КАРКАС ПОКРЫШКИ ШИНЫ

Полезная модель относится к транспортным средствам, в частности к конструкции покрышек автомобильных пневматических шин с каркасом из текстильного корда.
Одной из основных деталей покрышки является каркас - торообразная силовая основа шины состоящая из резино-кордных слоев, обычно содержащих текстильные (или м/к) нити. Каркас, являясь основной силовой частью покрышки, ограничивает объем накаченной камеры и воспринимает нагрузки, действующие на шину. Основной нагрузкой на шину является собственный вес автомобиля и вес перевозимого груза или пассажиров. Каркас должен обладать значительной прочностью, а так же определенной эластичностью. Он состоит из одного или нескольких наложенных друг на друга слоев прорезиненного корда и резиновых прослоек - сквиджей.
Материалом корда могут служить нити из полимерных волокон (капрон, лавсан и т.д.), а также трос из стальной латунированной проволоки (металлокорд). Прочность покрышки определяется прочностью каркаса и главным образом зависит от прочности корда, так как модуль его упругости на несколько порядков больше модуля упругости резины.
Каждая кордная нить каркаса изолирована от соседних и в то же время связана с ними резиной. Резина предохраняет кордные нити от влаги, перетирания и способствует равномерному распределению нагрузок между ними. Наличие резины между слоями кордных нитей увеличивает вес шины, а, следовательно, влияет на ее эксплуатационные характеристики.
Форма каркаса и число слоев корда в нем определяются расчетом, исходя из заданного давления воздуха, нагрузки, типа и назначения шины. Кордные нити несут основную нагрузку во время работы шины, обеспечивая последней прочность, эластичность, износостойкость и сохранение заданной формы. Кордная нить в покрышке работает главным образом на растяжение и многократный изгиб. Эти напряжения возникают, как правило, в результате давления воздуха и действия центробежных сил, которые создают в корде растягивающие напряжения.
Значительное влияние на работу каркаса оказывают толщина корда, его плотность, теплостойкость и другие физико-механические свойства. Под действием приложенных к колесу сил шина деформируется только на определенном участке окружности - рабочей зоне, расположенной в области контакта шины с дорогой и равной приблизительно одной трети длины окружности как для легковых, так и для грузовых автомобилей.
Существует целый ряд различных вариантов исполнения каркаса покрышек шин на основе текстильных кордных материалов. Однако все они имеют одно общее свойство - в них используется крученый из одиночных нитей текстильный корд [1-8]. Необходимость скручивания нитей диктуется требованиями достижения заданной разрывной прочности, допустимых удлинений, как при разрыве, так и при рабочих нагрузках, плюс необходимостью гарантировать стабильную связь с резиной каркаса (адгезию). Кроме того, скручивание нитей в кордную нить дает возможность достижения необходимой долговечности при динамических нагрузках. Известные конструкции каркасов для пневматических шин выполнены с использованием текстильных материалов на основе скрученных нитей диаметром от 0,4 до 1,2 мм, что и определяет вместе с покровной резиной толщину каркасной детали в шине. В зоне боковины покрышка шины состоит из гермослоя, слоя каркаса и резины боковины, (см. В.В. Рагулин «Технология шинного производства», Химия, 1970)
Технической задачей, на решение которой направлено предлагаемая полезная модель, является снижение количества резины в готовой покрышке, что улучшает ее эксплуатационные технические характеристики, в частности благоприятно сказывается на снижении температуры при качении и соответственно снижении сопротивления качению, повышению однородности шины и повышению долговечности конструкции.
Технический результат, достигаемый реализацией всей заявляемой совокупностью существенных признаков, состоит в:
- снижении массы конструкции покрышки шины;
- повышения однородности готового изделия и стабильности размеров в эксплуатации,
- повышение долговечности в эксплуатации,
- снижении рабочих температур и соответственно снижении потерь на качение, под которыми понимается стандартное испытание шин на оценку величины рассеивания энергии при качении из-за гистерезиса резины.
Поставленная техническая задача решается путем выполнения армирующих элементов каркаса из плоских монофиламентных нитей (лент) с толщиной 0,1-0,4 мм и шириной 1-5 мм (Монофиламентная (monofilament - Состоящий из одиночной цепи одного материала. Мононить - одиночная нить очень большой длины, не делящаяся в продольном направлении См. Универсальный русско-английский словарь). В поперечном направлении размеры монофиламентной ленты составляют 0,03-6 мм и более. Формуют плоские монофиламентные нити (ленты) обычно из расплавов синтетических полимеров, напр. полиамидов, полиэтилентерефталата, полиолефинов, пластифицир. сополимеров винилиденхлорида с винил-хлоридом (СВХ), реже из р-ров (таким способом получают гидратцеллюлозную монофиламентную ленту).
Данные монофиламентные ленты получают на стадии производства волокна, они не требуют в дальнейшем никаких операций кручения или перемотки. Они представляют собой монофиламентное волокно, которое в процессе производства и вытяжки выполнено в форме плоской тонкой ленты. Толщина плоской ленты при равной прочности меньше традиционной конструкции (выполненной из крученого волокна) в 2÷4 раза, что позволяет соответственно уменьшить толщину каркасной детали, а в случае использования технологии клейких текстильных необрезиниваемых материалов - исключить каркасную резину и снизить толщину шины на толщину каркаса (для легковых однослойных шин эта величина составляет от 0,9 до 1,4 мм). Плоская монофиламентная лента имеет большую жесткость на растяжение (модуль), что гарантирует стабильные габариты шины, усталостная прочность ее на растяжение и изгиб превосходят аналогичные показатели крученой нити. Плоская монофиламентная лента лишена основного недостатка монофиламентной нити круглого сечения - сложности обеспечения высокой адгезии. В процессе производства плоская монофиламентная лента вытягивается при повышенной температуре и ее структура при растяжении не является однородной, а включает растянутые поры и микро отверстия, за счет которых при пропитке достигается высокая прочность связи с монофиламентной лентой пропиточного состава, который зависит от полимера нити и должен совпадать с составом для крученых нитей. Обычная монофиламентная нить - это леска с однородной поверхностной структурой и пропитка не может проникать внутрь, только приклеивается по поверхности, здесь же за счет пор адгезия пропиточного состава (а, следовательно, усилие отрыва) намного выше. Этим обеспечивается высокая прочность связи с прилегающей резиной. Монофиламентная лента для использования в каркасе покрышек шип может быть изготовлена на основе тех же полимеров, что и традиционные текстильные материалы из полиамида, полиэфира (полиэстера), арам и да, вискозы. Для обеспечения клейкости монофиламентных лент к резине возможно нанесение составов на основе латекса пли иных материалов. Аналогичные составы применяются для традиционных крученых нитей, при этом клейкий состав в основном является ноу-хау фирмы производителя.
Выбор параметров монофиламентной лепты и частоты расположения нитей для применения в конкретной конструкции шипы осуществляется на основе прочностного расчета конструкции.
На рис. 1 представлена структура каркаса пневматической шины, выполненного из одного слоя монофиламентной ленты, на рис. 2 представлена структура каркаса в зоне борта.
В качестве примера приведен каркас пневматической шины 195/55R15V, выполненный из одного слоя монофиламентной ленты. В качестве монофиламентной ленты используется плоская мононить из полиэфирной ленты 4400 дтех шириной 2 мм и толщиной 0,2 мм, шаг 4 мм. В Результаты сравнения конструкции шины размера 195/55R15V с традиционной конструкцией каркаса и конструкцией с использованием плоской монофиламентной ленты сведены в таблицу.
В таблице 1 представлены расчетные характеристики шины 195/55R15V с применением в каркасе традиционной кордной ткани 18ПДУ 1440x2 F-114 и плоской монофиламентной полиэфирной ленты 4400 дтех шириной 2 мм и толщиной 0,2 мм, шаг 4 мм.
Таблица 1
Наименование параметра
Материал каркаса
18 ПДУ
Плоская лента
1. Разрывное усилие, H
178
700
2. Частота нитей на 100 мм
ПО
28
3. Модуль нити (ленты) (Н/нить)
1250
5000
4. Размах интенсивности деформаций, ед.
0,175
0,166(95%)
5. Максимальная температура, °C
86,4
82,5(95%)
6. Долговечность, циклов
100%
134%
7. Потери на качение, ед.
0,00568
0,00546(96%)
8. Вес каркаса шины, кг
0,791(100%)
0,148(19%)
В таблице наглядно представлены достигаемые характеристики покрышек автомобильных пневматических шин с каркасом из монофиламентной ленты. Изготовление пневматических шин с каркасом из монофиламентной ленты возможно в условиях массового производства.
Литература
1. Патент РФ 2262453 Покрышка пневматической шины радиальной конструкции.
2. Патент РФ 2456167 Пневматическая шина.
3. Патент РФ 2467883 Пневматическая шина.
4. Патент РФ 76662 Покрышка пневматической шины.
5. Патент РФ 2317212 Покрышка пневматической шины.
6. Патент РФ 2377136 Покрышка пневматической шины.
7. United States Patent 4787200 Rubber-reinforcing aromatic polyamide fiber cords.
8. United States Patent 5759316 Pneumatic tire with double-twisted organic fiber carcass cords.