ШИПЫ ШИНЫ И ШИПОВАННАЯ ШИНА
TIRE STUD AND STUDDED TIRE

Настоящее изобретение относится к шипам шины, используемым в шипованной шине, а также относится к шипованной шине, в которой шипы установлены в посадочных отверстиях под шипы, образованных на контактной поверхности ее протектора.
Шипованная шина с металлическими шипами, установленными во множестве посадочных отверстий, образованных на контактной поверхности ее протектора, традиционно известна как зимняя шина, которая может обладать улучшенными ходовыми показателями на замерзшей дороге (обледеневшей дороге) или заснеженной дороге.
Шип, имеющий: цилиндрический корпус с небольшим отверстием, образованным на одной из его торцевых сторон, твердый стержень, запрессованный в отверстие в цилиндрическом корпусе; и фланец, неразъемно соединенный с цилиндрическим корпусом с другой его торцевой стороны для предотвращения выпадения шипа, обычно используется в качестве шипа в шипованной шине (см. EP 1798069 B1).
Подобный шип, рассмотренный выше, устанавливается в посадочное отверстие, образованное на контактной поверхности протектора шины таким образом, чтобы лишь стержень выступал над поверхностью протектора, а остальная часть шипа, т.е. часть от фланца до одной из торцевых сторон корпуса была заделана в участок протектора.
В целом, штырь изготовлен из сверхпрочного металла, такого как вольфрамовая сталь, а корпус и фланец, соответственно, изготовлены из такого металла как сплав алюминия, сталь и т.п.
В шипованной шине рассмотренные выше шипы установлены в множество посадочных отверстий, образованных на контактной поверхности ее протектора, таким образом, чтобы шипы царапали лед/снег для увеличения фрикционного сопротивления шины.
В частности, у традиционной шипованной шины с дорожным покрытием 13 (обледеневшей дорогой или заснеженной дорогой) вначале соприкасается стержень 12 шипа 11, заделанного в участок 10 протектора, как это показано на фиг. 1, а затем, за счет соприкосновения стержня 12 с дорожным покрытием, 13 с дорожным покрытием 13 соприкасается также и корпус 15, часть которого выступает из посадочного отверстия 14, таким образом, чтобы шип 11 царапал лед/снег для улучшения ходовых показателей шины.
В последние годы возрастает спрос на обеспечение повышенной безопасности при вождении транспортных средств. В этой связи необходимо увеличить усилие сцепления со льдом при помощи шипов для увеличения фрикционного сопротивления подобной шипованной шины, рассмотренной выше, в целях улучшения ее ходовых показателей на льду.
Существует повышенный спрос, в особенности при износе шипов, на технологию увеличения усилия сцепления со льдом при помощи шипов.
Цель настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить шипы для шины, позволяющие улучшить тормозные показатели шины на обледеневшей дороге, а также шипованную шину с установленными в ней шипами.
Основными аспектами настоящего изобретения являются:
(1) Шип шины, содержащий: столбчатый корпус с имеющимся в нем углубленным участком, образованным на одной из его торцевых сторон в осевом направлении; и стержень, установленный на углубленном участке таким образом, чтобы часть стержня выступала с одной из торцевых сторон корпуса, причем на верхней поверхности стержня образовано по меньшей мере одно отверстие, проходящее в осевом направлении стержня; а при условии, что максимальная высота, измеряемая от одной из торцевых сторон корпуса до верхней поверхности стержня, является h (мм), а максимальная глубина отверстия, образованного на верхней поверхности стержня, является d (мм), то тогда 0.1≤d/h≤0.5.
Шип шины по п. (1) выше, в котором, при условии, что максимальный диаметр верхней поверхности стержня является OD (мм), а общая длина кромки верхней поверхности стержня является L (мм), то тогда 2,0≤OD≤4,0, a 3,0≤L/OD≤9,0.
В настоящем изобретении термин «максимальный диаметр» верхней поверхности стержня означает наибольший интервал между двумя параллельными линиями, когда две параллельные линии, каждая из которых проходит по касательной к одной из торцевых сторон стержня, пересекаются с одной из торцевых сторон.
Кроме этого, термин «общая длина кромки» (L) у верхней поверхности стержня означает сумму из совокупной длины кромок, разграниченных отверстиями, и совокупной длины внешних периферийных кромок на верхней поверхности стержня.
(3) Шип шины по пп. (1) или (2) выше, в котором, при условии, что максимальный диаметр верхней поверхности стержня является OD (мм), а максимальный диаметр отверстия, образованного на верхней поверхности стержня, является ID (мм), то тогда 0.15≤ID/OD≤0.8.
В настоящем изобретении термин «максимальный диаметр» отверстия, образованного на верхней поверхности стержня, означает максимальную ширину отверстия при виде из того же положения, при котором измеряется максимальный диаметр 0D верхней поверхности стержня между двумя параллельными линиями, как это было рассмотрено выше.
(4) Шип шины по одному из любых пп. (1)-(3) выше, в котором одна из торцевых сторон корпуса имеет закругленную форму.
(5) Шип шины по одному из любых пп. (1)-(4) выше, в котором у корпуса имеется фланец и при условии, что: радиус, измеряемый от центральной оси корпуса до внешней периферийной кромки фланца, является R (мм); максимальная величина радиуса R с одной стороны шины в окружном направлении является Rf (мм); а максимальная величина радиуса R с другой стороны шины в окружном направлении является Rk (мм), то тогда Rf≤Rk.
(6) Шип шины по одному из любых пп. (1)-(5) выше, в котором у корпуса имеется фланец и при условии, что: радиус, измеряемый от центральной оси корпуса до внешней периферийной кромки фланца, является R (мм); максимальная величина радиуса R с одной стороны шины в окружном направлении является Rf (мм); максимальная величина радиуса R с другой стороны шины в окружном направлении является Rk (мм); максимальная величина радиуса R с внутренней стороны в поперечном направлении шины является Ri (мм); а максимальная величина радиуса R с внешней стороны в поперечном направлении шины является Ro (мм), то тогда каждое из значений Rf, Rk, Ri и Ro находится в диапазоне от 3,0 до 5,0 мм (включая конечные значения 3,0 и 5,0).
(7) Шипованная шина, содержащая шипы шины по одному из любых пп. (1)-(6), установленные в посадочные отверстия, образованные на контактной поверхности ее протектора.
Настоящее изобретение предлагает шипы шины, позволяющие улучшить тормозные показатели шины на обледеневшей дороге, а также шипованную шину с установленными в ней шипами шины.
На фиг. 1 показан вид, поясняющий каким образом традиционная шипованная шина царапает дорожное покрытие.
На фиг. 2 показан вид спереди шипа шины по одному из вариантов осуществления настоящего изобретения.
На фиг. 3 показан схематический вид в перспективе примера конструкции стержня шипа шины.
На фиг. 4 показан теоретический вид контактной поверхности протектора шипованной шины по одному из вариантов осуществления настоящего изобретения.
На фиг. 5 показан схематический вид в перспективе другого примера конструкции стержня шипа шины.
На фиг. 6 показан схематический вид в перспективе еще одного примера конструкции стержня шипа шины.
На каждой из фигур 7А и 7B показаны виды, поясняющие радиусы фланца.
На фиг. 8 схематически показана конструкция стержня шипа шины по настоящему изобретению при виде сверху и виде в сечении.
На фиг. 9 схематически показана конструкция другого стержня шипа шины по настоящему изобретению при виде сверху и виде в сечении.
На фиг. 10 показан вид сверху конструкции еще одного стержня шипа шины по настоящему изобретению.
На фиг. 11 показан вид сверху конструкции еще одного стержня шипа шины по настоящему изобретению.
На фиг. 12 показан вид сверху конструкции еще одного стержня шипа шины по настоящему изобретению.
На фиг. 13 показан вид сверху конструкции еще одного стержня шипа шины по настоящему изобретению.
На фиг. 14 показан вид сверху конструкции еще одного стержня шипа шины по настоящему изобретению.
На фиг. 15 показан вид сверху конструкции еще одного стержня шипа шины по настоящему изобретению.
На фиг. 16 показан вид сверху конструкции еще одного стержня шипа шины по настоящему изобретению.
На фиг. 17 показан вид сверху конструкции еще одного стержня шипа шины по настоящему изобретению.
На фиг. 18 показан вид сверху конструкции еще одного стержня шипа шины по настоящему изобретению.
На фиг. 19 показан вид сверху конструкции еще одного стержня шипа шины по настоящему изобретению.
На фиг. 20 показан вид сверху конструкции еще одного стержня шипа шины по настоящему изобретению.
На фиг. 21 показан вид сверху конструкции еще одного стержня шипа шины по настоящему изобретению.
На фиг. 22 показан вид сверху конструкции еще одного стержня шипа шины по настоящему изобретению.
На фиг.2 3 показан вид сверху конструкции еще одного стержня шипа шины по настоящему изобретению.
На фиг. 24 показан вид сверху конструкции традиционного стержня шипа шины.
На фиг. 25 показан вид сверху конструкции другого традиционного стержня шипа шины.
На фиг. 26 показан вид сверху конструкции еще одного стержня шипа шины по настоящему изобретению.
Настоящее изобретение будет рассмотрено подробно со ссылкой на прилагаемые чертежи.
На фиг. 2 показан вид спереди шипа шины (который далее будет именоваться просто «шип») по одному из вариантов осуществления настоящего изобретения.
Как видно из фиг. 2, у шипа 1 по одному из вариантов осуществления настоящего изобретения имеется: по существу цилиндрический корпус 2; стержень 3, выполненный в виде колонны и расположенный на углубленном участке, образованном на одной из торцевых сторон 2а в осевом направлении корпуса 2 (в направлении центральной оси C, проходящей в продольном направлении корпуса 2); и фланец 4, неразъемно соединенный с цилиндрическим корпусом 2, на другой торцевой стороне, в направлении оси С корпуса 2, предотвращающий выпадение шипа.
На фиг. 3 показан схематический вид в перспективе конструкции шипа по одному из вариантов осуществления настоящего изобретения.
Как видно из фиг. 3, в стержне 3 имеется по меньшей мере одно отверстие 5 (единственное отверстие в примере по фиг. 3), образованное на верхней поверхности 3а стержня 3 (верхняя поверхность 3а является торцевой стороной, соприкасающейся с дорожным покрытием) таким образом, чтобы оно проходило в осевом направлении стержня 3, т.е. в направлении центральной оси D, проходящей в продольном направлении стержня).
В примере по фиг. 3 отверстие 5 имеет прямоугольное сечение в радиальном направлении стержня 3 (сечение ортогонально центральной оси D), и оканчивается внутри стержня 3, не пересекая стержень 3 в его осевом направлении.
Кроме этого, при условии, что максимальная высота, измеряемая от одной торцевой стороны 2а корпуса 2 до верхней поверхности 3а стержня 3, является h (мм), а максимальная глубина отверстия 5, образованного на верхней поверхности 3а стержня 3, является d (мм), то, как показано на фиг.2 и фиг. 3, шип 1 по данному варианту осуществления отвечает условию 0.1≤d/h≤0.5.
Далее будет рассмотрен эффект, достигаемый в случае, если шипы 1, у каждого из которых имеется стержень 3 вышеуказанной компоновки, расположенный на его углубленном участке, установлены в посадочные отверстия 7, образованные на контактной поверхности 6 протектора шипованной шины, как это показано на фиг.4.
По настоящему изобретению отверстия (5) образованы на верхней поверхности 3а стержня 3 таким образом, чтобы кромки, разграничиваемые отверстиями (5) на верхней поверхности 3а стержня 3, создавали дополнительные кромочные компоненты, соприкасающиеся с обледеневшей дорогой при движении транспортного средства по обледеневшей дороге. Подобные кромочные компоненты, дополнительно создаваемые подобным образом на обледеневшей дороге, значительно улучшают тормозные показатели шины на обледеневшей дороге.
В частности, если соотношение d/h меньше 0.1, то отверстие 5 оказывается слишком мелким для создания приемлемого краевого эффекта при протаскивании стержня 3 по льду. Если соотношение d/h превышает 0.5, отверстие становится слишком глубоким и недостаточно прочным, вследствие чего стержень (в особенности его верхняя поверхность) может откалываться не только при протаскивании по льду, но также и во время обычного движения на сухой дороге. Положительный эффект по улучшению тормозных показателей на льду теряется, если совокупная длина кромки стержня уменьшается вследствие подобного откалывания стержня по настоящему изобретению.
Кроме этого, согласно настоящему изобретению отверстие 5 проходит в осевом направлении стержня 3 таким образом, чтобы дополнительные кромочные компоненты, в виде кромок, разграничиваемых отверстием, постоянно появлялись и непрерывно улучшали тормозные показатели шины на обледеневшей дороге даже при износе стержня 3.
Кроме этого, согласно настоящему изобретению отверстие 5 оканчивается внутри стержня 3, не проходя сквозь стержень в его осевом направлении, за счет чего становится возможным обеспечить достаточную прочность стержня 3 для предотвращения разлома, например трескания стержня.
Кроме этого, согласно настоящему изобретению за счет образования в стержне 3 отверстия 5, его вес уменьшается.
Как показано на фиг. 5, на верхней поверхности стержня 3 по настоящему варианту осуществления может быть образовано несколько отверстий (два отверстия в примере по фиг. 5).
В этом случае можно дополнительно улучшить тормозные показатели шины на обледеневшей дороге за счет дополнительного увеличения краевых компонентов, соприкасающихся с дорожным покрытием.
По данному варианту осуществления, при условии, что в сечении, проходящем ортогонально осевому направлению стержня 3, площадь гипотетического сечения без образованных в ней отверстий стержня 3 является S1, а общая площадь сечения отверстия 5 (сумма площадей сечения отверстий 5, если образовано несколько отверстий 5) является S2, то тогда соотношение S2/S1 предпочтительно отвечает условию 0.1≤S2/S1≤0.5.
Выбрав величину соотношения S2/S1 равной по меньшей мере 0.1, можно обеспечить достаточную длину кромок, разграниченных отверстиями, что увеличит количество краевых компонентов на верхней поверхности стержня в достаточной мере для обеспечения достаточно высокого краевого эффекта. Выбор величины соотношения S2/S1 равной 0.5 или менее позволит избежать чрезмерного уменьшения площади верхней поверхности 3а стержня 3, что обеспечит приемлемую прочность стержня 3, то есть, предотвратит разлом стержня, например, растрескивание на его кромочных участках.
Отверстие 5 предпочтительно оканчивается внутри стержня 3, не проходя сквозь стержень в его осевом направлении, поскольку это позволяет обеспечить прочность стержня и предотвратить разлом стержня, например, образование трещин.
Кроме этого, отверстие 5 в радиальном направлении стержня 3 предпочтительно имеет сечение прямоугольной формы (в сечении, ортогональном осевому направлению стержня), как это показано на фиг. 3 и фиг. 5. Между тем, форма сечения отверстия 5 не ограничена прямоугольной формой и может иметь любую иную форму, в том числе круглую, овальную и многоугольную.
В этой связи, отверстие 5 может иметь форму, площадь сечения которой изменяется в осевом направлении стержня 3, как это показано на фиг. 6.
Кроме этого, по настоящему изобретению, при условии, что максимальный диаметр верхней поверхности стержня является OD (мм), а общая длина кромки верхней поверхности стержня является L (мм), то тогда соотношение L/OD предпочтительно удовлетворяет условию 2,0≤OD≤4,0 и 3,0≤L/OD≤9,0, соответственно.
OD≥2,0 мм обеспечивает минимально необходимый размер непосредственно самого стержня, обеспечивая тем самым минимально необходимую длину внешних периферийных кромок на верхней поверхности стержня и соответственно минимально необходимые тормозные показатели шины на льду. OD≤4,0 мм позволяет избежать чрезмерного увеличения размера непосредственно самого стержня, уменьшая тем самым силу противодействия со стороны дорожного покрытия при движении по сухому дорожному покрытию, что обеспечивает, в целом, необходимую устойчивость шины к выпадению шипа.
Выбор соотношения L/OD в вышеуказанном диапазоне обеспечивает достаточно большую площадь без отверстий на верхней поверхности стержня, а, следовательно, высокую прочность стержня, другими словами, эффективно предотвращает разлом, например, образование трещин на краевых участках стержня вследствие недостаточной прочности стержня. То есть, установив соотношение L/OD в вышеуказанном диапазоне можно эффективно предотвратить ухудшение тормозных показателей шины на льду при разломе стержня.
Кроме этого, по настоящему изобретению при условии, что максимальный диаметр отверстия 5 является ID (мм), то тогда соотношение ID/OD предпочтительно отвечает условию 0.15≤ID/OD≤0.8.
Соотношение ID/OD≥0.15 обеспечивает задействование большого числа краевых компонентов при протаскивании стержня по льду, тем самым дополнительно улучшая тормозные показатели шины на льду.
Соотношение ID/OD≤0.8 обеспечивает достаточно высокую прочность верхней поверхности стержня, тем самым эффективно предотвращая разлом, например, образование трещин на краевых участках стержня. Таким образом, установив соотношение ID/OD на уровне 0.8 или менее, можно эффективно предотвратить ухудшение тормозных показателей шины на льду вследствие разлома стержня.
Кроме этого, по настоящему изобретению одна из торцевых сторон имеет закругленную форму.
Сразу после зацепления кромок стержней шипов с обледеневшем дорожным покрытием во время торможения, шипы протаскиваются и в итоге перемещается вперед в направлении, перпендикулярном направлению протектора, в котором каждый из шипов был изначально установлен в протекторе. Затем, после того как каждый из шипов перемещается немного вперед, кромочный участок одной из торцевых сторон корпуса соприкасается с обледеневшим дорожным покрытием, тем самым подавляя изначально предполагаемый эффект царапания льда, создаваемый кромками стержней.
Между тем, по настоящему изобретению углы, под которыми шипы вываливаются, соприкасаясь кромками их корпусов с обледеневшим дорожным покрытием, сделаны равными, независимо от расположения шипов, поскольку каждая из торцевых сторон корпуса каждого шипа является закругленной. Соответственно, настоящее изобретение позволяет подавлять отклонения в показателях кромок стержней шипов и таким образом надежно обеспечивает хорошие показатели шины не только при торможении по прямой, но и также показатели торможения и сцепления в разных ситуациях, в том числе при движении в повороте.
Кроме этого, в настоящем изобретении, при условии, что: радиус, измеряемый от центральной оси C корпуса до внешней периферийной кромки фланца 4, является R (мм); максимальная величина радиуса R с одной стороны шины в окружном направлении шины является Rf (мм); а максимальная величина радиуса R с другой стороны в окружном направлении шины является Rk (мм), как показано на фиг. 2 и на фиг. 7, то тогда предпочтительно Rf≤Rk.
В этой связи, далее будет рассмотрен эффект, создаваемый после того как шина по настоящему изобретению установлена на транспортное средство таким образом, чтобы вышеуказанная «одна сторона шины в окружном направлении» соответствовала входной стороне, а вышеуказанная «другая сторона в окружном направлении шины» соответствовала выходной стороне.
При торможении корпус каждого шипа, соприкасающегося с дорожным покрытием, перемещается вперед, т.е. в направлении движения транспортного средства, после того как кромки стержней зацепляются с обледеневшей поверхностью. В этой связи, степень перемещения корпуса вперед или в направлении движения транспортного средства можно сделать относительно небольшой при условии соблюдения условия формулы Rf≤Rk, что позволит эффективно поддерживать эффект царапания льда кромками стержней для улучшения тормозных показателей на льду шины.
Кроме этого, помимо определения R, Rf и Rk, при условии, что: максимальная величина радиуса R на внутренней стороне в поперечном направлении шины является Ri (мм); а максимальная величина радиуса R на внешней стороне в поперечном направлении шины является Ro (мм), то тогда величина каждого из параметров Rf, Rk, Ri и Ro предпочтительно находится в диапазоне от 3,0 мм до 5,0 мм (включая конечные значения 3,0 и 5,0).
Установив радиус фланца по меньшей мере в 3,0 мм можно подавлять вышеуказанное вываливание шипов при начале движения, торможении и движении в повороте и аналогичных ситуациях, обеспечив надежную защиту от выхода шипов из шины. Установив радиус фланца по меньшей мере в 5,0 мм можно облегчить и обеспечить прочное заделывание шипов при установке шипов в посадочные отверстия в протекторе шины, обеспечив тем самым надежную защиту от выхода шипов из шины.
Кроме этого, шип 3 по настоящему изобретению может иметь разную форму сечения, в том числе овальную, прямоугольную, многоугольную, крестовую и т.п., как это показано на фигурах 8-23 и 26.
Примеры
Были подготовлены опытные шипы, используемые в качестве образцов 1-40, и сравнительные образцы 1, 2, у каждого из которых имелся стержень с отверстием, образованным на его верхней поверхности.
Кроме этого, также были подготовлены опытные шипы и сравнительные шипы 1, 2,
у каждого из которых имелся стержень без отверстия на его верхней поверхности.
Опытные шипы каждого из подобных образцов, сравнительных образцов и традиционных образцов были установлены в посадочные отверстия на контактной поверхности участка протектора шины с типоразмером: 195/65R15, в результате чего были получены образцы, сравнительные образцы и традиционные образцы. Каждая из испытательных шин с внутренним давлением в 230 кПа прошла следующие испытания для определения показателей шины.
Тормозные показатели на льду
Тормозные показатели на льду шипованной шины определялись следующим образом: водитель-испытатель резко нажимал на тормоз на испытательном полигоне с обледеневшим дорожным покрытием, когда транспортное средство с установленными на него соответствующими опытными шинами двигалось с начальной скоростью 20 км/ч; измерялся тормозной путь, пройденный транспортным средством с момента резкого нажатия на тормоз до момента полной остановки транспортного средства; определялась величина измеренного подобным образом тормозного пути; и затем каждая величина преобразовывалась в коэффициентную величину относительно величины опытной шины традиционного образца 2, взятой за «100». Увеличение коэффициентной величины свидетельствует об улучшении тормозных показателей на обледеневшем дорожном покрытии.
Устойчивость к выпадению шипов
Устойчивость к выпадению шипов шипованной шины определялась следующим образом: прохождение транспортным средством с установленными на него соответствующими новыми опытными шинами 30000 км по льду/снегу и сухому дорожному покрытию, соответственно; подсчет количества шипов, выпавших из шины после данного пробега; расчет соотношения между количеством выпавших шипов и количеством шипов изначально установленных в шинах; и преобразование каждого соотношения в коэффициентную величину относительно соотношения у традиционных образцов 1, 2 взятых за «100». Уменьшение коэффициентной величины свидетельствует о повышении устойчивости к выпадению шипов.
Результаты оценки, а также соответствующие параметры опытных шин приведены в Таблице 1 ниже.
Каждая из опытных шин была установлена на транспортное средство таким образом, чтобы вышеуказанная «одна сторона в окружном направлении шины» соответствовала входной стороне, а вышеуказанная «другая сторона в окружном направлении шины» соответствовала выходной стороне.
Из Таблиц от 1-1 до 1-3 видно, что абсолютно все образцы 1-40 опытных шин продемонстрировали улучшенные тормозные показатели на льду по сравнению с традиционными образцами шин и сравнительными образцами.
Перечень ссылочных позиций
1
Шип
2
Корпус (Хвостовик)
2а
Торцевая сторона
3
Стержень
4
Фланец
5
Отверстие
6
Контактная поверхность бегового участка
7
Посадочное отверстие
10
Беговой участок
11
Шип
12
Стержень
13
Дорожное покрытие
14
Посадочное отверстие
15
Корпус (Хвостовик)