Рисунок протектора повышенной проходимости Советский патент 1992 года по МПК B60C11/00 

й)иг 1

Изобретение относится к пневмоколес- гранспортным средствам, эксплуатируемым преимущественно на строительно- дорожных машинах на грунтах с различной несущей способностью и может быть использовано в шинной промышленности и транспортном машиностроении.

Известен рисунок протектора повышенной проходимости, содержащий множество грунтозацепов, отделенных друг от друга канавками. Грунтозацепы содержат центральный аксиальный и скошенный (наклонный) участки. Недостатком такого рисунка протектора является недостаточное боковое сцепление с опорной поверхностью. Кроме того при движении транспортного средства по грунтам со слабой несущей способностью происходит залипание поперечных центральных канавок.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является протектор шины повышенной проходимости, рисунок которого выполнен чередующимися канавками и грунтозацепами с углом наклона его образующих к оси вращения шины в пределах 22-23°. Техническое решение реализовано в шине 21.00-28. мод. ДФ-27 производства ПО Днепрошина и 20,5-25 мод. Ф-92 производства Красноярского шинного завода. Указанный протек- юр наиболее близок по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому изобретению. Он более полно реализует силу тяги в продольном направлении, но имеет недостаточное боковое сцепление с опорной поверхностью и вследствие недостаточной тангенциальной жесткости грунтозацепов их отрыв от протектора.

Вследствие этого машина (автогрейдер ДЗ-140), укомплектованная шинами с протектором указанного исполнения, недостаточно устойчива при работе на влажных суглинистых грунтах, имеет повышенную вибрацию при движении по твердым покрытиям со скоростью 40-50 км/ч, неравномерный износ протектора, а также наблюдается отрыв грунтозацепов в плечевой зоне.

Целью изобретения является обеспечение проходимости и устойчивости транспортных средств при движении по грунтам с различной несущей способностью, снижение вибрации и неравномерного износа грунтозацепов по ширине грунтозацепа, а также устранение отрыва грунтозацепов от протектора.

Указанные цели достигаются сочетанием известных и отличительных признаков рисунка протектора. Известными признаками в данном техническом решении является

беговая дорожка протектора с чередующимися грунтозацепами и выемками, средние участки грунтозацепов наклонены преимущественно под углом 40-45° к экваториальной плоскости шины. В центральной части беговой дорожки протектора участки аксиально-смежных грунтозацепов перекрывают друг друга внахлест.

Новыми признаками в данном техническом решении является то, что образующие концевого участка (а) на величину 0,1-0,2 ширины беговой дорожки скруглены радиусами RI 0,2-0,3 Вб для передней и Ra 0,3-0,4 Вб для задней грани, где Вб ширина беговой дорожки. Примыкающий наклонный участок (о) простираясь на 1/3 ширины протектора завершается центральным участком (с) и скошенным участком (d), величина которых соответственно равна

0,25 и 0,1 ширины протектора, причем каждая из смежных частей центрального участка (с) грунтозацепов противоположно направлена в направлении вращения шины, а их передние образующие расположены

под углом 10-20° к экваториальной плоскости шины.

Устойчивость грунтозацепов в направлении качения шины достигается за счет изготовления их с коэффициентом формы

выступов 0,5-0,61. Боковое сцепление шин с предлагаемым рисунком протектора достигается при соотношении длины проекции грунтозацепа (I) на экваториальную плоскость к шагу рисунка протектора (t) в

интервале 1,0-1,5.

На фиг.1 изображен протектор повышенной проходимости (развертка фронтального вида); на фиг.2 - меридиональное сечение пневматической шины, разрез А-А

на фиг.1; на фиг.З - зависимость тягового усилия (Р) и тягового КПД (Г} - для 20,5-25 мод. Ф-92А, tj2 - для 20.5-25 мод; Ф-92) от буксования колеса (5i, 62) на суглинистом грунте при давлении в шине 0,27 МПа; на

фиг.4 - зависимость тягового усилия (Р) и тягового КПД (1 - для шины 20,5-25 модели Ф-92А и rfi - для шины 20,5-25 мод. Ф-92) от буксования колеса ((5i, 62) на суглинистом грунте при давлении в шине 0,21 МПа.

Предлагаемый рисунок протектора повышенной проходимости состоит из грунтозацепов 1, разделенных выемками 2. Грунтозацепы могут быть монолитными или расчлененными канавками. Для увеличения

тангенциальной жесткости в центральной части протектора Грунтозацепы могут быть соединены между собой полумостиками 3. Грунтозацепы 1 имеют переднюю 4 и заднюю 5 боковые грани. В направлении экваториальной линии на величину 0,1-0,2 ширины протектора (В6), образующие передней 4 и задней грани 5 грунтозацепа, выполненные радиусами RI и , образуют участок (а). Величина RI составляет 0,2-0,3 ширины беговой дорожки (В6), a R2) 0,3-0,4 (В). Центры радиусов И и i2, расположены с внешней стороны линии п-п1. Для построения передней грани изогнутого участка (а) центр радиуса смещают за пределы протек- тора на величину И 0,05-0,08 В , и задней 2 на величину 0,06-0,1 Вб.

Выполненные указанным образом участки (а) имеют переменный угол наклона к меридиональному сечению, изменяющийся от края беговой дорожки в основном с 10° у линии n-гГ, до 40-45° у границы участка (а). Изогнутый участок (а) позволяет за счет применения углов наклона передней грани грунтозацепа, не превышающих макси- мальных значений углов внутреннего трения грунта, обеспечить более полную реализацию сцепных свойств грунта, что в конечном итоге предопределяет повышение тяговой характеристики шины с предла- гаемым протектором. Боковые поверхности 4; 5 грунтозацепа 1 выполнены наклонными к основанию, причем наиболее предпочтительным являются углы наклона передней грани 10-15°, а задней 12-20°. При этом углы наклона боковых граней могут плавно изменяться от минимальных значений в центральной зоне протектора до максимальных у края беговой дорожки протектора.

Изогнутый участок (а), выполненный радиусами RI и R2 на 0,1-0,2 ширины протектора сочленяется с участком (Ь) и протирается в направлении 1/3 (линия 1-Г) с углом наклона к меридиональной линии 40-45°, который по результатам исследований является оптимальным при работе на суглинистых грунтах с углом внутреннего трения Ф 30-40°. Ширина участка (Ь) равная 0,27-0,3 ширины протектора (Вб) выбра- на максимально возможная при построении рисунка протектора в целом.

Центральный участок (с), равный 0,25 ширины протектора (Вб), со скошенным участком (d) 0,1 Вб образует в плане треуголь- ник жесткости, который обеспечивает хорошую устойчивость грунтозацепа от действия касательных сил в площади контакта шины с опорой.

Техническое решение поясняется при- мерами конкретного исполнения. Предлагаемый рисунок протектора выполнен в новой шине 20,5-25 мод. Ф-92А. Для проведения сравнительных тягово-сцепных испытаний в качестве аналога была принята шина 20,525 мод. Ф-92, серийно-выпускаемая Красноярским шинным заводом. Техническая характеристика в параметры рисунка протектора сравниваемых шин представлены в таблицах 1 и 2. Сравнительные тягово-сцеп- ные испытания шин 20,5-25 проводились на аттестованном шинном тестере 1ДШ-1 на суглинистом грунте при влажности 10% и твердости 2,93 МПа. Результаты испытаний приведены в протоколах испытаний шин 20,5-25 при различных давлениях в шине (см. Протокол испытаний № 1, 2, 3, 4).

По результатам тягово-сцепных испытаний были построены зависимости тягового КПД (т)) от буксования ( д- - для 20,5-25 модели Ф-92А и дг - для 20,5-25 мод. Ф-92) на суглинистом (свежесрезанном) грунте при внутреннем давлении в шине 0,27 МПа (см. фиг.З) и 0,21 МПа (см. фиг.4), Как видно из графиков (см. фиг.З и фиг.4) значение тягового КПД (г}) мод. Ф-92А, превышает значение КПД ()серийно-выпускаемой шины мод. Ф-92, при этом кривая буксования ((5i) мод. Ф-92А лежит ниже кривой буксования серийной шины. Таким образом, предлагаемый рисунок протектора (мод. Ф- 92А) позволяет повысить показатели тягово- сцепных характеристик и снизить интенсивность износа рисунка протектора, за счет уменьшения буксования колес. Кроме того за счет углов наклона участка (Ь) преимущественно 40-45° снижается сила сопротивления качению (Pf). Как следствие уменьшается вибрация, передаваемая на транспортное средство и расход топлива при перемещении грунта.

Устойчивость грунтозацепов от действия касательных сил достигается не только за счет расположения боковых поверхностей в плане под различными углами, но и за счет построения грунтозацепов с коэффициентом формы выступов протектора (Кф) в интервале 0,5-0,61, и определяемый как отношение площади выступа грунтозацепа к периметру его боковой поверхности, Нижнее граничное значение Кф 0,5 было определено исходя из минимальной высоты рисунка протектора, рекомендованное для строительно-дорожных шин. Верхнее значение Кф 0,61 было определено по результатам расчета перемещений грунтозацепов и эксплуатационных испытаний серийной партии шин 20,5-25 мод. Ф-92 с высотой рисунка протектора в интервале 35-45 мм и с учетом перемещений грунтозацепа в направлении действия тягового усилия. Заданная высота протектора достигалась путем шероховки протектора на ше- роховальном станке.

Расчетчог усилие, действующее на грунтозацеп было определено по формуле:

Pi

rsу р, (sl V; + c°s J

где t/J 23° - угол наклона грунтозацепов к меридиональной плоскости сечения шины

Изобретение относится к транспортным средствам и может быть использовано в шинной промышленности и транспортном машиностроении. Цель изобретения - повышение тягово-сцепных свойств шины и B /i снижение неравномерности износа грунто- зацепов. Рисунок протектора у которого образующие грунтозацепов 1, чередующиеся с выемками 2, выполнены в направлении экваториальной линии на величину 0,1-0,2 ширины протектора радиусами RI 0.2-0,3 и R2 0,3-0,4 ширины протектора с центрами сцепных радиусов, смещенными за пределы протектора на величину И 0,05-0,08 и i2 0,06-0,1 ширины протектора. Образованный таким построением участок (а) сочленяется с наклонным к меридианальной линии под углом 40-45° участком (Ь), простирающимся в направлении экваториальной линии на 1/3 ширины протектора. Завершает формирование грунтозацепа участок (с), равный 0,25 ширины протектора со скошенным участком (d), шириной 0,1 ширины протектора. 2 з.п. ф-лы, 4 табл., 4 ил. 1/3 В (Л С

где Р - тяговое усилие, действующее на грунтозацепы, кгс;

2 S - суммарная длина грунтозацепов, находящихся в пятне контакта, см,

Значение тягового усилия было определено по результатам тягово-сцепных испытаний и принято в расчете Р 2500 кгс, исходя из допускаемого буксования колес (д 20%). Суммарная длина грунтозацепов в пятне контакта была определена по результатам лабораторных испытаний при на- гружении рабочей нагрузкой 25 117 см, тогда

Pi

2500

117

21,36 кгс/см

Определяем тангенциальную жесткость грунтозацепа в продольном и поперечном направлении по формулам:

гGy

Ы In(lTIy)1

С2 +Е Г3

9 (2+у2) п(1 +ЛуНК2+ЗАу)/(1 +уЛ)2

где Gp - 30 кгс/см2 - модуль сдвига материала (резины) грунтозацепа;

+ .444. « 10°, /3 15°- с /3 углы наклона передней и задней граней грунтозацепа соответственно.

Я т-, h, b - высота и ширина грунтозацепа;

Е 100 кгс/см - модуль упругости материала (резины) грунтозацепа.

Определяем Ci и Сг для шины 20.5-25 мод, Ф-92 с первоначальной высотой протектора h 50 мм и коэффициентом формы Кф 0,67

Л- 50 QtА 1()0 U.O

30-0,444сс с . г

. пег .-п-ллТЧ 66,6 КГС/СМ

(1+0,5 4-0,444)

Ci-|- 100X

(W4ЈЈ

(2 4-10.М4)2(1 40.5 -0,444)-0 5 -0 444(2 +3 0.5 О 444X1 +0.5 0 444/

45, 23 кгс/см2

Тогда перемещение грунтозацепа в направлении действия тягового усилия шины равно

Y 21,36 --Ј-- - 00,0

0,448 см 4,5 мм

45,23

Аналогично определяем перемещен/.е грунтозацепа для шин с высотой рисунка протектора (h0) 45, 40 и 35 мм, предлагаемого рисунка протектора и заносим в табл.З.

Из табл.З видно, что снижение высоты рисунка протектора и соответственно уменьшение коэффициента формы (Кф) менее 0.62 обеспечивает уменьшение перемещения грунтозацепа в направлении тягового усилия, и в конечном итоге способствует снижению неравномерного износа по ширине грунтозацепов. Для подтверждения расчетных значений были подготовлены серийные шины с различной высотой рисунка протектора (35-45 мм) и направлены на эксплуатационные испытания (см. приложения 5, б, 7). Проведенные эксплуатационные

испытания на погрузчиках 10-18 А показали, что шины 20,5-25 мод. Ф-92 с высотой рисунка протектора 35 мм имеют равномерный износ протектора (см. Приложения 5, б), а шины 20,5-25 мод. Ф-92 с высотой 40 мм

и более имеют неравномерный износ грунтозацепов по ширине особенно в начальный период эксплуатации.

Для оценки бокового сцепления шин 20,5-25 моделей Ф-92А и Ф-92 (прототип)

УралНИИС НАТИ были проведены исследования по боковому сцеплению автогрейдера ДЗ-140А в статике (см. техническую справку (а) и динамике (см, техническую справку (б) сдвиг автогрейдера ДЗ-140А(Ав)

из статического положения производился при помощи динамометрической лаборатории ДЛ-30 (Д) через трос длиной 19 и с тензозвеном(1).

В динамике усилие бокового сдвига (16)

определялось при движении автогрейдера ДЗ-140А и динамометрической лаборатории ДЛ-30 в одном направлении и отстоящих друг от друга на расстоянии (Н).

Испытания шин проводились приследующих физико-механических показателях грунта: влажность - 15%, плотность грунта 2,65 кгс/см , твердость по плотномеру До- рНИИ-8-10ударов. Результаты измерений бокового сдвига автогрейдера ДЗ-140А с шинами 20,5-25 моделей Ф-92А и Ф-92 поеле обработки на ЭВМ приведены в технической справке о научно-исследовательской работе, проведенной УралНИИС НАТИ.

Оценка бокового сцепления шин 20,5- 25 моделей Ф-92А и Ф-92 проводилась после определения коэффициента бокового сцепления по формуле: I б

Р60К - -Q- ,

где I б - усилие бокового сдвига автогрейдера, кН;

G - эксплуатационная масса автогрейдера, кН.

Расчетные значения коэффициента бокового сцепления приведены в табл.4.

Из табл.4 видно, что шина 20,5-25 мод, Ф-92А с предлагаемым рисунком протектора имеет более высокое значение коэффициента бокового сцепления (рбок), в статике и динамике. При этом среднее значение коэффициента бокового сцепления (рбок) в статике для шины 20,5-25 мод. Ф-92 состав-, ляет 0,452, а для шины 20,5-25 мод. Ф-92А - 0,519. В динамике значение (ръок) для шины 20,5-25 мод. Ф-92 составляет 0,372, а для шины 20,5-25 мод. Ф-92А - 0,426.

Из таблицы 4 видно, что шина 20,5-25 мод. Ф-92Ас предлагаемым рисунком протектора имеет более высокое значение коэффициента бокового сцепления (ръок) в статике и динамике, что в конечном итоге позволяет обеспечить достаточное сцепление автогрейдера ДЗ-140А при работе не только на косогорах, но и при движении по грунтам с малой несущей способностью. Пробные заезды на косогорах подтверждают хорошую боковую устойчивость автогрейдера ДЗ-140А с шинами 20,5-25 мод, Ф-92А при планировке грунта. Значение коэффициента бокового сцепления (рбок) шины 20,5-25 мод. Ф-92А превышают на 14,7% значения для шины 20,5-25 мод. Ф-92. При этом коэффициент взаимного перекрытия грунтозацепов в поперечном направлении (Кп), определяется как отношение длины проекции грунтозацепа (I) на ось 0-0 к шагу рисунка (t), равен 1,0, тогда как у прототипа Кп 0,82.

При построении рисунка протектора

значение (Кп) 1,0-1,5, обеспечивает формирование грунтозацепов с углом наклона к меридиональной плоскости в интервале ( t/; 40-50°), тогда как при (Кп) менее 1,0 углы наклона грунтозацепов будут составлять 40° и менее, что в конечном итоге и будет предопределять меньшую боковую устойчивость транспортного средства.

Формула изобретения

1, Рисунок протектора повышенной проходимости, грунтозацепы которого содержат центральные, наклонные и концевые участки, отличающийся тем, что, с целью повышения тягово-сцепных свойств

шины и снижения неравномерности износа грунтозацепов, образующие концевого участка на величину 0,1-0,2 ширины беговой дорожки скруглены радиусами RI 0,2-0,3 для передней грани и R2 0,3-0,4 ширины

протектора для задней грани, а примыкающий наклонный участок, простираясь на 1 /3 ширины протектора, завершен центральным участком и скошенным участком, величины которых соответственно равны 0,25 и

0.1 ширины протектора, причем каждая из смежных частей центрального участка грунтозацепов противоположно направлена в направлении вращения шины, а их передние образующие расположены под

углом 10-20° к экваториальной плоскости шины.

2, Рисунок протектора поп.1,отлича- ю щ и и с я тем, что грунтозацепы выполнены с коэффициентом формы 0,5-0,61.

грунтозацепа на экваториальную плоскость

соотносится с шагом рисунка протектора в

жтервале 1,0-1.5.

Техническая характеристика сравниваемых шин 20,5-25

Таблица 2 Параметры рисунка протектора сравнительных шин 20,5-25

Таблица 1

Т а б л м ц а 4 Значения коэффициентов бокового сцепления Орбок) шин 20,5-25 моделей Ф-Й2А и Ф-92

Продолжение табл, 2

Таблица 2

20,5-25 | мод.ф-92А

предлагав- I

мы и рису- .

кок

протекторе

ho - 32 мм,

z - 87 мм

0.

5 10 15 20 25 30 Pf#tt fiv.3

Ю

5 10 15 20 25 30 риг. 4

20

10