Диагональная шина Советский патент 1993 года по МПК B60C9/06 

Изобретение относится к области транспортных средств, преимущественно к энергонасыщенным лесопромышленным трелевочным машинам, и может быть использовано в шинной промышленности и тракторостроении.

Известны пневматические шины, включающие каркас из диагональных резинокор- дных слоев, завернутых на бортовые кольца и расположенные на каркасе усиливающие кордные слои.

Такая конструкция обеспечивает стойкость шины к деформациям и разрывам под

действием ударных и сосредоточенных нагрузок, в т.ч. устойчива к механическому воздействию индентора. Однако, при наезде на единичные острые препятствия высотс-й более 0,10-0,15 диаметра шины наблюдаются случаи сквозного повреждения каркаса.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является пневматическая шина, каркас которой содержит несколько обрези- ненных диагональных слоев корда. Имеются слои завернутые на бортовые кольца и висячие (незавернутые вокруг бортовых 00

о со ел

о

лец). На каркасе имеются слои усиления из высокопрочного корда. Число слоев усиления такой шины рассчитывают исходя из числа слоев корда, доходящих до борта с учетом фактора надежности, определяемого в патенте приведенной математической формулой.

При таком техническом решении возрастает количество слоев корда в боковых стенках, что приводит к существенному повышению радиальной жесткости шины. Вследствие этого уменьшается глубина вдавливания индентора и соответственно работа А разрушения шины, определяемая

как А P S.

Целью изобретения является повышение надежности шины за счет увеличения работы разрушения при воздействии на шину механического индентора,

Положительный эффект шины достигается совокупностью известных и новых признаков.

Известным является диагональная шина, содержащая протектор, боковины и, рас- положенные вдоль меридионального профиля шины, центральную, промежуточные, плечевые, боковые, надбортовые и бортовые зоны каркаса, окончания хотя бы части кордных слоев которого не завернуты на бортовые кольца,

Новым в предлагаемом техническом решении является то, что в известной диагональной шине, указанные зоны каркаса выполнены с пропорциональной изгибной жесткостью и находятся в соотношении

К|(Е1)КЕ1)ц,

где (Е)| и (Е1)ц - соответственно изгибная жесткость в меридиональном направлении i-й и центральной зон каркаса шины;

Ki - коэффициент приведения до ближайшего четного числа слоев каркаса в каждой зоне диагональной шины;

Е - приведенный модуль упругости вдоль меридиана 1-х зон каркаса, единичной ширины, кг/см ;

I - момент инерции, взятый по середине каждой из зон, при изгибе каркаса з меридиональном направлении, см .

При этом количество слоев центральной зоны каркаса определяется по формуле (и дополняется до четного)

Пц Кд,

Т

ел

где Q - максимально необходимая прочность каркаса, выраженная посредством мак

симально допускаемой нагрузки на шину, кгс;

Тел - минимально допустимая прочность одного слоя каркаса, кгс/слой (кгс/сл);

5пц - количество слоев каркаса;

Кд - динамический коэффициент запаса прочности каркаса шины.

Распределение изгибных жесткостей вдоль меридиана каркаса по предлагаемому

Ю техническому решению обеспечивает увеличение глубины S вдавливания индентора при прочих равных условиях работы шины. Экспериментально установлено, что жесткость при изгибе многослойной рези15 нокордной пластины существенным образом зависит от угла наклона нити (вдоль оси изгиба).

Так, например, угол наклона нити каркаса вдоль меридиана между экватором и бор20 том изменяется с 53 - 60 до 15 - 20°.

С другой стороны на величину жесткости влияет количество слоев, подвергаемых изгибу.

Предлагаемое соотношение Ki(EI)j(EI)u

25 для всех зон профиля шины обеспечивает сглаживание пиковых изгибных жесткостей отдельных зон каркаса, т.к. достигается одновременный изгиб всех зон профиля каркаса шины под действием механическо30 го индентора. Это приводит к большим, чем у прототипа, допустимым радиальным деформациям и глубине вдавливания S, и, в конечном счете, к увеличению надежности шины.

35 Вторым существенным отличием является также то, что выбор количества кордных слоев центральной зоны каркаса в данном решении осуществляется не по величине внутреннего давления, а пропорци40

опально прочностным характеристикам шины и находится с ними в соотношении:

Пц

Q

1СЛ

(2)

Определение количества слоев пц указанным способом с использованием динамического коэффициента запаса прочности учитывает возможную перегрузку шины в

50 эксплуатации и указывает на тот факт, что даже при достижении сосредоточенной силы равной и больше максимально допускаемой нагрузки Q (в пределах Кд), не произойдет разрушение каркаса.

55 Таким образом, существенное снижение неравномерности распределения из- гибных жесткостей отдельных зон каркаса и, соответственно, пиковых нагрузок в совокупности с учетом прочностных характечество слоев каждой зоны до ближайшего целого и, кроме того, до четного значения (поскольку шина диагональная).

При расчете следует помнить, что рассчитанная по формуле (2) елейность каркаса шины соответствует фактической и не равна норме елейности, отраженной в нормативных документах (ГОСТ, ОСТ, ТУ и

т.д.).

Шина работает следующим образом.

На фиг.2 показан профиль изгиба шины прототипа и шины по предлагаемому техническому решению. Под действием механического индентора 11 каркас 3 принимает форму профиля 12 для прототипа и 13 для заявляемого технического решения.

При соотношении Ki(EI)j(EI)4 для всех зон профиля предлагаемой шины под действием индентора происходит одновременный изгиб всех зон 5, 6, 7, 8, 9, 10 в отличии от прототипа, где изгиб происходит в основном по зонам 5, 6, 7.

Поэтому в данном случае увеличение глубины вдавливания индентора в профиль 13 происходит за счет дополнительной радиальной деформации в зонах 7, 8, 9, 10. Соответствующим образом увеличивается и работа, необходимая для разрушения шины и ее надежность.

Шина может быть выполнена в различных вариантах, одним из которых является следующий:

шина 33L-32 модели Ф-134. Каркас ее 5 из полиамидного термообработанного корда типы 23КНТС.

Нагрузка (максимально допустимая) Q 5800 кгс.

Максимально допустимая прочность од- 10 ного слоя каркаса (Тсл) 400 кгс/слой.

Динамический коэффициент запаса прочности каркаса 1,1.

Расчет слойности каркаса непосредственно по зонам приведен в таблице. 15 Поскольку разрыв каркаса под действием сосредоточенной нагрузки, как правило, происходит по наименее слабому месту профиля шины, то преимущества предлагаемой конструкции очевидны (ее минимальная же- 20 сткость более чем в 1,5 раза превосходит жесткость центральной зоны шины прототипа).

Использование изобретения в народном хозяйстве позволяет уменьшить разброс прочно- 25 стных характеристик резинокордного каркаса, уменьшает пиковые нагрузки и увеличивает прочностные характеристики шин. Совокупный положительный эффект повышает надежность шин, следовательно, и безопасность 30 движения транспортных средств.

Использование: изобретение может быть использовано при изготовлений шин для колёс энергонасыщенных тракторов. Сущность: диагональная шина содержит протектор, боковины и расположенные вдоль меридионального профиля шины, центральную, промежуточные, плечевые, боковые, надбортовые и бортовые зоны каркаса, окончания хотя бы части кордных слоев которого не завернуты на бортовые кольца. Указанные зоны выполнены с пропорциональной изгибной жесткостью и находятся в соотношении Ki(EI)i(EI)u где (El)i и (Е1)ц - соответственно изгибная жесткость а меридиональном направлении i-й и центральной зон каркаса шин; К| - коэффициент приведения до ближайшего четного числа слоев каркаса в каждой зоне диагональной шины; Е - приведенный модуль упругости вдоль меридиана i-x зон каркаса единичной ширины, кг/см2; I - момент инерции, взятый по середине каждой из зон при изгибе каркаса в меридиональном направлении, см4. Количество слоев каркаса центральной зоны пропорционально прочностным характеристикам его элементов и определяется Кд; Пц- количество зависимостью пц -zHТСл слоев центральной зоны, округленное до ближайшего целого четного числа; Q - максимально необходимая прочность каркаса, выраженная посредством максимально допустимой нагрузки на шину, кгс; ТСл - минимально допустимая прочность одного слоя каркаса, кгс/слой; Кд-динамический коэффициент запаса прочности каркаса. 3 ил. fe

Формула изобретения

35

Диагональная шина преимущественно для работы в условиях лесоразработок, содержащая протектор, боковины и располо- женные вдоль меридионального профиля шины, центральную, промежуточные, плечевые, боковые, надбортовые и бортовые зоны каркаса, окончания хотя бы части кордных слоев которого не завернуты на борто- вые кольца, отличающаяся тем, что, с целью повышения надежности шины, указанные зоны выполнены с пропорциональной изгибной жесткостью и находятся в соотношении:

Ki(EI)i(EI)u,

где(Е)| и(Е)ц-изгибная жесткость каркаса в меридиональном направлении i-й и цент- ральной зон каркаса шины, кг см2;

KI - коэффициент приведения до ближайшего целого четного числа слоев каркаса в каждой зоне диагональной шины;

Е - приведенный модуль упругости вдоль меридиана - i-x зон каркаса единичной ширины, кг/см2;

I - момент инерции при изгибе каркаса в меридиональном направлении,взятый по середине каждой из зон, см4, а количество- слоев; каркаса центральной зоны пропорционально прочностным характеристикам его элементов и определяется зависимостью:

Q

Пц

СЛ

где nu- количество слоев центральной зоны, округленное до ближайшего целого четного числа;

Q - максимально необходимая прочность каркаса, выраженная посредством максимально допустимой нагрузки на шину, кгс,

Тел - минимально допустимая прочность одного слоя каркаса, кгс/слой,

Кд - динамический коэффициент запаса прочности каркаса.

ристик и свойств материала каркаса приведут к повышению надежности шины в эксплуатации.

На фиг.1 изображено меридиональное сечекие шины; на фиг.2 - схема изгиба меридионального сечения шины под действием механического индентора; на фиг.З - зависимость изгибной жесткости от слойно- сти резинокордной пластины при различных углах наклона корда.

Диагональная шина состоит из протектора 1, боковин 2 и каркаса 3, часть слоев которого завернута вокруг бортовых колец

В каждой из указанных зон 5, 6, 7, 8, 9, 10 начиная с центральной 5-й, углы наклона слоев изменяются преимущественно от (60 ± 2) до (20 ± 2)°. При отсутствии экспериментальных данных, величины углов наклона всех зон определяются расчетным путем, например, по формуле В.Л.Бидерма- на.

jn

RK

sln/Зэк

где - угол наклона нитей корда в середине i-ro участка;

П - радиус середины i-ro участка по первому слою каркаса;

/Зэкв-угол наклона нитей корда каркаса по экватору шины;

RK - радиус по экватору первого слоя каркаса.

Выбор границ зон каркаса условный. Наиболее вероятный способ - это зоны с изменением углов наклона нитей корда в пределах какой-либо заранее установленной величины. В частности, при углах по короне/ кв 60° и по борту/fe 20°, средняя величина каждой смежной зоны будет отличаться на -- ---8° и по зонам распре- ь

делиться следующим образом;

центральная - 60°;

промежуточная - 52°;

плечевая - 44°;

боковая - 36°;

надбортовая - 28°;

бортовая - 20°,

Существенным для этих зон является и то, что конструктивно они выполнены по зависимости

К|(Е1)КЕ1)ц.(1) При этом количество кордных слоев центральной зоны каркаса пропорционально прочностным и нагрузочным характери- стикам шины и находится с ними в соотношении

10

n - Q

Ц Тсл

(2)

При этом величина Q определяется ГОСТом на шину или требованиями заказчика шин, Тел - определяется эмпирически, например путем продавливания на прессе

конкретных шин или шин близких по типоразмеру и конструкции. Последний показатель комплексно учитывает влияние на прочностные характеристики шины и свойств материалов и конструктивные особенности изделия.

Значения Кд принимается по опытным замерам перегрузок машины, на которых шины комплектуются, или по данным машиностроителей.

Профиль и углы наклона нитей корда каркаса соответствуют принятой (в организации - разработчике шин) системе расчета равновесной конфигурации шины (статически нагруженной одним только внутренним

давлением, т.е. согласно рекомендации указанной выше книги; по теории катящейся шины или любой другой, имеющей практическую применимость).

Значение упругих характеристик (EI)

центральной 5 зоны каркаса определяют исходя из определенной по формуле (2) слой- ности каркаса и рассчитанном для этой зоны угла наклона нитей корда по короне (экватору) шины. Такая зависимость энергетически определяется для резинокордных элементов каждого конструктивного исполнения с применением определенных материалов силовых элементов (кордных нитей определенной структуры, состава и т.д.).

В частности, для шин типа 33L-32 модели Ф-134 зависимость упругих характеристик шины, ее елейности и углов нитей корда приведена на фиг.З, где пунктиром указан переход от елейности 16 к кривой,

построенной для и далее к оси ординат, т.е. к значению (Е)ц.

Исходя из указанной ранее формулы Ki(EI)i(EI)u, учитывая равенство изгибных жесткостей всех зон каркаса предлагаемых

шин и возвращаясь от значения найденного (Е1)ц, по той же пунктирной линии, до кривых соответствующих углу наклона каждой i-й зоны, находим на оси абсцисс елейность i-й зоны каркаса и округляем полученное коли2:.:r. I