РИСУНОК ПРОТЕКТОРА ШИНЫ ДЛЯ БОЛЬШЕГРУЗНЫХ ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ Российский патент 2011 года по МПК B60C11/04 

Изобретение касается пневматических шин для большегрузных транспортных средств; изобретение касается, в особенности, протектора пневматических шин такого типа.

В транспортных средствах, используемых на рудниках или строительных площадках, таких как погрузчики, самосвалы или скреперы, известно, что нагрузки, испытываемые каждой пневматической шиной, значительно меняются в зависимости от условий использования, так как этим транспортным средствам приходится ездить с малой нагрузкой и с полной нагрузкой. В таких случаях изменение нагрузки на пневматические шины может изменяться от 40% до 80% номинальной нагрузки, определенной для размера, определенного Нормами E.T.R.T.O. (The European Tyre and Rim Technical Organisation).

Эти два граничных условия использования приводят к формам отпечатка контакта протектора шины с шоссе, которые также сильно изменяются, так как он может перейти от общей, по существу прямоугольной формы, к форме, которая таковой больше не является. В последнем случае отпечаток протектора представляет собой прямоугольную часть, аксиально удлиненную с обеих сторон, по существу, трапецеидальными формами (см. фиг.1).

Было обнаружено, что изменения контактных геометрий, сочетающихся с элементами рельефа протектора шины, приводят к появлению вибраций в процессе качения пневматической шины. Действительно, края элементов рисунка могут иметь ориентации, близкие или соответствующие к ориентациям краев контактных отпечатков протектора на бортах.

Для исключения этих недостатков в известном уровне техники было предложено много средств для уменьшения изменений геометрии отпечатка протектора в условиях различных нагрузок.

Задачей изобретения является разработка протектора шины, расположение и геометрия рисунков которого позволяет решить упомянутую проблему, а именно, значительно уменьшить вибрации при качении во всем диапазоне нагрузок, который может выдержать пневматическая шина независимо от изменений геометрии контактного отпечатка протектора.

В соответствии с изобретением протектор шины для большегрузных транспортных средств содержит множество рельефных элементов, при этом протектор шины в аксиальном направлении разделен на три части - центральную часть и, аксиально с обеих сторон, первую боковую часть и вторую боковую часть.

Центральная часть протектора шины имеет ширину Lc, которая определена как область протектора шины, контактный отпечаток которого представляет собой разность между максимальной длиной контакта и минимальной длиной контакта, равную, самое большее, 0,5% общей ширины W отпечатка (при условии, что нагрузка равна 0,4 номинальной нагрузки E.T.R.T.O. при номинальном давлении E.T.R.T.O.).

Первая и вторая боковые части содержат рельефные элементы, размещенные с одинаковым шагом Ре по средней окружности рассматриваемого бока, разделенной множеством рельефных элементов на рассматриваемом боку, при этом средняя окружность измерена по средней части упомянутого бока в самой радиально наружной точке, когда шина смонтирована на номинальном ободе и накачана до номинального давления, причем рельефные элементы каждой боковой части образуют линию передних кромок и линию задних кромок.

Предложенный протектор шины отличается тем, что линии кромок элементов рельефа первой боковой части имеют профили, которые не совпадают с профилями линий кромок элементов рельефа второй боковой части, что обеспечивается центральной симметрией в случае ненаправленного протектора шины или аксиальной симметрией в случае направленного протектора шины, при этом разность между абсолютным значением угла среднего направления каждой линии кромок элемента рельефа первой боковой части и каждым из абсолютных значений углов средних направлений линий кромок каждого элемента рельефа второй боковой части по меньшей мере равна 10 градусам, но не превышает 20 градусов.

Кроме того, общая поверхность контакта боковых частей в окне с шириной, равной ширине W протектора шины (равной ширине отпечатка протектора), с длиной окружности, равной шагу Ре элементов рельефа боковых частей, является постоянной или почти постоянной (относительное расхождение между минимальным значением и максимальным значением поверхности, общей с землей, составляет, самое большее, 5%), причем эта общая поверхность контакта элементов рельефа равна сумме контактных поверхностей элементов рельефа первой и второй боковых частей.

Протектор шины называется ненаправленным, когда рисунок элементов рельефа на виде в плоскости не показывает направления предпочтительного качения (например, общий S-образный рисунок, как на фиг.3). Протектор шины называется направленным при рисунке элементов рельефа, показывающем предпочтительное направление качения (например, общий V-образный рисунок).

Предпочтительно, чтобы каждая боковая часть отвечала следующему соотношению:

где Ве является средним углом кромок элементов рельефа рассматриваемой части, Ре является шагом упомянутых элементов, а Le является общей шириной в продольной проекции на поперечную ось элементов рельефа упомянутой части.

Чтобы различить углы кромок элементов одной боковой части от кромок элементов другой боковой части, следует, чтобы углы кромок элементов рельефа одной боковой части были равны или больше угла Ве количества α, могущего принимать все значения между 0 и 20 градусами, в то время как углы кромок элементов рельефа другой боковой части были равны или меньше этого угла Ве количества β, могущего принимать все значения между 0 и 20 градусами. Сумма абсолютных значений этих углов α и β должна быть по меньшей мере равна 10 градусам, но не более 20 градусов.

Если сумма углов меньше 10 градусов, то асимметрия между элементами рельефа одной и другой боковых частей является недостаточной для получения эффекта, сказывающегося на вибрациях, связанных с некоторыми формами контактного отпечатка протектора. Если сумма углов превышает 20 градусов, то есть при полной нагрузке, элементы рельефа боковых частей становятся источниками вибраций.

Предпочтительно, чтобы на центральной части, содержащей множество элементов рельефа, распределенных по окружности с одинаковым шагом Ре по этой окружности, измеренной по центру пневматической шины (радиально наиболее внешняя точка), разделенной общим количеством рельефных рисунков, контактная поверхность рельефных рисунков упомянутой центральной части, проходящей через окно шириной, равной шагу Ре, была постоянной (то есть относительный разброс между минимальным значением и максимальным значением поверхности, общей с землей, будет не более 5%).

Таким образом, с протектором шины по изобретению возможно исключить наиболее вероятные совпадения на входе и на выходе контакта краев рельефных рисунков с каждого бока.

Кроме того, предложен способ изготовления элементов рельефа протектора шины для пневматических шин машин для гражданского строительства, позволяющих, по существу, уменьшить вибрации машины в процессе езды, при этом упомянутые колебания, большей частью, связаны с большой амплитудой колебаний используемой нагрузки, причем способ содержит следующие этапы:

- определение центральной части аксиальной ширины Lc протектора шины, на которой в продольном направлении располагают множество рельефных элементов с шагом Рс, при этом эти элементы рельефа отделены один от другого канавками, каждый из которых имеет линии передней и задней кромок, которые образуют наклон к продольному направлению протектора шины с углом Ас, который отвечает следующему соотношению:

- в каждой из бортовых частей аксиально с обеих сторон центральной части располагают множество рельефных элементов с шагом Ре, причем эти элементы отделены один от другого канавками, а каждый из этих рельефных элементов имеет линии передней и задней кромок, размещенные с наклоном к продольному направлению протектора шины под углом De для одной боковой части и Се - для другой боковой части, при соблюдении следующих соотношений:

значения α и β выбраны между -20 градусами и +20 градусами (включая границы) таким образом, что сумма абсолютных значений углов α и β составляет по меньшей мере 10 градусов и не более 20 градусов.

В дальнейшем изобретение поясняется описанием не ограничительных вариантов его осуществления, со ссылками на сопровождающие чертежи, на которых:

фиг.1 изображает контуры контактных отпечатков покрышки при номинальной загрузке (сплошная черта) и при 80% от номинальной загрузки (пунктирная черта);

фиг.2 изображает вид спереди рельефных элементов протектора шины в соответствии с известным уровнем техники;

фиг.3А изображает вид спереди рельефных элементов варианта протектора шины по изобретению;

фиг.3В изображает наложение двух рельефных элементов протектора шины, изображенного на фиг.3А;

фиг.4А изображает вариант протектора шины по изобретению, выполненного на основе варианта по фиг.3А;

фиг.4В изображает наложение двух рельефных элементов протектора шины, изображенного на фиг.4А.

Фиг.1 изображает совмещенные контуры 1, 2 контактного отпечатка пневматической шины размером 26,5 R 25, накачанной до давления 4,5 бар, при нагрузках, равных 80% и 40% номинальной нагрузки, определенной для этого размера пневматической шины Нормами E.T.R.T.O. от 2006 года. В данном случае эта номинальная нагрузка составляет 15000 кг. Сплошная линия 1 соответствует нагрузке в 12000 кг, равной 80% от номинальной нагрузки (условие полной нагрузки), в то время как штриховая линия 2 соответствует нагрузке 6000 кг или 40% номинальной нагрузки (условие пустой машины). При использовании рабочих машин, таких как погрузчики, самосвалы или скреперы, констатируют, что пневматические шины этих машин работают, с одной стороны, с полной нагрузкой и, с другой стороны, по существу без нагрузки. Фазы полной нагрузки перемежаются с фазами без нагрузки.

Эти два условия нагрузки полностью представляют реальные условия использования.

На фиг.1 видно, что существует центральная часть С с шириной Lc, для которой границы контура следа на входе и на выходе контакта по существу параллельны оси XX' (ось, параллельная оси вращения пневматической шины). Эта ширина Lc (в описанном примере равная 200 мм) соответствует ширине средней области, для которой длины отпечатка, измеренные в продольном направлении, перпендикулярном направлению XX', изменяются меньше, чем на 0,5% ширины W (равной 580 мм) отпечатка при полной нагрузке. На этой фиг.1 разность между максимальной длиной Lmax и минимальной длиной Lmin меньше 0,5 процента длины W отпечатка.

На каждой боковой части I, II, размещенной аксиально снаружи центральной, ранее представленной части, форма контура отпечатка по существу изменяется, при этом геометрические формы больше приближаются к трапеции (условие пустой машины), чем к прямоугольнику (условие полной нагрузки). Ширина Le каждой боковой части составляет, в данном случае, 190 мм.

Фиг.2 изображает контактный отпечаток рельефных элементов 21 пневматической шины из известного уровня техники, при этом упомянутая шина нагружена на 80% от номинальной нагрузки. На этот отпечаток наложен контур отпечатка при 40%-ной нагрузке от номинальной нагрузки (пунктирная линия): видно, что на краях отпечатка некоторые из кромок 22 рельефных элементов совпадают с границами контура отпечатка. В соответствии с этим известным уровнем техники рельефные элементы боковой части геометрически накладываются на элементы рельефа другой боковой части благодаря центральной симметрии. В этом случае рисунок рисунка протектора шины является ненаправленным (то есть отсутствует предпочтительное направление качения).

Первый вариант рисунка протектора шины по изобретению изображен на виде спереди на фиг.3А. Этот протектор шины, предназначенный для покрышки размером 26,5 R 25, содержит множество рельефных элементов 30, размещенных непрерывно и в целом в поперечном направлении (XX'), причем это поперечное направление параллельно направлению оси вращения пневматической шины. Рельефные элементы 30 отделены один от другого в продольном направлении (YY') (или по окружности пневматической шины) зигзагообразными канавками 36, ориентированными, в целом, поперечно.

В центральной части 33 шириной Lc, равной 200 мм, каждый рельефный элемент содержит грани 331, 332, прямолинейные и параллельные между собой и образующие угол Ас с продольным направлением. Грани рельефных элементов центральной части имеют ширину, проецирующуюся на поперечную ось, равную ширине Lc упомянутой части. На этой центральной части разность максимальной и минимальной длин отпечатка в условиях полной нагрузки и при отсутствии нагрузки (значения даны ранее при описании фиг.1) меньше 0,5 процента ширины протектора шины или 2,9 мм (0,5 процента от 580 мм).

Шаг Рс между двумя последовательными элементами в центральной части равен средней длине окружности каждой боковой части, разделенной на общее число рельефных рисунков. Угол Ас должен соответствовать следующей формуле:

В представленном примере шаг Рс равен 208,4 мм, и угол Ас равен 43,9 градуса (угол измерен по отношению к продольному направлению).

С обеих сторон центральной части находятся первая боковая часть 31 (аксиально с левой стороны на чертеже) и вторая боковая часть 32 (аксиально с правой стороны на чертеже), при этом обе части имеют одинаковую ширину Le, равную 190 мм.

Для каждой боковой части 31, 32 определен средний угол Ве рельефных элементов 301, 302 соответственно, такой как

причем Ре, шаг рельефных рисунков на каждой боковой части, равен средней длине окружности каждой боковой части, деленой на общее число рельефных рисунков. Средняя окружность боковой части измерена посредине каждой боковой части. Угол Ве, в данном случае, равен 42,45 градуса.

На первой боковой части 31 рельефные элементы 301 (соответствующие рельефным элементам 30, размещенным в этой боковой части) имеют на поверхности качения (то есть на внешней поверхности протектора, предназначенного для контакта с шоссе в процессе езды) форму параллелограмма и размещены с шагом Ре, равным 207,7 мм. Расположение рельефных элементов на этой первой боковой части таково, что по отношению к виртуальной линии, проходящей через точку пересечения линий передних кромок элемента упомянутой боковой части и элемента центральной части, которая продолжает его аксиально, упомянутые элементы (элемент боковой части и элемент центральной части) размещены с одной стороны.

Каждый рельефный элемент 301 первой боковой части имеет прямолинейную переднюю кромку 311 и прямолинейную заднюю кромку 312, причем эти кромки образуют с продольным направлением угол De, равный 46,9 градуса. Этот угол De кромок 311, 312 равен углу Ве, к которому добавлен угол α, составляющий от 0 до 20 градусов (в представленном случае 4,45 градуса). Передняя кромка рельефного элемента соответствует первой кромке упомянутого рельефного элемента, входящего в контактный отпечаток, когда происходит качение пневматической шины. Задняя кромка соответствует последней кромке рельефного элемента на выходе контактного отпечатка.

Вторая боковая часть 32 содержит множество рельефных элементов 302 (соответствующих части рельефного элемента 30, размещенного в этой боковой части), внешняя поверхность которых имеет форму параллелограмма. Шаг элементов 302 этой второй части 32 идентичен шагу элементов первой части, равному 207,7 мм. Передняя и задняя кромки 321, 322 каждого рельефного элемента 302 второй части образуют угол Се, равный углу Ве, уменьшенному на угол β, составляющему от 0 до 20 градусов (в данном случае 7,88 градуса). Ориентация рельефных элементов 302 этой второй части такова, что упомянутые рельефные элементы образуют V с частью рельефного элемента, размещенного в центральной части. Рельефные элементы 302 второй боковой части 32 по существу ориентированы в том же направлении, что и рельефные элементы 301 первой боковой части 31, при этом, в любом случае, передние и задние кромки элементов одной боковой части не накладываются на кромки элементов другой боковой части, как изображено на фиг.3В. На фиг.3В рельефные элементы 301, 302 соответственно первой и второй боковых частей сличаются по центральной симметрии элемента 301: легко видно, что эти два рельефных элемента имеют различную геометрию. Это позволяет обеспечить уменьшение количества совпадений между геометриями кромок и контуром отпечатка при полной загрузке и пустой машине.

Сумма абсолютных значений углов α и β составляет предпочтительно от 10 до 20 градусов, чтобы обеспечить необходимую асимметрию между двумя боковыми частями. В данном случае эта сумма равна 12,33 градуса. Таким образом, каждая линия кромок 311, 312 рельефных элементов первой боковой части 31 не накладывается на линии кромок 321, 322 рельефных элементов второй боковой части 32.

Установленное таким образом соотношение для боковых частей позволяет обеспечить, по существу, постоянную величину контактной поверхности с землей, при этом общая контактная поверхность рельефных элементов, проходящих в виртуальном окне 37 шириной, равной ширине W протектора шины и длине дуги окружности, равной шагу Ре боковых рельефных элементов, является постоянной или почти постоянной. Под постоянной или почти постоянной понимают, что максимальная величина изменения общей поверхности составляет не более 5% от максимальной величины упомянутой общей поверхности. Общая контактная поверхность рельефных рисунков равна сумме поверхностей рельефных рисунков первой и второй боковых частей и центральной части. Таким образом, возможно поддерживать почти неизменную жесткость протектора шины в контакте с землей в процессе качения пневматической шины с исключением того, что большое количество граней рельефных элементов боковых частей совпадет с контурами отпечатка независимо от загрузки машины.

В случае, который был описан со ссылками на фиг.3А и 3В, рельефные элементы имеют передние и задние кромки, которые параллельны на каждом из боков. В качестве не представленного на фигурах варианта, можно предусмотреть, чтобы передняя кромка каждого рельефного элемента имела угол, отличный от угла задней кромки упомянутого элемента, притом, что эти углы определены исходя из среднего угла Ве рельефного элемента, который был ранее определен отношением между шириной боковой части и шагом:

Представляется важным, в случае, когда углы передней и задней кромок одного рельефного элемента не являются равными, обеспечить условие, в соответствии с которым общая контактная поверхность, проходящая в виртуальном окне с шириной, равной ширине протектора шины, и длиной, равной шагу рельефных элементов, должна быть постоянной.

В другом варианте, изображенном на фиг.4А и 4В, кромки рельефных элементов могут не иметь прямолинейной ориентации. В этом случае определяют среднее направление линии кромок блока как среднюю прямую линейной регрессии линии кромки (прямая наименьших квадратов).

Как изображено на фиг.4А, рельефные элементы 40 были выполнены исходя из следа рельефных элементов по фиг.3 (пунктирные линии на фиг.4) для того, чтобы учитывать напряжения, связанные с другими рабочими характеристиками при использовании. В частности, точки 41 упомянутых рельефных элементов имеют скругления для получения равномерно изнашивающихся форм и уменьшения скорости износа. В этом примере протектора шины размером 26,5 R 25 угол Ас составляет 43,9 градуса, и угол Ве составляет 42,45 градуса. При этом канавки 43 малой глубины выполнены на каждой боковой части.

Для первой боковой части I рельефные элементы 401 представляют собой часть элементов 40; линия передних кромок и линия задних кромок содержит, каждая, две непересекающихся линии, среднее направление которых составляет угол в 46,9 градуса с продольным направлением (пунктирными линиями показан след геометрии рельефных элементов по фиг.3). Предпочтительно, кроме того, предусмотреть угловое расхождение в несколько градусов между передней кромкой и задней кромкой одного и того же элемента.

Для второй боковой части II рельефные элементы 401 представляют собой часть элементов 40; линии передних кромок и линии задних кромок содержат, каждая, две непересекающиеся линии, среднее направление которых составляет угол в 34,6 градуса с продольным направлением. Более того, для первой боковой части, предпочтительно, кроме того, предусмотреть угловое расхождение в несколько градусов между передней кромкой и задней кромкой одного и того же элемента.

На фиг.4В совмещены части рельефных элементов 401, 402 каждой боковой части: легко увидеть, что эти два рельефных элемента имеют различную геометрию.

Протектор шины содержит множество рельефных элементов (30). При этом протектор разделен на три части - центральную часть (33) и, аксиально с обеих сторон, первую боковую (31) и вторую боковую (32) части. Линии кромок (311, 312) рельефных элементов первой боковой части (31) имеют профили, которые не совпадают с профилями линий кромок (321, 322) рельефных элементов второй боковой части (32). Разность между абсолютным значением угла среднего направления каждой линии кромок (311, 312) одного рельефного элемента первой боковой части и каждым из абсолютных значений углов средних направлений линий кромок (321, 322) каждого рельефного элемента второй боковой части по меньшей мере равна 10 градусам, но не превышает 20 градусов. Технический результат - уменьшение вибрации при качении шины во всем диапазоне нагрузок. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Протектор шины для пневматической шины, предназначенной для оборудования тяжелых транспортных средств, содержащий множество рельефных элементов (30), при этом протектор в аксиальном направлении разделен на три части - центральную часть (33), с обеих сторон которой размещены первая боковая часть (31) и вторая боковая часть (32), причем центральная часть (33) протектора шины имеет ширину Lc, которая определена как область протектора шины, контактный отпечаток которой при нагрузке, равной 0,40 от номинальной нагрузки E.T.R.T.O., и номинальном давлении E.T.R.T.O., между максимальной длиной контакта и минимальной длиной контакта имеет разность, не превышающую 0,5% общей ширины W отпечатка, при этом первая и вторая боковые части (31, 32) содержат рельефные элементы (30), размещенные с шагом Ре, соответствующим средней окружности соответствующего бока, измеренной на средней части упомянутого бока в наиболее удаленной радиально внешней точке, когда пневматическая шина смонтирована на номинальном ободе и накачана до номинального давления, и разделенной на множество рельефных элементов на рассматриваемом боку, а элементы рельефа каждой боковой части имеют линию передних кромок (311, 321) и линию задних кромок (312, 322), отличающийся тем, что:
- линии кромок (311, 312) рельефных элементов первой боковой части (31) имеют профили, которые не совпадают с профилями линий кромок (321, 322) рельефных элементов второй боковой части (32) по центральной симметрии в случае ненаправленного протектора шины или по аксиальной симметрии в случае направленного протектора шины,
- разность между абсолютным значением угла среднего направления каждой линии кромок (311, 312) одного рельефного элемента первой боковой части и каждым из абсолютных значений углов средних направлений линий кромок (321, 322) каждого рельефного элемента второй боковой части составляет по меньшей мере 10°, но не более 20°,
- при этом общая контактная поверхность рельефных элементов боковой части, входящих в окно с длиной дуги, равной шагу Ре рельефных элементов боковой части, является постоянной или почти постоянной, то есть относительный разброс между минимальным значением и максимальным значением поверхности, общей с землей, составляет не более 5%, причем эта общая контактная поверхность рельефных элементов равна сумме контактных поверхностей рельефных элементов первой и второй боковых частей.

2. Протектор шины по п.1, отличающийся тем, что центральная часть содержит множество рельефных элементов, распределенных по окружности с равным шагом Рс по окружности, измеренной по центру пневматической шины (радиально наиболее удаленная точка) и разделенной на общее количество рельефных рисунков, при этом контактная поверхность рельефных рисунков центральной части, проходящих через окно длиной, равной шагу Рс, является постоянной, то есть относительный разброс между минимальным и максимальным значением поверхности, общей с землей, составляет не более 5%.

3. Протектор шины по п.1 или 2, отличающийся тем, что углы кромок рельефных элементов одной боковой части равны или превышают угол Be на значение α, которое может принимать все значения от 0 до 20°, тогда как углы кромок рельефных элементов другой боковой части равны или меньше угла Be на значение β, которое может принимать все значения от 0 до 20°, при этом сумма абсолютных значений этих углов α и β должна быть по меньшей мере равна 10°, но не более 20°, а угол Be определяется из следующего соотношения: где Ре является шагом элементов рассматриваемой боковой части, a Le является общей шириной продольной проекции на поперечную ось элементов рельефа упомянутой части.

4. Способ конструирования рисунков рельефных элементов протектора шины, позволяющий, по существу, уменьшить вибрации в процессе качения, связанные с сильным изменением нагрузки при использовании, включающий следующие этапы:
- в центральной части аксиальной ширины Lc размещают множество рельефных элементов с равным шагом Рс по окружности, разделенной на число рельефных элементов, при этом каждый из этих рельефных элементов имеет линии передней и задней кромки, которые наклонены в продольном направлении протектора шины на угол Ас, удовлетворяющий выражению:

- в каждой из боковых частей аксиально с обеих сторон центральной части размещают множество рельефных элементов с равным шагом Ре по окружности каждой боковой части, разделенной на число элементов рельефа, при этом каждый из этих рельефных элементов имеет линии передней и задней кромки, которые образуют с продольным направлением протектора шины угол De (Се для второй боковой части), удовлетворяющий следующим выражениям:


причем значения α и β выбраны от -20° до +20°, включая границы, таким образом, что сумма абсолютных значений упомянутых углов α и β по меньшей мере равна 10°, но не более 20°.