СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ ПОТЕРЕ ДАВЛЕНИЯ ПНЕВМАТИЧЕСКОЙ ШИНЫ
METHOD TO DETERMINE TIRE PRESSURE LOSS RESISTANCE

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к пневматическим шинам и, в частности, к способу определения сопротивления потере давления пневматической шины вследствие перфорации.
Предшествующий уровень техники
В процессе перфорации стенки пневматической шины перфорирующим предметом, таким как винт, гвоздь, прокалывающий объект, воздух, накачанный в пневматическую шину, может выйти через отверстие и последующая потеря давления может привести к уплощению шины и остановке автомобиля.
Время между проколом и уплощением пневматической шины существенно отличается и зависит, в частности, от размера прокалывающего предмета, а также продолжения движения с перфорирующим предметом в стенке пневматической шины или остановки. Это движение приводит к относительным перемещениям между перфорирующим предметом и стенкой, что часто увеличивает прокол и ускоряет утечку воздуха.
Для решения этой проблемы проколов, которая восходит даже к началу использования дорожных колес с накачанными шинами, обычным решением является остановка и замена спущенного колеса на запасное колесо.
Существуют другие решения, имеющиеся на рынке, для исключения использования запасного колеса.
В документе US 5916931 предложен аэрозольный баллон, содержащий водную эмульсию латекса в смеси с различными веществами, в том числе волокнистые продукты и газ под давлением. В случае уплощения пневматической шины этот баллон выполнен с возможностью крепления на вентиле пневматической шины для направления во внутреннюю полость пневматической шины газа под давлением и эмульсии для закупорки и восстановления работоспособности. Пневматическая шина далее накачивается по меньшей мере частично эмульсия закупоривает перфорацию и можно возобновить движение, вначале с уменьшенной скоростью для хорошего распределения эмульсии по всей внутренней поверхности пневматической шины, затем с обычной.
Существуют также ремонтные комплекты, предлагаемые некоторыми конструкторами автомобилей для замещения запасного колеса. Это позволяет уменьшить вес автомобиля и, следовательно, потребление топлива и освободить пространство под полом багажника.
Ремонтный комплект содержит компрессор, емкость с герметизирующим веществом, электрический соединительный кабель и воздушный шланг. Емкость с веществом крепится на компрессоре, воздушный шланг навинчивается на емкость и на ниппель пневматической шины, а электрический кабель подключается к прикуривателю автомобиля, остается только перевести выключатель компрессора в положение «вкл» при включенном двигателе, чтобы не разряжать аккумулятор.
Герметизирующее вещество переливается в пневматическую шину примерно 30 секунд, в течение которых давление в воздушном шланге поднимается примерно до 6 бар. Затем воздух накачивается в пневматическую шину и давление накачки теоретически будет достигнуто за 10 мин. При достижении давления остается только выключить компрессор и отсоединить ремонтный комплект.
Как только пневматическая шина накачана, следует быстро сесть за руль, проехать 10 км и проверить давление в пневматической шине с помощью компрессора и воздушного шланга, чтобы довести его до требуемого уровня.
После починки проколотой пневматической шины не следует превышать скорость выше 80 км/ч и контролировать или быстро сменить пневматическую шину. Ремонтный комплект пневматических шин является лишь средством для временной починки.
Производителями пневматических шин также были предложены пневматические шины, снабженные на их внутренней поверхности или в их структуре слоем эластичных веществ, вязких или пастообразных, называемых «самозатягивающимися веществами», обеспечивающими закупорку перфораций. Документ WO 2008/080556 А1 представляет пример такой пневматической шины. Эти пневматические шины, как таковые, не являются непрокалываемыми, но проколы обычно закрываются или закупориваются самозатягивающимся веществом.
Изготовители вышеуказанных средств отмечают высокую эффективность закупорки перфораций благодаря указанным средствам, в частности, при перфорации и немедленном удалении перфорирующего объекта. Однако в обычных условиях движения не существует никакого способа проверки, и поэтому очень трудно узнать реальную эффективность этих различных решений и сравнить их между собой.
Задачей изобретения является разработка эффективного способа определения сопротивления пневматической шины.
Раскрытие изобретения
Задача решается способом определения сопротивления пневматической шины потере давления вследствие перфорации, отличающимся тем, что он включает следующие этапы:
- создание в стенке пневматической камеры нескольких перфораций путем введения через стенку нескольких перфорирующих предметов;
- осуществление движения пневматической шины, содержащей перфорирующие предметы, на заданное расстояние с регулируемым давлением накачки;
- остановка движения; и
определение для каждой перфорации индекса сопротивления потере давления, основанного на расчете расхода утечки через перфорацию.
Преимуществом этого способа определения является высокая избирательность при движении, осуществляемом при наличии в шине нескольких перфорирующих предметов. Это движение приводит к относительным перемещениям перфорирующих предметов и стенки пневматической шины, которые могут расширить перфорации и сделать значительно более затруднительным их закупорку или сохранение закупорки. Использование нескольких перфорирующих предметов различных типов и диаметров, соединенное с движением при регулируемом давлении, позволяет на единственной пневматической шине получить многочисленные результаты сопротивления при перфорации и, таким образом, ограничить многочисленные исследования. Предпочтительно регулировать давление накачки исследуемой пневматической шины для того, чтобы компенсировать возможные утечки, которые могут появиться при движении, особенно в случае выпадения перфорирующего предмета. Это позволяет изучить характеристики перфораций, связанных с другими перфорирующими предметами, находящимися в пневматической шине.
Этот способ тестирования является особенно полезным для пневматических шин, содержащих самозатягивающееся вещество, например слой самозатягивающегося вещества, расположенный на их внутренней стенке или в стенке.
Когда пневматическая шина не содержит самозатягивающегося вещества, при остановке движения и перед определением индекса сопротивления потере давления во внутреннюю полость пневматической шины нагнетают самозатягивающееся вещество.
Этот способ исследования позволяет, таким образом, определить в реальных условиях все решения по замене запасного колеса в случае перфорации и, в частности, использование противопрокольных аэрозольных баллонов и ремонтных комплектов. Разумеется, размещение затягивающего вещества внутри полости пневматической шины осуществляется в процессе операционного метода, предназначенного для каждого решения по исследуемому затягиванию.
p
В соответствии с особым вариантом воплощения, когда перфорирующий предмет остается в шине в процессе движения, определяют индекс сопротивления потере давления с перфорирующим объектом (I), основанный на оценке расхода утечки.
E
Когда перфорирующий предмет выбрасывается в процессе движения, можно определить индекс сопротивления потере давления после выброса перфорирующего предмета (I), основанный на оценке расхода утечки.
p
E
Констатируют, что эти два индекса Iи Iявляются комплементарными.
Альтернативно, способ определения по изобретению может включать, после остановки движения, следующие дополнительные этапы:
- удаление из каждой перфорации в шине перфорирующего предмета, являющегося источником перфорации; и
E
- определение для каждой перфорации, из которой перфорирующий предмет был выброшен в процессе движения или удален по окончании движения, индекса сопротивления потере давления (I), основанного на оценке расхода утечки.
10
Предпочтительно, способ определения включает дополнительный этап повторного определения индекса сопротивления потере давления (I), основанного на оценке расхода утечки по истечении заданного времени, порядка от 5 до 20 мин, для каждой перфорации, перфорирующий предмет которой был выброшен в процессе движения или удален по окончании движения.
M
Далее, предпочтительно, можно подсчитать индекс сопротивления средней потере давления (I) для совокупности перфораций.
p
E
10
M
Полученные, таким образом, три индекса I, I и I, а также средний индекс I позволяют весьма избирательно охарактеризовать сопротивление потере давления, следующего за перфорацией пневматической шины, будь эта шина снабжена самозатягивающимся веществом или нет.
Способ может, предпочтительно, включать после удаления всех перфорирующих предметов после остановки движения и определения одного или нескольких индексов сопротивления потере давления следующий дополнительный этап:
- обеспечение движения накачанной пневматической шины без перфорирующего предмета в шине; и
- определение для каждой перфорации индекса сопротивления потере давления в шине, основанного на оценке расхода утечки.
Дополнительное движение без перфорирующего предмета может осуществляться на расстояние от 100 до 500 км.
Этот дополнительный этап движения позволяет оценить поведение во времени закупорки, осуществленной исследуемым устройством закупорки/ремонта.
Предпочтительно, расстояние движения накачанной пневматической шины, содержащей в стенке перфорирующий предмет, превышает 200 км и более предпочтительно превышает 500 км.
Движение пневматической шины может быть осуществлено на шкиве.
Шкив имеет, предпочтительно, развертку, превышающую 16 м.
Предпочтительно, пневматическая шина накачана перед установкой в ее стенку перфорирующих предметов.
Это облегчает установку перфорирующих предметов.
В процессе движения давление накачки пневматической шины, предпочтительно, регулируется и, более предпочтительно, регулируется от 1,8 до 3 бар.
Предпочтительно, скорость движения превышает 90 км/ч и, более предпочтительно, составляет от 90 до 160 км/ч.
Предпочтительным образом, скорость движения изменяют ступенчато с увеличивающимися скоростями.
Эти ступени увеличивающихся скоростей позволяют ускорить тестирование и увеличить его избирательность.
Предпочтительно, несколько перфорирующих предметов включают винты и гвозди различных диаметров.
Диаметр перфорирующих предметов, предпочтительно, составляет от 1 до 5 мм.
Предпочтительно, количество перфорирующих предметов составляет от 3 до 30 перфорирующих предметов, предпочтительно, от 8 до 20.
Перфорирующие предметы могут быть установлены в вершине пневматической шины через наружную поверхность канавок рисунка пневматической шины.
Они могут быть также вставлены в части рисунка пневматической шины.
Предпочтительно, используют поверхностно-активное вещество для визуализации и квалифицированного уточнения расхода утечки каждой перфорации.
Можно использовать следующую расчетную таблицу для оценки расхода утечки перфорации:
- 100: не видно никаких пузырьков, отсутствие утечки;
- 80: наноутечки, очень маленькие пузырьки диаметром, меньшим 0,1 мм, видимые только через лупу;
- 60: микроутечки, маленькие пузырьки, видимые невооруженным глазом, диаметром, составляющим от 0,1 до 1 мм;
- 0: утечка, расширяющиеся пузырьки диаметром, превышающим 1 мм, либо отсутствие пузырьков вследствие весьма значительной утечки воздуха.
Предпочтительно также определить общий индекс, совмещая обозначения каждого перфорирующего предмета с весовым коэффициентом на кривой частоты появления рассматриваемых предметов.
Это позволяет располагать единым соответствующим индексом для определения сопротивления перфорации данной пневматической шины в условиях приданого ей движения.
Можно, например, обратиться к кривой распределения диаметров гвоздей, используемых в данной стране.
Описание чертежей
В дальнейшем изобретение поясняется нижеследующим описанием, не являющимся ограничительным, со ссылками на сопровождающие чертежи, на которых:
- фиг. 1 изображает несколько перфорирующих предметов;
- фиг. 2 представляет кривую накопленной частоты распределения диаметров гвоздей, используемых в Китае и Соединенных Штатах;
- фиг. 3 изображает частичный вид сверху вершины пневматической шины, содержащей три перфорации;
- фиг. 4 изображает случай перфорации с нулевым расходом утечки,
- фиг. 5(а) и (b) изображают случаи перфорации с очень слабым расходом утечки;
- фиг. 6 изображает случаи перфорации со слабым расходом утечки;
- фиг. 7(а) и (b) изображают случаи перфорации с быстрой утечкой; и
- фиг. 8 изображает результат теста сопротивления перфорации.
Подробное описание изобретения
Тестируют пневматическую шину 1 размером 205/55 R 16 Michelin Energy 3, снабженную слоем самозатягивающегося вещества такого, какое представлено в упомянутой заявке WO 2008/080556 A1.
Фиг. 1 представляет несколько примеров перфорирующих предметов, часто используемых для метода тестирования. Речь идет о гвозде 21 диаметром 3 мм, гвозде 22 диаметром 4 мм и гвозде 23 диаметром 5 мм, а также винтах 25 диаметром 3,5 мм.
Диаметры этих перфорирующих предметов являются реальными диаметрами перфорирующих предметов, встречаемых в реальных дорожных условиях. Фиг.2 представляет накопленную частоту распределения гвоздей, встречаемых на дорогах Китая и Соединенных Штатов. Констатируется, что совокупность гвоздей диаметром, меньшим или равным 5 мм соответствует 90% встречаемых предметов.
После монтажа пневматической шины на соответствующее колесо и накачки до 2,5 баров жестко закрепляют пневматическую шину и колесо на не изображенном средстве вращения и вставляют в вершину 3 пневматической шины 1 несколько перфорирующих предметов.
На фиг. 3 представлен частичный вид сверху вершины 3 пневматической шины 1. Скульптура пневматической шины содержит две продольные канавки - внутреннюю 7 и наружную 9, а также верхнее плечо 5 с системой боковых канавок 11. Внутренняя и наружная - относятся к стороне пневматической шины, предназначенной для монтажа в сторону внутренней части автомобиля или кнаружи автомобиля, так как эта пневматическая шина является асимметричной. На фиг. 3 изображены три перфорации гвоздями 21, расположенными во внутренней продольной канавке 7, внешней 9 и в боковой канавке 11 верхнего плеча 5.
В узле вершины вставлены три гвоздя 31 диаметром 3 мм и длиной, составляющей от 45 до 60 мм, три гвоздя 22 диаметром 4 мм и подобной длиной и три гвоздя 23 диаметром 5 мм подобной длины, а также три винта 25 диаметром 3,5 мм и длиной, составляющей от 35 до 50 мм. Перфорирующие предметы равномерно распределены по окружности вершины. Гвоздь 21, размещенный в канавке 11, находится на расстоянии, составляющем от 20 до 30 мм от наружной продольной канавки 9.
Можно также проткнуть вершину пневматической шины через рисунок скульптуры, но это требует больших усилий для проникновения. Это также изменяет условия выброса перфорирующих предметов в процессе движения.
Далее устанавливают узел накачанной пневматической шины и колеса на ступице шкива диаметром, превышающим 16 м, для приближения к условиям движения по плоской поверхности.
Условия движения являются следующими: давление накачки регулируют, например, до 2,5 бар, прикладываемая нагрузка составляет порядка 90% от нагрузочной способности пневматической шины, температура в оболочке шкива составляет примерно 20°С, и движение является прямолинейным движением без приложения вращающего момента, развала колес и сноса.
Пневматическую шину вращают в этих условиях со ступенями скорости в 10 км/ч от 100 до 150 км/ч, при этом каждая ступень длится 1 ч. Полный тест составляет, таким образом, 6 ч и составляет 750 км.
В процессе движения примерно 70% гвоздей в 5 мм диаметром выбрасывается и примерно 30% гвоздей в 4 мм диаметром также выбрасываются. Гвозди диаметром 3 мм обычно остаются в вершине пневматической шины. Винты, тем более, не выбрасываются в процессе движения, так как винтовая резьба требует больше усилий для его удаления.
Следует отметить, что в случае некоторых типов или размеров пневматических шин гвозди диаметром 3 мм также могут выбрасываться.
После движения выдерживается фаза охлаждения минимум 4 ч.
Результатом теста является качественное наблюдение утечек каждой перфорации перед удалением (если перфорирующий предмет находился постоянно при движении), после удаления и примерно через 10 мин после удаления.
Утечки оценивались с помощью поверхностно-активного вещества, например, аэрозольного баллона марки «1000 пузырьков». Продукт был нанесен на перфорацию, и наблюдатель отмечал наличие, размер и количество пузырьков с помощью лупы и при сильном освещении.
Фиг. 4-7 изображают различные случаи наблюдения перфорирующих предметов, размещенных в шине (фиг. 4, 5(а), 6 и 7(а)), и после его извлечения или выброса (фиг. 5(b), 7(b)).
На фиг. 4 виден гвоздь 21 в перфорации 41, расположенной в канавке 9 пневматической шины. Не видно никаких пузырьков, утечка отсутствует, перфорация обозначается цифрой 10 или 100%.
На фиг. 5(а) изображен перфорирующий предмет 21 в перфорации 51, расположенной в продольной канавке 9 пневматической шины. Использование поверхностно-активного вещества позволяет визуализировать большое количество весьма маленьких пузырьков 51 диаметром, меньшим 0,1 мм и видимых только в лупу. Речь идет об очень слабой утечке, обозначаемой цифрой 8 или 80%.
На фиг. 5(b) изображена перфорация 52, произведенная перфорирующим предметом, который был удален или выброшен. Перфорация 52 также расположена во внешней продольной канавке 9 пневматической шины. Использование поверхностно-активного вещества также позволяет визуализировать большое количество весьма маленьких пузырьков 51 диаметром, меньшим 0,1 мм и видимых только в лупу. Обозначают утечку той же цифрой 8 или 80%.
На фиг. 6 изображен перфорирующий предмет 21, расположенный в перфорации 61 во внешней продольной канавке 9 пневматической шины. В данном случае использование поверхностно-активного вещества позволяет визуализировать совокупность маленьких пузырьков 63 диаметром, составляющим от 0,1 до 1 мм. Речь идет о слабой утечке, обозначаемой цифрой 6 или 60%.
На фиг. 7(а) изображен перфорирующий предмет 21, находящийся в перфорации 71, расположенной опять же в продольной канавке пневматической шины. Использование поверхностно-активного вещества позволяет визуализировать один большой пузырек 73 диаметром, превышающим 1 мм. Речь идет о наличии утечки, обозначаемой цифрой 0 или 0%.
На фиг. 7(b) изображена перфорация 72 в продольной канавке пневматической шины, перфорирующий предмет из которой был выброшен при движении или удален после остановки. Здесь также виден только один большой пузырек 73 диаметром, превышающим 1 мм. Речь идет о наличии утечки, обозначаемой цифрой 0 или 0%.
В нижеследующих таблицах представлены результаты теста.
Таблица 1
Перед движением
Гвоздь ∅ 5 мм
Гвоздь ∅ 4 мм
Гвоздь ∅ 3 мм
Винт ∅ 3,5 мм
Положение
SLI
SLE
ST
SLI
SLE
ST
SLI
SLE
ST
SLI
SLE
ST
Оценка
10
10
10
10
10
10
10
10
10
0
0
0
SLI
Канавка продольная внутренняя
SLE
Канавка продольная внешняя
ST
Канавка поперечная
Вышеприведенная таблица 1 представляет результаты исследования при размещении перфорирующих предметов в вершине пневматической шины. Были извлечены 12 перфорирующих предметов четырех различных типов и каждый тип в трех обозначенных положениях.
Отмечается, что введение винта 25 вызывает немедленное появление утечки. Однако она исчезает в процессе движения пневматической шины.
Таблица 2
Индекс I<sub>P</sub>
После движения перфорирующий предмет остается в пневматической шине
Гвоздь ∅ 5 мм
Гвоздь ∅ 4 мм
Гвоздь ∅ 3 мм
Винт ∅ 3,5 мм
Положение
SLI
SLE
ST
SLI
SLE
ST
SLI
SLE
ST
SLI
SLE
ST
Оценка
х
х
х
10
10
10
10
10
10
10
10
10
Таблица 3
Расчетная таблица обозначений
10
Отсутствие утечки
8
Очень слабая утечка
6
Слабая утечка
0
Утечка
х
Выброшенный предмет
P
В таблице 2 представлены результаты, полученные для перфорирующих предметов, которые остались на месте в вершине пневматической шины. Как указывалось выше, гвозди диаметром 5 мм были выброшены, но в перфорациях с предметами, остающимися в шинах, не было утечек. Индексы I для всех перфораций с предметами, остающимися в шинах, равны 10.
Таблица 4
Индексы I<sub>E </sub>-I<sub>10</sub>
После движения перфорирующие предметы выпали или удалены
Гвозди ∅ 5 мм
Гвозди ∅ 4 мм
Гвозди ∅ 3 мм
Винты ∅ 3,5 мм
Положение
SLI
SLE
ST
SLI
SLE
ST
SLI
SLE
ST
SLI
SLE
ST
Время
t0
t10
t0
T10
t0
t10
t0
t10
t0
t10
to
t10
t0
t10
t0
t10
to
t10
t0
t10
t0
t10
t0
t10
Выброшены
8
10
8
0
10
10
Удалены
10
10
8
10
10
10
8
10
8
10
10
10
8
10
8
8
8
8
В таблице 4 представлены результаты, полученные после движения и после извлечения всех перфорирующих предметов, еще находящихся в шине. Отмечается, что показаны два значения: первое - t0, непосредственно после извлечения, и t10 - через 10 мин после извлечения.
Можно отметить наибольший разброс полученных результатов для предметов большего диаметра, и что результаты являются лучшими 10 мин спустя после извлечения, чем непосредственно после него.
10
Фиг. 8 представляет графическую визуализацию I полученных результатов, полученных при t10, в зависимости от природы перфорирующих предметов.
Никакой утечки не наблюдалось для гвоздей диаметром 3 и 4 мм и винтов, оставшихся в пневматической шине, но имеет место деградация в 67% для гвоздей диаметром 5 мм и в 87% для винтов после их извлечения.
10
Можно также подсчитать степень заполнения, уравновешивая индексы I распределением диаметров рассматриваемых гвоздей (см. фиг. 2). В описанном случае это приводит к общей величине в 94%, что является прекрасным результатом. Та же пневматическая шина подвергалась дополнительному пробегу после определения индексов сопротивления потере давления после выброса или удаления перфорирующих предметов для всех перфораций. По окончании этого дополнительного движения констатировалось, что все индексы составляли от 10 до 100% при отсутствии утечек.
Описанное выше сводное обобщение представляется не единственным. Возможны другие сводные обобщения, комбинируя, например, сведения о гвоздях и сведения о винтах при некотором уравновешивании. Очевидно, что замечания о различных этапах теста также могут быть использованы по отдельности (например, замечание о гвоздях или винтах до извлечения и после извлечения).
Описанный тест касался пневматической шины, снабженной в процессе изготовления слоем самозатягивающегося вещества. Как уже было указано, описанный тест позволяет также испытывать другие технические решения, такие как противопрокольные аэрозольные баллоны и ремонтные комплекты.
Испытания были проведены с этими другими решениями. Констатируется, что характеристики закупорки составляют практически 100% для всех решений в процессе прокола при немедленном удалении перфорирующего предмета. Напротив, в процессе движения с перфорирующим предметом в шине после 200-300 км пробега характеристики противопрокольных баллонов становятся нулевыми, продукт выходит через перфорации. Что касается ремкомплектов, то их характеристики лучше, но также значительно ухудшаются с увеличением пробега с перфорирующим предметом в шине.
Преимуществом описанного теста является его высокая селективность, основанная на анализе расходов утечки каждой перфорации, а не на потере давления, что позволяет получить многочисленные результаты на единственной пневматической шине.