ПРОТЕКТОР ШИНЫ ДЛЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА
TYRE TREAD FOR FARM VEHICLE

Изобретение относится к шине для транспортного средства, применяемого в сельском хозяйстве, такого как сельскохозяйственный трактор или агропромышленное транспортное средство.
В частности, оно относится к протектору такой шины, предназначенному для вхождения в контакт с землей посредством поверхности протектора.
В нижеследующем описании, под круговым, осевым и радиальным направлением понимаются, соответственно, направление, тангенциальное поверхности протектора шины и ориентированное в направлении вращения шины, направление, параллельное оси вращения шины и направление, перпендикулярное оси вращения шины. «Радиально внутрь» и, соответственно, «радиально наружу» означает «ближе к» и, соответственно, «дальше от» оси вращения шины. «Внутрь по оси» и, соответственно, «наружу по оси» означает «ближе к» и, соответственно, «дальше от» экваториальной плоскости шины, при этом под экваториальной плоскостью шины понимается плоскость, проходящая через середину поверхности протектора шины и перпендикулярная оси вращения шины.
Шина сельскохозяйственного трактора предназначена для качения по почве различных типов, например, более или менее уплотненной почве полей, грунтовым дорогам, по которым осуществляется доступ к полям, и битумным поверхностям дорог. Принимая во внимание многообразие своего применения, в полях и на дороге, шина сельскохозяйственного транспортного средства, и, в частности, ее протектор, должна иметь характеристики, которые обеспечивали бы компромисс между наличием сцепления с грунтом в полях, устойчивостью к отделению фрагментов, износоустойчивостью на дороге, сопротивлением качению шины, и умеренными вибрациями на дороге.
Протектор шины сельскохозяйственного трактора обычно содержит множество гребней. Гребни представляют собой элементы, выступающие относительно нижней поверхности, являющейся поверхностью вращения вокруг оси вращения шины.
Гребень в целом имеет продолговатую форму, схожую с формой параллелепипеда, образованную по меньшей мере одним прямолинейным или криволинейным участком, и отделен от соседних гребней канавками. Гребень может быть выполнен в виде последовательности прямолинейных участков, как описано в документах US 3603370, US 4383567, ЕР 795427 или может иметь криволинейную форму, как раскрыто в документах US 4446902, ЕР 903249, ЕР 1831034.
В радиальном направлении гребень проходит от нижней поверхности до поверхности протектора, при этом радиальное расстояние между нижней поверхностью и поверхностью протектора определяет высоту гребня. Радиальная внешняя поверхность гребня, являющаяся составной частью поверхности протектора, входящего в контакт с землей, когда гребень входит в пятно контакта, на котором шина контактирует с землей, называется контактной гранью гребня.
В осевом направлении гребень проходит внутрь, в направлении экваториальной плоскости шины, от осевой наружной торцевой поверхности до осевой внутренней торцевой поверхности.
В круговом направлении, гребень проходит в предпочтительном направлении вращении шины, от ведущей грани до задней грани. Под предпочтительным направлением вращения понимают направление вращения, рекомендованное производителем шины для ее применения оптимальным образом. Например, в случае если протектор содержит два ряда гребней, расположенных в V-образной или шевронной конфигурации, предпочтительным направлением вращения шины является направление в направлении вершины шевронов. Ведущей гранью, по определению, является грань, радиальная наружная кромка которой или ведущая поверхность кромки первой входит в контакт с землей, когда гребень входит в пятно контакта, на котором шина вступает в контакт с землей, при вращении шины. Задней гранью, по определению, является грань, радиальная наружная кромка которой, или задняя кромка, последней вступает в контакт с землей, когда гребень входит в пятно контакта, на котором шина вступает в контакт с землей, при вращении шины. Можно сказать, что в направлении вращения ведущая грань находится впереди задней грани.
Гребень обычно, но не обязательно, имеет средний угол наклона относительно кругового направления близкий к 45°. Это обусловлено тем, что такой угол наклона в частности обеспечивает приемлемый компромисс между сцеплением с грунтом в поле и умеренной вибрацией. Сцепление при перемещении в поле будет лучше, если гребень является более осевым, в частности, если его средний угол наклона по отношению к круговому направлению, близок к 90°, тогда как вибрационные характеристики лучше, если гребень является более круговым, то есть если его средний угол наклона относительно кругового направления близок к 0°. Хорошо известно, что сила сцепления в поле в наибольшей степени зависит от угла ребра в плечевой зоне, вследствие чего некоторые конструкторы шин предложили делать ребра сильно искривленной формы, что привело к получению ребра, являющегося по существу осевым в плечевой зоне и по существу круговым в середине протектора.
Как упомянуто выше, протектор шины для сельскохозяйственного трактора, обычно содержит два ряда ребер. Такое распределение ребер, наклоненных относительно кругового направления, придает протектору V-образную форму, обычно называемую шевронным рисунком. Указанные два ряда гребней симметричны относительно экваториальной плоскости шины и часто между двумя рядами гребней имеется круговой сдвиг, благодаря тому, что одна половина протектора вращается вокруг оси шины относительно другой половины протектора. Кроме того, гребни могут быть непрерывными или прерываться и могут быть распределены по окружности с постоянным или переменными интервалом между ними.
Таким образом, протектор шины для сельскохозяйственного трактора содержит элементы двух типов: гребни, являющиеся выступающими элементами, и канавки, являющиеся участками нижней поверхности, разделяющими гребни. Нагрузка на эти элементы распределяется очень неравномерно. Гребни более чувствительны к износу в ходе применения на дорогах и к воздействию камней при использовании во внедорожных условиях и в полях. Канавки между гребнями наиболее подвержены воздействию стеблей, остающихся после сбора урожая, при работе трактора в поле, а также чувствительны к агрессивному воздействию озона, при этом упомянутые канавки не подвержены износу.
Таким образом, задача, поставленная изобретателями, заключается в том, чтобы предложить протектор для применяемого в сельском хозяйстве транспортного средства, имеющий улучшенные характеристики, как с точки зрения износоустойчивости в ходе применения на дороге, так и с точки зрения устойчивости к воздействию оставляемых стеблей (пожнивных остатков), в ходе применения в поле.
Указанная задача решена посредством изобретения, относящегося к шине для транспортного средства, применяемого в сельском хозяйстве, содержащей:
протектор, предназначенный для вхождения в контакт с землей, содержащий гребни, отделенные друг от друга канавками, при этом каждый гребень проходит в направлении радиально наружу, на радиальную высоту Н, от нижней поверхности до контактной грани,
канавки, являющиеся участками нижней поверхности (5), разделяющей гребни,
1
2
3
3
при этом каждый гребень имеет первый участок гребня, выполненный из первого эластомерного компаунда, проходящий радиально внутрь от контактной грани до первого переходного участка, на радиальное расстояние D, составляющее по меньшей мере 0,5 от радиальной высоты H гребня, но не превышающее однократную радиальную высоту H гребня, причем каждый гребень имеет второй участок гребня, выполненный из второго эластомерного компаунда, проходящий радиально внутрь от первого переходного участка до нижней поверхности на радиальное расстояние D, причем второй эластомерный компаунд проходит в радиальном направлении в гребнях и канавках от нижней поверхности до второго переходного участка, на радиальное расстояние D, причем радиальное расстояние D между нижней поверхностью и вторым переходным участком равно по меньшей мере 3 мм и не превышает 15 мм.
Благодаря изобретению удается получить различие в свойствах протектора на участках гребней, которые в частности предназначены для того, чтобы противостоять износу в ходе применения на дороге, и на участках канавок между гребнями, или даже оснований гребней, предназначенных в частности для того, чтобы противостоять агрессивному воздействию в ходе использования в поле, например, агрессивному воздействию стеблей, остающихся после сбора урожая, или пожнивных остатков. Поскольку ребра представляют собой элементы протектора, подверженные износу, они, преимущественно, выполняются на первом участке из первого эластомерного компаунда, устойчивого к износу, тогда как участки гребней, расположенные в основаниях гребней, около нижней поверхности, и канавки между гребнями, которые являются участками нижней поверхности между ребрами, а именно, элементы, не подверженные износу, выполнены из второго эластомерного компаунда, устойчивого к агрессивному воздействию.
Согласно изобретению, для заданного гребня, первый участок гребня проходит от контактной грани, предназначенной для вхождения в контакт с землей во время качения, до первого переходного участка, соответствующего радиально внутренней границе первого участка гребня. Первый переходный участок проходит в направлении радиально наружу от нижней поверхности или расположен на уровне нижней поверхности. Первый переходный участок, расположенный радиально снаружи от нижней поверхности, соответствует радиальному расстоянию между контактной гранью и первым переходным участком, который меньше радиальной высоты H гребня, в частности, первому участку гребня, составляющему менее 100% гребня. Первый переходный участок, расположенный на нижней поверхности, соответствует радиальному расстоянию между контактной гранью и первым переходным участком, равному радиальной высоте H гребня, в частности первому участку гребня, составляющему 100% гребня.
В тех случаях, когда первый участок гребня составляет менее 100% гребня, второй участок гребня, выполненный из второго эластомерного компаунда, проходит в направлении радиально внутрь, от первого переходного участка, соответствующего переходу между первым и вторым эластомерными компаундами, до нижней поверхности. Этот второй участок образует основание гребня.
Кроме того, второй эластомерный компаунд, образующий второй участок гребня проходит радиально в нижнюю поверхность, как радиально в гребнях, так и радиально в канавках до второго переходного участка. Этот участок шины, расположенный между нижней поверхностью и вторым переходным участком, соответствующим радиально внутренней границе второго эластомерного компаунда, обычно называют чистой резиной. Его роль состоит в том, чтобы защищать усиление короны шины радиально внутри протектора от механических и физико-химических воздействий. Радиальное расстояние между нижней поверхностью и вторым переходным участком определяет толщину чистой резины, которая является важным признаком для защиты усиления короны шины.
3
Наконец, радиальное расстояние D между нижней поверхностью и вторым переходным участком составляет по меньшей мере 3 мм и не превышает 15 мм. Другими словами, толщина чистой резины находится в диапазоне, нижняя граница которого равна 3 мм, а верхняя граница - 15 мм. Нижняя граница соответствует минимальной толщине, ниже которой чистая резина больше не будет должным образом выполнять свою функцию защиты усиления короны. Верхняя граница соответствует максимальной толщине, выше которой нагрев в короне становится слишком большим. Этот интервал гарантирует компромисс между способностью короны шины противостоять агрессивному воздействию и ее устойчивостью с температурной точки зрения.
1
1
1
*
*
*
Предпочтительно, первый эластомерный компаунд имеет динамический модуль упругости при сдвиге G при 50% деформации и при 60°С, при этом динамический модуль упругости при сдвиге G первого эластомерного компаунда равен по меньшей мере 1,2 МПа и предпочтительно не превышает 2 МПа. Динамический модуль упругости при сдвиге G при 50% деформации и при 60°С, находящийся в таком диапазоне значений придает первому эластомерному компаунду когезионные свойства, которые являются благоприятными с точки зрения устойчивости к агрессивному воздействию типа дорожного покрытия и защиты от камней.
1
1
1
Также, преимущественно, первый эластомерный компаунд имеет тангенс угла диэлектрических потерь (δ) при 60°С, причем указанный тангенс угла диэлектрических потерь (δ) первого эластомерного компаунда равен по меньшей мере 0,18 и не превышает 0,32. Тангенс угла диэлектрических потерь (δ), лежащий в указанном диапазоне значений обеспечивает возможность ограничивать рассеяние энергии.
*
2
*
1
max
В общем, модуль G и тангенс угла диэлектрических потерь (δ) эластомерного компаунда являются свойствами, которые называют динамическими. Они измеряются на анализаторе вязкости типа Metravib VA4000, в соответствии со стандартом ASTM D 5992-96. Регистрируется результаты для образца вулканизированного эластомерного компаунда в виде цилиндрического тестового образца толщиной 4 мм и площадью поперечного сечения 400 мм, подвергаемого простой переменной синусоидальной сдвиговой нагрузке на частоте 10 Гц, при заданной температуре 60°С. Внешний цикл бегло сканирует амплитуды деформации от 0,1% до 50%, затем обратный цикл сканирует от 50% до 1%. Полученными результатами являются динамический модуль упругости при сдвиге G и тангенс угла диэлектрических потерь (δ). Для обратного цикла указывают максимальную наблюдаемую величину тангенса угла диэлектрических потерь (δ), обозначаемую как тангенс (δ).
2
С точки зрения химического состава, первый эластомерный компаунд, образующий первый участок гребня, содержит диеновые эластомеры, усиливающие наполнители и сшивающую систему. Традиционно применяемыми диеновыми эластомерами являются эластомеры, выбранные из группы, включающей: полибутадиены (ПБ), натуральный каучук (НК), синтетические полиизопрены (ПИ) и стирен-бутадиеновые сополимеры (СБС). Предпочтительно, указанные эластомеры применяют в форме смесей НК/ПБ или СБС/ПБ, или даже смесей НК/ПБ/СБС. Предпочтительно, применяемые СБС имеют температуры стеклования или значения Tg ниже -50°С, измеренные на анализаторе вязкости типа Metravib VA4000, в соответствии со стандартом ASTM D 59 92-96. В случае усиливающего наполнителя первый эластомерный компаунд содержит по меньшей мере углеродную сажу, такую как углеродную сажу от классов 200 и 100 (в соответствии с градациями ASTM), при этом углеродная сажа имеет удельную поверхность БЭТ больше, чем 100 м/г и используется в количестве между 50 и 75 м.ч. на 100 м.ч. каучука.
Первый эластомерный компаунд, содержащий эластомер или эластомерные смеси и вышеупомянутую углеродную сажу, обеспечивает удовлетворительные свойства с точки зрения устойчивости к агрессивному воздействию типа дорожного покрытия и защиты от камней.
2
2
2
*
*
*
Предпочтительно, второй эластомерный компаунд имеет динамический модуль упругости при сдвиге G при 50% деформации и при 60°С, динамический модуль упругости при сдвиге G второго эластомерного компаунда равен по меньшей мере 1 МПа и предпочтительно не превышает 1,7 МПа. Динамический модуль упругости при сдвиге G при 50% деформации и при 60°С второго эластомерного компаунда, находящийся в таком диапазоне значений, придает второму эластомерному компаунду уровни жесткости, благоприятные с точки зрения ограничения механической нагрузки и ограничения агрессивного воздействия обломков стеблей (пожнивных остатков).
2
2
2
Предпочтительно, второй эластомерный компаунд имеет тангенс угла диэлектрических потерь (δ) при 60°С, причем указанный тангенс угла диэлектрических потерь (δ) второго эластомерного компаунда равен по меньшей мере 0,15 и не превышает 0,28. Тангенс угла диэлектрических потерь (δ), лежащий в указанном диапазоне значений обеспечивает возможность ограничивать рассеяние энергии на том участке шины, который расположен между нижней поверхностью и вторым переходным участком, называемым чистой резиной.
2
С точки зрения химического состава, второй эластомерный состав, образующий чистую резину, содержит диеновые эластомеры, усиливающие наполнители и сшивающую систему. Традиционно применяемые диеновые эластомеры предпочтительно выбирают из группы, включающей в себя натуральный каучук, (НК), синтетические полиизопрены (ПИ) и стирен-бутадиановые сополимеры (СБС). Предпочтительно, эластомеры применяют в форме смесей НК/ПБ или СБС/ПБ. Предпочтительно, СБС, применяемые отдельно или в смесях, имеют температуры стеклования Tg -65°С и -40°С, измеряемые на анализаторе вязкости типа Metravib VA4000 в соответствии со стандартом ASTM D 5992-96. В случае усиливающего наполнителя второй эластомерный компаунд содержит по меньшей мере углеродную сажу, такую как углеродную сажу от класса 300 (по градации ASTM) или даже углеродную сажу более высоких классов, указанная углеродная сажа имеет удельную поверхность БЭТ меньше, чем 100 м/г и используется в количестве между 40 и 70 м.ч. на 100 м.ч. каучука. Составы второго эластомерного компаунда чистой резины протектора могут также содержать все или некоторые из обычных присадок, традиционно применяемых в эластомерных составах, предназначенных для изготовления шин, в частности уплотняющих слоев, такие как защитные агенты, например, такие как противоозонный воск, химические противоозонные добавки, антиоксиданты, антиусталостные добавки. Например, такие составы содержат защитные вещества, такие как твердый парафин в количестве от 2 до 5 м.ч. на 100 м.ч. каучука, предпочтительно от 2 до 3 м.ч. на 100 м.ч. каучука, и N-1,3-диметилбутил-N-фенилпарафенилендиамин (6-PPD) в количестве от 3 до 5 м.ч. на 100 м.ч. каучука, предпочтительно от 3 до 4 м.ч. на 100 м.ч. каучука.
Второй эластомерный компаунд, содержащий эластомеры или эластомерные смеси, углероды и антиоксиданты и антиозонные агенты, упомянутые выше, обеспечивает удовлетворительные свойства с точки зрения сопротивления агрессивному воздействию стеблей и химическому воздействия озонового типа.
С точки зрения промышленной применимости, шина согласно изобретению и, в частности, протектор такой шины, может быть изготовлена способом, описанным и заявленным в документе WO 2009131578. Изобретение, описанное и заявленное в документе WO 2009131578, относится к способу и устройству формирования многослойного компаунда для шины, включающего в себя этапы, на которых:
используют механическую систему, содержащую множество режущих элементов;
перемещают лист материала вдоль пути через указанную механическую систему;
отрезают первую полосу от листа, применяя один или более элементов из множества режущих элементов, причем этот этап выполняют в ходе этапа перемещения;
механически накладывают первую полосу на рабочую поверхность, причем этот этап выполняют в ходе этапа перемещения;
отрезают вторую полосу от листа после этапа отрезания первой полосы, причем этот этап выполняют в ходе этапа перемещения;
механически накладывают вторую полосу на рабочую поверхность, причем этот этап выполняют в ходе этапа перемещения.
В документах WO 2013176675 и WO 2013176676 также описаны конкретные варианты осуществления способа, относящегося к многослойному изготовлению протектора.
Для лучшего понимания изобретения к заявке приложены фигуры 1-3, которые являются схематическими и выполнены без соблюдения масштаба:
на фиг. 1 в аксонометрии показана шина для транспортного средства, применяемого в сельском хозяйстве;
на фиг. 2 показан вид в радиальном направлении (Z) протектора шины для транспортного средства, применяемого в сельском хозяйстве;
на фиг. 3 показано сечение по меридиональной плоскости (XY) участка протектора шины согласно изобретению.
На фиг. 1 и 2, соответственно, показан в аксонометрии вид шины 1 для транспортного средства, применяемого в сельском хозяйстве, и вид в радиальном направлении Ζ протектора такой шины. Протектор 2, предназначенный для вхождения в контакт с землей посредством поверхности протектора, содержит гребни 3, отделенные друг от друга канавками 4. Такой гребень 3 проходит в направлении радиально наружу от нижней поверхности 5, до контактной грани 6, расположенной на поверхности протектора. Канавки 4 представляют собой участки нижней поверхности 5, разделяющие гребни 3.
1
2
3
На фиг. 3 показано поперечное сечение по меридиональной плоскости (ΧΥ) участка протектора 2 шины согласно изобретению. В каждом гребне 3 первый участок 31 гребня, выполненный из первого эластомерного компаунда, проходит в направлении радиально внутрь от контактной грани 6 до первого переходного участка 7, на радиальное расстояние D, которое составляет по меньшей мере 0,5 от радиальной высоты Η гребня и не превышает одну указанную высоту Н. Также, в каждом гребне 3 имеется второй участок 32, выполненный из второго эластомерного компаунда, проходящий радиально внутрь от первого переходного участка 7, до нижней поверхности 5, на радиальное расстояние D. Кроме того, второй эластомерный компаунд проходит радиально в гребни 3 и канавки 4 от нижней поверхности 5 до второго переходного участка 8 на радиальное расстояние D. Участок шины, находящийся между нижней поверхностью 5 и вторым переходным участком 8 выполнен из чистой резины.
1
1
2
2
*
*
Более подробные исследования настоящего изобретения были проведены для сельскохозяйственной шины, в которой первый эластомерный компаунд имеет динамический модуль упругости при сдвиге G, равный 1,72 МПа, а тангенс угла диэлектрических потерь (δ), равный 0,29, а второй эластомерный компаунд имеет динамический модуль упругости при сдвиге G, равный 1,31 МПа, а тангенс угла диэлектрических потерь (δ), равный 0,22.
Химические составы первого и второго эластомерных компаундов могут отличаться от вышеописанных, в зависимости от желаемых характеристик.
Изобретение может распространяться на протектор, содержащий гребни, выполненные из первого и второго эластомерного компаунда, при этом второй эластомерный компаунд ограничен нижней поверхностью. Участок шины, расположенный радиально на внутренней части нижней поверхности может быть выполнен из по меньшей мере третьего эластомерного компаунда, имеющего химический состав, отличный от первого и второго эластомерного компаунда.
Изобретение может быть применено к любой шине, протектор которой содержит выступающие элементы, и применение которой вероятно на почве, способной оказывать агрессивное воздействие, такой как шина для строительной машины.