ПРОТИВОСКОЛЬЗЯЩЕЕ УСТРОЙСТВО

Полезная модель относится к устройствам, предотвращающим скольжение при движении по обледенелому и заснеженному покрытию, и может быть использована, например, в покрышках шин, в подошвах для обуви, в приводных ремнях, для рабочих поверхностей перчаток и т.п.
Обледенелое и заснеженное покрытие имеет меньший коэффициент трения по сравнению с обычным дорожным покрытием, и шины легко скользят. Для уменьшения тормозного пути разработан ряд противоскользящих устройств.
Однако, известные противоскользящие устройства в форме шипов, выполненных из металла, а также в форме ленты (металлические гребни), спирали, цепей, протекторных колец между сдвоенными шинами и другие устройства не обладают постоянным коэффициентом трения, ввиду затупления шипов и других устройств, что вызывает повышенный износ дорожного покрытия, высокий шум, а также опасность разлета шипов и их фрагментов из вращающегося колеса.
Известна конструкция резиновой шины, которая содержит от 1 до 20 массовых частей неметаллического волокна со средним диаметром от 15 до 100 мкм, и от 1 до 30 массовых частей наполнителя на 100 массовых частей диенового каучука, причем наполнитель имеет по меньшей мере два выступа, причем длина выступа составляет от 0,5 до 3,1 среднего диаметра неметаллического волокна и открытый угол между соседними выступами составляет по меньшей мере 90°, но не более 130° (Патент РФ №2454442, В60С 11/00, 2012).
Недостатком шины является хаотичное распределение волокна в резине, где оно выполняет роль армирующего элемента в эластомере. В этом случае часть волокон не выходит на контактную поверхность и не выполняет функции противоскольжения.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому - прототипом является противоскользящее устройство, имеющее контактную поверхность и содержащее по меньшей мере одну эластомерную матрицу, включающую гибкие волокна, имеющие жесткость выше, чем жесткость эластомерной матрицы, причем волокна выступают над поверхностью эластомерной матрицы. Противоскользящее устройство содержит, по меньшей мере, один опорный элемент для удерживания волокна в эластомерной матрице. Опорный элемент содержит, по меньшей мере, один слой, встроенный в эластомерную матрицу. Волокна образуют угол приблизительно от 5° до приблизительно 70° к нормали контактной поверхности, либо угол от 25° до приблизительно 50° к нормали контактной поверхности (Международная заявка WO 02087376, В60С 11/14, А43В 13/26, 2002).
Недостатком прототипа является то, что из-за наклона волокна противоскользящее устройство имеет разный коэффициент трения в зависимости от направления движения. В прототипе отсутствует понятие «изгиб волокна» и присутствует опорный слой, из чего следует, что волокна в прототипе не изгибаются, а передают упругую деформацию на эластомер путем изменения угла наклона волокна.
Задачей изобретения является обеспечение постоянства коэффициента трения в процессе эксплуатации противоскользящего устройства.
Поставленная задача решается тем, что в противоскользящем устройстве, имеющем контактную поверхность и содержащем по меньшей мере одну эластомерную матрицу, включающую гибкие волокна, имеющие жесткость выше, чем жесткость эластомерной матрицы, причем волокна выступают над поверхностью эластомерной матрицы, соотношение длины волокна к периметру поперечного сечения волокна составляет не менее 3, расстояние, на которое волокна выступают над поверхностью эластомерной матрицы, является неизменным в процессе эксплуатации устройства, а волокна в поперечном сечении имеют вид, выбранный из ряда: круглое, эллиптическое, прямоугольное, квадратное, ромбовидное, треугольное, трубчатое.
Противоскользящее устройство имеет ортогональное или близкое к нему расположение волокон к контактной поверхности.
В противоскользящем устройстве гибкие волокна могут быть выполнены из двух и более материалов.
Поскольку волокна могут иметь различное (треугольное, прямоугольное, трубчатое, звездчатое и прочее) сечение, говорить о диаметре невозможно. Обычно в этом случае используется понятие приведенный диаметр или используется понятие «периметр поперечного сечения» (обхват). В данной заявке используется термин «периметр поперечного сечения». Соотношение длины волокна к периметру поперечного сечения волокна составляет не менее 3, т.к. при этом изгибающаяся часть составляет величину, меньше длины волокна и по мере износа изгибающаяся часть волокна имеет постоянный размер.
Волокна выходят на контактную поверхность ортогонально или близко к ортогональному и имеют способность к упругому изгибу. Волокна, выходя на контактную поверхность под углом близким к 90°, формируют условия, когда коэффициент трения материала будет одинаков во все стороны поверхности материала.
При внешней нагрузке к волокнам выходящим на контактную поверхность материала, происходит изгиб обнаженного волокна и части волокна внутри эластомера. Формирование упругого изгиба волокон под внешней нагрузкой за счет эластичности связки эластомера и жесткости волокна, как в продольном так и в поперечном направлении, позволяет добиться эффекта облегания микрорельефа поверхности дороги, что увеличивает количество волокон имеющих контакт с дорогой, а также обеспечивает точное соответствие угла наклона волокна и микрорельефа дороги.
Расстояние, на которое волокна выступают над поверхностью эластомерной матрицы, является неизменным в процессе эксплуатации устройства, за счет уравновешенного износа волокна и эластомерной матрицы.
Совокупность указанных признаков обеспечивают постоянство коэффициента трения в процессе эксплуатации противоскользящего устройства.
На фиг.1 показана конструкция заявляемого устройства в начале эксплуатации; на фиг.2 - конструкция заявляемого устройства после 200 часов эксплуатации; на фиг.3 - фотография контактной поверхности заявляемого устройства в начале эксплуатации; на фиг.4 - фотография контактной поверхности заявляемого устройства после 200 часов эксплуатации; на фиг.5А - изображение гибкого волокна из двух металлов (например, сталь-цинк.); на фиг.5 В - изображение гибкого волокна металл-стекло, фиг.5С - изображение гибкого волокна металл-пластик, фиг.5D - изображение гибкого волокна металл-металл-пластик.
Противоскользящее устройство (Фиг.1, фиг.3) включает по меньшей мере одну эластомерную матрицу 1, имеющую контактную поверхность 2. Эластомерная матрица 1 содержит гибкие волокна, имеющие жесткость выше, чем жесткость эластомерной матрицы, причем части волокна - 3b выступают над поверхностью эластомерной матрицы 1, а части волокна 3a - расположены внутри эластомерной матрицы 1. Соотношение всей длины волокна к периметру поперечного сечения волокна составляет не менее 3. Расстояние, на которое волокна 3b выступают над поверхностью эластомерной матрицы, является неизменным в процессе эксплуатации противоскользящего устройства. Волокна в поперечном сечении имеют вид, выбранный из ряда: круглое, эллиптическое, прямоугольное, квадратное, ромбовидное, треугольное, трубчатое. Противоскользящее устройство имеет ортогональное, или близкое к нему, расположение волокон к контактной поверхности. Волокна расположены ортогонально, или близко к ортогональному относительно контактной поверхности.
Эластомерная матрица 1 выполнена, например, из полиуретана, а гибкое волокно, например, - из стальной проволоки диаметром 0,2 мм (фиг.3, фиг.4). Эластомерная матрица может быть выполнена из любого материала, обладающего упругой деформацией (резина, каучуки, латекс, пластмассы и пр.) Гибкие волокна могут быть выполнены как из одного материала, так и из двух и более материалов, например: металл-металл (например, сталь-цинк - фиг.5А), металл-стекло (фиг.5В), металл-пластик (фиг.5С), металл-металл-пластик (фиг.5D) и другие варианты. Выполнение гибких волокон более чем одним материалом, позволяет избежать коррозии и регулировать абразивную стойкость. Волокна, выходя на контактную поверхность под углом близким к 90°, формируют условия, когда коэффициент трения материала будет одинаков во все стороны поверхности материала.
Устройство работает следующим образом.
При начале эксплуатации происходит первичное истирание эластомера и гибких волокон свободным абразивом на дороге (пыль, песок) и связанным абразивом (твердые частицы дорожного покрытия). Эластомерная матрица 1 менее жесткая по сравнению с гибким волокном 3a, 3b, но она истирается свободным абразивом и не контактирует непосредственно с дорожным покрытием. Гибкие волокна 3a, 3b, имеют жесткость большую, чем эластомерная матрица 1, но их выступающие части 3b контактируют непосредственно с дорожным покрытием и истираются в основном связанным абразивом. Эксперименты показали (фиг.2, фиг.4), что в процессе эксплуатации гибкие волокна 3a, 3b обладающие большей жесткостью и эластомерная матрица 1, обладающий меньшей жесткостью, чем гибкие волокна, истираются одинаково. Это происходит потому что, износ гибких волокон в основном происходит от контакта со связанным абразивом, износ эластомерной матрицы - от контакта со свободным абразивом. Таким образом расстояние, на которое волокна выступают над поверхностью эластомерной матрицы, является неизменным в процессе эксплуатации устройства.
При внешней нагрузке на противоскользящее устройство, волокна 3b изгибаются под действием выступающих микроэлементов дорожного покрытия и более полно облегают рельеф дорожного покрытия, обеспечивая максимальное количество волокон контактирующих с дорогой.
Использование предложенного противоскользящего устройства с изгибающимися волокнами, выступающими над эластомерной матрицей, обеспечивают постоянство коэффициента трения в процессе эксплуатации противоскользящего устройства в транспортных средствах и в обуви на ледяной и/или другой скользкой поверхности, что, соответственно, приводит к уменьшению аварийности на транспорте и уменьшению бытового травматизма.