Пневматическая шина для тяжелых транспортных средств
Изобретение относится к пневматической шине, имеющей радиальную арматуру каркаса и содержащей арматуру гребня, образованную по меньшей мере двумя рабочими слоями гребня, сформированными из нерастяжимых подкрепляющих элементов, перекрещивающихся от одного слоя к другому, образуя с окружным направлением углы, имеющие величину в диапазоне от 10 до 45°, поверх которой в радиальном направлении располагается беговая дорожка протектора, соединенная с двумя бортами посредством двух боковин. Арматура гребня содержит по меньшей мере один слой окружных подкрепляющих элементов, имеющих осевую ширину, меньшую, чем осевая ширина по меньшей мере одного из рабочих слоев гребня. Отношение осевой ширины по меньшей мере одного слоя окружных подкрепляющих элементов к осевой ширине беговой дорожки протектора имеет величину, превышающую 0,6 и предпочтительно превышающую 0,65. Отношение осевой ширины беговой дорожки протектора к максимальной осевой ширине этой пневматической шины имеет величину, превышающую 0,89. В результате повышается прочность и надежность шины. 16 з.п. ф-лы, 5 ил.
Предлагаемое изобретение относится к пневматической шине с радиальной арматурой каркаса и, в частности, к пневматической шине, предназначенной для оснащения транспортных средств, несущих тяжелую нагрузку и движущихся с относительно высокой скоростью, таких как грузовые автомобили, тягачи, прицепы или рейсовые автобусы.
Арматура подкрепления или подкрепляющий каркас пневматических шин, в частности пневматических шин для тяжелых транспортных средств типа "poids-lourds", в настоящее время чаще всего представляет собой пакет, состоящий из одного или нескольких слоев подкрепляющих элементов, обычно называемых "слоями каркаса", "слоями гребня" и т.п. Такой способ обозначения различных типов подкрепляющей арматуры происходит от способа изготовления, состоящего в реализации серии полуфабрикатных изделий в форме слоев, снабженных нитевидными и часто продольными подкрепляющими элементами, которые затем соединяются или укладываются один на другой для того, чтобы сформировать заготовку пневматической шины. Эти слои изготавливаются плоскими, имеют значительные размеры и затем выкраиваются и разрезаются в функции фактических размеров данного изделия. На первом этапе сборки соединение слоев также осуществляется по существу в плоском состоянии. Затем реализованная таким образом заготовка подвергается формованию для придания обычного для пневматических шин тороидального профиля. Затем так называемые "отделочные" полуфабрикатные изделия накладываются на заготовку для получения изделия, готового к вулканизации.
Такой способ "классического" типа подразумевает, в частности, на этапе изготовления заготовки пневматической шины использование элемента закрепления (обычно бортового кольца), применяемого для закрепления или удержания арматуры каркаса в зоне бортов пневматической шины. Таким образом, в случае способа этого типа осуществляют оборот участка всех слоев, образующих арматуру каркаса (или только части этих слоев) вокруг бортового кольца, располагающегося в борту пневматической шины. Тем самым создают определенный тип закрепления арматуры каркаса в борту.
Обобщение в промышленности классического способа этого типа, несмотря на многочисленные варианты в способах реализации упомянутых слоев и их соединения, приводит специалиста в данной области техники к использованию словаря, характерного для этого способа; отсюда и обычно применяемая терминология, содержащая, в частности, термины "слой", "каркас", "бортовое кольцо", "формование" для обозначения перехода от плоского профиля к профилю тороидальной формы и т.д.
В настоящее время существуют пневматические шины, которые не содержат "слоев" или "бортовых колец" как таковых в соответствии с приведенными выше определениями. Так, например, в патенте ЕР 0582196 описаны пневматические шины, изготовленные без использования полуфабрикатных изделий в форме слоев. Например, подкрепляющие элементы различных подкрепляющих конструкций накладываются непосредственно на смежные слои каучуковых смесей, причем указанные элементы накладываются последовательными слоями на тороидальный сердечник, форма которого позволяет непосредственно получить профиль, представляющий конечный профиль пневматической шины в процессе ее изготовления. Таким образом, в этом случае больше не используются понятия "полуфабрикат", "слои" или "бортовое кольцо". Базовые изделия, такие как каучуковые смеси и подкрепляющие элементы в форме нитей или волокон, непосредственно накладываются на сердечник. И поскольку этот сердечник имеет тороидальную форму, нет необходимости формовать заготовку для того, чтобы перейти от плоского профиля к профилю тороидальной формы.
В то же время пневматические шины, описанные в этом патенте, не располагают "традиционным" оборотом слоя каркаса вокруг бортового кольца. Здесь этот тип закрепления заменяется на конструкцию, в которой располагают примыкающим образом к упомянутой подкрепляющей конструкции боковины окружные кордные нити, причем вся эта структура залита в каучуковую смесь закрепления или связи.
Существуют также способы сборки на тороидальном сердечнике, в которых используются полуфабрикатные изделия, специально адаптированные для простой, быстрой и эффективной укладки на центральный сердечник. И, наконец, можно также использовать смешанный вариант, содержащий одновременно некоторые изделия в виде полуфабрикатов, предназначенные для реализации некоторых структурных аспектов (таких, как слои, бортовые кольца и т.д.), тогда как другие структурные аспекты реализуются на основе непосредственного наложения на сердечник каучуковых смесей и/или подкрепляющих элементов.
В настоящей заявке для того, чтобы учесть последние технологические достижения как в области изготовления, так и в области конструкции изделий, классические термины, такие как "слои", бортовые кольца" и т.д., заменены на нейтральные термины или термины, не зависящие от типа используемого способа изготовления. Таким образом, термин "подкрепляющая конструкция каркаса" или "подкрепляющая конструкция боковины" пригоден для обозначения подкрепляющих элементов слоя каркаса в классическом способе изготовления и соответствующих подкрепляющих элементов, обычно применяемых на уровне боковин, для пневматической шины, изготавливаемой в соответствии со способом без использования полуфабрикатных изделий. Термин "зона закрепления", в свою очередь, может означать как "традиционный" оборот слоя каркаса вокруг бортового кольца в соответствии с классическим способом изготовления, так и систему, образованную окружными подкрепляющими элементами, каучуковой смесью и примыкающими участками подкрепляющей конструкции боковины в нижней зоне и реализованную в соответствии со способом с непосредственным наложением этих элементов на тороидальный сердечник.
В общем случае в пневматических шинах типа "poids-lourds" арматура каркаса закреплена по одну и по другую стороны в зоне борта и поверх нее в радиальном направлении располагается арматура гребня, образованная по меньшей мере двумя слоями, уложенными один на другой и сформированными из кордных нитей или тросиков, параллельных друг другу в каждом слое. Эта арматура гребня также может содержать слой металлических кордных проволок или тросиков с малой растяжимостью, образующих с окружным направлением угол, величина которого заключена в диапазоне от 45 до 90°, причем этот слой, называемый триангуляционным слоем, располагается между арматурой каркаса и первым так называемым рабочим слоем гребня в радиальном направлении, образованными параллельными кордными нитями или тросиками, представляющими углы, не превышающие 45° по абсолютной величине. Этот триангуляционный слой образует, по меньшей мере с упомянутым рабочим слоем, триангулированную арматуру, которая имеет под действием различных напряжений, воздействующих на нее, небольшие деформации, причем основная функция этого триангуляционного слоя состоит в том, чтобы воспринять усилия поперечного сжатия, которые являются основным объектом системы подкрепляющих элементов в зоне гребня пневматической шины.
Арматура гребня содержит по меньшей мере один рабочий слой; в том случае, когда упомянутая арматура гребня содержит по меньшей мере два рабочих слоя, эти слои образованы металлическими нерастяжимыми подкрепляющими элементами, параллельными между собой в каждом слое и перекрещивающимися при переходе от одного слоя к другому, образуя с окружным направлением углы, имеющие величину в диапазоне от 10 до 45°. Упомянутые рабочие слои, образующие рабочую арматуру, могут дополнительно быть покрыты по меньшей мере одним так называемым защитным слоем, предпочтительно образованным металлическими и растяжимыми или так называемыми эластичными подкрепляющими элементами.
В случае пневматических шин, предназначенных для тяжелых транспортных средств типа "poids-lourds", обычно присутствует только один защитный слой и его защитные подкрепляющие элементы в большинстве случаев ориентированы в том же направлении и под тем же углом по абсолютной величине, что и подкрепляющие элементы рабочего слоя, наиболее наружного в радиальном направлении и, следовательно, примыкающего к этому защитному слою. В случае пневматических шин, используемых для оснащения тяжелой колесной дорожно-строительной техники и предназначенных для качения по более или менее неровному грунту, предпочтительным является наличие двух защитных слоев, причем подкрепляющие элементы двух этих защитных слоев перекрещиваются от одного слоя к другому, и подкрепляющие элементы внутреннего в радиальном направлении слоя перекрещиваются с нерастяжимыми подкрепляющими элементами наружного в радиальном направлении рабочего слоя гребня, примыкающего к упомянутому внутреннему в радиальном направлении защитному слою.
Кордные нити или тросики принято считать нерастяжимыми в том случае, когда эти кордные нити или тросики имеют под действием растягивающего усилия, имеющего величину на уровне 10% от усилия разрыва, относительное удлинение, не превышающее 0,2%.
Кордные нити или тросики принято считать эластичными в том случае, когда эти кордные нити или тросики имеют под действием растягивающего усилия, равного усилию разрыва, относительное удлинение, по меньшей мере равное 4%.
Окружное направление пневматической шины, или ее продольное направление, представляет собой соответствующее направление на периферийной части данной пневматической шины и определяемое направлением качения этой пневматической шины.
Поперечное или осевое направление пневматической шины является параллельным оси вращения этой пневматической шины.
Радиальное направление пневматической шины представляет собой направление, пересекающее ось вращения этой пневматической шины и перпендикулярное к этой оси.
Ось вращения пневматической шины представляет собой ось, вокруг которой эта пневматическая шина вращается при нормальной эксплуатации.
Радиальная или меридиональная плоскость пневматической шины представляет собой плоскость, которая содержит ось вращения этой пневматической шины.
Средняя окружная плоскость, или экваториальная плоскость, пневматической шины представляет собой плоскость, перпендикулярную оси вращения пневматической шины и разделяющую эту пневматическую шину на две равные части.
Современное использование некоторых так называемых "автодорожных" пневматических шин, предназначенных для движения с большой скоростью и на все более длинные расстояния вследствие расширения и усовершенствования сети автомобильных дорог во всем мире, приводит к необходимости усовершенствования характеристик стойкости пневматической шины и, в частности, стойкости ее арматуры гребня.
Действительно, существуют механические напряжения на уровне арматуры гребня и, более конкретно, напряжения сдвига между слоями гребня, связанные с заметным повышением температуры функционирования на уровне концов наиболее короткого в осевом направлении слоя гребня, которые имеют следствием возникновение и распространение трещин резины на уровне упомянутых концов. Та же самая проблема существует в случае кромок двух слоев подкрепляющих элементов, причем упомянутый другой слой не обязательно непосредственно примыкает к упомянутому первому слою в радиальном направлении.
Для того чтобы повысить стойкость и срок службы арматуры гребня пневматической шины рассматриваемого здесь типа, уже были предложены различные технические решения, относящиеся к структуре и качеству слоев подкрепляющих элементов и/или профилированных элементов, изготовленных из каучуковых смесей, которые располагаются между и/или вокруг концов этих слоев подкрепляющих элементов и, более конкретно, концов слоя, наиболее короткого в осевом направлении.
В патенте FR 1389428 для повышения устойчивости к повреждениям каучуковых смесей, располагающихся в непосредственной близости от кромок арматуры гребня, рекомендуется использовать в сочетании с беговой дорожкой протектора, обладающей малым гистерезисом, каучуковый профилированный элемент, покрывающий по меньшей мере боковые стороны и краевые зоны арматуры гребня и образованный каучуковой смесью с малым гистерезисом.
В патенте FR 2222232 для устранения разделения между слоями арматуры гребня рекомендуется покрывать концы этой арматуры буферным каучуковым слоем, для которого твердость по Шору А отличается от твердости по Шору А для беговой дорожки протектора, располагающейся поверх упомянутой арматуры гребня, и более высокой, чем твердость по Шору А для изготовленного из каучуковой смеси профилированного элемента, располагающегося между кромками слоев арматуры гребня и арматуры каркаса.
В патенте FR 2728510 предлагается располагать с одной стороны между арматурой каркаса и рабочим слоем арматуры гребня наиболее близким в радиальном направлении к оси вращения пневматической шины, сплошной в осевом направлении слой, сформированный из нерастяжимых металлических кордных тросиков, образующих с окружным направлением угол, составляющий по меньшей мере 60°, и ширина которого в осевом направлении по меньшей мере равна ширине в осевом направлении наиболее короткого рабочего слоя гребня, а с другой стороны между двумя рабочими слоями гребня дополнительный слой, образованный металлическими подкрепляющими элементами, ориентированными по существу параллельно окружному направлению.
Продолжительное движение в особенно тяжелых условиях сконструированных таким образом пневматических шин выявило определенные пределы стойкости и срока службы этих пневматических шин.
Для того чтобы устранить отмеченные выше недостатки и повысить стойкость и срок службы арматуры гребня этих пневматических шин, в патенте WO 99/24269 предложено с одной и с другой стороны от экваториальной плоскости и в непосредственном осевом продолжении дополнительного слоя подкрепляющих элементов, по существу параллельных окружному направлению, соединить на некотором протяжении в осевом направлении два рабочих слоя гребня, образованных подкрепляющими элементами, перекрещивающимися от одного слоя к другому, с последующим разъединением этих слоев при помощи изготовленных из каучуковой смеси профилированных элементов по меньшей мере на оставшейся части общей ширины двух упомянутых рабочих слоев.
Задача изобретения состоит в разработке пневматической шины для тяжелых транспортных средств типа "poids-lourds" с повышенной по сравнению с существующими пневматическими шинами стойкостью к износу.
Поставленная задача решается в соответствии с предлагаемым изобретением при помощи пневматической шины для тяжелых транспортных средств типа "poids-lourds", имеющей радиальную арматуру каркаса и содержащей арматуру гребня, сформированную из по меньшей мере двух рабочих слоев гребня, образованных нерастяжимыми подкрепляющими элементами, перекрещивающимися от одного слоя к другому, образуя с окружным направлением углы, имеющие величину в диапазоне от 10 до 45°, поверх которой в радиальном направлении располагается беговая дорожка протектора, соединенная с двумя бортами посредством двух боковин, и причем эта арматура гребня содержит по меньшей мере один слой окружных подкрепляющих элементов, имеющий осевую ширину, меньшую, чем осевая ширина по меньшей мере одного из рабочих слоев гребня, причем отношение осевой ширины по меньшей мере одного слоя окружных подкрепляющих элементов к осевой ширине беговой дорожки протектора имеет величину, превышающую 0,6 и предпочтительно превышающую 0,65, и отношение осевой ширины беговой дорожки протектора к максимальной осевой ширине пневматической шины превышает 0,89.
Более конкретно, предлагаемое изобретение относится к пневматической шине типа "poids-lourds", для которой отношение высоты на ободе Н к максимальной осевой ширине S, или коэффициент формы, имеет величину, превышающую 0,50.
Коэффициент вида Н/S представляет собой отношение высоты Н пневматической шины, установленной на ободе, к максимальной осевой ширине S этой пневматической шины в том случае, когда эта пневматическая шина установлена на свой эксплуатационный обод и накачана до своего номинального давления. Высота Н определяется как разность между максимальным радиусом беговой дорожки протектора и минимальным радиусом борта этой пневматической шины.
Различные значения осевой ширины слоев подкрепляющих элементов измеряются на поперечном разрезе пневматической шины, причем пневматическая шина при выполнении этих измерений не накачана.
Осевая ширина беговой дорожки протектора измеряется между двумя плечевыми концами в том случае, когда данная пневматическая шина установлена на свой эксплуатационный обод и накачана до своего номинального давления.
Плечевой конец определяется в плечевой зоне пневматической шины путем ортогональной проекции на наружную поверхность пневматической шины точки пересечения касательных к поверхностям наружного в осевом направлении конца беговой дорожки протектора (вершина рисунка протектора) с одной стороны и наружного в радиальном направлении конца боковины с другой стороны.
Окружные подкрепляющие элементы представляют собой подкрепляющие элементы, которые образуют с окружным направлением углы, имеющие величину в диапазоне от +2,5 до -2,5° относительно 0°.
Слой окружных подкрепляющих элементов в соответствии с предлагаемым изобретением предпочтительно представляет собой сплошной слой по всей своей осевой ширине.
В сравнении с обычной пневматической шиной того же размера пневматическая шина в соответствии с предлагаемым изобретением имеет более значительную осевую ширину беговой дорожки протектора, связанной со слоем окружных подкрепляющих элементов, ширина которого удовлетворяет упомянутому выше соотношению и который имеет, в частности, наивысший коэффициент полезного действия с точки срока службы до износа и улучшает характеристики стойкости пневматической шины.
Наличие в пневматической шине в соответствии с предлагаемым изобретением слоя окружных подкрепляющих элементов, ширина которого удовлетворяет приведенному выше соотношению, позволяет обеспечить, в частности, уменьшение напряжений сдвига между рабочими слоями гребня и улучшить тем самым характеристики стойкости и срока службы пневматической шины.
Кроме того, такой способ реализации позволяет повысить жесткость плечевых зон пневматической шины и, следовательно, способствовать уменьшению опасности неравномерного износа беговой дорожки протектора, которая возрастает в случае, когда коэффициент формы пневматических шин уменьшается.
В то же время, испытательные пробеги, выполнявшиеся с такими пневматическими шинами, удовлетворяющими критериям предлагаемого изобретения, показали, что окружные подкрепляющие элементы не имеют разрывов, в том числе и на концах слоя окружных подкрепляющих элементов.
В соответствии с предлагаемым изобретением предусматривается, что по меньшей мере один слой, образующий структуру гребня, представлен в радиальном направлении под "ребром" или рельефным рисунком протектора в основном продольной ориентации, наиболее наружным в осевом направлении. Такая реализация позволяет, как об этом уже было сказано выше, усилить жесткость рельефного рисунка протектора. Еще более предпочтительно упомянутый слой окружных подкрепляющих элементов выполнять в радиальном направлении под "ребром" или рельефным рисунком протектора в основном продольной ориентации наиболее наружным в осевом направлении.
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления предлагаемого изобретения различие между осевой шириной наиболее широкого в осевом направлении рабочего слоя гребня и осевой шириной наименее широкого в осевом направлении рабочего слоя гребня имеет величину в диапазоне от 10 до 30 мм.
Еще более предпочтительно наиболее широкий в осевом направлении рабочий слой гребня располагать в радиальном направлении изнутри по отношению к другим рабочим слоям гребня.
В соответствии с предпочтительным способом осуществления предлагаемого изобретения подкрепляющие элементы по меньшей мере одного слоя окружных подкрепляющих элементов представляют собой металлические подкрепляющие элементы, имеющие секущий модуль до относительного удлинения на уровне 0,7% в диапазоне от 10 до 120 ГПа и максимальный касательный модуль менее 150 ГПа.
В соответствии с предпочтительным вариантом выполнения секущий модуль подкрепляющих элементов до относительного удлинения на уровне 0,7% имеет величину менее 100 ГПа и превышающую 20 ГПа, предпочтительно заключенную в диапазоне от 30 до 90 ГПа и еще более предпочтительно менее 80 ГПа.
Также предпочтительно, чтобы максимальный касательный модуль подкрепляющих элементов имел величину менее 130 ГПа и еще более предпочтительно менее 120 ГПа.
Модули, описанные выше, измеряются на кривой напряжения растяжения в функции относительного удлинения, определяемого с предварительным напряжением на уровне 20 МПа, приведенного к поперечному сечению металла подкрепляющего элемента, причем растягивающее напряжение соответствует измеренному натяжению, приведенному к поперечному сечению металла подкрепляющего элемента.
Модули одних и тех же подкрепляющих элементов могут быть измерены на кривой напряжения растяжения в функции относительного удлинения, определенного с предварительным напряжением на уровне 10 МПа, приведенным к полному поперечному сечению данного подкрепляющего элемента, причем растягивающее напряжение соответствует измеренному натяжению, приведенному к полному поперечному сечению этого подкрепляющего элемента. Полное поперечное сечение подкрепляющего элемента представляет собой поперечное сечение композитного подкрепляющего элемента, образованного металлом и каучуком, причем каучук, в частности, проникает в подкрепляющий элемент в процессе осуществления фазы вулканизации пневматической шины.
В соответствии с этой формулировкой, относящейся к полному поперечному сечению подкрепляющего элемента, подкрепляющие элементы по меньшей мере одного слоя окружных подкрепляющих элементов представляют собой металлические подкрепляющие элементы, имеющие секущий модуль при относительном удлинении на уровне 0,7% в диапазоне от 5 до 60 ГПа и максимальный касательный модуль менее 75 ГПа.
В соответствии с предпочтительным вариантом выполнения секущий модуль подкрепляющих элементов при относительном удлинении на уровне 0,7% имеет величину менее 50 ГПа и превышающую 10 ГПа, предпочтительно заключенную в диапазоне от 15 до 45 Гпа, и еще более предпочтительно составляет менее 40 ГПа.
Также предпочтительно, чтобы максимальный касательный модуль подкрепляющих элементов имел величину менее 65 ГПа и еще более предпочтительно менее 60 ГПа.
В соответствии с предпочтительным способом осуществления подкрепляющие элементы по меньшей мере одного слоя окружных подкрепляющих элементов представляют собой металлические подкрепляющие элементы, характеризующиеся кривой растягивающего напряжения в функции относительного удлинения, имеющей небольшие наклоны для малых значений относительного удлинения и по существу постоянный и значительный наклон для больших значений относительного удлинения. Такие подкрепляющие элементы дополнительного слоя обычно называют "двухмодульными" элементами.
В соответствии с предпочтительным способом осуществления предлагаемого изобретения достаточно большой и по существу постоянный наклон упомянутой кривой проявляется, начиная с относительного удлинения, имеющего величину в диапазоне от 0,1 до 0,5%.
Упомянутые выше характеристики подкрепляющих элементов измеряются на подкрепляющих элементах, снятых с пневматических шин.
Подкрепляющие элементы, специальным образом приспособленные для реализации по меньшей мере одного слоя окружных подкрепляющих элементов в соответствии с предлагаемым изобретением, представляют собой, например, сборки, отвечающие формуле 21.23, конструкция которых может быть описана выражением вида 3×(0,26+6×0,23)4,4/6.6 SS. Такой кордный тросик с прядями состоит из 21 элементарной проволоки, причем эти проволоки соединены по формуле 3×(1+6) с 3-мя скрученными вместе прядями, каждая из которых состоит из 7 проволок, причем одна из этих проволок образует центральный сердечник и имеет диаметр, составляющий 26/100 мм, а 6 остальных проволок, намотанных на этот сердечник, имеют диаметр 23/100 мм. Такой кордный тросик представляет собой секущий модуль при относительном удлинении на уровне 0,7%, равный 45 ГПа, и максимальный касательный модуль, равный 98 ГПа, причем величины этих модулей измерены на кривой растягивающего напряжения в функции относительного удлинения, определяемого с предварительным напряжением на уровне 20 МПа, приведенным к поперечному сечению металла данного подкрепляющего элемента, и растягивающее напряжение соответствует измеренному натяжению, приведенному к поперечному сечению металла этого подкрепляющего элемента. На кривой растягивающего напряжения в функции относительного удлинения, определяемого с предварительным напряжением, составляющим 10 МПа, приведенным к полному поперечному сечению данного подкрепляющего элемента, причем растягивающее напряжение соответствует измеренному натяжению, приведенному к полному поперечному сечению подкрепляющего элемента, этот кордный тросик, отвечающий формуле 21.23, представляет собой секущий модуль при относительном удлинении на уровне 0,7%, равный 23 ГПа, и максимальный касательный модуль, равный 49 ГПа.
Аналогичным образом другой пример реализации подкрепляющих элементов представляет собой сборку, отвечающую формуле 21.28, конструкция которой может быть описана выражением вида 3×(0,32+6×0,28)6.2/9.3 SS. Этот кордный тросик представляет секущий модуль при относительном удлинении на уровне 0,7%, равный 56 ГПа, и максимальный касательный модуль, равный 102 ГПа, причем величины этих модулей измеряются на кривой растягивающего напряжения в функции относительного удлинения, определяемого с предварительным напряжением на уровне 20 МПа, приведенным к поперечному сечению металла данного подкрепляющего элемента, и растягивающее напряжение соответствует измеренному натяжению, приведенному к поперечному сечению металла этого подкрепляющего элемента. На кривой растягивающего напряжения в функции относительного удлинения, определяемого с предварительным напряжением на уровне 10 МПа, приведенным к полному поперечному сечению данного подкрепляющего элемента, причем растягивающее напряжение соответствует измеренному натяжению, приведенному к полному поперечному сечению этого подкрепляющего элемента, кордный тросик, отвечающий формуле 21.28, представляет собой секущий модуль при относительном удлинении на уровне 0,7%, равный 27 ГПа, и максимальный касательный модуль, равный 49 ГПа.
Использование таких подкрепляющих элементов в по меньшей мере одном слое окружных подкрепляющих элементов позволяет, в частности, сохранить удовлетворительную жесткость этого слоя, в том числе после этапов формования и вулканизации при осуществлении обычных способов изготовления пневматической шины.
В соответствии со вторым способом осуществления предлагаемого изобретения окружные подкрепляющие элементы могут быть образованы нерастяжимыми металлическими элементами, разрезанными таким образом, чтобы формировать участки, длина которых существенно меньше длины окружности наименее длинного слоя, но предпочтительно превышает 0,1 от упомянутой длины окружности, причем разрывы между этими участками смещены в осевом направлении друг относительно друга. Еще более предпочтительно выбирать модуль упругости на растяжение на единицу ширины упомянутого дополнительного слоя меньшим, чем модуль упругости на растяжение, измеренный в тех же условиях, для наиболее растяжимого рабочего слоя гребня. Такой способ реализации позволяет достаточно просто придать слою окружных подкрепляющих элементов значение модуля упругости, легко скорректируемое (путем выбора интервалов между упомянутыми участками одного и того же ряда), но которое во всех случаях является меньшим, чем значение модуля упругости для слоя, образованного теми же металлическими элементами, но сплошными, причем модуль упругости дополнительного слоя измеряется на вулканизированном слое разрезанных элементов, изъятом из пневматической шины.
В соответствии с третьим способом осуществления предлагаемого изобретения окружные подкрепляющие элементы представляют собой волнистые металлические подкрепляющие элементы, причем отношение а/λ амплитуды волнистости к длине волны имеет величину, не превышающую 0,09. Предпочтительно, чтобы модуль упругости на растяжение на единицу ширины дополнительного слоя имел величину, меньшую, чем величина модуля упругости на растяжение, измеренная в тех же самых условиях, для наиболее растяжимого рабочего слоя гребня.
Упомянутые металлические подкрепляющие элементы предпочтительно представляют собой кордные тросики, изготовленные из стали.
В соответствии с частным вариантом осуществления предлагаемого изобретения по меньшей мере один слой окружных подкрепляющих элементов располагается в радиальном направлении между двумя рабочими слоями гребня.
В соответствии с этим вариантом реализации располагающийся таким образом слой окружных подкрепляющих элементов позволяет более существенным образом ограничить сжатие подкрепляющих элементов арматуры каркаса, чем подобный слой, размещенный в радиальном направлении снаружи от рабочих слоев. Этот слой предпочтительно отделить в радиальном направлении от арматуры каркаса при помощи по меньшей мере одного рабочего слоя гребня таким образом, чтобы ограничить механические напряжения упомянутых подкрепляющих элементов и не создавать в них чрезмерных усталостных напряжений.
Еще более предпочтительно в случае использования слоя окружных подкрепляющих элементов, располагающегося в радиальном направлении между двумя рабочими слоями гребня, чтобы значения осевой ширины рабочих слоев гребня, примыкающих в радиальном направлении к слою окружных подкрепляющих элементов, превышали осевую ширину этого слоя окружных подкрепляющих элементов, и упомянутые рабочие слои гребня, примыкающие к слою окружных подкрепляющих элементов, были соединены по одну и по другую стороны от экваториальной плоскости и в непосредственном осевом продолжении упомянутого слоя окружных подкрепляющих элементов между собой на некоторой осевой ширине с последующим разъединением при помощи изготовленных из каучуковой смеси профилированных элементов по меньшей мере на оставшейся части общей ширины двух упомянутых рабочих слоев.
Наличие таких соединений между рабочими слоями гребня, примыкающими к слою окружных подкрепляющих элементов, дополнительно позволяет уменьшить механические напряжения растяжения, воздействующие на наиболее наружные в осевом направлении окружные подкрепляющие элементы, располагающиеся наиболее близко к упомянутому соединению.
Толщина каучуковых профилированных элементов, обеспечивающих разъединение рабочих слоев гребня, измеренная над концами наименее широкого рабочего слоя гребня, будет составлять по меньшей мере два миллиметра и предпочтительно будет иметь величину, превышающую 2,5 мм.
В данном случае под выражением "соединенные слои" следует понимать слои, соответствующие подкрепляющие элементы которых отделены друг от друга в радиальном направлении на расстояние, не превышающее 1,5 мм, причем упомянутая толщина каучука измеряется в радиальном направлении между соответствующими образующими верхней и нижней упомянутых слоев подкрепляющих элементов.
Для уменьшения растягивающих напряжений, воздействующих на наиболее наружные в осевом направлении окружные подкрепляющие элементы, в предлагаемом изобретении предусматривается, что угол, образованный подкрепляющими элементами рабочих слоев гребня с окружным направлением, имеет величину менее 30° и предпочтительно менее 25°.
В соответствии с другим предпочтительным вариантом осуществления изобретения рабочие слои гребня содержат подкрепляющие элементы, перекрещивающиеся от одного слоя к другому и образующие с окружным направлением переменные углы вдоль осевого направления, причем упомянутые углы имеют более высокие значения на наружных в осевом направлении краях слоев подкрепляющих элементов по сравнению со значениями этих углов для упомянутых элементов, измеренными на уровне средней окружной плоскости. Такой вариант осуществления предлагаемого изобретения позволяет увеличить окружную жесткость в некоторых зонах и уменьшить эту жесткость в других зонах, в частности, для уменьшения напряжений сжатия арматуры каркаса.
Согласно одному предпочтительному варианту осуществления предлагаемого изобретения предусматривается также, что арматура гребня дополняется снаружи в радиальном направлении по меньшей мере одним дополнительным так называемым защитным слоем, сформированным из так называемых эластичных подкрепляющих элементов, ориентированных по отношению к окружному направлению под углом, имеющим величину в диапазоне от 10 до 45°, и того же направления, что и угол, образованный нерастяжимыми подкрепляющими элементами того рабочего слоя гребня, который примыкает в радиальном направлении к этому защитному слою.
Упомянутый защитный слой может иметь осевую ширину, меньшую, чем осевая ширина наименее широкого рабочего слоя гребня. Упомянутый защитный слой также может иметь осевую ширину, превышающую осевую ширину наименее широкого рабочего слоя гребня, так чтобы этот защитный слой перекрывал кромки наименее широкого рабочего слоя гребня, и, в случае, когда наименее широким рабочим слоем гребня является верхний в радиальном направлении рабочий слой, так чтобы указанный защитный слой был соединен в осевом продолжении дополнительной арматуры с наиболее широким рабочим слоем гребня на некоторой осевой ширине с возможностью последующего разъединения снаружи в осевом направлении с упомянутым наиболее широким рабочим слоем гребня при помощи каучуковых профилированных элементов, имеющих толщину, по меньшей мере равную 2 мм. Защитный слой, образованный эластичными подкрепляющими элементами, в упомянутом выше случае может быть, с одной стороны, и в случае необходимости, отсоединен от краев упомянутого наименее широкого рабочего слоя гребня при помощи каучуковых профилированных элементов, имеющих толщину, по существу меньшую, чем толщина каучуковых профилированных элементов, разделяющих края двух рабочих слоев гребня, а с другой стороны, может иметь осевую ширину, меньшую или превышающую осевую ширину наиболее широкого рабочего слоя гребня.
В соответствии с любым из упомянутых выше способов осуществления предлагаемого изобретения арматура гребня может быть дополнена изнутри в радиальном направлении и между арматурой каркаса и внутренним в радиальном направлении рабочим слоем гребня, наиболее близким к упомянутой арматуре каркаса, так называемым триангуляционным слоем, сформированным из изготовленных из стали металлических нерастяжимых подкрепляющих элементов, образующих с окружным направлением угол, величина которого превышает 60° и который имеет то же направление, что и направление угла, образованного с окружным направлением подкрепляющими элементами слоя гребня, наиболее близкого в радиальном направлении к арматуре каркаса.
В дальнейшем изобретение поясняется описанием вариантов его осуществления со ссылками на фигуры прилагаемых чертежей, в числе которых:
Фиг.1 представляет собой схематический вид в продольном разрезе пневматической шины в соответствии с одним из способов осуществления предлагаемого изобретения,
Фиг.2 представляет собой схематический вид в продольном разрезе пневматической шины в соответствии со вторым способом осуществления предлагаемого изобретения,
Фиг.3 представляет собой схематический вид в продольном разрезе пневматической шины в соответствии с третьим способом осуществления предлагаемого изобретения,
Фиг.4 представляет собой схематический вид в продольном разрезе пневматической шины в соответствии с четвертым способом осуществления предлагаемого изобретения,
Фиг.5 представляет собой схематический вид пневматической шины в продольном разрезе, иллюстрирующий определение плечевого конца.
Для упрощения понимания приведенных чертежей на фигурах представлена пневматическая шина в масштабе, отличающемся от реального. На этих фигурах представлена только половина вида пневматической шины в разрезе, которая продолжается симметрично по отношению к оси ХХ', представляющей среднюю окружную плоскость или экваториальную плоскость этой пневматической шины.
На фиг.1 представлена пневматическая шина 1 типоразмера 315/70 R 22.5 Х, имеющая коэффициент формы Н/S, равный 0,70, причем здесь Н обозначает высоту пневматической шины 1 на своем монтажном ободе и S обозначает максимальную осевую ширину этой пневматической шины. Пневматическая шина 1 содержит радиальную арматуру каркаса 2, закрепленную в двух бортах, не показанных на рассматриваемой фигуре. Арматура каркаса образована одним единственным слоем металлических кордных тросиков. Эта арматура каркаса 2 скреплена при помощи арматуры гребня 4, образованной в радиальном направлении изнутри наружу:
- первым рабочим слоем 41, сформированным из металлических нерастяжимых и не скрепленных кордных тросиков, отвечающих формуле 11.35, сплошных на всей ширине этого слоя и ориентированных под углом, равным 22°,
- слоем окружных подкрепляющих элементов 42, сформированным изготовленными из стали так называемыми "двухмодульными" металлическими кордными тросиками, отвечающими формуле 21×23,
- вторым рабочим слоем 43, сформированным из металлических нерастяжимых и нескрепленных кордных тросиков, отвечающих формуле 11.35, сплошных на всей ширине этого слоя, ориентированных под углом, равным 26°, и перекрещивающихся с металлическими кордными тросиками упомянутого слоя 41,
- защитным слоем 44, сформированным из эластичных металлических кордных тросиков, отвечающих формуле 18×23.
Поверх этой арматуры гребня располагается беговая дорожка протектора 5.
Осевая ширина L41 первого рабочего слоя 41 гребня составляет 270 мм, что для пневматической шины обычной формы по существу меньше ширины L беговой дорожки протектора, которая в рассматриваемом здесь случае составляет 292 мм.
Осевая ширина L43 второго рабочего слоя 43 гребня составляет 250 мм. Различие между значениями ширины L41 и L43 составляет 20 мм и, следовательно, заключено в диапазоне от 10 до 30 мм в соответствии с предлагаемым изобретением.
Что касается полной осевой ширины L42 слоя окружных подкрепляющих элементов 42, то она составляет 210 мм. Отношение ширины L42 к ширине беговой дорожки протектора равно 0,72 и, следовательно, определенно превышает 0,6.
Последний так называемый защитный слой гребня 44 имеет ширину L44, составляющую 210 мм.
В соответствии с предлагаемым изобретением на всей ширине слоя подкрепляющих элементов 42 совокупность слоев арматуры гребня представляет квази-бесконечный радиус кривизны. В соответствии с этой конфигурацией подкрепляющие элементы, ориентированные в окружном направлении, оказываются более стойкими к разрыву, в частности, на их наружных в осевом направлении концах.
Представленная на фиг.2 пневматическая шина 1 отличается от пневматической шины, представленной на фиг.1, тем, что два рабочих слоя 41 и 43 гребня, с каждой стороны от экваториальной плоскости и на продолжении в осевом направлении слоя окружных подкрепляющих элементов 42, соединены между собой на некоторой осевой ширине I, при этом кордные тросики первого рабочего слоя 41 и кордные тросики второго рабочего слоя 43 на осевой ширине соединения I двух этих слоев отделены друг от друга в радиальном направлении слоем каучука, толщина которого является минимальной и соответствует двойной толщине каучукового слоя каландрирования скрепленных металлических кордных тросиков, отвечающих формуле 27.23, из которых сформирован каждый рабочий слой 41, 43, то есть равна 0,8 мм. На оставшейся общей ширине двух рабочих слоев два рабочих слоя 41, 43 гребня отделены друг от друга при помощи каучукового профилированного элемента, не представленного на рассматриваемой здесь фигуре, причем толщина этого профилированного элемента является возрастающей в направлении от осевого конца зоны соединения к концу наименее широкого рабочего слоя. Этот профилированный элемент предпочтительным образом имеет ширину, достаточную для того, чтобы перекрыть в радиальном направлении конец наиболее широкого рабочего слоя гребня 41, который в рассматриваемом здесь случае представляет собой рабочий слой, наиболее близкий в радиальном направлении к арматуре каркаса.
Представленная на фиг.3 пневматическая шина 1 отличается от пневматической шины, представленной на фиг.1, тем, что она содержит дополнительный так называемый триангуляционный слой 45 подкрепляющих элементов, имеющий ширину, по существу равную ширине рабочего слоя 43. Подкрепляющие элементы этого триангуляционного слоя 45 образуют с окружным направлением угол, составляющий примерно 60°, и ориентированы в том же направлении, что и подкрепляющие элементы рабочего слоя 41. Этот слой 45 позволяет, в частности, способствовать восприятию усилий поперечного сжатия, которые являются объектом совокупности подкрепляющих элементов в зоне гребня пневматической шины.
Представленная на фиг.4 пневматическая шина 1 отличается от пневматической шины, представленной на фиг.1, тем, что слой окружных подкрепляющих элементов является наружным в радиальном направлении по отношению к рабочим слоям 41 и 43 гребня и, следовательно, примыкает в радиальном направлении к рабочему слою 43, наиболее узкому в осевом направлении.
На фиг.5 представлен схематический вид в продольном разрезе пневматической шины 1, на котором показана первая касательная 7 к поверхности наружного в осевом направлении конца беговой дорожки протектора 8. При этом поверхность беговой дорожки протектора определяется наружной в радиальном направлении поверхностью или вершиной рельефного рисунка протектора, не показанного на приведенных в приложении фигурах. Вторая касательная 9 к поверхности наружного в радиальном направлении конца боковины 10 пересекает упомянутую первую касательную 7 в точке 11. Ортогональная проекция этой точки на наружную поверхность пневматической шины определяет конец плечевой зоны 6 пневматической шины.
Осевая ширина L беговой дорожки протектора измеряется таким образом между двумя концами упомянутых плечевых зон 6.
На фиг.5 также представлено измерение толщины блока гребня на конце плечевой зоны 6, определяемое длиной 12 ортогональной проекции 13 конца плечевой зоны 6 на наиболее внутренний в радиальном направлении слой каучуковой смеси 14 пневматической шины.
На фиг.5 также представлено измерение толщины блока гребня в средней окружной плоскости ХХ', определяемое как расстояние 15 вдоль радиального направления между касательной к вершине беговой дорожки протектора 8 в средней окружной плоскости и касательной к наиболее внутреннему в радиальном направлении слою каучуковой смеси 14 этой пневматической шины в средней окружной плоскости.
Были осуществлены сравнительные испытания с использованием пневматической шины, реализованной в соответствии с предлагаемым изобретением в конфигурации, представленной на фиг.1, и идентичной эталонной пневматической шине, но реализованной в соответствии с обычной конфигурацией.
Эта обычная пневматическая шина, в частности, не содержит располагающегося между рабочими слоями гребня промежуточного слоя окружных подкрепляющих элементов, подкрепляющие элементы которого ориентированы под углом, составляющим 18°, причем ширина беговой дорожки протектора этой пневматической шины составляет 262 мм.
Первые испытания стойкости пневматической шины были осуществлены путем оснащения идентичных транспортных средств каждой из упомянутых пневматических шин и выполнения пробегов каждым из этих транспортных средств по прямой линии, причем упомянутые пневматические шины подвергались воздействию нагрузок, превышающих номинальную для них нагрузку, для ускорения темпа испытаний этого типа.
Транспортные средства были связаны с нагрузкой на каждую пневматическую шину на уровне 4000 кг в начале пробега, причем величина нагрузки изменялась до достижения величины 4750 кг к концу пробега.
Выполненные таким образом испытания показали, что транспортное средство, оснащенное пневматическими шинами в соответствии с предлагаемым изобретением, выдержало пробег, протяженность которого на 42% превышает протяженность пробега эталонного транспортного средства. Таким образом оказывается, что пневматические шины в соответствии с предлагаемым изобретением обладают более высокими характеристиками, чем эталонные пневматические шины, притом что они подвергались воздействию более высоких нагрузок.
Были осуществлены также другие тестовые проверки, выполнявшиеся на испытательной машине, задающей нагрузку для пневматической шины и угол сноса. Такие испытания были выполнены для пневматических шин в соответствии с предлагаемым изобретением при использовании нагрузок и углов сноса, аналогичных нагрузкам и углам сноса, использованным при испытаниях эталонных пневматических шин.
Полученные в этих испытаниях результаты демонстрируют выигрыш в протяженности пробега пневматических шин в соответствии с предлагаемым изобретением на уровне более 40% по сравнению с протяженностью пробега для эталонных пневматических шин.
1. Пневматическая шина с радиальной арматурой каркаса, содержащая арматуру гребня, образованную по меньшей мере двумя рабочими слоями гребня, сформированными из нерастяжимых подкрепляющих элементов, перекрещивающихся от одного слоя к другому, образуя с окружным направлением углы, имеющие величину в диапазоне от 10 до 45°, поверх которой в радиальном направлении располагается беговая дорожка протектора, соединенная с двумя бортами посредством двух боковин, причем упомянутая арматура гребня содержит по меньшей мере один слой окружных подкрепляющих элементов, имеющий осевую ширину, меньшую, чем осевая ширина по меньшей мере одного из рабочих слоев гребня, отличающаяся тем, что отношение осевой ширины по меньшей мере одного слоя окружных подкрепляющих элементов к осевой ширине беговой дорожки протектора имеет величину, превышающую 0,6 и предпочтительно превышающую 0,65, причем отношение осевой ширины беговой дорожки протектора к максимальной осевой ширине этой пневматической шины имеет величину, превышающую 0,89.
2. Пневматическая шина по п.1, отличающаяся тем, что коэффициент вида H/S имеет величину, превышающую 0,50.
3. Пневматическая шина по одному из пп.1 или 2, отличающаяся тем, что различие между осевой шириной наиболее широкого в осевом направлении рабочего слоя гребня и осевой шириной наименее широкого в осевом направлении рабочего слоя гребня имеет величину в диапазоне от 10 до 30 мм.
4. Пневматическая шина по п.1, отличающаяся тем, что наиболее широкий в осевом направлении рабочий слой гребня располагается изнутри по отношению к другим рабочим слоям гребня.
5. Пневматическая шина по п.1, отличающаяся тем, что по меньшей мере один слой окружных подкрепляющих элементов располагается в радиальном направлении между двумя рабочими слоями гребня.
6. Пневматическая шина по п.1, отличающаяся тем, что подкрепляющие элементы по меньшей мере одного слоя окружных подкрепляющих элементов представляют собой металлические подкрепляющие элементы, имеющие секущий модуль до относительного удлинения на уровне 0,7% в диапазоне от 10 до 120 ГПа и максимальный касательный модуль менее 150 ГПа.
7. Пневматическая шина по п.6, отличающаяся тем, что секущий модуль подкрепляющих элементов до относительного удлинения на уровне 0,7% имеет величину менее 100 ГПа, предпочтительно превышает 20 ГПа и еще более предпочтительно имеет величину в диапазоне от 30 до 90 ГПа.
8. Пневматическая шина по одному из пп.6 или 7, отличающаяся тем, что максимальный касательный модуль подкрепляющих элементов имеет величину менее 130 ГПа и предпочтительно менее 120 ГПа.
9. Пневматическая шина по п.1, отличающаяся тем, что подкрепляющие элементы по меньшей мере одного слоя окружных подкрепляющих элементов представляют собой металлические подкрепляющие элементы, характеризующиеся кривой растягивающего напряжения в функции относительного удлинения, имеющей небольшие наклоны для малых значений относительного удлинения и, по существу, постоянный и большой наклон для более высоких значений относительного удлинения.
10. Пневматическая шина по п.1, отличающаяся тем, что подкрепляющие элементы по меньшей мере одного слоя окружных подкрепляющих элементов представляют собой металлические подкрепляющие элементы, разрезанные таким образом, чтобы сформировать участки, длина которых меньше длины окружности наименее протяженного слоя, но превышает 0,1 упомянутой длины окружности, причем разрывы между упомянутыми участками смещены в осевом направлении относительно друг друга, и модуль упругости на растяжение на единицу ширины упомянутого дополнительного слоя предпочтительно имеет величину, меньшую, чем величина модуля упругости на растяжение, измеренная в тех же условиях, для наиболее растяжимого рабочего слоя гребня.
11. Пневматическая шина по п.1, отличающаяся тем, что подкрепляющие элементы по меньшей мере одного слоя окружных подкрепляющих элементов представляют собой волнистые металлические подкрепляющие элементы, причем отношение а/λ, амплитуды волнистости а к длине волны λ имеет величину, не превышающую 0,09, и модуль упругости на растяжение на единицу ширины упомянутого дополнительного слоя предпочтительно имеет величину, меньшую, чем величина модуля упругости на растяжение, измеренная в тех же самых условиях, для наиболее растяжимого рабочего слоя гребня.
12. Пневматическая шина по п.5, в которой по меньшей мере один слой окружных подкрепляющих элементов располагается в радиальном направлении между двумя рабочими слоями гребня, при этом значения осевой ширины рабочих слоев гребня, примыкающих в радиальном направлении к упомянутому слою окружных подкрепляющих элементов, превышают значение осевой ширины этого слоя окружных подкрепляющих элементов.
13. Пневматическая шина по п.12, отличающаяся тем, что рабочие слои гребня, примыкающие к слою окружных подкрепляющих элементов, соединены между собой по одну и по другую стороны от экваториальной плоскости и в непосредственном осевом продолжении этого слоя окружных подкрепляющих элементов, на некоторой осевой ширине, с возможностью разъединения при помощи изготовленных из каучуковой смеси профилированных элементов на по меньшей мере оставшейся части общей ширины упомянутых рабочих слоев гребня.
14. Пневматическая шина по п.1, отличающаяся тем, что угол, образованный подкрепляющими элементами рабочих слоев гребня с окружным направлением, имеет величину менее 30° и предпочтительно менее 25°.
15. Пневматическая шина по п.1, отличающаяся тем, что рабочие слои гребня содержат подкрепляющие элементы, перекрещивающиеся от одного слоя к другому и образующие с окружным направлением переменные углы вдоль осевого направления.
16. Пневматическая шина по п.1, отличающаяся тем, что арматура гребня укомплектована снаружи в радиальном направлении по меньшей мере одним дополнительным так называемым защитным слоем, сформированным из так называемых эластичных подкрепляющих элементов, ориентированных по отношению к окружному направлению под углом, имеющим величину в диапазоне от 10 до 45° и то же направление, что и угол, образованный нерастяжимыми подкрепляющими элементами того рабочего слоя гребня, который примыкает в радиальном направлении к этому защитному слою.
17. Пневматическая шина по п.1, отличающаяся тем, что арматура гребня дополнительно содержит так называемый триангуляционный слой, сформированный из металлических нерастяжимых подкрепляющих элементов, образующих с окружным направлением углы, величина которых превышает 60°.
