Протектор шины и пластинка для закрепления в вулканизационной форме для образования 3D щелевидной прорези в блоке протектора шины
TIRE TREAD AND CURE PLATE TO FORM 3D SIPE IN TIRE TREAD BLOCK

Настоящие изобретения относятся к конструкции протектора пневматических шин, предпочтительно зимних шин, в частности к конструкции 3D щелевидных прорезей (ламелей), расположенных на блоках протекторного браслета шины и к конструкции устройства для ее образования, а именно конструкции вулканизационной формы для изготовления шин, предпочтительно зимних шин, в которой пластинка во время процесса формования образует узкие щелевидные прорези необходимой формы и в необходимом количестве в блоках протектора на участке протектора.
Назначение ламелей состоит в том, чтобы обеспечивать дополнительные захватывающие кромки на заснеженной поверхности и удерживать в них заданное количество снега, присутствующего на поверхности дороги. Однако наличие ламелей в блоках протекторного браслета равным образом снижает значения эксплуатационных характеристик шины, если поверхность дороги не покрыта снегом, а является сухой или мокрой.
Считается, что это снижение значений эксплуатационных характеристик может объясняться тем, что различные части блока, разделяемые ламелями, преимуществом которых может быть относительная свобода взаимного перемещения, в частности в радиальном направлении, не могут обеспечивать достаточного сопротивления касательным нагрузкам (или "напряжению сдвига"), сообщаемым протекторному браслету во время фаз ускорения, фаз в поворотах или фаз торможения, с получающейся в результате этого деформацией блока и уменьшением поверхности контакта с поверхностью дороги.
Многие производители шин пытаются оптимизировать конструкцию протектора и создать шины, которые подходят для эксплуатации во всех условиях поверхности дороги, упомянутых выше, и в которой сбалансированы требования к конструкции.
Эта необходимость еще более очевидна в тех странах, где для зим характерны единичные или даже редкие снегопады. В этом случае рекомендуется использование зимних шин вместо летних шин, потому что состав полимерных материалов, из которых состоит протекторный браслет, больше подходит для резких зимних температур, но большая часть времени проезда тратится на дороги, не покрытые снегом, а, напротив, просто сухие или мокрые.
Известны технические решения пневматических легковых шин с металлокордными и текстильными слоями в брекере: патент RU №2381109 на изобретение «Пневматическая шина» опубл. 10.02.2010, патент RU №142966 на полезную модель «Зимняя шина» опубл. 10.07.2014, патент RU №2589531 на изобретение «Протектор пневматической шины» опубл. 10.07.2016.
В последнее время различные изготовители начинают использовать профилированные щелевидные прорези для достижения увеличенной жесткости во всех направлениях и равномерного распределения деформации в блоке протектора. Это приводит, по меньшей мере, к минимальной деформации во время передачи усилия, увеличению скорости реакции на инициативу водителя и повышению безопасности движения транспорта по дорогам. Известны следующие варианты выполнения блокируемых щелевидных прорезей.
Известны патенты ЕР 3573849 (А1), опубл. 04.12.2019, ЕР 1223054 А1, опубл. 12.01.2001, ЕР 0131246 фирмы Continental, опубл. 16.01.1985, W0 9948707 фирмы Goodyear, опубл. 30.09.1999, патент RU №2388620 на изобретение «Протектор шин и пластинка для закрепления в вулканизационной форме для образования щелевидной прорези в блоке протектора шины» опубл. 10.05.2010, патент RU №2388619 на изобретение «Протектор шины и пластинка для закрепления в вулканизационной форме для образования щелевидной прорези в блоке протектора шины» опубл. 10.05.2010, с трехмерными щелевидными прорезями и устройствами вулканизационных форм для их формирования.
Наиболее близким аналогом к разработанному решению является техническое решение по патенту №2388619 «Протектор шины и пластинка для закрепления в вулканизационной форме для образования щелевидной прорези в блоке протектора шины», опубл. 10.05.2010, включающая протектор шины, содержащий, по меньшей мере, один ряд блоков, расположенных в окружном направлении шины. При этом, по меньшей мере, один из блоков снабжен одной или большим числом профилированных трехмерных щелевидных прорезей в радиальном направлении. Причем профилированная трехмерная щелевидная прорезь ограничена взаимно согласующимися профилированными поверхностями, образованными пластинкой при вулканизации. Щелевидная прорезь имеет форму периодически повторяющегося элемента, введенного в поверхность в направлении радиальной плоскости, причем эта поверхность, по меньшей мере, однажды прерывается в радиальном направлении на определенном интервале и заменяется поверхностью, образованной из того же самого периодически повторяющегося элемента, смещенного на 1/2 периода. Периодически повторяющийся элемент состоит из боковых сторон, соединенных дугами, которые после введения в поверхность будут образовывать части боковой поверхности цилиндра. Поверхности, образованные в местах прерывания, образуют с радиальной плоскостью щелевидной прорези углы, которые составляют от 75 до 90°. В результате повышается эффективность контакта шины с поверхностью дороги.
Вторым изобретением по патенту RU №2388619 является пластинка для закрепления в вулканизационной форме для образования щелевидной прорези в блоке протектора, формирующая щелевидную прорезь в блоке протектора шины. Пластинка образована введением периодически повторяющегося элемента в поверхность, при этом указанный элемент состоит из 2 пар боковых сторон, соединенных двумя дугами, ориентированными напротив друг друга и смещенными относительно друг друга на оси, через которую проходит радиальная плоскость, а в радиальном направлении поверхность, по меньшей мере, однажды прерывается на определенном интервале и заменяется поверхностью, образованной тем же самым периодически повторяющимся элементом, смещенным на 1/2 периода, и поверхности, образованные в местах прерывания, образуют с радиальной плоскостью щелевидной прорези углы α2, которые составляют от 75 до 90°.
Недостатком данных решений является недостаточное сопротивление касательным нагрузкам (или "напряжение сдвига"), сообщаемым протекторному браслету во время фаз ускорения, фаз в поворотах или фаз торможения. В данных патентах не раскрыты все варианты конструкций щелевидных прорезей (ламелей), расположенных на блоках протекторного браслета шины, и конструкций устройства для ее образования.
Ламели в блоках протектора шин образованы пластинками, расположенными и прочно закрепленными в протекторной части полости вулканизационной формы. Пластинки изготавливают посредством операций формования листового металла, обладающего необходимыми свойствами (коррозионной стойкостью, прочностью и т.д.), также возможно с применением технологий 3D-печати. Они ориентированы в радиальном направлении относительно оси вращения шины. Пластинки соответствуют глубине канавок протектора, в зависимости от требований к протектору. При рассмотрении в радиальном направлении форма пластинки может состоять из известных линий (дуги, прямой линии, параболы и т.д.) и образовывать определенный рисунок (например, синусоиду, зигзаг и т.д.). Размер и форма пластинок вулканизационной формы и тем самым также щелевидных прорезей в протекторе шин, сформированных ими, обусловливаются конструкцией и размером блоков протектора.
Было выявлено, что наличие ламелей сложной формы на блоках увеличивает их жесткость и сопротивление касательным нагрузкам, повышая значения эксплуатационных характеристик шины на сухой и мокрой поверхностях как во время фаз ускорения, фаз в поворотах или фаз торможения. В данном случае, жесткость блока возрастает с увеличением мешающего воздействия между частями блока за счет увеличения размеров и количества выступов, выполненных соответственно на поверхностях. Следует отметить, что при использовании ламелей сложной формы для образования 3D щелевидных прорезей в блоке протектора шины, обеспечивающих высокий уровень мешающего воздействия между соседними частями блока, приводит к увеличению производственных трудностей, поскольку возрастает сложность вынимания шины из пресс-форм, а также появление разрывов частей блоков в области выступов.
Задачей первого изобретения является разработка конструкции протектора пневматических шин, предпочтительно зимних шин, в частности конструкции 3D щелевидных прорезей (ламелей), расположенных на блоках протекторного браслета шины, которая подходит для эксплуатации шин во всех условиях поверхности дороги (заснеженных, сухих, мокрых), и в которой сбалансированы требования к конструкции, оптимизированы ламели на блоках протекторного браслета в соответствии с потребностями эксплуатации, улучшены технологические характеристики при извлечении шин из пресс-форм, расширен арсенал технических средств.
Задачей второго изобретения является разработка конструкции устройства для ее образования, а именно конструкции вулканизационной формы для изготовления шин, предпочтительно зимних шин, в которой пластинка во время процесса формования образует узкие щелевидные прорези необходимой формы и в необходимом количестве в блоках протектора на участке протектора, образуя ламели в блоках протекторного браслета шин по первому изобретению с улучшенными технологическими характеристиками при извлечении шин из пресс-форм, расширен арсенал технических средств.
Таким образом, для увеличения величины взаимного соединения между соседними частями блока без усложнения производственного этапа, касающегося извлечения шины из пресс-формы, необходимо улучшить конфигурацию выступов и углублений, усиливая их способность противостоять радиальным нагрузкам без увеличения мешающего воздействия поверхности между частями блока.
Для достижения поставленной задачи разработан протектор шины, содержащий, по меньшей мере, один ряд блоков, расположенных в окружном направлении шины, при этом, по меньшей мере, один из блоков снабжен одной или большим числом профилированных трехмерных щелевидных прорезей в радиальном направлении, причем профилированная щелевидная прорезь ограничена двумя взаимно согласующимися профилированными поверхностями - сторонами щелевидной прорези, образованными пластинкой при вулканизации, отличающийся тем, что каждая сторона трехмерной щелевидной прорези имеет форму периодически повторяющегося синусоидального элемента в направлении касательной плоскости, а в направлении радиальной плоскости имеет форму периодически повторяющегося синусоидального элемента, введенного в направлении радиальной плоскости, прерывается в радиальном направлении на определенном интервале и заменяется синусоидальной поверхностью, образованной из того же самого периодически повторяющегося элемента, смещенного на 1/2 периода, образуя 3D щелевидные прорези, углы которых с радиальной плоскостью составляют 55±10°, причем синусоиды имеют одинаковую длину волны, в частности от 4 мм до 8 мм, в зависимости от конфигурации ламели сложной формы, а количество чередующихся выступов и углублений, которые образуют блочные последовательности, зависит от продольной протяженности трехмерных щелевидных прорезей. В частном случае по меньшей мере один элемент трехмерной щелевидной прорези может иметь ровную боковую плоскость.
Наличие на боковых сторонах трехмерной щелевидной прорези элементов синусоидальной формы, смещенных в трехмерной щелевидной прорези в направлении радиальной плоскости, повышает жесткость элементов блока, позволяя ограничить деформацию блоков протектора, когда они подвергаются касательным нагрузкам, например, в случае ускорения, торможения или поворотов на сухой или мокрой поверхности, но способные обеспечивать оптимальные значения эксплуатационных характеристик шин на заснеженной поверхности.
Для реализации созданного изобретения протектора шины с одной или большим числом профилированных трехмерных щелевидных прорезей (3D щелевидных прорезей) потребовалось создать второе изобретение - пластинку для закрепления в вулканизационной форме для образования 3D щелевидной прорези в блоке протектора шины.
Разработана пластинка для закрепления в вулканизационной форме для образования 3D щелевидной прорези в блоке протектора шины, отличающаяся тем, что она имеет форму периодически повторяющегося синусоидального элемента в направлении касательной плоскости, а в направлении радиальной плоскости имеет форму периодически повторяющегося синусоидального элемента, введенного в направлении радиальной плоскости, прерывается в радиальном направлении на определенном интервале и заменяется синусоидальной поверхностью, образованной из того же самого периодически повторяющегося элемента, смещенного на 1/2 периода, образуя 3D щелевидные прорези, углы которых с радиальной плоскостью составляют 55±10°, причем синусоиды имеют одинаковую длину волны, в частности от 4 мм до 8 мм, в зависимости от конфигурации ламели сложной формы, а количество чередующихся выступов и углублений, которые образуют блочные последовательности, зависит от продольной протяженности трехмерных ламелей.
Эти изобретения связаны единым творческим замыслом. Основным изобретением для решения технической задачи является конструкция протектора с 3D щелевидными прорезями, а пластинка для закрепления в вулканизационной форме для образования 3D щелевидной прорези в блоке протектора шины предназначена для изготовления, получения основного изобретения.
Ламель сложной формы 1, образующая в блоке 2 протектора 3D щелевидные прорези (фиг. 1), которые, в свою очередь, позволяют ограничить деформацию блоков протектора, когда они подвергаются касательным нагрузкам, как в случае ускорения, торможения или поворотов на сухой или мокрой поверхности, но способные обеспечивать оптимальные значения эксплуатационных характеристик на заснеженной поверхности. Таким образом, две обращенные друг к другу поверхности 3 частей блока, определенные посредством ламели сложной формы, имеют подобную конфигурацию, так что углубление, выполненное во второй поверхности, соответствует выступу, обеспеченному на первой поверхности, и наоборот, выступ, выполненный на второй поверхности, соответствует углублению, обеспеченному в первой поверхности, причем поверхность 4 имеет форму периодически повторяющегося синусоидального элемента в направлении касательной плоскости, форму периодически повторяющегося синусоидального элемента в направлении касательной плоскости, а в направлении радиальной плоскости имеет форму периодически повторяющегося синусоидального элемента 6, введенного в направлении радиальной плоскости, прерывается в радиальном направлении на определенном интервале и заменяется синусоидальной поверхностью, образованной из того же самого периодически повторяющегося элемента 7, смещенного на 1/2 периода, образуя 3D щелевидные прорези, углы которых с радиальной плоскостью а составляют 55±10°, причем синусоиды имеют одинаковую длину волны b, в частности от 4 мм до 8 мм, в зависимости от конфигурации ламели сложной формы, а количество чередующихся выступов и углублений, которые образуют блочные последовательности, зависит от продольной протяженности трехмерных щелевидных прорезей. В частном случае по меньшей мере один элемент ламели может иметь ровную боковую плоскость.
Перечень чертежей, поясняющих замысел созданных изобретений:
Фиг. 1. 3D щелевидная прорезь в блоке протектора шины (послойное раскрытие). Общий вид.
Фиг. 2. Пластинка для закрепления в вулканизационной форме сложной трехмерной формы. Общий вид.
Фиг. 3. Простая щелевидная прорезь в блоке протектора шины. Общий вид.
Фиг. 4. Пластинка для закрепления в вулканизационной форме простой формы. Общий вид.
Фиг. 5. Пластинка, образующая трехмерную щелевидную прорезь в блоке протектора шины, по патенту RU 2 388 619 С1 (ближайший аналог).
Возможность достижения каждым изобретением технического результата при его осуществлении показана следующими примерами реализации.
Были изготовлены и проведены сравнительные испытания опытных шин 255/55R20, с применений 3D ламелей сложной вышеописанной формы по настоящему изобретению (фиг. 1), образованных с применением второго изобретения пластинки для закрепления в вулканизационной форме для их образования в блоке протектора шины (фиг. 2) и испытания шин 255/55R20, с использованием серийных конструкций ламелей простой конфигурации, формы щелевидных прорезей в блоках протектора, а именно ту же форму в направлении касательной плоскости и ровную, без выступов, поверхность в направлении радиальной плоскости (фиг. 3, 4). Проведены были испытания на сцепление с дорогой, в частности испытания на торможение и испытания на поведение при движении на разных поверхностях дорог (заснеженной, мокрой и сухой), прототипа и опытных шин. Опытные шины были изготовлены с конструкцией полностью аналогичной в плане размеров, полимерного состава и рисунка протектора в сравнении с шинами-прототипами, но отличались формой ламелей, при использовании известных технологий формования и вулканизации шин при одинаковых параметрах в вулканизационных формах известных форматоров-вулканизаторов. Пластинка для закрепления в вулканизационной форме для образования щелевидной прорези в блоке протектора шины была изготовлена с применением технологии 3D-печати.
Сравниваемые шины изготавливались в 2-х вариантах: с длиной элементов синусоиды в направлении радиальной плоскости имеют одинаковую длину волны 4 и 8 мм, при прочих равных условиях. Для них получены схожие результаты.
Разработанные решения возможно применить и на другие типоразмеры шин. Из практических соображений все варианты типоразмеров шин не изготавливались.
Сравнительные испытания опытных шин, изготовленных с конструкцией полностью аналогичной в плане размеров, полимерного состава и рисунка протектора, с использованием предлагаемой конструкции ламели сложной 3D формы на сцепление с дорогой, в частности испытания на торможение и испытания на поведение при движении на разных поверхностях дорог (заснеженной, мокрой и сухой), в сравнении с серийными конструкциями ламелей, имеющих простую форму щелевидных прорезей в блоках протектора, приведены в таблице 1.
Таким образом, предлагаемая конструкция щелевидных прорезей (фиг. 1) и предлагаемая конструкция пластинки для закрепления в вулканизационной форме для их образования в блоке протектора шины (фиг. 2) улучшают эксплуатационные характеристики шин, произведенных по настоящим изобретениям, в сравнении с шинами, имеющими ламели простой формы (фиг. 3) и конструкциями пластинки для закрепления в вулканизационной форме для их образования в блоке протектора шины (фиг. 4) при прочих равных неизменных параметрах шин и вулканизационных форм.
Опытные шины по настоящему изобретению после вулканизации плавно извлекались из форм без деформаций и разрывов ламелей в блоках протекторного браслета.
Изобретения объединены общим творческим замыслом, имеют изобретательский уровень, реализуются в совокупности и достигают общий результат для созданной группы изобретений: совокупность улучшенных технологические характеристик шин при их извлечении из пресс-форм и эксплуатационных характеристик шин в условиях мокрой и сухой поверхностей дороги, эксплуатационных характеристик на заснеженных поверхностях дороги, расширение арсенала технических средств.