ТОЛСТЫЙ ПРОТЕКТОР ДЛЯ СТРОИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ
THICK PROTECTOR FOR CONSTRUCTION MACHINERY

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Изобретение относится к шине для транспортного средства для гражданского строительства (типа, называемого «внедорожным» (”off-road”), имеющей протектор с толщиной, составляющей, по меньшей мере, 25 мм. Более точно, изобретение относится к новому типу протектора, имеющему рельефный рисунок, обеспечивающий возможность ограничения различий в деформации сдвига между элементами рисунка протектора, которые могут создаваться в особенности при движении вдоль криволинейной траектории.
Данные различия в деформации сдвига могут привести к охрупчиванию нижних частей канавок, образующих рисунок протектора.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Шина, предназначенная для установки на транспортном средстве для гражданского строительства, обычно выполнена с протектором, который размещен в радиальном направлении снаружи усилителя коронной зоны, который сам размещен поверх каркасного усилителя. Данный протектор имеет рисунок образованными рельефными элементами (ребрами или блоками), при этом данные рельефные элементы ограничены множеством канавок; толщина данного протектора составляет, по меньшей мере, 25 мм и может составлять до 110 мм («толщина рисунка» в данном контексте означает максимальную глубину канавок).
Рельефные элементы протектора имеют поверхности, называемые поверхностями контакта, расположенные в радиальном направлении с наружной стороны протектора и предназначенные для входа в контакт с грунтом. Канавки имеют глубину, равную толщине протектора или меньшую, чем толщина протектора, и, если их рассматривать в поперечном сечении, имеют геометрические характеристики, которые обеспечивают возможность ограничения удерживания гальки/мелкого щебня и других объектов, имеющихся на грунте.
При движении вдоль криволинейной траектории наблюдается значительное растягивание материала, образующего протектор, при этом данное растягивание вызывается непосредственно - боковым отклонением шины и опосредованно - сжатием материала, образующего протектор, под действием воспринимаемой нагрузки, при этом данная нагрузка «создает» ограничения растягивания, обусловленные эффектом Пуассона. Вследствие местоположения каждого окружного ряда относительно центра кривизны во время движения вдоль криволинейной траектории наблюдается локальное изменение расстояний, которые проходит каждый окружной ряд, и оно проявляется в различиях в напряжении и сдвиге между рядами.
Данные различия в напряжении и сдвиге дополнительно усиливаются вследствие современных требований в отношении шин для транспортных средств для гражданского строительства, приводящих к увеличению нагрузочной способности. При данных условиях эксплуатации существует потребность в улучшенной характеристике сцепления шины с грунтом на различных типах грунта и в как можно большей степени улучшенной характеристике изнашивания (увеличенному расстоянию, пройденному до снятия шины при заданной «срабатываемой» толщине).
Существует известный способ, предназначенный для удовлетворения данных требований и заключающийся в увеличении в очень значительной степени толщины изнашиваемого материала протектора и, следовательно, увеличении глубины канавок, в результате чего увеличивается высота рельефных элементов.
Во время их прохода через пятно контакта рельефные элементы подвергаются воздействию сжимающих сил и касательных напряжений, которые вызывают их изгибание в направлении вдоль окружности, в поперечном направлении, а также в наклонном направлении. Данные смещения, которые увеличиваются по мере увеличения высоты блоков, могут вызвать быстрый локализованный износ, а также растрескивание резины в нижних частях канавок, что может затем привести к проникновению воды до внутренних усилительных элементов шины.
Существует известный способ, предназначенный для ограничения данного явления и заключающийся в размещении «платформ» между блоками, при этом назначение данных блоков состоит в ограничении смещения блоков при изгибе по время движения. Данные «платформы» простираются только на части высоты блоков для сохранения максимальной возможной длины краев, по меньшей мере, в неизношенном состоянии. Недостаток, связанный с наличием данных «платформ», состоит в уменьшении имеющегося объема канавки, а также в уменьшении активной длины краев, когда протектор износится до уровня данных «платформ».
Задача изобретения состоит в том, чтобы предложить решение проблемы, указанной выше, а именно в том, чтобы разработать рисунок протектора для шины транспортного средства для гражданского строительства, требующей большой толщины изнашиваемого материала (то есть имеющей канавки с глубиной, составляющей, по меньшей мере, 25 мм), при одновременном создании длинных активных краев в неизношенном состоянии, при этом данные края должны быть ориентированы как в направлении вдоль окружности, так и в поперечном направлении, и при одновременном ограничении нежелательных эффектов, обусловленных различиями в расстояниях, которые проходят разные окружные ряды в пятне контакта.
В данном контексте выражение «активный край в неизношенном состоянии» означает край, имеющийся на поверхности качения протектора в особенности в неизношенном/новом состоянии.
Шины для автомобилей большой грузоподъемности, имеющие толщину изнашиваемого материала, составляющую менее 20 мм, которая меньше толщины шин по изобретению, известны из предшествующего уровня техники. В частности, в документе US-4320790-А описан рисунок протектора для автомобиля большой грузоподъемности, имеющий краевые ребра и множество рядов блоков, расположенных в аксиальном направлении между данными ребрами, при этом все данные блоки ограничены в аксиальном направлении окружными канавками зигзагообразной формы. В данном документе не приводится никакого описания варианта, соответствующего изобретению каким-либо образом, поскольку зона между ребрами плечевых зон является очень гибкой вследствие наличия множества окружных канавок и, следовательно, применение данного решения для толстых шин (с толщиной, составляющей, по меньшей мере, 25 мм) привело бы к ускоренному износу.
Определения:
Доля полостей на единицу площади поверхности рисунка протектора равна отношению между площадью поверхности полостей (по существу, образованных канавками), ограниченных рельефными элементами (блоками и ребрами), и общей площадью поверхности (поверхности контакта рельефных элементов и поверхности полостей). Низкая доля полостей указывает на большую поверхность контакта протектора и малую поверхность полостей между рельефными элементами.
Блок представляет собой рельефный элемент, образованный в протекторе, при этом данный элемент ограничен полостями или канавками и имеет боковые стенки и поверхность контакта, при этом последняя предназначена для входа в контакт с поверхностью дороги во время движения.
Ребро представляет собой рельефный элемент, образованный в протекторе, при этом данный элемент простирается в направлении вдоль окружности вокруг всей шины. Ребро имеет две боковые стенки и поверхность контакта, при этом последняя предназначена для входа в контакт с поверхностью дороги во время движения.
Термин «радиальное направление» обозначает направление, которое перпендикулярно к оси вращения шины (данное направление соответствует направлению толщины протектора).
Термин «поперечное направление» или «аксиальное направление» обозначает направление, параллельное оси вращения шины.
Термин «направление вдоль окружности» обозначает направление, которое является касательным к любой окружности с центром на оси вращения. Данное направление перпендикулярно как к аксиальному направлению, так и к радиальному направлению.
Обычные условия эксплуатации шины или условия ее использования - это условия, определенные стандартом Европейской технической организации по шинам и ободьям (ETRTO - European Tyre and Rim Technical Organization); данные условия использования определяют стандартное давление накачивания, соответствующее нагрузочной способности шины, указанной посредством ее индекса нагрузки и ее индекса скорости. Данные условия использования также могут быть названы «номинальным режимом» или «условиями эксплуатации».
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Задачей настоящего изобретения является улучшение эксплуатационных характеристик шин для транспортных средств для гражданского строительства, имеющих толстые протекторы (то есть протекторы, канавки которых имеют глубину, составляющую, по меньшей мере, 25 мм), которые имеют длинные активные края в неизношенном состоянии, при этом данные края ориентированы как в направлении вдоль окружности, так и в поперечном направлении, при этом шины имеют высокие эксплуатационные характеристики в отношении износа и сцепления с дорогой и обладают отличной стойкостью к любому растрескиванию, которое может возникать в нижних частях канавок.
Для этого в соответствии с изобретением предложен протектор шины, при этом данный протектор из резинового материала имеет толщину, равную, по меньшей мере, толщине материала, который может изнашиваться во время движения.
Данный протектор содержит две канавки, имеющие ориентацию по существу в направлении вдоль окружности и имеющие глубину Рс, при этом данные канавки разделяют протектор на центральную зону и две краевые зоны.
Центральная зона содержит множество канавок, ориентированных по существу в поперечном направлении и имеющих глубину Pt и среднюю ширину Dt, при этом данные поперечные канавки и окружные канавки ограничивают множество блоков в центральном ряду, расположенных на расстоянии друг от друга в направлении вдоль окружности. Каждый блок имеет боковые стенки и контактную стенку, при этом данная контактная стенка предназначена для входа в контакт с грунтом во время движения, при этом боковые стенки пересекают контактную стенку вдоль краев, из которых некоторые ориентированы в направлении вдоль окружности, в то время как остальные ориентированы в поперечном направлении. Каждый блок центрального ряда имеет ширину Ltb, измеренную в направлении, параллельном поперечным краям, и ширину Lcb, измеренную в направлении вдоль окружности. Каждый блок содержит две концевые части, каждая из которых обращена к краевому ребру.
Кроме того, каждый краевой ряд образован непрерывным ребром, имеющим контактную стенку, предназначенную для входа в контакт с грунтом во время движения, и две боковые стенки, расположенные на расстоянии Ltn друг от друга, соответствующем максимальной ширине ребра, при этом одна из данных боковых стенок ограничивает окружную канавку.
Протектор в соответствии с изобретением отличается тем, что боковая стенка каждого краевого ребра имеет множество углублений, образующих гнезда и имеющих ширину Lte в поперечном направлении и длину Lce в направлении вдоль окружности, при этом каждое углубление ограничено на всей его высоте Не стенками, ориентированными в поперечном направлении, и стенкой, ориентированной в направлении вдоль окружности, при этом каждое углубление имеет геометрию, пригодную для приема, по меньшей мере, концевой части блока центральной зоны с окружным зазором Ас (измеряемым в направлении вдоль окружности) и поперечным зазором Аt (измеряемым в поперечном или аксиальном направлении), при этом данные зазоры Ас и Аt определены так, чтобы гарантировать, что при обычных условиях эксплуатации шины, снабженной указанным протектором, каждая концевая часть указанного блока центральной зоны будет по меньшей мере частично находиться в контакте со стенками углубления, ориентированными в поперечном направлении, в результате чего предотвращается вход каждого из блоков, концы которого заблокированы в указанных углублениях, в контакт с соседними блоками центрального ряда для сохранения вместимости каждой поперечной канавки при проходе через пятно контакта во время движения шины.
В данном контексте термин «окружной зазор Ас» означает, что данный зазор имеется между каждой стенкой углубления, ориентированной в поперечном направлении, и концевой частью, предназначенной для взаимодействия с указанным углублением.
Изобретение создает возможность обеспечения функционирования блоков центральной зоны толстого протектора, то есть протектора с толщиной, составляющей, по меньшей мере, 25 мм, в благоприятных условиях для сохранения некоторого пространства между указанными блоками центральной зоны как в условиях движения по прямой под нагрузкой, так и условиях движения на поворотах. Вследствие данных конструктивных решений эффекты, вызываемые различиями в расстояниях, которые проходят разные ряды протектора, могут быть уменьшены при одновременном гарантировании того, что блоки центрального ряда будут «заблокированы» посредством краевых рядов.
Поперечные края блоков центрального ряда предпочтительно имеют наклон под углом, составляющим не более 35 градусов, относительно оси вращения шины, снабженной протектором согласно изобретению.
В соответствии с вариантом изобретения и для дополнительного усиления блокировки блоков центрального ряда длина Ltp каждого конца блока, входящего в углубление, составляет, по меньшей мере, 7% от общей длины Lb указанного блока в поперечном направлении и еще более предпочтительно составляет, по меньшей мере, 15% от той же общей длины Lb.
Очевидно, что размеры углублений и концевых частей блоков, предназначенных для взаимодействия с указанными углублениями, могут быть выполнены такими, что они будут различаться на двух краях шины.
В другом варианте изобретения длина каждого конца блока, входящего в углубление, изменяется в зависимости от глубины: данная длина является максимальной на поверхности качения протектора в неизношенном состоянии и уменьшается в зависимости от глубины. Максимальная длина на поверхности качения в неизношенном состоянии предпочтительно составляет, по меньшей мере, 15% от длины Lb блока в поперечном направлении.
Для дополнительного усиления блокировки блоков центрального ряда в краевых ребрах может быть целесообразным образование на стенках, ограничивающих углубления, средств, предназначенных для взаимодействия со средствами, предусмотренными на концевых стенках блоков центрального ряда.
Каждый конец блоков центрального ряда предпочтительно весь выполнен с возможностью взаимодействия с углублением в краевом ребре.
Поперечный размер Lte углублений предпочтительно, по меньшей мере, на 30% больше зазора Аt, образованного в поперечном направлении.
Изобретение в особенности полезно для толстых протекторов, особенно для тех, которые имеют толщину в диапазоне от 25 мм до 110 мм (при этом «толщина» обозначает высоту изнашиваемого материала).
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Другие отличительные признаки и преимущества изобретения станут очевидными из нижеследующего описания неограничительных вариантов осуществления изобретения, приведенного со ссылкой на приложенные чертежи, на которых:
Фиг. 1 изображает вид в плане части поверхности качения протектора в соответствии с первым вариантом осуществления изобретения;
фиг. 2 показывает локальный вид в изометрии варианта, показанного на фиг. 1, в исходной конфигурации;
фиг. 3 показывает локальный вид в изометрии варианта, показанного на фиг. 1, в конфигурации при движении; и
фиг. 4 показывает локальный вид в изометрии одного варианта изобретения.
ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На чертежах, сопровождающих данное описание, одни и те же ссылочные позиции используются для описания вариантов изобретения в тех случаях, когда данные ссылочные позиции обозначают элементы, которые представляют собой элементы одного и того же вида с точки зрения их конструкции или функционирования.
Фиг. 1 показывает часть поверхности качения протектора 1 шины для гражданского строительства с размером 18.00 R 33. Данный протектор выполнен с рисунком, образованным тремя окружными рядами, а именно двумя краевыми рядами В и центральным рядом С. Протектор имеет общую ширину W, которая в данном случае равна 440 мм.
Данные ряды В и С разделены канавками 62, 64, ориентированными по существу в направлении вдоль окружности и имеющими глубину Рс, равную 70 мм, и среднюю ширину Dc, равную 20 мм.
Центральный ряд С содержит множество блоков 3, ограниченных и отделенных друг от друга поперечными канавками 5, имеющими среднюю ширину Dt, равную в данном случае 15 мм, и глубину Pt, равную 70 мм.
Каждый блок 3 центральной зоны С имеет поверхность 30 контакта, предназначенную для входа в контакт с грунтом во время движения, а также переднюю и заднюю боковые поверхности и концевые поверхности. Боковые поверхности каждого блока пересекают поверхность контакта вдоль линий, образующих поперечные края 31, 33 и окружные края 32, 34.
Каждый блок 3 центрального ряда имеет максимальную ширину Ltb в поперечном направлении и ширину Lcb в направлении вдоль окружности.
Каждый краевой ряд В образован ребром 2, 4, непрерывным в направлении вдоль окружности и имеющим ширину Ltn. Ребро 2 в верхней части фиг.1 имеет поверхность 20 контакта и две боковые поверхности 22 и 23, при этом последняя из данных боковых поверхностей, а именно боковая поверхность 23, ограничивает вместе с боковыми поверхностями блоков 3 центрального ряда С окружную канавку 62.
Кроме того, боковая поверхность 23 ребра 2 имеет множество углублений 21, при этом число углублений равно числу блоков 3 центральной части С. Каждое углубление 21 образует гнездо для приема части бокового конца 302 блока 3 центрального ряда. Каждое углубление 31 ограничено поверхностью 210, простирающейся в направлении вдоль окружности и имеющей длину Lce в направлении вдоль окружности, и двумя поперечными поверхностями 211, 212, имеющими ширину Lte в поперечном направлении.
В случае, описанном в данном документе, боковая концевая часть 302 каждого блока 3 содержит часть 302’, которая смещена в поперечном направлении, при этом данная смещенная часть 302’ предназначена для размещения в углублении 21. Данная смещенная часть 302’ имеет размеры Lcp и Ltp, которые являются соответствующими для обеспечения вставки данной части 302’ в углубление 21 при сохранении зазора At в поперечном направлении 5 относительно поверхности, простирающейся в направлении вдоль окружности и ограничивающей углубление, и зазора Ас в направлении вдоль окружности относительно каждой из поперечных поверхностей, ограничивающих углубление. В проиллюстрированном случае зазор Ас является одинаковым с каждой стороны концевой части 302’, но вполне возможно предусмотреть разные величины, достигая, тем не менее, при этом заданной цели изобретения. Данные зазоры Ас и Аt могут быть уменьшены в максимально возможной степени, но может оказаться необходимым сохранение объема для отвода воды, который требует ненулевой величины данных зазоров.
Такая же конструкция предусмотрена на другом краевом ребре 4, при этом различие состоит в том, что углубления 41, образованные на данном ребре 4, смещены в направлении вдоль окружности относительно углублений 21 другого ребра 2. Таким образом, смещенные части 302ʹ, 304ʹ одного и того же блока 3, предназначенные для взаимодействия с углублением 21 в ребре 2 и углублением 41 в другом ребре 4, смещены в направлении вдоль окружности для обеспечения более симметричного функционирования независимо от направления движения. Смещенная часть 304ʹ блока 3 выполнена с такими же геометрическими характеристиками для взаимодействия со стенками 411, 412 углубления 41 в ребре 4.
В варианте, описанном с помощью данной фигуры 1, значения определяемой в поперечном направлении ширины Ltp смещенных частей 302ʹ, 304ʹ концов блоков 3, предназначенных для взаимодействия с углублениями, составляют 10% от общей ширины Ltb указанных блоков 3 в поперечном направлении.
Фиг. 2 показывает локальный вид в перспективе блока 3 в ненапряженном состоянии. На данной фигуре 2 можно видеть, что углубление 21 в ребре 2 и углубление 41 в ребре 4, с которыми взаимодействуют боковые концы 302ʹ, 304ʹ блока 3, простираются от поверхности качения в неизношенном состоянии до глубины Не, которая равна глубине Рс окружных канавок 62, 64, отделяющих блок 3 от краевых ребер 2, 4.
Фиг. 3 показывает такой же локальный вид в перспективе блока 3 в состоянии, соответствующем конфигурации во время движения. В данной конфигурации смещенные части 302ʹ, 304ʹ боковых концов блока 3 находятся в контакте с поперечными поверхностями углублений 21 и 41, образованных в ребрах 2 и 4. Поскольку окружной зазор Ас меньше ширины поперечных канавок 5 между блоками 3 центрального ряда, ширина указанных канавок уменьшается на эквивалентную величину, но сохраняется пространство поперечной канавки, которое является полезным при движении. Кроме того, механические напряжения в нижних частях канавок уменьшаются за счет данного функционирования. Стрелка F показывает результирующее направление деформации сдвига блока 3. В этом случае данное направление F образует ненулевой угол относительно направления вдоль окружности, показанного как направление ХХʹ, и соответствует криволинейной траектории, по которой следует шина: по меньшей мере, концевая часть блока, расположенная с наружной стороны при движении на повороте, будет опираться одновременно на простирающуюся в направлении вдоль окружности поверхность углубления и на поперечную поверхность того же углубления.
В варианте, который не показан, настоящее изобретение может быть реализовано в комбинации с добавлением «платформ», образованных между блоками центрального ряда. В частности, данные «платформы» могут обеспечивать поддержание достаточного разделения с блоками, «вставленными» между блоками, которые взаимодействуют с углублениями в краевых ребрах, при этом данные «вставленные» блоки не взаимодействуют с указанными краевыми ребрами посредством концевых частей, которые заблокированы в гнездах, образованных в указанных ребрах.
В другом варианте, показанном на фиг. 4, углубления 21 и 41, образованные в ребрах 2 и 4, и концевые в поперечном направлении части 302, 304 блоков 3, предназначенные для взаимодействия друг с другом, образованы так, что они имеют размеры, которые изменяются в зависимости от степени износа протектора. Таким образом, каждое углубление может иметь размеры Lce и Lte на поверхности качения в неизношенном состоянии и размеры Lteʹ, которые непрерывно изменяются и становятся равными нулю на определенной глубине Не. Данная заданная глубина Не может быть равна, например, по меньшей мере, 50% от глубины Рс окружной канавки, отделяющей краевое ребро от блоков центрального ряда.
Преимущество данного варианта состоит в том, что ребро с большой поверхностью контакта восстанавливается после частичного износа с учетом того, что при данной степени частичного износа деформация изгиба и деформация сдвига блоков при контакте с грунтом уменьшаются, поскольку высота блоков (расстояние между поверхностью качения и днищами канавок) уменьшилась и жесткость указанных блоков увеличилась.
В случае, проиллюстрированном на фиг. 4, каждый определяемый в поперечном направлении конец 302, 304 блока 3 взаимодействует с углублением, образованным в ребре плечевой зоны, на всей своей ширине Lcb в направлении вдоль окружности.
В еще одном варианте, который не показан, углубление может иметь длину Lce в направлении вдоль окружности, изменяющуюся в зависимости от степени износа, при этом данное изменение, возможно, сочетается с изменением ширины Lte того же углубления, определяемой в поперечном направлении.
Проиллюстрированные варианты показывают блоки, поперечные края которых параллельны направлению оси вращения (вертикальной линии на чертеже). Если блоки имеют края, имеющие наклон относительно оси вращения под углом, составляющим до 35 градусов, поперечные поверхности углублений будут образованы так, что они будут параллельными поперечным боковым поверхностям блоков центральной части. В этом случае ширину Lte углублений измеряют параллельно направлению края, образованного углублениями на поверхности 20 контакта ребра.
Изобретение было описано в общих чертах на основе некоторого числа вариантов, но следует понимать, что данное изобретение не ограничено только данными описанными и проиллюстрированными вариантами осуществления. Очевидно, что могут быть выполнены различные модификации его без отхода от общего контекста настоящего изобретения.