Пневматическая шина
PNEUMATIC TIRE

Изобретение относится к пневматическим шинам колесных транспортных средств с направленным рисунком протектора высокой проходимости и регулируемым внутренним давлением.
Цель изобретения - улучшения эксплуатационных качеств шины путем повышения их тягово-сцепных свойств, снижение внутренних потерь в ведущем режиме, напряжений в покровных резинах боковин при уменьшении внутреннего давления в шинах, увеличение срока службы шины.
Шины с направленным рисунком протектора высокой проходимости с регулируемым давлением, как правило применяются в специальных машинах: военная автомобильная техника, сельскохозяйственная, строительно-дорожная, карьерная и другие виды самоходной техники где необходимы высокие тягово сцепные свойства и проходимость.
Для повышения проходимости самоходных транспортных средств снижают внутреннее давление в шинах, при этом увеличиваются радиальный прогиб шины и пятно контакта шины с дорогой. В этом случае, большее количество элементов рисунка протектора шины вступаете контакт с дорогой и тем самым увеличиваются тягово-сцепные свойства шины и транспортного средства соответственно.
Однако увеличение радиального прогиба шины приводит к увеличению напряжений в резинах боковин шины, особенно многослойных. (см. Бидерман В.Л. "Автомобильные шины", М., 1963 г.)
Изобретение поясняется чертежами: на фиг. 1, 2.
Предлагаемая пневматическая шина состоит из каркаса 1, бортов 2 с бортовыми кольцами 3, боковин 4 и брекера 5 из нескольких слоев обрезиненных текстильных или металлических нитей кордов и расположенного за ним протектора 6, имеющего плечевые зоны 7 и направленные грунтозацепы 11.
Каркас 1 выполнен из одного или нескольких полных обрезиненных слоев 8 с меридиональным направлением нитей, края которых с двух сторон закреплены в зоне бортовых колец, одной или нескольких пар полуслоев 9 и 10, при этом один из краев каждого полуслоя оканчивается и закреплен (завернут) у бортовых колец 3. Основные слои 8 и полуслои 9, 10 могут быть выполнены как из текстильных так и из металлических нитей корда. Каждый полуслой 9 и 10 выполнен непрерывно продолжающимся от борта 2 к протектору 6 и оканчивается в зоне протектора, при этом полуслои не пересекаются между собой, не стыкуются и не накладываются друг на друга. Нити кордов 12 в резинокордных полуслоях 9 и 10 по обе стороны от экваториальной плоскости в окружном направлении расположены с углом наклона в одну сторону от меридиана шины, образуя "елочку". Для шин с направленным рисунком протектора 6 типа повышенной проходимости с грунтозацепами 11, наклон нитей корда в полуслоях 9 и 10 в окружном направлении может быть как противоположен так и совпадать с направлением расположения грунтозацепов. Пневматическая шина работает следующим образом. Шина на транспортном средстве должна монтироваться с направлением наклона нитей корда в полуслоях в сторону, противоположную направлению вращения колеса.
Для этого все шины с рисунками протектора повышенной проходимости имеют на боковине обозначение направление вращения, например методом оттиска от вулканизационной пресс-формы.
Наклон нитей каркаса в полуслоях в одну сторону от меридиана приводит к различной крутильной жесткости в противоположных направлениях вращения шины.
В отличие от диагональной (нити в слоях каркаса перекрещиваются) и радиальной шин, в которых крутильная жесткость практически одинакова при закрутке шины положительным или отрицательным крутящим моментом, в предлагаемой конструкции крутильная жесткость неодинакова. Она больше в случае, когда направление крутящего момента приложенного к бортам шины, составляет острый угол с направлением нитей в корда в полуслоях каркаса (направление крутящего момента совпадает с направлением вращения шины), и меньше, когда угол тупой (направления противоположные).
В первом случае крутильная жесткость определяется жесткостью нитей каркаса в полуслоях на растяжение, во втором - жесткостью резины боковой стенки на сжатие (жесткость нитей на сжатие близка к нулю). Поэтому внутренние потери в первом случае будут существенно меньше чем внутренние потери во втором случае.
Расположение шины на транспортном средстве так, чтобы крутящий момент, приложенный к бортам, составлял острый угол с направлением нитей в полуслоях каркаса (крутильная жесткость максимальна), улучшает технико-экономические показатели транспортного средства,, например потери на качение, и др.
При приложении к шине крутящего момента в противоположном направлении (тупой угол) - случай торможения (тормозного момента), движение назад - внутренние потери больше, тормозной путь меньше.
Радиальная жесткость боковых стенок каркаса шины будет увеличиваться или, соответственно уменьшаться при замене части слоев радиальных слоев каркаса на полуслои.
В данной конструкции одна кромка полуслоев закреплена в бортовой зоне на (y) бортовых кольцах, а другие свободные края полуслоев располагаются в зоне под протектором. При этом свободные смежные кромки полуслоев не пересекаются между собой, угол наклона нитей в полуслоях составляет 10-75 град, к меридиану шины.
Полуслои 9, 10 могут находиться как под, между основными 8 полными слоями каркаса, так и над ними, при этом ширины полуслоев находящихся на разных уровнях могут быть различными, вплоть до нахлеста одного полуслоя поверх другого смежного через основной слой каркаса.
Также свободные кромки полуслоев могут располагаться над слоями или между слоями брекера 5 шины. Величина нахлеста (перекрытия) полуслоев каркаса с кромками слоев брекера должна составлять не менее 10 мм.
При радиальном нагружении многослойной шины, нити корда внутренних слоев каркаса расположенные вдоль меридиана попадают в зону сжатия. Нити корда наружных слоев при этом растягиваются, т.е. нагружаются. При сжатии текстильные нити корда практически не имеют жесткости.
В случае наличия в каркасе нитей корда с направлением отличным от радиального направления шины, при нагружении радиальной нагрузкой снижается прогиб шины. Часть нитей в каркасе, преимущественно в полуслоях, начинает работать на растяжение. Увеличивается радиальная жесткость шины, изменения которой определяются значением угла наклона нитей корда в полуслоях и механическими (жесткостиыми) свойствами самих этих кордов и числом слоев.
Также увеличивается жесткость и в плечевой зоне шины (кромки брекера.) Возможно применение в каркасе 6 текстильных кордов с различными жескостными свойствами.
Вариация углов наклона нитей корда 12 в полуслоях, частоты (плотности) расположения нитей в полуслоях позволяет конструктору шин получить оптимальные показатели по радиальной жесткости шины. Следует отметить, что угол наклона нитей 12 в полуслоях является переменной величиной и определяется углом закроя и расстоянием от борта шины.
Для оптимизации жесткости шины по беговой дорожке возможно более существенное изменение ширин слоев брекера и их количества.
Резина боковины в радиальных шинах работает в плоском двухосном режиме растяжения, при наличии полуслоев с нитями распложенными под углами к меридиональной плоскости шины, режим нагружения покровных резин переходит в режим "ромбовидный". По одной оси ромба имеем режим растяжения, по другой оси ромба режим сжатия. Это более оптимальный режим нагружения покровных резин шины. Этот факт способствует более высокой работоспособности покровных резин, что более важно при снижении внутреннего давления в шине.
В целом, с учетом того что возможно варьирование конструктивными параметрами числом, шириной слоев брекера, углами наклона и частотой расположения нитей корда в слоях брекера, количеством полуслоев, расположением свободных кромок полуслоев, углами наклона и частотой расположения нитей корда, типами кордов и др. в каркасе конструктор имеет возможность оптимизации значений изгибной жесткости по профилю шины и распределением давления в пятне контакта шины с дорогой.
При изменении (снижении) внутреннего давления в шине в эксплуатации такое конструктивное решение позволяет снизить значения перепада критических напряжений в плечевых зонах шины. Соответственно повышается стойкость к механическим повреждениям и увеличивается работоспособность шины в целом.
Непересекание полуслоев каркаса в протекторной зоне обеспечивает повышение технологичности при производстве шин (меньше скольжение полуслоев при формовании шины на 2-ой стадии и вулканизации шины).