Протектор пневматической шины

Область техники, к которой относится полезная модель
Настоящая полезная модель относится к конструкции пневматической шины, в частности, к протектору пневматической шины и касается конструкции щелевидных прорезей в протекторных блоках и может быть использована для пневматических шин радиального типа, в частности, для зимних шин грузовых транспортных средств.
Уровень техники
В настоящее время существует потребность в улучшении стандартных пневматических шин с высокой степенью совместимости в отношении характеристики на сухом дорожном покрытии, например, устойчивости рулевого управления и времени движения на сухих дорожных покрытиях, и характеристики на мокром и заснеженном покрытии, такие, как устойчивость рулевого управления и устойчивость к гидропланированию на мокрых дорожных покрытиях. Помимо этих характеристик также необходимо улучшать износостойкость шины, в частности, устойчивость к неравномерному износу, и шумовые характеристики.
Для обеспечения сохранения высоких показателей сцепления с влажным и заснеженным дорожным покрытием на разных стадиях износа рисунка протектора в настоящее время широко используются схемы рисунков протектора, имеющие сквозные поперечные каналы, скрытые в основании щелевидных прорезей (ламелей).
Примером такой конструкции является конструкция протектора пневматической шины, описанная в заявке US 2013/0213542 A1.
В соответствии с одним из вариантов данной разработки, во внутренней части щелевидной прорези, ориентированной в радиальном направлении шины, выполнено нелинейное расширение с образованием скрытой канавки. В соответствии с другой модификацией в радиальном направлении выполнено ответвление, образующее V-образное окончание щелевидной прорези.
При достижении определенного уровня износа протектора шины данная щелевидная прорезь раскрывается в канавку или несколько прорезей, что улучшает отвод воды и грязи из зоны контакта протектора с дорожным покрытием за счет снижения коэффициента насыщенности рисунка протектора в пятне контакта и увеличения числа поперечных кромок. Данное решение обеспечивает постоянство или улучшение уровня сцепления шины с влажным и заснеженным дорожным покрытием.
Также известна пневматическая шина транспортного средства, описанная в патенте № 2678783 С1.
В соответствии с данной разработкой на протекторе выполнены кольцевые канавки и поперечные канавки, между которыми сформированы протекторные блоки с щелевидными прорезями. Каждая щелевидная прорезь по высоте протекторного блока имеет в радиальном направлении внешнюю часть, в которой стенки щелевидной прорези расположены на одинаковом расстоянии одна от другой, а ее глубина составляет от 70% до 90% от глубины щелевидной прорези. К внешней части щелевидной прорези примыкает внутренняя часть, в которой по всей длине протекторного блока выполнена скрытая канавка, имеющая в поперечном сечении каплевидную форму.
Известные до настоящего времени протекторы пневматических шин, в протекторных блоках которых выполнены щелевидные прорези, каждая из которых имеет сквозную скрытую канавку в своем основании, характеризуются повышенными деформациями шины в протекторном блоке в направлении качения, что приводит к повышению потерь на деформацию в резине. Кроме того, уменьшается эффективный объем резины. Эти явления неблагоприятно сказываются на сопротивлении качению и скорости износа протектора.
Раскрытие сущности полезной модели
В основу полезной модели положена задача разработать протектор пневматической шины с такими конструктивным выполнением щелевидных прорезей на протекторных блоках, которое обеспечивало надежный отвод влаги из пятна контакта и отличалось высокой износостойкостью и высокими эксплуатационными характеристиками.
Поставленная задача решается тем, протектор пневматической шины, протекторный рисунок которого образует кольцевые и поперечные канавки, между которыми сформированы протекторные блоки с щелевидными прорезями, каждая из которых по высоте протекторного блока имеет в радиальном направлении внешнюю часть, в которой стенки щелевидной прорези расположены на одинаковом расстоянии одна от другой, и внутреннюю часть, в которой выполнена скрытая канавка, согласно полезной модели,
в продольном направлении, перпендикулярном направлению вращения шины, каждая щелевидная прорезь имеет средний участок, по обе стороны которого расположен соответствующий боковой участок,
при этом скрытая канавка состоит из двух частей, каждая из которых выполнена в зоне соответствующего бокового участка щелевидной прорези, а
в зоне среднего участка щелевидной прорези в ее внутренней части выполнена перемычка в виде мостика, глубина расположения верхней грани которого лежит в диапазоне от 60% до 98% от полной глубины щелевидной прорези, а длина – в диапазоне от 12,5% до 30% от длины щелевидной прорези на наружной поверхности протекторного блока.
Техническим результатом настоящей полезной модели является улучшение жесткости элементов протектора в направлении качения шины, что снижает деформации протекторного блока и увеличивает объем резины в протекторном блоке, что позволяет уменьшить потери на качение и скорость износа протектора при сохранении управляемости пневматической шины на различных этапах эксплуатации.
Краткое описание чертежей
В дальнейшем полезная модель описывается конкретным вариантом ее исполнения и прилагаемыми чертежами, на которых:
Фиг. 1 изображает фрагмент протектора пневматической шины, вид в аксонометрии;
Фиг.2 – разрез по I-I на фиг.1, в аксонометрии;
Фиг.3 – сечение по II-II на фиг.1;
Фиг.4 – сечение по III-III на фиг.1;
Фиг.5 – вариант выполнения протекторного блока в продольном разрезе;
Фиг.6 – другой вариант выполнения протекторного блока в продольном разрезе.
Осуществление полезной модели
Заявляемый протектор пневматической шины имеет протекторный рисунок, состоящий из протекторных блоков 1, отделенных один от другого в направлении вращения шины U (окружном направлении) кольцевыми канавками 2, а в поперечном направлении - поперечными канавками 3. По всей ширине протекторных блоков 1 выполнены щелевидные прорези 4 (вариант выполнения 1), имеющие выход в соответствующие кольцевые канавки 2 или в сторону боковин пневматической шины. В данном варианте выполнения щелевидные прорези 4 имеют прямолинейную форму, и на примере такого выполнения в дальнейшем будет представлено описание полезной модели и ее отличительные признаки.
В описываемом варианте представлен протектор пневматической шины радиального типа, в частности, шины для грузовых транспортных средств для использования в зимних условиях.
В каждой щелевидной прорези 4 по высоте протекторного блока 1 в радиальном направлении можно выделить внешнюю часть 5, в которой стенки щелевидной прорези 4 расположены на одинаковом расстоянии b одна от другой (фиг. 3,4), и внутреннюю часть 6, в которой стенки щелевидной прорези 4 нелинейно расширяются в окружном направлении U до максимальной ширины b1, а затем сужаются и соединяются, достигая полной глубины t щелевидной прорези 4, образуя скрытую канавку 7.
В соответствии с заявленной полезной моделью скрытая канавка 7, расположенная во внутренней части 6 щелевидной прорези 4, состоит из двух частей (фиг. 2), каждая из которых одним концом выходит в кольцевую канавку 2 или в сторону боковины пневматической шины.
В продольном направлении, перпендикулярном направлению вращения шины, каждая щелевидная прорезь 4 имеет средний участок 8, по обе стороны которого расположен соответствующий боковой участок 9.
Каждая часть скрытой канавки 7 выполнена в зоне соответствующего бокового участка 9 щелевидной прорези 4.
Во внешней части 5 щелевидной прорези 4 расстояние между стенками одинаково по всей глубине щелевидной прорези 4. Однако на среднем участке 8 щелевидная прорезь 4 выполнена не на полную глубину и, таким образом, образует перемычку 10 в виде мостика (далее по тексту мостик 10), разделяющую части скрытой канавки 7. Мостик 10 представляет собой ребро, ориентированное в направлении качения шины, причем над мостиком 10 имеется небольшой зазор. В поперечном сечении мостик 10 имеет форму трапеции, верхняя и боковые стороны которой и боковые стороны и дно щелевидной прорези сопрягаются дугами для снижения возникающих при деформации напряжений. Стенки щелевидной прорези 4 над данным мостиком 10 выполнены с постоянным расстоянием b между ними. Предпочтительная глубина t1 расположения верхней грани мостика 10 лежит в диапазоне от 98% до 60% от глубины t щелевидной прорези 4.
Предпочтительная ширина l1 мостика 10 составляет от 12,5% до 30% от длины L щелевидной прорези 4 по верхней грани протекторного блока 1. Уменьшение ширины l1 мостика 10 менее 12,5 % от длины L приведет к значительному уменьшению влияния мостика 10 на жесткость протекторного блока 1 в направлении качения шины и, тем самым, не позволит достичь заявляемого результата. В свою очередь, увеличение ширины l1 мостика 10 сверх 30% от длины L значительно уменьшит длину участков скрытой канавки 7, что негативно скажется на управляемости транспортного средства на поздних этапах эксплуатации шины.
Следует отметить, что глубина t1 мостика 10 не совпадает с глубиной t2 внутреннего участка 6 щелевидной прорези 4, и может быть как больше, так и меньше последней.
Наличие мостика 10 повышает жесткость протекторных блоков 1 в направлении качения шины в зависимости от его высоты, а подбор высоты мостика 10 и его ширины в указанных пределах позволяет оптимизировать деформацию протекторных блоков и подобрать оптимальную скорость износа рисунка протектора и топливную экономичность шины при сохранении управляемости шины  на различных этапах эксплуатации.
На фиг. 5 изображен ступенчатый разрез протекторного блока 1 вдоль щелевидной прорези 4 (вариант выполнения 2). В данном варианте щелевидная прорезь имеет Z-образную форму, параллельные участки которой имеют большую длину и расположены аналогично щелевидной прорези 4, представленной на фиг. 1,2. Также как было описано выше, на среднем участке 8 щелевидная прорезь 4 выполнена не на полную глубину и образует мостик 10, разделяющий части скрытой канавки 7. По глубине щелевидной прорези 4 в зоне ее наружных участков 5 над соответствующей  частью скрытой канавки 7 имеется область 11 со сложной вогнуто-выпуклой геометрией стенок. В данном случае данная геометрия щелевидной прорези 4 образована двумя наборами плоских волнообразных кривых, угол между наборами 64°.
Сложная вогнуто-выпуклая геометрия на стенках щелевидной прорези 4 применяется для предупреждения неравномерного износа рисунка протектора путем снижения деформации протекторных блоков 1 в поперечном, боковом, латеральном направлении (преимущественно) и окружном направлении (в меньшей степени).
На фиг. 6 изображен ступенчатый разрез протекторного блока 1 вдоль щелевидной прорези 4 (вариант выполнения 3).
Внешняя часть 5 щелевидной прорези 4 имеет волнообразную осесимметричную форму с шестью изгибами в продольном направлении. В данном случае геометрия щелевидной прорези 4 образована одной волнообразной кривой, «выдавленной» (название операции в программном обеспечении для построения тела или поверхности) вдоль направления щелевидной прорези. Общее направление щелевидной прорези 4 совпадает с представленным на фиг.1,2,5. Также как было описано выше, на среднем участке 8 щелевидная прорезь 4 выполнена не на полную глубину и образует мостик 10, разделяющий части скрытой канавки 7. По глубине щелевидной прорези 4 в зоне ее наружных участков 5 над соответствующей частью скрытой канавки 7 выполнена область 11 со сложной вогнуто-выпуклой геометрией стенок.
Как было отмечено выше, сложная вогнуто-выпуклая геометрия на стенках щелевидной прорези 4 применяется для предупреждения неравномерного износа рисунка протектора.
В соответствии с настоящей полезной моделью наличие мостика, разделяющего скрытую канавку  на две части, независимо от формы выполнения щелевидной прорези повышает жесткость протекторных блоков  в направлении качения шины, что  позволяет оптимизировать деформацию протекторных блоков и подобрать оптимальную скорость износа рисунка протектора и топливную экономичность шины при сохранении управляемости шины  на различных этапах эксплуатации.