ПНЕВМАТИЧЕСКАЯ ШИНА
INFLATED TYRE

Настоящее изобретение относится к пневматической шине, которая понижает температуру участка протектора, способствуя рассеянию им тепла, и, более конкретно, к пневматической шине для строительного транспортного средства.
Когда участок протектора создает тепло во время вращения шины с приложенной к ней нагрузкой, температура участка протектора растет, вызывая различные неисправности, такие как тепловое отделение участка протектора и т.п. Поэтому, чтобы понизить температуру участка протектора, необходимо уменьшить образование тепла или способствовать рассеянию тепла.
Традиционно, чтобы понизить температуру участка протектора, использовался способ формирования канавок на участке протектора, удаляя протекторную резину, которая служит в качестве источника тепла, и одновременно увеличивая площадь поверхности участка протектора, так чтобы рассеяние тепла улучшалось (например, патентный документ 1).
Патентный документ 1: японская выложенная патентная заявка №2003-205706.
Однако, способ, описанный выше, для улучшения эффекта снижения температуры нуждается в увеличении количества канавок. Такое увеличение количества канавок, однако, приводит к снижению жесткости пояска, вызывая ухудшение характеристик износостойкости и устойчивости управления.
Также, задача настоящего изобретения состоит в обеспечении пневматической шины, имеющей минимизированное увеличение площади канавки, способствуя, таким образом, рассеянию тепла участка протектора и снижению его температуры.
Сущность настоящего изобретения заключается в следующем:
(1) Пневматическая шина содержит:
узкую канавку, сформированную на поверхности протектора, причем узкая канавка проходит в направлении, наклоненном относительно кругового движения шины, и имеет ширину, меньшую, чем глубину; и
участок подсоса, открытый на поверхность протектора, причем участок подсоса формируется по меньшей мере на одной из стенок узкой канавки, обращенных друг к другу в круговом направлении шины.
(2) Пневматическая шина по п. (1), в которой узкая канавка имеет любой их концов, заканчивающийся на пояске.
(3) Пневматическая шина по п. (1) или (2), в которой участок подсоса имеет самый глубокий участок на стороне, открытой к стенке узкой канавки.
(4) Пневматическая шина по п. (3), в которой глубина участка подсоса постепенно увеличивается в направлении стороны, открытой к стенке узкой канавки.
(5) Пневматическая шина по любому из пп. (1)-(4), в которой участок подсоса формируется на участке продольного направления узкой канавки.
(6) Пневматическая шина по любому из пп. (1)-(5), в которой участок подсоса формируется на обеих сторонах стенок узкой канавки.
(7) Пневматическая шина по п. (6), в которой между центром, вдоль продольного направления узкой канавки, участка подсоса, сформированного на одной из стенок узкой канавки, и центром, вдоль продольного направления узкой канавки, участка подсоса, сформированного на другой стенке узкой канавки, обеспечивается промежуток в продольном направлении узкой канавки.
В соответствии с настоящим изобретением, поскольку увеличение площади канавки минимизируется, может быть сформирована пневматическая шина, которая без снижения жесткости пояска способствует рассеянию тепла участка протектора и понижает его температуру.
Изобретение поясняется чертежами, на которых представлено следующее:
фиг. 1(a) - развернутый вид рисунка протектора пневматической шины, соответствующей настоящему изобретению, и фиг. 1(b) - вид в разрезе по линии А-А на фиг. 1(a);
фиг. 2(а)-(с) - диаграммы, показывающие функционирование настоящего изобретения;
фиг. 3(а)-(с) - вектор скорости воздуха в узкой канавке;
фиг. 4(а)-(с) - варианты участка подсоса;
фиг. 5(а)-(е) - варианты участка подсоса;
фиг. 6(a)-(h) - варианты участка подсоса;
фиг. 7(a)-(i) - варианты участка подсоса;
фиг. 8(a), (b) - модель, используемая для моделирования настоящего изобретения;
фиг. 9 - влияние угла наклона участка подсоса;
фиг. 10(a), (b) - часть рисунка протектора пневматической шины согласно примерам и сравнительным примерам;
фиг. 11 - результаты примеров и сравнительных примеров; и
фиг. 12 - влияние длины участка подсоса и длины узкой канавки.
Ниже приводится подробное описание пневматической шины, соответствующей настоящему изобретению, со ссылкой на сопроводительные чертежи.
На фиг. 1(a) представлен развернутый вид рисунка протектора пневматической шины, соответствующей настоящему изобретению. Поверхность протектора 1 содержит: пару центральных круговых канавок 2, проходящих вдоль кругового направления шины через экваториальную плоскость CL шины; пару боковых круговых канавок 3, проходящих вдоль кругового направления шины вне центральных круговых канавок 2 относительно направления ширины шины; промежуточную поперечную канавку 4, проходящую вдоль направления ширины шины и соединенную с центральной круговой канавкой 2 и боковой круговой канавкой 3; и боковую поперечную канавку 5, проходящую вдоль направления ширины шины и соединенную с боковой круговой канавкой 3 и концом заделки ТЕ.
Центральный поясок 6 в форме ребра, содержащий экваториальную плоскость CL шины, формируется парой центральных круговых канавок 2. Кроме того, промежуточный поясок 7 в форме блоков формируется центральной круговой канавкой 2, боковой круговой канавкой 3 и промежуточной поперечной канавкой 4. Дополнительно, боковой поясок 8 в форме блоков формируется боковой круговой канавкой 3 и боковой поперечной канавкой 5.
Рисунок протектора показан на чертеже для примера и настоящее изобретение применимо как к реберным рисункам протектора, так и к блочным рисункам протектора. Кроме того, промежуточная поперечная канавка 4 и боковая поперечная канавка 5 могут быть наклонены относительно направления ширины шины, а также могут иметь непостоянную ширину. Дополнительно, боковую поперечную канавку 5 не требуется соединять с концом ТЕ протектора.
В пояске 6 в форме ребра формируются узкие канавки 9, проходящие в направлении, наклоненном относительно кругового направления шины. Как показано на фиг. 1(b), ширина w9 узкой канавки 9 меньше (более узкая), чем глубина d9.
Кроме того, на стенках узкой канавки 9, обращенных друг к другу в круговом направлении шины, формируются участки 10 подсоса, открытые в сторону поверхности протектора.
Следует учесть, что расположение узких канавок показано на чертеже для примера и узкие канавки, соответствующие настоящему изобретению, могут формироваться не только в центральном пояске 6 в форме ребра, но и в промежуточном пояске 7 в форме блоков или в боковом пояске 8 в форме блоков. Кроме того, узкая канавка 9 может быть наклонена под любым углом θ (0<θ<90) градусов относительно кругового направления шины и предпочтительно наклонена под углом между 0 и 60 градусов относительно направления ширины шины.
Дополнительно, нет необходимости формировать множество узких канавок 9, параллельных друг другу. Хотя узкие канавки 9 предпочтительно имеют один конец, заканчивающийся внутри центрального пояска 6 в форме ребра, как показано, например, на чертеже, с точки зрения обеспечения жесткости центрального пояска 6 в форме ребра узкие канавки 9 могут иметь любой конец открытым в центральные круговые канавки 2.
Ниже приводится описание функционирования настоящего изобретения.
Как показано на фиг. 2(a), когда шина вращается, воздух вокруг шины течет в направлении, противоположном направлению движения. Попадание этого воздуха в канавки, сформированные на поверхности 1 протектора, позволяет рассеивать тепло участка протектора, понижая его температуру. Когда на поверхности 1 протектора формируется широкая канавка, хотя воздух может попадать в канавку, жесткость пояска снижается и характеристики износостойкости, и устойчивость управления ухудшаются. С другой стороны, когда канавка формируется, имея ширину, достаточно узкую, чтобы не снижать жесткость пояска, воздух может не попадать в канавку. То есть, как представлено на фиг. 2(b), показывающем часть, обозначенную как X на фиг. 2(a), воздух проходит, главным образом, через узкую канавку 9, сформированную на поверхности 1 протектора, как указано стрелкой А, и только часть воздуха попадает в узкую канавку 9, как указано стрелкой В. Однако, воздух, указанный стрелкой В, не достигает днища узкой канавки 9, а проходит через верхний участок внутри узкой канавки 9 и выходит из узкой канавки 9. Поэтому эффект снижения температуры участка протектора становится недостаточным.
В сущности, как показано на фиг. 2(c), участок 10 подсоса формируется на наветренной боковой стенке узкой канавки 9, за счет чего большая часть воздуха забирается в узкую канавку 9 и, дополнительно, достигает днища узкой канавки 9. Кроме того, другой участок 10 подсоса формируется на подветренной боковой стенке канавки 9, за счет чего воздух может выходить оттуда. Заметим, что когда участок 10 подсоса не формируется на подветренной боковой стенке, воздух, не имея больше никакого пути, выходит из узкой канавки 9 через торцевой участок подветренной боковой стенки. Таким образом, эффект снижения температуры участка протектора может быть улучшен.
В частности, в пневматической шине для строительного транспортного средства, поскольку участок, обозначенный как X, шины на стороне транспортного средства (на стороне, противоположной поверхности протектора) на чертеже, не закрывается транспортным средством, а выставляется наружу, эффект настоящего изобретения проявляется в значительной степени.
На фиг. 3 представлен численный анализ вектора скорости воздуха в узкой канавке 9.
На фиг. 3(a) показана узкая канавка 9, наклоненная под углом 30 градусов относительно направления ширины шины и не имеющая участка 10 подсоса, и на фиг. 3(b) показана узкая канавка 9, имеющая участки 10 подсоса, сформированные как на наветренной боковой стенке, так и на подветренной боковой стенке. На фиг. 3(c) показана скорость воздушного потока. Заметим, что канавка 9 имеет длину 200 мм в продольном направлении, ширину 10 мм и глубину 100 мм и наклонена под углом 30 градусов относительно направления ширины шины. Кроме того, участок 10 подсоса имеет длину 50 мм (вдоль продольного направления узкой канавки 9), ширину 50 мм и максимальную глубину 20 мм.
Как показано на фиг. 3(a), когда участок 10 подсоса не формируется, воздух с трудом проходит в узкую канавку 9.
Как показано на фиг. 3(b), с другой стороны, когда участки 10 подсоса сформированы, вектор скорости воздуха максимизируется вблизи участка 10 подсоса, сформированного на наветренной боковой стенке канавки. Затем воздух попадает в узкую канавку 9 и вектор скорости воздуха снова возрастает вблизи участка 10 подсоса, сформированного на подветренной боковой стенке канавки.
Когда участок 10 подсоса формируется на наветренной боковой стенке узкой канавки 9 или подветренной боковой стенке, пневматическая шина может быть смонтирована так, что участок 10 подсоса располагается на наветренной боковой стенке узкой канавки 9.
Заметим, что поскольку формирование участка 10 подсоса на наветренной боковой стенке узкой канавки 9 или на подветренной боковой стенке создает диаграмму направленности и снижает удобство, предпочтительно, как показано на чертеже, описанном выше, сформировать участок 10 подсоса как на наветренной боковой стенке узкой канавки 9, так и на подветренной боковой стенке, чтобы иметь ненаправленную диаграмму.
Кроме того, в то время как участок 10 подсоса, сформированный на наветренной боковой стенке канавки 9, действует так, чтобы позволить воздуху протекать в нее (действует, чтобы забирать воздух), участок 10 подсоса, сформированный на подветренной боковой канавке, так не действует. Соответственно, воздух входит в узкую канавку 9 через участок 10 подсоса, сформированный на наветренной боковой стенке, проходит через узкую канавку 9 и затем выходит с участка 10 подсоса, сформированного на подветренной боковой стенке.
Ширина w9 узкой канавки 9 устанавливается такой, чтобы быть уже, чем глубина d9; когда узкая канавка 9 мелкая и широкая, воздух легко входит в узкую канавку 9 без участка 10 подсоса и, таким образом, настоящее изобретение становится менее эффективным. Когда узкая канавка 9 мелкая, также, независимо от увеличения коэффициента теплопередачи стенки узкой канавки 9, эффект снижения температуры внутри участка протектора достигается с трудом.
Так как участок 10 подсоса, который удовлетворительно мал по размеру относительно размера пояска, может увеличивать объем воздуха, входящего в узкую канавку 9, формирование участка 10 подсоса существенно не снижает размер пояска. Поэтому участок 10 подсоса оказывает незначительно малое влияние на характеристики износостойкости и устойчивость управления.
Кроме того, когда участок 10 подсоса формируется, имея длину, проходящую в продольном направлении узкой канавки 9, воздух в равномерном объеме забирается во всю узкую канавку 9 поперек его продольного направления. Воздух, забираемый в узкую канавку 9, не может проходить внутри нее и его выход из узкой канавки 9 имеет препятствие. В частности, когда узкая канавка 9 независима (когда любой из концов узкой канавки 9 заканчивается внутри пояска без выхода в канавки), эта проблема становится существенной. Поэтому участок 10 подсоса предпочтительно формируется на участке продольного направления узкой канавки 9.
Более конкретно, длина 110 участка 10 подсоса (вдоль продольного направления узкой канавки 9), предпочтительно, не менее 5 мм и не более 1/2 длины узкой канавки 9 в продольном направлении.
Заметим, что термин "продольное направление узкой канавки" означает, между любым из концов узкой канавки (одним из отверстий, когда любой из концов открыт), направление вдоль прямой линии, соединяющей средние точки стенок, обращенных друг к другу поперек дна узкой канавки 9.
Заметим, что участок 10 канавки становится меньшим по размеру пропорционально величине износа участка протектора, снижая эффект забора воздуха, то есть рабочие характеристики рассеяния тепла. Однако, поскольку количество тепла, сформированного на участке протектора, также снижается пропорционально величине износа участка протектора, нет необходимости проектировать совершенно новую шину с участком 10 подсоса, чтобы быть более подготовленным к износу.
Предпочтительно, узкая канавка 9 закрывается во время контакта с землей. Более конкретно, ширина w9 узкой канавки 9 предпочтительно составляет приблизительно от 10 мм до 20 мм. Когда узкая канавка 9 закрывается во время контакта с землей, центральный поясок 6 в форме ребра становится непрерывной, улучшая жесткость пояска и улучшая характеристики износостойкости.
Ниже приводится описание каждого из вариантов участка 10 подсоса со ссылкой на фиг. 4-7. Стрелки на чертежах указывают направление воздушного потока.
Когда формируется узкая канавка 9, проходящая в направлении, наклоненном относительно направления ширины шины, участок 10 подсоса может быть сформирован на конце одной из стенок узкой канавки 9, в которую воздух ударяет сначала, как показано на фиг. 4(a), или на конце другой стенки, в которую воздух ударяет в конце, как показано на фиг. 4(b). В противном случае, участок 10 подсоса может быть сформирован на центральном участке узкой канавки 9, как показано на фиг. 4(c).
Когда участок 10 подсоса формируется как на наветренной боковой стенке узкой канавки 9, так и на подветренной боковой стенке, чтобы избежать наложения участков подсоса друг на друга относительно кругового направления шины (направления воздушного потока), центральная точка А участка 10 подсоса, который формируется на одной из стенок узкой канавки 9 вдоль продольного направления узкой канавки 9, и центральная точка В участка 10 подсоса, который формируется на другой стенке узкой канавки 9 вдоль продольного направления узкой канавки 9, предпочтительно имеют промежуток между ними в продольном направлении узкой канавки 9.
Более конкретно, участки 10 подсоса предпочтительно формируются на любом конце узкой канавки 9, как показано на фиг. 5(a), (b), или предпочтительно формируются по диагонали напротив друг друга на центральном участке узкой канавки 9 как показано на фиг. 5(c), (d). Как показано на фиг. 5(e), однако, участки 10 подсоса могут формироваться непосредственно друг перед другом в центральном положении узкой канавки 9; то есть участки 10 подсоса могут формироваться так, что центральные точки А и В располагаются без промежутка между ними в продольном направлении узкой канавки 9.
Форма участка 10 подсоса в виде сверху, наблюдаемая со стороны поверхности протектора, может быть параллелограммом с парой противоположных сторон, параллельных стенкам узкой канавки 9, и другой парой противоположных сторон, параллельных круговому направлению шины, как показано на фиг. 6(a), или может быть параллелограммом с парой противоположных сторон, параллельных стенкам канавки узкой канавки 9, и другой парой противоположных сторон, наклоненных относительно кругового направления шины, как показано на фиг. 6(b), (с). Или, как показано на фиг. 6(d), форма участка 10 подсоса в виде сверху может быть трапецеидальной с нижним основанием, открытым к стенке узкой канавки 9, и верхним основанием, расположенным напротив стенки узкой канавки 9; то есть трапецией с длиной в направлении ширины шины, постепенно уменьшающимся от стенки узкой канавки 9. Или, как показано на фиг. 6(e), форма участка 10 подсоса в виде сверху может быть трапецией с верхним основанием, открытым к стенке узкой канавки 9, и нижним основанием, расположенным напротив стенки узкой канавки 9; то есть трапецией с длиной в направлении ширины шины, постепенно увеличивающейся от стенки узкой канавки 9. Или, как показано на фиг. 6(f), форма участка 10 подсоса на виде сверху может иметь изогнутые непараллельные противоположные стороны параллелограмма, показанного на фиг. 6(e). В противном случае, форма участка 10 подсоса на виде сверху может быть полукруглой, как показано на фиг. 6(g), или треугольной, как показано на фиг. 6(h).
Боковой профиль участка 10 подсоса в поперечном сечении, перпендикулярном продольному направлению узкой канавки, как показано на фиг. 7(a)-(d), предпочтительно формируется так, что глубина участка 10 подсоса постепенно увеличивается с одной стороны (точка А на чертеже), расположенной напротив стенки узкой канавки 9, к другой стороне (точка В на чертеже), открытой к стенке узкой канавки 9, где участок 10 подсоса становится самым глубоким. Однако, плоскость дна участка 10 подсоса может иметь плоскую поверхность, как показано на фиг. 7(a), или изогнутую поверхность, как показано на фиг. 7(b)-(d). Как показано на фиг. 7(e), также, глубина участка 10 подсоса может увеличиваться ступенчатым способом с точки А к точке В. Или, как показано на фиг. 7(f), (g), участок 10 подсоса может иметь постоянную глубину между точкой А и точкой С и глубину, постепенно увеличивающуюся от точки С к точке В. Или, как показано на фиг. 7(h), участок 10 подсоса может иметь глубину, постепенно увеличивающуюся от точки А к точке С, и постоянную глубину между точкой С и точкой В. Как показано на фиг. 7(i), в противном случае, участок 10 подсоса может иметь постоянную глубину между точкой А и точкой В.
Ниже приводится описание моделирования, выполненного изобретателем, используя модель, показанную на фиг.8.
На фиг. 8(a) схематично представлена модель, использованная при моделировании, и на фиг. 8(b) подробно показаны узкая канавка 9 и место вокруг нее. Как показано на фиг. 8(a), предполагается, что в пространстве 1000 мм × 3000 мм × 900 мм по узкой канавке 9 основной воздушный поток равномерно проходит в направлении с наветренной стороны (вход) и имеет нулевое давление на подветренной стороне (выход). Как показано на фиг. 8(b), также участок 10 подсоса формируется на центральном участке наветренной боковой стенки узкой канавки 9. Плоскость дна участка 10 подсоса наклонена. Размеры узкой канавки 9 и участка 10 подсоса в этой модели таковы, как показано в таблице 1.
Принимая воздух, который протекает во время вращения шины, в качестве основного воздушного потока (равномерного потока), средняя скорость части основного воздушного потока, проходящего в направлении по оси Z, при проходе точки X измерения, показанной на фиг. 8(b), после входа в узкую канавку 9 через участок 10 подсоса, используется в качестве индикатора объема воздуха, входящего в узкую канавку 9.
Глубина d10 участка подсоса поддерживалась постоянной, а ширина w10 изменялась, так что угол θ наклона участка 10 подсоса варьировался для сравнения изменений объемов воздуха, входящего в узкую канавку 9, относительно угла θ наклона. В результате, как показано на фиг. 9, было найдено, что, хотя объем воздуха, входящего в узкую канавку 9 увеличивается пропорционально углу θ наклона до достижения максимального объема, который получается, когда угол θ имеет значение между 20 и 30 градусами, количество воздуха резко уменьшается при угле θ наклона, большем, чем углы при разделении основного воздушного потока на входе. Было также найдено, что угол наклона, позволяющий вводить максимальный объем воздуха (то есть, угол непосредственно перед разделением воздушного потока), становится больше пропорционально скорости основного воздушного потока.
На основе результатов моделирования, описанного выше, угол 0 наклона предпочтительно не превышает 45 градусов. То есть, отношение ширины w10 участка 10 подсоса к глубине d10, w10/d10 составляет не менее 1,00.
Примеры
Ниже приводится описание примеров настоящего изобретения.
Как показано на фиг. 10(a), на экваториальной плоскости CL шины на центральном пояске 6 в форме ребра ультрабольшой шины ORR (off-the-Road Radial, радиальная, для бездорожья) размером 59/80R63 были сформированы пять узких канавок 9а-9е, наклоненных под углом 30 градусов относительно направления ширины шины с промежутками 150 мм, и участок 10 подсоса с наклонным дном также был сформирован на наветренных боковых стенках узких канавок 9d, 9е. Кроме того, как показано на фиг. 10(b), который является видом в разрезе по линии А-А на фиг. 10(a), нагреватель 11 пленки обеспечивается на подветренных боковых стенках узких канавок 9b-9е. Размеры узких канавок 9а-9е и участка 10 подсоса расположены, как указано в таблице 2. В соответствии с настоящим примером, так как узкие канавки демонстрируют охлаждающий эффект, а также стенки входят в контакт друг с другом в пределах поверхности, контактирующей с землей, существуют менее вредные эффекты, такие как неравномерный износ, вызванный снижением жесткости пояска.
При использовании этой шины проводилось измерение коэффициента теплопередачи стенки с основным воздушным потоком, имеющим скорость 8 км/ч, и с основным воздушным потоком, имеющим скорость 20 км/ч. Измерение выполнялось в центральной точке X наветренных боковых стенок узких канавок 9b-9е. Результаты измерения приведены на фиг. 11.
На фиг. 11 можно видеть, что как при скорости основного воздушного потока 8 км/ч, так и при скорости основного воздушного потока 20 км/ч, коэффициенты теплопередачи (обозначенный квадратами на чертеже) узких канавок 9d, 9e, имеющих участок 10 подсоса, выше, чем коэффициенты теплопередачи (обозначенный кругами на чертеже) узких канавок 9b, 9с не имеющий участка 10 подсоса.
Следует учесть, что узкая канавка 9а расположена на переднем плане на наветренной стороне и, таким образом, принимает воздушный поток, отличающийся от того, который принимается узкими канавками 9b-9е, никакое измерение для узкой канавки 9а не проводилось.
Дополнительно, изобретатель провел моделирование, используя модель, показанную на фиг.8, и результаты этого будут описаны ниже. Размеры узкой канавки 9 и участка 10 подсоса в этой модели таковы, как показано в таблице 3. Участок 10 подсоса помещается на центральном участке продольного направления узкой канавки 9.
Принимая воздух, проходящий во время вращения шины, в качестве основного воздушного потока (равномерного потока), средний коэффициент теплопередачи плоскости дна узкой канавки 9 сразу ниже участка подсоса, когда основной воздушный поток входит в узкую канавку 9 через участок 10 подсоса, был вычислен, проводя моделирование.
В то время, как глубина d10, длина 110 и ширина w10 участка 10 подсоса и ширина w9 и глубина d9 узкой канавки 9 поддерживались постоянными, длина узкой канавки 19 устанавливалась равной 1000 мм, 150 мм, 100 мм и 75 мм для сравнения результатов изменений среднего коэффициента теплопередачи относительно длин узкой канавки 9. Результаты моделирования показаны в таблице 3 и на фиг. 12. Из результатов моделирования было найдено, что средний коэффициент теплопередачи становится более высоким пропорционально длине 19 узкой канавки 9. Было также найдено, что отношение длины 19 узкой канавки 9 к длине 110 участка 10 подсоса, 19/110, предпочтительно, составляет не менее 2,0, чтобы продемонстрировать замечательный эффект охлаждения.
Перечень ссылочных позиций
1 - Поверхность протектора
2 - Центральная круговая канавка
3 - Боковая круговая канавка
4 - Промежуточная поперечная канавка
5 - Боковая поперечная канавка
6 - Центральный поясок в форме ребра
7 - Промежуточный поясок в форме блоков
8 - Боковой поясок в форме блоков
9 - Узкая канавка
10 - Участок подсоса
11 - Нагреватель пленки