ВЕЗДЕХОДНАЯ ШИНА СВЕРХНИЗКОГО ДАВЛЕНИЯ

Техническое решение относится к шинам транспортных средств, прежде всего к надувным пневматическим шинам, и в частности, к шинам сверхнизкого давления, отличающимся поперечным сечением, конструкцией каркасов и боковин, а также формой плеча покрышки между протектором и боковиной. Такие шины предназначены для использования на вездеходных транспортных средствах, передвигающихся по бездорожью и грунтам с малой несущей способностью.
Давно известна монолитная бескамерная шина сверхнизкого давления по RU 115198 предназначенная для достижения высокой проходимости и тяговых свойств на мягких и увлажненных поверхностях. Для этого она выполнена в форме арки, но из-за относительно жесткого каркаса и высокого протектора имеет большую массу, к тому же, регулирование давления проблематично из-за низко расположенных бортов. Аналогичное назначение и форму профиля имеют шины по US 2868262 и 3283800.
Широко известны шины низкого и сверхнизкого давления (см., например, стр. 176, 177 Шины и колеса В.И. Кнороз, Е.В. Кленников. - М.: Машиностроение, 1975. - 184 с. и стр. 12, 41-43 Работа автомобильной шины под ред. В.И. Кнороза, М.: «Транспорт», 1976. - 238 с). Они обладают приемлемой грузоподъемностью, однако, неоптимальные размеры и форма их профиля, малая эластичность и высокое, более 0,5 кгс/см, внутреннее давление приводит к снижению проходимости по грунтам с низкой несущей способностью из-за чрезмерного внедрения в грунт.
Существуют конструкции, позволяющие изменять как форму профиля, так и внешние геометрические размеры шины.
Так конструкция колеса транспортного средства по RU 12549 имеет варьируемые геометрические параметры. Оно содержит две части раздвижного обода, два диска - внешний и внутренний, шину и вал. Внешний диск подвижен, а внутренний неподвижен, в центральной части колеса соосно с валом установлен пневмобаллон, закрепленный внешним бортом во фланце шлицевой втулки, охватывающей шлицевый вал, а внутренним - в части подвижного обода. Пневмобаллон сообщен через гибкий трубопровод с пневмосистемой машины, причем части раздвижного обода герметично соединены между собой посредством гофра, а во внутреннем неподвижном диске установлен сапун, выравнивающий давление во внутренней полости колеса. Такая конструкция хотя и позволяет изменять геометрические параметры шины, но сложна и малонадежна. К тому же подобного технического результата можно добиться регулированием внутреннего давления в шине.
Форма профиля шины, прежде всего соотношение основных его размеров, наряду с конструкцией каркаса, боковин и бортов играет определяющую роль для повышения ее грузоподъемности при заданных параметрах эластичности и надежности.
Шина в форме сферы по US 1394328 плохо приспособлена для движения по твердым опорным поверхностям из-за малой площади пятна контакта.
Пневмокатки по US 3024830, 3997018 и GB 943884 в силу особенностей конструкции и условий эксплуатации имеют очень широкий профиль с плоской беговой поверхностью. Это позволяет получить минимальное давление на грунт при достаточной грузоподъемности, однако, затрудняет маневрирование и приводит к чрезмерному износу плечевых зон шины.
Предельно малый раствор бортов в шине по US 3486547 и закругленные края посадочных полок колесного диска обеспечивают значительную податливость боковин при увеличении нагрузки. Подобная конструкция, повышающая грузоподъемность, использована и в шине по US 4253512 с поддерживающими боковинами.
Шина в форме эллипса US 4077452 имеет усиленную конструкцию боковин.
Бескордная бескамерная шина низкого давления по JP 85550822 выполненная в форме классического тора обладает достаточной эластичностью, что повышает ее сцепные свойства на слабонесущих поверхностях, однако ее прочность и грузоподъемность невелики.
В шине высокого давления по EP 0064172 (A2) форма профиля оптимизирована за счет выбора соотношений его размеров.
Шина по IT 9036086 (U1) имеет изменяемое пятно контакта и способна двигаться по различным поверхностям, подстраиваясь под конкретные условия, однако ее установка на специальном диске ограничивает область ее применения и снижает функциональность.
В US 5630893 профиль шины выполнен с большой кривизной беговой дорожки, плавно переходящей в низкую боковину и широкими, жесткими бортами.
А профиль шины по US 6938657 способен выдерживать нагрузку при низком или отсутствующим давлении.
Шина транспортного средства повышенной проходимости по КДЛ 119684, содержит рабочую поверхность, выполненную в виде центральной и двух симметричных периферийных плечевых зон, причем в центральной зоне расположена направляющая беговая дорожка. Направляющая беговая дорожка выполнена эластичной, а плечевые зоны имеют криволинейные зоны с толщиной, в 1,2-5 раз большей, чем центральная зона. При этом периферийные плечевые зоны имеют сферическую форму.
2
2
2
2
Пневматическая шина по RU 19279, содержит боковые стенки, беговую часть с протектором и борта. Отношение ее массы к внутреннему объему составляет 35-80 кг/м, а геометрические параметры определены следующим соотношением: отношение массы шины к площади 8 ее условной наружной поверхности, определяемой как: S=1,57(Д-d+2ВД), составляет 4,0-11,0 кг/м, где S - площадь условной наружной поверхности шины, м; Д - наружный диаметр шины, м; В - ширина профиля шины, м; d - посадочный диаметр бортов шины, м.
Пневматическая шина снегоболотохода по RU 50470, имеет ширину профиля равную или меньшую его высоте. В данном случае шина выполнена из обрезиненного корда с количеством слоев от одного до четырех, при этом слои завернуты на бортовые кольца, а по внутренней поверхности каркаса имеются углубления, повторяющие конфигурацию и расположение элементов рисунка протектора. Такое выполнение внутренней поверхности каркаса шины усложняют технологию ее изготовления, а переменная высота грунтозацепов увеличивает сопротивление качению.
Низкопрофильная сверхнизкого давления диагональная пневматическая шина по RU 74857, отношение ширины профиля которой к его высоте равно 0,596 при номинальном внутреннем давлении 0,5-0,6 МПа, состоит из протектора с грунтозацепами и каркаса, выполненного из обрезиненного корда, боковин, слои корда в которых завернуты на бортовые кольца. В корде каркаса и боковин использован капроновый корд, между слоями каркаса размещена резиновая прослойка. Это способствует сохранению формоудержания шины при падении давления ниже заданного и сохранению несущей способности шины, однако приводит к значительному внедрению движителя в грунт, что снижает проходимость и ухудшает его экологичность.
Ширина B бескамерной пневматической шины по RU 2005083 превышает высоту ее профиля H. Она содержит борта с каркасными кольцами, боковые стенки и беговую часть с каркасом из корда, завернутого на каркасные кольца. Толщина боковых стенок и беговой части шины выполнена постоянной и составляет 0,010-0,015 высоты профиля ширины H. Корд выполнен капроновым, уложен двумя перекрещивающимися слоями и имеет модуль угла наклона нитей каждого слоя 45-60° к меридиональному направлению. Благодаря такому выполнению достигается очень высокая эластичность шины в зоне беговой части и боковых стенок обеспечивающая равномерное распределение удельных давлений в зоне контакта шины с опорной поверхностью при внутреннем давлении воздуха 0,03 МПа. Это повышает проходимость, снижает сопротивление качению и исключает разрушающее воздействие шины на грунты с низкой несущей способностью.
Пневматическая шина по RU 2042530 ширина профиля которой превышает его высоту, а центральная часть беговой дорожки выполнена в виде формы, приближенной к цилиндрической образующей, параллельной оси вращения шины, содержит борта с каркасными кольцами, боковые стенки и беговую часть с каркасом из корда, завернутого на упомянутые каркасные кольца и протектор. Ее корд выполнен двухслойным с углом наклона нитей в каждом из слоев 45-60° к меридианальному направлению шины, расположенных между собой перекрестно, а каркас в беговой части шины и в зоне боковин выполнен толщиной 0,003-0,080 высоты профиля шины. Данная шина не оказывает разрушающего воздействия на поверхность перемещения, но при этом имеет недостаточные грузоподъемность и тяговые возможности на слабонесущих грунтах.
Толщина оболочки шины полноприводного вездехода по RU 2466877, содержащей оснащенную каркасом оболочку, составляет 0,007-0,030 высоты профиля шины.
Шина вездехода по RU 2467882, имеет номинальное внутреннее давление 0,005-0,070 МПа. Она содержит протектор и выполненный из обрезиненного корда каркас, боковины, слои корда которых завернуты на бортовые кольца. Отношение высоты профиля шины к его ширине лежит в пределах от 0,45 до 0,7.
Пневматическая шина вездеходного транспортного средства по RU 104517, содержит каркас, выполненный из обрезиненного корда, беговую часть с протектором, борта для закрепления на ободе колеса, боковую часть, расположенную между беговой частью и бортами, при этом ширина профиля шины превышает высоту профиля шины, при номинальном внутреннем давлении. Отношение массы шины к ее внутреннему объему составляет 30-120 кг/м3, толщина стенок беговой части и боковой части составляет 0,004-0,03 высоты профиля шины, а высота выступов составляет 0,012-0,075 высоты профиля шины.
Шина сверхнизкого давления по RU 124632, содержит борта с каркасными кольцами, боковые стенки и беговую часть с протектором, имеющие каркас из корда, завернутый на упомянутые каркасные кольца. Она снабжена одним или двумя слоями, расположенными между протектором и каркасом. Слой располагается по всей ширине профиля с напуском на боковые стенки на величину 0,1-0,5 высоты профиля, а нити корда в слое выполнены из крученого синтетического полиамидного волокна.
Хотя приведены многочисленные варианты форм и конструкций профилей шин низкого и сверхнизкого давления, нет оптимальной формы и конструкции, при которой повышена грузоподъемность вездеходной шины сверхнизкого давления при сохранении ее эластичности.
3
Пневматическая шина по RU 2122504 содержит боковые стенки, борта и беговую часть b с протектором. Ширина B ее профиля, превышает высоту H, при этом отношение массы шины к ее внутреннему объему составляет 45-80 кг/м, а толщина a боковых стенок и толщина k беговой части b шины равны соответственно:
а
=(0,0025-0,0050)D
а
k=(1,5-2,0),
а
причем радиальный прогиб шины под действием ее собственного веса и веса колеса соответствующего транспортного средства при отсутствии в шине избыточного внутреннего давления составляет 0,15-0,45 от высоты H профиля шины, где  - толщина боковой стенки шины в самом широком месте профиля, м; k - толщина беговой части на экваторе шины до основания выступов рисунка протектора, м. D - наружный диаметр шины, м. Выполнение профиля и толщин оболочки с вышеуказанными соотношениями позволило добиться высокой эластичности данной шины, что, несомненно, повысило ее сцепные свойства на слабых грунтах, при эксплуатации на транспортных средствах малой и средней грузоподъемности. Однако при применении на транспортных средствах большей грузоподъемности ее эксплуатационные возможности ограничены.
Задача - улучшить эксплуатационные качества вездеходной шины сверхнизкого давления.
Улучшение эксплуатационных качеств вездеходной шины сверхнизкого давления обеспечено рациональной конструкцией ее профиля.
Для этого в вездеходной шине сверхнизкого давления, содержащей каркас из обрезиненного корда, с протектором, боковинами и бортами, на кольца которых завернуты слои корда, контур части боковины, плечевой зоны и боковой части беговой дорожки протектора шины образован дугой окружности радиусом R=(0,2…0,45)B, при этом она оснащена, как минимум, двумя слоями корда каркаса, где B - ширина профиля шины.
Образование контура части боковины, плечевой зоны и боковой части беговой дорожки протектора шины дугой окружности радиусом R=(0,2…0,45)В, при том, что она оснащена, как минимум, двумя слоями корда каркаса, позволило достичь технического результата, а именно, повысить грузоподъемность вездеходной шины сверхнизкого давления при сохранении ее эластичности, поскольку, при таком выполнении получена равновесная конструкция профиля, что повышает прочность каркаса, тем самым увеличивая грузоподъемность в соответствующих условиях эксплуатации шины.
Выполнение контура дугой окружности менее R=0,2B, в данной конструкции, нерационально из-за чрезмерного увеличения напряжений в плечевой зоне каркаса, а превышение R=0,45B значительно сократит площадь беговой дорожки контактирующей с дорожной поверхностью при максимальном внутреннем давлении.
Тому же способствует то, что стрела дуги протектора h=(0,06…0,14)B, при ширине беговой дорожки b=(0,7…1)В, и растворе бортов C=(0,65…1)B.
1
2
3
Выполнение толщины оболочки переменной: в зоне бортов составляющей a=(0,03…0,045)В, в зоне боковины a=(0,01…0,018)B и толщине подканавочного слоя протектора a=(0,012…0,015)B, также способствует повышению грузоподъемности.
Усиливающие пояски, выполненные на боковине, расположенные на расстоянии (0,3…0,7)H от верхней точки протектора и на уровне линии максимальной ширины профиля соответственно, где H - высота профиля шины, дополнительно повышают прочность оболочки в процессе эксплуатации, где H - высота профиля шины.
Центрирующие риски размещенные на боковине между усиливающими поясками, и в зоне усиления позволяют точнее позиционировать шину на ободе колеса. К тому же пояски и центрирующие риски препятствуют образованию трещин и дефектов недопрессовки при вулканизации шины, что увеличивает ее прочность и надежность.
1
Выполнение основания борта с углом наклона к линии максимальной ширины профиля равным 0…+/-15°, при ширине А основания борта составляющим 2a позволяет эффективнее герметизировать стык при монтаже шины на обод колеса.
Изображено на:
Фиг. 1 - Профиль шины;
Фиг. 2 - Фрагмент боковины и плечевой зоны шины;
Фиг. 3 - Фрагмент борта шины;
Фиг. 4 - Шина вид 3/4;
Вездеходная шина сверхнизкого давления, содержит каркас 1 (см. Фиг. 1) из обрезиненного корда 2, с протектором 3, боковинами 4 и бортами 5, на кольца 6 которых завернуты слои корда 2. Контур части 7 боковины 4, плечевой зоны 8 и боковой части 9 беговой дорожки 10 протектора 3 шины образован дугой окружности радиусом R=(0,2…0,45)B, при этом она оснащена, как минимум, двумя слоями корда 2 каркаса 1, где B - ширина профиля шины.
Образование контура части 7 боковины 4, плечевой зоны 8 и боковой части 9 беговой дорожки 10 протектора 3 шины дугой окружности радиусом R=(0,2…0,45)B, при том, что она оснащена, как минимум, двумя слоями корда 2 каркаса 1, позволило достичь технического результата, а именно, повысить грузоподъемность вездеходной шины сверхнизкого давления при сохранении ее эластичности, поскольку, при таком выполнении получена равновесная конструкция профиля, что повышает прочность каркаса 1, тем самым увеличивая грузоподъемность в соответствующих условиях эксплуатации шины.
Стрела дуги протектора h составляет (0,06…0,14)B, при ширине беговой дорожки b составляющем (0,7…1)B, и растворе бортов С равном (0,65…1)B.
1
2
3
Толщина оболочки выполнена переменной: в зоне бортов 5 толщина оболочки составляет a=(0,03…0,045)B, толщина оболочки в зоне боковины 4 a=(0,01…0,018)B и толщина подканавочного слоя протектора 3 a=(0,012…0,015)B.
На боковине 4 выполнены усиливающие пояски 11 и 12 (Фиг. 2), расположенные на расстоянии (0,3…0,7)H от верхней точки 13 протектора и на уровне линии 14 максимальной ширины профиля соответственно, где H - высота профиля шины.
На боковине 4 между усиливающими поясками 11 и 12, и в зоне усиления 15 размещены центрирующие риски 16 (Фиг. 3).
1
Основание 17 борта 5 выполнено с углом наклона к линии 14 максимальной ширины профиля равным 0…+/-15°, при этом ширина А основания 17 борта 5 составляет 2a.
Шина функционирует следующим образом.
При качении вездеходной шины сверхнизкого давления с дорожной поверхностью контактирует протектор 3. Каркас 1 из обрезиненного корда 2, с боковинами 4 и бортами 5, на кольца 6 которых завернуты слои корда 2 воспринимает нагрузку от дорожной поверхности и поддерживает форму шины. Образование контура части 7 боковины 4, плечевой зоны 8 и боковой части 9 беговой дорожки 10 протектора 3 шины дугой окружности радиусом R=(0,2…0,45)B, при том, что она оснащена, как минимум, двумя слоями корда 2 каркаса 1 повышает его прочность, тем самым увеличивая грузоподъемность в соответствующих условиях эксплуатации шины.