Пневматическая шина диагональной конструкции для двухколесного транспортного средства Российский патент 2024 года по МПК B60C9/02 B60C9/08 

Изобретение относится к пневматическим шинам для двухколесного транспортного средства, в частности для велосипеда, диагональной конструкции, максимальная нагрузка которых не превышает 125 кг, а максимально допустимая скорость не более 50 км/ч, обрезиненное каркасное полотно которых состоит из одного слоя обрезиненного текстильного корда.

Известны технические решения пневматических шин для двухколесного транспортного средства, в частности для велосипеда: патент №US6568446B1 «Пневматическая велосипедная шина с защитой от износа и пониженным сопротивлением качению» дата публ. 27.05.2003, патент № US 2020269637 A1 «Арматурный слой для велосипедной шины и велосипедная шина» дата публ. 27.08.2020, патент №US2011168315A1 «Велосипедная шина» дата публ. 14.07.2011, патент CN 202806223 U «Улучшенная структура велосипедной шины» дата публ. 20.03.2013, патент №CN 216861086 U «Структура велосипедной шины и ее шина» дата публ. 01.07.2022.

Наиболее близким аналогом к разработанному решению является техническое решение по патенту №US6568446B1 «Пневматическая велосипедная шина с защитой от износа и пониженным сопротивлением качению», включающая каркас, предпочтительно каркас с диагонально ориентированными кордами, расположен так, что каждый соответствующий конец каркаса намотан вокруг одного из бортовых сердечников. Каркас состоит по меньшей мере из одного слоя корда (который предпочтительно сложен и расположен таким образом, что получается несколько слоев корда). «Слой корда» представляет собой резиновый слой или лист, армированный армирующими элементами, такими как тросы или корды, и эти тросы или корды расположены внутри слоя корда так, что практически все они в слое корда проходят параллельно друг другу. Велосипедная шина по настоящему изобретению содержит, в дополнение к вышеописанным составным элементам, боковые стенки, которые проходят вдоль внешней части каркаса с защитой от износа внутри осевых кромок протектора шины.

Недостатком данных решений является недостаточные работоспособность шин, коэффициент сопротивления качению, а также низкое значение сопротивления шин боковому уводу.

Задачей данного изобретения является разработка пневматической шины для двухколесного транспортного средства, в частности для велосипеда, диагональной конструкции, с увеличенной общей работоспособностью, обеспечивающей снижение гистерезисных потерь в каркасных материалах, что приводит к снижению коэффициента сопротивления качению, а также увеличение упругости обрезиненного каркасного полотна и окружной жесткости шины, в результате повышающих сопротивление шин боковому уводу, расширение арсенала технических средств.

Для достижения поставленной задачи разработана пневматическая шина диагональной конструкции для двухколесного транспортного средства, в частности для велосипеда, состоящей из протектора (1, Фиг. 1), бортовых колец (2, Фиг. 1), обрезиненного каркасного полотна, выполненного из одного слоя обрезиненного капронового текстильного корда (3, Фиг. 1), (3, Фиг. 2) структуры NY6 dtex940×1, с толщиной слоя корда 0,33÷0,39 мм, разрывной прочностью нити корда не менее 60 Н, числом кручений нити основы 280 ^ 320 оборотов на 1 м, с частотой нитей по основе 90 ^ 105 нитей на 100 мм и по утку 10 ^ 12 нитей на 100 мм, с толщиной обрезиненного каркасного полотна 0,50 ^ 0,70 мм, с применением каркасных резин, обеспечивающих прочность связи кордной нити с каркасной резиной не менее 55 Н/10 мм, с применением пропиточного состава на основе винилпиридиновых, а также PSBR (пиридин-стирол-бутадиен) латексов, при этом в готовой шине шаг нитей в обрезиненном каркасном полотне в зоне борта составляет 0,95 1,12, а в зоне беговой дорожки 1,13 1,71.

Краткое описание чертежей заявленного изобретения:

Фиг. 1 - Конструкция шины в поперечном сечении.

Фиг. 2 - Конструкция каркасной части шины в поперечном сечении.

Обрезиненное каркасное полотно, являясь основной силовой частью покрышки, ограничивает внутренний объем шины и воспринимает нагрузки, действующие на шину, оно должно обладать значительной прочностью, а также определенной эластичностью. Прочность покрышки определяется прочностью обрезиненного каркасного полотна и главным образом зависит от прочности корда, так как модуль его упругости на несколько порядков больше модуля упругости резины. Форма каркаса, а также все необходимые характеристики армирующих нитей определяются расчетом исходя из заданного давления воздуха, нагрузки, типа и назначения шины. Каркасное полотно несет основную нагрузку во время работы шины, обеспечивая последней прочность, эластичность, износостойкость и сохранение заданной формы. Каркасное полотно в покрышке работает главным образом на растяжение и многократный изгиб. Эти напряжения возникают, как правило, в результате давления воздуха и действия центробежных сил, которые создают в корде растягивающие напряжения. Значительное влияние на работу каркаса оказывают толщина корда, его плотность, теплостойкость и другие физико-механические свойства.

В разработанном техническом решении в слоях корда готовой шины число нитей на 100 мм составляет по основе 90 105 и по утку 10 12, что позволяет заполнить промежутки между нитями и сделать ткань плотнее на просвет, в то же время по техническим требованиям к конечному продукту (ткани) уток должен обладать прочностью, не уступающей основе. В этом случае уточные нити также должны обладать высокой круткой, для достижения необходимых прочностных свойств.

Необходимость скручивания нитей диктуется требованиями достижения заданной разрывной прочности, допустимых удлинений как при разрыве, так и при рабочих нагрузках, плюс необходимостью гарантировать стабильную связь с резиной каркаса. Кроме того, скручивание нитей в кордную нить дает возможность достижения необходимой долговечности при динамических нагрузках.

Применение капронового текстильного корда (3, Фиг. 1), (3, Фиг. 2) структуры NY6 dtex 940x1, с толщиной слоя корда 0,33 0,39 мм, разрывной прочностью нити корда не менее 60 Н, числом кручений нити основы 280 320 оборотов на 1 м, с частотой нитей по основе 90 105 нитей на 100 мм и по утку 10 12 нитей на 100 мм, причем в готовой шине шаг нитей в обрезиненном каркасном полотне в зоне борта составляет 0,95 1,12, а в зоне беговой дорожки 1,13 1,71, обеспечивает необходимые и достаточные запас прочности каркаса шины, ее жесткость и работоспособность, долговечность шины.

Каждая кордная нить каркаса изолирована от соседних и в то же время связана с ними уникальной резиновой смесью. Резина предохраняет кордные нити от влаги, перетирания и способствует равномерному распределению нагрузок между ними. Наличие резины между слоями кордных нитей увеличивает массу шины, а, следовательно, влияет на ее эксплуатационные характеристики. Расчетным (методом конечных элементов) и опытным путем в настоящем изобретении подобрана толщина обрезиненного корда и резиновых прослоек для соблюдения оптимальных характеристик шин по настоящему изобретению. Толщина обрезиненного слоя корда составляет от 0,50 мм до 0,70 мм.

Резиновые смеси, которыми обрезинивают капроновый текстильный корд, в свою очередь, должны обладать высокой выносливостью при многократных деформациях и низкими гистерезисными потерями, иметь высокое сопротивление тепловому старению, а также высокую прочность связи с каркасным кордом и высокую прочность связи с прилегающей деталью протектора, а также бортовых колец.

Резина в слое каркасного полотна работает в режиме, близком к режиму заданной деформации. Величина деформации резины определяется нагруженностью боковой стенки (радиальным прогибом) и относительным резиносодержанием в слое (частота нитей корда). Особенностью нагружения резины в слое диагональных шин состоит в том, что при повороте шины направление главных деформаций меняется, при этом резина в слое каркасного полотна испытывает двухосное растяжение, и сдвиг резины в слое составляет около 30-40%.

В настоящем изобретении для достижения технического результата применена резиновая смесь на основе полиизопренового каучука, техуглеродного наполнителя, и модифицирующей системы, которая вводится для достижения высокого уровня прочности связи в резиновой смеси.

Широкое применение армирующих материалов на основе синтетических волокон практически всегда требует их обработки различными адгезивами (пропиточными составами). После обрезинивания формируется трехкомпонентная система кордная нить адгезив резина, имеющая две межфазные поверхности. На прочность связи корд адгезив резина влияют: химическое строение и структура поверхности волокна, состав и свойства примененного адгезива и рецептура резиновой смеси. Поскольку химические структуры синтетических волокон, используемых для получения кордного полотна, применяемого в шинной промышленности, и резины сильно различаются, эти материалы структурно несовместимы с точки зрения химических и физических свойств. Синтетические волокна обладают высокой прочностью и низкими показателями удлинения, в то время как резины, напротив, представляют собой полимерные материалы, обладающие высокими показателями удлинения и низкой прочностью. Полярные группы (амидные, гидроксильные и карбонильные группы), присутствующие в структуре синтетических волокон, несовместимы с неполярными структурами, содержащимися в резине. Для решения этой проблемы на практике в большинстве случаев применяют латексные пропиточные составы, которые представляют собой винилпиридиновый (ВП) латекс и/или стирол-бутадиеновый (СБ) латекс, в качестве ВП и/или СБ латекса применяют по меньшей мере один латекс, выбранный из группы, состоящей из винилпиридин-стирол-бутадиенового латекса, винилпиридин-стирол-бутадиенового латекса, модифицированного карбоновой кислотой, стирол-бутадиенового латекса и стирол-бутадиенового латекса, модифицированного карбоновой кислотой. В настоящем изобретении применен пропиточный состав на основе латекса винилпиридинового и латекса синтетического СКД-1С.

Конструктивные параметры слоев каркаса и резиновых прослоек шины, характеристики примененного текстильного капронового корда, в сочетании с использованием уникальных каркасных резин, а также пропиточного состава на основе латекса винилпиридинового и латекса синтетического СКД-1С позволяют достичь высоких прочностных характеристик, адгезионных свойств каркасных слоев в пневматических шинах для двухколесного транспортного средства, в частности для велосипеда, как в связи текстильного корда с резиновой смесью для обрезинивания каркаса, так и с прилегающей деталью протектора и бортовых колец.

Для достижения технического результата применена опытная резиновая смесь, обладающая низкими гистерезисными потерями, со следующими прочностными показателями (значения приведены в таблице 1), в сравнении с серийно-применяемой резиновой смесью.

Разработанное решение может быть осуществлено на стандартном оборудовании с использованием стандартной технологии.

По настоящему изобретению были изготовлены опытные шины в следующих вариантах исполнения.

По первому варианту разработанного решения были изготовлены шины 47-406 (20×1,75) диагональной конструкции с обрезиненным каркасным полотном, выполненным из одного слоя обрезиненного капронового текстильного корда марки 6КНТС (3, Фиг. 1), (1, Фиг. 2) структуры NY6 dtex 940×1, с толщиной слоя корда 0,35±0,02 мм, разрывной прочностью нити корда не менее 60 Н, числом кручений нити основы 290±10 оборотов на 1 м, с частотой нитей по основе 95 нитей на 100 мм и по утку 10 нитей на 100 мм, с толщиной обрезиненного каркасного полотна 0,55±0,05 мм, с применением каркасных резин, обеспечивающих прочность связи кордной нити с каркасной резиной не менее 55 Н/10 мм, с применением пропиточного состава на основе винилпиридиновых, а также PSBR (пиридин-стирол-бутадиен) латексов, при этом в готовой шине шаг нитей в обрезиненном каркасном полотне в зоне борта составляет 0,95, а в зоне беговой дорожки 1,18.

По второму варианту разработанного решения были изготовлены шины 54-622 (29×2,125) диагональной конструкции с обрезиненным каркасным полотном, выполненным из одного слоя обрезиненного капронового текстильного корда марки 6КНТС (3, Фиг. 1), (1, Фиг. 2) структуры NY6 dtex 940×1, с толщиной слоя корда 0,37±0,02 мм, разрывной прочностью нити корда не менее 60 Н, числом кручений нити основы 310±10 оборотов на 1 м, с частотой нитей по основе 97 нитей на 100 мм и по утку 12 нитей на 100 мм, с толщиной обрезиненного каркасного полотна 0,65±0,05 мм, с применением каркасных резин, обеспечивающих прочность связи кордной нити с каркасной резиной не менее 55 Н/10мм, с применением пропиточного состава на основе винилпиридиновых, а также PSBR (пиридин-стирол-бутадиен) латексов, при этом в готовой шине шаг нитей в обрезиненном каркасном полотне в зоне борта составляет 0,97, а в зоне беговой дорожки 1,32.

По третьему варианту разработанного решения были изготовлены шины 100-559 (26×4,0) диагональной конструкции с обрезиненным каркасным полотном, выполненным из одного слоя обрезиненного капронового текстильного корда марки 6КНТС (3, Фиг. 1), (1, Фиг. 2) структуры NY6 dtex 940×1, с толщиной слоя корда 0,35±0,02 мм, разрывной прочностью нити корда не менее 60 Н, числом кручений нити основы 290±10 оборотов на 1 м, с частотой нитей по основе 105 нитей на 100 мм и по утку 10 нитей на 100 мм, с толщиной обрезиненного каркасного полотна 0,55±0,05 мм, с применением каркасных резин, обеспечивающих прочность связи кордной нити с каркасной резиной не менее 55 Н/10 мм, с применением пропиточного состава на основе винилпиридиновых, а также PSBR (пиридин-стирол-бутадиен) латексов, при этом в готовой шине шаг нитей в обрезиненном каркасном полотне в зоне борта составляет 0,95, а в зоне беговой дорожки 1,41.

Расчетно заявляемый технический результат достигается также при значениях толщин слоев корда каркаса 0,33÷0,39 мм, числом кручений нити основы 280÷320 оборотов на 1 м, с частотой нитей по основе 90÷105 нитей на 100 мм и по утку 10÷12 нитей на 100 мм, с толщиной обрезиненного корда 0,50÷0,70 мм, шаг нитей в обрезиненном каркасном полотне в зоне борта составляет 0,95÷1,12, а в зоне беговой дорожки 1,13÷1,71, в совокупности с остальными существенными признаками изобретения.

Комбинации конструктивных параметров шины подобраны опытным и расчетным путем, являются оптимальными. Иные варианты не заявляются для правовой охраны ввиду недостижения ими заявленного технического результата.

По итогам испытаний разработанные шины всех вариантов соответствуют требованиям ГОСТ 4750-89, ГОСТ ЭД1 4750-90, ISO 5775 и в сравнении с прототипом (шины от производителя, известного на шинном рынке, того же типоразмера, диагональной конструкции, с применением в каркасе одного слоя капронового текстильного материала и серийно-применяемыми резиновыми смесями) обеспечивают увеличение общей работоспособности пневматической шины до 9%, снижение гистерезисных потерь в каркасных материалах, что приводит к снижению коэффициента сопротивления качению до 6%, а также увеличение упругости каркасного полотна и окружной жесткости шины, влияющих на улучшение сопротивления шин боковому уводу, достигая заявленного технического результата всей заявляемой совокупностью существенных признаков данного изобретения.

Изобретение относится к пневматическим шинам для двухколесного транспортного средства. Пневматическая шина диагональной конструкции для двухколесного транспортного средства состоит из протектора, бортовых колец и обрезиненного каркасного полотна, выполненного из одного слоя обрезиненного капронового текстильного корда с применением каркасных резин, обеспечивающих прочность связи кордной нити с каркасной резиной. Достигается снижение гистерезисных потерь в каркасной части пневматических шин, увеличение упругости каркасного полотна и окружной жесткости шины, влияющих на улучшение сопротивления шин боковому уводу и увеличение общей работоспособности. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Пневматическая шина диагональной конструкции для двухколесного транспортного средства, состоящая из протектора, бортовых колец, обрезиненного каркасного полотна, выполненного из одного слоя обрезиненного капронового текстильного корда, отличающаяся применением обрезиненного капронового текстильного корда структуры NY6 dtex 940x1, с толщиной слоя корда 0,33÷0,39 мм, разрывной прочностью нити корда не менее 60 Н, числом кручений нити основы 280÷320 оборотов на 1 м, с частотой нитей по основе 90÷105 нитей на 100 мм, с толщиной обрезиненного каркасного полотна 0,50÷0,70 мм, с применением каркасных резин, обеспечивающих прочность связи кордной нити с каркасной резиной не менее 55 Н/10 мм, при этом в готовой шине шаг нитей в обрезиненном каркасном полотне в зоне борта составляет 0,95÷1,12, а в зоне беговой дорожки 1,13÷1,71.

2. Пневматическая шина диагональной конструкции для двухколесного транспортного средства по п.1, характеризующаяся выполнением обрезиненного каркасного полотна с частотой нитей по утку 10÷12 нитей на 100 мм.

3. Пневматическая шина диагональной конструкции для двухколесного транспортного средства по п.1, характеризующаяся применением пропиточного состава на основе винилпиридиновых, а также PSBR (пиридин-стирол-бутадиен) латексов.