Борт пневматической шины с текстильными слоями
Изобретение относится к автомобильной промышленности. Шина содержит один слой арматуры каркаса, закрепленный в каждом борту путем оборота вокруг кольцевого элемента, и систему, состоящую из по меньшей мере из двух текстильных слоев усиления борта, расположенных в контакте с кольцевым элементом. Кольцевой элемент является металлическим, имеет прочность на разрыв при растяжении, величина которой от 3 до 5 раз превышает величину усиления растяжения, сообщаемого арматуре каркаса в результате воздействия рекомендованного давления накачивания данной шины, и относительное удлинение которого при разрыве составляет по меньшей мере 6%. Причем совокупность слоев усиления борта, сформированных из усиливающих элементов, изготовленных из ароматического полиамида, имеет прочность на разрыв, величина которой составляет от 0,5 до 1 от величины прочности на разрыв кольцевого элемента, и сумма величин прочности на разрыв этого элемента и совокупности слоев усиления борта от 6 до 8 раз превышает усилие растяжения, сообщаемое арматуре каркаса. В результате облегчается монтаж шины на обод при сохранении прочностных характеристик шины. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.
Изобретение касается пневматической шины с радиальной арматурой каркаса. Более конкретно, это изобретение касается конструкции бортов таких пневматических шин.
В европейском патенте ЕР 0823341 описана пневматическая шина, содержащая арматуру гребня, поверх которой располагается беговая дорожка протектора, два борта и, по меньшей мере, один радиальный слой каркаса, проходящий от одного борта до другого. При этом каждый борт данной пневматической шины характеризуется тем, что:
1) борт не содержит бортового кольца в том смысле, в каком специалист в данной области техники понимает под бортовым кольцом усиливающий элемент, который выполняет две функции, а именно, закрепление арматуры каркаса под действием заданного давления накачивания и стягивание бортов пневматической шины на ее монтажном ободе;
2) борт содержит кольцевой элемент, прочность которого на разрыв при растяжении в продольном направлении имеет величину, существенно меньшую, чем величина прочности на разрыв при растяжении, которая будет необходима для обычного бортового кольца, используемого в пневматической шине того же размера, но достаточную, однако, для выполнения операций сборки, тиснения рисунка протектора, формования и вулканизации, выполняемых в процессе изготовления данной пневматической шины;
3) механическая прочность, необходимая для закрепления арматуры каркаса, обеспечивается обычно при помощи двух так называемых слоев усиления борта, расположенных в контакте с кольцевым элементом или в непосредственной близости от этого элемента, причем каждый из этих слоев усиления содержит усиливающие элементы, параллельные между собой в каждом слое и перекрещивающиеся от одного слоя к другому, образуя с окружным направлением угол, величина которого превышает 0°, но не превышает 10°.
Образованные таким образом борта пневматической шины позволяют использовать, в качестве наружного в осевом направлении и внутреннего в радиальном направлении слоя каучука, предназначенного для обеспечения связи с монтажным ободом, каучуковой смеси с малыми гистерезисными потерями и имеющей меньшую толщину. Вследствие этого обеспечивается уменьшение собственного веса пневматической шины и значительное снижение сопротивления качению при сохранении скоростных качеств и эксплуатационной стойкости на высоком уровне.
Тем не менее, рассматриваемые в данном случае пневматические шины не обладают во времени удовлетворительной пригодностью для монтажа на эксплуатационный обод. Это означает, что преобладающая часть таких пневматических шин легко и правильно монтируется на эксплуатационный обод, тогда как некоторые известные пневматические шины подобного типа характеризуются дефектами монтажа, которые необходимо корректировать тем или иным способом.
Для устранения отмеченных выше недостатков, в соответствии с настоящим изобретением предлагается наилучшее распределение величин прочности на разрыв для элементов, которые образуют борт данной пневматической шины. Таким образом, пневматическая шина в соответствии с предлагаемым изобретением содержит арматуру гребня, поверх которой расположена беговая дорожка протектора, причем эта беговая дорожка протектора соединена посредством двух боковин с двумя бортами пневматической шины, между которыми проходит по меньшей мере один слой арматуры каркаса, закрепленный в каждом борту путем оборота вокруг кольцевого элемента, прочность которого на разрыв под действием растягивающего усилия имеет величину, меньшую, чем прочность на разрыв бортового кольца обычной пневматической шины того же размера, и содержит систему, состоящую из по меньшей мере двух слоев усиления борта, располагающихся в контакте с кольцевым элементом и образованных из усиливающих элементов, параллельных между собой в каждом слое и перекрещивающихся от одного слоя к другому, образуя с окружным направлением угол α, величина которого удовлетворяет соотношению 0°<α≤15°. Эта пневматическая шина отличается тем, что кольцевой элемент имеет прочность на разрыв при растяжении, величина которой от 3 до 5 раз превышает величину усилия растяжения, сообщаемого арматуре каркаса в результате воздействия рекомендованного давления накачивания данной пневматической шины, а относительное удлинение которого при разрыве имеет величину в диапазоне от 2% до 6%, причем совокупность слоев усиления борта имеет прочность на разрыв, величина которой составляет от 0,5 до 1 от величины прочности на разрыв кольцевого элемента, и сумма величин прочности на разрыв этого кольцевого элемента и совокупности слоев усиления борта от 6 до 8 раз превышает величину усилия растяжения, сообщаемого арматуре каркаса.
Под усилием растяжения, сообщаемым арматуре каркаса в результате воздействия рекомендованного давления накачивания, в данном случае следует понимать усилие растяжения, рассчитанное на единицу длины и воздействующее в плоскости расположения бортового кольца.
Кольцевой элемент предпочтительно является металлическим и, более конкретно, изготовлен из стали, тогда как слои усиления борта предпочтительно сформированы из кордных нитей, изготовленных из ароматического полиамида для снижения веса, причем два эти слоя усиления могут представлять собой две ветви одного слоя, обернутого вокруг кольцевого элемента, или могут представлять собой два отдельных слоя, примыкающих друг к другу в осевом направлении.
Под прочностью на разрыв совокупности слоев усиления следует понимать предельную прочность, полученную в результате усилия растяжения, воздействующего на контрольный образец совокупности этих слоев усиления, взятый из новой вулканизированной пневматической шины, причем это усилие растяжения воздействует вдоль оси, соответствующей окружному направлению данной пневматической шины.
Как известно, слой каучуковой смеси, расположенный снаружи от борта пневматической шины в осевом направлении и в радиальном направлении и предназначенный для обеспечения связи этой пневматической шины с ее монтажным ободом, предпочтительно имеет толщину, не превышающую 2 мм, и образующая этот слой каучуковая смесь имеет модуль упругих потерь G", меньший 1, причем величина этого модуля G" выражена в МПа (мегапаскалях) и измерение модуля G" осуществляется при 10% относительного сдвига, при 50° и с частотой 10 Гц.
Характеристики и преимущества предлагаемого изобретения будут лучше поняты из приведенного ниже описания не являющихся ограничительными примеров его реализации со ссылками на приведенные в приложении фигуры, на которых:
- фиг.1 представляет собой схематический вид первого варианта реализации борта пневматической шины в соответствии с предлагаемым изобретением;
- фиг.2 аналогичным образом представляет собой схематический вид второго варианта реализации борта пневматической шины в соответствии с предлагаемым изобретением.
На фиг.1 изображена пневматическая шина в соответствии с предлагаемым изобретением, показанная в меридиональном разрезе, которая содержит арматуру гребня, поверх которой расположена беговая дорожка протектора (на фиг.1 не показана). Эта беговая дорожка протектора соединена с каждым из бортов В посредством боковины 3, усиленной радиальным слоем каркаса 1, который непрерывно продолжается от одного борта В до другого. В случае первого варианта реализации предлагаемого изобретения, схематически представленного на фиг.1, вокруг кольцевого элемента 2 обмотан слой усиления 4 борта таким образом, чтобы сформировать две ветви 41 и 42, образованные усиливающими элементами, изготовленными из ароматического полиамида, параллельными между собой в каждой ветви, но перекрещивающимися друг с другом от одной ветви 41 к другой ветви 42, образуя при этом с окружным направлением угол α, составляющий 5°. Концы двух этих ветвей 41 и 42 расположены на отличающихся друг от друга высотах Н41 и Н42, причем эти высоты измеряются на перпендикуляре по отношению к прямой, параллельной оси вращения данной пневматической шины и проходящей через точку кольцевого элемента 2, наиболее близкую к этой оси вращения, причем эта прямая является так называемой опорной прямой D. Как показано на фиг.1, высота Н41 превышает высоту Н42, однако, и противоположный случай, то есть тот случай, когда высота Н42 превышает высоту Н41, также дает удовлетворительные результаты. Между двумя ветвями 41 и 42 и в радиальном направлении выше упомянутого кольцевого элемента 2 расположен профилированный элемент 5, изготовленный из каучуковой смеси и выполненный в виде по существу треугольного клина, причем верхний в радиальном направлении конец этого профилированного элемента расположен на расстоянии Н5 от опорной прямой D. Хотя он и существует в описанном выше примере реализации, этот профилированный каучуковый элемент 5, выполненный в виде треугольного клина, не является обязательно необходимым, и обернутая ветвь 42 слоя усиления 4 может быть наложена непосредственно на ветвь 41 без наличия между ними этого профилированного элемента 5.
Кольцевой элемент 2 имеет прочность на разрыв под действием усилия растяжения, измеренного в окружном направлении, существенно меньшую, чем та прочность на разрыв при растяжении, которая будет необходима для бортового кольца в покрышке пневматической шины того же размера, но зато значительно большую, чем прочность на разрыв при растяжении кольцевого элемента, описанного в патентной заявке, упомянутой во вводной части настоящего описания. Для исследуемой в данном случае пневматической шины типоразмера 175/70.R.13, при том, что металлическое бортовое кольцо обычной пневматической шины имеет прочность на разрыв порядка 2000 даН, и при том, что кольцевой элемент пневматической шины в соответствии с упомянутой выше патентной заявкой имеет прочность на разрыв, измеренную в тех же условиях, порядка 200 даН, кольцевой элемент 2 пневматической шины в соответствии с предлагаемым изобретением имеет прочность на разрыв порядка 1000 даН. Этот кольцевой элемент 2 сформирован из 7 элементарных проволок, имеющих диаметр, по существу составляющий 1 мм, и сплетенных между собой. Эти проволоки, после соответствующей термической обработки, описанной, например, в патентном документе ЕР 611669, на который уже была сделана ссылка, имеют особенность, которая заключается в том, что они представляют достаточно большое относительное удлинение, имеющее величину порядка 6% и превышающее величину относительного удлинения, обычно обеспечиваемую при использовании стандартных стальных проволок, и их использование в рассматриваемом кольцевом элементе 2 "плетеного" типа позволяет этому элементу обеспечить возможность относительного удлинения порядка 2%. Увеличение прочности на разрыв и, следовательно, увеличение количества материала и числа проволок, используемых в конструкции кольцевого элемента 2, позволяет обеспечить прочность этого кольцевого элемента под действием окружного изгиба и изгиба в направлении, перпендикулярном плоскости расположения этого элемента, достаточную для улучшения условий монтажа и даже полного исключения случаев дефектного монтажа пневматической шины, поскольку истинная причина дефектов пригодности для нормального монтажа, состоит, по существу, в недостаточной прочности под действием изгибающего усилия кольцевого элемента, имеющего слишком малую прочность на разрыв.
В случае реализации кольцевого элемента так называемого "пакетного" типа (проволока спирально намотана в несколько слоев вплоть до получения такого элемента), можно обеспечить, с использованием упомянутых проволок, обладающих большим относительным удлинением, относительное удлинение бортового кольца на уровне порядка 4%.
Это большое относительное удлинение обеспечивает наивысшую эффективность присутствия слоев усиления борта в их функции восприятия усилий, воздействующих на слой каркаса 1 под действием давления накачивания пневматической шины. При этом один или несколько слоев усиления борта воспринимают очень большую часть усилий в случае использования кольцевого элемента с очень малой прочностью на разрыв, причем эти усилия в условиях предлагаемого изобретения распределены наилучшим образом. Такое распределение преимущественно сказывается на усилиях, воздействующих на усиливающие элементы слоев борта, тогда как в том случае, когда слои усиления воспринимают усилия практически полностью, главным образом усиливающие элементы, расположенные в непосредственной близости от кольцевого элемента, оказываются в неблагоприятном положении, чего не происходит в случае пневматической шины в соответствии с предлагаемым изобретением.
Как показано на фиг.2, слой усиления 4, обернутый вокруг кольцевого элемента 2, заменен в данном случае на два слоя усиления 51 и 52, внутренние в радиальном направлении концы которых находятся в контакте с кольцевым элементом 2, а наружные в радиальном направлении концы этих слоев расположены на радиальных расстояниях Н51 и Н52 от опорной прямой D, которые равны соответственно радиальным расстояниям Н41 и Н42, упомянутым выше. Однако не будет выходом за рамки предлагаемого изобретения и тот случай, когда радиальные расстояния Н51 и Н52 равны соответственно радиальным расстояниям Н42 и Н41, что делает наружный в осевом направлении слой 52 более длинным, чем внутренний в осевом направлении слой 51, тогда как в примере реализации, представленном на фиг.1, наружная в осевом направлении ветвь 42, является более короткой, чем внутренняя в осевом направлении ветвь 41. Сформированные из таких же усиливающих элементов, что и ветви слоя усиления из предыдущего примера реализации, слои усиления 51 и 52 располагаются рядом друг с другом в осевом направлении и примыкают в осевом направлении, с одной стороны, к основной части слоя каркаса 1, а с другой стороны, к обороту 10 этого слоя каркаса 1, причем этот оборот располагается рядом с наружным в осевом направлении слоем усиления 52. Оборот 10 каркаса имеет высоту Н RNC, превышающую высоту верхнего в радиальном направлении конца наиболее короткого слоя усиления, но меньшую, чем высота наиболее длинного слоя усиления.
1. Пневматическая шина, содержащая арматуру гребня, поверх которой расположена беговая дорожка протектора, причем эта беговая дорожка протектора соединена посредством двух боковин (3) с двумя бортами В пневматической шины, между которыми расположен, по меньшей мере, один слой (1) арматуры каркаса, закрепленный в каждом борту В путем оборота вокруг кольцевого элемента (2), и содержащая систему, состоящую из, по меньшей мере, двух слоев (41, 42, 51, 52) усиления борта, расположенных между арматурой каркаса и ее оборотом и сформированных из усиливающих элементов, параллельных между собой в каждом слое и перекрещивающихся от одного слоя к другому, образуя с окружным направлением угол α, причем величина этого угла удовлетворяет соотношению 0<α≤15°, отличающаяся тем, что кольцевой элемент (2) имеет прочность на разрыв при растяжении, величина которой в 3-5 раз превышает величину усилия растяжения, сообщаемого арматуре каркаса в результате воздействия рекомендованного давления накачивания данной пневматической шины, и относительное удлинение которого при разрыве имеет величину в диапазоне 2-6%, причем совокупность слоев усиления борта имеет прочность на разрыв, величина которой составляет 0,5-1 от величины прочности на разрыв кольцевого элемента (2), а сумма величин прочности на разрыв кольцевого элемента (2) и совокупности слоев усиления борта в 6-8 раз превышает усилие растяжения, сообщаемого арматуре каркаса пневматической шины.
2. Пневматическая шина по п.1, отличающаяся тем, что кольцевой элемент (2) представляет собой металлический элемент.
3. Пневматическая шина по п.1 или 2, отличающаяся тем, что слои усиления борта сформированы из кордных нитей, изготовленных из ароматического полиамида.
4. Пневматическая шина по п.1, отличающаяся тем, что слой каучуковой смеси, расположенный снаружи в осевом направлении и в радиальном направлении от борта пневматической шины и предназначенный для соединения пневматической шины с ее монтажным ободом, имеет толщину, не превышающую 2 мм, а образующая этот слой каучуковая смесь имеет модуль упругих потерь G", меньший 1, причем величина этого модуля G" выражена в МПа (мегапаскалях), а измерение модуля G" осуществляется при 10% относительного сдвига, при 50° и с частотой 10 Гц.
