ШИНА ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА, СОДЕРЖАЩАЯ УПРОЧНЯЮЩУЮ КОНСТРУКЦИЮ
VEHICLE TIRE COMPRISING REINFORCEMENT STRUCTURE

Настоящее изобретение относится к шине для сельскохозяйственного транспортного средства, такого как сельскохозяйственный трактор или агропромышленное транспортное средство, в частности к усилению для ее короны.
Габаритные размеры и условия использования (нагрузка, скорость, давление) шины для сельскохозяйственного транспортного средства определены в таких стандартах, как например, стандарт Европейской технической организации по ободам и покрышкам. Например, шина радиального типа для ведущего колеса сельскохозяйственного трактора предназначена для установки на ободе, диаметр которого обычно равен от 16 до 46 дюймов, или даже 54 дюймам. Она предназначена для работы на сельскохозяйственном тракторе, мощность которого составляет от 50 л.с. и до более чем 250 л.с. (до 550 л.с.) и который может перемещаться со скоростью до 65 км/ч. Для шины такого типа минимально давление в шине, соответствующее указанной допустимой нагрузке, обычно составляет не более 400кПа, но может уменьшаться до 240 кПа для шин повышенной гибкости (шины типа «Improved Flexion» (IF)) или даже до 160 кПа для шин очень высокой гибкости (шины типа «Very high Flexion»).
Как и любая шина, шина для сельскохозяйственного транспортного средства предназначена для вхождения в контакт с почвой посредством поверхности протектора, два аксиальных конца которого соединены двумя боковинами с двумя бортами, которые обеспечивают механическое соединение между шиной и ободом, для установки на который она предназначена.
В последующем тексте под круговым, аксиальным и радиальным направлением понимается, соответственно, направление, тангенциальное поверхности протектора и ориентированное в направлении вращения шины, направление, параллельное оси вращения шины и направление, перпендикулярное оси вращения шины.
Радиальная шина сельскохозяйственного транспортного средства содержит усиление, состоящее из усиления короны радиально на протекторе, и каркасного усиления радиально на внутренней стороне средства усиления короны.
Протектор шины сельскохозяйственного транспортного средства обычно содержит множество выступающих элементов, известных как блоки протектора, проходящих радиально наружу от несущей поверхности до окончания поверхности протектора, и обычно отделенных друг от друга выемками или канавками. Эти блоки протектора обычно представляют собой выступы в форме вытянутого параллелепипеда, имеющие по меньшей мере один прямолинейный или криволинейный участок.
Каркасное усиление радиальной шины для сельскохозяйственного транспортного средства содержит по меньшей мере один каркасный слой, соединяющий два борта друг с другом. Каркасный слой содержит усиливающие элементы, покрытые полимерным материалом, включающим эластомер, полученный путем смешивания, или эластомерный состав. Усиливающие элементы каркасного слоя по существу параллельны друг другу и образуют с круговым направлением угол, составляющий от 85° до 95°.
Усиление короны радиальной шины для сельскохозяйственного транспортного средства содержит наложенные друг на друга проходящие в круговом направлении слои короны, радиально на внешней части каркасного усиления. Каждый слой короны состоит из параллельных друг другу усиливающих элементов, покрытых эластомерным составом. Если усиливающие элементы слоя короны образуют с круговым направлением угол, равный не более 10°, они называются круговыми или по существу круговыми и имеют скрепляющую функцию, ограничивающую деформацию шины. Если усиливающие элементы слоя короны образуют с круговым направлением угол, равный по меньшей мере 10° и составляющий обычно не более 40°, они называются угловыми усиливающими элементами и предназначены для восприятия воздействующих на шину поперечных нагрузок, параллельных осевому направлению. Усиливающие элементы слоя короны могут состоять из текстильных полимерных материалов, таких как полиэстер, например, полиэтилентерефталат (ПЭТ), алифатический полиамид, например, нейлон, ароматический полиамид, например, арамид, или искусственного волокна, или могут состоять из металлических материалов, таких как сталь.
Шина для сельскохозяйственного транспортного средства предназначена для качения по земле разного типа, такой как более или менее плотная почва полей, грунтовые дороги, ведущие к полям, и асфальтированные поверхности автомобильных дорог. Принимая во внимание разнообразие применения - в полях и на автомобильных дорогах, шина сельскохозяйственного транспортного средства должна обладать свойствами, обеспечивающими надлежащее сочетание тяги в поле на рыхлом грунте, устойчивости к разрушению, устойчивости к износу на автомобильной дороге, сопротивления качению и комфорта в отношении вибрации на автомобильной дороге, при этом данный список не является исчерпывающим.
Одна из существенных проблем, возникающих при использовании шины в рассматриваемой области, состоит в ограничении, насколько это возможно, степени уплотнения почвы шиной, поскольку это может ухудшать рост растений. По этой причине в области сельского хозяйства, были разработаны шины низкого давления и, следовательно, высокой гибкости. Стандарт Европейской технической организации по ободам и покрышкам проводит различие между шинами повышенной гибкости, имеющими минимальное рекомендованное внутреннее давление, равное обычно 240 кПа, и шинами очень высокой гибкости, имеющими минимальное рекомендованное внутреннее давление, равное обычно 160 кПа. В соответствии с этим стандартом, по сравнению со стандартной шиной, шина повышенной гибкости имеет несущую способность на 20% выше, а шина очень высокой гибкости имеет несущую способность на 40% выше, при внутреннем давлении, равном 160 кПа.
Однако применение шин низкого давления имеет негативное влияние на управляемость в поле. Таким образом, уменьшение внутреннего давления привело к уменьшению в поперечной и угловой жесткости шины, уменьшив, тем самым, поперечную тягу шины и, как следствие, приводя к ухудшению управляемости при поперечных нагрузках. Одним из решений для восстановления корректной поперечной тяги стало увеличение жесткости усиления короны шины в поперечном направлении путем замены слоев короны, имеющих текстильные усиливающие элементы, слоями короны, имеющими металлические усиливающие элементы. Таким образом, например, усиление короны, содержащее шесть слоев короны с текстильными усиливающими элементами из искусственного волокна, было заменено на усиление короны, содержащее два слоя короны с металлическими усиливающими элементами, изготовленными из стали. В документе EP 2934917 описана шина повышенной гибкости, имеющая усиление короны, содержащее по меньшей мере два слоя короны, содержащих металлические усиливающие элементы, скомбинированное с каркасным усилением, содержащим по меньшей мере два каркасных слоя, имеющих текстильные усиливающие элементы.
Однако применение слоев короны, имеющих металлические усиливающие элементы, в шине для сельскохозяйственного транспортного средства, может привести к уменьшению срока службы короны шины в результате преждевременного разрушения металлических усиливающих элементов.
Техническая проблема, поставленная авторами изобретения, состоит в увеличении срока службы усиления короны с металлическими усиливающими элементами до уровня, по меньшей мере равного уровню срока службы усиления короны с текстильными усиливающими элементами, в частности для шины сельскохозяйственного транспортного средства, работающей при низком давлении, такой как шина повышенной гибкости или шина очень высокой гибкости.
Указанная техническая проблема решена, согласно изобретению, посредством шины для сельскохозяйственного транспортного средства, содержащей усиление короны, расположенное радиально на внутренней стороне протектора и радиально на внешней стороне каркасного усиления,
при этом усиление короны содержит по меньшей мере два слоя короны, каждый из которых содержит металлические усиливающие элементы, которые покрыты эластомерным материалом, параллельны друг другу и образуют с круговым направлением (XX’) угол А, равный по меньше мере 10°, причем
каждый металлический усиливающий элемент слоя короны имеет зависимость, называемую бимодульной зависимостью, обуславливающую  его упругие свойства при растяжении, и содержащую первый участок, имеющий первый модуль растяжения MG1, не превышающий 30 ГПа, и второй участок, имеющий второй модуль растяжения MG2, по меньшей мере в 2 раза превышающий первый модуль растяжения MG1, при этом указанная зависимость, обуславливающая  упругие свойства при растяжении, определена для металлического усиливающего элемента, покрытого эластомерным составом, имеющим модуль упругости MA10 при растяжении при удлинении на 10%, равный по меньшей мере 5МПа и не превышающий 15МПа,
при этом каждый металлический усиливающий элемент слоя короны имеет зависимость, обуславливающую его поведение при сжатии, которая характеризуется критической деформацией потери устойчивости Е0, равной по меньшей мере 3%, при этом указанная зависимость, обуславливающая поведение при сжатии, определена на опытном образце, выполненном из усиливающего элемента, размещенного в его центре и покрытого параллелепипедальным объемом эластомерного состава, имеющего модуль упругости MA10 при растяжении при удлинении на 10%, равный по меньшей мере 5МПа и не превышающий 15МПа.
Для шины сельскохозяйственного транспортного средства, содержащей усиление короны, имеющее по меньшей мере два слоя короны с металлическими усиливающими элементами, авторы изобретения предлагают применять упругие металлические усиливающие элементы, для которых зависимости, обуславливающие их свойства, демонстрируют особые характеристики растяжения и сжатия.
Что касается непокрытого металлического усиливающего элемента, то есть усиливающего элемента, не имеющего покрытия из эластомерного материала, то его механические свойства при растяжении описываются кривой, представляющей растягивающую силу (в Н), приложенную к металлическому усиливающему элементу, как функцию от его относительного удлинения (% деформации), известной как кривая «сила-удлинение». Механические характеристики растяжения металлического усиливающего элемента, такие как конструкционное удлинение As (в %), полное удлинение при разрыве At (в %), сила при разрыве Fm (максимальная нагрузка в H) и предел прочности на разрыв Rm (в МПа), выводятся из этой кривой «сила-удлинение» и могут быть измерены, например, в соответствии со стандартом ISO 6892 1984 г. или стандартом ASTM D2969-04 2014 г.
Полное удлинение при разрыве At металлического усиливающего элемента равно сумме его конструкционного, упругого и пластического удлинений (At = As + Ae + Ap). Конструкционное удлинение As происходит в результате относительного расположения металлических нитей, составляющих металлический усиливающий элемент, под действием малого растягивающего усилия. Упругое удлинение Ае происходит в результате фактической упругости металла металлических нитей, составляющих металлический усиливающий элемент, взятой отдельно, при этом металл ведет себя в соответствии с законом Гука. Пластическое удлинение Ар происходит в результате пластичности, то есть необратимой деформации метала этих металлических нитей, взятой отдельно, за границами предела упругости.
В контексте изобретения зависимость, обуславливающая упругие свойства металлического усиливающего элемента, определена для металлического усиливающего элемента, покрытого отвержденным эластомерным материалом, соответствующего металлическому усиливающему элементу, извлеченному из шины, на основе стандарта ISO 6892 1984 года, как для непокрытого металлического усиливающего элемента. В качестве неограничивающего примера отвержденный материал эластомерного покрытия представляет собой состав на основе каучука, имеющий модуль упругости при секущем растяжении при удлинении на 10%, МА10, равный по меньшей мере 5 МПа и не превышающий 15МПа, например, равный 6МПа. Этот модуль упругости при растяжении определен в ходе испытаний на растяжение, выполненных в соответствии с французским стандартом NF T 46-002 от сентября 1988 г.
Из кривой «сила-удлинение» при бимодульной зависимости упругих свойств, содержащей первый участок и второй участок, возможно определить первую жесткость на растяжение KG1, представляющую наклон секущей прямой линии, проходящей через начало системы координат, в котором представлена эта зависимость, и переходную точку, обозначающую переход между первым и вторым участками. Аналогично, можно определить вторую жесткость на растяжение KG2, представляющую наклон прямой линии, проходящей через две точки, расположенные в по существу линейной части второго участка.
Из кривой «сила-удлинение», характеризующей поведение усиливающего элемента при растяжении, можно также определить кривую «напряжение-деформация», при этом напряжение равно отношению между растягивающей силой, приложенной к усиливающему элементу и площадью поперечного сечения усиливающего элемента, а деформация представляет собой относительное удлинение усиливающего элемента. Для бимодульной зависимости упругих свойств, содержащей первый участок и второй участок, можно определить первый модуль растяжения MG1, представляющий наклон секущей прямой линии, проходящей через начало системы координат, в которой представлена зависимость поведения, и переходную точку, обозначающую переход между первым и вторым участками. Аналогично, можно определить второй модуль растяжения MG2, представляющий наклон прямой линии, проходящей через две точки, расположенные в по существу линейной части второго участка. Жесткость на растяжение KG1 и KG2 равна, соответственно, MG1*S и MG2*S, где S - площадь поперечного сечения усиливающего элемента. Следует отметить, что бимодульные зависимости поведения, используемые в контексте изобретения, содержат первый участок с малым модулем и второй участок с большим модулем.
Согласно изобретению, в отношении характеристик растяжения металлических усиливающих элементов, каждый металлический усиливающий элемент слоя короны имеет зависимость, называемую бимодульной зависимостью, обуславливающую его упругие свойства при растяжении, содержащую первый участок, имеющий первый модуль растяжения MG1, не превышающий 30 ГПа, и второй участок, имеющий второй модуль растяжения MG2, по меньшей мере в 2 раза превышающий первый модуль растяжения MG1.
Что касается свойств при сжатии, то механические свойства металлического усиливающего элемента характеризуются кривой, представляющей силу сжатия (в Н), приложенную к металлическому усиливающему элементу, как функцию его деформации при сжатии (в %). Такая кривая сжатия в частности характеризуется граничной точкой, определяемой критической силой Fc, вызывающей потерю устойчивости, и критической деформацией потери устойчивости Е0, за границами которой происходит потеря устойчивости усиливающего элемента при сжатии, соответствующая состоянию механической нестабильности, характеризующемуся большими деформациями усиливающего элемента при уменьшении сжимающей силы.
Зависимость, обуславливающая поведение при сжатии, определяется с применением установки типа испытательной машины Zwick или Instron на опытном образце с размерами 12 мм × 21 мм × 8мм (ширина × высота × толщина). Опытный образец состоит из усиливающего элемента, помещенного в его центре и покрытого параллелепипеидальным объемом эластомерного состава, определяющим объем испытательного образца, при этом ось усиливающего элемента расположена вдоль высоты испытательного образца. В контексте изобретения эластомерный состав испытательного образца имеет модуль упругости MA10 при растяжении при удлинении на 10%, равный по меньшей мере 5МПа и не превышающий 15МПа, например, равный 6МПа. Опытный образец сжимают в направлении высоты, со скоростью 3 мм/мин до получения деформации сжатия, а именно до тех пор, пока опытный образец не будет сжат на по меньшей мере 10% от его первоначальной высоты при температуре окружающей среды. Критическая сила Fc, вызывающая потерю устойчивости и критическая деформация потери устойчивости Е0 достигается, когда прикладываемая сила уменьшается, тогда как деформация продолжает увеличиваться. Другими словами, критическая сила Fc, вызывающая потерю устойчивости, соответствует максимальной силе сжатия Fmaх.
Согласно изобретению, в отношении свойств сжатия металлических усиливающих элементов, любой металлический усиливающий элемент слоя короны имеет зависимость, обуславливающую его свойства при сжатии, которая характеризуется критической деформацией потери устойчивости Е0, равной по меньшей мере 3%.
Авторы изобретения показали, что металлические усиливающие элементы, называемые упругими, характеризуемые вышеописанными зависимостями, обуславливающими их свойства при растяжении и при сжатии, имеют предел усталостной прочности, в течение повторяющихся чередующихся циклов растягивающих/сжимающих нагрузок, превышающий этот параметр у обычных металлических усиливающих элементов.
В частности, когда шина для сельскохозяйственного средства, содержащая протектор с выступами, приводится в действие, наклон выступов под действием (запуск и торможение) крутящего момента вызывает наклон слоев короны, расположенных радиально на внутренней стороне выступов. Этот наклон приводит к искривлениям, с чередованием положительной и отрицательной кривизны, слоев короны и, соответственно, к чередованию циклов сжимающих/растягивающих нагрузок металлических усиливающих элементов слоев короны.
Следует также отметить, что слои короны шины для сельскохозяйственного транспортного средства часто имеют начальную кривизну, как в круговом, так и в осевом направлении, в результате перемещения различных эластомерных компонентов и усиливающих элементов в ходе изготовления, когда шина отливается и отверждается. Эти начальные деформации объединяются с деформациями, происходящими из-за наклона выступов и, следовательно, также вносят вклад в циклические сжимающие/растягивающие нагрузки металлических усиливающих элементов слоев короны, когда шина приводится в действие.
Таким образом, упругие металлические усиливающие элементы слоя короны согласно изобретению способны лучше выдерживать вышеупомянутые циклические сжимающие/растягивающие нагрузки, что ведет к увеличению прочности усиления короны шины и, следовательно, к увеличению срока действия шины.
Предпочтительно, в случаях, в которых усиление короны выполнено из двух слоев короны, линейная плотность металлического усиливающего элемента слоя короны равна по меньшей мере 6 г/м и не превышает 13 г/м. Линейная плотность металлического усиливающего элемента представляет собой массу металла участка усиливающего элемента, имеющего единичную длину 1 м. Линейная плотность коррелирует с модулем упругости усиливающего элемента и, следовательно, с его жесткостью. Следовательно, указанный интервал значений линейной плотности представляется оптимальным с точки зрения желаемой жесткости усиливающего элемента. В более широком смысле для усиливающего элемента короны, состоящего из 2n слоев короны, линейная плотность усиливающих элементов, составляющих каждый слой короны, преимущественно равна 6/n г/м и не превышает 13/n г/м.
Согласно предпочтительному варианту осуществления металлических усиливающих элементов, каждый металлический усиливающий элемент слоя короны представляет собой многопрядный шнур со структурой 1хN, содержащий один слой из N прядей диаметра DT, намотанных в виде спирали под углом АТ и радиусом кривизны RT, при этом каждая прядь имеет внутренний слой из М внутренних прядей, намотанных в виде спирали, и внешний слой из Р внешних прядей, намотанных в виде спирали вокруг внутреннего слоя. Металлический усиливающий элемент такого типа традиционно используется в области шин.
Обычно, все пряди имеют одинаковый диаметр DT. Каждая прядь намотана в виде спирали вокруг оси корда, при этом спираль имеет шаг PT спирали, угол АТ спирали и радиус RT кривизны. Шаг PT спирали это расстояние, на котором прядь сделала полный виток спирали. Радиус RT кривизны вычисляется с использованием соотношения RT=PT/ (π * Sin (2*AT)).
В конкретном случае, в котором металлические усиливающие элементы слоя короны представляют собой многопрядные шнуры, угол АТ спирали пряди предпочтительно равен по меньшей мере 20° и не превышает 30°. Интервал значений для угла АТ спирали пряди регулирует геометрию корда и, в частности, кривизну пряди, которая влияет на уровень критической деформации потери устойчивости Е0 и способствует получению значения, равного по меньшей мере 3%.
Опять же в данном конкретном случае, в котором металлические усиливающие элементы слоя короны представляют собой многопрядные шнуры, отношение RT/DT между радиусом RT кривизны спирали пряди и диаметром DT пряди также предпочтительно не превышает 5. Это максимальное значение для отношения RT/DT является фактором, также влияющим на уровень критической деформации потери устойчивости Е0, равный по меньше мере 3%.
В примерах, в которых усиление короны состоит из двух слоев короны и в которых металлические усиливающие элементы слоя короны представляют собой многопрядные шнуры, диаметр D металлического усиливающего элемента слоя короны более предпочтительно равен по меньшей мере 1,4 мм и не превышает 3 мм. Этот интервал значений диаметра D совместим с желаемым интервалом значений для линейной плотности усиливающего элемента. Такие усиливающие элементы получены из узла стальных нитей, обычно имеющих диаметр, не превышающий 0,35 мм и даже не превышающий 0,28 мм.
Также в примерах, в которых усиление короны выполнено из двух слоев короны, прочность R на разрыв слоя короны равна по меньшей мере 500 Н/мм и не превышает 1500 Н/мм. Прочность R на разрыв слоя короны равна отдельной силе торможения, в Н, металлического усиливающего элемента, разделенной на расстояние шага в мм, в частности расстояние между двумя последовательными усиливающими элементами. Прочность R на разрыв описывает, в частности, сопротивление взрыву шины под давлением, с заданным коэффициентом безопасности.
Согласно одному предпочтительному варианту осуществления усиления короны, усиление короны содержит по меньшей мере один скрепляющий слой, содержащий усиливающие элементы, которые покрыты эластомерным материалом, параллельны друг другу и образуют с круговым направлением (XX’) угол В, не превышающий 10°. Функция скрепляющего слоя состоит в том, что он способствует компенсации нагрузок от механического надувания, а также повышает прочность усиления короны, повышая ее жесткость, когда шина сжимается под радиальной нагрузкой и, в частности, подвергается боковому уводу вокруг радиального направления. Среди скрепляющих слоев различают скрепляющие слои, известные как слои с закрытым углом, то есть такие слои, в которых усиливающие элементы образуют угол, равный по меньшей мере 5° и не превышающий 10°, с угловым направлением, и круговые, более конкретно, по существу круговые, скрепляющие слои, то есть такие, в которых усиливающие элементы образуют с круговым направлением угол не превышающий 5° и, возможно, нулевой. Скрепляющие слои с закрытым углом содержат усиливающие элементы, имеющие свободные концы на осевых концах скрепляющих слоев, поскольку круговые скрепляющие слои обычно получают посредством кругового наматывания слоя усиливающих элементов или кругового наматывания усиливающего элемента. Усиливающие элементы скрепляющего слоя могут быть либо непрерывными, либо разделенными на участки. Усиливающие элементы скрепляющего слоя могут быть металлическими или текстильными.
Согласно другому предпочтительному варианту осуществления усиления короны усиление короны содержит по меньшей мере один дополнительный слой короны, имеющий металлические усиливающие элементы, которые покрыты эластомерным материалом, параллельны друг другу и образуют с круговым направлением угол С, равный по меньшей мере 60° и не превышающий 90°. Этот дополнительный слой короны содержит металлические усиливающие элементы, которые не обязательно являются упругими, не обязательно представляют собой усиливающие элементы по изобретению и образуют углы от 60° до 90° с круговым направлением. Значения этих углов больше, чем значения углов, образуемых упругими усиливающими элементами слоев короны согласно изобретению и обычно составляют от 10° до 40°. Этот дополнительный слой короны, расположенный радиально либо внутри, либо снаружи слоев короны согласно изобретению и обычно отсоединенный от указанных слоев, в частности отсоединенный от них слоем эластомерного состава, способствует повышению жесткости усиления короны посредством скрепляющего действия путем образования трехгранника с другими слоями короны.
Обычно, каркасное усиление содержит по меньшей мере один каркасный слой, имеющий текстильные усиливающие элементы, которые покрыты эластомерным материалом, параллельны друг другу и образуют с круговым направлением угол D, равный по меньшей мере 85° и не превышающий 95°. Однако также допустим и меньший угол D, составляющий по меньшей мере 65°.
Согласно обычному варианту осуществления протектора, протектор образован первым и вторым рядом выступов, проходящих радиально наружу от несущей поверхности и расположенных в виде шевронного рисунка относительно экваториальной плоскости шины.
Изобретение в частности применимо к радиальной шине для ведущего колеса сельскохозяйственного трактора и, в частности, к шине повышенной гибкости (шины типа «Improved Flexion» (IF)), которая имеет минимальное рекомендуемое давление, обычно равное 160 кПа. Оно может быть расширено до шины, надуваемой до низкого давления, как рекомендовано для шин очень высокой гибкости (шина типа VF).
Признаки изобретения проиллюстрированы на схематических фиг. 1-7, выполненных без соблюдения масштаба:
фиг. 1 - меридиональное частичное сечение шины для сельскохозяйственного транспортного средства согласно изобретению;
фиг. 2 - типичный пример типичной кривой «растягивающая сила - удлинение» для упругого металлического усиливающего элемента согласно изобретению, покрытого эластомерным материалом;
фиг. 3 - кривые «напряжение растяжения - удлинение» для двух конкретных примеров упругого металлического усиливающего элемента согласно изобретению (E12.23 и E24.26), покрытого эластомерным материалом;
фиг. 4 - типичный пример кривой «сжимающая сила - деформация сжатия» для упругого металлического усиливающего элемента согласно изобретению, полученной на опытном образце, изготовленном из эластомерного материала;
фиг. 5 и 6 - структуры двух конкретных примеров упругого металлического усиливающего элемента согласно изобретению (E18.23 и E24.26);
фиг. 7 - вид спереди шины для сельскохозяйственного транспортного средства с протектором, имеющим выступы.
На фиг. 1 показано меридиональное частичное сечение шины меридиональной плоскостью YZ, проходящей через ось вращения YY’ шины, шины 1 для сельскохозяйственного транспортного средства, содержащего средство 3 усиления короны радиально на внутренней стороне протектора 2 и радиально на внешней стороне каркасного усиления 4. Усиление 3 короны содержит два слоя (31, 32) короны, каждый из которых содержит металлические усиливающие элементы, покрытые эластомерным материалом, параллельные друг другу и образующие угол А (не показан), равный по меньшей мере 10°, с круговым направлением (XX’). Усиление 4 короны имеет три каркасных слоя, содержащих текстильные усиливающие элементы, покрытые эластомерным материалом, которые параллельны друг другу и образуют с круговым направлением (XX’) угол D (не показан), равный по меньшей мере 85° и не превышающий 95°.
На фиг. 2 показан типичный пример кривой «растягивающая сила - относительное удлинение» для упругого металлического усиливающего элемента согласно изобретению, покрытого эластомерным материалом, которая иллюстрирует его упругие свойства при растяжении. Растягивающая сила F выражена в Н, а удлинение А представляет собой относительное удлинение, выраженное в %. Согласно изобретению, упругая и бимодульная зависимость, регулирующая свойства при растяжении, содержит первый участок и второй участок. Первый участок ограничен двумя точками, в которых значения ординат соответствуют, соответственно, нулевой растягивающей силе и растягивающей силе, равной 87 H, а соответствующие значения абсцисс представляют собой соответствующие относительные удлинения (в %). Можно определить первую жесткость на растяжение KG1, представляющую наклон секущей прямой линии, проходящей через начало системы координат, в которой представлена указанная зависимость, характеризующая поведение, и точку перехода, обозначающую переход между первым и вторым участками. Зная, что, по определению, жесткость на растяжение KG1 равна произведению модуля растяжения MG1 на площадь S поперечного сечения усиливающего элемента, можно легко рассчитать модуль растяжения MG1. Второй участок представляет собой набор точек, соответствующий растягивающей силе, превышающей 87Н. Аналогично, для второго участка может быть определена вторая жесткость на растяжение KG2, представляющая наклон прямой линии, проходящей через две точки, расположенные на по существу линейной части второго участка. В показанном примере эти две точки имеют соответствующие значения ординат F=285 Н и F=385 Н, причем эти значения растягивающей силы соответствуют уровням механической нагрузки, обозначающим нагрузки, прикладываемые к металлическим усиливающим элементам слоем короны, когда исследуемая шина приводится в действие. Как описано выше, KG2=MG2*S и, следовательно, отсюда может быть рассчитан модуль растяжения MG2.
На фиг. 3 показаны две кривые «напряжения растяжения - удлинения», при этом напряжение растяжения F/S, выраженное в МПа, равно соотношению между силой натяжения F, выраженной в Н, приложенной к усиливающему элементу, и площадью S поперечного сечения усиливающего элемента, выраженной в мм2, а удлинение А представляет собой относительное удлинение усиливающего элемента, выраженное в %. Площадь S поперечного сечения усиливающего элемента представляет собой поперечное сечение металла, равное ML/ρ, при этом ML представляет собой линейную плотность усиливающего элемента, выраженную в г/м, а ρ - объемную плотность усиливающего элемента, выраженную в г/см3 (например, объемная плотность стали, покрытой латунью, равна 7,77 г/см3). Эти кривые представляют собой зависимости, регулирующие соответствующие свойства при растяжении двух примеров многопрядных упругих усиливающих элементов E18.23 и E24.26, покрытых эластомерным материалом. Первый и второй модули растяжения MG1 и MG2 могут быть получены прямо из этих кривых. Согласно изобретению, для каждого из показанных зависимостей свойств, первый модуль растяжения MG1 равен не более 30 ГПа, а второй модуль растяжения MG2 равен по меньшей мере величине в два раза превышающей первый модуль растяжения MG1.
На фиг. 4 показан типичный пример кривой «сжимающая сила-деформация сжатия» для упругого металлического усиливающего элемента согласно изобретению, иллюстрирующая его упругие свойства при сжатии. Сжимающая сила F выражена в Н, а деформация сжатия представляет собой относительное сжатие, выраженное в %. Эта зависимость свойств сжатия, полученная на опытном образце, выполненном из эластомерного состава, имеющего модуль упругости при секущем растяжении при удлинении на 10% МА10, равный 6МПа, демонстрирует максимум, соответствующий началу потери устойчивости усиливающего элемента. Этот максимум достигается при максимальной сжимающей силе Fmax или критической силе потери устойчивости, соответствующей критической деформации потери устойчивости Е0. Вне точки потери устойчивости приложенная сжимающая сила уменьшается по мере продолжения увеличения деформации. Согласно изобретению критическая деформация потери устойчивости Е0 равна по меньшей мере 3%.
На фиг. 5 и 6 показаны два примера конструкций узлов многопрядных упругих усиливающих элементов, представляющих собой конкретные варианты осуществления изобретения. На фиг. 5 показан многопрядный шнур типа E18.23, имеющий структуру 3*(1+5)*0,23, а именно содержащий единственный слой из 3-х прядей, при этом каждая прядь содержит внутренний слой из 1 внутренней нити, намотанной в виде спирали и внешний слой, намотанный в виде спирали вокруг внутреннего слоя. Каждая нить изготовлена из стали и имеет индивидуальный диаметр равный 0,23 мм. На фиг. 6 показан многопрядный шнур типа E24.26, имеющий структуру 4*(1+5)*0,26, в частности содержащий единый слой из 4 прядей, при этом каждая прядь содержит внутренний слой из 1 внутренней нити, намотанной в виде спирали, и внешний слой из 5 внутренних нитей, намотанных в виде спирали вокруг внутреннего слоя. Каждая нить изготовлена из стали и имеет индивидуальный диаметр равный 0,26 мм. Эти корды получены путем скручивания.
На фиг. 7 показан вид спереди шины для сельскохозяйственного транспортного средства, с протектором, имеющим выступы. Шина 1 имеет протектор 2, выполненный из первого и второго ряда выступов 21, проходящих радиально в направлении наружу от несущей поверхности 22 и расположенных в виде шевронного рисунка относительно экваториальной плоскости шины. Как описано выше, в ходе работы, шина такого типа генерирует циклические нагрузки сжатия/растяжения металлических усиливающих элементов слоев короны, которые лучше могут выдержать упругие усиливающие элементы согласно изобретению, имеющие большое удлинение при растяжении с малым модулем и большую критическую деформацию потери устойчивости.
Изобретение в большей степени применимо к сельскохозяйственным шинам размера 600/70R30, содержащим усиление короны с двумя слоями короны с упругими металлическими усиливающего элементами типа E18.23 или E24.26.
Геометрические и механические характеристики двух примеров исследованных упругих металлических усиливающих элементов приведены в Таблице 1 ниже:
Таблица 1
Типметаллическогоусиливающего элемента
Многопрядныйшнур E18.23
Многопрядныйшнур E24.26
Первый модуль растяжения MG1
21 ГПa
17 ГПa
Второй модуль растяжения MG2
67 ГПa
50 ГПa
Отношение MG2/MG1
3,2
2,9
Критическая деформация потери устойчивости E0 (%)
4,5 %
4,4 %
Линейная плотность усиливающего элемента (г/м)
6,4 г/м
10,7 г/м
Диаметр усиливающего элемента D (mm)
1,46 мм
1,92 мм
Диаметр пряди DT (мм)
0,70 мм
0,80 мм
Угол спирали пряди AT (°)
24
25,5
Шаг спирали пряди PT (°)
8 мм
6 мм
Предел прочности на разрыв R (Н/мм) слоя короны для шага P усиливающего элемента, в мм
616 Н/мм (P=2,5 мм)
781 Н/мм (P=3 мм)
Авторы изобретения провели испытание изобретения путем сравнения срока службы, в отношении срока службы усиления короны, шины размера 600/70R30, содержащей два слоя короны, с упругими металлическими усиливающими элементами согласно изобретению, с референсной шиной, содержащей шесть слоев короны с текстильными усиливающего элементами. Каждая шина, накачанная до давления Р, равного 50кПа и подвергающаяся нагрузке Z, равной 2600 даН, приводилась в действие на асфальтовой поверхности под действием крутящего момента, с приложенной круговой нагрузкой FX, равной 520 даН и со скоростью V, равной 27 км/ч.