ШИНА ДЛЯ ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ БОЛЬШОЙ ГРУЗОПОДЪЕМНОСТИ, СОДЕРЖАЩАЯ СЛОЙ ОКРУЖНЫХ УСИЛИВАЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ Российский патент 2014 года по МПК B60C3/04 B60C9/22 B60C9/20 

Настоящее изобретение относится к шине с радиальным каркасным усилителем и, в частности, к шине, предназначенной для установки на транспортных средствах, которые перевозят тяжелые грузы и движутся с длительно поддерживаемой скоростью, например таких как грузовые автомобили, тракторы, трейлеры или автобусы, которые движутся по дороге.

Усилители или усилительные конструктивные элементы, предназначенные для шин и в особенности для шин транспортных средств большой грузоподъемности, в настоящее время, как обычно, образованы из наложенных друг на друга одного или нескольких слоев, обычно известных как «слои каркаса», «слои коронной зоны» и т.д. Такое название усилителей исходит из способа изготовления, который состоит в изготовлении ряда полуфабрикатов в виде слоев, предусмотренных с нитевидными усилительными элементами, часто продольными, которые затем собирают или накладывают друг на друга для сборки заготовки шины. Слои изготавливают плоскими, с большими размерами и затем разрезают так, чтобы они соответствовали размерам заданного изделия. Слои также собирают исходно по существу плоскими. После этого полученной таким образом заготовке придают тороидальный профиль, типичный для шин. Полуфабрикаты, известные как изделия для завершения изготовления, затем накладывают на заготовку для получения изделия, которое готово к вулканизации.

Способ «обычного» типа, такой как этот, предусматривает, в частности, во время фазы изготовления заготовки шины, использование скрепляющего элемента (как правило, бортовой проволоки), который используется для крепления или фиксации каркасного усилителя в зоне бортов шины. Таким образом, в способе данного типа часть всех слоев (или же только некоторые из слоев), которые образуют каркасный усилитель, наматывают вокруг бортовой проволоки, расположенной в борту шины. Таким образом, каркасный усилитель закрепляют в борту.

То обстоятельство, что способ данного обычного типа широко распространен в шинной промышленности, несмотря на наличие многочисленных альтернативных способов изготовления слоев и комплектов, привело специалистов в данной области техники к использованию словаря, зависящего от способа; следовательно, общепринятая терминология, в частности, включает термины «слои», «каркас», «бортовая проволока», «формование» для обозначения перехода от плоского профиля к тороидальному профилю и т.д.

В настоящее время существуют шины, которые, строго говоря, не имеют никаких «слоев» или «бортовых проволок», соответствующих вышеуказанным определениям. Например, в ЕР 0582196 описаны шины, изготавливаемые без использования полуфабрикатов в виде слоев. Например, усилительные элементы разных усилительных конструктивных элементов накладывают непосредственно на соседние слои из резиновых смесей, при этом все это накладывают в виде последовательных слоев на тороидальный сердечник, форма которого обеспечивает возможность непосредственного получения профиля, аналогичного конечному профилю изготавливаемой шины. Таким образом, в данном случае больше нет никаких «полуфабрикатов» или каких-либо «слоев», или каких-либо «бортовых проволок». Исходные изделия, такие как резиновые смеси и усилительные элементы в виде нитей или элементарных волокон, накладывают непосредственно на сердечник. Поскольку данный сердечник имеет тороидальную форму, больше нет никакой необходимости придавать заготовке определенную форму для изменения ее профиля с плоского профиля на профиль в виде тора.

Кроме того, шины, описанные в данной публикации, не имеют никакой «традиционной» намотки слоя каркаса вокруг бортовой проволоки. Крепление данного типа заменено конструкцией, в которой окружные нити размещены рядом с указанным усилительным конструктивным элементом боковины, при этом все они заделаны в скрепляющую или связующую резиновую смесь.

Также существуют способы сборки на тороидальном сердечнике/дорне, в которых используются полуфабрикаты, специально приспособленные для быстрого, эффективного и простого размещения на центральном сердечнике. В завершение, также существует возможность использования гибридного подхода, предусматривающего использование определенных полуфабрикатов для формирования определенных элементов конструкции (таких как слои, бортовые проволоки и т.д.), в то время как другие элементы формируются посредством непосредственного наложения смесей и/или усилительных элементов.

В данной публикации для учета последних технологических эволюционных изменений как в области изготовления, так и при проектировании изделий, обычные термины, такие как «слои», «бортовые проволоки» и т.д., предпочтительно заменены терминами, которые являются нейтральными или не зависят от типа используемого способа. Таким образом, термин «усилитель каркасного типа» или «усилитель боковины» может быть использован для обозначения усилительных элементов слоя каркаса в традиционном способе и соответствующих усилительных элементов, как правило, накладываемых на боковины, в шине, изготавливаемой в соответствии со способом, который не предусматривает использования полуфабрикатов. Термин «зона скрепления», со своей стороны, может обозначать «традиционную» намотку слоя каркаса вокруг бортовой проволоки в обычном способе столь же просто, как он может обозначать комплект, образованный окружными усилительными элементами, резиновой смесью и соседними усилительными частями боковины в нижней зоне, полученной посредством использования способа, который предусматривает наложение на тороидальный сердечник.

Как правило, в шинах большой грузоподъемности каркасный усилитель закрепляют с каждой стороны в зоне борта и на нем сверху в радиальном направлении размещают усилитель коронной зоны, состоящий, по меньшей мере, из двух слоев, которые наложены друг на друга и образованы из нитей или кордов, которые параллельны в пределах каждого слоя и перекрещиваются от одного слоя к следующему, образуя углы, составляющие от 10° до 45°, относительно направления вдоль окружности. Указанные рабочие слои, которые образуют рабочий усилитель, также могут быть покрыты, по меньшей мере, одним слоем, известным как защитный слой и образованным из усилительных элементов, которые предпочтительно являются металлическими и растяжимыми и которые известны как упругие элементы. Он также может содержать слой металлических нитей или кордов с низкой растяжимостью, образующих угол, составляющий от 45° до 90°, относительно направления вдоль окружности, при этом данный слой, известный как триангуляционный слой, расположен в радиальном направлении между каркасным усилителем и первым слоем коронной зоны, известным как рабочий слой, образованный из параллельных нитей или кордов, расположенных под углами, составляющими самое большее 45° по абсолютной величине. Триангуляционный слой образует вместе с, по меньшей мере, указанным рабочим слоем триангулированный усилитель, который под действием разных нагрузок, которым он подвергается, испытывает незначительную деформацию, при этом триангуляционный слой играет существенную роль в противодействии поперечным сжимающим нагрузкам, действию которых совокупность усилительных элементов подвергается в зоне короны шины.

В случае шин для транспортных средств большой грузоподъемности обычно имеется только один защитный слой, и его защитные элементы в большинстве случаев ориентированы в таком же направлении и под таким же углом по абсолютной величине, какие имеют усилительные элементы самого дальнего от центра в радиальном направлении и, следовательно, соседнего в радиальном направлении рабочего слоя. В случае шин для строительных машин, предназначенных для перемещения по довольно неровному грунту, наличие двух защитных слоев является предпочтительным, при этом усилительные элементы в соседних слоях перекрещиваются, и усилительные элементы во внутреннем в радиальном направлении, защитном слое перекрещиваются с нерастяжимыми усилительными элементами в наружном в радиальном направлении, рабочем слое, соседнем с указанным внутренним в радиальном направлении, защитным слоем.

Корды, как утверждается, являются нерастяжимыми, когда указанные корды имеют относительное удлинение, составляющее самое большее 0,2%, под действием растягивающего усилия, равного 10% от разрывного усилия.

Корды, как утверждается, являются упругими, когда указанные корды имеют относительное удлинение, составляющее, по меньшей мере, 3%, под действием растягивающего усилия, равного разрывному усилию, при максимальном касательном модуле упругости, составляющем менее 150 ГПа.

Окружные усилительные элементы представляют собой усилительные элементы, которые образуют углы, находящиеся в пределах от +2,5°, -2,5° до приблизительно 0°, относительно направления вдоль окружности.

Окружное направление шины, или продольное направление, - это направление, соответствующее периферии шины и определяемое направлением, в котором движется шина.

Поперечное или аксиальное направление шины параллельно оси вращения шины.

Радиальное направление - это направление, которое пересекает ось вращения шины и перпендикулярно к ней.

Ось вращения шины - это ось, вокруг которой она вращается при нормальном использовании.

Радиальная или меридиональная плоскость - это плоскость, которая «содержит» ось вращения шины.

Окружная медианная плоскость, или экваториальная плоскость, - это плоскость, которая перпендикулярна оси вращения шины и которая делит шину на две половины.

Некоторые современные шины, известные как «дорожные» шины, предназначены для движения с высокой скоростью на все более длинных расстояниях вследствие улучшений дорожной сети и вследствие роста сети автомагистралей по всему миру. Все условия, при которых шина, подобная этой, должна работать, без сомнения создают возможность увеличения числа пройденных километров, поскольку износ шины будет меньше, но, с другой стороны, усталостная выносливость данной шины и, в частности, усилителя коронной зоны в результате этого снижается.

Причиной этого является наличие напряжений в усилителе коронной зоны и, более точно, напряжений сдвига между слоями коронной зоны в сочетании с незначительным повышением рабочей температуры на концах самого короткого в аксиальном направлении слоя коронной зоны, что может вызвать появление трещин и распространение их в резине на указанных концах. Та же проблема возникает на краях двух слоев усилительных элементов, при этом указанный другой слой необязательно является соседним с первым слоем в радиальном направлении.

Для повышения усталостной выносливости усилителя коронной зоны шины рассматриваемого типа уже были предложены решения, относящиеся к структуре и качеству слоев и/или профилированных элементов из резиновых смесей, расположенных между концами и/или вокруг концов слоев и, более точно, между концами и/или вокруг концов слоя, самого короткого в аксиальном направлении.

В патенте FR 1389428 для повышения сопротивления ухудшению характеристик резиновых смесей, находящихся рядом с краями усилителя коронной зоны, рекомендуется использовать вместе с низкогистерезисным протектором резиновый профилированный элемент, который закрывает, по меньшей мере, стороны и граничные края усилителя коронной зоны и состоит из низкогистерезисной резиновой смеси.

В патенте FR 2222232 для устранения разделения слоев/расслаивания усилителя коронной зоны предусматривается закрывание концов усилителя прокладкой из резины, твердость которой по шкале А Шора отличается от соответствующей характеристики протектора, расположенного поверх указанного усилителя, и превышает твердость по шкале А Шора профилированного элемента из резиновой смеси, расположенного между краями усилителя коронной зоны и слоями каркасного усилителя.

В заявке на патент Франции № 2728510 предложено размещение с одной стороны между каркасным усилителем и самым близким в радиальном направлении к оси вращения рабочим слоем усилителя коронной зоны непрерывного в аксиальном направлении слоя, который образован из нерастяжимых металлических кордов, образующих угол, составляющий, по меньшей мере, 60°, относительно направления вдоль окружности, и ширина которого в аксиальном направлении, по меньшей мере, равна измеряемой в аксиальном направлении ширине самого короткого рабочего слоя коронной зоны, и, с другой стороны, между двумя рабочими слоями коронной зоны - дополнительного слоя, образованного из металлических элементов, ориентированных по существу параллельно направлению вдоль окружности.

Продолжительная эксплуатация шин, имеющих подобную конструкцию, при особо тяжелых условиях показала предельные характеристики с точки зрения усталостной выносливости данных шин.

Для устранения подобных недостатков и повышения усталостной выносливости усилителя коронной зоны данных шин было предложено, чтобы, по меньшей мере, один дополнительный слой усилительных элементов, по существу параллельных направлению вдоль окружности, был предусмотрен в сочетании с рабочими слоями коронной зоны под некоторым углом. В частности, в публикации WO 99/24269 было предложено, чтобы с каждой стороны экваториальной плоскости и в качестве непосредственного продолжения дополнительного слоя усилительных элементов, по существу параллельных в направлении вдоль окружности, в аксиальном направлении два рабочих слоя коронной зоны, образованные из усилительных элементов, которые перекрещиваются от одного слоя к другому, были соединены на определенном расстоянии в аксиальном направлении и затем отделены друг от друга или разъединены посредством использования профилированных элементов из резиновой смеси, по меньшей мере, на оставшейся части ширины, общей для указанных двух рабочих слоев.

Одна задача изобретения состоит в разработке шин, предназначенных для транспортных средств большой грузоподъемности/тяжелых транспортных средств, усталостная выносливость которых сохраняется при использовании на дорогах и вес которых уменьшен по сравнению с обычными шинами.

Данная задача решается в соответствии с изобретением посредством использования шины с радиальным каркасным усилителем, содержащей усилитель коронной зоны, образованный из, по меньшей мере, двух рабочих слоев коронной зоны, образованных из нерастяжимых усилительных элементов, которые перекрещиваются от одного слоя к другому, образуя углы, составляющие от 10° до 45°, относительно направления вдоль окружности, при этом сам усилитель коронной зоны закрыт сверху в радиальном направлении протектором, причем протектор соединен с двумя бортами посредством двух боковин, при этом усилитель коронной зоны содержит, по меньшей мере, один слой окружных усилительных элементов, причем отношение толщины блока коронной зоны на плечевом конце к толщине блока коронной зоны в окружной медианной плоскости превышает 1,20, и отношение расстояния между предельной поверхностью износа и усилительными элементами из слоя окружных усилительных элементов в окружной медианной плоскости к расстоянию между предельной поверхностью износа и усилительными элементами из слоя окружных усилительных элементов на концах указанного слоя окружных усилительных элементов составляет от 0,95 до 1,05.

Плечевой конец определяется в плечевой зоне шины ортогональной проекцией на наружную поверхность шины пересечения касательных к поверхностям наружного в аксиальном направлении конца протектора (верхней поверхности рисунка протектора), с одной стороны, и наружного в радиальном направлении конца боковины, с другой стороны.

Толщина блока коронной зоны в окружной медианной плоскости определяется как расстояние в радиальном направлении между касательной к верхней поверхности протектора в окружной медианной плоскости и касательной к самой близкой к центру в радиальном направлении, резиновой смеси шины в окружной медианной плоскости.

Толщина блока коронной зоны на плечевом конце определяется длиной ортогональной проекции плечевого конца на слой резиновой смеси, расположенный дальше всего в радиальном направлении внутрь шины.

Применительно к изобретению предельная поверхность износа шины определяется как поверхность, полученная экстраполяцией из индикаторов износа, имеющихся в шине.

Расстояния между предельной поверхностью износа и усилительными элементами из слоя окружных усилительных элементов измеряют вдоль нормали к наружной поверхности протектора, которая проходит через соответствующую точку измерения для слоя окружных усилительных элементов.

Различные измерения выполнены в поперечном сечении шины, когда шина находится в ненакачанном состоянии.

Шина, образованная так в соответствии с изобретением, обеспечивает возможность сохранения при заданном размере удовлетворительных эксплуатационных характеристик шины при использовании на дороге с точки зрения усталостной выносливости и скорости износа, при этом шина является более легкой по весу.

По сравнению с обычной шиной такого же размера шина согласно изобретению имеет заметно меньшую толщину блока коронной зоны в зоне с центром в окружной медианной плоскости.

С точки зрения архитектуры усилителя в зоне блока коронной зоны, то есть под протектором, это означает, что усилительные слои каркасного усилителя и усилительные слои усилителя коронной зоны имеют радиусы кривизны в аксиальном (или меридиональном) направлении, которые практически обеспечивают концентричность во всех точках на профиле поверхности износа и, следовательно, относительно протектора.

Традиционные шины обычно имеют дополнительный слой резиновой смеси, размещенный под протектором с центром в окружной медианной плоскости. Наличие такого слоя позволяет получить радиус кривизны протектора в аксиальном направлении, который меньше измеряемого в аксиальном направлении радиуса кривизны усилительных слоев в усилителе коронной зоны. Шины согласно изобретению не имеют подобного слоя, и это, в частности, позволяет получить меньший вес шины. Отсутствие подобного слоя может также сыграть некоторую роль при ограничении нагрева шины при использовании и, следовательно, способствовать ее усталостной выносливости.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения усилительные элементы из слоя окружных усилительных элементов представляют собой скрученные корды, у которых максимальный касательный модуль упругости в их состоянии, когда они извлечены из шины, меньше максимального касательного модуля упругости в их исходном состоянии более чем на 15 ГПа и предпочтительно более чем на 20 ГПа.

Значения модуля упругости, выраженные выше, измерены на кривой зависимости относительного удлинения от растягивающего напряжения, построенной при предварительной нагрузке, составляющей 5 Н, при этом растягивающее напряжение соответствует натяжению, деленному на площадь поперечного сечения металла в усилительном элементе. Данные измерения выполнены под натяжением в соответствии со стандартом ISO 6892 согласно ISO 1984.

Корды, взятые из шин, на которых выполнены измерения, взяты из шин, компоненты которых, отличные от рассматриваемых кордов, и в особенности смеси, подверженные тенденции проникать в указанные корды, представляют собой компоненты, которые являются обычными для применений шин для тяжелых транспортных средств/транспортных средств большой грузоподъемности.

В соответствии с данным вариантом осуществления изобретения усилительные элементы из слоя окружных усилительных элементов предпочтительно представляют собой скрученные корды, которые собирают посредством способа скручивания, который обеспечивает возможность попадания воздуха в корд.

Подобный способ скручивания, в частности, может предусматривать скручивание во время изготовления прядей. В этом случае способ скручивания по существу включает:

- намотку нитей наружного слоя в виде спирали на внутренний слой с заданным временным шагом скручивания,

- перекручивание или деформирование с целью уменьшения данного временного шага, то есть с целью увеличения угла наклона винтовой линии указанного наружного слоя и, следовательно, увеличения кривизны спирали и

- стабилизацию пряди, полученной раскручиванием, для получения нулевого остаточного крутящего момента.

Способ скручивания также может относиться к формированию прядей. Следовательно, способ скручивания по существу включает:

- намотку прядей с заданным временным шагом скручивания,

- перекручивание или деформирование с целью уменьшения данного временного шага (то есть с целью увеличения угла наклона винтовой линии комплекта прядей и, следовательно, увеличения кривизны спирали) и

- стабилизацию корда, полученного раскручиванием, для получения нулевого остаточного крутящего момента.

Способ скручивания в конечном счете может представлять собой комбинацию скручивания во время образования каждой из прядей и скручивания во время сборки прядей для получения корда.

Способ скручивания, описанный таким образом, который реализуется для получения корда согласно изобретению, обеспечивает придание нитям, которые образуют наружный слой пряди, и/или прядям, которые образуют корд, большой кривизны, которая обеспечивает разделение их в аксиальном направлении (в этом случае аксиальное направление представляет собой направление, или перпендикулярное к направлению оси пряди в случае нитей, или перпендикулярное к направлению оси корда в случае прядей). Данная кривизна определяется, с одной стороны, диаметром спирали данного наружного слоя и, с другой стороны, шагом спирали или даже углом наклона спирали указанного наружного слоя (углом, измеренным относительно оси корда).

Следует отметить, что способ скручивания, описанный таким образом, обеспечивает возможность увеличения как диаметра спирали, так и угла наклона спирали.

В соответствии с изобретением угол наклона спирали/винтовой линии предпочтительно составляет от 25° до 45°.

Способ скручивания, описанный таким образом и применяемый для нитей, которые образуют пряди, и/или прядей, играет некоторую роль в существенном увеличении конструкционного удлинения корда, которое пропорционально квадрату тангенса (угла наклона спирали).

Авторы изобретения смогли продемонстрировать, что корды, полученные таким образом, у которых снижение максимального касательного модуля упругости в их состоянии, когда они извлечены из шины, по сравнению с их исходным состоянием превышает 15 ГПа, по сравнению с кордами с такой же формулой, но полученными без операции скручивания и с меньшими шагами спирали, имеют большие конструкционные удлинения в исходном состоянии и тогда, когда они извлечены из шины. Кроме того, в то время как в их исходном состоянии те же самые корды согласно изобретению, также в сравнении с кордами с такой же формулой, но изготовленными без операции скручивания и с меньшими шагами спирали, имеют более высокий максимальный касательный модуль упругости, те же корды в состоянии, когда они извлечены из шины, могут иметь, к большому удивлению, меньший максимальный касательный модуль упругости по сравнению с кордами с такой же формулой, но изготовленными без операции скручивания и с меньшими шагами спирали.

В случае шин согласно изобретению, в которых усилительные слои усилителя коронной зоны имеют кривизну в аксиальном направлении, которая практически обеспечивает во всех точках концентричность относительно профиля протектора, использование подобных кордов обеспечивает возможность еще большего повышения усталостной выносливости шин. Это обусловлено тем, что максимальный касательный модуль упругости, который заметно меньше для кордов, извлеченных из шины, в сочетании с большим конструкционным удлинением по сравнению с кордами с такой же формулой, но полученными без операции скручивания и с меньшими шагами спирали, обеспечит возможность уменьшения натяжения, которому подвергаются усилительные элементы в слое окружных усилительных элементов, в особенности на концах указанного слоя, когда данный слой имеет криволинейную форму, как в случае изобретения, при прохождении через пятно контакта, которое вызывает деформирование шины.

Использование подобных усилительных элементов, по меньшей мере, в одном слое окружных усилительных элементов также обеспечивает возможность сохранения достаточной жесткости данного слоя после операций формования и вулканизации в обычных технологических процессах.

В соответствии с одним предпочтительным вариантом осуществления изобретения усилительные элементы из, по меньшей мере, одного слоя окружных усилительных элементов представляют собой металлические усилительные элементы, имеющие секущий модуль упругости при относительном удлинении 0,7%, составляющий от 10 до 120 ГПа, и максимальный касательный модуль упругости, составляющий менее 150 ГПа.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления секущий модуль упругости усилительных элементов при относительном удлинении 0,7% составляет менее 100 ГПа и предпочтительно превышает 20 ГПа, и еще более предпочтительно составляет от 30 до 90 ГПа, и еще более предпочтительно менее 80 ГПа.

Максимальный касательный модуль упругости усилительных элементов также предпочтительно составляет менее 130 ГПа и еще более предпочтительно менее 120 ГПа.

Значения модуля упругости, выраженные выше, измерены на кривой зависимости относительного удлинения от растягивающего напряжения, построенной при предварительной нагрузке, составляющей 5 Н, при этом растягивающее напряжение соответствует измеренному натяжению, деленному на площадь поперечного сечения металла в усилительном элементе.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления усилительные элементы из, по меньшей мере, одного слоя окружных усилительных элементов представляют собой металлические усилительные элементы, имеющие кривую зависимости относительного удлинения от растягивающего напряжения, которая имеет пологие градиенты для небольших относительных удлинений и по существу постоянный и крутой градиент для больших относительных удлинений. Подобные усилительные элементы в дополнительном слое общеизвестны как «двухмодульные» элементы.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения по существу постоянный и крутой градиент появляется, начиная с относительного удлинения, составляющего от 0,4% до 0,7%.

Различные характеристики усилительные элементов, упомянутые выше, определены для усилительных элементов, взятых из шин.

Усилительные элементы, более подходящие для образования, по меньшей мере, одного слоя окружных усилительных элементов согласно изобретению, представляют собой, по меньшей мере, комплекты с формулой 21,23, структура которой такова: 3×(0,26+6×0,23) 5,0/7,5 SS (нержавеющая сталь); данный скрученный корд состоит из 21 элементарной нити с формулой 3×(1+6), с 3 прядями, скрученными вместе с шагом 7,5 мм, при этом каждая прядь состоит из 7 нитей, а именно из одной нити, образующей центральный сердечник с диаметром, равным 26/100 мм, и 6 нитей с диаметром, равным 23/100 мм, намотанных с шагом 5 мм. Подобный корд имеет секущий модуль упругости, равный 45 ГПа при относительном удлинении 0,7%, и максимальный касательный модуль упругости, равный 100 ГПа, при этом они измерены на кривой зависимости относительного удлинения от растягивающего напряжения, построенной при предварительной нагрузке, составляющей 5 Н, причем растягивающее напряжение соответствует измеренному натяжению, деленному на площадь поперечного сечения металла в усилительном элементе.

В соответствии с изобретением предпочтительно предусмотрен, по меньшей мере, один слой, который образует конструктивный элемент коронной зоны, который должен находиться в радиальном направлении под самым дальним от центра в аксиальном направлении «ребром» или направленным главным образом в продольном направлении рисунком протектора. Данный вариант осуществления обеспечивает повышение жесткости указанного рисунка протектора.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения разность измеряемой в аксиальном направлении ширины самого широкого в аксиальном направлении рабочего слоя коронной зоны и измеряемой в аксиальном направлении ширины самого узкого в аксиальном направлении рабочего слоя коронной зоны составляет от 10 до 30 мм.

Также предпочтительно, если самый широкий в аксиальном направлении рабочий слой коронной зоны расположен в радиальном направлении с внутренней стороны других рабочих слоев коронной зоны.

В одном предпочтительном варианте осуществления изобретения измеряемая в аксиальном направлении ширина, по меньшей мере, одного слоя окружных усилительных элементов меньше измеряемой в аксиальном направлении ширины самого широкого в аксиальном направлении рабочего слоя коронной зоны.

Подобная ширина, по меньшей мере, одного слоя окружных усилительных элементов, в частности, позволяет уменьшить напряжения сдвига между рабочими слоями и, следовательно, в результате обеспечивает дополнительное повышение усталостной выносливости шины.

Слой окружных усилительных элементов согласно изобретению предпочтительно представляет собой слой, который является непрерывным на всей его ширине в аксиальном направлении.

В соответствии с альтернативным вариантом осуществления изобретения, по меньшей мере, один слой окружных усилительных элементов наложен в радиальном направлении между двумя рабочими слоями коронной зоны.

В соответствии с данным альтернативным вариантом осуществления слой окружных усилительных элементов обеспечивает возможность более сильного ограничения сжатия усилительных элементов в каркасном усилителе по сравнению с аналогичным слоем, наложенным в радиальном направлении с наружной стороны рабочих слоев. Он предпочтительно отделен в радиальном направлении от каркасного усилителя, по меньшей мере, одним рабочим слоем для уменьшения нагруженности указанных усилительных элементов и для того, чтобы не подвергать их чрезмерной усталости.

В случае слоя окружных усилительных элементов, который расположен в радиальном направлении между двумя рабочими слоями коронной зоны, также предпочтительно, чтобы измеряемые в аксиальном направлении значения ширины рабочих слоев коронной зоны, соседних в радиальном направлении со слоем окружных усилительных элементов, были больше измеряемой в аксиальном направлении ширины указанного слоя окружных усилительных элементов, и предпочтительно, чтобы указанные рабочие слои коронной зоны, соседние со слоем окружных усилительных элементов, с каждой стороны экваториальной плоскости и на непосредственном продолжении в аксиальном направлении слоя окружных усилительных элементов были соединены на некоторой ширине в аксиальном направлении и затем разъединены профилированными элементами из резиновой смеси, по меньшей мере, на оставшейся части ширины, общей для указанных двух рабочих слоев.

Наличие подобных соединений между рабочими слоями коронной зоны, соседними со слоем окружных усилительных элементов, позволяет дополнительно уменьшить растягивающее напряжение, действующее на самые дальние от центра в аксиальном направлении окружные элементы, расположенные наиболее близко к соединению.

Толщина профилированных элементов, которые обеспечивают разъединение между рабочими слоями, измеренная на концах самого узкого рабочего слоя, была равна, по меньшей мере, двум миллиметрам и предпочтительно превышала 2,5 мм.

Под соединенными слоями следует понимать слои, соответствующие усилительные элементы которых расположены на расстоянии друг от друга в радиальном направлении, составляющем самое большее 1,5 мм, при этом указанную толщину резины измеряют в радиальном направлении между соответственно верхней и нижней образующими указанных усилительных элементов.

Для уменьшения растягивающих напряжений, действующих на самые дальние от центра в аксиальном направлении окружные элементы, в соответствии с изобретением также предпочтительно предусмотрено, чтобы угол, образованный усилительными элементами рабочих слоев коронной зоны относительно направления вдоль окружности, составлял менее 30° и предпочтительно менее 25°.

В соответствии с другим предпочтительным альтернативным вариантом осуществления рабочие слои коронной зоны содержат усилительные элементы, которые перекрещиваются от одного слоя к другому и образуют углы относительно направления вдоль окружности, которые могут варьироваться в аксиальном направлении, при этом указанные углы больше на наружных в аксиальном направлении краях слоев усилительных элементов по сравнению с углами указанных элементов, измеренными в окружной медианной плоскости. Подобный вариант осуществления изобретения обеспечивает возможность повышения жесткости в направлении вдоль окружности в определенных зонах, но уменьшения ее в других зонах, в частности, для уменьшения сжимающих нагрузок, действующих на каркасный усилитель.

В одном предпочтительном варианте осуществления изобретения усилитель коронной зоны также дополнен в радиальном направлении снаружи, по меньшей мере, одним дополнительным слоем, известным как защитный слой, из усилительных элементов, которые, как утверждается, являются упругими, которые направлены под углом, составляющим от 10° до 45°, относительно направления вдоль окружности, и в том же направлении, что и угол, образованный нерастяжимыми элементами рабочего слоя, соседнего с ним в радиальном направлении.

Защитный слой может иметь ширину в аксиальном направлении, которая меньше измеряемой в аксиальном направлении ширины самого узкого рабочего слоя. Указанный защитный слой также может иметь ширину в аксиальном направлении, которая превышает измеряемую в аксиальном направлении ширину самого узкого рабочего слоя, так что он будет перекрывать края самого узкого рабочего слоя, и в том случае, если именно верхний в радиальном направлении слой является самым узким, он будет соединен - на продолжении в аксиальном направлении дополнительного усилителя - с самым широким рабочим слоем коронной зоны на некоторой ширине в аксиальном направлении и затем с наружной стороны в аксиальном направлении будет отделен от указанного самого широкого рабочего слоя профилированными элементами с толщиной, составляющей, по меньшей мере, 2 мм. Защитный слой, образованный из упругих усилительных элементов, в вышеупомянутых случаях может быть, с одной стороны, возможно, отделен от краев самого узкого рабочего слоя профилированными элементами с толщиной, которая существенно меньше толщины профилированных элементов, которые отделяют края двух рабочих слоев друг от друга, и, с другой стороны, может иметь ширину в аксиальном направлении, которая меньше или больше измеряемой в аксиальном направлении ширины самого широкого слоя коронной зоны.

В соответствии с любым одним из двух вариантов осуществления изобретения, указанных выше, усилитель коронной зоны может быть, кроме того, дополнен расположенным в радиальном направлении с внутренней стороны между каркасным усилителем и внутренним в радиальном направлении рабочим слоем, расположенным ближе всего к каркасному усилителю, триангуляционным слоем из нерастяжимых металлических усилительных элементов, изготовленных из стали, которые образуют угол, превышающий 60°, относительно направления вдоль окружности и в таком же направлении, как направление угла, образованного усилительными элементами из ближайшего в радиальном направлении слоя каркасного усилителя.

Другие предпочтительные признаки и детали изобретения станут очевидными в дальнейшем из описания одного варианта осуществления изобретения, приведенного со ссылкой на фиг.1-3, на которых:

фиг.1 - меридиональный вид схематического изображения шины в соответствии с изобретением;

фиг.2 - меридиональный вид упрощенного схематического изображения шины по фиг.1; и

фиг.3 - график, показывающий кривые зависимости относительного удлинения от усилия для кордов согласно изобретению и обычных кордов.

Для облегчения понимания чертежи начерчены не в масштабе. Чертежи показывают вид только половины шины, которая продолжается симметрично относительно оси ХХ', которая отображает окружную медианную плоскость, или экваториальную плоскость, шины.

На фиг.1 шина 1 с размером 315/70 R 22,5 XF имеет отношение H/S высоты профиля шины к его ширине, равное 0,70, при этом Н - высота шины 1 на предназначенном для нее ободе и S - максимальная ширина шины в аксиальном направлении. Шина 1 имеет радиальный каркасный усилитель 2, закрепленный в двух бортах, не показанных на чертеже. Каркасный усилитель образован из одного слоя металлических кордов. Каркасный усилитель 2 намотан вместе с усилителем 4 коронной зоны, образованным в радиальном направлении с внутренней стороны наружу:

- из первого рабочего слоя 41, образованного из ненамотанных нерастяжимых металлических кордов 11,35, которые являются непрерывными на всей ширине слоя и направлены под углом, равным 18°,

- из слоя окружных усилительных элементов 42, который образован из металлических кордов 21×23, изготовленных из стали и представляющих собой корды «двухмодульного» типа,

- из второго рабочего слоя 43, образованного из ненамотанных нерастяжимых металлических кордов 11,35, которые являются непрерывными на всей ширине слоя, направлены под углом, равным 18°, и перекрещиваются с металлическими кордами слоя 41,

- из защитного слоя 44, изготовленного из упругих металлических кордов 18×23.

Сам усилитель коронной зоны закрыт сверху протектором 5.

Измеряемая в аксиальном направлении ширина L₄₁ первого рабочего слоя 41 равна 248 мм, при этом данная ширина для шины обычной формы существенно меньше ширины L протектора, которая в рассматриваемом случае равна 262 мм. Следовательно, разность ширины протектора и ширины L₄₁ равна 14 мм и, следовательно, меньше 15 мм в соответствии с изобретением.

Измеряемая в аксиальном направлении ширина L₄₃ второго рабочего слоя 43 равна 230 мм. Разность значений ширины L₄₁ и L₄₃ равна 18 мм и, следовательно, составляет от 10 до 30 мм в соответствии с изобретением.

Что касается габаритной измеряемой в аксиальном направлении ширины L₄₂ слоя окружных усилительных элементов 42, то она равна 188 мм.

Последний слой 44 коронной зоны, известный как защитный слой, имеет ширину L₄₄, равную 188 мм.

В соответствии с изобретением на всей ширине слоя усилительных элементов 42 все слои усилителя коронной зоны имеют радиус кривизны, практически идентичный радиусу кривизны протектора.

Фиг.1 также показывает предельную поверхность 3 износа; она получена посредством экстраполяции из индикаторов износа, которые имеются в шине, но которые не были показаны на чертежах.

Фиг.2 представляет собой меридиональный вид упрощенного схематического изображения шины 1, показывающий первую касательную 7 к поверхности наружного в аксиальном направлении конца протектора 8; поверхность протектора образована наружной в радиальном направлении или верхней поверхностью рисунков протектора, не показанных на данном упрощенном схематическом изображении по фиг.2. Вторая касательная 9 к поверхности наружного в радиальном направлении конца боковины 10 пересекает первую касательную 7 в точке 11. Ортогональная проекция на наружную поверхность шины определяет плечевой конец 6.

Таким образом, фиг.2 показывает размер блока коронной зоны по толщине на плечевом конце 6, которая определяется длиной 12 отрезка 13, образуемого при построении ортогональной проекции плечевого конца 6 на слой резиновой смеси 14, наиболее удаленный в радиальном направлении по направлению к внутренней стороне шины.

Фиг.2 также показывает размер блока коронной зоны по толщине в окружной медианной плоскости XX', определяемый как расстояние 15 в радиальном направлении между касательной к верхней поверхности протектора 8 в окружной медианной плоскости и касательной к резиновой смеси 14, наиболее удаленной в радиальном направлении по направлению к внутренней стороне шины, в окружной медианной плоскости.

В соответствии с изобретением размеры блока коронной зоны по толщине на каждом из плечевых концов 6 равны 39,4 мм. В окружной медианной плоскости XX' размер блока коронной зоны по толщине 15 равен 31,7 мм. Отношение толщины блока коронной зоны на плечевом конце к толщине блока коронной зоны в окружной медианной плоскости равно 1,24 и, следовательно, больше 1,2.

Также в соответствии с изобретением отношение расстояния 16 между предельной поверхностью износа и усилительными элементами из слоя окружных усилительных элементов в окружной медианной плоскости к расстоянию 17 между предельной поверхностью износа и усилительными элементами из слоя окружных усилительных элементов на концах указанного слоя окружных усилительных элементов равно 1 и, следовательно, составляет от 0,95 до 1,05. В частности, расстояния 16, 17 между предельной поверхностью износа и усилительными элементами из слоя окружных усилительных элементов соответственно в окружной медианной плоскости и на концах указанного слоя окружных усилительных элементов идентичны друг другу и равны 10 мм.

Фиг.3 представляет собой график зависимости относительного удлинения от усилия для корда в соответствии с одним альтернативным вариантом осуществления изобретения, предназначенного для образования слоя окружных усилительных элементов, который был сформирован посредством закручивания, как описано ранее, по сравнению с кордом с такой же формулой, применяемым более широко в случае применения данного типа.

Данный график иллюстрирует относительное удлинение 18, определяемое для растягивающего усилия 19, прикладываемого к корду в соответствии со стандартом ISO 6892 (ISO 1984).

Корд согласно изобретению представляет собой стальной корд 21×23 «двухмодульного» типа, конструкция которого такова: 3× (0,26+6×0,23) 5,0/7,5 SS (нержавеющая сталь); данный скрученный корд состоит из 21 элементарной нити с формулой 3×(1+6), с 3 прядями, скрученными вместе с шагом 7,5 мм, при этом каждая прядь образована из 7 нитей, а именно из одной нити, образующей центральный сердечник с диаметром, равным 26/100 мм, и 6 нитей с диаметром, равным 23/100 мм, намотанных с шагом 5 мм.

Контрольный корд, с которым его сравнивают, представляет собой стальной корд «двухмодульного» типа с такой же формулой 21×23, с конструкцией 3×(0,26+6×0,23) 4,4/6,6 SS (нержавеющая сталь).

Кривая 20 соответствует корду согласно изобретению в его исходном состоянии, и кривая 21 соответствует тому же корду, извлеченному из шины, при этом данный корд пропитан резиной и подвергся операции вулканизации шины.

Аналогичным образом, кривые 22 и 23 соответствуют контрольному корду соответственно в его исходном состоянии и в состоянии, в котором он извлечен из шины.

Из данных кривых очевидно, что конструкционное удлинение корда согласно изобретению превышает удлинение контрольного корда. Кроме того, модуль упругости, или максимальный касательный модуль упругости, корда согласно изобретению равен 100 ГПа, в то время как максимальный касательный модуль упругости контрольного корда равен 90 ГПа.

Данные различия величин могут быть объяснены способом формирования посредством скручивания в случае корда согласно изобретению и различными шагами при формировании, при этом данные шаги больше в случае корда согласно изобретению.

В отношении измерений, выполненных для кордов, извлеченных из шины, следует указать, что конструкционное удлинение корда согласно изобретению остается большим, но величина максимального касательного модуля упругости становится меньше для корда согласно изобретению по сравнению с модулем упругости контрольного корда, то есть 78 ГПа для корда согласно изобретению по сравнению с 85 ГПа для контрольного корда.

Заметно меньший максимальный касательный модуль упругости для кордов, извлеченных из шины, в сочетании с большим конструкционным удлинением по сравнению с кордами с такой же формулой, но образованными без операции скручивания и с меньшими шагами спирали, обеспечит возможность уменьшения натяжений, которым подвергаются усилительные элементы в окружном слое усилительных элементов, в особенности на концах указанного слоя, когда данный слой имеет криволинейную форму, как в случае изобретения, когда он проходит через пятно контакта, которое вызывает деформирование шины.

В соответствии с изобретением максимальный касательный модуль упругости кордов согласно изобретению в состоянии, в котором они извлечены из шины, меньше их максимального касательного модуля упругости в их исходном состоянии на величину, равную 22 ГПа (100-78) и, следовательно, превышающую 15 ГПа.

Были проведены испытания с шиной, изготовленной в соответствии с изобретением согласно изображению на фиг.1, содержащей слой окружных усилительных элементов, образованный с армирующими кордами согласно изобретению, подобными только что описанным. Идентичные испытания были проведены с контрольной шиной, которая была идентичной, но была изготовлена с другой конфигурацией, в которой корды из слоя окружных усилительных элементов представляли собой контрольные корды, описанные выше, и все слои, которые образовывали усилитель, имели радиусы кривизны, которые отличались от радиуса кривизны поверхности протектора, при этом данные радиусы кривизны являются сами по себе бесконечными.

Масса шины согласно изобретению на 2% меньше массы контрольной шины.

Предварительные испытания предусматривали выполнение испытаний на качение вращающихся масс для каждой из шин и обеспечение их следования по маршрутам, которые эквивалентны прямолинейным траекториям, при подвергании шин воздействию нагрузок, более тяжелых по сравнению с номинальной нагрузкой для ускорения испытания данного типа.

Нагрузка на шину составляла 3800 кг в начале пробега и возрастала до нагрузки 4800 кг в конце пробега.

Результаты данных предварительных испытаний показали, что результаты, полученные для двух типов шин, были сопоставимыми.

Дополнительные испытания для определения усталостной выносливости были выполнены на установке для испытаний, которая обеспечивала приложение нагрузки и сообщение угла поворота шинам.

Результаты, полученные снова, показали, что шины двух типов демонстрировали очень похожие результаты.

Изобретение относится к пневматической шине с радиальным каркасным усилителем, содержащей усилитель коронной зоны. Коронная зона состоит из, по меньшей мере, двух рабочих слоев. Сам усилитель коронной зоны закрыт сверху в радиальном направлении протектором, соединенным с двумя бортами посредством двух боковин. Отношение толщины блока коронной зоны на плечевом конце к толщине блока коронной зоны в окружной медианной плоскости превышает 1,20. Отношение расстояния между предельной поверхностью износа и усилительными элементами из слоя окружных усилительных элементов в окружной медианной плоскости к расстоянию между предельной поверхностью износа и усилительными элементами из слоя окружных усилительных элементов на концах указанного слоя окружных усилительных элементов составляет от 0,95 до 1,05. Технический результат - повышение усталостной прочности шин большой грузоподъемности. 13 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Шина с радиальным каркасным усилителем, содержащая усилитель коронной зоны, образованный из, по меньшей мере, двух рабочих слоев коронной зоны, выполненных из нерастяжимых усилительных элементов, которые перекрещиваются от одного слоя к другому, образуя углы от 10° до 45° относительно направления вдоль окружности, при этом сам усилитель коронной зоны закрыт сверху в радиальном направлении протектором, соединенным с двумя бортами посредством двух боковин, при этом усилитель коронной зоны содержит, по меньшей мере, один слой окружных усилительных элементов, отличающаяся тем, что отношение толщины блока коронной зоны на плечевом конце к толщине блока коронной зоны в окружной медианной плоскости превышает 1,20, а отношение расстояния между предельной поверхностью износа и усилительными элементами из слоя окружных усилительных элементов в окружной медианной плоскости к расстоянию между предельной поверхностью износа и усилительными элементами из слоя окружных усилительных элементов на концах указанного слоя окружных усилительных элементов составляет от 0,95 до 1,05.

2. Шина по п.1, отличающаяся тем, что усилительные элементы из слоя окружных усилительных элементов представляют собой скрученные корды, у которых максимальный касательный модуль упругости в их состоянии, когда они извлечены из шины, меньше максимального касательного модуля упругости в их исходном состоянии более чем на 15 ГПа и предпочтительно более чем на 20 ГПа.

3. Шина по п.1 или 2, отличающаяся тем, что усилительные элементы из, по меньшей мере, одного слоя окружных усилительных элементов представляют собой металлические усилительные элементы, имеющие секущий модуль упругости при относительном удлинении 0,7%, составляющий от 10 до 120 ГПа, и максимальный касательный модуль упругости, составляющий менее 150 ГПа.

4. Шина по п.3, отличающаяся тем, что секущий модуль упругости усилительных элементов при относительном удлинении 0,7% составляет менее 100 ГПа, предпочтительно превышает 20 ГПа и еще более предпочтительно составляет от 30 до 90 ГПа.

5. Шина по п.3, отличающаяся тем, что максимальный касательный модуль упругости усилительных элементов составляет менее 130 ГПа и предпочтительно менее 120 ГПа.

6. Шина по п.1 или 2, отличающаяся тем, что усилительные элементы из слоя окружных усилительных элементов представляют собой металлические усилительные элементы, имеющие кривую зависимости относительного удлинения от растягивающего напряжения, которая имеет пологие градиенты для малых относительных удлинений и по существу постоянный и крутой градиент для больших относительных удлинений.

7. Шина по п.1 или 2, отличающаяся тем, что самый широкий в аксиальном направлении рабочий слой коронной зоны расположен в радиальном направлении с внутренней стороны других рабочих слоев коронной зоны.

8. Шина по п.1 или 2, отличающаяся тем, что разность измеряемой в аксиальном направлении ширины самого широкого в аксиальном направлении рабочего слоя коронной зоны и измеряемой в аксиальном направлении ширины самого узкого в аксиальном направлении рабочего слоя коронной зоны составляет от 10 до 30 мм.

9. Шина по п.1 или 2, отличающаяся тем, что измеряемая в аксиальном направлении ширина, по меньшей мере, одного слоя окружных усилительных элементов меньше измеряемой в аксиальном направлении ширины самого широкого в аксиальном направлении рабочего слоя коронной зоны.

10. Шина по п.1 или 2, отличающаяся тем, что, по меньшей мере, один слой окружных усилительных элементов наложен в радиальном направлении между двумя рабочими слоями коронной зоны.

11. Шина по п.10, отличающаяся тем, что измеряемые в аксиальном направлении значения ширины рабочих слоев коронной зоны, соседних в радиальном направлении со слоем окружных усилительных элементов, превышают измеряемую в аксиальном направлении ширину слоя окружных усилительных элементов.

12. Шина по п.11, отличающаяся тем, что рабочие слои коронной зоны, соседние со слоем окружных усилительных элементов, с каждой стороны экваториальной плоскости и на непосредственном продолжении в аксиальном направлении слоя окружных усилительных элементов соединены на некоторой ширине в аксиальном направлении и затем разъединены профилированными элементами из резиновой смеси, по меньшей мере, на оставшейся части ширины, общей для указанных двух рабочих слоев.

13. Шина по п.1 или 2, отличающаяся тем, что усилитель коронной зоны дополнен в радиальном направлении снаружи, по меньшей мере, одним дополнительным слоем, известным как защитный слой, из усилительных элементов, которые, как утверждается, являются упругими, которые направлены под углом, составляющим от 10° до 45°, относительно направления вдоль окружности, и в том же направлении, что и угол, образованный нерастяжимыми элементами рабочего слоя, соседнего с ним в радиальном направлении.

14. Шина по п.1 или 2, отличающаяся тем, что усилитель коронной зоны дополнительно содержит триангуляционный слой, образованный из металлических усилительных элементов, которые образуют углы, превышающие 60°, относительно направления вдоль окружности.