ПРОТЕКТОР ШИНЫ БОЛЬШЕГРУЗНОГО АВТОМОБИЛЯ, УМЕНЬШАЮЩИЙ ШУМ ПРИ КАЧЕНИИ
PROTECTOR OF THE TIRE OF A BIG-LOADED CAR, REDUCING NOISE WHEN ROLLING

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к протекторам для шин большегрузных автотранспортных средств и более конкретно к рисункам протекторов, а также шин, снабженных такими протекторами, у которых улучшены характеристики шума, излучаемого при качении, но при этом сохранены на высоком уровне характеристики сцепления во время дождя.
Уровень техники
Шина большегрузного автотранспортного средства известным образом снабжена протектором, обеспечивающим посредством своей поверхности качения контакт с дорогой при качении. Тот же протектор должен придавать автотранспортному средству свойства сцепления, необходимые для обеспечения безопасности движения, как в сухую, так и в дождливую погоду, и даже на заснеженном дорожном покрытии.
Известно, что для повышения характеристик путевой устойчивости и курсовой устойчивости при любых условиях качения поверхность качения протектора оснащена рисунком протектора. Помимо эстетического аспекта такой рисунок протектора содержит технический аспект и, как правило, образован множеством вырезов, выполняемых в процессе формовки протектора или же в процессе формовки шины. Под вырезом здесь понимают полость любого типа, могущую принять форму канавки, насечки или в более широком смысле углубление любого типа, образующего выступ и свободный объем, предназначенный для отвода воды, которая может находиться на дороге во время дождя.
При качении шины по дороге элементы протектора входят в контакт с дорогой и вследствие такого повторяющегося контакта создают шум качения, который может быть разложен на несколько шумовых гармоник, причем некоторые из них напрямую зависят от рисунка протектора.
Под рисунком протектора здесь понимают взаимное расположение рельефных элементов (таких как блоки и нервюры) материала, ограниченных канавками и образующих повторяющиеся узоры на окружности колеса.
Известно, что для уменьшения шума при качении, в частности, в случае шин, предназначенных для туристических автотранспортных средств, на окружности колеса изменяют длину основных узоров рисунка протектора; этот метод, называемый методом с переменным шагом («мультишаговым»), заключается в применении последовательности ряда узоров с различными длинами в окружном направлении.
В области шин для большегрузных автомобилей этот метод находит меньшее применение и, в основном, применяют моношаговые рисунки протектора, для которых шум характеризуется гармониками, связанными с рисунком протектора.
Техническая проблема, решаемая изобретением, заключается в уменьшении амплитуды гармоник путем уменьшения амплитуды возбуждения, связанного с рисунком протектора, то есть явлений, возникающих при вхождении рельефных элементов в контакт с дорогой, по которой катится шина.
Шум, излучаемый шиной большегрузного автомобиля, характеризуется механической мощностью возбуждения, передаваемой шине ударом элементов протектора во время их прохождения в контакте с дорогой.
В сильно упрощенном виде механизмы, задействованные при вхождении в контакт активного края протекторного элемента, и время, в течение которого происходит указанное событие, могут быть представлены формой спектра сигнала или единичного прямоугольного импульса с периодом Т и длительностью аТ, при этом указанная длительность отражает время вхождения в контакт всей активной кромки рельефного элемента протектора.
Временные и частотные представления такого сигнала схематически показаны на фиг. 1А и 1В настоящего документа.
Определения:
Медианная экваториальная плоскость шины - это плоскость, перпендикулярная к оси вращения шины и проходящая через точки шины, наиболее удаленные в радиальном направлении от указанной оси.
Под радиальным направлением в настоящем документе понимают направление, перпендикулярное к оси вращения шины (указанное направление соответствует направлению толщины протектора).
Под поперечным, или осевым направлением понимают направление, параллельное оси вращения шины.
Под окружным направлением понимают направление, касательное к любому кругу с центром на оси вращения шины. Указанное направление одновременно перпендикулярно к осевому направлению и к радиальному направлению.
Общую толщину протектора измеряют на экваториальной плоскости снабженной указанным протектором шины между поверхностью качения и самой наружной в радиальном направлении частью арматуры гребня в новом состоянии.
Протектор имеет максимальную толщину материала, изнашиваемого при качении, при этом указанная максимальная толщина изнашиваемого при качении материала меньше общей толщины протектора.
Обычные условия качения шины или условия использования - это условия, определенные стандартом E.T.R.T.O. (European Tyre and Rim Technical Organization - Европейская техническая организация по ободам и покрышкам) для европейских стран; указанные условия использования определяют стандартное давление воздуха в шине, соответствующее несущей способности шины, обозначаемое ее индексом несущей способности и ее кодом скорости. Указанные условия использования также могут называться «номинальными условиями» или «условиями эксплуатации».
Вырез обычно означает либо канавку, либо насечку и соответствует пространству, ограниченному стенками материала, расположенными друг против друга и отделенными одна от другой расстоянием, отличным от нуля (так называемая «ширина выреза»). Именно указанное расстояние отличает насечку от канавки; в случае насечки это расстояние подобрано таким образом, чтобы обеспечить, по меньшей мере, частичное вхождение в контакт ограничивающих указанную насечку противоположных стенок, по меньшей мере, во время прохождения в контакте с дорогой. В случае канавки стенки канавки не могут находиться в контакте одна с другой в таких обычных условиях качения, которые определены, например, E.Т.R.T.O.
Раскрытие сущности изобретения
Настоящее изобретение относится к рисунку протектора шины большегрузного автотранспортного средства, значительно уменьшающего уровень шума при качении, но при этом сохраняющего хорошие характеристики при износе и сцеплении, причем независимо от степени износа.
Протектор по изобретению в новом состоянии содержит поверхность качения, предназначенную для вхождения в контакт с дорогой, при этом указанный протектор имеет ширину W.
Протектор, кроме того, содержит:
медианную плоскость, делящую протектор на две половины равной ширины;
две основные канавки, имеющие общую окружную ориентацию и ограничивающие центральную зону шириной, составляющей от 15 до 25% от общей ширины W протектора, при этом имеющие общую окружную ориентацию основные канавки имеют глубину Р, по существу определяющую изнашиваемую толщину протектора;
боковые зоны с каждой стороны от центральной зоны, причем каждая из указанных боковых зон разделена на множество продолговатых рельефных элементов, имеющих длинные стороны и короткие стороны, при этом указанные продолговатые элементы ограничены наклонными канавками, открывающимися в окружные основные канавки и наклоненными под средним углом, составляющим от 35° до 55°, измеряемым по отношению к окружному направлению.
Протектор по изобретению отличается тем, что наклонные вторые канавки имеют глубину Р5 от 30% до 60% от глубины Р основных канавок, имеющих общую окружную ориентацию, при этом каждый продолговатый рельефный элемент боковых зон содержит дополнительный наклонный вырез, проходящий параллельно наклонным канавкам, ограничивающим указанный элемент и делящим элемент на две продолговатые половины элемента, при этом каждый дополнительный наклонный вырез выходит на короткие стороны элемента, причем каждый дополнительный наклонный вырез имеет общую глубину, по меньшей мере, равную 75 % от глубины окружных основных канавок, и образован - в направлении, идущем от поверхности качения в новом состоянии к внутренней части протектора - насечкой, продолженной внутренним каналом, предназначенным для образования новой канавки после частичного износа протектора не позднее, чем перед полным исчезновением наклонных вторых канавок, при этом указанный внутренний канал имеет среднюю ширину, по меньшей мере, равную средней ширине наклонных канавок, при этом каждая наклонная канавка и каждый дополнительный наклонный вырез продолговатого рельефного элемента продолжены в центральную зону протектора наклонным вырезом, образованным насечкой, продолженной в толщину протектора внутренним каналом, при этом наклонный вырез, образованный в центральной зоне, сохраняет ту же самую ориентацию, что и наклонные канавки боковых зон, причем до медианной плоскости.
Благодаря протектору по изобретению можно одновременно увеличить длительность аТ каждого входного импульса в зоне контакта рельефных элементов и, таким образом, уменьшить частоту сигнала затухания, минимизировав таким образом его сверхвысокие частоты, и при этом сохранив хорошие характеристики сцепления на мокрых дорогах независимо от степени износа протектора.
Длительность импульса изменена здесь благодаря выбору наклона рельефных элементов относительно окружного направления, в результате чего происходит увеличение длины активного края и, следовательно, общее время его вхождения в контакт с дорогой. Под активным краем или активной кромкой понимают кромку рельефного элемента, приводящего ее в контакт с дорогой во время качения. И наоборот, край или кромка, входящая в контакт после активной кромки называется задней кромкой элемента.
Такая ориентация рельефных элементов придает протектору большую чувствительность к износу «пилообразного» типа, уравновешиваемого уменьшением высоты рельефных элементов по сравнению с обычной высотой рельефных элементов шин для большегрузного автомобиля. Именно то, что продолговатые элементы в новом состоянии имеют ограниченную высоту и ниже высоты центральной зоны, позволяет уменьшить влияние на износ наклона А, выбранного для указанных элементов.
В то же время сохраняется характеристика сцепления на покрытой водой дороге благодаря наличию изменяющегося в процессе износа рисунка протектора, способного после частичного износа создавать новые канавки.
Изобретение позволяет изменять баланс шумности при качении, сцепления на покрытой водой дороге и срока службы, поскольку независимо от степени износа уровень сцепления является оптимальным.
Преимущественно и для того, чтобы в еще большей степени уменьшить шум качения, наклонные канавки одной боковой зоны протектора смещены в окружном направлении по отношению к наклонным канавкам другой боковой зоны.
В альтернативном варианте изобретения наклонные канавки боковых частей ориентированы таким образом, чтобы создавать направленный рисунок протектора, то есть рисунок, обеспечивающий предпочтительное направление качения.
Согласно другому варианту изобретения, каждый продолговатый рельефный элемент дополнительно содержит вырез с общей окружной ориентацией, причем указанный вырез образован насечкой, продолженной в толщину каналом, предназначенным для образования новой окружной канавки после частичного износа не позднее, чем перед полным исчезновением наклонных вторых канавок.
Предпочтительно, длина коротких сторон каждого продолговатого рельефного элемента составляет от 50 до 60 мм (миллиметров).
Средний угол А наклона наклонных канавок и дополнительных наклонных вырезов, выраженный в градусах, выбран так, чтобы соблюдалось следующее неравенство:
,
где:
D - длина, пройденная за один полный оборот шины, измеренная при качении в условиях эксплуатации (давление и нагрузка);
WL - осевая ширина боковых частей (указанная осевая ширина равняется ширине, спроецированной на осевое направление длин активных кромок наклонных рельефных элементов);
N - число наклонных вторых канавок за один оборот колеса;
n - гармоника шума, которую следует уменьшить или устранить (n принимает значения 1, 2, 3, …).
Другие отличительные признаки и преимущества изобретения выявляются из приведенного ниже описания со ссылками на чертежи, которые показывают в качестве не являющихся ограничительными примеров формы осуществления объекта изобретения.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 и 2 соответственно показано временное представление и частотное представление сигнала, соответствующего шуму, излучаемому повторяющимся узором протектора шины большегрузного автомобиля при качении;
на фиг. 3 показан частичный вид протектора шины большегрузного автомобиля согласно изобретению;
на фиг. 4 показан вид в поперечном разрезе протектора с фиг. 3, по плоскости разреза, показанной на фиг. 3 лежащей в этой плоскости линией III-III;
на фиг. 5 показан вид в поперечном разрезе протектора с фиг. 3 по плоскости разреза, показанной на фиг. 3 лежащей в этой плоскости линией IV-IV.
Осуществление изобретения
Чтобы облегчить чтение чертежей, одинаковые ссылочные обозначения использованы для описания вариантов изобретения, когда указанные ссылочные обозначения отсылают к элементам с одними и теми же особенностями, будь то конструктивные особенности или функциональные особенности.
На фиг. 1 показано временное схематическое представление, а на фиг. 2 показано частотное представление акустического сигнала, соответствующего шуму, излучаемому повторяющимся узором протектора шины большегрузного автомобиля при качении. В упрощенном виде механизмы, задействованные при вхождении в контакт активной кромки элемента протектора, и время, в течение которого происходит указанный контакт, могут быть представлены спектром единичного прямоугольного импульса с периодом Т и шириной, или длительностью аТ. Спектр частот содержит эмиссионные линии с частотами Qf, где Q принимает целые значения 1, 2, 3 …, амплитуда которых изменяется с частотой f как функция типа sinθ/θ.
Огибающая спектра проходит через нуль при частотах, кратных числу, обратному длительности импульсов 1/аТ, 2/аТ, …
Путем увеличения длительности импульса аТ можно уменьшить частоту сигнала затухания и, таким образом, минимизировать его сверхвысокие частоты. Такое увеличение длительности импульса достигают благодаря протектору по изобретению, описанному со ссылкой на фиг. 2 и последующие.
На фиг. 3 показан частичный вид наружной поверхности протектора 10 шины большегрузного автомобиля согласно примеру изобретения, причем указанная шина имеет размер 315/70 R 22.5.
Указанный протектор 10 имеет поверхность 100 качения и рисунок протектора, определенный таким образом, чтобы обеспечивать достижение оптимального уровня характеристики качения по покрытой водой дороге при существенном уменьшении излучаемого при качении шума. Поверхность качения образована контактными сторонами рисунка протектора, предназначенными для вхождения в контакт с дорогой при качении.
Указанный протектор содержит две основные канавки 2, 3, имеющие общую окружную ориентацию, ограничивающие центральную часть С, вытянутую по одну и по другую стороны от медианной экваториальной плоскости (плоскость, делящая на две равные половины шину, снабженную указанным протектором). Центральная часть имеет ширину Wc, равную в настоящем случае 46 мм. Указанная медианная экваториальная плоскость показана линий ХХ’, лежащей в этой плоскости.
Окружные основные канавки 2, 3 имеют среднюю ширину, равную 5 мм, и глубину, равную 14 мм (при этом указанная глубина соответствует толщине изнашиваемого материала, раньше, чем наступит необходимость замены шины или ремонта протектора путем восстановления протектора). Ширина центральной части С в настоящем случае равна 18 % (ширина W протектора равна 254 мм для выбранного размера шины).
Протектор содержит боковые зоны L1, L2, расположенные по одну и по другую стороны от центральной зоны С, причем каждая из этих боковых зон разделена на множество продолговатых рельефных элементов 4, включающих длинные стороны 41, 42 и короткие стороны 43, 44, при этом указанные продолговатые рельефные элементы 4 ограничены наклонными вторыми канавками 5, открывающимися в окружные основные канавки 2, 3 и наклоненными под средним углом А, равным в настоящем случае 45° - указанный угол измеряют относительно окружного направления, параллельного линии XX’. Таким образом, длинные стороны 41, 42 наклонных элементов наклонены под углом 45° относительно окружного направления.
Указанный угол А определяется так, чтобы он удовлетворял следующему неравенству:
,
где:
D = 3152 мм. D - это длина, пройденная за один полный оборот шины размером 315/70 R 22.5, измеренная при качении с применением к шине таких условий эксплуатации давления и нагрузки, которые определены в стандартах E.T.R.T.O (Европейской технической организации по ободам и покрышкам).
WL = 100 мм. WL равняется осевой ширине боковых частей.
N - число наклонных вторых канавок на окружности колеса; в настоящем случае это число равно 48.
n - гармоника шума, которую следует уменьшить или устранить; в настоящем случае n=1.
Наклонные вторые канавки 5, ограничивающие продолговатые рельефные элементы 4, имеют длину, равную в настоящем случае 55 % от длины окружных основных канавок 2, 3.
Кроме этого и на каждом продолговатом рельефном элементе 4 боковых зон сформирован дополнительный наклонный вырез 6, вытянутый параллельно наклонным вторым канавкам 5, ограничивающим указанный продолговатый рельефный элемент и делящий указанный элемент на две половины продолговатого элемента, при этом каждый дополнительный наклонный вырез 6 открывается на короткие стороны 43, 44 рельефного элемента 4. Указанный дополнительный наклонный вырез 6 имеет общую глубину, равную глубине окружных основных канавок, и образован - в направлении, идущем от поверхности качения в новом состоянии к внутренней части протектора - насечкой 61 небольшой ширины (то есть обеспечивающей возможность контакта между противолежащими плоскостями материала во время прохождения в контакте с дорогой), при этом указанная насечка 61 продолжена внутренним каналом 62, предназначенным для образования новой канавки после частичного износа протектора, равного 45 % от глубины Р окружных основных канавок 2, 3.
Указанный внутренний канал 62 имеет среднюю ширину, по меньшей мере, равную средней ширине наклонных вторых канавок 5, при этом каждая вторая наклонная канавка 5 и каждый дополнительный наклонный вырез 6 одного продолговатого рельефного элемента продолжены в поперечном направлении в центральную зону протектора наклонным вырезом 7, образованным начиная с поверхности качения насечкой 71, продолженной в толщину протектора внутренним каналом 72, при этом указанный наклонный вырез 7, образованный в центральной зоне С, сохраняет ту же самую ориентацию, что и наклонные вторые канавки 5 боковых зон и так до медианной плоскости XX’. С точки зрения размеров вырезы 7 идентичны вырезам 6, образованным на боковых частях.
На фиг. 4 показан разрез в плоскости, показанной на фиг. 2 лежащей в ней линией IV-IV. На этом разрезе виден продолговатый элемент 4, ограниченный двумя наклонными вторыми канавками 5 одинаковой длины Р5, причем указанный продолговатый элемент 4 разрезан надвое вырезом 6, образованным открывающейся на поверхность 100 качения насечкой 61, продолженной каналом, имеющим ширину, равную ширине вторых канавок. Канал 62 открывается, чтобы образовать новую канавку, начиная с частичного износа, равного 55 % от глубины Р окружных основных канавок. Общая глубина Р6 выреза 6 равняется в описываемом варианте глубине Р окружных основных канавок.
На фиг. 5 показан разрез в плоскости, показанной на фиг. 2 лежащей в ней линией V-V. На указанном разрезе видна центральная часть С, снабженная вырезом 7, открывающимся на поверхность 100 качения, причем указанный вырез включает насечку 71, продолженную каналом 72, предназначенным для образования новой наклонной канавки после частичного износа. На указанном разрезе видно, что вырез 7 имеет глубину Р7, которая равна в глубине Р окружной основной канавки 5.
В описываемом примере рисунок протектора является направленным, то есть он диктует предпочтительное направление вращения, когда шина, снабженная протектором, установлена на большегрузном автомобиле. Целесообразно, чтобы в новом состоянии кромки продолговатые наклонные элементы входили в контакт своими точками, наиболее близкими к медианной плоскости (так, как показано на фиг. 2).
В одном варианте изобретения продолговатые рельефные элементы разделены в осевом направлении (то есть параллельно оси вращения шины) насечкой небольшой ширины (то есть обеспечивающей возможность контакта между противолежащими поверхностями материала во время прохождения в контакте с дорогой), при этом указанная насечка открывается на поверхность качения в новом состоянии и продолжена внутрь протектора расширенной частью, образующей скрытый канал. Этот скрытый канал, предназначенный для образования новой канавки после частичного износа протектора, вытянут в толщину протектора до глубины основных канавок. В указанном варианте глубины наклонных вторых канавок могут быть различными в зависимости от того находятся или не находятся они вблизи медианной экваториальной плоскости. Аналогичным образом, наклон А активных кромок, удовлетворяющих такому отношению неравенства, которое заявлено в формуле изобретения, может быть различным в зависимости от того находятся он вблизи медианной плоскости или вблизи краев протектора.
Изобретение не ограничено описанными примерами и в него могут быть внесены различные изменения, что не выходит за объем охраны, определяемый формулой изобретения.