ГАЗОВАЯ СМЕСЬ ДЛЯ НАКАЧКИ ШИН ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ Российский патент 2009 года по МПК B60C5/00 C09K5/00 

Данное изобретение относится к газовым композициям, особенно подходящим для применения в накачке шин транспортных средств.

Более конкретно данное изобретение относится к газовой композиции, которая создана для применения с целью накачки шин транспортных средств для достижения усовершенствований с точки зрения эксплуатационных характеристик и общего срока службы шины.

Настоящее изобретение можно применять в промышленности для производства негорючих газов, и в частности в производстве газовых смесей для накачки шин.

Известно, что шины транспортных средств накачивают сжатым воздухом, который вдувают во внутреннюю камеру шины через клапан до достижения правильного значения рабочего давления.

Также известно, что в случае длительных поездок по дороге, особенно в летнее время или в экстремальных условиях, таких как соревнования на спортивных транспортных средствах, шины имеют тенденцию к перегреву и к росту в них давления. Горячий воздух в шинах стремится разрушить структуру шины в результате явлений окисления и озонолиза.

Эти феномены приводят к опасным и неконтролируемым эффектам в шинах, которые после прохождения некоторой дистанции по дороге или трассе претерпевают стремительное снижение производительности с существенным сокращением срока службы шин в результате механического или термоокислительного напряжения.

В частности, в соответствии с результатами испытаний на трассе стандартной длины было обнаружено, что шины транспортных средств, обычно накачанные сжатым воздухом, традиционно претерпевают стремительное падение эксплуатационных характеристик после шестого или седьмого заезда, продолжая их снижение и создавая необходимость в частых сменах шин.

Для преодоления такого ограничения эксплуатационных характеристик накачанных воздухом шин провели проверку использования газовых смесей и выбрали ряд газов на основе различных свойств.

Тем не менее, применение этих газов или смесей не привело к приемлемым результатам; кроме того, было обнаружено, что и шины, традиционно накачанные этими газовыми смесями на основе азота, гелия или аргона, и шины спортивных транспортных средств также подвержены стремительному падению эксплуатационных характеристик после определенного количества заездов, что приводит к необходимости заменять их через короткий отрезок времени.

На самом деле критическая температура для некоторых гоночных шин составляет 130°С, выше которой шина разрушается, другими словами та часть, которая обычно была бы изношена на асфальтовой поверхности, отрывается от накачанной камеры.

Конструкция шин в соответствии с этой известной технологией имеет две ступени: первая является камерой под давлением, вторая представляет собой резиновую смесь, которая изнашивается на асфальте.

Когда две части накладывают и вулканизируют, то между обеими частями могут остаться небольшие захваченные воздушные пузырьки, при этом повышение температуры свыше 130°С вызывает их увеличение в объеме, приводя, в конце концов, к образованию пузырей, которые могут неожиданно лопнуть.

В данном изобретении предложена газовая смесь или композиция, которую можно использовать для накачки шин транспортных средств, достигая, таким образом, усовершенствования с точки зрения эксплуатационных характеристик и общего срока службы шины путем регулирования температуры, таким образом устраняя или сокращая описанные выше недостатки. Изобретение также предлагает газовую композицию, которую легко получить, делая ее, таким образом, экономически выгодной.

Предложенная в настоящем изобретении газовая смесь для накачки шин транспортных средств характеризуется тем, что включает по меньшей мере 50% по объему гидрофторуглеродов, а остальное составляет диоксид углерода.

Смесь согласно изобретению может состоять из различных долей ряда гидрофторуглеродов.

Гидрофторуглероды могут включать долю пентафторэтана ГФУ 125; долю трифторэтана ГФУ 143А; долю тетрафторэтана ГФУ 134А.

Гидрофторуглероды могут включать 44%об. пентафторэтана ГФУ 125, 52%об. трифторэтана ГФУ 143А и 4%об. тетрафторэтана ГФУ 143А, составляющие базовую смесь, называемую ГФУ 404А.

Процентное содержание диоксида углерода может составлять приблизительно 50%об.

Газовая смесь может состоять из 50%об. CO₂, 22% ГФУ 125 пентафторэтана, 26%об. ГФУ 143А трифторэтана и 2%об. ГФУ 134А тетрафторэтана. Эксперименты продемонстрировали особенную эффективность смеси указанного состава.

Газовая композиция в соответствии с изобретением обладает высокой теплопроводностью. Следовательно, эта газовая смесь способна эффективно проводить тепло от резиновой шины во время вращения на обод колеса. Последний, особенно когда он выполнен из алюминия или магния, работает в качестве радиатора, обмениваясь теплом с наружным воздухом, предотвращая перегрев шины.

Благодаря высокой степени теплопроводности шины, накачанные таким газовым составом, достигают превосходных результатов с точки зрения их срока службы, поскольку поддерживают низкую температуру шины, а давление постоянным. Это сводит к минимуму разрушение из-за окисления и озонолиза, увеличивая, таким образом, срок службы шин, подвергаемых механическим и термоокислительным напряжениям, при этом с увеличением скорости растет эффективность теплообмена.

Применяя смесь согласно изобретению, можно получить многочисленные преимущества.

Прежде всего, шины, накачанные такой смесью, имеют постоянные эксплуатационные характеристики, и при этом не происходит их резкого падения (см. чертеж). Тем не менее, было обнаружено определенное падение характеристик, но оно оказалось более постепенным и в основном происходило после примерно 11 или 12 заездов.

Применение смеси согласно изобретению в шинах, установленных в мотоциклах, поддерживает более или менее постоянное давление, снижая явления вибрации, которые преимущественно происходят на передней шине (дребезжащий эффект).

Вращающая масса под амортизаторами обычно имеет частоту возмущений, равную 15-18 Гц, в то время как более постоянное давление, достигаемое такими смесями, дает возможность подавить этот эффект, снижая его до 7-9 Гц (данные получены с помощью телеметрических систем с наложением изображения).

Рабочая температура также остается ниже критического порога. Когда применяют смесь согласно настоящему изобретению, то температура шины никогда не поднимается выше 120°С. Это очень важный факт, принимая во внимание, что критическая температура для некоторых гоночных шин составляет 130°С, сверх которой шина разрушается, т.е. та часть, которая обычно изнашивается на асфальте, отделяется от камеры, находящейся под давлением.

Новая смесь согласно изобретению поглощает температуру и передает ее на обод колеса, который работает как радиатор, сохраняя «низкую» температуру шины за счет использования высокого коэффициента теплопереноса газовой композиции, которая пропускает и рассеивает температуру за счет проводимости.

С новой смесью согласно изобретению шина подвергается меньшему износу, при этом стружки в четыре раза меньше по сравнению с шиной, накачанной воздухом, и после гонки шина, накачанная смесью, теряет половину массы по сравнению с шиной, накачанной воздухом.

Благодаря применению смеси согласно изобретению появится возможность производить более мягкие шины, улучшая сцепление с дорогой и, как следствие, время заезда для транспортных средств, участвующих в соревновании, гарантирует команде лучшие эксплуатационные качества по сравнению с другими производителями шин.

Описание чертежа

Другие особенности и преимущества изобретения станут более очевидными при ознакомлении с нижеследующим описанием одного из воплощений изобретения, приведенного исключительно в качестве примера, сопровождаемого прилагаемым чертежом, где представлен график зависимости эксплуатационных характеристик шин от пройденных заездов на дистанции стандартной длины в двух условиях накачки - воздухом и газовой смесью.

Газовая смесь согласно изобретению, подходящая для накачки шин транспортных средств, состоит из смеси гидрофторуглеродов.

В частности, согласно особенно предпочтительному воплощению изобретения данная композиция включает основной компонент, именуемый ГФУ R404F, состоящий из:

Пентафторэтан ГФУ 12544%Трифторэтан ГФУ 143А52%Тетрафторэтан ГФУ 134А4%

Преимущественно применение этой газовой смеси можно сочетать с определенной долей диоксида углерода в соответствии со следующим предпочтительным составом:

CO₂50%ГФУ 12522%ГФУ 143А26%ГФУ 134А2%

В основном, полученная газовая смесь состоит из гидрофторуглеродов, а в более общем случае - из газов, отличающихся своей высокой способностью аккумулировать низкотемпературное тепло, а также высоким коэффициентом теплопроводности.

Полученные эффекты от смесей относятся главным образом к более постоянной температуре накачанных шин, более постоянному давлению и возможности применения более мягких смесей, и, следовательно, обеспечению более высоких характеристик на трассе.

Прежде всего, как можно увидеть из диаграммы на чертеже, шины, накачанные такой смесью, имеют постоянные эксплуатационные характеристики без резких падений.

Как показывает эта диаграмма, было отмечено определенное падение эксплуатационных характеристик, но оно более постепенное и, главным образом, оно возникает примерно после 11 или 12 заездов.

Представленная ниже таблица отражает данные, относящиеся к поведению шин, накачанных различными газовыми смесями и подвергнутых температурным испытаниям и испытаниям под давлением в искусственных условиях, исходя из времени испытания, измеряемого в минутах.

Испытания проводили только на задних шинах, поскольку они больше подвержены вызываемым температурой проблемам.

Во время испытаний шины вращали в течение периода времени с постоянной скоростью; затем скорость увеличивали до тех пор, пока шина не разрывалась.

Испытания проводили соответственно, вращая шины на поверхности с нагрузкой, равной 162 кг, при температуре окружающей среды, равной 25°С, и при увеличивающихся скоростях: в течение первых 20 минут на скорости 115 км/час и в течение последующих интервалов, равных 10 минутам, при повышающихся скоростях от 230 до более 300 км/час.

Первая колонка в таблице указывает различные смеси, используемые в двух задних шинах.

Вторая колонка указывает температуры шин после 60 минут испытания, а третья колонка указывает давление в шине после 60 минут.

Четвертая колонка указывает значения температур при разрыве шины, пятая указывает время в минутах, после которого шина разрывается, а шестая и последняя колонка представляет давление в 10 МПа (барах) в момент разрыва.

Как можно заметить, смесь, обеспечивающая наилучшие эксплуатационные характеристики, это та, которая представлена на седьмой и одиннадцатой строчке и которая состоит из 50% 404 и 50% CO₂.

Результаты, измеренные с применением этой высокопроизводительной смеси, демонстрируют самые длительные отрезки времени, после которых шина разрывается, т.е. 103 и 117 минут, которые выше всех остальных величин.

В конце периода испытаний подготовленная высокопроизводительная смесь дала возможность повысить эксплуатационные характеристики на 22,1%, кроме того, шины разрываются при более высокой скорости; данный результат был получен благодаря понижению температуры за счет основных характеристик новой смеси и благодаря сохранению давления на величинах, достигнутых во время накачки.

 Тип газаТемпература шины через 60 мин (°С)Давление шины через 60 мин 10 МПа (бар)Температура разрыва шины (°С)Срок службы шины до разрыва (мин)Давление при разрыве шины 10 МПа (бар)Шина 1, азот
Шина 2, азот1013,2791
12833
643,25
3,30Шина 1, гелий
Шина 2, гелий1033,15125
10855
653,25
3,16Шина 1, СО₂943,09136763,11Шина 2, СО₂1113,10135713,15Шина 1, 50796
883,20
3,1813289
913,25
3,20Шина 2, 507Шина 1, 40492
813,30
3,25119
12478
953,34
3,35Шина 2, 404Шина 1, 13499
923,16
3,20114
11270
703,22
3,21Шина 2, 134404 50%853,001191033,05СО₂ 50%404 75%933,151491013,25СО₂ 25%507 50%913,27157983,35CO₂ 50%507 75%953,2712094'3,35CO₂ 25%404 50%913,15148
1371173,29CO₂ 25%404 25%933,101371023,18CO₂ 75%

Когда была обнаружена подходящая смесь, шины проанализировали для проверки возможного повреждения смесью эластомера или каким-либо образом его компонентов.

Была подтверждена идеальная целостность эластомера и его основных компонентов и, благодаря ЯМР-спектроскопии твердого тела с высоким разрешением, сравнили различные образцы, накачанные различными газами и смесями. Эти испытания подтвердили, что образцы, накачанные высокопроизводительной смесью, дали наилучшие результаты, при этом разрушение за счет окисления или озонолиза сведено к минимуму, а срок службы шины, подвергаемой механическому или термоокислительному напряжению, увеличен.

Газовую смесь согласно изобретению можно применять в шинах самолетов, грузовиков, сочлененных грузовиков, автобусов, автомобилей или других транспортных средств с высокими эксплуатационными характеристиками с точки зрения срока службы, бесшумности вращения и низкого потребления топлива благодаря более стабильным условиям внутри камеры, общей безопасности в целом, поскольку смесь является полностью инертной. Особенно в транспортных средствах с большой грузоподъемностью это означает, что в случае загорания шины в результате ее разрыва и высокой температуры газ потушит огонь.

Как можно заметить, газовая смесь позволяет достичь всех описанных выше результатов, включая, прежде всего, те, которые относятся к тому факту, что шины, накачанные этой газовой смесью, обладают постоянными эксплуатационными характеристиками, и при этом не происходит традиционного быстрого падения эксплуатационных качеств.

Изобретение описано выше со ссылкой на предпочтительное осуществление изобретения.

Тем не менее, следует понимать, что изобретение имеет множество вариантов, не выходящих за рамки технических эквивалентов.

Изобретение относится к газовой смеси для накачки шин транспортных средств. По меньшей мере, 50% смеси составляют гидрофторуглероды. Предпочтительно ряд используемых в смеси гидрофторуглеродов включает пентафторэтан, трифторэтан, тетрафторэтан. Также смесь может включать долю диоксида углерода. Технический результат - смесь для накачки шин транспортных средств, способная хорошо проводить тепло, генерированное во время вращения шины, на обод колеса и при более или менее постоянном давлении, что позволяет поддерживать низкую температуру шины и предотвращать ее перегрев, шины, накачанные такой смесью, имеют более длительный срок службы и обладают более высокими эксплуатационными характеристиками. 6 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Газовая смесь для накачки шин транспортных средств, отличающаяся тем, что включает, по меньшей мере, 50% гидрофторуглеродов, и остальное - CO₂.2. Газовая смесь по п.1, отличающаяся тем, что гидрофторуглероды включают долю пентафторэтана ГФУ 125.3. Газовая смесь по п.1, отличающаяся тем, что гидрофторуглероды включают долю трифторэтана ГФУ 143А.4. Газовая смесь по п.1, отличающаяся тем, что гидрофторуглероды включают долю тетрафторэтана ГФУ 134А.5. Газовая смесь по п.1, отличающаяся тем, что гидрофторуглероды включают 44% пентафторэтана ГФУ 125, 52% трифторэтана ГФУ 143А и 4% тетрафторэтана ГФУ 143А, составляющие базовую смесь, называемую ГФУ 404А.6. Газовая смесь по любому из пп.1-5, отличающаяся тем, что процентное содержание диоксида углерода составляет приблизительно 50%.7. Газовая смесь по п.6, отличающаяся тем, что она состоит из 50% СО₂, 22% ГФУ 125 пентафторэтана, 26% ГФУ 143А трифторэтана и 2% ГФУ 134А тетрафторэтана.