образом менее 120 ГПа.
Модули, описанные выше, измеряются на кривой напряжения растяжения в функции относительного удлинения, определяемого с предварительным напряжением на уровне 20 МПа, приведенного к поперечному сечению металла подкрепляющего элемента, причем растягивающее напряжение соответствует измеренному натяжению, приведенному к поперечному сечению металла подкрепляющего элемента.
Модули одних и тех же подкрепляющих элементов могут быть измерены на кривой напряжения растяжения в функции относительного удлинения, определенного с предварительным напряжением на уровне 10 МПа, приведенным к полному поперечному сечению данного подкрепляющего элемента, причем растягивающее напряжение соответствует измеренному натяжению, приведенному к полному поперечному сечению данного подкрепляющего элемента. Полное поперечное сечение данного подкрепляющего элемента представляет собой поперечное сечение композитного подкрепляющего элемента, образованного металлом и каучуком, причем каучук, в частности, проникает в данный подкрепляющий элемент в процессе осуществления фазы вулканизации пневматической шины.
В соответствии с этой формулировкой, относящейся к полному поперечному сечению подкрепляющего элемента, подкрепляющие элементы, по меньшей мере, одного слоя окружных подкрепляющих элементов представляют собой металлические подкрепляющие элементы, характеризующиеся секущим модулем при относительном удлинении на уровне 0,7%, имеющим величину в диапазоне от 5 ГПа до 60 ГПа, и максимальным касательным модулем, имеющим величину менее 75 ГПа.
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения секущий модуль подкрепляющих элементов при относительном удлинении на уровне 0,7% имеет величину менее 50 ГПа и превышающую 10 ГПа, предпочтительно заключенную в диапазоне от 15 ГПа до 45 ГПа и еще более предпочтительно составляющую менее 40 ГПа.
Также предпочтительно, чтобы максимальный касательный модуль подкрепляющих элементов имел величину менее 65 ГПа и еще более предпочтительно менее 60 ГПа.
В соответствии с еще одним предпочтительным вариантом выполнения, подкрепляющие элементы, по меньшей мере, одного слоя окружных подкрепляющих элементов представляют собой металлические подкрепляющие элементы, характеризующиеся кривой растягивающего напряжения в функции относительного удлинения, имеющей небольшие наклоны для малых относительных удлинений и, по существу, постоянный и значительный наклон для больших относительных удлинений. Такие подкрепляющие элементы дополнительного слоя обычно называют "двухмодульными" подкрепляющими элементами.
В соответствии с еще одним предпочтительным вариантом осуществления изобретения достаточно большой и, по существу, постоянный наклон упомянутой кривой проявляется, начиная с относительного удлинения, имеющего величину в диапазоне от 0,1% до 0,5%.
Различные характеристики упомянутых выше подкрепляющих элементов измеряются на подкрепляющих элементах, взятых из пневматических шин.
Подкрепляющие элементы, специальным образом приспособленные для реализации, по меньшей мере, одного слоя окружных подкрепляющих элементов в соответствии с предлагаемым изобретением, представляют собой, например, сборки, отвечающие формуле 21.23, конструкция которых описывается выражением 3×(0,26+6×0,23)4,4/6.6 SS. Такой кордный тросик с прядями состоит из 21 элементарной проволоки, причем эти проволоки соединены по формуле 3×(1+6) с тремя скрученными вместе прядями, каждая из которых состоит из 7 проволок, причем одна из этих проволок образует центральный сердечник и имеет диаметр, составляющий 26/100 мм, и 6 проволок, намотанных на этот сердечник и имеющих диаметр 23/100 мм. Такой кордный тросик имеет секущий модуль при относительном удлинении на уровне 0,7%, равный 45 ГПа, и максимальный касательный модуль, равный 98 ГПа, причем величины этих модулей измерены на кривой растягивающего напряжения в функции относительного удлинения, определяемого с предварительным напряжением на уровне 20 МРа, приведенным к поперечному сечению металла данного подкрепляющего элемента, и растягивающее напряжение соответствует измеренному натяжению, приведенному к поперечному сечению металла данного подкрепляющего элемента. На кривой растягивающего напряжения в зависимости от относительного удлинения, определяемого с предварительным напряжением, составляющим 10 МПа, приведенным к полному поперечному сечению данного подкрепляющего элемента, причем растягивающее напряжение соответствует измеренному натяжению, приведенному к полному поперечному сечению данного подкрепляющего элемента, этот кордный тросик, отвечающий формуле 21.23, представляет секущий модуль при относительном удлинении на уровне 0,7%, равный 23 ГПа, и максимальный касательный модуль, равный 49 ГПа.
Аналогичным образом, другой пример выполнения подкрепляющего элемента представляет собой сборку, отвечающую формуле 21.28, конструкция которой может быть описана выражением 3×(0,32+6×0,28)6.2/9.3 SS. Этот кордный тросик представляет секущий модуль при относительном удлинении на уровне 0,7%, равный 56 ГПа, и максимальный касательный модуль, равный 102 ГПа, причем величины этих модулей измерены на кривой растягивающего напряжения в функции относительного удлинения, определяемого с предварительным напряжением на уровне 20 МРа, приведенным к поперечному сечению металла данного подкрепляющего элемента, и растягивающее напряжение соответствует измеренному натяжению, приведенному к поперечному сечению металла данного подкрепляющего элемента. На кривой растягивающего напряжения в зависимости от относительного удлинения, определяемого с предварительным напряжением, составляющим 10 МПа, приведенным к полному поперечному сечению данного подкрепляющего элемента, причем растягивающее напряжение соответствует измеренному натяжению, приведенному к полному поперечному сечению данного подкрепляющего элемента, этот кордный тросик, отвечающий формуле 21.28, представляет секущий модуль при относительном удлинении на уровне 0,7%, равный 27 ГПа, и максимальный касательный модуль, равный 49 ГПа.
Использование таких подкрепляющих элементов в, по меньшей мере, одном слое окружных подкрепляющих элементов позволяет, в частности, сохранить удовлетворительную жесткость этого слоя также и после этапов формования и вулканизации при осуществлении обычных способов изготовления пневматической шины.
В соответствии с вторым способом осуществления предлагаемого изобретения окружные подкрепляющие элементы могут быть образованы нерастяжимыми металлическими элементами, разрезанными таким образом, чтобы формировать участки, длина которых существенно меньше длины окружности наименее длинного слоя, но предпочтительно превышает 0,1 от упомянутой длины окружности, причем разрывы между этими участками смещены в осевом направлении друг относительно друга. Еще более предпочтительно, чтобы модуль упругости на растяжение на единицу ширины упомянутого дополнительного слоя имел величину меньшую, чем величина модуля упругости на растяжение, измеренная в тех же условиях, для наиболее растяжимого рабочего слоя гребня. Такой способ реализации позволяет достаточно простым способом придать слою окружных подкрепляющих элементов значение модуля упругости, которое легко может быть скорректировано (путем выбора интервалов между участками одного и того же ряда), но которое во всех случаях является меньшим, чем значение модуля упругости для слоя, образованного теми же металлическими элементами, но сплошными, причем модуль упругости дополнительного слоя измеряется на вулканизированном слое разрезанных элементов, взятом из пневматической шины.
В соответствии с третьим способом осуществления предлагаемого изобретения окружные подкрепляющие элементы представляют собой волнистые металлические подкрепляющие элементы, причем отношение а/λ амплитуды волнистости к длине волны имеет величину, не превышающую 0,09. Предпочтительно, чтобы модуль упругости на растяжение на единицу ширины дополнительного слоя имел величину меньшую, чем величина модуля упругости на растяжение, измеренная в тех же самых условиях, для наиболее растяжимого рабочего слоя гребня.
Упомянутые металлические подкрепляющие элементы предпочтительно представляют собой кордные тросики, изготовленные из стали.
В соответствии с еще одним вариантом осуществления предлагаемого изобретения, по меньшей мере, один слой окружных подкрепляющих элементов располагается в радиальном направлении между двумя рабочими слоями гребня.
В соответствии с вышеупомянутым вариантом выполнения слой окружных подкрепляющих элементов позволяет более существенным образом ограничить условия сжатия подкрепляющих элементов арматуры каркаса, чем подобный слой, размещенный в радиальном направлении снаружи от рабочих слоев. Этот слой предпочтительно отделен в радиальном направлении от арматуры каркаса при помощи, по меньшей мере, одного рабочего слоя гребня таким образом, чтобы ограничить механические напряжения упомянутых подкрепляющих элементов и не создавать в них чрезмерных усталостных напряжений.
Еще более предпочтительно, чтобы в случае использования слоя окружных подкрепляющих элементов, располагающихся в радиальном направлении между двумя рабочими слоями гребня, значения осевой ширины рабочих слоев гребня, примыкающих в радиальном направлении к слою окружных подкрепляющих элементов, превышали осевую ширину упомянутого слоя окружных подкрепляющих элементов, а упомянутые рабочие слои гребня, примыкающие к слою окружных подкрепляющих элементов, по одну и по другую стороны от экваториальной плоскости и в непосредственном осевом продолжении упомянутого слоя окружных подкрепляющих элементов, были соединены между собой на некоторой осевой ширине для того, с возможностью разъединения, при помощи изготовленных из каучуковой смеси профилированных элементов на, по меньшей мере, оставшейся части общей ширины двух упомянутых рабочих слоев.
Наличие таких соединений между рабочими слоями гребня, примыкающими к слою окружных подкрепляющих элементов, дополнительно позволяет уменьшить механические напряжения растяжения, воздействующие на наиболее наружные в осевом направлении окружные подкрепляющие элементы, располагающиеся наиболее близко к упомянутому соединению.
Толщина каучуковых профилированных элементов, обеспечивающих разъединение рабочих слоев гребня, измеренная над концами наименее широкого рабочего слоя гребня, будет составлять, по меньшей мере, 2 мм и предпочтительно будет иметь величину, превышающую 2,5 мм.
В данном случае под выражением "соединенные слои" следует понимать слои, соответствующие подкрепляющие элементы которых отстоят друг от друга в радиальном направлении на расстоянии, не превышающем 1,5 мм, причем упомянутая толщина каучуковой смеси измеряется в радиальном направлении между соответствующими образующими, верхней и нижней, упомянутых слоев подкрепляющих элементов.
Для уменьшения растягивающих напряжений, воздействующих на наиболее наружные в осевом направлении окружные подкрепляющие элементы, в предлагаемом изобретении угол, образованный подкрепляющими элементами рабочих слоев гребня с окружным направлением, имеет величину менее 30° и предпочтительно менее 25°.
В соответствии с другим предпочтительным вариантом осуществления предлагаемого изобретения рабочие слои гребня содержат подкрепляющие элементы, перекрещивающиеся от одного слоя к другому и образующие с окружным направлением переменные углы вдоль осевого направления, причем упомянутые углы имеют более высокие значения на наружных в осевом направлении краях слоев подкрепляющих элементов по сравнению со значениями этих углов для упомянутых элементов, измеренных на уровне средней окружной плоскости. Такой вариант осуществления предлагаемого изобретения позволяет увеличить окружную жесткость в некоторых зонах и, напротив, уменьшить эту жесткость в других зонах, в частности, для уменьшения напряжений сжатия арматуры каркаса.
Согласно еще одному варианту осуществления предлагаемого изобретения арматура гребня дополняется снаружи в радиальном направлении, по меньшей мере, одним дополнительным защитным слоем, сформированным из эластичных подкрепляющих элементов, ориентированных по отношению к окружному направлению под углом, имеющим величину в диапазоне от 10° до 45°, и того же направления, что и угол, образованный нерастяжимыми подкрепляющими элементами того рабочего слоя гребня, который примыкает в радиальном направлении к этому защитному слою.
Упомянутый защитный слой может иметь осевую ширину, меньшую, чем осевая ширина наименее широкого рабочего слоя гребня. Упомянутый защитный слой также может иметь осевую ширину, превышающую осевую ширину наименее широкого рабочего слоя гребня с тем, чтобы этот защитный слой перекрывал кромки наименее широкого рабочего слоя гребня и в том случае, когда наименее широким рабочим слоем гребня является верхний в радиальном направлении рабочий слой с тем, чтобы этот защитный слой был соединен, в осевом продолжении дополнительной арматуры с наиболее широким рабочим слоем гребня на некоторой осевой ширине, с возможностью разъединения снаружи в осевом направлении при помощи каучуковых профилированных элементов, имеющих толщину, по меньшей мере, равную 2 мм. Защитный слой, образованный эластичными подкрепляющими элементами в упомянутом выше случае, может быть, с одной стороны, и в случае необходимости отсоединен от краев упомянутого наименее широкого рабочего слоя гребня при помощи каучуковых профилированных элементов, имеющих толщину, по существу меньшую, чем толщина каучуковых профилированных элементов, разделяющих края двух рабочих слоев гребня; а с другой стороны, может иметь осевую ширину, меньшую или превышающую осевую ширину наиболее широкого рабочего слоя гребня.
В соответствии с любым из вышеупомянутых способов осуществления предлагаемого изобретения, арматура гребня еще может быть дополнена изнутри в радиальном направлении и между арматурой каркаса и внутренним в радиальном направлении рабочим слоем гребня, наиболее близким к упомянутой арматуре каркаса, триангуляционным слоем, сформированным из изготовленных из стали металлических нерастяжимых подкрепляющих элементов, образующих с окружным направлением угол, величина которого превышает 60° и который имеет то же направление, что и направление угла, образованного с окружным направлением подкрепляющими элементами слоя гребня, наиболее близкого в радиальном направлении к арматуре каркаса.
В дальнейшем изобретение поясняется описанием вариантов его осуществления со ссылками на фигуры прилагаемых чертежей, в числе которых:
- Фиг.1 представляет собой схематический вид в осевом или вертикальном разрезе пневматической шины в соответствии с одним из способов осуществления предлагаемого изобретения,
- Фиг.2 представляет собой схематический вид в вертикальном разрезе пневматической шины в соответствии с вторым способом осуществления предлагаемого изобретения,
- Фиг.3 представляет собой схематический вид в вертикальном разрезе пневматической шины в соответствии с третьим способом осуществления предлагаемого изобретения,
- Фиг.4 представляет собой схематический вид в вертикальном разрезе пневматической шины в соответствии с четвертым способом осуществления предлагаемого изобретения,
- Фиг.5 представляет собой схематический вид пневматической шины в меридиональном разрезе, иллюстрирующий определение плечевого конца.
Для упрощения понимания приведенных чертежей данные в приложении фигуры представляют пневматическую шину в масштабе, отличающемся от реального. На этих фигурах представлена только половина вида пневматической шины в разрезе, которая продолжается симметричным образом по отношению к оси Х-Х', представляющей среднюю окружную плоскость или экваториальную плоскость данной пневматической шины.
На фиг.1 представлена пневматическая шина 1 типоразмера 295/60 R 22.5 Х, имеющая коэффициент формы Н/S, равный 0,60, где Н обозначает высоту пневматической шины 1 на своем монтажном ободе и S обозначает максимальную осевую ширину этой пневматической шины. Пневматическая шина 1 содержит радиальную арматуру каркаса 2, закрепленную в двух бортах, не показанных на фигуре. Арматура каркаса образована одним единственным слоем металлических кордных тросиков. Арматура каркаса 2 скреплена при помощи арматуры гребня 4, образованной в радиальном направлении, по направлению изнутри наружу:
- первым рабочим слоем 41, сформированным из металлических нерастяжимых и не скрепленных кордных тросиков формулы 11.35, сплошных на всей ширине этого слоя и ориентированных под углом в 18°,
- слоем окружных подкрепляющих элементов 42, сформированным изготовленными из стали "двухмодульными" металлическими кордными тросиками формулы 21×28,
- вторым рабочим слоем 43, сформированным из металлических нерастяжимых и не скрепленных кордных тросиков формулы 11.35, сплошных на всей ширине этого слоя, ориентированных под углом в 18° и перекрещивающихся с металлическими кордными тросиками упомянутого слоя 41,
- защитным слоем 44, сформированным из эластичных металлических кордных тросиков формулы 18×23.
Поверх арматуры гребня располагается беговая дорожка протектора 5.
Измеренные значения толщины блока гребня на каждом из плечевых концов 6 и в средней окружной плоскости Х-Х' составляют 31,8 мм на упомянутых плечевых концах и 30,1 мм в средней окружной плоскости. Отношение толщины блока гребня на плечевом конце к толщине этого блока гребня в средней окружной плоскости равно 1,06, то есть имеет величину менее 1,15 в соответствии с предлагаемым изобретением.
В то же время, осевая ширина беговой дорожки протектора L имеет величину 262 мм и отношение осевой ширины беговой дорожки протектора L к максимальной осевой ширине S данной пневматической шины составляет примерно 0,89, то есть превышает 0,80.
Осевая ширина L41 первого рабочего слоя 41 гребня составляет 248 мм, что для пневматической шины обычной формы, по существу, меньше ширины L беговой дорожки протектора, которая в рассматриваемом случае составляет 262 мм. Различие между шириной беговой дорожки протектора и шириной L41 составляет, таким образом, 14 мм и, следовательно, меньше 15 мм в соответствии с предлагаемым изобретением.
Осевая ширина L43 второго рабочего слоя 43 гребня составляет 230 мм. Различие между значениями ширины L41 и L43 составляет 18 мм и, следовательно, заключено в диапазоне от 10 мм до 30 мм в соответствии с предлагаемым изобретением.
Что касается полной осевой ширины L42 слоя окружных подкрепляющих элементов 42, то она составляет 188 мм. Отношение ширины L43 к ширине беговой дорожки протектора равно 0,71 и, следовательно, превышает 0,5.
Последний так называемый защитный слой гребня 44 имеет ширину L44, составляющую 188 мм.
В соответствии с предлагаемым изобретением на всей ширине слоя подкрепляющих элементов 42 и совокупности слоев арматуры гребня имеет место квази-бесконечный радиус кривизны. В соответствии с этой конфигурацией подкрепляющие элементы, ориентированные в окружном направлении, оказываются менее чувствительными к опасности разрыва, в частности, на их наружных в осевом направлении концах.
Вне зоны наружных в осевом направлении концов слоя окружных подкрепляющих элементов рабочие слои гребня представляют такую кривизну, что расстояние между наружным в осевом направлении концом наиболее широкого рабочего слоя 41 и арматурой каркаса составляет примерно 5 мм.
Представленная на фиг.2 пневматическая шина 1 отличается от пневматической шины, представленной на фиг.1, тем, что два рабочих слоя 41 и 43 гребня, с каждой стороны от экваториальной плоскости и на продолжении в осевом направлении слоя окружных подкрепляющих элементов 42, соединены между собой на некоторой осевой ширине I: при этом кордные тросики первого рабочего слоя 41 и кордные тросики второго рабочего слоя 43 на осевой ширине соединения I двух этих слоев отделены друг от друга в радиальном направлении слоем каучука, толщина которого является минимальной и соответствует двойной толщине каучукового слоя каландрирования скрепленных металлических кордных тросиков формулы 27.23, из которых сформирован каждый рабочий слой 41, 43, или равна 0,8 мм. На оставшейся общей ширине двух рабочих слоев два эти рабочие слоя 41, 42 гребня отделены друг от друга при помощи каучукового профилированного элемента, не представленного на рассматриваемой фигуре, причем толщина упомянутого профилированного элемента является возрастающей в направлении от осевого конца зоны соединения к концу наименее широкого рабочего слоя. Этот профилированный элемент предпочтительно имеет ширину, достаточную для того, чтобы перекрыть в радиальном направлении конец наиболее широкого рабочего слоя 41, который в рассматриваемом здесь случае представляет собой рабочий слой, наиболее близкий в радиальном направлении к арматуре каркаса.
Представленная на фиг.3 пневматическая шина 1 отличается от пневматической шины, представленной на фиг.1, тем, что она содержит дополнительный так называемый триангуляционный слой подкрепляющих элементов 45, имеющий ширину, по существу равную ширине рабочего слоя 43. Подкрепляющие элементы этого триангуляционного слоя 45 образуют с окружным направлением угол, составляющий примерно 60°, и ориентированы в том же направлении, что и подкрепляющие элементы рабочего слоя 41. Этот слой 41 позволяет, в частности, способствовать восприятию усилий поперечного сжатия, которое является объектом совокупности подкрепляющих элементов в зоне гребня пневматической шины.
Представленная на фиг.4 пневматическая шина 1 отличается от пневматической шины, представленной на фиг.1, тем, что упомянутый слой окружных подкрепляющих элементов является наружным в радиальном направлении по отношению к рабочим слоям 41 и 43 гребня и, следовательно, примыкает в радиальном направлении к рабочему слою 43, наиболее узкому в осевом направлении.
На фиг.5 представлен схематический вид в вертикальном осевом разрезе пневматической шины 1, на котором показана первая касательная 7 к поверхности наружного в осевом направлении конца беговой дорожки протектора 8. При этом поверхность беговой дорожки протектора определяется наружной в радиальном направлении поверхностью или вершиной рельефного рисунка протектора, не показанного на приведенных в приложении фигурах. Вторая касательная 9 к поверхности наружного в радиальном направлении конца боковины 10 пересекает упомянутую первую касательную 7 в точке 11. Ортогональная проекция этой точки на наружную поверхность пневматической шины определяет конец плечевой зоны 6 данной пневматической шины.
Осевая ширина L беговой дорожки протектора измеряется таким образом между двумя концами упомянутых плечевых зон 6.
На фиг.5 также представлено измерение толщины блока гребня на конце плечевой зоны 6, определяемое длиной 12 ортогональной проекции 13 конца плечевой зоны 6 на наиболее внутренний в радиальном направлении слой каучуковой смеси 14 данной пневматической шины.
На фиг.5 также представлено измерение толщины блока гребня в средней окружной плоскости ХХ', определяемое как расстояние 15 вдоль радиального направления между касательной к вершине беговой дорожки протектора 8 в средней окружной плоскости и касательной к наиболее внутреннему в радиальном направлении слою каучуковой смеси 14 этой пневматической шины в средней окружной плоскости.
Были проведены сравнительные испытания с использованием пневматической шины, реализованной в соответствии с предлагаемым изобретением и с конфигурацией, представленной на фиг.1, и идентичной эталонной пневматической шины, но реализованной в соответствии с обычной конфигурацией.
Эта обычная пневматическая шина, в частности, не содержит промежуточного слоя окружных подкрепляющих элементов, располагающегося между рабочими слоями гребня, подкрепляющие элементы которого ориентированы под углом в 18°, причем ширина беговой дорожки протектора этой пневматической шины составляет 262 мм.
Первые испытания стойкости пневматической шины были осуществлены путем оснащения идентичных транспортных средств каждой из упомянутых пневматических шин и выполнения пробегов каждым из этих транспортных средств по прямой линии, причем упомянутые пневматические шины подвергались воздействию нагрузок, превышающих номинальную для них нагрузку, для ускорения испытаний этого типа.
Эталонное транспортное средство, оснащенное обычными пневматическими шинами, имело нагрузку на одну пневматическую шину на уровне 3600 кг в начале пробега, которая изменялась до достижения величины 4350 кг к концу пробега.
Транспортное средство, оснащенное пневматическими шинами в соответствии с предлагаемым изобретением, имело нагрузку на одну пневматическую шину на уровне 3800 кг в начале пробега, которая изменялась до достижения величины 4800 кг к концу пробега.
Проведенные испытания показали, что транспортное средство, оснащенное пневматическими шинами в соответствии с предлагаемым изобретением, выдержало пробег, протяженность которого на 46% превышает протяженность пробега эталонных транспортных средств. Таким образом, оказалось, что пневматические шины в соответствии с предлагаемым изобретением обладают существенно более высокими характеристиками, чем эталонные пневматические шины, при том, что они подвергались воздействию более высоких нагрузок.
Были проведены и другие тестовые проверки на испытательной машине, задающей нагрузку пневматической шины и угол сноса. Такие испытания были проведены для пневматических шин в соответствии с предлагаемым изобретением с использованием нагрузки, превышающей на 6%, и угла сноса, превышающего на 10% соответствующие параметры, использованные при аналогичных испытаниях эталонных пневматических шин.
Полученные результаты демонстрируют выигрыш в протяженности пробега пневматических шин в соответствии с предлагаемым изобретением, составляющий более 40% по сравнению с протяженностью пробега для эталонных пневматических шин.
Изобретение относится к пневматической шине, для которой коэффициент вида H/S имеет величину, превышающую 0,55, имеющей радиальную арматуру каркаса и содержащей арматуру гребня, образованную, по меньшей мере, двумя рабочими слоями гребня, сформированными из нерастяжимых подкрепляющих элементов, перекрещивающихся от одного слоя к другому, образуя с окружным направлением углы, имеющие величину в диапазоне от 10° до 45°, поверх которой в радиальном направлении располагается беговая дорожка протектора, соединенная с двумя бортами посредством двух боковин. Арматура гребня содержит, по меньшей мере, один слой окружных подкрепляющих элементов. Отношение толщины блока гребня на конце плечевой зоны к толщине блока гребня в средней окружной плоскости имеет величину менее 1,20 и отношение осевой ширины, по меньшей мере, одного слоя окружных подкрепляющих элементов к осевой ширине беговой дорожки протектора имеет величину, превышающую 0,5 и предпочтительно превышающую 0,6. В результате повышается прочность и надежность шины. 22 з.п. ф-лы, 5 ил.
| US 5458173 А, 17.10.1995 | |||
| US 6367527 В1, 09.04.2002 | |||
| Способ крашения тканей | 1922 |
|
SU62A1 |
| US 5622575 А, 22.04.1997. | |||
