ШИНА ДЛЯ КОЛЕС ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ
TYRE FOR VEHICLES WHEELS

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к шине для колес транспортных средств. В частности, изобретение относится к шине для колес транспортных средств большой грузоподъемности.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
В области техники, связанной с шинами, документы ЕР1782970 и ЕР2072286 относятся к шинам для колес транспортных средств.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Общая тенденция уменьшения потребления энергии изделиями «отражается» на шинах посредством вклада, которые они могут вносить, например, в уменьшение расхода топлива.
Гистерезисные потери, вызываемые циклическими деформациями, которым шина подвергается во время качения, и в основном обусловленные энергией, рассеиваемой шиной, и обусловленные вязкоупругими материалами, включенными в шину, рассматриваются как сопротивление качению (в этой связи упоминается, например, публикация Национальной администрации безопасности движения на шоссейных дорогах Пневматическая шина, изд. 2005, глава 12, страницы 476-480).
Заявитель сосредоточил свое внимание на проблеме уменьшения сопротивления качению в тех шинах, которые главным образом могут способствовать уменьшению расхода топлива и определил шины для транспортных средств большой грузоподъемности и, в частности, шины для мостов с управляемыми колесами и для прицепов, как классы шин, которые могут быть подвергнуты предпочтительному уменьшению сопротивления качению.
Действительно, было установлено путем наблюдений, что эффект от уменьшения сопротивления качению кажется более выраженным в вышеуказанных классах шин, чем в шинах для ведущих мостов. Действительно, шины для мостов с управляемыми колесами и прицепов имеют рисунок протектора, как правило, содержащий, по меньшей мере, четыре кольцевые зоны по существу сплошной резины, отделенные друг от друга, по меньшей мере, тремя окружными канавками, в то время как шины для ведущих мостов имеют протекторы, в которых окружные канавки соединены с по существу поперечными или аксиальными канавками для образования более подвижных и деформируемых блоков с целью обеспечения гарантированного сцепления с дорогой.
Кроме того, уменьшение сопротивления качению, обеспечиваемое главным образом для шин, предназначенных для мостов с управляемыми колесами и/или для прицепов, обеспечивает многократное увеличение экономии энергии также пропорционально числу подобных шин, имеющихся в транспортном средстве большой грузоподъемности. В качестве примера упоминается транспортный модуль, образованный тягачом и прицепом, в котором, как правило, имеются две шины моста с управляемыми колесами, четыре шины ведущего моста и шесть шин прицепа, таким образом, восемь шин из общего числа шин, равного двенадцати.
Рассматривая по отдельности вклад, обусловленный гистерезисными потерями, связанными с видом эластомерного материала, и вклад, обусловленный конструкцией шины, было установлено путем наблюдений, что посредством «воздействия» на рисунок протектора и, в частности, на геометрические характеристики канавок транспортного средства большой грузоподъемности, можно эффективно уменьшить сопротивление шины качению.
Данное предположение было подтверждено сравнительными испытаниями, выполненными посредством компьютерного моделирования на основе метода конечных элементов, и испытаниями, проведенными с шинами для транспортных средств большой грузоподъемности, посредством которых Заявитель смог показать заметное уменьшение сопротивления качению.
Было установлено, что уменьшение сопротивления качению достигается посредством выполнения шины для транспортного средства большой грузоподъемности с протектором, имеющим, по меньшей мере, одну окружную канавку, имеющую часть, наружную в радиальном направлении и имеющую в аксиальном направлении поперечное сечение с большей шириной, и часть, внутреннюю в радиальном направлении и имеющую поперечное сечение, обеспечивающее возможность возникновения контакта между противоположными стенками указанной нижней части окружной канавки в зоне отпечатка шины.
Данный результат является неожиданным, поскольку уменьшенная ширина поперечного сечения внутренней в радиальном направлении части, по меньшей мере, одной окружной канавки, образованной в протекторе шины, вызывает как увеличение общей массы шины, так и большее количество «резины, контактирующей с грунтом», следовательно, большую массу эластомерного материала, что должно было бы способствовать увеличению рассеяния энергии во время использования шины, что, тем самым, вызывает увеличение сопротивления качению.
2
В соответствии с первым аспектом изобретения изобретение относится к шине для колес транспортных средств, имеющей протектор, содержащий центральную кольцевую часть, расположенную с обеих сторон экваториальной плоскости, и две кольцевые части плечевых зон, расположенные со сторон, противоположных в аксиальном направлении, относительно центральной кольцевой части, при этом центральная кольцевая часть отделена от каждой кольцевой части плечевой зоны соответствующей первой окружной канавкой, причем центральная кольцевая часть имеет, по меньшей мере, одну вторую окружную канавку, по меньшей мере, одна из первых и вторых окружных канавок имеет глубину в радиальном направлении, составляющую не менее 8 мм, и площадь поперечного сечения, выраженную в мм, при этом при задании площади поперечного сечения той части окружной канавки, которая является самой наружной в радиальном направлении и проходит на глубине, равной 50% от глубины канавки в радиальном направлении, по меньшей мере, одна из первых и вторых окружных канавок образована так, что подобная площадь поперечного сечения превышает половину общей площади поперечного сечения канавки и соотношение между общей площадью поперечного сечения и определяемой в радиальном направлении глубиной окружной канавки имеет числовое значение от приблизительно 0,5 до приблизительно 7.
Под «глубиной» канавки или ее части понимается протяженность канавки или части канавки, измеренная в направлении, по существу перпендикулярном поверхности протектора в зоне канавки.
Под «экваториальной плоскостью» шины понимается плоскость, перпендикулярная оси вращения шины и содержащая ее среднюю линию.
Под «окружной канавкой» понимается канавка, «развертывающаяся» вдоль направления вращения шины с прямолинейной траекторией, криволинейной траекторией или траекторией, содержащей чередующиеся участки (зигзагообразной).
Под «аксиальным» направлением или при использовании выражения «в аксиальном направлении» понимается направление, параллельное оси вращения шины или в любом случае имеющее только небольшой наклон относительно оси вращения шины.
Под «радиальным» направлением или при использовании выражения «в радиальном направлении» понимается направление, по существу ортогональное к оси вращения шины.
Под «шириной» канавки понимается расстояние в аксиальном направлении между стенками канавки, измеренное у края поверхности протектора или на заданной глубине.
Соотношение между общей площадью поперечного сечения и определяемой в радиальном направлении глубиной, по меньшей мере, одной из первых и вторых окружных канавок предпочтительно имеет числовое значение от приблизительно 0,6 до приблизительно 3.
Центральная кольцевая часть предпочтительно может содержать две вторые окружные канавки, расположенные симметрично с противоположных сторон экваториальной плоскости.
Шина предпочтительно может быть выполнена для низкой, средней или высокой жесткости условий эксплуатации на дорогах и автострадах (например, дорог регионального типа и дорог большой протяженности).
Шину предпочтительно устанавливают на ободьях с посадочным диаметром, равным или превышающим 17,5 дюйма, даже более предпочтительно составляющим от 17,5 до 22,5 дюйма.
Подобные шины предпочтительно имеют ширину поперечного сечения, начинающуюся с 205 мм, предпочтительно составляющую от 315 мм до 445 мм.
Подобные шины предпочтительно имеют две вторые канавки в центральной кольцевой части, образованные с противоположных сторон относительно экваториальной плоскости.
2
Каждая из указанных двух вторых канавок в центральной кольцевой части предпочтительно имеет глубину в радиальном направлении, составляющую не менее 8 мм, и площадь поперечного сечения, выраженную в мм, при этом площадь поперечного сечения той наружной в радиальном направлении части окружной канавки, которая проходит на глубине, равной 50% от определяемой в радиальном направлении глубины каждой из указанных вторых окружных канавок, превышает половину общей площади поперечного сечения канавки и соотношение между общей площадью поперечного сечения и определяемой в радиальном направлении глубиной окружной канавки имеет числовое значение от приблизительно 0,5 до приблизительно 7. Образование вышеуказанных канавок в центральной части протектора предпочтительно обеспечивает более высокую эффективность как уменьшения сопротивления качению, так и отвода воды, возможно имеющейся на поверхности дороги.
Заявитель действительно установил в результате наблюдений, что выпуклый профиль центральной кольцевой части протектора предпочтительно обеспечивает отвод воды при входе в зону отпечатка, и центральная часть протектора в основном подвергается воздействию большего давления по сравнению с плечевыми частями, в результате чего в подобной центральной части эффект ограничения, обеспечиваемый противоположными стенками канавок, когда они находятся в контакте друг с другом, используется лучше.
2
В соответствии со вторым аспектом изобретения настоящее изобретение относится к протекторному браслету для шины, предназначенной для колес транспортных средств большой грузоподъемности, содержащему центральную кольцевую часть, расположенную с обеих сторон экваториальной плоскости, и две кольцевые части плечевых зон, расположенные со сторон, противоположных в аксиальном направлении, относительно центральной кольцевой части, при этом центральная кольцевая часть отделена от каждой кольцевой части плечевой зоны соответствующей первой окружной канавкой, при этом центральная кольцевая часть имеет, по меньшей мере, одну вторую окружную канавку, по меньшей мере, одна из первых и вторых окружных канавок имеет глубину в радиальном направлении, составляющую не менее 8 мм, и площадь поперечного сечения, выраженную в мм, при этом при задании площади поперечного сечения той части окружной канавки, которая является самой наружной в радиальном направлении и проходит на глубине, равной 50% от глубины канавки в радиальном направлении, по меньшей мере, одна из первых и вторых окружных канавок образована так, что подобная площадь поперечного сечения превышает половину общей площади поперечного сечения канавки и соотношение между общей площадью поперечного сечения и определяемой в радиальном направлении глубиной окружной канавки имеет числовое значение от приблизительно 0,5 до приблизительно 7.
То, что было описано выше в связи с протекторным браслетом шины согласно первому аспекту изобретения, может быть повторено также для протекторного браслета согласно второму аспекту изобретения.
Шина согласно изобретению имеет отличные характеристики при эксплуатации как на сухих, так и на мокрых поверхностях дорог в течение всего срока ее эксплуатации.
Кроме того, шина согласно изобретению также характеризуется низким сопротивлением качению, что делает ее особенно пригодной для установки на колесах транспортных средств большой грузоподъемности, предназначенных для эксплуатации на больших расстояниях на автострадах или дорогах внутриштатной автодорожной сети.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Дополнительные признаки и преимущества изобретения будут описаны далее со ссылкой на варианты осуществления, показанные в качестве неограничивающего примера на сопровождающих чертежах, на которых:
Фиг.1 - схематическое сечение шины в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения;
фиг.2 - схематический вид в плане части протектора шины с фиг.1;
фиг.3а, 3b, 3с - вид схематического сечения вариантов выполнения канавок протекторов шин, соответствующих вариантам осуществления настоящего изобретения;
фиг.4а, 4b, 4с - схематический вид в плане трех вариантов выполнения канавок протекторов шин, соответствующих вариантам осуществления настоящего изобретения;
фиг.5 - схематический вид брекерного конструктивного элемента шины с фиг.1;
фиг.6 и 7 - схематический вид брекерных конструктивных элементов, особенно пригодных для шин, имеющих большие хорды (так называемых шин для уширенного обода, в соответствии с двумя вариантами осуществления изобретения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
На фиг.1 шина для колес транспортных средств в соответствии с настоящим изобретением, в частности шина, предназначенная для установки на колесах моста с управляемыми колесами транспортного средства большой грузоподъемности или на колесах прицепа, как правило, подвергаемая воздействию большой нагрузки, обозначена в целом ссылочной позицией 100.
На чертежах одни и те же ссылочные позиции обозначают одни и те же или функционально эквивалентные элементы.
Фиг.1 показывает сечение шины 100 в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения.
Шина по фиг.1 представляет собой шину для колес транспортных средств большой грузоподъемности, таких как грузовые автомобили, автобусы, прицепы, фургоны, и, как правило, таких транспортных средств, в которых шина подвергается воздействию большой нагрузки. Подобная шина предпочтительно выполнена с возможностью установки на ободьях с диаметром, равным или превышающим 17,5 дюйма (444,5 мм), которые предназначены для колес мостов с управляемыми колесами или прицепов. Транспортное средство большой грузоподъемности представляет собой, например, транспортное средство, принадлежащее к классам М2, М3, N2, N3, О2, О3 и О4 в соответствии с “ECE Consolidated Resolution of the Construction of vehicles (R.E.3), Annex 7, Classification and definition of power driven vehicles and trailers” (Принятая Европейской экономической комиссией ООН, Сводная резолюция по конструкции транспортных средств (R.E.3), Приложение 7, Классификация и определение механических транспортных средств и прицепов) или к классам M3, N2, N3, O3, O4 в соответствии с “ETRTO Engineering design information” (редакция 2010) («Данные для технических расчетов, принятые Европейской технической организацией по шинам и ободьям»), раздел «General information» («Общие сведения»), страницы G15 и G16, глава “International codes for wheeled vehicle classification as UN/ECE 29/78 and Directive 2003/37” («Международные коды для классификации колесных транспортных средств в соответствии с документом Европейской экономической комиссии ООН 29/78 и Директивой 2003/37»). Класс транспортных средств большой грузоподъемности охватывает грузовые автомобили (trucks), тягачи с прицепами, грузовики и аналогичные транспортные средства.
Шина 100 содержит, по меньшей мере, один слой 101 каркаса, противоположные боковые края которого соединены с соответствующими бортовыми конструктивными элементами 111, содержащими бортовое кольцо 108 и, по меньшей мере, один наполнитель 107 борта. Соединение между указанным, по меньшей мере, одним слоем 101 каркаса и указанным бортовым конструктивным элементом 111, как правило, получают посредством загибания противоположных боковых краев указанного, по меньшей мере, одного слоя 101 каркаса вокруг указанного бортового кольца 108 и указанного, по меньшей мере, одного наполнителя 107 борта так, чтобы образовать заворот 101а каркаса. Край 110 и препятствующая абразивному износу лента 109 могут быть размещены в определенном порядке обычным образом в зоне борта 111.
По меньшей мере, один слой 101 каркаса обычно содержит множество усилительных элементов слоя каркаса, расположенных в определенном порядке по существу параллельно друг другу и покрытых, по меньшей мере частично, слоем эластомерного материала. Усилительные элементы слоя каркаса, в частности в случае шин для грузовых автомобилей, обычно содержат металлические корды, предпочтительно выполненные из стали.
По меньшей мере, один слой 101 каркаса обычно представляет собой слой радиального типа, то есть он включает в себя усилительные элементы, расположенные в определенном порядке в направлении, по существу перпендикулярном к направлению вдоль окружности.
Брекерный конструктивный элемент 105 наложен в радиальном направлении снаружи по отношению к указанному, по меньшей мере, одному слою 101 каркаса. Брекерный конструктивный элемент 105 описан более подробно в остальной части данного описания.
Брекерный конструктивный элемент содержит, по меньшей мере, два наложенных друг на друга в радиальном направлении, основных слоя брекера, включающих в себя множество усилительных элементов брекера, как правило, металлических кордов, предпочтительно выполненных из стали. Брекерный конструктивный элемент также может содержать усилительный слой, имеющий угол наклона усилительных элементов, который составляет ноль градусов, и наложенный, например, в радиальном направлении снаружи по отношению ко второму основному слою брекера.
Металлические корды, используемые в слоях брекерного конструктивного элемента 105, и в особенности те, которые используются в основных слоях брекера, содержат множество нитевидных элементов.
Нитевидные элементы металлических кордов, используемых в брекерном конструктивном элементе 105 (и, как правило, также в других усилительных слоях шины 100), предпочтительно представляют собой нитевидные элементы из стали нормальной прочности (NT), высокопрочной (HT), сверхвысокопрочной (SHT) или ультравысокопрочной (UHT) стали. Как правило, подобные стальные нитевидные элементы имеют содержание углерода менее приблизительно 1%. Содержание углерода предпочтительно больше или равно приблизительно 0,7%. Нитевидные элементы, как правило, покрыты латунью или другим коррозионно-стойким материалом (например, Zn/Mn).
Протекторный браслет 106 наложен по окружности в радиальном направлении снаружи по отношению к указанному брекерному конструктивному элементу 105. С наружной стороны протекторного браслета 106 имеется поверхность 106а качения, пригодная для контакта с грунтом.
Окружные канавки 201, 202, которые могут быть соединены друг с другом посредством поперечных бороздок (непоказанных), обеспечивают образование рисунка протектора, содержащего множество ребер и/или блоков с разными формами и размерами, распределенных по поверхности 106а качения.
Дополнительные бороздки 203, имеющие глубину, не превышающую 1-2 мм, расположенные в определенном порядке в направлении вдоль окружности, в поперечном направлении или в соответствии с направлениями, имеющими разный наклон относительно экваториальной плоскости, в возможном варианте могут быть предусмотрены в протекторе.
Боковина 103 наложена снаружи на слой 101 каркаса. Боковина 103 проходит в аксиальном направлении снаружи от бортового конструктивного элемента 111 до протекторного браслета 106.
В варианте осуществления, показанном на фиг.1, подслой 104а расположен в зоне, в которой боковые края протекторного браслета 106 соединяются с боковинами 103. Подслой также может проходить на всей определяемой в аксиальном направлении ширине коронной зоны шины 100 и может не быть ограничен только боковой краевой частью. Подбрекерная вставка 104b может быть размещена для обеспечения опоры для концов брекерного конструктивного элемента 105 в аксиальном направлении.
Эластомерный слой, в основном известный как герметизирующий слой, который придает необходимую непроницаемость по отношению к воздуху, которым накачана шина, может быть предусмотрен в радиальном направлении внутри по отношению к слою 101 каркаса.
Шина 100 в соответствии с настоящим изобретением предпочтительно имеет отношение (Н/С) высоты профиля шины к ширине профиля шины, составляющее менее 0,85, более предпочтительно - от 0,40 до 0,8.
Указанное отношение высоты профиля шины к его ширине представляет собой соотношение между высотой Н поперечного сечения шины, то есть расстоянием в радиальном направлении от окружности обода, соответствующей его номинальному диаметру, до окружности шины, соответствующей наружному диаметру шины, в ее экваториальной плоскости, и шириной С поперечного сечения шины, то есть максимальным линейным расстоянием, измеренным в направлении, параллельном оси вращения шины, между наружными поверхностями боковин (в соответствии с документом E.T.R.T.O. (Европейской технической организацией по шинам и ободьям) в редакции 2010 г., страницы G3 и G4).
Как показано на фиг.1 и 2, протекторный браслет 106 содержит центральную часть L1 и две плечевые части L2.
Центральная часть L1, расположенная с обеих сторон экваториальной плоскости Х-Х, визуально отделена от плечевых частей L2 двумя первым окружными канавками 201.
В варианте осуществления, показанном на фиг.1 и 2, первые окружные канавки 201 образованы более широкими по сравнению со вторыми окружными канавками 202, однако следует понимать, что геометрия канавок может быть изменена на противоположную и шина может иметь, например, две более широкие вторые окружные канавки 202 в центральной кольцевой части L1 и две первые окружные канавки 201, выполненные с возможностью отделения двух плечевых частей L2 от центральной части L1 и образованные с меньшей шириной.
Первые окружные канавки 201 или в альтернативном варианте вторые окружные канавки 202 могут иметь поперечное сечение с максимальной шириной, превышающей 3 мм. Они предпочтительно имеют максимальную ширину, превышающую 5 мм, в любом случае составляющую менее 20 мм, предпочтительно составляющую менее 18 мм.
Первые и/или вторые окружные канавки 201, 202 предпочтительно могут иметь глубину, превышающую 8 мм, предпочтительно превышающую 12 мм, в любом случае не превышающую 25 мм.
Например, в варианте осуществления, показанном на фиг.1, первые окружные канавки 201 сужаются в радиальном направлении внутрь с образованием скругленного дна канавки. Максимальная ширина предпочтительно совпадает с шириной краевой зоны канавки на поверхности протектора.
В центральной части L1 протекторный браслет имеет, по меньшей мере, одну вторую окружную канавку 202, расположенную с обеих сторон экваториальной плоскости Х-Х.
Как показано на фиг.1 и 2, в данном варианте осуществления показанной шины имеются две вторые окружные канавки 202 в центральной кольцевой части, расположенные симметрично относительно экваториальной плоскости.
2
1
1
1
На фиг.3а, 3b, 3с показаны варианты выполнения поперечного сечения окружных канавок, имеющих глубину D в радиальном направлении, составляющую не менее 8 мм, и площадь А поперечного сечения, выраженную в мм, при этом при задании А - площади поперечного сечения той части окружной канавки, которая является самой наружной в радиальном направлении и проходит на глубине D, равной 50% от глубины D в радиальном направлении, по меньшей мере, одна из первых и вторых окружных канавок 201, 202 образована так, что А>0,5A и что отношение A/D имеет числовое значение от приблизительно 0,5 до приблизительно 7.
1
Указанная, по меньшей мере, одна из первых и вторых окружных канавок 201, 202 предпочтительно образована так, что А≥0,6А.
На фиг.3а показана окружная канавка в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения. Канавка может представлять собой или первую окружную канавку 201, или вторую окружную канавку 202. Канавка имеет часть, самую близкую к центру в радиальном направлении, имеющую по существу параллельные стенки и соединенную с частью, самой наружной в радиальном направлении и имеющей стенки, расходящиеся в радиальном направлении по направлению к поверхности протектора.
Указанная, по меньшей мере, одна из первых и вторых окружных канавок 201, 202 предпочтительно может иметь в части, наружной в радиальном направлении, поперечное сечение, имеющее максимальную ширину Wmax и ширину Ws краевой зоны канавки на поверхности протектора, при этом Ws составляет не менее 80% от Wmax.
Выполнение наружной в радиальном направлении части окружной канавки с поперечным сечением, более широким по сравнению с поперечным сечением части, внутренней в радиальном направлении, предпочтительно облегчает отвод воды, возможно имеющейся на поверхности дороги.
На фиг.3b показан вариант осуществления изобретения, в котором, по меньшей мере, одна из первых и вторых окружных канавок, предпочтительно указанные вторые окружные канавки 202, имеет/имеют стенки, расходящиеся в радиальном направлении наружу от дна канавки по направлению к поверхности протектора.
На фиг.3с показана канавка, имеющая зигзагообразную траекторию в радиальном направлении в части, внутренней в радиальном направлении, и стенки, расходящиеся по направлению к поверхности протектора в части, наружной в радиальном направлении. Данный вариант осуществления той части канавки, которая является внутренней в радиальном направлении, предпочтительно обеспечивает дополнительное ограничение перемещения в радиальном направлении резиновых участков протектора, разделенных канавкой, при использовании шины.
Окружные канавки 201, 202, показанные на трех фиг.3а, 3b, 3с, имеют часть, наружную в радиальном направлении и сужающуюся так, что ее ширина уменьшается в радиальном направлении внутрь протектора. В подобных случаях ширина Ws наружной в радиальном направлении поверхностной краевой зоны канавки совпадает с максимальной шириной Wmax канавки, Ws=Wmax.
В одном варианте осуществления (непоказанном) наружная в радиальном направлении часть окружных канавок может иметь ширину Ws в наружной в радиальном направлении, поверхностной краевой зоне канавки, которая меньше ее максимальной ширины Wmax.
Помимо прямолинейной траектории в направлении вдоль окружности, первые окружные канавки 201 и/или, по меньшей мере, одна вторая окружная канавка 202 могут иметь зигзагообразную траекторию в направлении вдоль окружности, включающую в себя множество первых наклонных участков, чередующихся с множеством вторых участков, имеющих наклон в направлении, противоположном по отношению к направлению наклона первых наклонных участков, как показано на фиг.4а.
В одном варианте осуществления первые окружные канавки 201 и/или, по меньшей мере, одна вторая окружная канавка 202 могут иметь криволинейную траекторию, например, синусоидальную траекторию, как показано на фиг.4b.
В варианте осуществления, показанном на фиг.4с, первые окружные канавки 201 и/или, по меньшей мере, одна вторая окружная канавка 202 могут иметь множество выступов 204, выполненных с возможностью входа в соответствующие углубления 205.
Подобные канавки, имеющие траектории в направлении вдоль окружности, предусмотренные со смещением, или траектории с элементами, входящими в контактное взаимодействие друг с другом, обеспечивают возможности ограничения смещения стенок канавки, при этом ограничивается или предотвращается смещение стенок канавки друг относительно друга в направлении вдоль окружности, когда они контактируют друг с другом в зоне отпечатка.
2
1
1
1
По меньшей мере, одна канавка из первых и вторых окружных канавок 201, 202, образованных в протекторе, имеет глубину D в радиальном направлении, составляющую не менее 8 мм, и площадь А поперечного сечения, выраженную в мм, при этом при задании А - площади поперечного сечения той части окружной канавки, которая является самой наружной в радиальном направлении и проходит на глубине D, равной 50% от глубины D в радиальном направлении, указанная, по меньшей мере, одна из первых и вторых окружных канавок 201, 202 образована так, что А>0,5A и что отношение A/D имеет числовое значение от приблизительно 0,5 до приблизительно 7.
Указанная, по меньшей мере, одна из первых и вторых окружных канавок 201, 202 с вышеуказанной геометрией предпочтительно может иметь в части, внутренней в радиальном направлении, рядом с дном канавки поперечное сечение, имеющее ширину, превышающую или равную 0,5 мм, предпочтительно превышающую 1 мм. Указанная, по меньшей мере, одна из первых и вторых окружных канавок 201, 202 рядом с дном канавки предпочтительно может иметь поперечное сечение, имеющее ширину, составляющую менее 8 мм.
В предпочтительном варианте осуществления две вторые окружные канавки 202 имеют глубину и поперечное сечение с вышеуказанными геометрическими характеристиками.
Данный вариант осуществления является предпочтительным, поскольку Заявитель в результате наблюдений установил, что центральная кольцевая часть протектора может обеспечить более эффективное уменьшение сопротивления качению благодаря меньшей подвижности данной части по сравнению с подвижностью кольцевых частей плечевых зон. В подобной центральной части ограничение, обеспечиваемое контактом между стенками внутренней в радиальном направлении части канавки, которые будут расположены ближе друг к другу, когда канавка будет находиться в зоне отпечатка, по-видимому будет использоваться в большей степени.
В отпечатке шина предпочтительно имеет соотношение между площадью поверхности сплошной резины и общей площадью отпечатка, превышающее 75%.
Данная оценка выполняется посредством пленки адгезива для определения площади отпечатка, и при этом впоследствии выполняется разметка шагов, имеющихся в пределах отпечатка, определение и измерение поверхностей, с которыми контактирует пленка адгезива (площадь поверхности сплошной резины), определение и измерение всего отпечатка.
На фиг.5 показан брекерный конструктивный элемент 105 шины для моста с управляемыми колесами, предназначенной для транспортных средств большой грузоподъемности.
Брекерный конструктивный элемент содержит два основных слоя 105а и 105b брекера, которые наложены друг на друга в радиальном направлении и включают в себя множество усилительных элементов брекера (не показанных на фиг.5), как правило, металлических кордов, предпочтительно выполненных из стали. Фиг.5 показывает слой 105а, внутренний в радиальном направлении, который имеет большую ширину по сравнению со слоем 105b, наружным в радиальном направлении, тем не менее, также существует возможность того, что слой 105b, наружный в радиальном направлении, будет более широким по сравнению со слоем 105а, внутренним в радиальном направлении.
Усилительные элементы слоя брекера по существу параллельны друг другу в каждом слое брекера и имеют ориентацию с перекрещиванием относительно усилительных элементов соседнего усилительного слоя, и предпочтительно имеют симметричный наклон относительно направления вдоль окружности шины. Угол наклона (по абсолютной величине) относительно направления вдоль окружности шины предпочтительно составляет от 10° до 70°, более предпочтительно - от 12° до 40°. Усилительные элементы брекера, как правило, покрыты эластомерным материалом.
Как также показано на фиг.5, брекерный конструктивный элемент 105 может содержать третий слой 105d брекера, наложенный в качестве того слоя брекерного конструктивного элемента 105, который является самым наружным в радиальном направлении и который имеет усилительные элементы, как правило, металлические корды, предпочтительно выполненные из стали. Третий слой 105d брекера предпочтительно имеет защитную функцию и обеспечивает защиту от проникновения посторонних предметов, которые могут оказаться захваченными в канавках протектора, таких как камни, каменная мелочь и т.д., в направлении самых близких к центру слов брекерного конструктивного элемента 105 (или даже к каркасному конструктивному элементу). Усилительные элементы третьего слоя 105d брекера расположены в определенном порядке по существу параллельно друг другу и имеют наклон относительно направления вдоль окружности шины под углом от 10° до 70°, предпочтительно от 12° до 40°. Усилительные элементы третьего слоя 105d брекера, как правило, покрыты эластомерным материалом.
Как также показано на фиг.5, брекерный конструктивный элемент 105 шины также предпочтительно содержит усилительный слой 105с (или боковой усилительный слой), имеющий угол наклона усилительных элементов, который составляет ноль градусов, и наложенный в радиальном направлении снаружи по отношению ко второму основному слою 105b брекера. Подобный слой 105с может иметь по существу такую же ширину, как основные слои брекера. Однако слой 105с предпочтительно образован лентами, имеющими ограниченную ширину, которая меньше ширины основных слоев брекера, и расположенными по существу рядом с концами брекерного конструктивного элемента 105 в аксиальном направлении.
В варианте осуществления, показанном на фиг.1 и 5, слой 105с расположен рядом с концом шины в аксиальном направлении и наложен в радиальном направлении снаружи по отношению ко второму основному слою 105b брекера. Указанный боковой усилительный слой 105с, как правило, включает в себя множество усилительных элементов, как правило, металлических кордов, предпочтительно выполненных из стали. В отличие от остальных слоев брекерного конструктивного элемента, усилительные элементы бокового усилительного слоя 105с ориентированы по существу в направлении вдоль окружности, тем самым они образуют угол, по существу равный нулю (например, угол от приблизительно 0° до приблизительно 10°), относительно экваториальной плоскости Х-Х шины. Как правило, они представляют собой металлические корды, покрытые эластомерным материалом.
В соответствии с одним вариантом осуществления усилительный слой 105с, имеющий угол наклона усилительных элементов, который составляет ноль градусов, может быть образован посредством намотки двух или трех витков прорезиненной ленты, имеющей заданную ширину, с наложением их друг на друга в радиальном направлении. Прорезиненная лента в соответствии с данным вариантом имеет ширину, по существу равную ширине самого слоя 105с.
В соответствии с другим вариантом осуществления усилительный слой 105с, имеющий угол наклона усилительных элементов, который составляет ноль градусов, может быть образован посредством витков, расположенных в аксиальном направлении рядом друг с другом и образованных из обрезиненного корда или из прорезиненной ленты, содержащей армирующие корды и имеющей ширину, которая меньше общей ширины усилительного слоя 105с, имеющего угол наклона усилительных элементов, который составляет ноль градусов.
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления третий слой 105d брекера может быть расположен так, что он будет закрывать в радиальном направлении, по меньшей мере частично, усилительный слой 105с, имеющий угол наклона усилительных элементов, который составляет ноль градусов. Это обеспечивает предпочтительную и имеющую важное значение защиту для, по меньшей мере, части усилительного слоя 105с, имеющего угол наклона усилительных элементов, который составляет ноль градусов.
Третий слой 105d брекера предпочтительно закрывает усилительный слой 105с, имеющий угол наклона усилительных элементов, который составляет ноль градусов, на, по меньшей мере, половине его ширины. В одном варианте осуществления третий слой 105d брекера закрывает по существу полностью усилительный слой 105с, имеющий угол наклона усилительных элементов, который составляет ноль градусов, (например, по меньшей мере, 80% усилительного слоя, имеющего угол наклона усилительных элементов, который составляет ноль градусов). Это имеет, по меньшей мере, два важных преимущества. Во-первых, усилительный слой 105с, имеющий угол наклона усилительных элементов, который составляет ноль градусов, значительно меньше подвергается повреждениям, вызываемым камнями, каменной мелочью или другими посторонними предметами, которые могут проникнуть из протектора в радиальном направлении внутрь шины и могут создать возможность проникновения окислителя (например, воды и влаги) в усилительные элементы усилительного слоя 105с, имеющий угол наклона усилительных элементов, который составляет ноль градусов. Это позволяет сохранить целостность усилительного слоя 105с, имеющий угол наклона усилительных элементов, который составляет ноль градусов, и значительно уменьшить вероятность того, что шина будет забракована во время восстановления протектора из-за подвергшихся коррозии, усилительных элементов. Во-вторых, восстановление протектора шины может быть выполнено легче и безопаснее. Действительно, обеспечивается возможность снятия протектора без риска разрыва и разматывания усилительного слоя 105с, имеющего угол наклона усилительных элементов, который составляет ноль градусов.
В качестве дополнения или альтернативы по отношению к усилительному слою 105с, имеющему угол наклона усилительных элементов, который составляет ноль градусов, и наложенному в радиальном направлении снаружи по отношению ко второму основному слою 105b брекера, усилительный слой, имеющий угол наклона усилительных элементов, который составляет ноль градусов (например, лента, расположенная в аксиальном направлении снаружи по отношению к брекерному конструктивному элементу, или слой, имеющий по существу такую же ширину, как основные слои брекера), может быть предусмотрен между основными слоями 105а, 105b брекера, и/или усилительный слой, имеющий угол наклона усилительных элементов, который составляет ноль градусов (например, лента, наложенная в аксиальном направлении снаружи по отношению к брекерному конструктивному элементу, или слой, имеющий по существу такую же ширину, как основные слои брекера), могут быть предусмотрены между каркасным конструктивным элементом 101 шины и основным слоем 105а брекера, самым близким к центру в радиальном направлении. В дальнейшем описан пример брекерного конструктивного элемента данного вида.
Кроме того, в данном случае вышеописанные усилительные слои, имеющие угол наклона усилительных элементов, который составляет ноль градусов, и расположенные между основными слоями брекера и/или между каркасом и основным слоем брекера, могут быть образованы посредством витков, расположенных в аксиальном направлении рядом друг с другом и образованных из обрезиненного корда или из прорезиненной ленты, содержащей армирующие корды. Что касается усилительных элементов данных слоев, то можно сослаться на выполненное выше описание кордов с большим относительным удлинением, предпочтительно включенных в усилительный слой 105с, имеющий угол наклона усилительных элементов, который составляет ноль градусов.
Как показано на фиг.5, помимо слоев 105а, 105b, 105с и 105d можно видеть разделители 105z, выполненные из резины, которые расположены между слоями на концах слоев для предотвращения возникновения трещин, вызываемого концентрацией напряжений.
Фиг.6 представляет собой схематическое изображение брекерного конструктивного элемента шины, пригодного для шин с большими хордами (например, хордами, большими или равными 365) или шин для уширенного обода. Подобные шины могут быть использованы, например, в прицепах тягачей с прицепами вместо пар более узких шин или даже на переднем мосту тягача. Кроме того, для данных шин очень важное значение имеет наличие отличных характеристик целостности и стойкости к воздействию напряжений.
Аналогично первому варианту осуществления брекерный конструктивный элемент 105 содержит первый основной слой 105а брекера и второй основной слой 105b брекера, расположенный в радиальном направлении снаружи по отношению к первому основному слою 105а брекера. Признаки слоев 105а и 105b и армирующих кордов, включенных в них, такие же, как в первом варианте осуществления, и, таким образом, их подробное описание не будет повторено. Второй основной слой 105b брекера предпочтительно проходит в аксиальном направлении за конец первого основного слоя 105а брекера.
Брекерный конструктивный элемент 105 также может содержать третий слой 105d брекера, наложенный в качестве того слоя брекерного конструктивного элемента 105, который является самым наружным в радиальном направлении. Признаки слоя 105d и армирующих кордов, включенных в него, такие же, как в первом варианте осуществления, и, таким образом, их подробное описание не будет повторено.
Дополнительный основной слой 105е брекера может быть предусмотрен в радиальном направлении снаружи по отношению ко второму основному слою 105b брекера. Дополнительный основной слой 105е брекера предпочтительно имеет признаки, аналогичные признакам основных слоев 105а и 105b брекера.
Брекерный конструктивный элемент 105 шины согласно второму варианту осуществления предпочтительно также содержит усилительный слой 105с, имеющий угол наклона усилительных элементов, который составляет ноль градусов, и наложенный в радиальном направлении внутри по отношению к первому основному слою 105а брекера. Подобный слой 105с может иметь по существу такую же ширину, как основные слои брекера. Тем не менее, подобный слой 105с предпочтительно образован лентами ограниченной ширины, расположенными по существу рядом с концами брекерных конструктивных элементов 105 в аксиальном направлении. За исключением другого местоположения усилительный слой 105с по данному варианту осуществления, имеющий угол наклона усилительных элементов, который составляет ноль градусов, имеет признаки, аналогичные признакам усилительного слоя 105с, имеющего угол наклона усилительных элементов, который составляет ноль градусов, и описанного со ссылкой на фиг.1 и 5. Разделители 105z, образованные из резины и расположенные на концах слоев между слоями, предпочтительно могут быть предусмотрены для предотвращения возникновения трещин, вызываемого концентрацией напряжений.
На фиг.7 схематически представлен брекерный конструктивный элемент шины с большими хордами или шины для уширенного обода, в частности предназначенной для колес прицепов. Показаны первый основной слой 105а брекера, второй основной слой 105b брекера, расположенный в радиальном направлении снаружи по отношению к первому основному слою 105а брекера и проходящий за первый основной слой 105а брекера в аксиальном направлении, третий основной слой 105е брекера, расположенный в радиальном направлении снаружи по отношению ко второму основному слою 105b брекера и заканчивающийся раньше, чем второй основной слой 105b брекера, в аксиальном направлении, и дополнительный слой 105d брекера, расположенный в радиальном направлении снаружи по отношению к третьему основному слою 105е брекера. В брекерном конструктивном элементе шины имеются два слоя 105с, имеющие угол наклона усилительных элементов, который составляет ноль градусов.
Как показано на фиг.7, помимо слоев 105а, 105b, 105с, 105d и 105е можно видеть разделители 105z, выполненные из резины, которые расположены между слоями на концах слоев для предотвращения возникновения трещин, вызываемого концентрацией напряжений.
В дальнейшем будут представлены некоторые полученные Заявителем результаты моделирования на моделях шин и результаты испытаний, выполненных с шинами, изготовленными в соответствии с настоящим изобретением, в сравнении с контрольными шинами.
ПРИМЕРЫ
Пример 1 - Моделирование сопротивления качению
С помощью сопоставительного моделирования, выполненного посредством анализа методом конечных элементов (МКЭ), Заявитель смог оценить то, каким образом уменьшение сопротивления качению может быть достигнуто за счет уменьшения величины соотношения между общей площадью поперечного сечения и глубиной окружной канавки в радиальном направлении.
Для этого было выполнено моделирование на модели шины для транспортных средств большой грузоподъемности, имеющей размер 385/65 R22,5, имеющей протектор, выполненный с четырьмя окружными канавками, расположенными симметрично относительно экваториальной плоскости.
Было выполнено моделирование четырех шин для оценки изменений сопротивления качению, связанных с изменением геометрических характеристик двух окружных канавок, внутренних в аксиальном направлении.
2
Было выполнено моделирование контрольной шины (RIF) с учетом двух внутренних окружных канавок, имеющих для простоты прямоугольную форму, имеющих глубину D=15,5 мм, ширину, равную 10 мм, площадь поперечного сечения А=155 мм, числовое значение соотношения между общей площадью поперечного сечения и глубиной окружной канавки в радиальном направлении A/D=10.
2
Первую используемую в качестве образца шину (Р1) шины моделировали с двумя окружными канавками, внутренними в аксиальном направлении и имеющими прямоугольную форму, имеющими глубину D=15,5 мм, ширину, равную 6 мм, площадь поперечного сечения А=93 мм, числовое значение соотношения между общей площадью поперечного сечения и глубиной окружной канавки в радиальном направлении A/D=6.
2
Вторую используемую в качестве образца шину (Р2) моделировали с двумя окружными канавками, внутренними в аксиальном направлении и имеющими Y-образную геометрию, глубину D=15,5 мм, максимальную ширину на поверхности протектора, равную 6 мм, ширину в части, внутренней в радиальном направлении, равную 2 мм, площадь поперечного сечения А=51 мм, числовое значение соотношения между общей площадью поперечного сечения и глубиной окружной канавки в радиальном направлении A/D=3,3.
2
Третью используемую в качества образца шину (Р3) моделировали с двумя окружными канавками, внутренними в аксиальном направлении и имеющими прямоугольную форму, имеющими глубину D=15,5 мм, ширину, равную 2 мм, площадь поперечного сечения А=31 мм, числовое значение соотношения между общей площадью поперечного сечения и глубиной окружной канавки в радиальном направлении A/D=2.
Расчеты коэффициентов RR сопротивления качению, полученных в результате моделирования и относительно коэффициента сопротивления качению в случае контрольной шины, принятого равным 100, дали следующие результаты, представленные в таблице:
ШИНА
ОТНОШЕНИЕ A/D
СОПРОТИВЛЕНИЕ КАЧЕНИЮ RR (%)
RIF
10
100
Р1
6
95
Р2
3,3
89
Р3
2
87
Моделирование позволило оценить уменьшение сопротивления качению, составляющее соответственно 5%, 11% и 13%, поскольку величина соотношения между общей площадью поперечного сечения и глубиной окружной канавки в радиальном направлении «переходит» от числового значения 10 в случае контрольной шины к значениям 6, 3,3 и 2 соответственно для трех образцов.
Пример 2 - Испытание на шинах - сопротивление качению
Были выполнены испытания для определения сопротивления качению. Заявитель определил сопротивление качению для двух шин, обозначенных соответственно (RIF) и (INV), посредством испытания в соответствии со стандартом ISO 28580:2009.
Две шины 385/65 R22,5 были выполнены с четырьмя окружными канавками, расположенными симметрично относительно экваториальной плоскости.
В обеих шинах две первые канавки (наружные в аксиальном направлении), которые были одинаковыми, были образованы с геометрией с наклонными стенками, расходящимися по направлению к поверхности протектора, криволинейным дном, максимальной шириной в аксиальном направлении у наружного края канавки, равной 11,5 мм, и глубиной, равной 13,5 мм.
2
В шине (INV) в соответствии с изобретением две вторые канавки (внутренние в аксиальном направлении) были образованы с геометрией, показанной на фиг.3а, и имели максимальную ширину Wmax части, наружной в радиальном направлении, которая совпадает с шириной Ws краевой зоны канавки и равна 3,2 мм, глубину части, наружной в радиальном направлении, которая равна 3,7 мм, ширину поперечного сечения части, внутренней в радиальном направлении, которая равна 1,1 мм, глубину D канавки, равную 13,4 мм, площадь А поперечного сечения канавки, равную 18 мм, и числовое значение A/D, равное 1,3, при наличии части, внутренней в радиальном направлении.
2
Контрольная шина (RIF) была выполнена с двумя вторыми канавками (внутренними в аксиальном направлении), образованными как одинаковые и имеющими геометрию с наклонными стенками, расходящимися по направлению к поверхности протектора, и криволинейным дном. Максимальная ширина в зоне наружного края канавки была равна 12,04 мм, глубина D была равна 12 мм, площадь А поперечного сечения была равна 120,9 мм и отношение А/D было равно 10,1.
Если принять сопротивление контрольной шины (RIF) качению равным 100, то сопротивление качению, определенное для шины (INV) в соответствии с изобретением, составляло 92 при предпочтительном уменьшении, составляющем 8%.
Настоящее изобретение было описано со ссылкой на некоторые варианты его осуществления. Множество модификаций могут быть выполнены в вариантах осуществления, описанных подробно, при этом они по-прежнему остаются в пределах объема защиты изобретения, определяемого нижеприведенной формулой изобретения.