СПОСОБ УЛУЧШЕНИЯ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ШИПОВАННОЙ ШИНЫ И ШИПОВАННАЯ ШИНА, ИЗГОТОВЛЕННАЯ В СООТВЕТСТВИИ С ДАННЫМ СПОСОБОМ
METHOD FOR IMPROVING PERFORMANCE OF STUDDED TYRE AND STUDDED TYRE PRODUCED ACCORDING TO SAID METHOD

Настоящее изобретение относится к способу улучшения эксплуатационных характеристик шипованной шины, в частности, для повышения их долговечности с течением времени для гарантирования более эффективного удерживания шипов в протекторном браслете шины.
Кроме того, изобретение направлено на шипованную шину, изготовленную в соответствии с указанным способом, а также на шип для шин, который выполнен с конфигурацией, специально предназначенной для использования в данной шине.
Шина, как правило, содержит каркасный конструктивный элемент, который имеет тороидальную форму относительно оси вращения и содержит, по меньшей мере, один слой каркаса, имеющий концевые полосы, которые введены в контактное взаимодействие с соответствующими кольцевыми удерживающими конструктивными элементами.
В месте, которое находится в радиальном направлении снаружи по отношению к каркасному конструктивному элементу, предусмотрен брекерный конструктивный элемент, содержащий один или более слоев брекера, которые расположены так, что они перекрывают друг друга в радиальном направлении и перекрывают в радиальном направлении слой каркаса, и которые имеют текстильные или металлические армирующие корды, которые ориентированы крест-накрест и/или по существу параллельно по отношению к направлению развертывания поверхности шины вдоль окружности.
Протекторный браслет, который образован из эластомерного материала и на котором образована поверхность протектора, предназначенная для контакта с поверхностью дороги, наложен в месте, которое находится в радиальном направлении снаружи по отношению к брекерному конструктивному элементу.
Известно, что сцепление шины с дорогой на покрытой льдом поверхности особенно затруднено вследствие уменьшенного коэффициента трения льда. Для решения данной проблемы широко используются - особенно в странах с очень суровыми условиями зимой - шины, на протекторном браслете которых рациональным образом закреплены металлические элементы, так называемые «шипы», которые за счет того, что они выступают на соответствующее расстояние от поверхности протектора шины, могут врезаться в покрытую льдом поверхность, тем самым создавая возможность надлежащего сцепления шины с дорогой даже на поверхности дороги данного типа.
Как правило, шип образован корпусом, размещенным внутри отверстия, образованного в протекторном браслете шины, и стержнем, выступающим из корпуса шипа так, что стержень выступает из протекторного браслета снаружи отверстия. В свою очередь, корпус шипа содержит основание, размещенное в месте, находящемся в радиальном направлении внутри в отверстии, и головку, размещенную в месте, находящемся в радиальном направлении снаружи в отверстии, от которой стержень проходит в продольном направлении.
Использование шипованных шин там, где это разрешено, регулируется определенными стандартами, в которых оговариваются максимальное число шипов, схема их расположения внутри протекторного браслета, максимальное давление, воздействию которого они могут подвергаться, а также вес и максимальные размеры шипов.
Шина определена как «направленная» в том случае, когда она выполнена с конфигурацией с предпочтительным направлением качения, как правило, совпадающим с направлением вращения шины, когда она установлена на транспортном средстве, движущемся вперед.
Следовательно, «направление движения вперед» обозначено на поверхности протектора направленной шины, при этом оно является касательным к поверхности протектора и направлено в предпочтительном направлении качения шины.
Предусмотрено, что, если не указано иное, термины «передний» и «задний» в том случае, когда они относятся к зонам, поверхностям или сторонам элемента шины, такого как шип или его часть, относятся к зоне, поверхности или стороне указанного элемента, которая по существу перпендикулярна к направлению движения вперед и направлена соответственно в направлении движения вперед или в направлении, противоположном по отношению к направлению движения вперед.
Кроме того, указанная зона, поверхность или сторона рассматривается как «по существу перпендикулярная» к направлению движения вперед, когда ее максимальное отклонение от плоскости, перпендикулярной к направлению движения вперед (выбранной с учетом указанной зоны, поверхности или стороны), имеет значение, которое меньше или равно 20% относительно наибольшего размера указанной зоны, поверхности или стороны, которая спроецирована на указанную перпендикулярную плоскость.
Таким образом, зоны, поверхности или стороны, которые немного искривлены или имеют небольшой наклон относительно плоскости, перпендикулярной к направлению движения вперед, также рассматриваются как по существу перпендикулярные к направлению движения вперед.
«Форма на виде в плане» шипа или его элемента означает ортогональную проекцию указанного шипа или указанного его элемента на плоскости, перпендикулярной к продольной оси указанного шипа.
Кроме того, предусмотрено, что «трапециевидная» форма на виде в плане должна означать форму на виде в плане, которая в общем аналогична геометрической форме трапеции, при этом данное определение также охватывает простые варианты указанной формы, например, трапецию со скругленными вершинами или со слегка изогнутыми сторонами или сторонами со спорадическими разрывами непрерывности, такими как небольшие выступы или небольшие углубления.
Предусмотрено, что «радиальная плоскость» означает любую плоскость, проходящую через ось вращения шины.
В завершение следует указать, что «радиальная поверхность» в том случае, когда она относится к части шипа, должна обозначать поверхность данной части шипа, которая проходит по существу параллельно радиальному направлению шины. В частности, указанная поверхность рассматривается как по существу параллельная радиальному направлению, когда ее максимальное отклонение от плоскости, параллельной радиальному направлению (выбранной с учетом указанной поверхности), имеет значение, которое меньше или равно 20% относительно наибольшего размера указанной поверхности, спроецированной на указанную параллельную плоскость. Таким образом, поверхности, которые имеют небольшой наклон или небольшую криволинейность, в частности, слегка вогнутые или выпуклые относительно плоскости, параллельной радиальному направлению, также рассматриваются как по существу параллельные радиальному направлению.
В патенте США № 8113250 описана шипованная шина, шипы которой могут быть конфигурированы с основанием, имеющим разные формы, включая четырехугольные формы, при этом они все являются симметричными относительно радиальной плоскости шины, проходящей через продольную ось шипа.
В документах USD 550611 и USD 551614 раскрыты шипы для шин, имеющие основание с формой, подобной треугольнику.
Сначала заявитель осознал, что одним из наиболее важных факторов, которые способствуют ухудшению эксплуатационных характеристик шипованной шины с течением времени, является отделение одного или нескольких шипов от протекторного браслета.
Следовательно, заявитель установил в результате наблюдений, что во время нормальной эксплуатации шины на поверхности дороги шипы подвергаются воздействию нагрузки высокого уровня, которая вызывает тенденцию их выхода из отверстий, в которых они размещены. В частности, заявитель отметил, что возможность выхода шипа из протекторного браслета значительно выше в шипованных шинах, установленных на сравнительно тяжелых и мощных транспортных средствах, которые способны придавать сильные ускорения транспортному средству.
Таким образом, заявитель установил в результате наблюдений, как касательные напряжения, действующие на стержень шипа, вызывают колебательное движение шипа внутри отверстия, которое в наихудшем случае может сопровождаться немедленным извлечением шипа или - с учетом разницы в жесткости между шипом (обладающим высокой жесткостью) и протекторным браслетом (сильно деформируемым) - относительным перемещением корпуса шипа относительно стенок, которые ограничивают отверстие, в котором он размещен, в результате чего возникает трение между шипом и протекторным браслетом.
Кроме того, заявитель установил в результате наблюдений, что данное фрикционное воздействие более заметно у основания шипа, поскольку оно находится на наибольшем расстоянии в продольном направлении от места «приложения» касательного напряжения, действующего на стержень, что приводит к ослаблению удерживающего воздействия на шип в протекторном браслете и, следовательно, ускоряет наступление нежелательного события, когда шип выходит.
Таким образом, заявитель осознал, что эффективность удерживания шипов в протекторном браслете может быть обеспечена в течение более продолжительного времени за счет более эффективного противодействия колебаниям шипа внутри отверстия, в котором он размещен. В частности, заявитель осознал, что данное противодействие предпочтительно может быть связано с частотой и с интенсивностью напряжений, воздействию которых подвергаются различные зоны контакта между шипом и протекторным браслетом, таким образом, чтобы заранее предусмотреть соответствующие зоны прилегания с различающейся геометрией, которые обеспечивают возможность увеличения удерживающего воздействия на шип внутри соответствующего отверстия для размещения, и одновременно сохранить общий объем и вес шипа в пределах, оговоренных стандартами.
Таким образом, имея в виду данное интуитивное соображение, заявитель удостоверился в том, что наибольшие напряжения, воздействию которых подвергается шип в месте их приложения, то есть в зоне стержня, - это те, которые действуют в направлении, противоположном направлению движения шины вперед.
Следовательно, заявитель установил, что существует возможность обеспечить улучшение удерживания шипа внутри соответствующего отверстия для размещения за счет выполнения шипа с такой конфигурацией, чтобы его основание имело увеличенную переднюю зону прилегания и соответственно уменьшенную заднюю зону прилегания.
В частности, в соответствии с первым аспектом изобретение относится к способу улучшения эксплуатационных характеристик шипованной шины, при этом указанная шина включает в себя протекторный браслет, в котором образовано множество отверстий, в которых соответствующее множество шипов размещены за счет контактного взаимодействия, при этом каждый из указанных шипов содержит основание, размещенное в месте, находящемся в радиальном направлении внутри в одном из указанных отверстий.
Указанный способ предпочтительно включает противодействие колебательным движениям указанного шипа в указанном отверстии относительно оси, по существу параллельной к оси вращения указанной шины, за счет выполнения на указанном основании передней зоны прилегания и задней зоны прилегания, которые противоположны друг другу, в результате чего обеспечивается взаимное прилегание между указанным основанием и указанным протекторным браслетом.
Предпочтительно предусмотрено выполнение указанного основания с конфигурацией, асимметричной относительно радиальной плоскости указанной шины, проходящей через продольную ось указанного шипа, таким образом, что указанная передняя зона прилегания будет больше указанной задней зоны прилегания, для увеличения удерживающего воздействия указанного протекторного браслета на указанные шипы.
В соответствии со вторым аспектом изобретение относится к шипованной шине, содержащей:
- протекторный браслет, на котором образована поверхность протектора указанной шины;
- множество отверстий, образованных в указанном протекторном браслете и открывающихся на указанной поверхности протектора, в которых соответствующее множество шипов размещены за счет контактного взаимодействия.
Каждый шип предпочтительно содержит корпус, размещенный в одном из указанных отверстий и проходящий вдоль продольной оси, а также содержит стержень, проходящий в продольном направлении от указанного корпуса так, что он выступает из указанного протекторного браслета снаружи указанного отверстия.
Указанный корпус предпочтительно содержит основание, противоположное в продольном направлении по отношению к указанному стержню и размещенное в месте, находящемся в радиальном направлении внутри в указанном отверстии.
Указанное основание предпочтительно имеет форму на виде в плане, на которой заданы передняя сторона и противоположная задняя сторона, которые по существу параллельны оси вращения указанной шины и по существу перпендикулярны направлению движения указанной шины вперед, заданному на указанном протекторном браслете в месте расположения указанного отверстия.
Указанная передняя сторона указанного основания предпочтительно больше указанной задней стороны указанного основания.
В соответствии с третьим аспектом изобретение относится к шипу для шин, содержащему корпус, проходящий вдоль продольной оси и предназначенный для размещения в отверстии, образованном в протекторном браслете шины, а также содержащему стержень, проходящий в продольном направлении от указанного корпуса и предназначенный для выступания из указанного протекторного браслета снаружи указанного отверстия.
Указанный корпус предпочтительно содержит основание, расположенное в продольном направлении напротив указанного стержня и имеющее форму на виде в плане, на которой заданы передняя сторона и противоположная задняя сторона.
Указанная передняя сторона и указанная задняя сторона предпочтительно по существу параллельны друг другу.
Указанная передняя сторона и указанная задняя сторона предпочтительно принадлежат соответственно передней поверхности и задней поверхности, образованным на указанном шипе.
Указанная передняя сторона указанного основания предпочтительно больше указанной задней стороны указанного основания.
Заявитель полагает, что использование данного способа обеспечивает возможность получения шипованной шины с бóльшими эксплуатационными возможностями по сравнению с известными шипованными шинами даже при использовании шипов, которые сохраняют объемные и весовые характеристики в пределах, установленных применяемыми стандартами.
Настоящее изобретение, по меньшей мере, в одном из вышеупомянутых аспектов может иметь, по меньшей мере, один из предпочтительных признаков, указанных ниже.
В первом предпочтительном варианте осуществления указанные передняя зона прилегания и задняя зона прилегания простираются преимущественно вдоль направления, по существу перпендикулярного к направлению движения указанной шины вперед, заданному на указанном протекторном браслете в месте расположения указанного отверстия, и по существу параллельного поверхности протектора указанной шины.
Таким образом, существует возможность обеспечить эффективное прилегание/контактное взаимодействие между шипом и протекторным браслетом без чрезмерного увеличения радиального размера шипа, в результате чего избегают возможных проколов в шине, вызываемых проникновением шипа в протекторный браслет.
Предпочтительно предусмотрено конфигурирование указанного основания с многоугольной формой на виде в плане.
В дополнительном предпочтительном варианте предусмотрено конфигурирование указанного основания с трапециевидной формой на виде в плане, на которой заданы передняя сторона, принадлежащая указанной передней зоне прилегания и образующая более длинное основание указанной трапеции, и задняя сторона, принадлежащая указанной задней зоне прилегания и образующая более короткое основание указанной трапеции.
Заявитель полагает, что данная конфигурация позволяет реализовать - наиболее логичным и наиболее простым образом - потребность в различном и регулируемом прилегании/контактном взаимодействии между шипом и протекторным браслетом в передней и задней зонах прилегания.
Кроме того, это ограничивает возможность шипа поворачиваться вокруг его продольной оси внутри отверстия, в котором он размещен, то есть ситуации, следствием которой была бы более низкая эффективность шипа при сцеплении с поверхностью дороги, покрытой льдом, а также бóльшая возможность выхода шипа из протекторного браслета.
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления указанная передняя зона прилегания больше указанной задней зоны прилегания на выраженную в процентах величину, находящуюся в пределах от приблизительно 20% до приблизительно 50%.
Указанная передняя сторона указанного основания предпочтительно больше указанной задней стороны указанного основания на выраженную в процентах величину, находящуюся в пределах от приблизительно 20% до приблизительно 50%.
В дополнительном предпочтительном варианте размер указанной передней стороны указанного основания находится в пределах от приблизительно 8 мм до приблизительно 11 мм.
Кроме того, размер указанной задней стороны указанного основания предпочтительно находится в пределах от приблизительно 5 мм до приблизительно 9 мм.
Заявитель полагает, что указанные размеры основания шипа обеспечивают максимальное соответствие противоположным требованиям противодействия колебанию, которому подвергается шип вследствие напряжений, направленных противоположно направлению движения шины вперед (обусловленных состояниями ускорения транспортного средства, на котором установлена шина), и вследствие напряжений, направленных в направлении движения шины вперед (обусловленных состояниями торможения транспортного средства, на котором установлена шина).
В соответствии с предпочтительным признаком также предусмотрено выполнение на указанном шипе стержня, выступающего в радиальном направлении из указанного протекторного браслета и проходящего в продольном направлении от головки указанного шипа, размещенной в указанном отверстии в месте, находящемся в радиальном направлении снаружи относительно указанного основания, и соединенной с ним хвостовиком, имеющим меньшее поперечное сечение по сравнению с указанным основанием и указанной головкой.
Еще более предпочтительно, если на указанной головке выполнена передняя зона прилегания и задняя зона прилегания, расположенные напротив друг друга, в результате чего обеспечивается взаимное прилегание между указанной головкой и указанным протекторным браслетом.
Еще более предпочтительно, если предусмотрено выполнение указанной головки с конфигурацией, асимметричной относительно указанной радиальной плоскости, таким образом, что указанная передняя зона прилегания указанной головки будет меньше указанной задней зоны прилегания указанной головки.
Указанный стержень предпочтительно проходит в продольном направлении от головки указанного корпуса, при этом указанная головка соединена с указанным основанием посредством хвостовика, имеющего меньшее поперечное сечение по сравнению с указанным основанием и указанной головкой.
Еще более предпочтительно, если указанная головка имеет форму на виде в плане, на которой заданы передняя сторона и противоположная задняя сторона, которые по существу параллельны друг другу и которые принадлежат соответственно указанной передней поверхности и указанной задней поверхности, образованным на указанном шипе, при этом указанная передняя сторона указанной головки меньше указанной задней стороны указанной головки.
Данные признаки создают возможность обеспечения дополнительного усиления воздействия, препятствующего колебанию шипа внутри соответствующего отверстия вследствие касательных напряжений, действующих на стержень в направлении, противоположном направлению движения вперед.
Таким образом, заявитель полагает, что шип колеблется внутри отверстия относительно оси колебаний, расположенной между основанием и головкой шипа, таким образом, что увеличение задней зоны прилегания между головкой шипа и протекторным браслетом соответствует увеличению напряжений в направлении, противоположном по отношению к направлению движения вперед.
Указанная головка указанного шипа предпочтительно имеет многоугольную форму на виде в плане.
В дополнительном предпочтительном варианте указанная головка указанного шипа имеет трапециевидную форму на виде в плане, при этом указанная передняя сторона указанной головки образует более короткое основание указанной трапеции, и указанная задняя сторона указанной головки образует более длинное основание указанной трапеции.
Заявитель полагает, что в данном случае указанная конфигурация также представляет собой наилучшую форму для удовлетворения требования в различающемся прилегании/контактном взаимодействии между шипом и протекторным браслетом в передней и задней зонах прилегания.
Кроме того, предпочтительно, чтобы указанная задняя сторона указанной головки была больше указанной передней стороны указанной головки на выраженную в процентах величину, находящуюся в пределах от приблизительно 20% до приблизительно 60%.
В предпочтительном варианте осуществления размер указанной передней стороны указанной головки находится в пределах от приблизительно 4 мм до приблизительно 7 мм.
Кроме того, размер указанной задней стороны указанной головки предпочтительно находится в пределах от приблизительно 6 мм до приблизительно 9 мм.
Данные признаки создают возможность обеспечения хорошего баланса между противодействием колебаниям, которым шип подвергается вследствие операций ускорения транспортного средства, на котором установлена шипованная шина, и противодействием колебаниям, которым шип подвергается вследствие операций торможения транспортного средства, на котором установлена шипованная шина.
В предпочтительном варианте осуществления предусмотрено конфигурирование указанной головки с формой на виде в плане, которая аналогична форме указанного основания на виде в плане, при этом данная форма повернута на 180° вокруг продольной оси указанного шипа относительно указанного основания.
Это дополнительно ограничивает возможность поворота шипа вокруг его продольной оси внутри отверстия, в котором он размещен.
Предпочтительно предусмотрено выполнение указанной головки с конфигурацией на виде в плане, имеющей площадь, размеры которой уменьшены с коэффициентом пропорциональности, находящимся в пределах от приблизительно 1,2 до приблизительно 2,5, относительно площади конфигурации указанного основания на виде в плане.
В результате этого получают шип, в котором конфигурация/форма головки на виде в плане не «выступает» за конфигурацию/форму основания на виде в плане, так что максимальные размеры шипа во время ввода шипа в соответствующее отверстие определяются только размерами основания, и при этом геометрия головки не создает никаких препятствий.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения предусмотрено увеличение площади контакта между указанным протекторным браслетом и указанным шипом посредством выполнения головки указанного шипа с конфигурацией с по меньшей мере одной вогнутой радиальной поверхностью, при этом головка размещена в указанном отверстии в месте, находящемся в радиальном направлении снаружи относительно указанного основания, и соединена с основанием посредством хвостовика, имеющего меньшее поперечное сечение по сравнению с указанным основанием, при этом стержень, расположенный в продольном направлении напротив указанного основания, проходит от головки.
Это обеспечивает дополнительное усиление удерживающего воздействия на шип внутри отверстия благодаря протекторному браслету, которое ограничивает не только колебательное движение шипа, но также возможное поступательное перемещение вдоль радиального направления.
Указанная головка предпочтительно имеет, по меньшей мере, одну вогнутую радиальную поверхность.
Указанная, по меньшей мере, одна радиальная поверхность указанной головки предпочтительно имеет вогнутость цилиндрического типа, имеющую ось, расположенную на расстоянии от указанной продольной оси указанного шипа и по существу перпендикулярную указанной продольной оси указанного шипа, и по существу постоянный радиус кривизны, находящийся в пределах от приблизительно 3 мм до приблизительно 17 мм.
В дополнительном предпочтительном варианте все радиальные поверхности указанной головки, которые находятся в контакте с указанным протекторным браслетом, являются вогнутыми.
В дополнительном предпочтительном варианте осуществления предусмотрено конфигурирование указанного стержня с формой на виде в плане, на которой задана передняя сторона указанного стержня, имеющая профиль в виде ломаной линии. Профиль в виде ломаной линии предпочтительно определяет границы, по меньшей мере, двух зубьев. Указанные, по меньшей мере, два зуба предпочтительно направлены в направлении движения указанной шины вперед.
Вследствие данных признаков шипованная шина может обеспечить лучшее сцепление с поверхностью дороги, покрытой льдом, во время периодов ускорения, причем это выполняется также для транспортных средств с двигателем с высокими эксплуатационными характеристиками с точки зрения мощности, например, для спортивных автомобилей. Возможность выбора такой конфигурации стержня предпочтительно обеспечивается за счет способности шипованной шины, полученной в соответствии с изобретением, противодействовать высоким касательным напряжениям при прочном удерживании шипов внутри соответствующих отверстий.
Кроме того, предпочтительно предусмотрено конфигурирование указанного стержня с формой на виде в плане, на которой задана задняя сторона указанного стержня, расположенная напротив указанной передней стороны указанного стержня и имеющая по существу плоский профиль.
Это создает возможность обеспечения высокой способности к сцеплению с поверхностью дороги, покрытой льдом, во время периода торможения, поскольку плоской поверхности можно лучше противодействовать во время торможения по отношению к поверхности с одним или несколькими заострениями, поскольку заострения имеют бóльшую проникающую способность.
Признаки и преимущества изобретения станут более понятными из подробного описания предпочтительного приведенного в качестве примера варианта его осуществления, представленного исключительно в качестве не ограничивающего примера со ссылкой на сопровождающие чертежи, на которых:
фиг. 1 - схематический вид в перспективе шипованной шины, изготовленной в соответствии со способом по настоящему изобретению;
фиг. 2 - выполненный в увеличенном масштабе и с частичным разрезом вид части шипованной шины, показанной на фиг. 1; и
фиг. 3-6 - соответственно вид в перспективе сбоку, вид в плане сверху, вертикальный вид спереди и вертикальный вид сбоку с левой стороны шипа шипованной шины, показанной на фиг. 1.
На приложенных чертежах ссылочная позиция 1 обозначает шипованную шину в целом, изготовленную в соответствии со способом по настоящему изобретению.
Шина 1 в общем содержит протекторный браслет 2, который выполнен с тороидальной конфигурацией относительно оси Х вращения шины 1 и который расположен в радиальном направлении снаружи на брекерном конструктивном элементе шины 1 в соответствии с конфигурацией, которая сама по себе известна в рассматриваемой области техники.
В свою очередь, брекерный конструктивный элемент соединен в радиальном направлении снаружи с каркасным конструктивным элементом, при этом как брекерный конструктивный элемент, так и каркасный конструктивный элемент известны сами по себе и не показаны на приложенных чертежах.
Протекторный браслет 3 выполнен из эластомерного материала и образует наружную в радиальном направлении поверхность 3 протектора, которая предназначена для обеспечения контакта между шиной 1 и поверхностью дороги во время ее качения вокруг оси Х.
Шина 1 предпочтительно представляет собой шину направленного типа, и, следовательно, предпочтительное направление ее качения определено и обозначено буквой F на фиг. 1. Таким образом, направление Y движения вперед определено для каждой точки поверхности 3 протектора, при этом оно является касательным к поверхности 3 протектора, ориентированной в направлении F качения.
Множество отверстий 4, которые идентичны друг другу, образованы на протекторном браслете 2 и расположены соответствующим образом вдоль развертки поверхности 3 протектора.
Каждое отверстие 4 предпочтительно является цилиндрическим, проходит вдоль по существу радиального направления и имеет входную часть 4а на поверхности 3 протектора и дно 4b, которое является закрытым, на конце, противоположном в продольном направлении.
В каждом отверстии 4 за счет контактного взаимодействия размещен соответствующий шип 10, содержащий корпус 11, размещенный внутри отверстия 4 и проходящий вдоль продольной оси Z, а также стержень 12, который проходит в продольном направлении от корпуса 11 так, что он выступает от поверхности 3 протектора через входную часть 4а наружу из отверстия 4.
Благодаря эластичности эластомерного материала, из которого выполнен протекторный браслет 2, и основным размерам отверстия 4 стенки, образованные протекторным браслетом 2, которые ограничивают отверстие 4, находятся в прямом контакте по существу со всей поверхностью корпуса 11, но не с поверхностью, от которой проходит стержень 12, и оказывают на корпус 11 воздействие, обеспечивающее удерживание шипа 10 внутри отверстия 4.
Передняя поверхность 10а и противоположная задняя поверхность 10b указаны на каждом шипе 10, при этом указанные поверхности определены соответственно как поверхности шипа, которые направлены в направлении Y движения вперед и в направлении, противоположном по отношению к направлению Y движения вперед. Другими словами, передняя поверхность 10а и задняя поверхность 10b могут быть определены как проекции шипа 10 на радиальную плоскость R, проходящую через продольную ось Z, выполненные вдоль направления Y движения вперед и вдоль противоположного направления.
Корпус 11 шипа 10 предпочтительно выполнен из металлического материала, например, из стали и содержит на концах, противоположных в продольном направлении, основание 13 и головку 14, которые соединены друг с другом посредством хвостовика 15, проходящего вдоль продольной оси Z и имеющего меньшее поперечное сечение по сравнению с основанием 13 и головкой 14.
Основание 13 размещено в отверстии 4 в месте, находящемся в радиальном направлении внутри, и опирается на дно 4b, в то время как головка 14 размещена внутри отверстия 4 в месте, находящемся в радиальном направлении снаружи, в результате чего она находится по существу вровень с поверхностью 3 протектора.
Стержень 12 выполнен из материала, имеющего высокую твердость и износостойкость, например, из карбида вольфрама и проходит в продольном направлении от головки 14 так, что он выступает из отверстия 4 снаружи поверхности 3 протектора.
Как можно видеть более четко на фиг. 4, основание 13 имеет трапециевидную форму на виде в плане, на которой заданы передняя сторона 16, принадлежащая передней поверхности 10а, и противоположная задняя сторона 17, принадлежащая задней поверхности 10b, при этом указанные передняя и задняя стороны по существу параллельны оси Х вращения шины 1 и по существу перпендикулярны направлению Y движения вперед. Передняя сторона 16 и задняя сторона 17 соединены вместе противоположными боковыми сторонами 18.
Форма основания 13 на виде в плане предпочтительно представляет собой равнобедренную трапецию со скругленными вершинами, в которой передняя сторона 16 основания 13 представляет собой более длинное основание трапеции, задняя сторона 17 основания 13 представляет собой более короткое основание трапеции, и боковые стороны 18 представляют собой боковые стороны трапеции.
Следовательно, передняя сторона 16 больше задней стороны 17 и имеет размер, который находится в пределах от приблизительно 8 мм до приблизительно 11 мм и предпочтительно составляет приблизительно 9,5 мм, в то время как задняя сторона 17 имеет размер, который находится в пределах от приблизительно 5 мм до приблизительно 9 мм и предпочтительно составляет приблизительно 7 мм.
Передняя сторона 16 предпочтительно больше задней стороны 17 на выраженную в процентах величину, находящуюся в пределах от приблизительно 20% до приблизительно 50% и предпочтительно составляющую приблизительно 35%.
Расстояние между передней стороной 16 и задней стороной 17, которое представляет собой высоту трапеции, находится в пределах от приблизительно 5 мм до приблизительно 9 мм и предпочтительно составляет приблизительно 7,5 мм.
Со стороны головки 14 основание 13 имеет по существу плоскую поверхность 19, которая перпендикулярна к продольному направлению Z и соответственно соединена с хвостовиком 15, при этом со стороны, противоположной в продольном направлении, оно имеет поверхность 20, которая скошена по направлению к дну 4b отверстия 4 таким образом, чтобы облегчить вставку шипа 10 в отверстие 4 во время изготовления шины 1.
Передняя сторона 16 и задняя сторона 17 в конфигурации основания 13 на виде в плане ограничены соответственно передним краем 16а и задним краем 17а, принадлежащим соответственно передней поверхности 10а и задней поверхности 10b. Кроме того, передний край 16а и задний край 17а определяют переднюю зону прилегания и заднюю зону прилегания между основанием 13 и стенкой протекторного браслета 2, которая ограничивает отверстие 4.
Передняя зона прилегания и задняя зона прилегания основании 13 расположены напротив друг друга относительно радиальной плоскости R шины 1, проходящей через продольную ось Z, и служат для противодействия напряжениям, действующим на стержень 12 и направленным вдоль направления Y движения вперед или в противоположном направлении, как разъяснено выше.
Передний и задний края 16а, 17а проходят на расстоянии в продольном направлении, которое является постоянным и относительно уменьшено по отношению к размеру, определяемому в направлении, перпендикулярном к продольной оси Z, так что передняя и задняя зоны прилегания основания 13 простираются большей частью вдоль направления, которое по существу перпендикулярно к направлению Y движения вперед и по существу параллельно поверхности 3 протектора.
С учетом того, что разъяснено выше, основание 13 является явно асимметричным относительно радиальной плоскости R, проходящей через продольную ось Z.
Хвостовик 15 имеет по существу круглую конфигурацию на виде в плане с диаметром, находящимся в пределах от приблизительно 4 мм до приблизительно 5 мм и предпочтительно составляющим приблизительно 4,6 мм.
Аналогично основанию 13, головка 14 имеет трапециевидную форму на виде в плане, на которой заданы передняя сторона 21, принадлежащая передней поверхности 10а, и противоположная задняя сторона 22, принадлежащая задней поверхности 10b. Передняя сторона 21 и задняя сторона 22 по существу параллельны оси Х вращения шины 1 и по существу перпендикулярны направлению Y движения вперед, и соединены друг с другом посредством противоположных боковых сторон 23.
Однако в отличие от основания 13 головка 14 имеет форму/конфигурацию на виде в плане, которая повернута на 180° вокруг продольной оси Z относительно формы/конфигурации основания 13 на виде в плане.
Из этого следует, что форма головки 14 на виде в плане предпочтительно представляет собой равнобедренную трапецию со скругленными вершинами, в которой передняя сторона 21 головки 14 представляет собой более короткое основание трапеции, задняя сторона 22 головки 14 представляет собой более длинное основание трапеции, и боковые стороны 23 представляют собой боковые стороны трапеции.
Следовательно, в головке 14 передняя сторона 21 меньше задней стороны 22 и имеет размер, который находится в пределах от приблизительно 4 мм до приблизительно 7 мм и предпочтительно составляет приблизительно 5,5 мм, в то время как задняя сторона 17 имеет размер, который находится в пределах от приблизительно 6 мм до приблизительно 9 мм и предпочтительно составляет приблизительно 7,8 мм.
Задняя сторона 22 предпочтительно больше передней стороны 21 на выраженную в процентах величину, находящуюся в пределах от приблизительно 20% до приблизительно 60% и предпочтительно составляющую приблизительно 40%.
В головке 14 расстояние между передней стороной 21 и задней стороной 22, которое представляет собой высоту трапеции, находится в пределах от приблизительно 5 мм до приблизительно 9 мм и предпочтительно составляет приблизительно 5,5 мм.
Следовательно, головка 14 имеет форму/конфигурацию на виде в плане, имеющую площадь, размеры которой уменьшены относительно площади формы/конфигурации основания 13 на виде в плане, и, в частности, данная площадь уменьшена с коэффициентом пропорциональности, находящимся в пределах от 1,2 до 2,5 и предпочтительно составляющим приблизительно 1,7.
Передняя сторона 21, задняя сторона 22 и боковые стороны 23 конфигурации головки 14 на виде в плане образованы соответственно передней радиальной поверхностью 24, задней радиальной поверхностью 25 и противоположными боковыми радиальными поверхностями 26, проходящими вдоль продольной оси Z с размером, который находится в пределах от приблизительно 3,5 мм до приблизительно 5,5 мм и предпочтительно составляет приблизительно 4,5 мм.
Передняя, задняя и боковые радиальные поверхности 24, 25 и 26 имеют вогнутость цилиндрического типа, имеющую ось, расположенную на расстоянии от продольной оси Z и по существу перпендикулярную к продольной оси Z, и по существу постоянный радиус кривизны, находящийся в пределах от приблизительно 3 мм до приблизительно 17 мм.
Стенки отверстия 4, которые находятся в контакте с вышеупомянутыми радиальными поверхностями 24, 25 и 26, предпочтительно имеют выпуклый профиль, обеспечивающий возможность охватывания их вогнутого профиля.
Кроме того, передняя и задняя радиальные поверхности 24 и 25, противоположные друг другу относительно радиальной плоскости R и принадлежащие соответственно передней поверхности 10а и задней поверхности 10b шипа 10, соответственно образуют переднюю зону прилегания и заднюю зону прилегания между головкой 14 и стенкой протекторного браслета 2, ограничивающей отверстие 4.
Стержень 12 проходит от головки 14 на расстояние, находящееся в пределах от приблизительно 1 мм до приблизительно 1,5 мм, и предпочтительно на расстояние, составляющее приблизительно 1,3 мм, и имеет форму на виде в плане, на которой заданы передняя сторона 30 и противоположная задняя сторона 31, принадлежащие соответственно передней поверхности 10а и задней поверхности 10b шипа 10.
Передняя сторона 30 стержня 12 имеет профиль в виде ломаной линии, определяющей границы двух зубьев 32 и 33. В конфигурациях, показанных на фигурах, зубья 32, 33 направлены/заострены в направлении Y движения вперед. В альтернативном варианте, по меньшей мере, в некоторых из шипов 10, вставляемых в отверстия 4, образованные на поверхности 3 протектора шины 1, зубья 32, 33 могут быть заострены в направлении, которое отличается от направления Y движения вперед, например, в направлении, противоположном по отношению к направлению Y движения вперед. Задняя сторона 31 стержня 12 имеет по существу плоский профиль, перпендикулярный к направлению Y движения вперед.
Шину 1 изготавливают на основе каркасного и брекерного конструктивного элемента, который известен сам по себе и на котором размещают слой эластомерного материала, образованного из соответствующей смеси, который образует протекторный браслет 2. Отверстия 4 предпочтительно образуют во время этапа формования, на котором протекторный браслет 2 подвергают вулканизации, посредством стержней соответствующей формы, проходящих в радиальном направлении от внутренних стенок пресс-формы.
Шипы 10, которые получают посредством отдельного технологического процесса, вставляют затем в отверстия 4 посредством станка-полуавтомата, который сам по себе является обычным, таким образом, что основание 13 размещается в отверстии 4 так, что оно опирается на дно 4b, и стержень 12 выступает из входной части 4а отверстия 4.
Кроме того, шипы 10 вставляют в отверстие 4 с заданной ориентацией таким образом, что передняя поверхность 10а, в частности, передняя сторона 16 основания 13, передняя сторона 21 головки 14 и передняя сторона 30 стержня 12 будут обращены все в направлении Y движения вперед, в то время как задняя поверхность 10b, в частности, задняя сторона 17 основания 13, задняя сторона 22 головки 14 и задняя сторона 31 стержня 12 будут обращены все в направлении, противоположном по отношению к направлению Y движения вперед.
В альтернативной конфигурации первое множество шипов 10 вставляют в соответствующие отверстия 4 с заданной ориентацией, описанной выше. Вместо этого второе множество шипов 10 может быть вставлено в соответствующие отверстия 4 с другой ориентацией. В качестве примера вставка в отверстия 4 может быть выполнена таким образом, что передняя поверхность 10а, в частности, передняя сторона 16 основания 13, передняя сторона 21 головки 14 и передняя сторона 30 стержня 12 шипов 10 из второго множества будут обращены в направлении, противоположном по отношению к направлению Y движения вперед, в то время как задняя поверхность 10b, в частности, задняя сторона 17 основания 13, задняя сторона 22 головки 14 и задняя сторона 31 стержня 12 шипов 10 из второго множества будут обращены все в направлении Y движения вперед.
Очевидно, что дополнительные модификации и варианты изобретения, описанного выше, могут быть выполнены специалистом в данной области техники для выполнения любых технических условий и возможных требований, при этом указанные варианты и модификации находятся, тем не менее, в пределах объема охраны, определяемого нижеприведенной формулой изобретения.
Шину 1 устанавливают на транспортном средстве таким образом, что во время движения транспортного средства вперед она вращается вокруг оси Х вращения в предпочтительном направлении F качения.
Во время этапа ускорения/замедления (включая этап торможения) транспортного средства, а также при движении на повороте и/или в общем в случае боковой нагрузки стержень 12 входит в контакт с поверхностью дороги, разрезая поверхность, возможно покрытую льдом, и создавая касательное напряжение, действующее на шип 10.
Данное напряжение, приложенное к определяемому в продольном направлении концу шипа 10, может быть приравнено к усилию, действующему на центр тяжести шипа 10 в сочетании с двумя усилиями, которые вызывают тенденцию к колебанию шипа 10 вокруг оси колебаний, проходящей через его центр тяжести и по существу перпендикулярной к продольной оси Z. В частности, в случае тяги/торможения и, следовательно, в случае чисто продольных сил ось колебаний будет параллельна оси Х вращения, в то время как в случае чисто поперечных сил ось колебаний будет параллельна направлению Y движения вперед. В наиболее общем случае будет иметь место комбинация поперечных сил и продольных сил, и ось колебаний будет, таким образом, иметь заданный наклон относительно оси Х вращения и относительно направления Y.
Указанной паре сил, которая обуславливала бы тенденцию к возникновению колебаний шипа 10 внутри отверстия 4, в достаточной степени противодействуют передняя зона прилегания основания 13 (образованная его передним краем 16а) и задняя зона прилегания головки 14 (образованная ее задней радиальной поверхностью 25), которые благодаря способу по настоящему изобретению являются особенно протяженными. Кроме того, этому также в достаточной мере противодействуют задняя зона прилегания основания 13 (образованная его задним краем 17а) и передняя зона прилегания головки 14 (образованная ее передней радиальной поверхностью 24).
Таким образом, колебательное движение шипа значительно уменьшается, так что он может опираться на стенку отверстия 4, в результате чего используются характеристики деформируемости эластомерного материала протекторного браслета 2 и, следовательно, предотвращается возвратно-поступательное движение шипа 10 относительно стенки отверстия 4, которое с течением времени могло бы привести к постепенному износу последней.
Кроме того, большая протяженность задней радиальной поверхности 25 шипа 10 как в отношении продольных размеров, так и в отношении размеров задней стороны 22, обеспечивает возможность противодействия силе, действующей на центр тяжести шипа 10, еще более эффективным образом. Силе, действующей на центр тяжести шипа 10, также противодействует передняя радиальная поверхность 24 шипа 10.
Примеры
Заявитель выполнил серию испытаний, относящихся к поведению при движении по снегу, посредством использования автомобиля VW Golf, оснащенного шинами с размером 205/55 R16, содержащими обычные шипы (с симметричными основанием и головкой и шестигранным стержнем), а также шинами того же размера, содержащими шипы в соответствии с настоящим изобретением.
В частности, испытания были выполнены на шинах, в которых шипы в соответствии с настоящим изобретением были вставлены в отверстия, образованные на поверхности протекторного браслета, в разных конфигурациях.
В первой конфигурации (схеме 1 расположения) шипы были вставлены таким образом, что зубья стержня были направлены в направлении движения шины вперед во всех частях протектора.
Во второй конфигурации (схеме 2 расположения) шипы были вставлены таким образом, что зубья стержня были направлены в направлении движения шины вперед в центральной части протектора и в направлении, противоположном по отношению к направлению движения шины вперед, в боковых частях протектора.
В третьей конфигурации (схеме 3 расположения) шипы были вставлены таким образом, что зубья стержня были направлены в направлении, противоположном по отношению к направлению движения шины вперед, в центральной части протектора и в направлении движения шины вперед в боковых частях протектора.
В четвертой конфигурации (схеме 4 расположения) шипы были вставлены таким образом, что зубья стержня были направлены в направлении, противоположном по отношению к направлению движения шины вперед, во всех частях протектора.
В приведенной ниже Таблице 1 обобщены результаты испытаний для определения тяги и испытаний на торможение (выполненные с использованием автомобиля, оснащенного измерительной аппаратурой) на покрытой льдом поверхности, при этом в качестве базы взяты эксплуатационные характеристики шин, снабженных обычными шипами. Для испытания были измерены сила тяги при трогании с места и тормозной путь при торможении от скорости 50 км/ч до 0 км/ч.
Таблица 1
Сила тяги
Торможение
Сравнение: симметричный шип с шестигранным стержнем
100
100
Изобретение: Схема 1 расположения
103
113
Изобретение: Схема 2 расположения
111
114
Изобретение: Схема 3 расположения
107
119
Изобретение: Схема 4 расположения
107
121
В нижеприведенной таблице 2 обобщены результаты испытаний, относящиеся к субъективной оценке поведения (в отношении различных аспектов), выполненной профессиональным водителем-испытателем при движении по покрытой льдом поверхности.
Таблица 2
Сравнение
Схема 1 расположения
Схема 2 расположения
Схема 3 расположения
Схема 4 расположения
Сила тяги
6
7
7
6,5
6,5
Эффективность торможения
6
7
7
6,5
6,5
Эффект буксования
6
7
7
6,5
6,5
Управляемость
6
7
7
6,5
6
Недостаточная поворачиваемость
6
7
7
6,5
6
Избыточная поворачиваемость
6
6
7
6
6
Постепенная потеря сцепления с дорогой
6
6,5
7
6
6
Стабилизация управляемых колес
6
6
6,5
6
6
Поперечное сцепление
6
6
7
6
6
В нижеприведенной таблице 3 обобщены результаты испытаний, относящиеся к субъективной оценке поведения (в отношении различных аспектов), выполненной профессиональным водителем-испытателем при движении по покрытой снегом поверхности.
Таблица 3
Сравнение
Схема 1 расположения
Схема 2 расположения
Схема 3 расположения
Схема 4 расположения
Сила тяги
6,5
7,5
7,5
7
7
Эффективность торможения
7
7,5
7,5
7
7
Управляемость
6,5
7
7
6,5
6,5
Недостаточная поворачиваемость
6,5
7
7,5
7
6,5
Избыточная поворачиваемость
6,5
6,5
7
6,5
6,5
Постепенная потеря сцепления с дорогой
6,5
7
7
7
6,5
Стабилизация управляемых колес
6
6,5
7
6,5
6,5
Поперечное сцепление
6
7
7
6,5
6,5