ПРОТЕКТОР ШИНЫ, СОДЕРЖАЩИЙ НЕСКОЛЬКО СЛОЕВ ИЗНОСА
TIRE TREAD WITH SEVERAL WEARING PLIES

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
[0002] Настоящее изобретение в целом относится к протекторам шин для использования в шинах, и в частности к протекторам шин, содержащим слои износа.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0003] Протекторы шины в целом проходят вокруг наружной окружности шины и действуют в качестве промежуточного звена между шиной и поверхностью, по которой она перемещается (т.е. рабочей поверхностью или поверхностью земли). Контакт между протектором шины и рабочей поверхностью происходит вдоль габаритной площади шины. Протекторы шин обеспечивают захват для сопротивления боковому уводу шины, который может возникать во время ускорения шины, торможения и/или перемещения в повороте при сухом и влажном состоянии рабочей поверхности. Протекторы шин также могут содержать элементы протектора, такие как ребра или выступы, и особенности протектора, такие как канавки и прорези, каждая из которых может способствовать обеспечению целевых рабочих характеристик шины, когда шина работает в конкретных условиях.
[0004] Одной общей проблемой, которая стоит перед изготовителями шин, является улучшение рабочих характеристик изношенных шин без ухудшения рабочих характеристик новой шины. Например, несмотря на то, что изменение особенностей протектора и/или увеличение поверхностной или объемной полости протектора может улучшать рабочие характеристики изношенных шин в условиях влажного дорожного покрытия, указанные изменения могут привести к увеличению количества поверхностных и/или объемных полостей в новой шине сверх достаточного предела. Увеличение полостей также может снизить жесткость протектора. Несмотря на то что изменение состава протектора может обеспечить улучшенные изношенные рабочие характеристики шины, оно также может привести к повышению скорости износа и/или сопротивления качению до нежелательных значений, ухудшающих рабочие характеристики шины.
[0005] Таким образом, имеется потребность в протекторе шины, который обеспечивает улучшенные рабочие характеристики изношенной шины, особенно во влажном или заснеженном состоянии дорожного покрытия без ухудшения рабочих характеристик новой шины.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0006] В конкретных вариантах реализации согласно настоящему изобретению описан многоярусный протектор шины, имеющий:
толщину, проходящую во внутреннем направлении в глубину от наружной взаимодействующей с землей стороны протектора, имеющей наружную контактную поверхность;
по меньшей мере два слоя износа, расположенные в толщине протектора на различных глубинах и содержащие наружный слой износа и по меньшей мере один внутренний слой износа, расположенные в толщине протектора под наружным слоем износа; и
по меньшей мере одну наружную канавку, расположенную в наружном слое износа являющуюся открытой с наружной взаимодействующей с землей стороны, когда протектор находится в неизношенном состоянии;
при этом указанный протектор имеет отношение объемной полости, равное примерно 0,25-0,40 в неизношенном состоянии и примерно 0,25-0,40 в изношенном состоянии, причем наружная взаимодействующая с землей сторона расположена вдоль одного из внутренних слоев износа в изношенном состоянии, кроме того, указанный протектор имеет отношение контактной поверхности, равное примерно 0,66-0,72 в неизношенном состоянии и примерно 0,56-0,66 в изношенном состоянии.
[0007] Согласно другому варианту реализации, многоярусный слой протектора содержит наружную взаимодействующую с землей сторону, имеющую наружную контактную поверхность;
толщину, проходящую во внутреннем направлении в глубину от наружной взаимодействующей с землей стороны протектора, содержащую слои износа, причем каждый из указанных слоев износа расположен на различной глубине от наружной взаимодействующей с землей стороны протектора;
по меньшей мере один промежуточный элемент, расположенный продольно вдоль длины протектора, ограниченный в поперечном направлении по меньшей мере одним плечевым элементом, причем каждый из указанных плечевых элементов расположен рядом с краем боковой стороны протектора и содержит углубленную полость, проходящую в целом в боковом направлении шины и расположенную в толщине протектора под наружной взаимодействующей с землей стороной; и
по меньшей мере одну продольную канавку, расположенную между плечевыми элементами и проходящую продольно вдоль длины протектора, причем указанная по меньшей мере одна продольная канавка имеет ширину, которая увеличивается при ее прохождении вглубь в толщину протектора в направлении от наружной взаимодействующей с землей стороны.
[0008] Вышеуказанные и другие задачи, особенности и преимущества настоящего изобретения станут очевидными после ознакомления с подробным описанием конкретных вариантов реализации настоящего изобретения со ссылкой на сопроводительные чертежи, на которых подобными ссылочными номерами обозначены подобные части настоящего изобретения.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0009] На Фиг.1 показан перспективный вид верхней части многоярусного протектора шины согласно одному варианту реализации настоящего изобретения.
[0010] На Фиг.2 показан вид верхней части многоярусного протектора шины, показанного на Фиг.1, согласно одному варианту реализации настоящего изобретения.
[0011] На Фиг.3 показан разрез многоярусного протектора шины, показанного на Фиг.1, согласно одному варианту реализации настоящего изобретения.
[0012] На Фиг.4 показан разрез многоярусного протектора шины по линии 4-4, показанной на Фиг.2, согласно одному варианту реализации настоящего изобретения.
[0013] На Фиг.5 показан разрез многоярусного протектора шины по линии 5-5, показанной на Фиг.2, согласно одному варианту реализации настоящего изобретения.
[0014] На Фиг.6 показан вид верхней части многоярусного протектора шины, показанного на Фиг.1, в изношенном ярусе согласно одному варианту реализации настоящего изобретения.
[0015] На Фиг.7 показан перспективный вид верхней части второго варианта реализации многоярусного протектора шины согласно одному варианту реализации настоящего изобретения.
[0016] На Фиг.8 показан вид верхней части многоярусного протектора шины, показанного на Фиг.7, согласно одному варианту реализации настоящего изобретения.
[0017] На Фиг.9 показан разрез многоярусного протектора шины по линии 9-9, показанной на Фиг.8, согласно одному варианту реализации настоящего изобретения.
[0018] На Фиг.10 показан перспективный вид вставки в пресс-форму, имеющей перевернутую Y-образную форму поперечного сечения, используемой для формирования полости, имеющей перевернутую Y-образную форму поперечного сечения и сопряженно отображающей форму указанной вставки в толщине протектора, как показано в многоярусном протекторе на Фиг.7, согласно одному варианту реализации настоящего изобретения.
[0019] На Фиг.11 показан вид верхней части многоярусного протектора шины, показанного на Фиг.7, в изношенном ярусе согласно одному варианту реализации настоящего изобретения.
[0020] На Фиг.12 показан перспективный вид верхней части многоярусного протектора шины согласно другому варианту реализации настоящего изобретения.
[0021] На Фиг.13 показан вид верхней части многоярусного протектора шины, показанного на Фиг.12, в неизношенном ярусе согласно одному варианту реализации настоящего изобретения.
[0022] На Фиг.14 показан вид верхней части многоярусного протектора шины, показанного на Фиг.12, в изношенном ярусе согласно одному варианту реализации настоящего изобретения.
[0023] На Фиг.15 показана таблица, содержащая рабочие характеристики, полученные в результате различных испытаний, для сравнения шины, в которой использован многоярусный протектор, показанный на Фиг.1, с эталонной шиной.
[0024] На Фиг.16 показана таблица, содержащая рабочие характеристики, полученные в результате различных испытаний, для сравнения шины, в которой использован многоярусный протектор, показанный на Фиг.7, с эталонной шиной.
[0025] На Фиг.17 показана таблица, содержащая рабочие характеристики, полученные в результате различных испытаний, для сравнения шины, в которой использован многоярусный протектор, показанный на Фиг.12, с эталонной шиной.
[0026] На Фиг.18 представлена диаграмма, показывающая различные протекторы шин, имеющие конкретное отношение объемной полости в новом и изношенном состояниях, включая первую группу протекторов согласно конкретным вариантам реализации настоящего изобретения, имеющих отношение объемной полости 25-40% в новом состоянии и 25-40% в изношенном состоянии; вторую группу протекторов согласно конкретным вариантам реализации настоящего изобретения, имеющих отношение пустот 30-35% в новом состоянии и 30-35% в изношенном состоянии; и третью группу протекторов, имеющих традиционное отношение пустот 20-30% в новом состоянии и 10-20% в изношенном состоянии, причем износ протектора в изношенном состоянии составляет 1,6 мм. Первая группа ограничена прямоугольником А, вторая группа ограничена прямоугольником В, и третья группа ограничена прямоугольником С. Данные, соответствующие протектору, показанному на Фиг.1-5, на диаграмме обозначены как первый вариант E1 реализации; данные, соответствующие протектору, показанному на Фиг.6-9, 11, на диаграмме обозначены как второй вариант E2 реализации. Данные, соответствующие протектору, показанному на Фиг.12-14, на диаграмме обозначены как третий вариант E3 реализации. На диаграмме также показаны другие данные, соответствующие другим конструкциям протектора согласно настоящему изобретению, которые подобным образом представляют протекторы 1-3, показанные на Фиг.15-17.
[0027] На Фиг.19 представлена диаграмма, показывающая различные протекторы шин, имеющие конкретное отношение контактной поверхности ("CSR") в новом и изношенном состояниях, включая первую группу протекторов согласно конкретным вариантам реализации настоящего изобретения, имеющих CSR 66-72% в новом состоянии и 56-66% в изношенном состоянии, и вторую группу протекторов, имеющих традиционное отношение CSR 20-30% в новом состоянии и 10-20% в изношенном состоянии, причем износ протектора в изношенном состоянии составляет 1,6 мм. Первая группа на диаграмме ограничена прямоугольником А, и вторая группа ограничена прямоугольником В. Данные, соответствующие протектору, показанному на Фиг.1-5, на диаграмме обозначены как первый вариант E1 реализации; данные, соответствующие протектору, показанному на Фиг.6-9, 11, на диаграмме обозначены как второй вариант E2 реализации. Данные, соответствующие протектору, показанному на Фиг.12-14, на диаграмме обозначены как третий вариант E3 реализации. На диаграмме также показаны другие данные, соответствующие другим конструкциям протектора согласно настоящему изобретению, которые подобным образом представляют протекторы 1-3, показанные на Фиг.15-17.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0028] В целом известно, что при износе шины внешняя взаимодействующая с землей сторона протектора изнашивается в глубину или толщину протектора шины. Протекторы шин для поддерживания рабочих характеристик шины и управляемости транспортного средства на мокрой или покрытой снегом дороге или на бездорожье часто проектируют с добавлением дополнительных полостей в протекторе для улучшенного удаления или перенаправления воды, снега, или грязи из области, в которой шина входит в контакт с поверхностью земли (которая также может быть названа как "пятно контакта" или "отпечаток шины"). Однако при увеличении полостей жесткость протектора уменьшается. Это также может вызвать снижение других качественных параметров шины. Соответственно, согласно конкретным вариантам реализации настоящего изобретения протектор шины имеет множественные ярусы или слои изнашивания, в которых протектор в целом содержит полости, которые становятся доступными с внешней взаимодействующей с землей стороны протектора, при его изнашивании по существу без ухудшения некоторых качественных характеристик, присущих новым шинам. Иными словами, вместо некоторого ухудшения рабочих характеристик, присущих новым шинам, при увеличении полостей в изношенном протекторе шины, рабочие характеристики, присущие новой шине, могут быть сохранены или даже улучшены, и таким образом может быть обеспечено надлежащее рабочее состояние шины в течение всего срока ее службы.
[0029] Полости, расположенные в протекторе, могут быть определены или оценены количественно как поверхностные полости или объемные полости. Поверхностная полость в целом оценивается как количество пустой области, присутствующей вдоль внешней взаимодействующей с землей стороны шины. Фактически, количество поверхностной полости в пределах пятна контакта шины часто рассматривают и анализируют как пятно контакта, являющееся граничной поверхностью между шиной и рабочей или земляной поверхностью (т.е. поверхностью, с которой взаимодействует шина). В частности, поверхностная полость может быть определена количественно или оценена как отношение площади контактной поверхности, которая представляет собой площадь поверхности протектора, контактирующую с землей, т.е. ограниченную пределами периметра пятна контакта вдоль внешней взаимодействующей с землей стороны протектора, к полной площади, ограниченной периметром пятна контакта. Площадь пятна контакта, которая не содержит внешнюю поверхность протектора (т.е. контактную поверхность), считают поверхностной полостью. Если протектор шины доведен до полностью изношенного состояния, т.е. изношен до своего основания, при котором отсутствуют все полости протектора, отношение контактной поверхности приближается к единице. В целом, новый или неиспользованный протектор согласно настоящему изобретению, имеющий наружную взаимодействующую с землей сторону, расположенную вдоль первоначального слоя износа, характеризуется как имеющий отношение контактной поверхности примерно 0,66-0,72 (т.е. 66-72%), в то время как использованная или изношенная шина, имеющая наружную, взаимодействующую с землей сторону, расположенную вдоль последующего слоя износа, характеризуется как имеющая отношения контактной поверхности примерно 0,56-0,66 (т.е. 56-66%) или примерно 0,58-0,64 (т.е. 58-64%) согласно другим вариантам реализации. Согласно некоторым вариантам реализации последующий слой износа достигается, когда протектор изношен на толщину 1,6 мм. Указанные отношения контактной поверхности показаны на Фиг.19, на которой конкретные диапазоны для различных вариантов реализации настоящего изобретения показаны в прямоугольнике А для нового и изношенного состояний, в то время как традиционные диапазоны показаны в прямоугольнике B как для нового, так и для изношенного состояний, причем толщина протектора в изношенном состоянии составляет 1,6 мм. Согласно дополнительным вариантам реализации отношение контактной поверхности является примерно тем же, если наружная взаимодействующая с землей сторона протектора расположена на различных слоях износа, т.е. иными словами, отношения новой и изношенной контактной поверхности для протектора могут быть примерно равными. Первоначальный слой износа также может быть обозначен как первый или наружный слой износа. Любой последующий слой износа также может быть обозначен как внутренний слой износа, и может являться вторым, последним или промежуточным слоем износа.
[0030] Также может быть рассмотрено и проанализировано количество объемной полости в протекторе, поскольку указанная полость может быть подходящей для использования для захвата и отвода воды по каналу из пятна контакта на мокрой дороге. Объемная полость (или "пустой объем") в целом включает объем полости, содержащийся в пределах заданной части протектора. Отношение объемной полости определяется как объем полости, содержащейся в протекторе, деленный на полный объем протектора, который содержит как полный объем материала протектора, так и полный объем пустот, содержащихся в толщине протектора, проходящей от наружной стороны протектора в направлении к его внутренней стороне. Например, заданная часть может проходить: в глубину от наружной взаимодействующей с землей стороны до поверхности или плоскости, расположенной в основании самой глубокой канавки или полости протектора; поперечно между плоскостями, проходящими вертикально вдоль противоположных боковых краев стороны протектора; и продольно вдоль длины протектора (такой как длина, достаточная, для формирования кольца вокруг шины). При износе протектора шины полости сокращаются, и отношение объемной полости может приближаться к нулевому значению, если протектор доведен до полностью изношенного состояния (т.е. нулевая полость, разделенная на полный объем протектора). В целом, новый или неиспользованный протектор согласно настоящему изобретению, имеющий наружную взаимодействующую с землей сторону, расположенную вдоль первоначального слоя износа, характеризуется как имеющий отношение объемной полости примерно 0,25-0,40 (т.е. 25-40%), в то время как использованная или изношенная шина, имеющая наружную взаимодействующую с землей сторону, расположенную вдоль последующего слоя износа, характеризуется как имеющая отношение объемной полости примерно 0,25-0,40 (т.е. 25-40%). Согласно другому варианту реализации, протектор характеризуется как имеющий отношение объемной полости примерно 0,30-0,35 (т.е. 30-35%) как в использованном, так и в неиспользованном состояниях. Согласно конкретным вариантам реализации последующий слой износа достигает изношенного состояния, если протектор имеет износ толщиной 1,6 мм. Указанные отношения объема пустот показаны на Фиг.18, на которой более широкий диапазон ограничен прямоугольником A, и более узкий диапазон ограничен прямоугольником B, каждый из которых показан в соединении с традиционными диапазонами, идентифицированными прямоугольником C, в результате чего каждый такой традиционный диапазон имеет новое отношение пустот между 0,20 и 0,30 (т.е. 20 и 30%) в новом состоянии протектора и между 0,10 и 0,20 (т.е. 10 и 20%) в изношенном состоянии протектора. В изношенном состоянии протектор изношен до толщины 1,6 мм.
[0031] Как указано выше, увеличение полости протектора может уменьшить локальную и общую жесткость протектора. Например, продольная жесткость может влиять на рабочие характеристики шины, такие как ускорение и торможение, при которых изменение скорости вызывает упругие продольные деформации в протекторе шины. В качестве дополнительного примера боковая жесткость может влиять на характеристики управляемости, когда транспортное средство осуществляет поворот. Соответственно, при увеличении полости протектора может быть использовано средство для сохранения или увеличения жесткости протектора. Это может быть достигнуто не только в пределах всей шины, но также в пределах каждого яруса износа протектора. Таким образом, продольная и/или боковая жесткость может быть сохранена или увеличена для протектора в неиспользованном состоянии путем добавления дополнительных пустот в протекторе для увеличения полости в изношенном протекторе.
x
x
z
x
z
[0032] Продольная жесткость может быть определена или оценена количественно с использованием коэффициента продольной жесткости. Коэффициент продольной жесткости определяется вертикальной нагрузкой на шину и измеренным значением продольной силы (F), необходимой для смещения части протектора на одну единицу измерения (например, такую как 1 мм). Коэффициент продольной жесткости вычисляют делением продольной силы (F) на радиальную силу (т.е. вертикальную силу) (F), или: F/F. Это может быть выполнено вручную или посредством компьютерного моделирования, такого как анализ конечных элементов. Например, в приведенном ниже конкретном анализе конечных элементов, используемом для получения коэффициентов продольной жесткости, модель протектора, имеющую конкретную толщину, применяют к земляной поверхности, в результате чего протектор ограничен вдоль своей задней стороны (т.е. стороны, прикрепленной к каркасу шины) в продольном направлении (x) и боковом направлении (y). Затем нагрузку (Fz) при давлении 3 бара применяют к задней стороне, так что нагрузка действует в качестве сжимающей нагрузки, вынуждающей наружную сторону протектора к сближению с поверхностью земли. Выполняют смещение на 1 мм между поверхностью земли и шиной в продольном направлении, и измеряют силу (Fx) реакции протектора, действующую в продольном направлении. Затем получают коэффициент продольной жесткости, как описано выше. В целом, новый или неиспользованный протектор согласно настоящему изобретению, имеющий наружную взаимодействующую с землей сторону, расположенную вдоль первоначального слоя износа, характеризуется как имеющий коэффициент продольной жесткости примерно 0,39-0,55 (т.е. 39-55%), в то время как использованная или изношенная шина, имеющая наружную взаимодействующую с землей сторону, расположенную вдоль последующего слоя износа, характеризуется как имеющая коэффициент продольной жесткости примерно 1,43-1,75 (т.е. 143-175%). Согласно конкретным вариантам реализации последующий слой износа достигает изношенного состояния, если протектор изношен на толщину 1,6 мм.
[0033] Путем управления содержанием пустот и жесткостью скульптуры протектора может быть достигнут улучшенный баланс рабочих характеристик нового (т.е. неиспользованного) и изношенного протектора на заснеженной и мокрой дороге в течение всего срока службы шины. Иными словами, управление содержанием пустот и жесткостью скульптуры протектора согласно настоящему изобретению позволяет достичь улучшения рабочих характеристик изношенной шины в условиях воды и снега без ухудшения рабочих характеристик новой шины. Ниже со ссылкой на сопроводительные чертежи описаны примеры протекторов шин, имеющих описанные выше отношения контактной поверхности, отношения объемной полости и отношения продольной жесткости.
[0034] Согласно различным вариантам реализации настоящего изобретения конкретные особенности протектора погружены (т.е. скрыты, расположены или содержатся) в глубине протектора и таким образом формируют протектор шины, имеющий по меньшей мере два слоя износа. Первоначальный слой износа содержит наружную поверхность протектора новой шины, в то время как особенности протектора, связанные по меньшей мере с одним погруженным слоем износа, становятся открытыми после изнашивания желательного количества протектора шины. Для обеспечения улучшенных рабочих характеристик изношенной шины в условиях воды и снега скрытый слой протектора может содержать по меньшей мере одну из особенностей, таких как дополнительные прорези и/или дополнительные боковые канавки, выполненные в плече. Другие особенности, которые могут относиться ко всем слоям износа, представляют собой продольные канавки, имеющие отрицательный угол сходимости (т.е. канавки, имеющие ширину, которая увеличивается в направлении прохождения указанной канавки в глубину протектора от наружной взаимодействующей с землей стороны). Для восстановления, сохранения или даже увеличения жесткости протектора могут использоваться волнообразные или взаимосвязанные прорези, выполненные в области плеча и/или вдоль большей части промежуточных ребер или элементов протектора шины. Ниже подробно описаны различные варианты реализации протекторов, в которых используются указанные выше и другие концепции.
[0035] На Фиг.1-2 показан первый конкретный вариант выполнения протектора шины, имеющего несколько слоев износа и особенности для улучшения рабочих характеристик для условий воды и снега новых и изношенных шин. Показанный на чертеже протектор 10 имеет пять (5) ребер, включая три (3) промежуточных ребра 22, поперечно ограниченных парой плечевых ребер 20, проходящих продольно вдоль протектора 10 (или по окружности вокруг шины) вместе с продольными канавками 24, расположенными между ними. Каждое плечевое ребро 20 содержит протекторные плечевые элементы 30, расположенные в продольном (или периферийном) массиве вдоль протектора 10. Каждое промежуточное ребро 22 содержит протекторные промежуточные элементы 40, также расположенные в продольном (или периферийном) массиве вдоль протектора 10. Продольная канавка 24 ограничивает каждое из промежуточных ребер 22 в поперечном направлении. Каждый из элементов 30 и 40 имеет верхнюю наружную протекторную поверхность (т.е. наружную взаимодействующую с землей контактную поверхность), каждая из которых может присутствовать в новом ярусе 31a, 41a протектора или в изношенном ярусе 31b, 41b протектора. Наружная поверхность протектора расположена вдоль наружной взаимодействующей с землей стороны протектора. Подразумевается, что плечевые и/или промежуточные элементы 30, 40 протектора могут быть расположены в продольном или периферийном массиве для формирования соответствующего плечевого или промежуточного ребра 20, 22 (как в целом показано на чертеже) или могут быть расположены иным образом, отличающимся от расположения в продольном или периферийном массиве.
W
T
[0036] Как показано на Фиг.1-2, каждое плечо содержит пару каплевидных прорезей 32. Каждая каплевидная прорезь 32 проходит от внутренней периферийной канавки 24 поперечно в наружном направлении к боковой части протектора на постоянной глубине. Одна из указанных двух каплевидных прорезей 32 проходит поперечно всю длину плечевого элемента 30, в то время как другая каплевидная прорезь проходит поперечно часть длины плечевого элемента и заканчивается в боковой водоотводной канавке 38. Каждый элемент 40 в любом промежуточном ребре 22 ограничен в продольном направлении частично углубленной канавкой 26. В основании каждой частично углубленной канавки 26 имеется поперечно и радиально волнообразная прорезь 28, проходящая вниз в глубину протектора. В настоящей заявке волнообразный означает проходящий по периодическому неплоскому пути, причем указанный нелинейный путь, например, может представлять собой криволинейный или зигзагообразный путь. Кроме того, поперечно волнообразный путь означает волнообразный путь, проходящий в целом в боковом направлении протектора или поперек ширины T протектора, а радиально волнообразный путь означает волнообразный путь, проходящий сквозь толщину T протектора. Каждый элемент 40 содержит пару прорезей 42. Прорези 42 проходят поперек ширины каждого элемента 40 по волнообразному пути, который в целом проходит под углом α относительно линии, перпендикулярной или нормальной относительно продольной канавки 24. В показанном на чертеже варианте реализации угол α примерно равен тридцати градусам (30°), тем не менее согласно другим вариантам реализации также могут использоваться другие углы. Пара прорезей 42 в целом расположена на некотором расстоянии друг от друга равномерно вдоль каждого элемента 40 в продольном направлении протектора 10. Толщина всех прорезей в протекторе 10 составляет примерно 0,4 мм, но согласно другим вариантам реализации может находиться в диапазоне толщин между 0,2 мм и 0,5 мм.
24T
24B
24T
24
T
24
24T
24B
24
T
[0037] Как показано на Фиг.3, каждая из продольных канавок 24 содержит боковые стенки 25, имеющие отрицательный угол γ сходимости. Боковая стенка 25, имеющая "отрицательный угол сходимости", означает, что ширина канавки увеличивается с увеличением глубины рисунка протектора (т.е. при прохождении канавки глубже в толщину протектора относительно наружной взаимодействующей с землей стороны). Как показано на чертеже, ширина Wверхней части продольной канавки 24 вдоль поверхности нового протектора является более узкой по сравнению с шириной W нижней части канавки. В показанном на чертеже варианте реализации отрицательный угол γ сходимости примерно равен одиннадцати градусам (11°), но согласно настоящему варианту реализации может составлять примерно десять-двенадцать градусов (10°-12°). Ширина W верхней части канавки примерно равна 8,45 мм, но согласно настоящему варианту реализации может составлять 8-14 мм. Каждая канавка 24 проходит в протектор на глубину D, которая согласно настоящему варианту реализации также примерно является полной глубиной D рисунка протектора. Согласно настоящему варианту реализации продольная глубина D канавки составляет примерно девять миллиметров (9 мм), но может составлять 6-10 мм. Однако согласно другим вариантам реализации могут быть использованы другие отрицательные углы γ сходимости, ширины W,W канавок иглубины Dканавок без дополнительных уточнений. Использованный в настоящей заявке термин "примерно полная глубина рисунка протектора" означает полную глубину D рисунка протектора с отклонением примерно 0,5 мм.
26
26
28,
42
[0038] На Фиг.4 показан частичный разрез вида сбоку элемента 40 по линии 4-4, показанной на Фиг.2. Как может быть видно из чертежа, частично углубленная боковая канавка 26 проходит на расстояние D в нижнем направлении от поверхности протектора в глубину протектора. Кроме того, в глубину рисунка протектора от нижней части боковой канавки 26 проходит поперечно и радиально волнообразная прорезь 28. Также на чертеже показана поперечно волнообразная прорезь 42, расположенная в элементе 40. Прорезь 42 согласно настоящему варианту реализации проходит приблизительно на полную глубину рисунка протектора, но согласно другим вариантам реализации может проходить приблизительно меньше чем на полную глубину рисунка протектора. Боковая канавка 26 в целом имеет ширину W, которая составляет примерно 4,5 мм, но в целом согласно конкретным вариантам реализации может составлять от 3 мм до 6 мм. Прорези в целом имеют ширину, которая значительно меньше ширины канавки. Согласно конкретным вариантам реализации прорези 28, 42 соответственно имеют ширину W W, которая составляет примерно 0,4 мм, но может составлять между 0,2 мм и 0,6 мм.
34
34,
T
36
36
36
[0039] На Фиг.5 показан пример боковой каплевидной прорези 32, проходящей вдоль плечевого элемента 30, в частичном разрезе по линии 5-5, показанной на Фиг.2. Боковая каплевидная прорезь 32 в целом содержит прорезанную часть 34 и нижнюю канавочную (т.е. каплевидную) часть 36. Часть 34 прорези волнообразно проходит на желательную глубину D между наружной поверхностью протектора и нижней канавочной частью 36. Кроме того, прорезанная часть 34 имеет ширину или толщину W составляющую примерно 0,4 мм, но которая в случае необходимости может быть изменена. Согласно конкретному варианту реализации нижняя канавочная часть 36 дополнительно проходит вглубь протектора D на желательную глубину D, которая составляет примерно 2,8 мм, в то время как согласно более общим вариантам реализации глубина Dсоставляет 2-4 мм. Кроме того, нижняя канавочная часть 36 имеет ширину W, которая составляет примерно 3,5 мм, но в целом может быть изменена между 3 мм и 5 мм. Согласно варианту реализации, показанному на Фиг.2, каплевидная прорезь 32 проходит поперечно по линейному или неволнообразному пути. Согласно другим вариантам реализации каплевидная прорезь 32 проходит поперечно по криволинейному или волнообразному пути. На Фиг.5 также показано, что прорезанная часть 34 проходит радиально по криволинейному или волнообразному пути.
W
T
[0040] На Фиг.6 новый протектор 10, показанный на Фиг.1-2, показан в изношенном состоянии для наилучшей идентификации его особенностей, ранее скрытых под его новой поверхностью. В частности, изношенный протектор 10 изношен от глубины исходного протектора D примерно на 9 мм до изношенной глубины примерно 1,6 мм. Теперь в плече 30 открывается каплевидная нижняя канавочная часть 36, которая добавляет поверхностную полость и края к контактной поверхности протектора (т.е. габаритной площади) для улучшенного сцепления в условиях воды и снега. Поскольку плечо способствует отводу воды в поперечном направлении от протектора, добавление поверхностных полостей в плечо изношенной шины, как предполагается, улучшает общие водоотводные качества протектора и его рабочие характеристики на мокрой дороге. Поскольку вместе с нижней канавочной частью 36 открыт дополнительный край, сцепление шины со снегом также улучшено.
24B
[0041] Как показано на Фиг.6, продольная канавка 24 является расширенной из-за отрицательного наклона боковых стенок для обеспечения увеличения поверхностных полостей, которое способствует каналированию воды и захвату снега. Это является предпочтительным, поскольку канавка 24 в противном случае теряет объем пустот при изнашивании протектора из-за того, что продольная канавка имеет неотрицательный (т.е. положительный) наклон боковых стенок и таким образом сужается (т.е. уменьшается ее ширина). Таким образом, путем увеличения своей ширины W при изнашивании протектора указанная канавка может компенсировать по меньшей мере часть объемной и поверхностной полостей, потерянных из-за продолжающегося изнашиванием протектора. Из рассмотрения промежуточных элементов 40 очевидно, что дополнительный край, содержащий прорезь 28, теперь присутствует вдоль изношенной поверхности в дополнение к описанным выше имеющимся прорезям 42. Добавление прорези 28 способствует увеличению количества краев сцепления вдоль промежуточных ребер 22, в результате чего улучшается общее сцепление. Элементы 40 также становятся более жесткими из-за частичной потери углубленной канавки 26. Новый или неизношенный протектор согласно первому варианту реализации, имеющий глубину рисунка протектора 9 мм, имеет отношение контактной поверхности примерно 0,68, отношение объема пустот примерно 0,34 и коэффициент продольной жесткости примерно 0,40. Если протектор изношен на глубину рисунка 1,6 мм, отношение контактной поверхности составляет примерно 0,62, отношение объема пустот составляет примерно 0,33, и коэффициент продольной жесткости составляет примерно 1,49. Отношения объема пустот и отношения контактной поверхности для нового и изношенного протекторов показаны на Фиг.18 и 19 соответственно согласно первому варианту E1 реализации.
[0042] Согласно второму варианту реализации, показанному на Фиг.7-8, протектор согласно предыдущему варианту реализации, показанному на Фиг.1-2, несколько изменен за счет замены конкретных особенностей, расположенных вдоль промежуточных ребер 22. В частности, предыдущий вариант реализации изменен путем использования боковой канавки 126, имеющей максимальную глубину, вместо частично углубленной канавки 26 и продолжающейся прорези 28. Кроме того, волнообразные прорези 42, имеющие максимальную глубину, расположенные в каждом элементе 40, заменены волнообразными перевернутыми Y-образными прорезями 142. Другие особенности протектора 110 остаются идентичными особенностям протектора 10.
146
146
144
142
T
146
144
[0043] На Фиг.9 подробно показан разрез перевернутых Y-образных прорезей 142 по линии 9-9, показанной на Фиг.8. Согласно данному конкретному варианту реализации перевернутые Y-образные прорези 142 содержат верхнюю прорезанную часть 144 и нижнюю часть, содержащую пару ног 146, проходящих в наружном направлении от нижней части верхней прорезанной части 144, причем каждая из указанных ног проходит вглубь протектора с достижением разделяющего расстояния W. Как показано на чертеже, указанное разделяющее расстояние W составляет примерно 3,4 мм, но может составлять примерно 3-5 мм согласно настоящему варианту реализации. Также согласно данному варианту реализации верхняя прорезанная часть 144 является волнообразной вдоль пути, проходящего от контактной поверхности 141 нового протектора в направлении к паре ног 146, расположенных на глубине D. Верхние прорезанные части 144 также являются волнообразными при прохождении в поперечном направлении вдоль ширины каждого элемента 140. Согласно настоящему варианту реализации перевернутые Y-образные прорези проходят на полную глубину D, которая примерно равна полной глубине D рисунка протектора, причем указанные ноги проходят на глубину D, которая составляет примерно 3,5 мм или 3-5 мм. Наконец, согласно настоящему изобретению толщина Wкаждой верхней прорезанной части 144 и каждой ноги 146 составляет примерно 0,4 мм, даже при том, что могут быть использованы другие толщины, включая использование различных толщин для каждой верхней прорезанной части 144 и каждой ноги 146, а также толщин, которые могут изменяться вдоль любой верхней прорезанной части 144 или каждой ноги 146.
144
[0044] На Фиг.10 показаны дополнительные подробности полости, сформированной перевернутой Y-образной прорезью 142. В частности, верхние прорезанные части 144 и пара ног 146 волнообразно проходят в поперечном направлении вдоль ширины каждого элемента 140, а также волнообразно проходят от контактной поверхности 141 нового протектора в направлении к паре ног 146 до глубины D, как показано на Фиг.9.
W
T
[0045] На Фиг.11 новый протектор 110, показанный на Фиг.8-9, теперь показан в изношенном состоянии для наглядной иллюстрации его особенностей, ранее скрытых под его новой поверхностью. В частности, изношенный протектор 110 изношен от глубины исходного протектора D, составляющей примерно 9 может быть, до глубины изношенного протектора, составляющей примерно 1,6 мм. Поскольку единственным различием между протектором, показанным на Фиг.1-2, и протектором, показанным на Фиг.8-9, является замена боковой канавки 126, имеющей полную глубину, на частично углубленную канавку 26 с продолжающейся прорезью 28, и замена волнообразных перевернутых Y-образных прорезей 142 на волнообразные прорези 42, имеющие полную глубину, следующее далее описание сосредоточено на изменениях промежуточных ребер 122 и элементов 140.
W
W
W
W
W
W
W
[0046] Как показано на Фиг.11, в качестве дополнения к описанию Фиг.6, промежуточные ребра 122 изношенного протектора теперь открывают дополнительные края сцепления, когда перевернутые Y-образные прорези показываются из одиночной прорези 144 и открывают обе ноги 146. Таким образом, количество краев сцепления удваивается при переходе от нового протектора 110 к достаточно изношенному протектору 110, который также содержит увеличенное количество краев сцепления по сравнению с различными вариантами реализации протекторов 10 и 110. Кроме того, добавление боковой канавки, имеющей полную глубину, существенно не изменяет количество пустот при сравнении между новым и изношенным состояниями протектора. Таким образом, в этом отношении имеется небольшое различие между новым и изношенным состояниями протектора, несмотря на то, что при сравнении изношенных протекторов 10 и 110 согласно каждому варианту реализации в последнем протекторе 110 имеется большее количество полостей благодаря наличию боковой канавки 126, которая обеспечивает большее количество полостей по сравнению с прорезью предыдущего протектора 10. Кроме того, боковая канавка, имеющая полную глубину, создает дополнительные края сцепления, которые улучшают сцепление со снегом. Новый или неизношенный протектор согласно второму варианту реализации, имеющий глубину рисунка 9 мм, характеризуется отношением контактной поверхности примерно 0,68, отношением объема пустот примерно 0,36 и коэффициентом продольной жесткости примерно 0,39. Если протектор изношен до глубины 1,6 мм, отношение контактной поверхности составляет примерно 0,58, отношение объема пустот составляет примерно 0,37, и коэффициент продольной жесткости составляет примерно 1,46. Отношения объема пустот и отношения контактной поверхности для нового и изношенного протекторов показаны на Фиг.18 и 19 соответственно согласно второму варианту E2 реализации.
[0047] На Фиг.12-13 показан третий вариант реализации протектора 210 в неизношенном или новом состоянии. Указанный протектор 210 подобен протектору 10, показанному на Фиг.1-2, но имеет несколько существенных отличий. К сходным элементам протектора 210 относится его конструкция с 5 ребрами, содержащая пару плеч 220 и три промежуточных ребра 222, каждое из которых выполнено отдельно в соответствии с отрицательным наклоном стенок продольных канавок 224, которые соответствуют имеющим отрицательный наклон продольным канавкам 24, описанным выше в отношении протектора 10 и показанным на Фиг.1-3. В частности, пара плеч 220 содержит первое плечо 220a и второе плечо 220b. Первое плечо 220a может содержать внутреннее плечо, в то время как второе плечо 220b содержит внешнее плечо, если шина установлена на транспортном средстве. Каждое плечо содержит каплевидную прорезь 232, которая соразмерна каплевидной прорези 32 в протекторе 10, показанном на Фиг.5, и таким образом имеет прорезанную часть 234 и нижнюю канавочную часть 236, соответствующие частям 34 и 36 соответственно протектора 10. Первое плечо 220a также содержит боковую канавку 238a, проходящую поперечно в наружном направлении от наружной стороны продольной канавки 224. В этом заключается отличие от боковой канавки 38 протектора 110, показанной на Фиг.1-2, которая вместо этого проходит от прорези 32, 34 между боковой канавкой 38 и продольной канавкой 24 вдоль каждого плеча 20. Противоположное второе плечо 220b также содержит боковую канавку 238b, которая длиннее канавки 38 протектора 10, но длиннее канавки 238a. Каплевидная прорезь 232 также расположена между канавкой 238b и продольной канавкой 224 подобно плечу 20 протектора 10. Модификации плеч между протекторами 10, 110 и 220 выполнены для регулирования количества полостей и жесткости в каждом протекторе в случае необходимости для достижения желательных улучшений жесткости неизношенного протектора путем увеличения количества полостей в изношенном протекторе.
[0048] Относительно промежуточных ребер 222a, 222b, 222c, ребро 222a в целом содержит те же особенности, что и соответствующее ребро 22 в протекторе 10. Иными словами, прорези 42 и боковые канавки 26 ребра 22 в протекторе 10 также используются в ребре 222a протектора 210 и представлены прорезями 242 и боковыми канавками 226. То же является справедливым для промежуточного ребра 222b, расположенного рядом с вторым плечом 222b, за исключением того, что боковая канавка проходит не полностью между расположенными рядом продольными канавками 224. Вместо этого прорези 242 расположены между каждой из боковых канавок 226 и каждой из продольных канавок 224. Прорези 242 являются такими же, что и прорези 42, описанные выше в отношении протектора 10. Относительно центральной канавки 226, дополнительные прорези 242 использованы вместо боковой канавки 26, использованной в протекторе 10. Соответственно, центральное ребро 222c не имеет боковых канавок, проходящих в поперечном направлении через ребро.
[0049] Для испытательных целей конструкция протектора согласно третьему варианту реализации была осуществлена с глубиной рисунка протектора 7 мм вместо глубины рисунка протектора 9 мм, используемой в протекторах согласно первому и второму вариантам реализации. Указанное уменьшение глубины рисунка протектора представляет собой часть стратегии управления жесткостью протектора, благодаря которой жесткость протектора увеличивается после увеличения количества полостей в изношенных слоях протектора. В любом случае, любая из описанных в настоящей заявке конструкций протектора может быть осуществлена с любой желательной глубиной рисунка протектора в соответствии с указанной стратегией для увеличения жесткости протектора. Новый или неизношенный протектор согласно третьему варианту реализации, имеющий глубину рисунка 7 мм, характеризуется как имеющий отношение контактной поверхности примерно 0,68, отношение объема пустот примерно 0,34 и коэффициент продольной жесткости примерно 0,52. Протектор 220, прежде показанный на Фиг.8-9, теперь показан на Фиг.14 в изношенном состоянии для наглядной иллюстрации его особенностей, прежде скрытых под новой поверхностью. В частности, изношенный протектор имеет износ от глубины исходного протектора примерно 7 мм до глубины изношенного протектора примерно 1,6 мм. В указанном изношенном состоянии протектор согласно третьему варианту реализации характеризуется как имеющий отношение контактной поверхности примерно 0,64, отношение объема пустот примерно 0,31 и коэффициента продольной жесткости примерно 1,59. Отношения объема пустот и отношения контактной поверхности нового и изношенного протекторов показаны на Фиг.18 и 19 соответственно согласно третьему варианту E3 реализации.
[0050] Каплевидные прорези в целом формируют утопленную полость, которая содержит канавочную часть каплевидной прорези. Подразумевается, что другие углубленные полости могут быть использованы в последующем слое износа в любом плечевом или промежуточном элементе или ребре протектора. Например, могут быть использованы скрытые канавки без прорезей, расположенных над ними, причем любая из указанных канавок становится открытой при достаточном износе протектора. Вместо этого, по меньшей мере одна прорезь может быть расположена рядом или иным способом вдоль протектора, например, вдоль наружной поверхности протектора в его любом новом или изношенном состоянии. Прорези, канавки, каплевидные прорези или любые другие углубленные полости могут быть сформированы любым известным специалистам способом формирования полостей в протекторе. Может быть использовано любое средство для формирования углубленных полостей, таких как углубленные канавки или прорези, или каплевидные прорези, Например, для проникновения сквозь наружную сторону протектора может быть использована запрессовка лезвий, расположенных в пресс-формах. В качестве дополнительного примера, форма может быть расположена или вставлена в протектор и извлечена из бокового края протектора для формирования углубленных полостей вдоль боковых сторон протектора. Кроме того, в качестве другого примера, могут быть использованы удаляемые формы, расположенные в толщине протектора, которые могут быть удалены или разрушены, когда становятся доступными при достаточном износе шины. Подразумевается, что любая прорезь, канавка или каплевидная прорезь, использованные в протекторах, описанных в настоящей заявке, могут иметь ширину, которая остается постоянной или изменяется при прохождении каждой из них в продольном направлении вдоль протектора, и любое средство для формирования каждой из указанных полостей может иметь соответствующую ширину, которая также остается постоянной или изменяется в случае необходимости.
[0051] Для оценки вариантов реализации, показанных на Фиг.1-2 ("первый вариант реализации"), на Фиг.7-8 ("второй вариант реализации") и на Фиг.12-13 ("третий вариант реализации"), были выполнены многочисленные испытания для оценки влияния каждого протектора на различные рабочие характеристики шины. Шины, в которых использовались каждый из протекторов согласно первому, второму и третьему вариантам реализации, были подвергнуты различным управляемым испытаниям для сравнения влияния каждого протектора с эталонной шиной. При подготовке к испытанию во время изготовления всех шин использовались пресс-формы с одним и тем же профилем (за исключением третьего варианта реализации), та же архитектура каркаса (т.е. конструкция каркаса) и тот же состав протектора, что и у эталонной шины. Кроме того, все протекторы, включая эталонный протектор и протекторы согласно первому и второму вариантам реализации, описанным выше, были изготовлены с глубиной рисунка протектора 9 мм, в то время как протектор согласно третьему варианту реализации был изготовлен с глубиной рисунка протектора 7 мм. Другое сходство между протекторами согласно первому, второму и третьему вариантам реализации и эталонным протектором заключалось в том, что каждая конструкция протектора содержала пять (5) полных ребер (включая плечевые и промежуточные ребра), одинаково сформированных и имеющих одинаковый размер элементов протектора, причем продольные канавки также одинаково расположены по ширине протектора. Для выяснения влияния особенностей согласно первому и второму вариантам реализации продольные канавки, любые перевернутые Y-образные прорези или любые волнообразные прорези, расположенные вдоль промежуточных элементов протектора, или любые каплевидные прорези, расположенные вдоль каждого плеча протектора эталонный шины, не имели отрицательного наклона.
[0052] Для сравнения рабочих характеристик каждого протектора согласно первому и второму вариантам реализации с эталонным протектором были выполнены следующие испытания. Все испытания, за исключением испытания на износ и на сопротивление качению, были выполнены с использованием новых протекторов (т.е. имеющих полную глубину рисунка) и изношенных протекторов, часть которых была удалена шерохованием до глубины рисунка протектора 1,6 мм на шине размера 205/55 R16.
Торможение с низким коэффициентом трения на влажном покрытии. Это испытание было выполнено путем сравнивания расстояния, необходимого для остановки одного и того же транспортного средства, перемещающегося со скоростью 50 миль в час (80 км/час) на мокрой асфальтовой поверхности при толщине слоя воды примерно 1,2 мм.
Торможение с высоким коэффициентом трения на мокром покрытии.
Это испытание было выполнено путем сравнивания расстояния, необходимого для остановки того же транспортного средства, перемещающегося со скоростью 40 миль в час (64,4 км/час) на асфальтовой поверхности, политой водой из автоцистерны, имеющей поливочные форсунки, причем толщина слоя воды не превышала шероховатости поверхности покрытия.
Боковое сцепление с мокрой поверхностью. Это испытание было выполнено путем сравнивания времени, необходимого для совершения одним и тем же транспортным средством полного круга по мокрой кольцевой дороге с радиусом 120 м и поверхностью из шлифованного бетона. Воду подавали посредством спринклерной системы, обеспечивающей толщину слоя воды между 1 мм и 3 мм.
Управляемость на мокрой дороге. Это испытание было выполнено путем сравнивания времени, необходимого для совершения одним и тем же транспортным средством полного круга по мокрому асфальтовому покрытию трасы для испытания шин. Вода подавалась посредством спринклерной системы, обеспечивающей толщину слоя воды, изменяющуюся от мокрого состояния до постоянного наличия воды.
Продольное аквапланирование. Каждое испытание было выполнено путем определения скорости, на которой уровень проскальзывания достигает 10% на ведущих колесах одного и того же транспортного средства, оснащенного оборудованием для получения и накопления данных во время резкого ускорения на асфальтовой поверхности, покрытой управляемым слоем воды толщиной 8 мм.
Сцепление со снегом. Это испытание было выполнено путем измерения продольного сцепления испытуемых шин, установленных на испытательном транспортном средстве, перемещающемся по прямому пути на ведущей поверхности, покрытой снегом или льдом, в соответствии со спецификациями ASTM F-1805 Американского общества по испытанию материалов и GMW15207 компании General Motors.
Сопротивление качению. Это испытание было выполнено путем проведения испытания на сопротивление качению в соответствии с промышленным стандартом на барабанном стенде для определения коэффициента сопротивления качению (кг/тонна).
Износ. Это испытание было выполнено путем определения скорости потери материала протектора для каждого протектора для оценки срока службы (в милях) и скорости износа (мм/10000 миль) для каждого протектора шины. При проведении испытания шины были установлены на идентичные транспортные средства и эксплуатировались управляемым способом по установленной схеме на общественных шоссе. Потеря протектора была измерена путем измерения глубины рисунка протектора.
[0053] Как показано на Фиг.15, 16 и 17, испытания в частности доказывают улучшение рабочих характеристик для каждого из протекторов согласно первому, второму и третьему вариантам реализации соответственно по сравнению с эталонным протектором как в новом, так и в изношенном протекторах. В частности, наблюдается общее улучшение рабочих характеристиках для мокрого дорожного покрытия у нового и изношенного протектора, а у неизношенного протектора отмечены улучшенные рабочие характеристики в отношении сопротивления качению и износа. Кроме того, отмечено улучшение рабочих характеристик на снежном покрытии как у нового, так и у изношенного протекторов, по меньшей мере в целом сохранение других критериев качества, которые в противном случае обычно ухудшаются при попытках улучшения сцепления со снежным покрытием согласно способам уровня техники.
[0054] Несмотря на то, что настоящее изобретение описано на примере конкретных вариантов его реализации, следует рассматривать данное описание исключительно как иллюстрацию, но не как ограничение. Например, особенности протектора, описанные в настоящей заявке, могут быть изменены в размере и количестве при использовании на шинах большого или малого размера, или на шинах, имеющих различную архитектуру (т.е. конструкцию), различные глубины рисунка протектора, или сформированных с использованием пресс-форм, имеющих различные профили. Соответственно, объем защиты и содержание настоящего изобретения заданы только в соответствии с пунктами приложенной формулы.