ШИНА ДЛЯ АВТОМОБИЛЕЙ БОЛЬШОГО ВЕСА ИЛИ БОЛЬШОЙ ГРУЗОПОДЪЕМНОСТИ, СОДЕРЖАЩАЯ СЛОЙ ОКРУЖНЫХ УСИЛИТЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ, СОСТОЯЩИЙ ИЗ ЦЕНТРАЛЬНОЙ ЧАСТИ И ДВУХ ЧАСТЕЙ, НАРУЖНЫХ В АКСИАЛЬНОМ НАПРАВЛЕНИИ
TIRE FOR HEAVY OR LARGE CAPACITY TRUCKS INCLUDING PLY OF CIRCUMFERENTIAL REINFORCING ELEMENTS CONSISTING OF CENTRAL PART AND TWO AXIALLY OUTER PARTS

Настоящее изобретение относится к шине с радиальным каркасным усилителем и, в частности, к шине, предназначенной для установки на транспортных средствах, которые перевозят тяжелые грузы и движутся со стабильной скоростью, например, таких как грузовые автомобили, тягачи, прицепы или автобусы.
Как правило, в шинах такого типа, которые предназначены для автомобилей для перевозки тяжелых грузов, каркасный усилитель прикреплен с каждой стороны в зоне борта, и поверх него в радиальном направлении размещен усилитель коронной зоны, состоящий, по меньшей мере, из двух наложенных друг на друга слоев, образованных из нитей или кордов, которые параллельны в каждом слое и перекрещиваются при переходе от одного слоя к следующему, образуя углы, находящиеся в интервале между 10° и 45°, относительно направления вдоль окружности. Указанные рабочие слои, которые образуют рабочий усилитель, также могут быть дополнительно покрыты, по меньшей мере, одним слоем, известным как защитный слой, который образован из усилительных элементов, которые предпочтительно являются металлическими и растяжимыми и известны как упругие элементы. Он также может содержать слой металлических кордов или нитей с низкой растяжимостью, образующих угол, находящийся в диапазоне от 45° до 90°, относительно направления вдоль окружности, при этом данный слой, известный как триангуляционный слой, расположен в радиальном направлении между каркасным усилителем и первым слоем коронной зоны, известным как рабочий слой коронной зоны, при этом данные слои образованы из параллельных нитей или кордов, образующих углы, самое большее равные 45° по абсолютной величине. Триангуляционный слой образует вместе с, по меньшей мере, указанным рабочим слоем триангуляционный усилитель, который под действием различных напряжений деформируется в очень малой степени, при этом триангуляционный слой играет важную роль при реагировании на поперечные сжимающие силы, воздействию которых подвергаются все усилительные элементы в коронной зоне шины.
В случае шин автомобилей для перевозки тяжелых грузов обычно имеется только один защитный слой, и его защитные элементы в большинстве случаев ориентированы в том же направлении и под тем же углом по абсолютной величине, что и усилительные элементы самого дальнего от центра в радиальном направлении и, следовательно, соседнего в радиальном направлении, рабочего слоя. В случае шин для автомобилей для строительства, предназначенных для движения по в некоторой степени неровному грунту, предпочтительно наличие двух защитных слоев, при этом усилительные элементы перекрещиваются при переходе от одного слоя к следующему и усилительные элементы внутреннего в радиальном направлении защитного слоя перекрещиваются с нерастяжимыми усилительными элементами рабочего слоя, который расположен снаружи в радиальном направлении по отношению к внутреннему в радиальном направлении, защитному слою и является соседним с указанным внутренним в радиальном направлении, защитным слоем.
Предполагается, что корды являются нерастяжимыми, когда указанные корды под действием растягивающего усилия, составляющего 10% от разрывающего усилия, имеют деформацию, составляющую самое большее 0,2%.
Предполагается, что корды являются эластичными, когда указанные корды под действием растягивающего усилия, равного разрывающей нагрузке, имеют деформацию, составляющую, по меньшей мере, 3%, при максимальном касательном модуле упругости, составляющем менее 150 ГПа.
Окружные усилительные элементы представляют собой усилительные элементы, которые образуют относительно направления вдоль окружности углы, находящиеся в интервале от +8°до -8° относительно 0°.
Направление вдоль окружности или продольное направление шины представляет собой направление, соответствующее периферии шины и определяемое направлением, в котором движется шина.
Поперечное или аксиальное направление шины параллельно оси вращения шины.
Радиальное направление представляет собой направление, которое пересекает ось вращения шины и перпендикулярно к ней.
Ось вращения шины представляет собой ось, вокруг которой она вращается во время нормального использования.
Радиальная или меридиональная плоскость представляет собой плоскость, содержащую ось вращения шины.
Периферийная средняя или экваториальная плоскость представляет собой плоскость, которая перпендикулярна к оси вращения шины и которая делит шину на две половины.
Что касается металлических кордов или нитей, то измерения разрывающего усилия (максимальной нагрузки в Н), предела прочности при растяжении (в МПа) и относительного удлинения при разрыве (общего удлинения в %) выполнены под действием растягивающей нагрузки в соответствии со стандартом ISO 6892, 1984.
Определенные современные шины, известные как «дорожные» шины, предназначены для движения с высокой скоростью при все более длительных поездках вследствие улучшений дорожной сети и роста сети автомагистралей по всему миру. Все условия, при которых должна эксплуатироваться подобная шина, несомненно обеспечивают возможность увеличения расстояния, которое может покрыть шина, вследствие меньшего износа шины, однако долговечность шины и, в частности, долговечность усилителя коронной зоны снижается.
Это обусловлено тем, что существуют напряжения в усилителе коронной зоны, в частности напряжения сдвига между слоями коронной зоны, в сочетании с существенным повышением рабочей температуры на концах слоя коронной зоны, самого короткого в аксиальном направлении, и они вызывают появление трещин и их распространение в резине на указанных концах. Та же проблема возникает на краях двух слоев усилительных элементов, при этом указанный другой слой необязательно должен быть соседним с первым в радиальном направлении.
Для повышения долговечности усилителя коронной зоны шины рассматриваемого в данной заявке типа уже были предложены решения, относящиеся к структуре и качеству слоев и/или к профилированным элементам, образованным из резиновой смеси, которые расположены между концами слоев и/или вокруг концов слоев и, более точно, концов слоя, самого короткого в аксиальном направлении.
В патенте Франции №1389428 для повышения сопротивления деструкции резиновых смесей, расположенных рядом с краями усилителя коронной зоны, рекомендуется использовать в сочетании с низкогистерезисным протектором резиновый профилированный элемент, который закрывает, по меньшей мере, стороны и граничные края усилителя коронной зоны и состоит из низкогистерезисной резиновой смеси.
В патенте Франции №2222232 для устранения разделения слоев усилителя коронной зоны предлагается покрыть концы усилителя амортизирующим слоем резины, твердость которой по шкале А Шора отличается от соответствующей твердости протектора, расположенного поверх указанного усилителя, и превышает твердость по шкале А Шора, определенную для профилированного элемента из резиновой смеси, расположенного между краями усилителя коронной зоны и слоями каркасного усилителя.
В заявке на патент Франции №2728510 предложено разместить, с одной стороны, между каркасным усилителем и рабочим слоем каркасного усилителя, самым близким в радиальном направлении к оси вращения, непрерывный в аксиальном направлении слой, который образован из нерастяжимых металлических кордов, образующих угол, равный, по меньшей мере, 60°, относительно направления вдоль окружности, и ширина которого в аксиальном направлении, по меньшей мере, равна определяемой в аксиальном направлении ширине самого короткого рабочего слоя коронной зоны, и, с другой стороны, между двумя рабочими слоями коронной зоны дополнительный слой, образованный из металлических элементов, направленных по существу параллельно направлению вдоль окружности.
Длительная осуществляемая при особо тяжелых условиях эксплуатация шин, созданных таким образом, выявила пределы с точки зрения долговечности данных шин.
Для устранения подобных недостатков и повышения долговечности усилителя коронной зоны данных шин было предложено предусмотреть комбинацию, по меньшей мере, одного дополнительного слоя усилительных элементов, по существу параллельных направлению вдоль окружности, с рабочими слоями коронной зоны. В публикации WO 99/24269, в частности, предложено, чтобы с каждой стороны экваториальной плоскости и в зоне, которая является непосредственным продолжением дополнительного слоя усилительных элементов, по существу параллельных направлению вдоль окружности, в аксиальном направлении, два рабочих слоя коронной зоны, образованных из усилительных элементов, которые перекрещиваются при переходе от одного слоя к следующему, были соединены на определенном расстоянии в аксиальном направлении и чтобы затем они были разъединены посредством использования профилированных элементов из резиновой смеси на, по меньшей мере, остальной части ширины, общей для указанных двух рабочих слоев.
Слой окружных усилительных элементов обычно состоит из, по меньшей мере, одного металлического корда, намотанного с образованием витка, расположенного под углом, составляющим менее 8°, относительно направления вдоль окружности.
Результаты, полученные в отношении долговечности и износа при длительной эксплуатации на дорогах с высокой скоростью, являются удовлетворительными. Однако, как представляется, те же транспортные средства/автомобили иногда должны двигаться по дорогам или трассам без гудронированного щебеночного покрытия, например, чтобы достичь строительной площадки или места выгрузки. Движение по подобной местности выполняется с низкой скоростью, но шины, в особенности их протекторы, подвергаются агрессивному воздействию, например, при наличии камней, которые значительно ухудшают эксплуатационные характеристики с точки зрения изнашивания шин.
Задача изобретения состоит в разработке шин для транспортных средств для перевозки тяжелых грузов, долговечность и характеристики изнашивания которых сохраняются для использования на дорогах и характеристики изнашивания которых повышены для использования на грунтовых дорогах.
Данная задача решается в соответствии с изобретением посредством использования шины с радиальным каркасным усилителем, содержащей усилитель коронной зоны, который образован из, по меньшей мере, двух рабочих слоев коронной зоны, состоящих из нерастяжимых усилительных элементов, перекрещивающихся при переходе от одного слоя к другому и образующих углы, от 10° до 45°, относительно направления вдоль окружности, и который сам закрыт в радиальном направлении протектором, при этом протектор соединен с двумя бортами посредством двух боковин, причем усилитель коронной зоны содержит, по меньшей мере, один слой окружных металлических усилительных элементов, при этом слой окружных усилительных элементов состоит из, по меньшей мере, одной центральной части и двух частей, наружных в аксиальном направлении, причем усилительные элементы центральной части, по меньшей мере, одного слоя окружных усилительных элементов представляют собой усилительные элементы, которые разрезаны на отрезки, при этом длина отрезков составляет менее 550 мм, расстояние между концами двух следующих друг за другом отрезков превышает 25 мм, длина отрезков в 1,1-13 раз превышает расстояние между концами двух следующих друг за другом отрезков, и усилительные элементы двух частей, наружных в аксиальном направлении, являются непрерывными.
Шина, определенная таким образом в соответствии с изобретением, сохраняет удовлетворительные характеристики при движении по высокоскоростным дорогам, а также обладает эксплуатационными характеристиками в отношении износостойкости и, более точно, в отношении стойкости к агрессивному воздействию, что представляет собой заметное улучшение по сравнению с известными шинами.
Авторы изобретения действительно смогли продемонстрировать, что агрессивные воздействия, обусловленные неасфальтированными дорогами, существенно влияют на центральную часть протектора шины, при этом данная часть несомненно всегда в наибольшей степени подвергается воздействию.
Шина, определенная в соответствии с изобретением, приводит к смягчению в радиальном направлении той части шины, которая является центральной в аксиальном направлении, в особенности вследствие более низкой жесткости в направлении вдоль окружности данной центральной зоны шины, связанной с наличием окружных усилительных элементов, которые разрезаны. Данное смягчение в свете полученных результатов приводит к поглощению агрессивных воздействий на протектор со стороны препятствий, таких как камни, имеющиеся на грунте, по которому движется транспортное средство.
Авторы изобретения также смогли продемонстрировать, что уменьшение жесткости центральной зоны шины создает возможность изменения формы пятна контакта, в котором шина контактирует с грунтом, в результате чего дополнительно улучшаются характеристики изнашивания на асфальтированных дорогах. В частности, усилитель коронной зоны в соответствии с изобретением способствует образованию почти прямоугольного отпечатка за счет ограничения степени, с которой указанный отпечаток оказывается вогнутым в аксиальном направлении.
Один предпочтительный альтернативный вариант осуществления изобретения состоит в том, что длина отрезков составляет менее 300 мм и что длина отрезков менее чем в 6,5 раза превышает расстояние между концами двух следующих друг за другом отрезков.
Также предпочтительно в соответствии с изобретением длина отрезков составляет менее 260 мм и длина отрезков менее чем в 3,5 раза превышает расстояние между концами двух следующих друг за другом отрезков.
Также предпочтительно, если расстояние между концами двух отрезков превышает 35 мм.
В соответствии с одним предпочтительным вариантом осуществления изобретения, в особенности для обеспечения минимальной жесткости в направлении вдоль окружности, длина отрезков превышает 95 мм.
По той же причине также предпочтительно, если расстояние между концами двух следующих друг за другом отрезков составляет менее 175 мм.
Жесткость усилительных элементов, в особенности центральной части, должна быть достаточно высокой для придания шине достаточного скрепления в направлении вдоль окружности в данной центральной части с тем, чтобы она могла выдерживать нагрузки, воздействующие в особенности во время накачивания или при движении с высокой скоростью и ограничивать удлинение усилителя коронной зоны в направлении вдоль окружности.
Данные величины также способствуют хорошей когезии усилителя коронной зоны шины в сборе как одного целого, в особенности в его центральной части. Данные величины также способствуют тому, что слой окружных усилительных элементов будет способствовать защите от воздействия прокалывающего типа. В частности, данные величины способствуют достижению компромиссного сочетания смягчения коронной зоны, которое позволяет протектору поглощать воздействия, и защитной функции в том случае, если указанный протектор будет проколот.
В соответствии с предпочтительным альтернативным вариантом осуществления изобретения слой окружных усилительных элементов имеет ширину в аксиальном направлении, превышающую 0,5×S.
S - максимальная ширина шины в аксиальном направлении, когда данная шина смонтирована на ободе, предназначенном для ее эксплуатации, и накачана до рекомендуемого для нее давления.
Определяемая в аксиальном направлении ширина слоев усилительных элементов измерена в поперечном сечении шины, при этом, следовательно, шина находится в ненакачанном состоянии.
В соответствии с одним предпочтительным альтернативным вариантом осуществления изобретения определяемая в аксиальном направлении ширина центральной части слоя окружных усилительных элементов превышает 0,15×S и составляет менее 0,5×S.
Также предпочтительно в соответствии с изобретением, определяемая в аксиальном направлении ширина каждой из наружных в аксиальном направлении частей слоя окружных усилительных элементов составляет менее 0,45×S.
В соответствии с альтернативным вариантом осуществления изобретения переходные зоны между центральной частью и частями, наружными в аксиальном направлении, предпочтительно выполнены такими, что указанные переходные зоны содержат самое большее металлический усилительный элемент, при этом измеряемая в аксиальном направлении ширина указанных переходных зон равна, по меньшей мере, 1,5 мм.
Подобные переходные зоны, в частности, обеспечивают возможность ограничения появления зон избыточного натяжения в расположенном ближе всего к центру в аксиальном направлении корде тех частей слоя окружных усилительных элементов, которые являются наружными в аксиальном направлении, в зонах, обращенных к концам тех участков центральной части, которые являются самыми дальними от центра в аксиальном направлении.
В соответствии с данным вариантом осуществления измеренная в аксиальном направлении ширина указанных переходных зон предпочтительно равна самое большее 7 мм.
В соответствии с данным вариантом осуществления, когда переходные зоны содержат металлический усилительный элемент, данный элемент образует угол относительно направления вдоль окружности, который предпочтительно находится в диапазоне от 0,2 до 4°.
Также предпочтительно в соответствии с данным вариантом осуществления, в особенности тогда, когда шина предназначена для установки на управляемом мосту транспортного средства и ее протектор содержит, по меньшей мере, одно окружное ребро, боковые края данных переходных зон удалены от определяемых в аксиальном направлении концов - на поверхности протектора в зоне указанного ребра - на измеряемое в аксиальном направлении расстояние, составляющее, по меньшей мере, 4 мм. Когда один край ребра выполнен скругленным, концы в аксиальном направлении определяются пересечением направления наклона канавки, образованной ребром, и касательной к верхней поверхности ребра.
В соответствии с другими альтернативными вариантами осуществления изобретения переходные зоны предпочтительно выполнены между центральной частью и частями, наружными в аксиальном направлении, так что указанные переходные зоны будут иметь значения жесткости в направлении вдоль окружности, которые являются промежуточными между соответствующей жесткостью центральной части и соответствующей жесткостью частей, наружных в аксиальном направлении. Данные переходные зоны предпочтительно имеют малую ширину в аксиальном направлении и образуют любой постепенный переход между значениями определяемой в направлении вдоль окружности жесткости центральной части и частей, наружных в аксиальном направлении. Ширина указанной переходной зоны предпочтительно находится в диапазоне между величиной, в 1,25 раза превышающей интервал, с которым окружные усилительные элементы уложены в частях, наружных в аксиальном направлении, и величиной, в 3,75 раза превышающей указанный интервал.
В значении, предусмотренном в изобретении, интервал в части слоя окружных усилительных элементов представляет собой расстояние между двумя следующими друг за другом усилительными элементами. Оно измеряется между продольными осями указанных усилительных элементов в направлении, перпендикулярном к, по меньшей мере, одной из указанных продольных осей. Следовательно, оно измеряется по существу в аксиальном направлении.
Градиент жесткости при переходе от частей, наружных в аксиальном направлении, к центральной части предпочтительно получают посредством переходных зон, состоящих из окружных усилительных элементов, которые разрезаны для образования отрезков, длина которых больше длины отрезков в центральной части, и/или за счет того, что расстояние между концами двух следующих друг за другом отрезков меньше расстояния между двумя отрезками в центральной части.
В соответствии с первым вариантом осуществления длина отрезков в направлении вдоль окружности также предпочтительно уменьшается от определяемого в аксиальном направлении наружного края переходной зоны по направлению к ее краю, внутреннему в аксиальном направлении.
В соответствии со вторым вариантом осуществления расстояние между концами двух следующих друг за другом отрезков увеличивается от определяемого в аксиальном направлении, наружного края переходной зоны по направлению к ее краю, внутреннему в аксиальном направлении.
В соответствии с третьим вариантом осуществления изобретения уменьшение определяемой в направлении вдоль окружности длины отрезков сочетается с увеличением расстояния между концами двух следующих друг за другом отрезков от края переходной зоны, наружного в аксиальном направлении, по направлению к ее краю, внутреннему в аксиальном направлении.
В соответствии с альтернативным вариантом осуществления изобретения предусмотрено/предусмотрены уменьшение длины отрезков, определяемой в направлении вдоль окружности, и/или увеличение расстояния между концами двух следующих друг за другом отрезков от краев центральной части по направлению к ее центру.
В соответствии с изобретением также предусмотрено сочетание двух следующих друг за другом переходных зон, предусмотренных между центральной частью и частями, наружными в аксиальном направлении, при этом первая переходная зона, примыкающая к части, наружной в аксиальном направлении, содержит металлический усилительный элемент, подобный описанному ранее, и вторая переходная зона, примыкающая к центральной части, имеет значения жесткости в направлении вдоль окружности, которые являются промежуточными между соответствующими значениями в центральной части и в частях, наружных в аксиальном направлении, и, в частности, получены за счет уменьшения длины отрезков, определяемой в направлении вдоль окружности, и/или за счет увеличения расстояния между концами двух следующих друг за другом отрезков от определяемого в аксиальном направлении наружного края указанной второй переходной зоны к ее краю, внутреннему в аксиальном направлении.
В других альтернативных вариантах также предусмотрена укладка окружных усилительных элементов с интервалом, который различается в центральной части и в частях, наружных в аксиальном направлении. Для того чтобы способствовать получению более низкой жесткости, определяемой в направлении вдоль окружности, в центральной части слоя окружных усилительных элементов, данный интервал предпочтительно больше в указанной центральной части. Его величина предпочтительно не превышает более чем в 1,5 раза величину интервала в частях, наружных в аксиальном направлении, и более предпочтительно - не превышает более чем в 1,25 раза величину интервала в частях, наружных в аксиальном направлении.
В том случае, когда интервал является разным в частях, наружных в аксиальном направлении, и в центральной части и слой окружных усилительных элементов содержит переходные зоны, также предпочтительно, чтобы интервал, с которым будут уложены окружные усилительные элементы в переходной зоне, имел величину, находящуюся в диапазоне между величиной интервала в частях, наружных в аксиальном направлении, и величиной интервала в центральной части.
В одном предпочтительном варианте осуществления изобретения два следующих друг за другом или соседних в аксиальном направлении окружных усилительных элемента в центральной части и, возможно, в переходных зонах, которые состоят из усилительных элементов, которые разрезаны для образования отрезков, не имеют зон разрезания, которые находятся друг напротив друга в аксиальном направлении. Более точно, зоны разрезов между отрезками предпочтительно не находятся рядом друг с другом в аксиальном направлении и, следовательно, смещены друг относительно друга в направлении вдоль окружности.
В соответствии с данным вариантом осуществления концы двух соседних отрезков предпочтительно расположены на таком расстоянии друг от друга в продольном направлении, которое превышает 0,1 от длины того отрезка, который имеет наименьшую длину, измеренную в продольном направлении.
В соответствии с изобретением также предпочтительно предусмотрено то, что, по меньшей мере, один слой, образующий усилитель коронной зоны, будет находиться в радиальном направлении под самым дальним от центра в аксиальном направлении «ребром» или блоком протектора с продольной основной ориентацией. Данный вариант осуществления, как было указано ранее, обеспечивает повышение жесткости указанного блока протектора. Также предпочтительно, если слой окружных усилительных элементов будет находиться в радиальном направлении под самым дальним от центра в аксиальном направлении «ребром» или блоком протектора с продольной основной ориентацией.
В соответствии с одним предпочтительным вариантом осуществления изобретения, по меньшей мере, два рабочих слоя коронной зоны имеют разную ширину в аксиальном направлении, при этом разность определяемой в аксиальном направлении ширины рабочего слоя коронной зоны, самого широкого в аксиальном направлении, и определяемой в аксиальном направлении ширины рабочего слоя коронной зоны, самого узкого в аксиальном направлении, находится в диапазоне от 10 до 30 мм.
Также предпочтительно, если самый широкий в аксиальном направлении, рабочий слой коронной зоны расположен в радиальном направлении внутри по отношению к остальным рабочим слоям коронной зоны.
В соответствии с одним предпочтительным вариантом осуществления изобретения слой окружных усилительных элементов расположен в радиальном направлении между двумя рабочими слоями коронной зоны.
Также предпочтительно в соответствии с изобретением определяемая в аксиальном направлении ширина рабочих слоев коронной зоны, которые расположены в радиальном направлении рядом со слоем окружных усилительных элементов, больше определяемой в аксиальном направлении ширины указанного слоя окружных усилительных элементов, и указанные рабочие слои коронной зоны, примыкающие к слою окружных усилительных элементов, - с каждой стороны экваториальной плоскости и в зоне, которая является непосредственным продолжением по отношению к слою окружных усилительных элементов в аксиальном направлении, - предпочтительно соединены на некоторой ширине в аксиальном направлении и затем далее разъединены профилированными элементами из резиновой смеси, по меньшей мере, на остальной части ширины, общей для указанных двух рабочих слоев.
В значении, предусмотренном в изобретении, слои, которые соединены, представляют собой слои, соответствующие усилительные элементы которых находятся на таком расстоянии друг от друга в радиальном направлении, которое составляет самое большее 1,5 мм, при этом указанная толщина резины измерена в радиальном направлении между соответственно верхней и нижней образующими указанных усилительных элементов.
Наличие подобных соединений между рабочими слоями коронной зоны, соседними со слоем окружных усилительных элементов, позволяет уменьшить растягивающие напряжения, действующие на самые дальние от центра в аксиальном направлении, окружные элементы, расположенные ближе всего к соединению.
Толщина разъединяющих профилированных элементов между рабочими слоями, измеренная у концов самого узкого рабочего слоя, будет, по меньшей мере, равна двум миллиметрам и предпочтительно будет больше 2,5 мм.
В соответствии с первым альтернативным вариантом осуществления изобретения окружные усилительные элементы из центральной части, по меньшей мере, одного слоя окружных усилительных элементов представляют собой нерастяжимые металлические усилительные элементы. Данный альтернативный вариант осуществления изобретения особенно предпочтителен с экономической точки зрения, при этом усилительные элементы данного типа являются недорогими.
В соответствии с другим альтернативным вариантом осуществления изобретения окружные усилительные элементы из центральной части, по меньшей мере, одного слоя окружных усилительных элементов представляют собой эластичные/упругие металлические усилительные элементы. Подобный альтернативный вариант осуществления изобретения может иметь преимущество, заключающееся в том, что облегчается образование слоя окружных усилительных элементов, поскольку одинаковые усилительные элементы могут быть использованы для трех частей указанного слоя окружных усилительных элементов в аксиальном направлении. Система, предназначенная для разрезания усилительных элементов, приводится в действие только для центральной части при укладке окружных усилительных элементов.
В соответствии с одним предпочтительным вариантом осуществления изобретения, по меньшей мере, усилительные элементы двух частей, наружных в аксиальном направлении, по меньшей мере, одного слоя окружных усилительных элементов представляют собой металлические усилительные элементы, имеющие секущий модуль при относительном удлинении 0,7%, находящийся в интервале между 10 и 120 ГПа, и максимальный касательный модуль упругости, составляющий менее 150 ГПа.
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления секущий модуль усилительных элементов при относительном удлинении 0,7% составляет менее 100 ГПа и превышает 20 ГПа, предпочтительно находится в диапазоне от 30 до 90 ГПа и еще более предпочтительно составляет менее 80 ГПа.
Также предпочтительно, если максимальный касательный модуль упругости усилительных элементов составляет менее 130 ГПа и еще более предпочтительно - менее 120 ГПа.
Значения модулей, приведенные выше, определены на кривой зависимости растягивающего напряжения от относительного удлинения, полученной при предварительном натяге 20 МПа относительно площади поперечного сечения металла усилительного элемента, при этом растягивающее напряжение соответствует измеренному натяжению, деленному на площадь поперечного сечения металла усилительного элемента.
Значения модулей для тех же усилительных элементов могут быть определены на кривой зависимости растягивающего напряжения от относительного удлинения, которое определяется при предварительном натяге 10 МПа, полученном делением на общую площадь поперечного сечения усилительного элемента, при этом растягивающее напряжение соответствует измеренному натяжению, деленному на общую площадь поперечного сечения усилительного элемента. Общая площадь поперечного сечения усилительного элемента представляет собой площадь поперечного сечения композиционного элемента, образованного из металла и из резины, при этом резина больше всего проникает в усилительный элемент во время фазы вулканизации шины.
При использовании данного состава, относящегося к общей площади поперечного сечения усилительного элемента, можно указать, что усилительные элементы частей, наружных в аксиальном направлении, и центральной части, по меньшей мере, одного слоя окружных усилительных элементов представляют собой металлические усилительные элементы с секущими модулем при относительном удлинении 0,7%, находящимся в диапазоне от 5 до 60 ГПа, и максимальным касательным модулем упругости, составляющим менее 75 ГПа.
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления секущий модуль усилительных элементов при относительном удлинении 0,7% составляет менее 50 ГПа и превышает 10 ГПа, предпочтительно находится в диапазоне от 15 до 45 ГПа и еще более предпочтительно составляет менее 40 ГПа.
Также предпочтительно, если максимальный касательный модуль упругости усилительных элементов составляет менее 65 ГПа и еще более предпочтительно составляет менее 60 ГПа.
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления, по меньшей мере, усилительные элементы двух частей, наружных в аксиальном направлении, по меньшей мере, одного слоя окружных усилительных элементов представляют собой металлические усилительные элементы, имеющие кривую зависимости деформаций от напряжений при растяжении, которая имеет пологие градиенты при малых удлинениях и по существу постоянный и резкий/крутой градиент при больших удлинениях. Подобные усилительные элементы дополнительного слоя обычно называют «бимодульными» элементами.
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения по существу постоянный и резкий градиент имеет место при относительном удлинении в диапазоне от 0,1% и 0,5%.
Различные характеристики усилительных элементов, которые были перечислены выше, определены для усилительных элементов, которые были извлечены из шин.
Усилительные элементы, более точно подходящие для образования, по меньшей мере, одного слоя окружных усилительных элементов в соответствии с изобретением, представляют собой, например, элементы в сборе с формулой 21.23, конструкция которых такова 3×(0,26+6×0,23) 4,4/6,6 SS; данный многопрядный канат состоит из 21 элементарной нити с формулой 3×(1+6) с тремя прядями, которые скручены вместе и каждая из которых состоит из семи нитей, при этом одна нить образует центральную сердцевину с диаметром, равным 26/100 мм, и шести намотанных нитей с диаметром, равным 23/100 мм. Подобный корд имеет секущий модуль при относительном удлинении 0,7%, составляющий 45 ГПа, и максимальный касательный модуль упругости, составляющий 98 ГПа, при этом данные величины определены на кривой зависимости натяжения от относительного удлинения, которая была получена при предварительном натяге 20 МПа, при делении на площадь поперечного сечения металла усилительного элемента, при этом растягивающее напряжение соответствует измеренному натяжению, деленному на площадь поперечного сечения металла усилительного элемента. На кривой зависимости растягивающего напряжения от относительного удлинения, полученной при предварительном натяге 10 МПа, при делении на общую площадь поперечного сечения усилительного элемента, растягивающее напряжение соответствует измеренному натяжению, деленному на общую площадь поперечного сечения усилительного элемента, при этом данный корд с формулой 21.23 имеет секущий модуль при относительном удлинении 0,7%, составляющий 23 ГПа, и максимальный касательный модуль упругости, составляющий 49 ГПа.
Аналогичным образом, другой пример усилительных элементов представляет собой элемент в сборе с формулой 21.28, конструкция которого такова 3×(0,32+6×0,28) 6,2/9,3 SS. Данный корд имеет секущий модуль при относительном удлинении 0,7%, составляющий 56 ГПа, и максимальный касательный модуль упругости, составляющий 102 ГПа, при этом обе данные величины определены на кривой зависимости растягивающего напряжения от относительного удлинения, которая была получена при предварительном натяге 20 МПа, при делении на площадь поперечного сечения металла усилительного элемента, при этом растягивающее напряжение соответствует измеренному натяжению, деленному на площадь поперечного сечения металла усилительного элемента. На кривой зависимости растягивающего напряжения от относительного удлинения, полученной при предварительном натяге 10 МПа, при делении на общую площадь поперечного сечения усилительного элемента, при этом растягивающее напряжение соответствует измеренному натяжению, деленному на общую площадь поперечного сечения усилительного элемента, при этом данный корд с формулой 21.28 имеет секущий модуль при относительном удлинении 0,7%, составляющий 27 ГПа, и максимальный касательный модуль упругости, составляющий 49 ГПа.
Использование подобных усилительных элементов в, по меньшей мере, двух частях, наружных в аксиальном направлении, по меньшей мере, одного слоя окружных усилительных элементов, в частности, обеспечивает возможность поддержания достаточной жесткости слоя даже после операций придания заданной формы и вулканизации, которые выполняются при обычных способах изготовления.
Металлические элементы предпочтительно представляют собой стальные корды.
Изобретение также предпочтительно обеспечивает уменьшение растягивающих напряжений, действующих на самые дальние от центра в аксиальном направлении, окружные элементы, при этом угол, образуемый усилительными элементами рабочих слоев коронной зоны относительно направления вдоль окружности, составляет менее 30° и предпочтительно менее 25°.
В соответствии с еще одним предпочтительным альтернативным вариантом осуществления изобретения рабочие слои коронной зоны содержат усилительные элементы, которые перекрещиваются при переходе от одного слоя к другому и образуют углы относительно направления вдоль окружности, которые могут варьироваться в аксиальном направлении, при этом указанные углы больше на определяемых в аксиальном направлении наружных краях слоев усилительных элементов по сравнению с углами, которые указанные элементы образуют при измерении в окружной средней плоскости. Подобный вариант осуществления изобретения создает возможность увеличения жесткости, определяемой в направлении вдоль окружности, в определенных зонах при одновременном уменьшении соответствующей жесткости в других зонах, в частности для уменьшения сжатия, которому подвергается каркасный усилитель.
В одном предпочтительном варианте осуществления изобретения также предусмотрено то, что усилитель коронной зоны дополнен в радиальном направлении снаружи, по меньшей мере, одним дополнительным слоем, известным как защитный слой, усилительных элементов, так называемых упругих/эластичных усилительных элементов, которые направлены относительно направления вдоль окружности под углом, находящимся в диапазоне от 10° до 45° и имеющим то же направление, что и угол, образуемый нерастяжимыми элементами рабочего слоя, соседнего с ними в радиальном направлении.
Защитный слой может иметь ширину в аксиальном направлении, которая меньше определяемой в аксиальном направлении ширины самого узкого рабочего слоя. Указанный защитный слой также может иметь ширину в аксиальном направлении, которая больше определяемой в аксиальном направлении ширины самого узкого рабочего слоя, так что он будет перекрывать края самого узкого рабочего слоя, и в том случае, когда именно слой, который расположен в радиальном направлении сверху, является самым узким, он будет соединен в зоне, представляющей собой продолжение дополнительного усилителя в аксиальном направлении, с самым широким рабочим слоем коронной зоны на некоторой ширине в аксиальном направлении, при этом далее, в аксиальном направлении снаружи он будет отделен от указанного самого широкого рабочего слоя профилированными элементами с толщиной, составляющей, по меньшей мере, 2 мм. В вышеупомянутом случае защитный слой, образованный из эластичных/упругих усилительных элементов, может быть, с одной стороны, возможно отделен от краев указанного самого узкого рабочего слоя профилированными элементами с толщиной, которая значительно меньше толщины профилированных элементов, которые разделяют края двух рабочих слоев, и, с другой стороны, может иметь ширину в аксиальном направлении, которая меньше или больше определяемой в аксиальном направлении ширины самого широкого слоя коронной зоны.
В соответствии с любым из вариантов осуществления изобретения, упомянутых выше, усилитель коронной зоны может быть дополнительно дополнен - в радиальном направлении внутри между каркасным усилителем и внутренним в радиальном направлении, рабочим слоем, ближайшим к указанному каркасному усилителю, - триангуляционным слоем нерастяжимых металлических усилительных элементов, выполненных из стали, которые образуют угол относительно направления вдоль окружности, который превышает 45° и имеет то же направление, что и угол, образуемый усилительными элементами слоя, ближайшего в радиальном направлении к каркасному усилителю.
Другие детали и предпочтительные признаки изобретения станут ясными в дальнейшем из описания приведенных в качестве примера вариантов осуществления изобретения, приведенных со ссылкой на фиг.1-5, на которых:
фиг.1 - меридиональный схематический вид шины в соответствии с изобретением;
фиг.2 - схематическое изображение одного слоя окружных усилительных элементов шины с фиг.1;
фиг.3 - схематическое изображение одного слоя окружных усилительных элементов в соответствии со вторым вариантом осуществления изобретения;
фиг.4 - схематическое изображение одного слоя окружных усилительных элементов в соответствии с третьим вариантом осуществления изобретения; и
фиг.5 - схематический меридиональный вид шины в соответствии с альтернативным вариантом осуществления изобретения.
»
Для облегчения их понимания чертежи начерчены не в масштабе. Чертежи показывают только половину шины, которая продолжается симметрично с другой стороны оси ХХ', которая отображает «окружную среднюю плоскость или экваториальную плоскость шины.
Показанная на фиг.1 шина 1 с размером 455/45 R 22,5 имеет отношение H/S высоты профиля к его ширине, составляющее 0,45, при этом Н - высота шины 1 на ее монтажном ободе и S - ее максимальная ширина в аксиальном направлении. Шина 1 содержит радиальный каркасный усилитель 2, закрепленный в двух бортах, не показанных на фиг.1. Каркасный усилитель образован из одного слоя металлических кордов. Каркасный усилитель 2 окружен сверху усилителем 4 коронной зоны, образованным в радиальном направлении из следующих элементов, указанных в порядке от внутренней части наружу:
- из слоя усилительных элементов 45, известного как триангуляционный слой, образованного из нерастяжимых необмотанных металлических кордов 9.28, которые являются непрерывными на всей ширине слоя и направлены под углом 50°;
- из первого рабочего слоя 41, образованного из нерастяжимых необмотанных металлических кордов 11.35, которые являются непрерывными на всей ширине слоя и направлены под углом 18°;
- из слоя окружных усилительных элементов 42, образованного из стальных металлических кордов 21×28 «бимодульного» типа, состоящего из трех частей, при этом данные части представляют собой две части 421, наружные в аксиальном направлении, и одну центральную часть 422;
- из второго рабочего слоя 43, образованного из нерастяжимых необмотанных металлических кордов 11.35, которые являются непрерывными на всей ширине слоя, которые направлены под углом, равным 18°, и которые перекрещиваются с металлическими кордами слоя 41;
- из защитного слоя 44, образованного из эластичных металлических кордов 18х23, направленных под углом 18° в том же направлении, что и усилительные элементы рабочего слоя 43.
Сам усилитель коронной зоны закрыт сверху протектором 6.
Максимальная ширина S в аксиальном направлении равна 458 мм.
45
Ширина L триангуляционного слоя 45 в аксиальном направлении равна 382 мм.
41
Ширина L первого рабочего слоя 41 в аксиальном направлении равна 404 мм.
43
41
43
Ширина L второго рабочего слоя 38 в аксиальном направлении равна 380 мм. Разность ширин L и L равна 24 мм.
42
421
Что касается общей определяемой в аксиальном направлении ширины L слоя окружных усилительных элементов 42, то данная величина равна 304 мм. Наружные в аксиальном направлении части 421 имеют ширину L, составляющую 61 мм, которая, следовательно, составляет менее 45% от S.
422
Ширина L центральной части равна 182 мм.
44
Последний слой 44 коронной зоны, известный как защитный слой, имеет ширину L, равную 338 мм.
Фиг.2 иллюстрирует первый вариант осуществления слоя окружных усилительных элементов 42 в соответствии с изобретением, соответствующего фиг.1. Как было указано ранее, данный слой 42 состоит из центральной части 422 и из двух частей 421, наружных в аксиальном направлении.
Окружные усилительные элементы 5 уложены с постоянным интервалом Р, составляющим 2,3 мм, на всей определяемой в аксиальном направлении ширине слоя окружных усилительных элементов 42.
В центральной части окружные усилительные элементы разрезаны для образования отрезков 6, имеющих длину, равную 101 мм. Два отрезка разделены зазором 7, который соответствует расстоянию d, при этом расстояние d, измеренное между концами двух отрезков 6, следующих друг за другом в направлении вдоль окружности, равно 65 мм.
Слой 42, полученный таким образом, обеспечивает возможность достижения меньшей жесткости, определяемой в направлении вдоль окружности, в центральной части 422 по сравнению с определяемой в направлении вдоль окружности жесткостью частей 421, наружных в аксиальном направлении.
Фиг.3 иллюстрирует второй вариант осуществления слоя окружных усилительных элементов 42 в соответствии с изобретением. Помимо центральной части 422 и частей 421, наружных в аксиальном направлении, слой 42 содержит две промежуточные зоны 423, расположенные в аксиальном направлении между центральной частью 422 и каждой из частей 421, наружных в аксиальном направлении.
423
422
421
Ширина L в аксиальном направлении равна 4,5 мм. Определяемая в аксиальном направлении ширина L центральной части равна 173 мм, и определяемая в аксиальном направлении ширина L каждой из частей 421, наружных в аксиальном направлении, равна 61 мм.
Длина отрезков 6 и величина зазоров 7 в центральной части 422 идентичны соответствующим величинам c фиг.2.
423
423
Отрезки 8 в промежуточных зонах 423 имеют длину l, равную 132 мм, и два отрезка 8 разделены зазором 9, величина которого, определяемая расстоянием d, измеряемым между концами двух отрезков 8, следующих друг за другом в направлении вдоль окружности, равна 35 мм.
Данные величины показывают, что отрезки 8 промежуточных зон 423 имеют большую длину, чем отрезки 6 в центральной части 422, а также разделены зазорами, которые имеют меньшую длину по сравнению с длиной зазоров в центральной части 422. Таким образом, определяемая в направлении вдоль окружности жесткость в данных промежуточных зонах будет выше соответствующей жесткости центральной части. Таким образом, это обеспечивает более постепенное изменение жесткости, определяемой в направлении вдоль окружности, в аксиальном направлении слоя окружных усилительных элементов 42.
Фиг.4 иллюстрирует третий вариант осуществления слоя окружных усилительных элементов 42 в соответствии с изобретением. Как и в случае варианта c фиг.3, он содержит две промежуточные зоны 423, расположенные в аксиальном направлении между центральной частью 422 и каждой из частей 421, наружных в аксиальном направлении.
423
422
421
Значения ширины L, L и L, определяемой в аксиальном направлении, идентичны соответствующим значениям в варианте c фиг.3.
Длина отрезков 6 и длина зазоров 7 в центральной части 422 идентичны соответствующим длинам в вариантах c фиг.2 и 3.
Длина отрезков 8 и длина зазоров 9 в промежуточных зонах 423 идентичны соответствующим длинам в варианте c фиг.3.
421
Интервал Р, с которым уложены окружные усилительные элементы 5 частей 421, наружных в аксиальном направлении, идентичен интервалу в варианте c фиг.1 и равен 2,3 мм.
422
Окружные усилительные элементы, которые были разрезаны и которые образуют отрезки 6 в центральной части, уложены с интервалом Р, равным 2,9 мм. Данный больший интервал, с которым они уложены в центральной части, играет некоторую роль в уменьшении определяемой в направлении вдоль окружности жесткости указанной центральной части 422 по сравнению с частями 421, наружными в аксиальном направлении.
Интервал, с которым уложены разрезанные окружные усилительные элементы, которые образуют отрезки 8 в промежуточных зонах 423, равен 2,5 мм. Интервал, с которым уложены окружные усилительные элементы в промежуточных зонах, представляет собой величину, промежуточную между соответствующим интервалом в частях 421, наружных в аксиальном направлении, и соответствующим интервалом в центральной части 422. Эти величины способствуют постепенности изменения жесткости, определяемой в направлении вдоль окружности, в аксиальном направлении слоя окружных усилительных элементов 42.
В соответствии с другими альтернативными вариантами осуществления изобретения интервал в промежуточных зонах 423 может представлять собой величину, идентичную величине интервала в центральной части, или альтернативно - величине интервала в части или частях, наружных в аксиальном направлении, при этом только длины отрезков и длины зазоров между отрезками будут изменяться постепенно.
Другие альтернативные варианты также могут обеспечить постепенное изменение интервала в промежуточных зонах в сочетании или с окружными усилительными элементами, которые являются непрерывными, как в частях 421, наружных в аксиальном направлении, или с усилительными элементами, которые были разрезаны на отрезки и при этом длины отрезков и длины зазоров между отрезками идентичны соответствующим длинам в центральной части 422.
Показанная на фиг.5 шина 1 отличается от шины, показанной на фиг.1, тем, что два рабочих слоя 41 и 43 - с каждой стороны экваториальной плоскости и в зоне, которая является продолжением слоя окружных усилительных элементов 42 в аксиальном направлении, - соединены на ширине l в аксиальном направлении: корды первого рабочего слоя 41 и корды второго рабочего слоя 43 на определяемой в аксиальном направлении ширине l соединения двух слоев отделены в радиальном направлении друг от друга слоем резины, толщина которого минимальна и соответствует удвоенной толщине резинового каландрирующего слоя необмотанных металлических кордов 11.35, из которых образован каждый рабочий слой 41, 43, а именно 0,8 мм. На остальной части ширины, общей для двух рабочих слоев, два рабочих слоя 41, 43 разделены резиновым профилированным элементом, не показанным на фигуре, при этом толщина указанного профилированного элемента увеличивается от определяемого в аксиальном направлении конца зоны соединения по направлению к концу самого узкого рабочего слоя. Указанный профилированный элемент предпочтительно является достаточно широким, так что он перекрывает в радиальном направлении конец самого широкого рабочего слоя 41, который в данном случае представляет собой рабочий слой, ближайший к каркасному усилителю в радиальном направлении.
Были проведены испытания для шины, изготовленной согласно изобретению в соответствии с изображением с фиг.1, и результаты испытаний сравнивали с контрольной шиной, которая была идентичной, но была изготовлена с обычной конфигурацией.
Данная контрольная шина содержит слой окружных усилительных элементов, состоящий из таких же кордов, уложенных с тем же интервалом и не имеющим никакой части с элементами, которые были разрезаны для образования отрезков. Таким образом, определяемая в направлении вдоль окружности жесткость слоя усилительных элементов будет постоянной на всей его ширине в аксиальном направлении.
Первые испытания на долговечность/выносливость были проведены посредством установки каждой из шин на идентичные транспортные средства/автомобили и обеспечения движения каждого из транспортных средств по прямой линии, при этом шины подвергались воздействию нагрузок, превышающих номинальную нагрузку, для ускорения испытания данного типа.
Транспортные средства «соответствовали» нагрузке на шину, составляющей 4000 кг.
Другие испытания на долговечность/выносливость были проведены на испытательном стенде, который обеспечивал приложение нагрузки к шинам и создание угла поворота для шин. Испытания были проведены на шинах согласно изобретению с нагрузкой и углом поворота, которые были идентичны тем, которые применялись для контрольных шин.
Результаты испытаний, проведенных таким образом, показали, что расстояния, покрываемые в каждом из данных испытаний, были по существу одинаковыми для шин согласно изобретению и для контрольных шин. Следовательно, очевидно то, что шины согласно изобретению имеют эксплуатационные характеристики, которые по существу эквивалентны с точки зрения долговечности контрольным шинам.
В завершение, были проведены дополнительные эксплуатационные испытания на неасфальтированных дорогах, имеющих рельефные участки, которые имитируют наличие камней, которые особенно вредны для протекторов шин.
Результаты данной последней серии испытаний показали, что после идентичных пройденных расстояний шины согласно изобретению демонстрировали менее серьезные повреждения.
Изобретение, описанное выше, в частности, со ссылкой на приведенные в качестве примера варианты осуществления, не должно пониматься как ограниченное данными вариантами осуществления. Например, слой окружных усилительных элементов, находясь по-прежнему в пределах объема изобретения, может состоять более чем из пяти частей для обеспечения еще более постепенных изменений жесткости, определяемой в направлении вдоль окружности.