Брекер покрышки радиальной пневматической шины

Полезная модель относится к шинной промышленности, а именно к конструкции брекера пневматических грузовых шин радиальной конструкции.
Потребителями постоянно повышаются требования к нагрузочной и скоростной характеристикам грузовых шин без изменения (увеличения) их размеров. Одним из основных элементов шины радиальной конструкции, определяющим ее нагрузочную и скоростную характеристики, является брекер шины.
Брекер – это внутренняя деталь покрышки, расположенная между каркасом и протектором и состоящая из нескольких слоев обрезиненного металлического или другого корда. Брекер предназначен для смягчения ударных нагрузок на шину, возникающих при движении автомобиля по дороге (Правила эксплуатации автомобильных шин. АЭ 001-04. Утв. Распоряжением Минтранса РФ от 21.01.2004 N АК-9-р).
Брекер грузовой шины радиальной конструкции, как правило, состоит из нескольких слоев обрезиненного металлического корда (металлокорда).
Известна грузовая шина радиальной конструкции по патенту РФ № 2247663 на изобретение «Покрышка пневматической шины», опубл. 10.03.2005, бюл. № 7, МПК В60С 9/20, патентообладатель Терехов Анатолий Иванович, покрышка которой содержит протектор, каркас, боковины, бортовые кольца и брекер из металлокорда диаметром от 0,87 до 0,97 мм. Металлокорд в брекере состоит из металлических нитей одинакового диаметра, отношение диаметра нити металлокорда к диаметру металлокорда составляет от 1,85 до 2,07, а линейная плотность металлокорда лежит в диапазоне 2,84–3,16 г/м. При этом отношение толщины каждого обрезиненного слоя металлокорда в брекере к диаметру металлокорда составляет от 1,62 до 1,85, а разрывная прочность металлокорда не ниже 955±5 Н.
Недостатком данной конструкции является низкая прочность брекера, особенно при эксплуатации в тяжелых дорожных условиях и при снижении внутреннего давления в шине.
Возможным направлением повышения нагрузочной характеристики шины является применение металлокорда большей прочности. Но при этом для обеспечения необходимого комплекса технологических и эксплуатационных характеристик шин требуется корректировка плотности и резиносодержания в слоях брекера.
2
Известна конструкция брекера грузовой пневматической шины радиальной конструкции 9,00Р20 нормой слойности 12 с максимально допустимой нагрузкой для одинарных колес 2240 кгс при внутреннем давлении в шинах 6,7 кгс/см, содержащая протектор, брекер, каркас, боковины, бортовые кольца (патент РФ № 201339 на полезную модель «Брекер покрышки грузовой пневматической шины 9.00Р20», опубл. 15.12.2020, бюл. № 35, МПК В60С 9/20, патентообладатель ООО «Нижнекамский завод грузовых шин»). Брекер шины, согласно полезной модели, выполнен из четырех слоев обрезиненного металлокорда и брекерной резиновой прослойки, расположенной на кромке металлокордных слоев, диаметр металлокорда в брекере составляет 0,90±0,04 мм, сам металлокорд выполнен из металлических нитей одинакового диаметра 0,3±0,01 мм, причем отношение диаметра металлической нити к диаметру металлокорда составляет 0,333, частота нитей металлокорда в слое брекера составляет 55 нитей/100 мм, а линейная плотность металлокорда составляет 2,79±0,14 г/м. При этом толщина каждого обрезиненного слоя металлокорда в брекере 1,50±0,01 мм, а разрывное усилие металлокорда не менее 1000 Н, при этом в слое брекера нити металлокордных слоев имеют одинаковые углы раскроя (20±1°), в соседних слоях направлены в противоположные стороны. Брекерные прослойки выполнены толщиной 6,0±0,05 мм.
Недостатком данной конструкции является повышенная материалоемкость, что увеличивает массу шины, снижает характеристику скоростной выносливости.
Известна также конструкция брекера грузовой пневматической шины (патент РФ № 2738624 на изобретение «Брекер грузовой пневматической шины», опубл. 15.12.2020, бюл. № 35, МПК В60С 9/20, патентообладатель ООО «Нижнекамский завод грузовых шин»), содержащая два или три слоя обрезиненного металлокорда и экранирующего текстильного слоя брекера или брекерной резиновой прослойки со стороны протектора. Диаметр металлокорда в брекере составляет 0,90±0,04 мм. Сам металлокорд выполнен из металлических нитей одинакового диаметра 0,30±0,01 мм. Отношение диаметра металлической нити к диаметру металлокорда составляет 0,33±0,03, а частота нитей в слое металлокорда составляет от 52 до 83 нитей/100 мм. Линейная плотность металлокорда составляет 2,79±0,14 г/м. Отношение толщины каждого обрезиненного слоя металлокорда в брекере к диаметру металлокорда составляет от 1,596 до 1,744, а разрывное усилие металлокорда не менее 1000 Н. В слое брекера нити металлокордных слоев имеют одинаковые углы раскроя (20±1°), в соседних слоях направлены в противоположные стороны.
Недостатком данной конструкции является повышенная материалоемкость из-за применения дополнительного слоя из резины или из обрезиненного текстильного корда, расположенного на брекере поверх слоев обрезиненного металлокорда со стороны протектора.
Кроме того, применение конструкции брекера из трех слоев металлокорда ухудшает характеристики однородности шины, увеличивает конусный и угловой эффекты и снижает показатели курсовой устойчивости и управляемости шины.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является конструкция брекера согласно патенту РФ № 190115 на полезную модель «Брекер покрышки пневматической шины», опубл. 19.06.2019, бюл. № 17, МПК В60С 9/20, патентообладатель ООО «Научно-технический центр «Кама». В соответствии с данным патентом брекер покрышки пневматической шины радиальной конструкции выполнен из четырех слоев обрезиненного металлокорда, края которого сдублированы с резиновыми ленточками и экранирующего текстильного слоя брекера. Диаметр металлокорда в брекере составляет 1,16±0,06 мм, сам металлокорд выполнен из металлических нитей одинакового диаметра, причем отношение диаметра металлической нити к диаметру металлокорда составляет 0,258, отношение шага металлокорда в брекере к диаметру металлокорда составляет 1,956, а линейная плотность металлокорда составляет 4,33±0,20 г/м. при этом отношение толщины каждого обрезиненного слоя металлокорда в брекере к диаметру металлокорда составляет 1,422, а разрывное усилие металлокорда не выше 1400 Н.
Недостатком данной конструкции брекера является повышенная материалоемкость из-за применения резиновых ленточек, дублирующих обрезиненные края металлокорда, и дополнительного сплошного экранирующего текстильного слоя брекера, используемых для обеспечения работоспособности и эксплуатационных характеристик пневматической шины.
Техническая задача, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, заключается в создании конструкции брекера покрышки шины с оптимальным соотношением количества слоев и резиносодержанием в них, обеспечивающих повышение максимальной нагрузки на шину, ее скоростной выносливости и эксплуатационных характеристик без увеличения материалоемкости пневматической шины, снижение ее массы за счет снижения массы брекера,  а также снижение материалоемкости, трудоемкости изготовления и расширение арсенала технических средств.
Поставленная задача решается установлением сочетания технических параметров конструкции брекера, а именно прочностных и геометрических характеристик металлокорда, его плотностью и резиносодержанием в слоях брекера, выполнением нитей металлического корда.
Для решения поставленной задачи брекер покрышки шины радиальной пневматической конструкции выполнен из четырех слоев одинаковой ширины, содержащих обрезиненный металлический корд, нити которого выполнены из металлических проволок диаметром, равным 1,33±0,07 мм, причем отношение диаметра металлической проволоки к диаметру нити металлического корда составляет 0,18±0,01, отношение плотности нитей (шага) металлического корда в слое к диаметру нитиметаллического корда составляет 1,40±0,1, отношение расстояния между нитями металлического корда в соседних слоях брекера к диаметру нити металлического корда составляет 1,79±0,05, а межслойное содержание резины равно 44% (±5%).
Плотность нитей металлокорда в слоях брекера оценивается показателем шага металлокорда, т.е расстоянием между центрами соседних нитей металлокорда в обрезиненном слое. Величина шага металлокорда в брекере определяет как прочностные, так и жесткостные характеристики шины и зависит как от толщины нитей металлокорда, так и от технологических возможностей изготовителя при его обрезинивании.
В предлагаемом техническом решении отношение шага металлокорда в слое (t) к диаметру нити металлокорда (D) составляет 1,40±0,1, отношение расстояния между центрами нитей металлокорда в соседних слоях брекера (Т) к диаметру нити металлокорда составляет T/D = 1,79±0,05, а межслойное резиносодержание в брекере равно 44% (±5%). Совокупность данных параметров позволяет достичь указанный технический результат, что нашло свое подтверждение при экспериментальной проверке. При этом конкретные показатели полезной модели приведены с указанием технологических погрешностей, составляющих пределы отклонения в меньшую и большую сторону (±) и не являющихся характеристикой возможных вариантов изготовления, а только указывающих на технологические допуски параметров.
Определение величины шага металлокорда производится с учетом обеспечения необходимой прочности брекера при приложении нагрузки на шину. Увеличение шага металлокорда снижает прочностные характеристики брекера и его жесткость в боковом направлении. Уменьшение шага (увеличение плотности нитей) повышает прочность брекера и его жесткость, однако ограничивается технологическими возможностями из-за ухудшения затекания резиновой смеси между нитями металлокорда при его обрезинивании. Неполное затекание резины между нитями металлокорда приводит к резкому снижению работоспособности брекера и увеличению вероятности расслоений между слоями металлокорда брекера.
В промышленности используется термин «обрезиненный металлокорд» или «слой обрезиненного корда/металлокорда». По сути, это нити металлокорда, представляющие из себя свивку или жгут из более тонких проволок.
Увеличение расстояния между центрами нитей металлокорда в смежных слоях брекера (Т) и увеличение межслойного резиносодержания снижает сдвиговые напряжения, возникающие в слоях брекера при приложении боковой нагрузки к шине, однако увеличивает материалоемкость шины и снижает ее температурную выносливость.
Уменьшение величины Т и снижение межслойного резиносодержания увеличивает вероятность появления расслоений в слоях металлокорда брекера и технологически ограничено минимально возможной у изготовителя толщиной обрезинивания конкретной марки металлокорда.
Экспериментально было установлено, что для обеспечения оптимальной работоспособности брекера, содержащего металлокорд, межслойное резиносодержание должно находиться в пределах 40–55%, однако наилучшие результаты достигаются при 44%.
Одинаковая ширина позволяет повысить технологичность производства – нет необходимости раскраивать отдельно каждый слой брекера; кроме того, на сборочном станке уменьшается количество позиций (валиков), необходимых для подачи слоев.
Прослойки из обрезиненного текстильного корда применяются с целью предотвращения возникновения деформации кромок металлокордных слоев брекера под действием центробежных сил при высоких скоростях движения шины.
Полученные значения определены экспериментально с учетом имеющихся технических характеристик материалов и технологических условий производства шин.
Выбор металлокорда, шага и количества слоев обрезиненного металлокорда определен исходя из требований соответствия принятых в отечественной шинной промышленности норм по запасу прочности брекера для грузовых шин.
На рисунках представлено выполнение брекера покрышки грузовой пневматической шины радиальной конструкции.
На фиг. 1 представлена покрышка грузовой пневматической шины радиальной конструкции с брекером в разрезе.
На фиг. 2 представлен брекер покрышки грузовой пневматической шины радиальной конструкции (фрагмент фиг. 1).
Покрышка и брекер, представленные на фиг. 1, 2, содержат:
1 – протектор,
2 – брекер,
3 – каркас,
4 – боковины,
5 – бортовые кольца,
6 – наполнительные шнуры,
7 – бортовые шнуры,
8 – крыльевые ленты.
9–12 – слои обрезиненного металлокорда.
Брекер (2) состоит из четырех слоев (9–12) обрезиненного металлокорда. В ходе экспериментальной проверки достижения указанного технического результата был исследован металлокорд, свитый из 15 проволок диаметром 0,24 мм – 15л24. Каждая нить металлокорда с двух сторон покрыта слоем резины, а также имеется резина между нитями металлокорда.
В таблице 1 представлено сравнение показателей брекера согласно прототипу по патенту РФ № 190115 на полезную модель «Брекер покрышки пневматической шины», опубл. 19.06.2019, МПК В60С 9/20, и предлагаемому техническому решению.
Таблица 1
Наименование показателя
Прототип по формуле патента РФ № 190115
Прототип по описанию патента РФ № 190115
Предлагаемое техническое решение
Количество слоев обрезиненного металлокорда в брекере
4
4
4
Марка металлокорда в брекере
–
8л30
15л24 (3×5×0,245)
Разрывное усилие металлокорда в брекере, не менее, Н
Не более 1400
1400
1700
Диаметр нити металлокорда (D), мм
1,16±0,06
1,16±0,06
1,33±0,07
Диаметр проволоки в нити металлокорда (d), мм
0,30±0,01
0,245±0,01
Отношение диаметра проволоки к нити металлокорда d/D
0,258
0,258
0,18
Толщина обрезиненного слоя металлокорда в брекере, мм
1,65±0,05
2,38
Отношение толщины обрезиненного слоя металлокорда к диаметру нити металлокорда
1,422
1,422
1,789
Частота нитей металлокорда в слое брекера, шт/100 мм
44
52–56**)
Шаг металлокорда в слое брекера (t), мм
2,27
1,79–1,92
Отношение шага металлокорда в слое брекера к диаметру нити металлокорда t/D
1,956
1,956
1,35–1,44
Резиносодержание в слое брекера, %
–
48,8*
34
Межслойное резиносодержание в брекере, %
30*
44
Угол наклона нитей металлокорда в слое брекера, градус
20±1
21–23
Наличие резиновых ленточек на кромки слоев брекера
есть
нет
Толщина резиновых ленточек на кромках слоев брекера, мм
0,5±0,05
–
Слой обрезиненного текстильного корда поверх слоев брекера
есть
есть
Две ленточки на кромки
Толщина обрезиненного текстильного корда поверх слоев брекера, мм
1,15±0,05
1,15
Разрывное усилие нити текстильного корда в брекере, не менее, Н
294
294
Угол наклона нитей обрезиненного текстильного слоя в брекере, градус
0±1
0
Частота нитей текстильного корда в брекере, шт/100 мм
76
75
*– расчетно, исходя из данных описания, по формуле (1–D/t) 100%;
**– диапазон колебания в различных слоях брекера.
В таблице 2 представлены характеристики и результаты сравнительных стендовых испытаний шин 1350×550R533 с брекером серийной конструкции и шин с брекером согласно предлагаемой полезной модели.
Таблица 2
Наименование показателя
Серийная конструкция
Предлагаемая конструкция
Количество слоев металлокорда в брекере
4
4
Тип металлокорда
28л22/15
15л24
Плотность нитей корда в слоях брекера, шт/100мм
50
54±2
Диаметр нити металлокорда, мм (D)
1,32
1,33
Диаметр проволоки металлокорда, мм (d)
0,22
0,245
отношение диаметра проволоки к диаметру нити металлокорда (d/D)
0,17
0,18
Шаг нитей металлокорда в слое брекера, мм (t)
2,0
1,92
Отношение шага нитей металлокорда к диаметру металлокорда (t/D)
1,52
1,40±0,1
Межслойный шаг (расстояние между нитями металлокорда в соседних слоях брекера) (Т), мм
2,5
2,38
Отношение межслойного шага к диаметру пряди металлокорда (Т/D)
1,89
1,79
Максимальная нагрузка на шину, кгс
100
120–130
Максимально допускаемая скорость, км/ч
100
115–125
Масса шины, %
100
100
Таким образом, предлагаемая полезная модель обеспечивает повышение нагрузочной характеристики и скоростной выносливости при сохранении массы шин.
Полезная модель может быть реализована на стандартном оборудовании в условиях массового производства.