Покрышка пневматической шины Российский патент 2023 года по МПК B60C9/08 

Изобретение относится к шинной промышленности, а именно к конструкции каркаса пневматических грузовых шин радиальной конструкции.

Показатель несущей способности, т.е. максимальной нагрузки на шину, является одной из основных характеристик грузовых шин, требования к которому постоянно повышаются при одновременном сохранении или повышении требований уровня скоростной выносливости шины.

Одним из основных элементов шины, определяющим ее эксплуатационные характеристики, такие как работоспособность, скоростная выносливость и управляемость, является каркас шины. Это важнейшая силовая часть конструкции автомобильной шины, обеспечивающая ее прочность, воспринимающая внутреннее давление воздуха и передающая на колесо нагрузки от внешних сил, действующих со стороны дороги. Задачей каркаса является поддерживание амортизационных свойств шины, а также удерживание в ней необходимого для этого количества воздуха.

Как правило, каркас грузовой шины состоит из нескольких слоев обрезиненного корда (текстильного или металлокорда). Так, для легковых автомобилей прочность шины обычно обеспечивается 1-2 слоями каркаса; для грузовых автомобилей среднее количество - 4-8 слоев. Для крупногабаритных шин в каркасе может содержаться до 30 и более слоев, наибольшее количество слоев необходимо сельскохозяйственной технике и шинам для машин большой грузоподъемности.

Задачей разработки конструкции каркаса современных грузовых шин является повышение его прочности при максимальном снижении массы каркаса и шины в целом, повышение скоростной выносливости, а также топливной экономичности и управляемости.

Известна конструкция каркаса покрышки пневматической шины радиальной конструкции, содержащая брекер, протектор, боковины, бортовые кольца и каркас, изготовленный из кордных нитей одинаковой структуры и прочности, отличающаяся тем, что прочность нитей корда каркаса составляет 23-32 кгс/нить, относительное резиносодержание между смежными слоями каркаса составляет 0,24-0,45, при этом количество слоев каркаса не менее двух и не более трех. (Патент РФ № 22907 на полезную модель «Покрышка пневматической шины»; МПК: B60C 9/02 (2000.01); опубл. 10.05.2002. Патент перешел в общественное достояние (ранее патентообладатель: Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственный и коммерческий центр «ВЕСКОМ».))

Недостатком данной конструкции является применение одинакового межслойного резиносодержания, что приводит к резкому перепаду жесткости на границе внешних слоев каркаса и покровной резиной боковины, что снижает работоспособность шины.

Также известна конструкция покрышки пневматической шины радиальной конструкции, включающая протектор, брекер, боковины, бортовые кольца и каркас, содержащий шесть слоев из обрезиненного текстильного корда, при этом резиносодержание в слое составляет от 0,50 до 0,55, два внешних слоя каркаса имеют резиносодержание в слое от 0,60 до 0,62, а межслойное резиносодержание в каркасе составляет от 0,27 до 0,33 (патент РФ № 206932 на полезную модель «Покрышка пневматической шины»; опубл. 01.10.2021 Бюл. № 28; патентообладатель: АО «Научно-исследовательский институт резиновых и полимерных изделий»).

Применение данного технического решения с невысоким постоянным межслойным резиносодержанием в слоях каркаса не обеспечивает снижения касательных напряжений на границе между нитями корда и резиной во внешних слоях каркаса, снижает его работоспособность и увеличивает боковую жесткость шины, что ухудшает эксплуатационные характеристики шины, такие как скоростная выносливость, управляемость и топливная экономичность.

Известна также конструкция покрышки пневматической автомобильной шины с каркасом, имеющим слои обрезиненного текстильного корда с прочностью более 35 кгс/нить и соотношением между толщиной нити текстильного обрезиненного корда и величиной разрывной прочности нити меньше 0,021 (удельная прочность). По меньшей мере в одном слое каркаса плотность нитей меньше на 25-30% , а резиносодержание больше в 1,6-3,5 раза, чем в остальных слоях каркаса (патент РФ № 2525344 на изобретение «Покрышка пневматической шины»; опубл. 10.08.2014 Бюл. № 22; патентообладатель: АО «КОРДИАНТ»).

Недостатком данной конструкции является значительная разница в резиносодержании между внутренними и внешними слоями каркаса, создающая различные деформации и вызывающая образование температурной разницы в массиве каркаса.

Ближайшим аналогом к предлагаемому изобретению является конструкция покрышки пневматической диагональной шины, в том числе крупногабаритной, содержащей протектор, боковины, бортовые кольца, брекер и каркас из слоев обрезиненного корда, обернутых вокруг бортовых колец во внешнем и внутреннем направлениях, и резиновых прослоек, при этом между группами слоев корда каркаса, обернутых вокруг бортовых колец во внешнем направлении, расположены слои текстильного обрезиненного корда, межслойное резиносодержание которых в 1,25-1,45 раза больше межслойного резиносодержания слоев корда, обернутых вокруг бортовых колец во внешнем направлении.

Между брекером и группой слоев корда, обернутых вокруг бортовых колец во внешнем направлении, расположены слои текстильного обрезиненного корда, аналогичного по резиносодержанию текстильному обрезиненному корду, расположенному между группами слоев корда каркаса, обернутых вокруг колец во внешнем направлении. (Патент РФ № 2113362 на изобретение «Покрышка пневматической шины»; МПК: B60C 9/00 (1995.01); опубл. 20.06.1998. Патент перешел в общественное достояние (ранее патентообладатель: Общество с ограниченной ответственностью «Трансоушен Коммерсиа Лимитед».))

Недостатком данного технического решения вследствие увеличения межслойного резиносодержания является образование внутри несущих основных слоев каркаса области с низкой изгибной жесткостью, что ведет к увеличению теплообразования в каркасе и снижению его работоспособности.

Техническая задача, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, заключается в снижении теплообразования в каркасе и повышении его работоспособности, повышении скоростной выносливости шины при одновременном сохранении нагрузочной характеристики шины и снижении ее массы путем установления оптимального межслойного резиносодержания между слоями каркаса шины.

Поставленная задача решается тем, что в покрышке грузовой пневматической шины радиальной конструкции, включающей протектор, брекер, боковины, бортовые кольца и каркас, содержащий внутренние и внешние слои из обрезиненного текстильного корда с различной плотностью нитей, межслойное резиносодержание по меньшей мере одного внешнего слоя каркаса на 40-55% больше межслойного содержания внутренних слоев каркаса. При этом межслойное резиносодержание внешних слоев каркаса находится в пределах 0,49-0,55.

На фиг. 1 представлен пример меридионального сечения покрышки с каркасом согласно предлагаемому изобретению.

Покрышка, представленная на фиг. 1, содержит:

1 - протектор;

2 - боковины;

3 - брекер;

4 - бортовые кольца;

5 - внутренние слои каркаса из обрезиненного корда;

6 - внешние слои каркаса из обрезиненного корда.

Покрышка, представленная на фиг. 1, содержит протектор 1, боковины 2, брекер 3, бортовые кольца 4 и каркас, выполненный из 6 слоев обрезиненного текстильного корда, завернутых вокруг бортовых колец, с разрывной прочностью 45 кгс/нить. Четыре внутренних слоя 5 каркаса имеют плотность 48 нитей/100 мм, а два внешних слоя 6 имеют плотность 44 нити/100 мм. При этом межслойное содержание во внутренних слоях каркаса составляет 0,33-0,35, а величина межслойного резиносодержания во внешних слоях каркаса равна 0,49-0,53, т.е. межслойное резиносодержание внешних слоев каркаса в 1,5 раза больше межслойного резиносодержания внутренних слоев каркаса.

Межслойное резиносодержание определяет работоспособность слоев многослойного каркаса при воздействии на него напряжений, возникающих в процессе нагружения и деформации при эксплуатации шины вследствие неоднородности ее структуры и различия характеристик (резина и корд) материалов.

Межслойное резиносодержание определяется по формуле:

r = (1 - d/h),

где:

d - диаметр нити корда;

h - расстояние между центрами нитей в соседних слоях каркаса.

Расстояние между центрами нитей корда в соседних слоях каркаса (h) определяется толщиной обрезинивания каждого отдельного слоя корда каркаса. При увеличении толщины обрезинивания слоя корда увеличивается расстояние между нитями корда в соседних слоях и увеличивается межслойное резиносодержание между ними. Увеличение межслойного резиносодержания снижает сдвиговые напряжения на границе нити корда и резины.

Внутренние слои каркаса с большей плотностью нитей корда в них являются силовым скелетом каркаса шины, принимающим на себя основное воздействие от вертикальной нагрузки на шину, обеспечивающим прочность и необходимую несущую способность шины.

Увеличение межслойного резиносодержания во внутренних слоях каркаса благоприятно сказывается на эластичности шины, ее способности противостоять ударным нагрузкам и улучшает комфортабельность движения при эксплуатации, однако увеличивает массу шины, снижает показатели ее скоростной выносливости и топливной экономичности.

Внешние дополнительные слои каркаса работают в режиме повышенных изгибных напряжений и для снижения возникающих сдвиговых напряжений имеют пониженную плотность нитей корда и повышенное резиносодержание в слое.

Увеличение межслойного резиносодержания во внешних слоях каркаса приводит к снижению крутильной жесткости шины, ответственной за передачу крутящего момента от руля при повороте, увеличивает эластичность и управляемость шины.

Максимальные и минимальные значения межслойного резиносодержания в общем случае зависят от характеристик применяемой резиновой смеси, используемой для обрезинивания корда, технологических возможностей и точности применяемого оборудования у конкретного производителя.

Конкретный показатель оптимального межслойного резиносодержания в каждом конкретном случае выбирается опытным путем с учетом назначения, требуемых технических характеристик шины и технологических возможностей изготовителя.

Опытным путем на примере корда с разрывной прочностью 45 кгс/нить и диаметром нити 0,95 мм установлено, что технологически реализуемая толщина межслойного резиносодержания для обеспечения необходимой несущей способности и надежной работоспособности во внутренних слоях каркаса должна составлять 0,33-0,35.

Для обеспечения необходимой скоростной выносливости и работоспособности межслойное резиносодержание внешних слоев каркаса должно находится в пределах 0,49-0,55, т.е. на 40-55% больше межслойного резиносодержания во внутренних слоях каркаса.

Исследования показали, что в случае, если межслойное резиносодержание внешних слоев каркаса превышает межслойное резиносодержание внутренних слоев каркаса менее чем на 40% (т.е. межслойное резиносодержание внешних слоев каркаса будет менее 0,49), работоспособность каркаса шины снижается из-за увеличения жесткости и величин сдвиговых напряжений во внешних слоях каркаса.

Увеличение межслойного резиносодержания внешних слоев каркаса более чем на 55% (т.е. межслойное резиносодержание внешних слоев каркаса составит 0,55 и выше) больше межслойного содержания внутренних слоев каркаса приводит к увеличению массы каркаса и шины, увеличению температуры, развивающейся в массиве каркаса и снижению скоростной и тепловой выносливости шины.

В качестве примера конкретного исполнения предлагается конструкция шины 24R21, каркас которой содержит 6 обрезиненных слоев, при этом плотность корда во внутренних/наружных слоях каркаса составляет 48/44 шт/100 мм, межслойное резиносодержание четырех внутренних слоев каркаса составляет 0,33-0,35, а двух наружных слоев каркаса - 0,53.

В таблице 1 представлены характеристики и результаты сравнительных стендовых испытаний шин 24R21 серийной конструкции и шин, содержащих каркас согласно предлагаемому изобретению.

Таблица 1 Наименование показателя Серийная конструкция Предлагаемая конструкция Количество слоев корда в каркасе 4 + 2 4 + 2 Плотность нитей корда во внутренних/наружных слоях каркаса, шт/100 мм 48/44 48/44 Межслойное резиносодержание во внутренних/наружных слоях каркаса 0,54/0,54 0,33-0,35/0,53 Масса шины, % 100 97 Максимальная нагрузка на шины,% 100 100 Максимальная скорость шины,% 100 100-105

Таким образом, предлагаемое техническое решение обеспечивает сохранение 100% максимальной нагрузки на шину при снижении массы шины на 3% от массы серийной конструкции и увеличении максимальной скорости шины на 4% .

Предлагаемое техническое решение может быть реализовано в условиях производства на стандартном оборудовании с использованием известных технологий

Изобретение относится к автомобильной промышленности, в частности к покрышке грузовой пневматической шины радиальной конструкции. Покрышка включает протектор, брекер, боковины, бортовые кольца и каркас, содержащий внутренние и внешние слои из обрезиненного текстильного корда с различной плотностью нитей. Межслойное резиносодержание по меньшей мере одного внешнего слоя каркаса на 40-55% больше межслойного содержания внутренних слоев каркаса. При этом межслойное резиносодержание внешних слоев каркаса находится в пределах 0,49-0,55. Технический результат – улучшение эксплуатационных характеристик шины. 1 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.

1. Покрышка пневматической грузовой шины радиальной конструкции, включающая протектор, брекер, боковины, бортовые кольца и каркас, содержащий внутренние и внешние слои из обрезиненного текстильного корда с различной плотностью нитей, отличающаяся тем, что межслойное резиносодержание по меньшей мере одного внешнего слоя каркаса на 40–55 % больше межслойного резиносодержания внутренних слоев каркаса.

2. Покрышка по п. 1, отличающаяся тем, что межслойное резиносодержание внешних слоев каркаса находится в пределах 0,49–0,55.