ПНЕВМАТИЧЕСКАЯ РАДИАЛЬНАЯ ШИНА БОЛЬШОЙ ГРУЗОПОДЪЕМНОСТИ Российский патент 2016 года по МПК B60C9/20 B60C11/00 

Изобретение относится к пневматической радиальной шине большой грузоподъемности, предназначенной для использования на большегрузных автомобилях, таких как инженерно-строительные машины, и, в частности, в изобретении предлагается технология для обеспечения отменной долговечности и повышенной транспортной эффективности (высокоскоростных качеств) шины.

Для того чтобы добиться сочетаемости долговечности и транспортной эффективности на высоком уровне, традиционная технология, например, предусматривала

(1) многослойную конструкцию протекторной резины, состоящую из резины беговой дорожки протектора и резины слоя сжатия, резины беговой дорожки протектора, имеющей отличную износостойкость, и резины слоя сжатия, являющейся резиной с низким тепловыделением для снижения количества генерируемого протекторной резиной тепла,

(2) пониженное напряжение между слоями брекера и (3) выбор резины, обладающей отменной стойкостью к образованию трещин в слоях брекера.

Однако согласно традиционной технологии, в случае трещины в резине, возникающей на боковой кромке брекера, состоящего из нескольких слоев брекера, трещина вероятнее всего будет прогрессировать в сторону находящейся вне пределов слоев брекера резинового слоя сжатия, выполненного из резины с низким тепловыделением. Вероятность прогрессирования трещины является причиной, препятствующей дальнейшему улучшению долговечности шины, более конкретно долговечности резинового слоя сжатия.

То есть в резине сопротивление разрушению считается несовместимым с низким тепловыделением. Однако в шине радиального типа, включающей в себя несколько слоев стального брекера, например, из-за различия в деформации, возникающей из-за текучести резины во время соприкосновения с почвой и деформации всех слоев брекера, возникает деформация сдвига на боковой кромке наиболее удаленного от центра слоя брекера и/или самого широкого слоя брекера главным образом в окружном направлении поверхности качения шины и в поперечном направлении протектора шины. Соответственно в упомянутой выше радиальной шине, как показано на фиг. 6, иллюстрирующей увеличенный фрагмент сечения коронной зоны шины в поперечном направлении, например, трещина с, образующая угол приблизительно 20-30° с касательной ta к поверхности самого удаленного от центра слоя брекера, прогрессирует от боковой кромки самого удаленного от центра слоя брекера в резине br резинового слоя сжатия с низким тепловыделением в направлении экваториальной плоскости Е. В результате в вышеупомянутой радиальной шине долговечность протекторной резины TR ухудшается на относительно ранней стадии.

Изобретение призвано решить описанную выше проблему, связанную с традиционной технологией. Задача изобретения - предложить пневматическую радиальную шину большой грузоподъемности, обладающую отменной долговечностью и эффективно препятствующую прогрессированию трещины в резиновый слой сжатия с низким тепловыделением, что способствует улучшению долговечности шины на больших скоростях с учетом того, что резина с низким тепловыделением имеет низкий модуль упругости, а стойкая к образованию трещин резина или резина с низкой способностью к упругой деформации (низким модулем эластичности по отскоку) имеет высокий модуль упругости.

Один из аспектов изобретения заключается в создании пневматической радиальной шины большой грузоподъемности, содержащей протекторную резину, имеющую многослойную конструкцию из износоустойчивой резины беговой дорожки протектора и резины сжатия с низким тепловыделением; и четыре или более, например шесть, слоев брекера различной ширины, расположенных радиально внутри протекторной резины, в которой радиально внешняя сторона поперечной боковой кромки по меньшей мере либо самого удаленного от центра слоя брекера, либо самого широкого слоя брекера, либо обоих вышеназванных слоев покрыта армирующим слоем резины, заканчивающимся на радиально внутренней стороне протекторной резины, не доходя до экваториальной плоскости шины, а соотношение армирующей резины, образующей армирующий слой резины и резины слоя сжатия с точки зрения модуля эластичности по отскоку удовлетворяет следующему условию: армирующая резина < резина слоя сжатия.

В предлагаемой пневматической радиальной шине большой грузоподъемности радиально внешняя сторона поперечной боковой кромки по меньшей мере либо радиально наиболее удаленного от центра слоя брекера, либо самого широкого слоя брекера покрыта армирующим слоем резины, выполненным из стойкой к образованию трещин резины, имеющей более высокий модуль упругости, чем резина с низким тепловыделением, т.е. армирующей резиной, имеющей меньший модуль эластичности по отскоку, чем резиновый слой сжатия. Соответственно различные виды деформации сдвига самой боковой кромки слоя брекера, неизбежные при разнице в деформации, возникающей из-за текучести резины во время соприкосновения с почвой, и деформации всех слоев брекера, предпочтительно предотвращаются армирующим слоем резины с высоким модулем упругости, покрывающим боковую кромку слоя брекера. В результате вероятность возникновения трещины в резине боковой кромки слоя брекера сама по себе уменьшается, а за счет эффективного противодействия прогрессированию возникшей трещины в резиновый слой сжатия долговечность брекера существенно улучшается.

Кроме того, в предлагаемой пневматической радиальной шине большой грузоподъемности армирующий слой резины, выполненный из армирующей резины с высоким модулем упругости, заканчивается, не доходя до экваториальной плоскости шины. Соответственно резиновый слой сжатия с низким тепловыделением может полностью выполнять свою оригинальную функцию, при этом позволяя снижать количество генерируемого тепла всей протекторной резиной. В результате даже когда шина вращается с большой скоростью, генерация тепла протекторной резиной эффективно предотвращается, и обеспечиваются высокоскоростные ходовые характеристики и соответственно улучшенная транспортная эффективность.

При этом в упомянутой шине соотношение между модулями эластичности по отскоку определяется следующим условием: армирующая резина < резина слоя сжатия.

Соответственно обеспечивается высокий уровень совместимости противодействия генерации тепла в шине и долговечности брекера.

Ниже изобретение описано со ссылкой на прилагаемые к описанию чертежи, на которых показано следующее:

Фиг. 1 - частный увеличенный вид сечения половины коронной зоны предлагаемой шины в поперечном направлении протектора, когда шина смонтирована на колесном диске, накачана до необходимого давления и нагружена максимально допустимой нагрузкой;

Фиг. 2 - вид сечения протектора в поперечном направлении, показывающий начальное состояние армирующего резинового элемента и тонколистового элемента невулканизированной резины на элементе брекера, состоящем их нескольких слоев материала брекера;

Фиг. 3 - частный вид в плане, иллюстрирующий показанное на фиг. 2 начальное состояние с фрагментированными и частично удаленными элементами;

Фиг. 4 - частный вид в плане, иллюстрирующий порядок наложения предварительно устанавливаемых компонентов шины на формовочный барабан;

Фиг. 5 - схематичный вид сбоку, иллюстрирующий начальное состояние тонколистового элемента невулканизированной резины; и

Фиг. 6 - вид сечения, аналогичного показанному на фиг. 1, иллюстрирующий прогрессирование трещины в направлении резинового слоя сжатия в шине обычной конструкции.

Ниже следует подробное описание вариантов осуществления изобретения со ссылкой на прилагаемые к описанию чертежи.

В предлагаемой шине, показанной на фиг. 1, ссылочная позиция 1 относится к коронной зоне шины, а ссылочная позиция 2 - к радиальному каркасу, состоящему из одного или нескольких слоев каркаса, продолжающихся тороидально между одним непоказанным на чертеже сердечником борта шины и другим непоказанным на чертеже сердечником борта шины. Ссылочная позиция 3 относится к брекеру, состоящему из четырех или более слоев брекера, причем на приведенном чертеже показаны пять наложенных слоев 3а-3е брекера, расположенных на внешней окружной поверхности коронной зоны шины на радиально внешней стороне радиального каркаса 2.

Проволочный корд одного слоя брекера продолжается в направлении, поперечном направлению корда другого, соседнего слоя. В частности, как видно из радиально самого внутреннего слоя относительно экваториальной плоскости Е, корд первого слоя 3а брекера предпочтительно продолжается в направлении, противоположном направлению корда второго слоя 3b брекера, а корд четвертого слоя 3d брекера предпочтительно продолжается в направлении, противоположном направлению корда пятого слоя 3е брекера.

На следующей далее радиально внешней стороне брекера 3 также располагается протекторная резина 6, имеющая многослойную конструкцию, состоящую из резинового слоя 4 сжатия и резины 5 беговой дорожки протектора, расположенной на радиально внешней стороне резинового слоя 4 сжатия. Расположенная на поверхности резины беговой дорожки 5 протекторная резина 6 снабжена рисунком протектора (например, канавками поперечного направления, продолжающимися в поперечном направлении протектора).

В такой шине по меньшей мере либо радиально самый удаленный от центра слой брекера, а именно слой 3е на чертеже, либо самый широкий слой брекера, а именно слой 3с на чертеже покрыт армирующим слоем 7 резины. На чертеже радиально внешняя сторона поперечной боковой кромки радиально самого внешнего слоя 3е брекера покрыта армирующим слоем 7 резины. Обратите внимание, что армирующий слой 7 резины заканчивается на радиально внутренней стороне протекторной резины 6, не доходя до экваториальной плоскости Ε шины. Соотношение между армирующей резиной, образующей армирующий слой 7 резины, резиной слоя 4 сжатия и резиной беговой дорожки 5 протектора с точки зрения модуля эластичности по отскоку предпочтительно удовлетворяет следующему условию:

армирующая резина ≤ резина беговой дорожки < резина слоя сжатия.

Модуль эластичности по отскоку может быть определен с помощью теста Лупке на эластичность по отскоку согласно JIS К6255-1996.

Предпочтительно, чтобы участок армирующего слоя 7 резины, имеющий максимальную толщину, располагался глубже в поперечном направлении протектора, чем поперечная боковая кромка либо радиально наиболее удаленного от центра слоя 3е брекера, либо самого широкого слоя 3с брекера. При такой конструкции трещина в резине, которая может идти от боковой кромки слоя 3с брекера или слоя 3е брекера в направлении экваториальной плоскости в резиновом слое 4 сжатия, эффективно предотвращается по мере увеличения толщины армирующего слоя 7 резины, имеющего высокий модуль упругости. То есть резиновый слой 4 сжатия эффективно защищен армирующим слоем 7 резины от растрескивания. Для того чтобы исключить концентрацию растягивающего напряжения на армирующем слое резины или т.п., толщина самого армирующего слоя 7 резины предпочтительно увеличивается постепенно от боковой кромки в направлении участка, имеющего максимальную толщину.

Модуль эластичности по отскоку армирующей резины, образующей армирующий слой 7 резины, как это описано выше, предпочтительно задается на уровне 70% или менее и более предпочтительно на уровне 65% или менее. При таком подходе модуль упругости армирующего слоя 7 резины более эффективен с точки зрения предотвращения прогрессирования трещины в резине. То есть, если модуль эластичности по отскоку составляет более 70%, то прогрессирование трещины предотвращается недостаточно.

Между тем ширина w армирующего слоя 7 резины предпочтительно составляет 15-25% ширины W поверхности качения шины. Если шина имеет канавку поперечного направления, продолжающуюся в поперечном направлении протектора на 1/4 ширины поверхности качения от экваториальной линии к внешней стороне в поперечном направлении протектора, то максимальная толщина t армирующего слоя 7 резины предпочтительно составляет 7-15% глубины канавки, продолжающейся в поперечном направлении на 1/4 ширины поверхности качения от экваториальной линии к внешней стороне в поперечном направлении протектора. При такой конструкции армирующий слой 7 резины эффективно препятствует прогрессированию трещины в резиновый слой 4 сжатия и позволяет резиновому слою 4 сжатия, характеризующемуся низким тепловыделением, полностью проявлять свои свойства, тем самым эффективно уменьшая количество тепла, генерируемого протекторной резиной 6. То есть обеспечивается большая долговечность протекторной резины 6.

В этой связи, если ширина w армирующего слоя 7 резины меньше 15% ширины W поверхности качения, то можно не справиться с изменением направления прогрессирования трещины в резиновый слой 4 сжатия. Если ширина w армирующего слоя 7 резины больше 25% ширины W поверхности качения, то возникает риск увеличения количества вырабатываемого тепла из-за недостаточного объема резинового слоя 4 сжатия.

Если толщина армирующего слоя 7 резины меньше 7% глубины канавки поперечного направления, то армирующему слою 7 резины трудно проявлять функцию предотвращения прогрессирования трещины. Если толщина армирующего слоя 7 резины больше 15% глубины канавки поперечного направления, то возникает риск увеличения количества тепла, генерируемого протекторной резиной.

Дополнительно, рассматривая "глубину канавки поперечного направления" на т.н. OR шине, обычно глубину канавки поперечного направления измеряют "в точке на удалении 1/4 ширины поверхности качения от экваториальной линии". Если в данной точке имеется ступенчатый участок, то в качестве "глубины канавки поперечного направления" рассматривается глубина канавки, измеренная вне данной точки. Описание в данном документе следует данному правилу. Во многих случаях имеются своего рода индикаторы "глубины канавки".

В описании и в формуле изобретения термин "ширина поверхности качения" относится к ширине поверхности соприкосновения протектора с почвой. "Ширина поверхности соприкосновения протектора с почвой" означает расстояние по прямой, параллельное оси шины, между крайними точками соприкосновения с почвой (концами соприкосновения с почвой) в направлении оси шины, когда шина установлена на колесном диске, накачана до необходимого давления и установлена вертикально на плоской доске при угле развала колес ноль градусов и нагружена максимально допустимой нагрузкой.

В данном случае термин "колесный диск" относится к любому колесному диску, указанному в описанных ниже стандартах в соответствии с размером шины. Термин "необходимое давление воздуха" относится к давлению воздуха, указанному в нижеприведенных стандартах для максимально допустимой нагрузки. Термин "максимально допустимая нагрузка" относится к максимальной массе, которой может нагружаться шина согласно нижеприведенным стандартам.

Воздух может быть заменен также инертным газом, таким как азот или другой газ.

Термин "стандарты" относится к промышленным стандартам, действующим в регионе, где производятся и используются шины. Примерами таких стандартов являются YEAR BOOK of THE TIRE and RIM ASSOCIATION INC. (Ежегодник Ассоциации шин и колесных дисков) в США, STANDARDS MANUAL of THE European Tyre and Rim Technical Organization (Инструкция по применению стандартов Европейской технической организации производителей шин и колесных дисков) в Европе, JATMA YEAR BOOK of The Japan Automobile Tire Manufacturers Association (Ежегодник Японской автомобильной ассоциации производителей шин) в Японии.

Готовая шина вышеупомянутой конструкции может быть изготовлена, например, путем предварительной установки невулканизированных конструктивных элементов, как это показано на фиг. 2, и наслоения других необходимых компонентов шины на предварительно собранную конструкцию, надетую на окружную поверхность формовочного барабана.

Предварительная установка компонентов шины выполняется нижеследующим образом.

На фиг.2 показан вид сечения в поперечном направлении предустановленного состояния невулканизированых конструктивных элементов, например, на каждом из участков, покрывающих поперечные боковые кромки материала брекера, которые находятся на внешней поверхности плоского элемента 31 брекера, состоящего из пяти слоев материала брекера, наложенных друг на друга и которые образуют радиально самый удаленный от центра слой 3е брекера, лентообразный материал 71 армирующего слоя резины располагается таким образом, что соответствующие материалы 71 армирующего слоя резины приклеиваются линейно и параллельно друг другу с интервалом между ними. Соответственно, например, плоский тонколистовой невулканизированный элемент 61, который может быть выполнен из брекерной резины, материала протекторной резины или т.п., наслаивается путем приклеивания на всю открытую часть верхней поверхности элемента 31 брекера, перекрывая лентообразные материалы 71 армирующего слоя резины.

Как показано на частном виде в плане на фиг. 2, такая предустановленная конструкция может быть надлежащим образом сконфигурирована путем приклеивания тонколистового элемента 61 невулканизированной резины на элемент 31 брекера, в то же время, формируя в требуемом месте маркировочную линию 32, т.е. посредине элемента 31 брекера, чтобы она продолжалась линейно в направлении, в котором продолжается элемент 31 брекера соосно с линейной маркировочной линией 62, сформированной в требуемом месте невулканизированного тонколистового элемента 61 аналогичным образом.

Далее, как показано на частном виде в плане на фиг. 4, например, при выравнивании маркировочной линии 62, формируемой на тонколистовом элементе 61 невулканизированной резины, с линией 82 визирования, сформированной на окружной поверхности формовочного барабана 81, который может быть барабаном, формирующим ленту брекера или т.п. Соответственно предустановленная конструкция всегда прикрепляется и размещается на барабане 81 надлежащим образом, и в результате прочие необходимые компоненты шины могут наслаиваться на предустановленную конструкцию с высокой точностью.

В этом отношении позиции, где формируются маркировочные линии 32 и 62 и линия 82 визирования, не ограничиваются средним по ширине положением и направлением оси среднего положения формовочного барабана 81 или т.п. и может выбираться в зависимости от необходимости при условии, что позиции не зависят от прогнозируемого изменение различных размеров ширины, положения боковой кромки и т.п.

Требуемое наслоение наклеиванием тонколистового элемента 61 невулканизированной резины на открытую часть верхней поверхности элемента 31 брекера, как это показано на фиг. 3, осуществляется, например, следующим образом.

Как показано на фиг. 5, в то время как рулон 63 намотанного тонколистового элемента 61 невулканизированной резины горизонтально смещается в направлении, в котором должен наклеиваться тонколистовой элемент 61 невулканизированной резины, осуществляется подача тонколистового элемента 61 невулканизированной резины. Альтернативно при остановке наматывающего рулона 63, в то время как элемент 31 брекера и ленточный материал 71 армирующего слоя резины горизонтально смещаются в направлении, в котором тонколистовой элемент 61 невулканизированной резины уже приклеен, тонколистовой элемент 61 невулканизированной резины сматывается с рулона 63. В таком случае выравнивание маркировочных линий 32 и 62 может быть достигнуто достаточно точно путем по меньшей мере либо горизонтального смещения намоточного рулона 63 в направлении центральной оси, либо горизонтального смещения по ширине соединительной основы в составе элемента 31 брекера и ленточного материала 71 армирующего слоя резины.

Примеры шин

Были изготовлены шина обычной конструкции, имеющая размер 53/80R63 и не снабженная армирующим слоем резины, образцовая шина и сравнительная образцовая шина, снабженные армирующим слоем резины, ширина, максимальная толщина и модуль эластичности по отскоку которого приняты в качестве параметров шин. Спецификации образцовой шины и сравнительной образцовой шины показаны в табл. 1. Для каждой из шин с использованием барабана были проведены испытания протекторной резины на тепловыделение и на долговечность наиболее удаленного от центра слоя брекера путем измерения длины трещины, идущей от боковой кромки самого удаленного от центра слоя брекера.

В представленных примерах испытание протекторной резины на тепловыделение с использованием барабана проводилось следующим образом. Каждая испытываемая шина была накачана до внутреннего давления 600 кПа, нагружена 825 кН и подвергнута вращению со скоростью 8 км/ч с помощью барабана диаметром 5 м, и по истечении 24 ч была измерена температура брекера в месте расположения слоя армирующей резины или в месте, которое соответствовало бы месту расположения такого слоя. Параметр тепловыделения оценивался, используя измеренную температуру шины обычной конструкции в качестве стандарта и определяя величину увеличения/уменьшения температуры относительно стандартной температуры.

Испытание долговечности самого удаленного от центра слоя брекера проводилось таким образом, что внутреннее давление и нагрузка были такими же, что и при первом испытании, и каждая шина при угле развала колес 3,0° была подвергнута вращению со скоростью 8 км/ч под нагрузкой в течение 480 ч с помощью барабана диаметром 5 м. Затем оценивалась долговечность шины путем измерения длины трещины, инициированной на боковой кромке самого удаленного от центра слоя брекера.

Результаты испытания сведены в табл. 2.

Как показано в табл. 2, любая из образцовых шин явно демонстрирует снижение увеличения температуры из-за тепловыделения до достаточно низкого уровня и существенно уменьшает прогрессирование трещины по сравнению с шиной обычной конструкции.

Перечень ссылочных позиций

1 - коронная зона шины

2 - радиальный каркас

3 - брекер 3а-3е слои брекера

4 - резиновый слой сжатия

5 - резина беговой дорожки протектора

6 - протекторная резина

7 - армирующий слой резины 31 элемент брекера

32, 62 - маркировочная линия

61 - тонколистовой элемент невулканизированной резины

63 - намоточный рулон

71 - материал армирующего слоя резины

81 - формовочный барабан

82 - линия визирования

Ε - экваториальная плоскость шины

w - ширина армирующего слоя резины

W - ширина поверхности качения

t - максимальная толщина армирующего слоя резины

Изобретение относится к области транспортного машиностроения, в частности к пневматической радиальной шине большой грузоподъемности. Пневматическая шина содержит протекторную резину, имеющую многослойную конструкцию. Шина состоит из резины беговой дорожки, резинового слоя сжатия и четырех слоев протекторной резины, расположенных радиально внутри протекторной резины, в которой радиально внешняя сторона поперечной боковой кромки радиально наиболее удаленного от центра слоя либо самого широкого слоя брекера покрыта армирующим слоем резины, заканчивающимся на радиально внутренней стороне протекторной резины, не доходя до экваториальной плоскости шины. С точки зрения модуля эластичности по отскоку выполняется условие, согласно которому соотношение армирующей резины меньше, чем резины слоя сжатия. Достигается уменьшение вероятности возникновения трещин в резине и эффективное предотвращение генерации тепла протекторной резиной. 7 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Пневматическая радиальная шина большой грузоподъемности, содержащая:
протекторную резину, имеющую многослойную конструкцию, состоящую из резины беговой дорожки и резинового слоя сжатия и
четырех или более слоев протекторной резины, расположенных радиально внутри протекторной резины, в которой
радиально внешняя сторона поперечной боковой кромки по меньшей мере либо радиально наиболее удаленного от центра слоя брекера, либо самого широкого слоя брекера покрыта армирующим слоем резины, заканчивающимся на радиально внутренней стороне протекторной резины, не доходя до экваториальной плоскости шины, и
соотношение армирующей резины, образующей армирующий слой резины, и резины слоя сжатия с точки зрения модуля эластичности по отскоку удовлетворяет следующему условию:
армирующая резина < резина слоя сжатия.

2. Шина по п. 1, в которой часть армирующего слоя резины, имеющая максимальную толщину, расположена глубже в поперечном направлении протектора, чем положение поперечной боковой кромки как радиально наиболее удаленного от центра слоя брекера, так и самого широкого слоя брекера.

3. Шина по п. 1 или 2, в которой модуль эластичности по отскоку армирующей резины, образующей армирующий слой резины, составляет 70% или меньше.

4. Шина по п. 1 или 2, в которой ширина w армирующего слоя резины находится в диапазоне 15-25% ширины W поверхности качения.

5. Шина по п. 1 или 2, содержащая:
поперечную канавку, продолжающуюся в поперечном направлении протектора на 1/4 ширины поверхности качения от экваториальной линии к внешней стороне в поперечном направлении протектора, в которой
максимальная толщина t армирующего слоя резины составляет 7-15% глубины канавки протектора, измеренной на расстоянии 1/4 ширины поверхности качения от экваториальной линии в поперечном направлении протектора шины.

6. Шина по п. 3, в которой ширина w армирующего слоя резины находится в диапазоне 15-25% ширины W поверхности качения.

7. Шина по п. 3, содержащая:
поперечную канавку, продолжающуюся в поперечном направлении протектора на 1/4 ширины поверхности качения от экваториальной линии к внешней стороне в поперечном направлении протектора, в которой
максимальная толщина t армирующего слоя резины составляет 7-15% глубины канавки протектора, измеренной на расстоянии 1/4 ширины поверхности качения от экваториальной линии в поперечном направлении протектора шины.

8. Шина по п. 4, содержащая:
поперечную канавку, продолжающуюся в поперечном направлении протектора на 1/4 ширины поверхности качения от экваториальной линии к внешней стороне в поперечном направлении протектора, в которой
максимальная толщина t армирующего слоя резины составляет 7-15% глубины канавки протектора, измеренной на расстоянии 1/4 ширины поверхности качения от экваториальной линии в поперечном направлении протектора шины.