ШИНА ДЛЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ И ЛЕСОЗАГОТОВИТЕЛЬНЫХ МАШИН (ВАРИАНТЫ)
TIRE FOR AGRICULTURAL AND FOREST MACHINES (VERSIONS)

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
[0001] Настоящее изобретение относится к пневматическим шинам и, в частности, к шине для использования в сельскохозяйственном оборудовании или лесозаготовительном оборудовании.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0002] Традиционная конструкция шин сельскохозяйственного назначения содержит нейлоновый каркас или слой каркаса шины со слоями корда из полиэстера. В некоторых случаях вместо слоев корда из полиэстера также используются металлокордные брекеры. Однако, сталь в целом не используется в качестве каркаса или материала для слоя каркаса в шинах сельскохозяйственного назначения.
[0003] Таким образом, имеется рыночная потребность в шинах сельскохозяйственного назначения, работающих при повышенных давлениях, которая в уровне техники удовлетворяется добавлением нейлоновых слоев каркаса шины и слоев корда из полиэстера, в результате чего увеличиваются сложность конструкции шины, вес шины и ее стоимость.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0004] Согласно одному варианту реализации изобретения пневматическая шина для сельскохозяйственных или лесозаготовительных машин содержит:
периферийный протектор, содержащий первый и второй ряды грунтозацепов, проходящих от первого и второго плеч протектора к экваториальной плоскости указанной шины, причем указанные грунтозацепы проходят под углом от 0° до 65° к оси поворота шины, а указанный протектор имеет отношение площади контактной поверхности к общей площади поверхности протектора не больше, чем приблизительно 40%,
пару бортов, каждый из которых содержит сердечник борта шины и заполнитель борта,
пару боковых стенок, проходящих от указанных бортов к указанному протектору,
только один усиленный сталью слой каркаса, проходящий по периферии вокруг указанной шины и содержащий внутреннюю осевую часть и наружные осевые завороты, которые проходят вокруг указанных бортов и по направлению вверх к протектору и заканчиваются на концах заворота, и
только два проходящих по периферии усиленных сталью слоя корда, которые расположены между указанным слоем каркаса и периферийным протектором и каждый из которых имеет пару осевых концов, причем указанные два слоя корда содержат первый слой корда, расположенный радиально с внутренней стороны второго слоя корда.
[0005] Согласно другому варианту реализации пневматическая радиальная шина для сельскохозяйственных и лесозаготовительных машин содержит:
протектор, содержащий первый и второй ряды грунтозацепов, проходящих от первого и второго плеч протектора к экваториальной плоскости указанной шины, причем указанные грунтозацепы проходят под углом от 0° до 65° к оси поворота указанной шины, а протектор имеет отношение площади контактной поверхности к общей площади поверхности протектора не больше, чем приблизительно 40%,
пару противолежащих бортов, каждый из которых содержит сердечник борта шины и заполнитель борта,
усиленный слой каркаса, содержащий радиально ориентированные стальные проволоки и имеющий внутреннюю осевую часть и два заворота, причем один заворот проходит от каждого конца внутренней осевой части и имеет завершающий конец, внутренняя осевая часть проходит между противолежащими бортами, а завороты расположены в осевом направлении с наружной стороны бортов,
первый радиальный внутренний слой корда и второй радиальный наружный слой корда, каждый из которых имеет стальные проволоки, причем указанные слои корда расположены между усиленным слоем каркаса и протектором,
пару вставок в боковые стенки, каждая из которых проходит непрерывно от верхнего конца, проходящего между первым слоем корда и усиленным слоем каркаса, через область боковой стенки указанной шины к нижнему концу, проходящему между внутренней осевой частью усиленного слоя каркаса и одним из заворотов усиленного слоя каркаса, причем каждый нижний конец перекрывается с соответствующим одним из указанных заполнителей борта,
пару клиньев слоя корда, проходящих по периферии вокруг указанной шины, причем каждый клин слоя корда проходит между осевыми краями первого и второго слоев корда и имеет максимальную толщину в диапазоне от 0,2 дюйма (5,08 мм) до 0,6 дюйма (15,24 мм), когда указанный клин слоя корда находится в не затвердевшем не вулканизированном состоянии,
слой прокладочной резины, расположенный радиально и в осевом направлении с внутренней стороны усиленного слоя каркаса и проходящий от одного борта к другому борту, и
внутренний слой, расположенный радиально и в осевом направлении с внутренней стороны слоя прокладочной резины.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0006] На фиг. 1 схематически показан вид машины сельскохозяйственного назначения, в данном случае самоходный разбрызгиватель, в котором использованы шины согласно настоящему изобретению.
[0007] На фиг. 2 схематически показан разрез шины согласно настоящему изобретению.
[0008] На фиг. 3 показан увеличенный разрез одной половины шины согласно одному варианту реализации, показанной на фиг. 2, с чертежом, разделенным вдоль экваториальной плоскости шины.
[0009] На фиг. 4 показано увеличенное изображение нижней части боковой стенки шины, показанной на фиг. 3.
[0010] На фиг. 5 показано увеличенное изображение концов слоя корда и область клина слоя корда шины, показанной на фиг. 3.
[0011] На фиг. 6 показан развернутый вид грунтозацепов протектора.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0012] Ниже приведены определения выбранных терминов, используемых в настоящей заявке. Указанные определения включают различные варианты реализации и/или формы компонентов, которые попадают в рамки термина и которые могут быть использованы для осуществления. Варианты реализации не должны трактоваться как ограничение. Определения включают как единственное число, так и множественное число терминов.
[0013] Термин "аспектовое отношение" означает отношение высоты сечения шины к ширине ее сечения.
[0014] Термины "осевой" и "в осевом направлении" относятся к направлениям, которые параллельны оси поворота шины.
[0015] Термин "борт" или "сердечник борта" относятся к части шины, содержащей кольцевой растянутый элемент, сердечник борта шины, обернутый слоями корда и сформированный с другими элементами усиления или без них для согласования с конкретным ободом шины.
[0016] Термин "брекер" относится к кольцевому слою или слою параллельных проволок, плетеному или неплетеному, лежащему в основе протектора и не прикрепленному к борту.
[0017] Термин "каркас" относится к конструкции шины, за исключением конструкции слоя корда, протектора, подпротекторного слоя и резины боковой стенки, но при этом включает борта (т.е. слои каркаса обернуты вокруг бортов).
[0018] Термин "периферийный" относится к линиям или направлениям, проходящим вдоль периметра поверхности кольцевого протектора перпендикулярно осевому направлению.
[0019] Термин "проволока" означает одну из нитей усиления, из которых состоят слои шины.
[0020] Термин "корона" относится, по существу, к наружной периферии шины, где расположен протектор.
[0021] Термин "экваториальная плоскость (ЕР)" относится к плоскости, которая перпендикулярна оси поворота шины и проходит через центр протектора шины.
[0022] Термин "внутренний слой" означает слой или слои эластомерного или другого материала, которые формируют внутреннюю поверхность бескамерной шины и которые содержат накачивающую текучую среду в шине.
[0023] Термин "номинальный диаметр обода" означает средний диаметр закраины обода в положении, где посажен борт шины.
[0024] Термин "слой" означает непрерывный слой резины, покрывающей параллельные проволоки.
[0025] Термины "радиальный" и "радиально" относятся к направлениям, которые перпендикулярны оси поворота шины.
[0026] Термин "радиально усиленный" или "радиальная шина" относятся к опоясанной или ограниченной по периферии пневматической шине, в которой проволоки слоя, проходящие от борта до борта, расположены с углами расположения нитей корда между 65° и 90° относительно экваториальной плоскости шины.
[0027] Термин "высота профиля шины" (SH) означает радиальное расстояние от основания сердечника борта шины к наружному диаметру шины в ее экваториальной плоскости.
[0028] Термин "ширина профиля шины" (SW) означает максимальное линейное расстояние, параллельное оси шины, между наружной стороной боковых стенок шины, накачанной до нормального давления и по истечении 24 часов, но ненагруженной, без учета выпуклостей боковых стенок из-за обозначения, отделки или защитных бандажей.
[0029] Термин "сталь" включает легированные стали.
[0030] Термин "высота заворота" (ТН) означает радиальное расстояние от основания сердечника борта шины до верхнего конца заворота.
[0031] Направления в настоящей заявке также установлены относительно оси поворота шины. Термины "вверх" и "по направлению вверх" относятся к общему направлению к протектору шины, тогда как "вниз" и "по направлению вниз" относятся к общему направлению к оси поворота шины. Таким образом, если термины, обозначающие относительное направление, такие как "верхний" и "нижний", используются в соединении с некоторым элементом, то "верхний" элемент расположен ближе к протектору, чем "нижний" элемент. Кроме того, если термины, обозначающие относительное направление, такие как "выше" или "ниже", используются в соединении с некоторым элементом, то элемент, который "выше" другого элемента, расположен ближе к протектору, чем указанный другой элемент. Термины "в осевом направлении внутрь" и "в осевом внутреннем направлении" относятся к общему направлению к экваториальной плоскости шины, в то время как термины "в осевом направлении наружу" и "в осевом наружном направлении" относятся к общему направлению от экваториальной плоскости шины к боковой стенке шины.
[0032] До степени, в которой термины "включает" или "включая" использованы в описании или пунктах приложенной формулы, они имеют включающий смысл, подобно термину "содержащий", в случаях, когда этот термин интерпретируется при использовании в пунктах приложенной формулы в качестве переходного выражения. Кроме того, до степени, в которой используется термин "или" (например, А или В), этот термин означает "А или В, или оба". В случае необходимости указания логической функции типа "только А или В, но не оба" используется термин "только А или В, но не оба". Таким образом, использование термина "или" в настоящей заявке имеет включающий, но не исключающий характер. См. Брайен А. Гарнер, "Словарь современных юридических терминов", стр. 624 (2 издание, 1995). Кроме того, до степени, в которой термины "в" или "внутри" используются в описании или пунктах приложенной формулы, они дополнительно означают "на" или "над". Кроме того, до степени, в которой термин "соединять" используется в описании или пунктах приложенной формулы, он означает не только "непосредственно соединенный с", но также и "соединенный с… посредством…", т.е. соединенный посредством другого компонента или нескольких компонентов.
[0033] На фиг. 1 показана сельскохозяйственная машина 10, содержащая множество колес 12, каждое из которых несет пневматическую шину 14. Сельскохозяйственная машина, показанная на фиг. 1, представляет собой самоходный разбрызгиватель. Таким образом, шины, описанные в настоящей заявке, являются подходящими для использования в сельскохозяйственном оборудовании, включая самоходные разбрызгиватели, тракторы и комбайны, а также в лесозаготовительном оборудовании и других подобных случаях применения.
[0034] На фиг. 2 показан разрез одной из шин 14. На фиг. 2 схематично показаны различные слои и слои корда, причем их положение обозначено одиночными линиями. Подробности ее особенностей показаны в увеличенном виде на фиг. 3, 4 и 5. Шина 14 содержит периферийный протектор или протекторную часть 16, первую и вторую боковые стенки или части боковой стенки 18 и 20, и первый и второй борта или бортовые части 22 и 24. Протектор 16 имеет множество грунтозацепов 28, проходящих в верхнем направлении от дна 30 канавки протектора. Как показано на фиг. 6, протектор содержит первый и второй ряды грунтозацепов, проходящих от первого и второго плеч протектора в направлении к экваториальной плоскости 26 или рядом с ней. Грунтозацепы проходят под углом 31 к оси поворота шины. В показанном на чертеже варианте реализации грунтозацепы 28 немного изогнуты, и угол 31, измеренный от средней линии корня грунтозацепа до средней линии свободного конца грунтозацепа, составляет приблизительно 37°. В более общем смысле, угол 31 может находиться в диапазоне от 0° до 65°. Протектор имеет отношение площади контактной поверхности грунтозацепов к общей площади поверхности протектора не больше, чем приблизительно 40%.
[0035] Шины для сельскохозяйственных машин и лесозаготовительного оборудования, в которых используется настоящая конструкция, также являются относительно большими шинами, которые могут иметь наружные диаметры в диапазоне от приблизительно 40 дюймов (101,6 см) до приблизительно 92 дюйма (233,68 см). Данная конструкция является особенно подходящей для использования в очень больших шинах, имеющих наружные диаметры больше, чем приблизительно 55 дюймов (139,7 см).
[0036] На фиг. 3 показан увеличенный вид в разрезе половины шины 14, причем чертеж разделен экваториальной плоскостью 26 шины. Понятно, что в отношении внутренних особенностей шины половина разреза шины не показана, поскольку представляет собой, по существу, зеркальное отображение показанной половины относительно экваториальной плоскости 26. Рисунок протектора может быть изменен с обеих сторон экваториальной плоскости.
[0037] Шина имеет ширину SW профиля, показанную на фиг. 2, высоту SH профиля, показанную на фиг. 3, и высоту ТН заворота, показанную на фиг. 3.
[0038] Как показано на фиг. 3, каждый из бортов, таких как борт 22, содержит сердечник 32 борта шины и заполнитель 34 борта шины. Сердечник 32 содержит жгут бортовых проволок. Заполнитель 34 имеет верхние стенки 36 и 38, которые сходятся к вершине или верхнему концу 40 в его радиальной наружной части.
[0039] Борт 22 может быть обернут тонким тканевым слоем, который иногда называется усиливающей прокладкой 42.
[0040] Усиленный сталью слой 44 каркаса, иногда также называемый слоем 44 каркаса шины, проходит по периферии вокруг шины от одного борта 22 к другому борту 24. Слой 44 каркаса является слоем с радиальным расположением нитей корда. Слой 44 каркаса имеет внутреннюю осевую часть 46, которая проходит между бортами 22 и 24 и содержит первый и второй осевые наружные завороты 50 и 52, которые проходят под сердечниками 32 борта шины и вокруг них, проходят по направлению вверх к протектору 16 и заканчиваются на конце заворота 54.
[0041] В показанном на чертеже варианте реализации использован только один слой каркаса. Для шин, используемых в сельскохозяйственной и лесозаготовительной отраслях, описанных в настоящей заявке, считается достаточным только один усиленный сталью слой каркаса для достижения необходимой прочности шины, что позволяет снизить общий вес слоев каркаса.
[0042] Первый и второй проходящие по периферии усиленные сталью слои 56 и 58 корда расположены между слоем 44 каркаса и периферийным протектором 16. Первый слой 56 корда расположен радиально с внутренней стороны второго слоя 58 корда. Первый слой 56 корда имеет осевые концы 60 и 62. Второй слой 58 корда имеет осевые концы 64 и 66. Предпочтительно использованы только два указанных слоя корда. Для шин для сельскохозяйственных и лесозаготовительных машин, как описано в настоящей заявке, два усиленных сталью слоя корда считаются достаточными для достижения необходимой прочности шины и в то же время позволяют избежать увеличения веса дополнительных слоев корда. Кроме того, при использовании только двух слоев корда могут быть использованы относительно толстые клинья слоя корда для поддерживания разделения краев слоя корда под действием высоких локальных напряжений, вызванных большими грунтозацепами шин для сельскохозяйственных и лесозаготовительных машин.
[0043] Шина 14 содержит первую и вторую вставки 68 и 70 в боковые стенки. Каждая вставка в боковые стенки, такая как вставка 68 в боковую стенку, показанная на фиг. 3, проходит непрерывно от верхнего конца 72 к нижнему концу 74. Верхний конец 72 сужается и проходит между первым слоем 56 корда и слоем 44 каркаса. Нижний конец 74 сужается и проходит между внутренней частью 46 слоя 44 каркаса и заворотом 50 слоя 44 каркаса, причем нижний конец 74 перекрывается с заполнителем 34 борта.
[0044] Вставка 68 в боковую стенку выполняет различные функции. Она служит прокладкой для всей области боковой стенки шины для защиты слоя 44 каркаса от воздействий чужеродными объектами на боковую стенку шины. Ее верхняя часть в области верхнего конца 72 проходит между первым слоем 56 корда и слоем 44 каркаса и защищает слой 44 каркаса от края 60 первого слоя 56 корда. Ее нижняя часть разделяет в осевом направлении внутреннюю часть 46 слоя каркаса от заворота 50. Непрерывная природа цельной вставки в боковую стенку от ее верхнего конца до ее нижнего конца повышает эффективность структуры и конструкции шины.
[0045] Каждый из заворотов 50 имеет высоту ТН заворота, проходящую выше заполнителя 34 борта. Он относительно лучше, чем заворот с нормальной высотой ТН повышает прочность боковой стенки шины в нижней области, что очень важно для шин, использующихся в сельскохозяйственных машинах, они обычно перемещаются среди препятствий в локальной области, которые могут повредить боковые стенки.
[0046] Каждая из вставок в боковые стенки, такая как вставка 68 в боковую стенку, имеет цельную конструкцию, содержащую единый эластомерный компонент, обычно выполненный в форме резиновой ленты. Вставки в боковые стенки выполнены из материала, подобного боковой стенке, и фактически являются частью боковой стенки. Подходящими материалами для вставки 68 в боковую стенку могут быть низкосернистые материалы, препятствующие коррозии стального слоя каркаса.
[0047] Шина 14 дополнительно содержит пару клиньев 78 слоя корда, проходящих по периферии вокруг шины. Каждый клин 78 слоя корда проходит между осевыми краями или концами 60 и 64 первого и второго слоев 56 и 58 корда. Клинья слоя корда предпочтительно являются относительно толстыми и имеют максимальную толщину в диапазоне от приблизительно 0,2 дюйма (5,08 мм) до приблизительно 0,6 дюйма (15,24 мм), более предпочтительно в диапазоне от приблизительно 0,3 дюйма (7,62 мм) до приблизительно 0,5 дюйма (12,7 мм) и наиболее предпочтительно клинья слоя корда имеют максимальную толщину приблизительно 0,4 дюйма (10,16 мм) все в незатвердевшем невулканизированном состоянии. Понятно, что указанные толщины незатвердевших невулканизированных компонентов изменятся во время прессования и вулканизации шины, следовательно, указанные толщины не обязательно должны присутствовать в готовой шине. Такой толстый клин слоя корда способствует передаче пиковых нагрузок от грунтозацепов сельскохозяйственной шины к ее каркасу. Толстые клинья слоя корда также способствуют поддерживанию разделения краев слоя корда во время прессования больших грунтозацепов протектора.
[0048] Понятно, что шины для сельскохозяйственных и лесозаготовительных машин имеют большие высокие грунтозацепы, которые в сочетании с большими открытыми областями в рисунке протектора между грунтозацепами приводят к относительно большим концентрациям нагрузок непосредственно ниже грунтозацепов, в отличие от шин для легковых, грузовых автомобилей и автобусов или шин для строительных машин. Такие типы протекторов шин сельскохозяйственного назначения классифицированы в промышленности кодами протектора как R-1, R-1W и R-2 согласно стандартам Ассоциации автошин и колесных дисков.
[0049] Шина 14 содержит слой 80 прокладочной резины, расположенный радиально и в осевом направлении с внутренней стороны слоя 44 каркаса. Внутренний слой 82 расположен радиально и в осевом направлении с внутренней стороны слоя 80 прокладочной резины. Слой 80 прокладочной резины является относительно толстым и может иметь толщину от приблизительно 0,1 дюйма (2,54 мм) до приблизительно 0,25 дюйма (6,35 мм) и предпочтительно приблизительно 0,16 дюйма (4,06 мм) в незатвердевшем невулканизированном состоянии. Разумеется, толщина слоя прокладочной резины изменяется во время прессования и вулканизации шины. Например, использование слоя прокладочной резины, имеющего толщину приблизительно 0,16 дюйма (4,06 мм) в незатвердевшем невулканизированном состоянии может привести к слою прокладочной резины в вулканизированном состоянии, имеющем толщину приблизительно 0,13 дюйма (3,30 мм) в области короны, 0,15 дюйма (3,81 мм) в плечевой области, 0,08 дюйма (2,03 мм) в области боковой стенки, и 0,05 дюйма (1,27 мм) в области, в которой слой прокладочной резины перекрывается с заполнителем борта.
[0050] Вся стальная плетеная радиальная конструкция, описанная выше, обеспечивает различные преимущества. По сравнению с сельскохозяйственной шиной или шиной для лесозаготовительных машин, предназначенных для подобной нагрузки, в которых используются традиционные нейлоновые слои корда и слои корда из полиэстера, шина согласно настоящему изобретению отличается уменьшенной сложностью, меньшим весом и способностью выдерживать заданное давление при значительно уменьшенном количестве использованных слоев корда и слоев каркаса. Это приводит к повышению прочности шины при более высоких температурах. Это также приводит к ускоренной вулканизации шин во время изготовления, в частности для шин большого размера с очень толстыми грунтозацепами.
[0051] Вся стальная плетеная конструкция шины, описанная в настоящей заявке для шины 14, в частности, является подходящей для использования в широких пределах давлений, например, в диапазоне 15-100 фунтов на квадратный дюйм (103,5 кПа). Настоящая конструкция обеспечивает значительное снижение веса по сравнению с шиной, в которой использованы традиционные нейлоновые слои и слои корда из полиэстера. Согласно одному варианту реализации вес традиционной сельскохозяйственной шины, в которой использован слой стального каркаса и стальные борта, описанные выше, уменьшен от 437 фунтов (198,22 кг) до 362 фунтов (164,20 кг).
[0052] Другое преимущество настоящей конструкции состоит в использовании относительно толстого слоя прокладочной резины, который способствует предотвращению мигрирования наружу под давлением влаги, кислорода и коррозийных элементов, таких как сера, и обеспечивает усиленный сталью слой 44 каркаса. Такая конструкция защищает сталь в слое каркаса от коррозии, что приводит к увеличению срока службы. Сельскохозяйственные шины обычно имеют срок службы несколько лет. Шина для самоходного разбрызгивателя может иметь типичный срок службы 3-5 лет. Шина для колесного трактора может иметь типичный срок службы 5-10 лет.
[0053] Таким образом, очевидно, что устройство согласно настоящему изобретению с легкостью обеспечивает результаты и преимущества, указанные выше. Несмотря на то, что выше в целях наглядности настоящего изобретения были показаны и описаны некоторые предпочтительные варианты реализации настоящего изобретения, в устройстве и конструкции описанных частей специалистами могут быть сделаны различные изменения, которые попадают в пределы объем защиты настоящего изобретения, определенный приложенной формулой.