СМЕННЫЙ ПРОТЕКТОР ДЛЯ ПНЕВМАТИЧЕСКОЙ ШИНЫ

Настоящая полезная модель относится к протекторам пневматических шин, а более точно касается сменного протектора для пневматической шины, который может применяться в качестве заменяемого протектора для пневматических шин автотранспортных средств различной категории и различной грузоподъемности в зависимости от дорожной ситуации и условий эксплуатации автомобиля.
В настоящее время существует множество типов приспособлений для повышения ходовых свойств транспортных средств, которые устанавливают на пневматические шины транспортных средств для использования в экстремальных условиях, например, при езде по снежным и обледенелым дорогам, а также в условиях бездорожья.
Особенно остро названная проблема стоит для грузового транспорта, для которого не используются зимние шины, так как они имеют высокую стоимость. Такая же ситуация имеет место и для спортивных автомобилей. В случае возникновения экстремальной погодной ситуации спортивные автомобили становятся практически неуправляемыми.
Наряду с проблемой создания приспособлений, направленных на повышение ходовых качеств пневматических шин в зимних условиях, существует проблема разработки приспособлений, способных защитить от износа зимние шины при кратковременной эксплуатации в условиях положительных температур окружающего воздуха, при которой, как известно, происходит сильный износ зимних шин.
Еще одной проблемой является разработка сменных протекторов, которые используются для установки на изношенные протекторы пневматических шин с целью их восстановления.
В настоящее время одном из путей решения названных задач является создание сменных протекторов в форме колец, которые устанавливаются на пневматические шины. Особенно важное значение имеет крепление кольцеобразных протекторов на шинах при поворотах или по езде по неровной дороге, когда имеют место высокие боковые усилия.
Известны пневматические шины со съемным протектором для транспортных средств, содержащие корпус и установленное на нем с натягом протекторное кольцо с нерастяжимым поясом, у которых, посадочные поверхности корпуса шины и съемного протекторного кольца выполнены плоскими, а протекторное кольцо удерживается от смещения боковыми выступами корпуса шины.
Недостатком такой конструкции является то, что при эксплуатации шин под действием поперечных сил возникают большие напряжения на боковых поверхностях, что приводит к ускоренному разрушению выступов и ослаблению посадки протекторного кольца на корпусе шины.
В большинстве случаев взаимодействующие поверхности шины и протекторного кольца специально подготовлены с целью надежного крепления кольца на протекторе шины.
В патенте US 3557858 описана конструкция шины со съемным протектором, представляющая собой единое изделие, состоящее из двух деталей - шины и съемного кольца. Для повышения надежности крепления съемного кольца шина по коронной части имеет продольные канавки. Съемное кольцо на внутренней поверхности имеет ответные выступы, которые при монтаже располагаются внутри канавок шины.
Для повышения надежности посадки протекторного кольца на шине и увеличения боковой жесткости предложена конструкция сменного протектора, описанная в патенте RU 253603, согласно которому посадочные поверхности корпуса и съемного протекторного кольца выполнены в виде ответных ступенчатых конических поверхностей. Диаметры центральных частей шины и протекторного кольца выполнены уменьшающимися к оси симметрии профиля шины, а их боковые конические поверхности выполнены со взаимно обратным наклоном.
Известна конструкция сменного протектора для пневматической шины, описанная в патенте RU 96064, в которой сменный протектор монтируется на каркас пневматической шины без специальной доработки протектора шины, то есть на эксплуатируемую шину при необходимости придания шине специальных свойств, отвечающих создавшимся дорожным условиям. Согласно данной конструкции сменный протектор выполнен виде кольцеобразной оболочки, имеющей внутренний диаметр, по существу равный наружному диаметру пневматической шины. Кольцевая оболочка имеет рисунок протектора на наружной поверхности и структуру, сходную со структурой пневматической шины, и выполнена с возможностью фиксации на беговой дорожке пневматической шины за счет повышения давления в шине до номинального. Надевание и снятие кольцеобразной оболочки с шины осуществляется путем снижения давления в шине ниже атмосферного, а фиксация на беговой дорожке осуществляется посредством увеличения давления в шине до номинального значения.
Из всех рассмотренных выше конструкций данная конструкция является наиболее простой и удобной. Однако, несмотря на эти преимущества, надежность эксплуатации высоко оценивается только при езде по дорогам с ровным покрытием. При поворотах, резком торможении и езде по неровной местности удержание сменного протектора на шине только посредством давления в шине является не достаточно надежным, что может привести к сползанию сменного протектора с шины.
В настоящее время разработчики особое внимание обращают на эластомерный материал - полиуретан, который обладает высокими физико-механическими характеристиками, такими, как прочность, износостойкость, низкие гистерезисные потери, высокие относительное удлинение при разрыве и сопротивление раздиру.
Известна износостойкая шина «два в одном», описанная в CN 101537774, которая включает шину и эластичный пояс из полиуретана, выполненный по ширине протектора шины. На поверхности шина имеет несколько кольцевых выступов или выемок, с которыми согласованы соответствующие кольцевые выемки или выступы на внутренней поверхности эластичного полиуретанового пояса, выполняющие роль средства крепления эластичного пояса на шине. Такая конструкция требует точного совмещения канавок на шине с выступами на съемном кольце, в противном случае при поворотах может иметь место соскальзывание кольца с шины.
Согласно названной полезной модели в эластичном поясе из полиуретана отсутствует армирующий пояс, что значительно снижает прочностные характеристики сменного протектора.
Износостойкая шина «два в одном» благодаря тому, что полиуретан имеет чрезвычайно высокую эластичность и износостойкость, имеет повышенный срок службы и безопасность эксплуатации по сравнению с шиной из резины. Кроме того, при эксплуатации шины «два в одном» снижается риск прокола самой шины благодаря защитным свойствам материала сменного протектора.
Однако при эксплуатации сменного протектора из полиуретана имеют место те же проблемы, которые характерны для большинства сменных протекторов, а именно надежность удержания сменного протектора на поворотах и при езде по грязным и неровным дорогам, когда имеют место высокие боковые усилия. Недостатком шин, в которых крепление съемного протектора обеспечивается с использованием пазов по короне каркаса, является возможность их забивания грязью, следствие чего является неудобство монтажа и демонтажа протектора и ухудшение эластичности шины.
В основу полезной модели положена задача разработать сменный протектор для пневматической шины из полиуретана, характеризующийся высокой прочностью и надежностью крепления на пневматической шине.
Согласно полезной модели сменный протектор для пневматической шины, выполненный в виде кольцеобразной оболочки из полиуретана с протектором на наружной стороне и средством крепления на внутренней стороне, содержит армирующий пояс, выполненный из высокомодульных волокон, внутренняя сторона кольцеобразной оболочки и средство крепления кольцеобразной оболочки, которое выполнено в виде множества отдельных выступов, изготовлены из полиуретана твердостью 80-95 ед. Шора А, при этом на каждом торце кольцеобразной оболочки заодно целое выполнен кольцеобразный отогнутый к оси оболочки участок по форме части боковины пневматической шины, протектор кольцеобразной оболочки выполнен из полиуретана твердостью 55-75 ед. Шора А, радиус кривизны внутренней стороны кольцеобразной оболочки на 1-5% меньше радиуса кривизны протектора пневматической шины, а радиусы кривизны отогнутых участков на 2-10% меньше радиусов кривизны сопрягаемых с ними участков шины.
Фиксация кольцеобразной оболочки на шине осуществляется посредством множества выступов на внутреннем слое оболочки, входящих в зацепление с продольными и поперечными канавками протектора шины при накачивании шины до номинальных значений. Выполнение выступов на внутренней стороне сменного протектора из полиуретана с высокими показателями твердости 80-95 ед. Шора А обеспечивает высокую прочность названных выступов и исключает их поломку и отрыв от сменного протектора.
Надежность крепления сменного протектора также обеспечивается посредством кольцеобразных отогнутых участков кольцеобразной оболочки, которые обеспечивают плотное прилегание к боковинам шины и исключают попадание грязи или снега под сменный протектор. Для более плотного прилегания сменного протектора к шине радиус кривизны внутренней поверхности кольцеобразной оболочки меньше на 1-5% радиуса кривизны протектора шины, радиусы кривизны отогнутых участков на 2-10% меньше радиусов кривизны сопрягаемых с ними участков шины.
В соответствии с заявленной полезной моделью протекторная зона кольцеобразной оболочки выполнена из более мягкого полиуретана твердостью 55-75 ед. Шора А.
Наличие армирующего пояса из высокомодульных волокон, например, стекловолокон или арамидных волокон, значительно повышает прочность сменного протектора.
Техническим результатом настоящей полезной модели является повышение прочности сменного протектора и повышение надежности крепления на пневматической шине.
Полезная модель описывается детально в нижеприведенном примере, не являющемся при этом исключительным и единственным в рамках патентуемой полезной модели, со ссылкой на сопровождающий чертеж, на котором в поперечном сечении схематично изображен сменный протектор и фрагмент пневматической шины.
Сменный протектор для пневматической шины выполнен в виде кольцеобразной оболочки 1, предназначенной для установки на пневматической шине 2. Кольцеобразная оболочка 1 выполнена из полиуретана с протектором 3 на наружной стороне и средством крепления на внутренней стороне. Сменный протектор включает армирующий пояс 4, выполненный из высокомодульных волокон. Средство крепления кольцеобразной оболочки представляет собой множество отдельных выступов 5, которые изготовлены заодно целое с внутренним слоем кольцеобразной оболочки из полиуретана твердостью 80-95 ед. Шора А и модулем упругости более 5,0 МПа. Протекторный слой «а» кольцеобразной оболочки 1 выполнен из более мягкого полиуретана по сравнению с внутренним слоем «b» твердостью 55-75 ед. Шора А.
1
2
1
2
Отличительной особенностью настоящей полезной модели является то, что для повышения надежности на каждом торце кольцеобразной оболочки 1 заодно целое выполнен кольцеобразный, отогнутый к оси оболочки участок 6 по форме участка 7 боковины пневматической шины 2 в зоне соединения с протектором. При этом радиусы r кривизны отогнутых участков 6 на 2-10% меньше радиусов r кривизны сопрягаемых с ними участков 7 шины, радиус R кривизны внутренней стороны кольцеобразной оболочки 1 на 1-5% меньше радиуса R кривизны протектора пневматической шины 2.
Такое выполнение профилей поверхностей сменного протектора обеспечивает плотное прилегание боковых участков сменного протектора к шине особенно в зоне, прилегающей к боковине шины, что исключает попадание снега и грязи под сменный протектор и надежно удерживает на поворотах.
Для армирования полиуретана металлокорд, применяемый для изготовления брекера пневматических шин, не применяется, так как при динамических нагрузках он отслаивается от полиуретана, поэтому в данной конструкции использовано армирование стеклонитями или волокнами СВМ (арамид).
Армирование сменного протектора целесообразно производить в окружном направлении путем спиральной намотки на низжележащие слои, что значительно упрощает технологию изготовления армирующего пояса и снижает стоимость сменного протектора. Сменный протектор из полиуретана с армирующим поясом характеризуется высокой прочностью и износостойкостью.
Сменный протектор может быть установлен как на стандартную «рабочую» шину, так и на частично изношенную шину, что может продлить срок ее эксплуатации.
Выступы 5 на внутренней стороне кольцеобразной оболочки 1 могут иметь различную форму, например, форму призмы, пирамиды или конуса. Высота выступов 5 лежит в пределах от 2 до 12 мм, так как при высоте меньше 2 мм роль выступов 5 не существенна и не позволит достичь желаемых результатов. При высоте более 12 мм неоправданно увеличивается вес съемного протектора 1 и возникают проблемы с установкой сменного протектора на шину.
Фиксация кольцеобразной оболочки 1 на шине 2 осуществляется посредством множества выступов 5 на внутренней стороне оболочки 1, входящих в зацепление с продольными и поперечными канавками 8 протектора шины при установке на шину. Так как на всей внутренней поверхности сменного протектора выполнено множество выступов 5, то часть из них попала в канавки 8 протектора шины, а другая оказалась вдавленной в шашечные элементы протектора. Такое сочетание расположения выступов 5 облегчает установку сменного протектора на шину, т.к. не требует точного совмещения выступов 5 с канавками 8 протектора.
Патентуемый сменный протектор с выступами изготавливается на известном оборудовании с использованием принятой технологии изготовления шин.
Монтаж сменного протектора осуществляют путем снижения давления в пневматической шине до давления ниже атмосферного, свободного надевания кольцеобразной оболочки и повышения давления в шине до номинального значения. Как было отмечено выше, множество выступов на внутреннем слое оболочки входят во взаимодействие с поверхностью протектора шины; при повышении давления в шине это взаимодействие усиливается и обеспечивает надежное крепление сменного протектора на шине при поворотах или по езде по неровной дороге.
Патентуемый сменный протектор отличается простотой конструкции и надежностью в эксплуатации, компактен, имеет невысокую стоимость, может быть изготовлен на современном оборудовании для производства шин и использован многократно в течение нескольких сезонов.