ПНЕВМАТИЧЕСКАЯ ШИНА ДЛЯ ТЯЖЕЛОВЕСНЫХ ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ
AUTOMOTIVE AIR TIRE FOR HEAVY CARRIERS

Настоящее изобретение относится к пневматическим шинам, которыми оборудуют тяжеловесное транспортное средство или агрегат для гражданского строительства.
И хотя изобретение не ограничивается этим типом применения, оно будет преимущественно описано со ссылкой на транспортные средства, которые используются в горной промышленности, работающие в подземных шахтах, и имеет осевую ширину, превышающую или равную 25 дюймов.
Особенность такого типа транспортных средств заключается в необходимости транспортировать тяжелые грузы и иметь как можно меньший габаритный размер, поскольку пространство для движения ограничено в объеме. Используемая пневматическая шина, таким образом, имеет минимально возможный размер и как следствие не является идеально приспособленной к передаваемым вращающим моментам.
В отношении обычной концепции пневматической шины для двигателя гражданского строительства, радиальная арматура каркаса, закрепленная на каждом борту путем оборачивания вокруг кольца, состоит, по меньшей мере, из слоя металлических усилительных элементов, причем указанные элементы по существу параллельны друг другу в слое. На арматуре каркаса обычно расположен брекер, состоящий, по меньшей мере, из двух слоев рабочей вершины металлических усилительных элементов, пересекающихся от одного слоя к следующему, образуя с окружным направлением углы от 15° до 70°. Между арматурой каркаса и слоями рабочей вершины имеются слои усилительных элементов, пересекающиеся от одного слоя к другому и имеющими величину угла менее 12°, при этом ширина этих слоев усилительных элементов обычно меньше ширины рабочих слоев. В радиально наружном направлении от рабочих слоев находятся защитные слои, усилительные элементы которых имеют углы от 10° до 65°. На брекере расположен протектор.
Под термином «осевой» понимается направление, параллельное оси вращения пневматической шины, а под термином «радиальный» понимается направление, пересекающее ось вращения пневматической шины и перпендикулярное ей. Ось вращения пневматической шины представляет собой ось, вокруг которой она вращается при обычном использовании.
Окружная плоскость или окружная плоскость разреза представляет собой плоскость, перпендикулярную оси вращения пневматической шины. Экваториальной или срединной плоскостью является окружная плоскость, проходящая через центр или вершину протектора и которая делит шину на две половины.
Радиальная плоскость представляет собой плоскость, по которой проходит ось вращения шины.
Под продольным направлением шины или окружным направлением понимается направление, соответствующее периферии шины и заданное направлением качения шины.
Бортовые кольца, используемые в пневматической шине, могут быть двух типов. В первую очередь, существуют кольца «плетеного» типа, имеющие по существу круглое сечение. Также существуют кольца-пакеты, образованные множеством слоев уложенных друг на друга кордов, сечение которых может быть различной формы.
В случае описанных выше пневматических шин для горной промышленности обычно используют тросы-пакеты, имеющие шестиугольное сечение. Тросы пакетного типа, стоимость изготовления которых ниже, чем стоимость тросов плетеного типа, чаще всего имеют шестиугольное сечение, форма этого сечения обычно относительно близка к кругу и приводит к ограниченным габаритным размерам. Обычно эти пневматические шины устанавливаются на колеса, содержащие диски с плоской площадкой, то есть поверхность диска, на которую устанавливается основание бортов пневматической шины, имеет уклон порядка 5° относительно осевого направления.
Пневматические шины для описанных выше агрегатов гражданского строительства обычно подвергаются давлению, величина которого заключена между 4 и 10 бар для обычных нагрузок и размеров.
С учетом условий эксплуатации, в частности, в зависимости от перевозимого груза и, как следствие, вращающего момента, который передается посредством пневматических шин, оказывается, что эти шины имеют значительный износ на уровне бортов, который сокращает срок службы этих шин. Кроме этого, этот износ, всегда очень значительный для такого типа шин, может быть относительно разным у разных шин, по крайней мере, что касается быстроты.
Задачей изобретателя является обеспечение такой пневматической шины для транспортных средств, используемых в горнодобывающей подземной промышленности, которая обладает улучшенными свойствами в отношении износа и более постоянными для каждой шины.
Эта цель достигается согласно настоящему изобретению при помощи пневматической шины для тяжеловесного транспортного средства с радиальной арматурой каркаса, состоящей, по меньшей мере, из одного слоя усилительных элементов, причем указанная пневматическая шина содержит брекер, который сам радиально покрыт протектором, причем указанный протектор соединен с двумя бортами посредством двух боковин, каждый борт содержит кольцо, которое позволяет закрепить арматуру каркаса на указанных бортах путем оборачивания указанного, по меньшей мере, одного слоя усилительных элементов вокруг колец в радиальной плоскости радиально внутрь от радиально наиболее внутренней точки указанного, по меньшей мере, одного слоя арматуры каркаса и аксиально наружу от геометрического центра троса, причем радиус кривизны в точке наружной поверхности борта больше радиуса кривизны в точке ортогональной проекции указанной точки наружной поверхности борта на указанный, по меньшей мере, один слой арматуры каркаса.
Такая пневматическая шина согласно настоящему изобретению, в частности, относится к пневматическим шинам, имеющим аксиальную ширину, большую или равную 25 дюймам.
Пневматическая шина согласно настоящему изобретению содержит борт, наружная форма которого, и, в частности, часть, контактирующая с ободом во время монтажа, имеет округлый профиль, а радиус кривизны которого позволяет относительно легкую установку пневматической шины на ободе. Если сравнивать с формой обычных бортов, то больший радиус кривизны наружной поверхности той части борта, которая скользит по ободу при установке пневматической шины согласно настоящему изобретению, позволяет более легкую установку пневматической шины на ободе. Кроме этого, более легкое прохождение борта по ободу позволяет предупредить риск деформации указанного борта при установке пневматической шины на ободе, которая может привести к неправильной посадке борта на седле обода; такая неправильная посадка борта на седле обода, которую можно иногда наблюдать у обычных пневматических шин, объясняет различную скорость износа борта у разных шин.
Испытания, проведенные в отношении пневматических шин для транспортных средств в подземной горнодобывающей промышленности согласно настоящему изобретению, ясно показали лучшие показатели пневматических шин согласно настоящему изобретению в отношении износа по сравнению с показателями обычных пневматических шин, а кроме того, большую однородность у различных шин.
Изобретатель полагает, что эти результаты обусловлены улучшенной посадкой пневматической шины на седле обода без риска деформации борта или неправильного позиционирования при установке, что приводит к быстрому износу этой области борта. Деформация и/или неправильная посадка борта, изменяющаяся от одной пневматической шины к другой, могут объяснить различную скорость износа у различных пневматических шин.
Согласно одному из предпочтительных способов воплощения изобретения в радиальной плоскости радиально внутрь от радиально наиболее внутренней точки кольца и аксиально наружу от геометрического центра кольца, радиус кривизны в точке указанного, по меньшей мере, одного слоя арматуры каркаса меньше радиуса кривизны в точке ортогональной проекции указанной точки указанного, по меньшей мере, одного слоя арматуры каркаса на наружную поверхность борта.
Согласно этому способу воплощения изобретения установка борта на седло обода является еще более легкой и риск деформации борта еще меньше.
Согласно предпочтительному варианту воплощения изобретения, кольца являются пакетными кольцами, предпочтительно шестиугольной формы. Такие кольца обеспечивают, в частности, удовлетворительное удержание арматуры каркаса на этапе изготовления пневматической шины, а также на этапе установки указанной пневматической шины на ободе.
Также предпочтительным является то, что кольца пневматической шины имеют соотношение аксиальной ширины к радиальной высоте, превышающее 1,5. Такие кольца обеспечивают распределение давления по большей ширине основания борта. Эти кольца, в частности, хорошо адаптированы к такому типу пневматических шин, размеры которых уменьшены относительно передаваемого момента, из-за их использования в подземных шахтах. Действительно, размеры пневматических шин, подобранные в результате такого использования, приводят к значительным давлениям, оказываемых кольцами на основания бортов для обеспечения прохождения достаточного момента. У обычных пневматических шин, кольца которых являются пакетного типа шестиугольной формы, а соотношение ширины к высоте равно или близко к 1, происходит повреждение основания бортов в результате значительного давления на небольшой ширине. Более вытянутая в осевом направлении форма колец, как предложено в этом варианте воплощения изобретения, позволит из-за большей ширины эффективно и лучше распределить силу давления между бортом и монтажным ободом.
Преимущество этих колец заключается также в более простом демонтаже шин после использования из-за лучшего распределения давления.
Преимущество уменьшения локальной интенсивности возникающих напряжений между основанием борта и обода заключается также в увеличении продолжительности срока службы обода. И в действительности, современные решения в результате повышенных локальных напряжений приводят к повреждению обода на уровне зон опоры борта.
Согласно предпочтительному варианту воплощения изобретения, по меньшей мере, на 30 мм основания борта, угол, образованный указанным основанием с направлением, параллельным направлению оси вращения пневматической шины, составляет от 6 до 7,5°. Такой уклон основания борта также благоприятствует упрощению установки пневматической шины на ободе и снижает риск неправильного позиционирования борта на ободе. Если сравнивать уклоны обычных пневматических шин для такого типа использования, то они образуют углы с направлением, параллельным направлению оси вращения пневматической шины, превышающие 8°, причем уклон основания борта может быть уменьшен без увеличения риска вращения на ободе, когда распределение давления, оказываемого кольцом, осуществляется по большей ширине основания борта.
Предпочтительный способ осуществления изобретения предусматривает, что радиальная толщина каучуковой массы, измеренная между кольцом, предпочтительно радиально внутрь от радиально наиболее внутренней точки троса и наружной поверхностью борта, превышает 10 мм. Такая толщина также благоприятствует увеличению срока службы пневматической шины.
Преимущества пневматической шин согласно настоящему изобретению также относятся к массе. В действительности, несмотря на возможное расширение основания борта оказывается, что пневматическая шина согласно настоящему изобретению имеет массу, меньшую, чем масса обычных шин. Это преимущество по массе объясняется, в частности, выбором колец уплощенной формы по сравнению с формой колец обычных пневматических шин для этого типа применения. В действительности, лучшее распределения давления на ободе обеспечивают кольца с меньшим количеством металла, чем необходимо для обычных пневматических шин для заданного передаваемого вращательного момента.
Другие признаки и преимущества настоящего изобретения следуют из описания примера осуществления изобретения со ссылкой на фиг.1 и 2, на которых:
фиг.1 показывает схематичный вид пневматической шины согласно настоящему изобретению;
фиг.2 показывает схематичный вид борта пневматической шины, показанной на фиг.1.
Изображения на чертежах показаны не в масштабе для упрощения понимания. На фиг.1 представлена только половина пневматической шины, которая продолжается симметрично относительно оси ХХ', которая представляет окружную срединную плоскость указанной пневматической шины.
На фиг.1 показана схема по радиальному разрезу пневматической шины 1, выполненной согласно настоящему изобретению. Пневматическая шина размера 26,5R25 содержит слой арматуры каркаса 2, состоящий из слоя стальных нерастяжимых металлических кордов, закрепленных в каждом борту 3 кольцом 4, так, что образуется оборот 5. Брекер 6 расположен радиально на слое арматуры каркаса 2. Указанный брекер 6 обычно образован с одной стороны двумя слоями, называемыми рабочими, а с другой стороны двумя защитными слоями. Совокупность этих слоев образует брекер, который не представлен детально на чертежах. Рабочие слои сами по себе образуют нерастяжимые стальные корды, параллельные друг другу в каждом слое и пересекающиеся от одного слоя к другому, образуя с окружным направлением углы от 15° до 40°. Защитные слои в основном состоят из стальных эластичных металлических кордов, параллельных между собой в каждом слое и пересекающихся от слоя к слою, образуя углы от 15° до 45°. Радиально наружные корды рабочего слоя обычно пересекаются с радиально внутренними кордами защитного слоя. На брекере расположен протектор 7, который соединен с бортами 3 боковинами 8.
Кольцо 4 является кольцом пакетного типа шестиугольной формы; согласно настоящему изобретению они имеют отношение аксиальной ширины L (равной 47 мм) к радиальной высоте Н (равной 15 мм), равное 3,1 и таким образом превышающее 1,5.
На фиг.2 схематично представлен по радиальному разрезу борт 3 пневматической шины по фиг.1.
Согласно настоящему изобретению в зоне наружной поверхности 9 борта 3, ограниченной точками О и Р, то есть в зоне наружной поверхности 9 борта 3 радиально внутрь от точки Е, радиально наиболее внутренней от слоя арматуры каркаса 2, и аксиально наружу от геометрического центра С кольца 4, радиус кривизны в точке R наружной поверхности 9 борта 3 превышает радиус кривизны в точке S ортогональной проекции указанной точки R на слой арматуры каркаса 2.
В точке R радиус кривизны наружной поверхности 9 борта 3 равен 40 мм.
В точке S радиус кривизны слоя арматуры каркаса 2 равен 35 мм.
Таким же образом в зоне слоя арматуры каркаса 2, ограниченной точками Е и М, то есть в зоне слоя арматуры каркаса 2 радиально внутрь от точки G кольца 4, радиально наиболее внутренней, и аксиально наружу от геометрического центра С троса, радиус кривизны в точке U слоя арматуры каркаса 2 меньше радиуса кривизны в точке V ортогональной проекции указанной точки U на наружную поверхность 9 борта 3.
В точке U радиус кривизны слоя арматуры каркаса 2 равен 20 мм.
В точке V радиус кривизны наружной поверхности 9 борта 3 равен 40 мм.
Пневматическая шина, представленная на чертежах, была установлена на ободе размером 25 дюймов и накачена под давлением 5,5 бар. При сравнении с обычной пневматической шиной, то есть содержащей кольцо, отношение ширины которого к его высоте по существу равно 1, монтаж пневматической шины является более простым. Также после прокатки на транспортном средстве, имитирующем использование в подземных шахтах с учетом перевозимого груза и передаваемого момента, демонтаж пневматической шины согласно настоящему изобретению является простым.
Кроме этого, герметичность, обеспечиваемая, в частности, контактом между ободом и зоной борта, является удовлетворительной и полностью сопоставимой с герметичностью обычных пневматических шин.
При сравнительных испытаниях была использована пневматическая шина, аналогичная представленной на чертежах. Сравнение было осуществлено с пневматической шиной с идентичными характеристиками, включающими кольцо пакетного типа, соотношение ширины к высоте которого равно 1 и ширина основания борта которого разумеется меньше.
Ширина основания борта пневматической шины согласно настоящему изобретению равна 93 мм, а ширина исходной пневматической шины равна 62 мм. Угол α, образованный уклоном основания борта с направлением, параллельным оси вращения, равен 7° на длине указанного основания порядка 35 мм. Испытания, в частности, показали, что такой уклон упрощает монтаж пневматической шины на ободе и как уже сказано ранее, вращение на ободе при качении не наблюдается.
Пневматические шины были протестированы на одном и том же транспортном средстве, которое осуществляло передвижение по одной и той же трассе, имитируя очень трудный маршрут для пневматических шин, и управляемое одним и тем же водителем. Маршрут, который воспроизводит использование транспортного средства, циркулирующего в подземных шахтах, включает в себя, в частности, фазы коротких дистанций движения вперед и движения заднего хода, старта вперед и назад, вызываемых передачей большого вращательного момента при нулевой скорости, и фазы качения на более длинные дистанции, включающее повороты.
Испытания подтвердили, что после качения продолжительностью 200 часов пневматические шины согласно настоящему изобретению не имеют повреждений в зонах бортов, тогда как исходные пневматические шины имеют повреждения указанных зон бортов, что требует замены пневматической шины.