ШИНА ВЕЗДЕХОДА
LAND ROVER TIRE

Изобретение относится к шинам транспортных средств, прежде всего к надувным пневматическим шинам и, в частности, к шинам сверхнизкого давления, предназначенным для использования на транспортных средствах, передвигающихся по бездорожью и грунтам с малой несущей способностью.
2
Широко известны конструкции пневматических шин (см., например, Шины и колеса В.И.Кнороз, Е.В.Кленников. - М.: Машиностроение, 1975. - 184 с, а также статью В.А.Петрушева и др. Многоосные полноприводные автомобили на арочных шинах или пневматических с низким давлением в шинах, стр.9-10). Им присущи недостаточные сцепные свойства и проходимость по грунтам с низкой несущей способностью, т.к. эти шины имеют неоптимальные размеры, форму и эластичность, а также высокое, более 0,5 кгс/см, внутреннее давление. К тому же из-за чрезмерного внедрения в грунт они оказывают на него разрушающее воздействие.
Содержащая борта с каркасными кольцами, боковые стенки и беговую часть с каркасом из корда, завернутого на каркасные кольца, пневматическая шина, ширина которой превышает высоту ее профиля (Бочаров Н.Ф. и др. Транспортные средства на высокоэластичных движителях. - М.: Машиностроение, 1974, стр.9), характеризуется значительной разрушающей способностью и завышенным сопротивлением качению, поскольку удельное давление в зоне ее контакта с грунтом распределяется неравномерно из-за значительной жесткости каркаса.
Известна монолитная бескамерная шина сверхнизкого давления по RU 115198, предназначенная для достижения высокой проходимости и тяговых свойств на мягких и увлажненных поверхностях и выполненная в форме арки, из-за относительно жесткого каркаса и высокого протектора имеющая большую массу и проблемы с регулированием давления в шине из-за низкорасположенных бортов.
Шина по US 4538657 с изменяемым пятном контакта способна двигаться по различным поверхностям, подстраиваясь под конкретные условия, однако ее установка на специальном диске ограничивает область ее применения и снижает функциональность.
http://www.ec-arctic.ru
Давно известны движители, изготовленные из камер-оболочек, без протектора (см. US 1394328 и 4146992, а также шины колесных вездеходов «Чукотка» и «Торос» (см., например ). Они обладают малым весом и простотой изготовления, однако область применения этих движителей ограничена из-за низких сцепных свойств, недостаточной курсовой устойчивости на твердых покрытиях, а тонкостенная камера склонна к проколам, что существенно ограничивает скорость передвижения.
Шина сверхнизкого давления для вездеходов по RU 2095256 представляет собой тор с трехслойными стенками, обвитый в меридиональном направлении эластичной плоской лентой. Она проста в изготовлении, но отсутствие протектора резко ограничивает ее функциональность.
Движитель по US 2821949 имеет поперечные лопатки на всю ширину беговой части, что способствует перемещению по водонасыщенным поверхностям (например, болоту), однако исключает движение по твердым поверхностям.
Известны соотношения линейных размеров в шине сельскохозяйственного назначения по RU 2025288, а также соотношение ширины срединных и периферийных грунтозацепов во внедорожной шине см., US 6250353 и 7048022, и размеры продольных канавок, см., US 6401774 и 6929044.
Выполнение шин по US 6401774, 6533007, 6929044 с четко выраженными продольными канавками, так же как и разделение протектора продольной канавкой посередине в шинах по US Des. 345950 и 308038 улучшает тяговые характеристики и самоочищение, однако плохо сопротивляется поперечным смещениям.
Во вседорожной шине по US Des. 384013 центральные грунтозацепы отделены от периферийных и зацепов боковин продольными канавками, что улучшает курсовую устойчивость, но уменьшает проходимость из-за равномерного распределения протектора по беговой части.
Протектор по US Des. 305630 и 504103 разделен пятью продольными канавками, отделяющими грунтозацепы, расположенные в шахматном порядке, при этом размер шашек уменьшается к одной стороне, что упрощает технологию изготовления, но уменьшает устойчивость в поперечном направлении при движении на косогоре.
Расположение канавок граней грунтозацепов шин по RU 39348 и 40529, а также центральной канавки по US 6189586, 6250353, Des. 261257 и шины с защитой от проколов по US 7048022 зигзагообразно улучшает тягово-сцепные свойства, однако малая эластичность этих шин приводит к разрушающему воздействие на грунт, а следовательно, снижает проходимость.
Чередование коротких и длинных ребер через ряд в окружном направлении и расположение ребер по дуге с углом уменьшения от 50 до 25° от центра к краю беговой дорожки относительно меридиана в рисунке протектора по RU 47529 способствует самоочищению на грунтах с низкой несущей способностью.
Согласование направления вращения шины и расположения (направления) протектора (см. RU 41560, 1372778, а также US Des. 512957) способствует увеличению тяговых свойств в отличие от равномерного распределения протектора по беговой части в US 4253512, 2005139303 и Des. 275383, но не приводит к увеличению функциональности.
Рисунок протектора для низкопрофильной шины по RU 35492 имеет сильно разреженную центральную беговую часть и увеличивающуюся к периферии насыщенность протектора. Такая компоновка приводит к неравномерному распределению давления в пятне контакта при движении по слабонесущим грунтам, а также препятствует самоочищению и создает повышенный шум при движении по твердой опорной поверхности.
Известна пневматическая шина для снегоболотохода по RU 50470, ширина профиля которой равна или меньше высоты, состоящая из протектора с грунтозацепами и каркаса. В данном случае шина выполнена из обрезиненного корда с количеством слоев от одного до четырех, при этом слои завернуты на бортовые кольца, а по внутренней поверхности каркаса имеются углубления, повторяющие конфигурацию и расположение элементов рисунка протектора. Такое выполнение внутренней поверхности каркаса шины усложняет технологию ее изготовления, а переменная высота грунтозацепов увеличивает сопротивление качению.
Также не расширяет функциональные возможности протектор шины сверхнизкого давления по RU 52774 с грунтозацепами типа «елочка», направленными под углом к экваториальной плоскости и разделенные канавками с ребрами U-образной формы, в котором канавки протектора ориентированы в меридиональном направлении под углом 45° к экваториальной плоскости, а канавки боковых грунтозацепов ориентированы в меридиональном направлении под углом 90° к экваториальной плоскости. Выполнение рисунка протектора с разнесенными относительно друг друга грунтозацепами, сформированными в поперечные ребра по типу «косой елочки», по расположению грунтозацепов в экваториальной зоне в каждом ребре под углом в 45° к экваториальной плоскости и расположению грунтозацепов в шахматном порядке перекрытия впадин между грунтозацепами одного ряда способствует самоочищению, однако недостаточно увеличивает проходимость на грунтах с низкой несущей способностью.
Пневматическая шина по RU 19279, 2005083 и 2042530, ширина профиля которой превышает его высоту, а центральная часть беговой дорожки выполнена в виде формы, приближенной к цилиндрической образующей, параллельной оси вращения шины, включающая борта с каркасными кольцами, боковые стенки и беговую часть с каркасом из корда, завернутого на упомянутые каркасные кольца, и протектор, корд которой выполнен двухслойным с углом наклона нитей в каждом из слоев 45-60° к меридиональному направлению шины, расположенных между собой перекрестно, каркас в беговой части шины и в зоне боковин выполнен толщиной 0,003-0,080 высоты профиля шины, не оказывает разрушающего воздействия на поверхность перемещения, но при этом имеет недостаточные тяговые возможности на слабонесущих грунтах и курсовую устойчивость на твердых поверхностях.
Хотя приведены многочисленные варианты выполнения каркаса и рисунка протектора шин сверхнизкого давления, нет простой и надежной конструкции пневматической шины с расширенными функциональными возможностями, способной без разрушения поверхностного слоя обеспечить передвижение ТС по грунтам с очень низкой несущей способностью, а также на дорогах с твердым покрытием увеличить скорость движения и снизить шум.
Известна низкопрофильная сверхнизкого давления диагональная пневматическая шина по RU 74857, отношение ширины профиля которой к его высоте равно 0,596 при номинальном внутреннем давлении 0,5-0,6 МПа, состоящая из протектора с грунтозацепами и каркаса, выполненного из обрезиненного корда, боковин, слои корда в которых завернуты на бортовые кольца. В корде каркаса и боковин использован капроновый корд, между слоями каркаса размещена резиновая прослойка. Это способствует сохранению формоудержания шины при падении давления ниже заданного и сохранению несущей способности шины, однако приводит к значительному внедрению движителя в грунт, что снижает проходимость и ухудшает его экологичность. Выполнение рисунка протектора с шашечными элементами, образующими центральное, два боковых и три плечевых ребра, отделенных друг от друга продольными канавками и расположенных симметрично относительно центра беговой дорожки, способствует равномерному распределению нагрузки в пятне контакта, однако такое распределение элементов протектора по ширине беговой части нерационально при движении по грунтам с различной несущей способностью и преодолением водных преград. Кроме того, составление боковых ребер из ромбовидных шашек, расположенных в шахматном порядке относительно центрального ребра, верхние и нижние грани шашек повернуты относительно оси вращения на угол 45°, а плечевые ребра образованы шашками соответственно Г-образной, квадратной и прямоугольной формы, боковые грани которых параллельны, снижает сопротивления качению и повышает сцепление с грунтом, но значительно усложняет изготовление и снижает курсовую устойчивость.
Задача - улучшение тягово-сцепных свойств шины вездехода, способной без разрушения поверхностного слоя обеспечить передвижение ТС по грунтам с очень низкой несущей способностью, а также на дорогах с твердым покрытием увеличить скорость движения и снизить шум.
Улучшение тягово-сцепных свойств шины вездехода, способной без разрушения поверхностного слоя обеспечить передвижение по грунтам с очень низкой несущей способностью, а также на дорогах с твердым покрытием увеличить скорость движения и снизить шум, обеспечено рациональным расположением ее элементов.
Для этого в шине вездехода, отношение высоты профиля которой к его ширине равно 0,54 при номинальном внутреннем давлении 0,005-0,070 МПа, содержащей протектор и выполненный из обрезиненного корда каркас, боковины, слои корда которых завернуты на бортовые кольца, протектор выполнен с продольными в окружном направлении канавками, отделяющими грунтозацепы протектора срединных его частей от центральных ребер, при отношение высоты профиля шины к его ширине в пределах от 0,45 до 0,7.
Выполнение протектора с продольными в окружном направлении канавками, отделяющими грунтозацепы протектора срединных его частей от центральных ребер, при отношение высоты профиля шины к его ширине в пределах от 0,45 до 0,7 в шине вездехода, отношение высоты профиля которой к его ширине равно 0,54 при номинальном внутреннем давлении 0,005-0,070 МПа, содержащей протектор, выполненный из обрезиненного корда каркас, боковины, слои корда которых завернуты на бортовые кольца, позволило улучшить тягово-сцепные свойства, поскольку грунтозацепы протектора срединных его частей расположены плотнее, чем отделенные от них грунтозацепы периферийных частей, что существенно увеличивает сцепление движителя на различных поверхностях перемещения.
Этому же способствует то, что площадь наружной поверхности грунтозацепов, расположенных непосредственно у отделяющей канавки, по существу равна площади срединных и периферийных частей протектора.
Расположение канавок граней грунтозацепов срединных частей протектора зигзагообразно и совмещение их с канавками граней грунтозацепов периферийных частей, а также разделение их канавкой в продольном направлении и расположение граней грунтозацепов по радиусу совместно с отделением грунтозацепов периферийной части продольной канавкой от зацепов боковины улучшает самоочищение и расширяет функциональные возможности шины. Согласование направления вращения шины с направлением канавок, выполненных по упомянутым радиусам, повышает тягу на слабонесущих грунтах и способствует перемещаемости по водным поверхностям.
На фиг.1 изображена шина (разрез);
на фиг.2 - борт шины;
на фиг.3 - рисунок протектора;
на фиг.4 - сечение канавки;
на фиг.5 - шина, вид сбоку;
на фиг.6 - трехмерная модель шины.
Шина 1 (фиг.1) вездехода, отношение высоты профиля которой к его ширине равно 0,54, при номинальном внутреннем давлении 0,005-0,070 МПа содержит протектор 2 и выполненный из обрезиненного корда 3 (фиг.2) каркас 4, а также боковины 5. Слои корда боковин завернуты на бортовые кольца 6.
Выполнение протектора с продольными в окружном направлении канавками 7, 8 (фиг.3), отделяющими грунтозацепы протектора срединных его частей 9, 10 от центральных ребер 11, при отношении высоты профиля шины к его ширине в пределах от 0,45 до 0,7 позволило создать простую и надежную конструкцию пневматической шины с расширенными функциональными возможностями, способную без разрушения поверхностного слоя обеспечить передвижение транспортного средства по грунтам с очень низкой несущей способностью, а также на дорогах с твердым покрытием увеличить скорость движения и снизить шум, поскольку грунтозацепы 9, 10 протектора срединных его частей расположены плотнее, чем отделенные от них грунтозацепы периферийных частей 12, 13, что существенно увеличивает сцепление движителя на различных поверхностях перемещения, при этом позволяя расширить функциональные возможности.
Управляемость на твердых поверхностях обеспечивается тем, что площадь наружной поверхности грунтозацепов, расположенных непосредственно у отделяющей канавки 8, по существу равна площади срединных 9, 10 и периферийных 12, 13 частей протектора.
Расположение канавок 14, 15 граней 16 (фиг.4, фиг.5) грунтозацепов срединных частей протектора зигзагообразно и совмещение их с канавками 17 граней 16 грунтозацепов периферийных частей, а также разделение канавкой 18 в продольном направлении и расположение по радиусу 19, 20 улучшает самоочищение и расширяет функциональные возможности шины. При этом грунтозацепы 13 периферийной части отделены продольной канавкой 21 от зацепов 22 боковины.
Согласование направления вращения шины с направлением канавок, выполненных по упомянутым радиусам, повышает тягу на слабонесущих грунтах и способствует перемещаемости по водным поверхностям, для чего на боковине нанесен знак 23 (фиг.6) направления вращения.
Шина вездехода на поверхностях с различной несущей способностью функционирует следующим образом.
При движении по твердой опорной поверхности давление в шине 1 максимальное, а деформация грунта мала, следовательно с поверхностью соприкасается центральная часть беговой дорожки, коэффициент насыщенности протектора которой больше чем периферийной. Это снижает сопротивление качению, а центральная 7 и параллельные ей продольные канавки 8 выполняют стабилизирующую функцию, одновременно с этим через канавки 14, 15 и 17 отводится вода из пятна контакта, что способствует лучшему сцеплению с поверхностью и препятствует возникновению аквапланирования.
По мере снижения несущей способности грунта внедрение движителя увеличивается, при этом рекомендуется снизить давление в шине для увеличения пятна контакта с поверхностью. Следовательно, задействованы периферийные 12, 13 части протектора. Более разреженный их рисунок способствует увеличению тяги и самоочищению. Для выхода из колеи и улучшения управляемости служат П-образные зацепы 22 боковин.
Согласование направления вращения 23 с направленностью рисунка протектора способствует перемещаемости по водонасыщенным поверхностям.