ВСТАВКА ИЗ ТВЕРДОГО МАТЕРИАЛА ДЛЯ ШИПА ПРОТИВОСКОЛЬЖЕНИЯ

ВСТАВКА ИЗ ТВЕРДОГО МАТЕРИАЛА ДЛЯ ШИПА ПРОТИВОСКОЛЬЖЕНИЯ
Полезная модель относится к автомобильной промышленности, а именно к средствам противоскольжения транспортных средств, которыми оснащаются протекторы шин для повышения их сцепления с опорной поверхностью, характеризующейся малым коэффициентом сцепления, и может быть использована в пневматических шинах для улучшения тяговой возможности и предохранения от скольжения. Настоящая полезная модель касается конструкции шипа противоскольжения, которыми оснащаются автомобильные шины колес транспортных средств, преимущественно грузовых, эксплуатируемых в зимний период времени.
Условия работы шипа противоскольжения можно охарактеризовать как высокодинамичные взаимодействия с абразивным дорожным покрытием в разных направлениях.
Износостойкость шипа обеспечивается твердым износостойким материалом его головной части (вставки), которая взаимодействует с дорожным покрытием, а также прочностью и износостойкостью корпуса, который также взаимодействует с дорожным покрытием и с резиной грунтозацепа автомашины. Причем, для обеспечения равномерного износа шипа и автошины в течение всего срока эксплуатации твердость головной части шипа определяется его конструктивными элементами и геометрическими размерами.
Особое внимание уделяется геометрическим размерам вставки. Как правило, на практике используются вставки либо цилиндрические, либо конические, представляющие собой правильные тела вращения. Цилиндрической формы вставки наиболее простые в изготовлении, но требуют специальных мер по их закреплению в теле корпуса шипа противоскольжения. Использование конических вставок, являющихся телами вращения с малым углом конусности, позволяет получить шип противоскольжения с самозакрепляющейся головной частью. Это обусловлено тем, что при внешней нагрузке на вставку со стороны дорожного покрытия в результате
МПК6:В60С11/16
эффекта малой конусности происходит замозатягивание вставки в отверстие корпуса.
По форме известные вставки представляют собой симметричные тела вращения с неограниченным количеством плоскостей симметрии, проходящих через продольную ось вставки. Примером исполнения может являться известная вставка из твердого материала для шипа противоскольжения, имеющая продолговатую форму с разной площадью сечения вершины и основания (см. GB, з. № 1269520, В60С 11/16, опубл. 1972). Такое исполнение обусловлено прежде всего технологичностью их изготовления и технологией процесса ошиповки самой пневматической шины. Отсутствие необходимости использования механизма ориентации шипов при их подаче из накопителя в отверстие в грунтозацепе шины существенно сокращает время на ошиповку шины.
Динамику движения транспортного средства можно рассматривать как сумму продольного и поперечного перемещений пневматической шины. В тех случаях, когда в динамике движения транспортного средства преобладают частые и резкие разгоны и торможения (например, езда автомобиля в городских условиях) желательно использовать шипы противоскольжения, обеспечивающие максимальное сцепление шины в дорожным покрытием именно в продольном направлении (в окружном направлении беговой дорожки пневматической шины), а в условиях частых крутых поворотов и бокового поперечного скольжения предпочтительно, чтобы шипы противоскольжения обеспечивали повышенное сцепление шины в поперечном направлении (в меридиональном направлении шины). Однако, традиционно используемые шипы противоскольжения, имеющие в виде износостойких вставок тела вращения, образованные равноудалено расположенной образующей внешней поверхности, обеспечивают равные сцепные свойства шины с дорожным покрытием как при продольном перемещении, так и при поперечном перемещении шины. Это обусловлено тем, что в пятне контакта всегда расположено ограниченное количество шипов противоскольжения, а именно форма сечения вставок формирует сцепной эффект.
Для транспортных средств, условия работы пневматических шин которых сочетают в одинаковой степени как продольное перемещение, так и поперечное или боковое, желательно получение повышенных сцепных качеств шины с дорожным полотном. При использовании традиционных шипов противоскольжения, вставки которых выполнены в виде цилиндров или цилиндрических конусов, сцепление обеспечивается взаимодействием точечной кромки вставки при входе в контакт и только потом всей площадью вершины вставки. Условия входа вставки в контакт с дорожным покрытием формируют возможность зацепления с этим дорожным полотном. И если при входе в контакт шип не зацепился за поверхность, то в последующем он не участвует в полной мере в работе шины по повышению сцепления пневматической шины с дорожным полотном. В связи с этим целесообразно предусмотреть возможность увеличения площади зоны первичного контакта вставки с дорожным полотном.
Одним из примеров создания износостойкой вставки, и соответственно шипа противоскольжения , которые обеспечивали бы неодинаковые сцепные свойства пневматической шины с дорожным покрытием можно рассматривать решение по в SU, авт. св. № 495218, В60С 11/14, опубл. 1976г. В этом охранном документе вставка шипа противоскольжения выполнена в виде цилиндра с эллипсом в основании и вершине. Данную вставку можно рассматривать как фигуру или тело, имеющее ограниченное количество плоскостей симметрии.
Однако, выполнение вставки в виде цилиндра привело к затруднению в решении задачи по закреплению вставки в корпусе шипа. Использование клея или прессовой посадки не дало требуемых результатов, так как из-за динамического взаимодействия вставки с дорожным покрытием вставка разбивала посадочное отверстие и выпадала. Полученный шип противоскольжения имел малый срок службы. С другой стороны, данная вставка так же предусматривает точечный вход в контакт.
Известна вставка из твердого материала для шипа противоскольжения, выполненная в виде тела продолговатой формы с ограниченным числом
плоскостей симметрии в продольном направлении (см. DE, з. № 1202156, В60С11/16, опубл. 1965).
Данная вставка представляет собой правильную призму с треугольником или квадратом в основании. В связи с этим данной вставке присущи все те недостатки, которые были указаны ранее.
Настоящая полезная модель направлена на решение технической задачи по получению вставки либо с неодинаковыми сцепными свойствами по разным направлениям, либо повышенные одинаковые сцепные свойства по разным направлениям при обеспечении н1адежного закрепления вставки в корпусе шипа. Достигаемый при этом технический результат заключается в улучшении эксплуатационных показателей самого шипа противоскольжения и устойчивости и проходимости транспортного средства, пневматические шины которого оснащены этими шипами противоскольжения.
Указанный технический результат достигается тем, что вставка из твердого материала для шипа противоскольжения, выполненная в виде тела продолговатой формы с ограниченным числом плоскостей симметрии в поперечном сечении, выполнено с разной площадью сечения вершины и основания.
Указанные признаки являются существенными и взаимосвязаны между собой с образованием неразрывной совокупности существенных признаков, достаточной для получения требуемого технического результата.
Так, выполнение вставки в виде продолговатого тела имеющего в сечении фигуру с ограниченным количеством плоскостей симметрии позволяет создать из-за разницы площадей зон, вступающих в контакт с дорожным покрытием, условия для получения неодинаковых сцепных качеств. А выполнение вставки в виде тела с разными площадями основания и вершины позволяет обеспечить ее надежное удержание в корпусе шипа противоскольжения.
Выполнение вставки в виде тела, сечение которого сформировано правильными фигурами с четным количеством плоскостей симметрии позволяет получить вставку, обеспечивающую повышенные сцепные качества по разным направлениям.
Настоящая полезная модель иллюстрируется конкретными примерами, которые, однако, не являются единственно возможными, но наглядно демонстрируют возможность достижения приведенной совокупностью признаков требуемого технического результата.
На фиг. 1 - общий вид шипа противоскольжения, оснащенного износостойкой вставкой из твердого материала;
на фиг. 2 - первый пример исполнения сечения в виде треугольника;
на фиг. 3 - второй пример исполнения сечения в виде прямоугольника;
на фиг. 4 - третий пример исполнения сечения в виде эллипса;
на фиг. 5 - четвертый пример исполнения сечения в виде трапеции;
на фиг. 6 - пятый пример исполнения сечения в виде полукруга;
на фиг. 7 - шестой пример исполнения сечения в виде квадрата;
на фиг. 8 - вставка в виде вогнутого конуса, первое исполнение;
на фиг. 9 - вставка в виде вогнутого конуса, второе исполнение;
на фиг. 10 - вставка, часть тела которой выполнена в виде конуса;
на фиг. 11 - седьмой пример исполнения сечения в виде квадрата с скошенными углами (восьмиугольник).
Шип противоскольжения для транспортного средства (фиг. 1) содержит корпус 1, выполненный с фланцевой опорной поверхностью 2, предназначенной для закрепления корпуса в отверстии грунтозацепа пневматической шины 3 , и с центральным отверстием 4, предназначенным для размещения и закрепления износостойкой вставки 5 из твердого материала (из специального сплава или керамики).
Износостойкая вставка 5 из твердого материала (фиг. 1) представляет собой тело продолговатой формы с разной площадью сечения в основании 6 и вершине 7. В общем случае вставка может представлять собой конус (пример исполнения показан на фиг.1) с малым углом конусности, за счет которого обеспечивается удержание вставки в корпусе шипа. При малых углах конусности, определенных попаданием в диапазон углов, меньших угла трения, проявляется клиновой эффект самоторможения, в результате которого приложение внешней силы не может вызвать перемещение одного тела относительно другого. При таком исполнении вставка под действием
динамической нагрузки со стороны дородной поверхности как бы самозатягивается в отверстие корпуса и надежно там удерживается.
Естественно, что данный пример исполнения вставки по форме не является единственным. На фиг. 8, 9 и 10 показаны дополнительные возможные примеры исполнения. Вставка может быть выполнена в виде вогнутого конуса (фиг. 8, 9). В примере по фиг. 8 ее удержание в корпусе может быть обеспечено, например, обжатием стенок корпуса вокруг вставки. А по примеру по фиг. 9 удержание может быть выполнено по принципу удержания прямой конусной вставки, как это показано на фиг. 1, если будет выполнено условие по выбору углов конусности. На фиг. 10 вставка выполнена в виде тела, скомбинированного из цилиндрической части 8 и конусной части 9.
Особенность предлагаемой вставки из твердого материала, выполненной с разными площадями сечений в основании и вершине, является форма ее сечения, которая определяет проявление сцепных качеств и их изменение по направлениям относительно места положения на беговой дорожке и режима работы пневматической шины.
Для получения неодинаковых по направлениям перемещения пневматической шины сцепных повышенных свойств сечение 10 должно представлять собой геометрическую фигуру с ограниченным количеством плоскостей симметрии. При использовании сечения в виде треугольника (фиг. 2) можно получить очень высокие сцепные качества в том направлении, в котором вставка будет обращена своим основанием 11 (линейный контакт), при сохранении обычных сцепных качеств со стороны вершины этого треугольника (точечный контакт). Тот же самый результат можно получить при использовании сечения в виде полукруга (фиг. 6). Различный линейный контакт по разным направлениям обеспечивается выполнением сечения 10 в виде прямоугольника (фиг. 3) или трапеции (фиг. 5). При выполнении сечения в виде эллипса (фиг. 4) можно получить точечный контакт при входе в любом из направлений взаимодействия, но обеспечить при этом большую площадь поверхностного контакта в том направлении, в котором эллипс ориентирован своей большей осью.
Естественно, что реально предусмотреть все условия и четко определить, что шипа будет работать только в каком-то одном направлении, невозможно. В тех случая, когда в динамике движения транспортного средства преобладают частые резкие торможения (например, езда автомобиля в городских условиях), желательно, чтобы в пневматических шинах с шипами противоскольжения вставки были ориентированы контуром своего поперечного сечения так в направлении движения автомобиля, чтобы в взаимодействие с дорожной поверхностью вставка вступала по линии наибольшего контакта. А когда дорога изобилует резкими крутыми поворотами, проходимыми на высоких скоростях, или имеются условия поперечного движения шины, желательно, чтобы вставки были ориентированы по линии максимального контакта в сторону возможного поперечного смещения пневматической шины.
В некоторых случаях наиболее оптимальной ориентировкой поперечного сечения вставки шипа противоскольжения может быть какое-либо промежуточное положение между двумя описанными выше, то есть под углом к направлению движения автомобиля.
Кроме того, вставка может быть выполнена пустотелой при сохранении геометрической формы сечения, однако, в виду того, что фоме облегчения шипа по весу данный пример ничем не отличается от ранее рассмотренных, то он иллюстративно не приводится.
В том случае, когда необходимо создание повышенных сцепных качеств в разных направлениях за счет обеспечения линейного контакта, вставка может быть выполнена с сечением в виде квадрата (фиг. 7) или в виде квадрата с скошенными углами, являющегося восьмиугольником, (фиг. 11). Вполне возможно получение сечения в виде шестиугольника или иной многогранной фигуры (не приводятся).
Кроме того, настоящая полезная модель позволяет использовать корпус шипа противоскольжения для установки вставки как с специально спрофилированным по сечению отверстием 4, так и с отверстием круглого сечения (традиционное исполнение), в котором вставка будет фиксироваться гранями.
Конструктивное исполнение шипа противоскольжения с вставкой по описанной полезной модели позволяет снизить в некоторых случаях расход материала, повысить сцепные качества и безопасность движения на участках дороги с малым коэффициентом сцепления. При этом с технологической точки зрения усложнение конструкции практически отсутствует, так как при сохранении технологического процесса изготовления и оборудования перенастройке и изменению подвергаются настроечные параметры и только те узлы, которые участвуют в формировании сечения вставки и отверстия в корпусе шипа.