ПОЛИУРЕТАНОВАЯ ПНЕВМАТИЧЕСКАЯ ШИНА С ГУБЧАТЫМ НАПОЛНИТЕЛЕМ

Предлагаемое техническое решение относится к области создания шин для колесной техники, а более конкретно - для внутрицехового и внутризаводского транспорта, а именно - для автопогрузчиков и электропогрузчиков.
В настоящее время самое широкое применение для различных видов колесной техники находят пневматические резиновые шины, представляющие собой упругую оболочку, предназначенную для установки на ободе колеса и имеющие кольцеобразную полость, заполняемую воздухом или газом под давлением [1]. Основной составной частью пневматической шины является покрышка - кольцеобразная полая оболочка, непосредственно воспринимающая усилия, возникающие при эксплуатации. Основой покрышки является каркас, представляющий силовую часть пневматической шины и состоящий из одного или нескольких слоев корда, закрепленных на бортовых кольцах, образующих жесткую часть покрышки пневматической шины и обеспечивающих ее крепление на ободе колеса. Для усиления прочности шины используется брекер, состоящий из слоев корда, расположенных между протектором и каркасом. Пневматические шины бывают камерные и бескамерные.
Пневматические шины обладают хорошими амортизирующими свойствами, однако они чувствительны к порезам и проколам, предотвратить которые в цеховых и заводских условиях невозможно. Вследствие этого для транспорта, используемого в цеховых и заводских условиях, были разработаны массивные шины [2, 3], представляющие собой сплошную кольцеобразную конструкцию, в которой отсутствует амортизирующая полость.
Массивные шины стойки к порезам и проколам и не требуют технического обслуживания в ходе их эксплуатации, однако они значительно хуже, чем пневматические, смягчают удары при езде по неровностям, что приводит к избыточным нагрузкам на раму транспортного средства и преждевременному выходу транспортного средства из строя.
Компромиссным вариантом шины для цеховых условий эксплуатации являются шины типа «гусматик» [4] (их еще называют «шины с губчатой камерой»). Они представляют собой совокупность покрышки - кольцеобразной оболочки с расположенной внутри кольцеобразной амортизирующей полостью, и кольцеобразного амортизирующего элемента, расположенного в амортизирующей полости покрышки, выполненного из губчатой резины. При этом наружные размеры амортизирующего элемента и внутренние размеры амортизирующей полости совпадают. Преимуществами таких шин является то, что срок их эксплуатации порядка в 1,5-2 раза выше по сравнению с пневматическими, они стойки к порезам и проколам и практически не требуют технического обслуживания во время эксплуатации.
Однако и шины типа «гусматик» не лишены ряда недостатков. Во-первых, по амортизирующим свойствам они уступают пневматическим шинам. Во-вторых, такие шины не могут обеспечить движение на высоких скоростях в связи с их нагревом и перегревом, приводящим к выходу шин из строя. Перегрев связан, в частности, с тем, что поверхность амортизирующего элемента не связана с внутренней поверхностью амортизирующей полости шины, что приводит к взаимному перемещению и трению указанных поверхностей и, как следствие, к сопутствующему нагреву и абразивному износу. Кроме того, наполнитель из губчатой резины имеет высокие гистерезисные потери при приложении знакопеременной нагрузки, что так же приводит к повышенному тепловыделению. Со временем губчатая резина теряет эластичность из-за старения и разрушения пор, амортизирующие свойства шины ухудшаются, а сопротивление качению возрастает.
Возрастающие экологические требования к напольным транспортным средствам, работающим внутри помещений, обусловливают появление новых требований к шинам. Резиновые шины, изготовленные из смеси каучука и технического углерода (сажи), при высоких нагрузках интенсивно изнашиваются, а продукты истирания вместе с пылью поднимаются в воздух и попадают в организм человека. По этой причине внутри помещений недопустимо применять резиновые шины, содержащие технический углерод. Кроме того, многие вещества, входящие в рецептуру резиновых шин, являются канцерогенными. К ним, в частности, относятся активаторы и ускорители вулканизации, ароматические мягчители, мономеры каучуков, бензопирены и N-нитрозамины, которые в процессе переработки и вулканизации резины образуют с техническим углеродом токсичные и опасные для здоровья химические соединения. При эксплуатации шин эти вещества выделяются в атмосферу.
В настоящее время в мировой практике для работы в помещениях в рецептуре шин технический углерод заменяют нетоксичным оксидом кремния, но такое решение приводит к снижению ресурса шин на 10…15% за счет снижения стойкости к истиранию при одновременном увеличении стоимости производства. Оптимально требованиям к экологической безопасности отвечают массивные полиуретановые шины, представляющие собой слой полиуретана, нанесенный на металлический бандаж. Такие шины обладают в 3…5 раз более высокой стойкостью к истиранию по сравнению с резиновыми шинами с наполнителем из оксида кремния. Однако такие шины имеют низкую амортизирующую способность.
В настоящее время ни резиновые пневматические, ни массивные резиновые или полиуретановые шины для складской и погрузочно-разгрузочной техники не соответствуют совокупности предъявляемых к ним санитарно-гигиенических и эксплуатационных требований.
Целью разработки является устранение недостатков принятой за прототип пневматической резиновой шины, заключающихся в ее уязвимости с точки зрения прорезов и проколов при одновременном нарушении экологических требований для напольного транспорта.
Указанная цель достигается тем, что образующая шину кольцеобразная оболочка вращения с амортизирующей полостью выполнена из полиуретана, а амортизирующая полость заполнена наполнителем из вспененного полиуретана, причем поверхность амортизирующей полости соединена с поверхностью кольцеобразного пенополиуретанового наполнителя, при этом опорные поверхности боковин амортизирующей полости соединены между собой связанным с ними армированным полиуретановым кольцом, наружная поверхность которого, находящаяся между бортами, соединена с наполнителем.
Устройство полиуретановой пневматической шины показано на фигуре.
При реализации цели изобретения полиуретановая пневматическая шина, показанная на фигуре, содержит кольцеобразную оболочку вращения с протекторной частью 1 и боковинами 2 с расположенной между ними амортизирующей полостью, внутри которой имеется кольцеобразный наполнитель 3 из вспененного полиуретана, наружные размеры которого соответствуют размерам амортизирующей полости. При этом поверхности амортизирующей полости -протекторной части 1 и боковин 2 - соединены с поверхностью кольцеобразного вспененного полиуретанового наполнителя 3. Опорные поверхности 4 боковин 2 соединены между собой связанным с ними армированным полиуретановым кольцом 5. При этом прилегающая к наполнителю 3 наружная поверхность армированного полиуретанового кольца, находящаяся между боковинами 2, соединена с наполнителем 3.
Показанная на фигуре полиуретановая шина с наполнителем из вспененного полиуретана с включенными в его структуру микрокапсулами, заполненными газом под давлением, представляет собой единый двухкомпонентный массив, сплошной снаружи и пористый внутри. Монолитность массива обеспечена путем наличия между поверхностью наполнителя 3 и сопрягаемыми с этой поверхностью внутренними поверхностями протекторной части 1, боковин 2 и наружной поверхностью армированного полиуретанового кольца 5 сплошной связи, сформированной при полимеризации полиуретана. При этом несущая способность шины, показанной на фигуре 1, определяется не давлением газа в шине и ее силовым каркасом, а пенополиуретановым наполнителем 3, который состоит из микрокапсул, заполненных газом под давлением. После полимеризации наполнитель 3 представляет собой эластичную ячеистую структуру, по своей несущей способности значительно превосходящую многослойный каркас. При этом в протекторной части шины можно исключить использование брекера, так как ячеистая структура наполнителя увеличивает живучесть шины при проколах и порезах до характеристик массивной шины.
Последовательность изготовления полиуретановой шины с наполнителем из вспененного полиуретана с включенными в его структуру микрокапсулами заключается в том, что сначала в пресс-форме, имитирующей амортизирующую полость шины с заранее установленным армированным полиуретановым кольцом, путем полимеризации полиуретановой массы с внесенными в ее состав газовыделяющими частицами, под давлением и при повышенной температуре изготавливается эластичный кольцеобразный наполнитель, связанный с армированным полиуретановым кольцом. При этом в массиве наполнителя происходит газовыделение и образуются микрокапсулы, давление в которых выше атмосферного.
Полученное изделие размещается внутри следующей пресс-формы, внутренние размеры которой соответствуют наружным размерам шины. В пресс-форму под давлением подается полиуретан. Следует учитывать, что для улучшения адгезии подаваемого в пресс-форму полиуретана и находящегося в ней ранее изготовленного эластичного кольцеобразного наполнителя может быть необходимым покрытие поверхности указанного наполнителя специальными составами, улучшающими адгезию. При полимеризации полиуретана происходит его жесткое соединение с кольцеобразным наполнителем. После снятия давления и разборки (разъединения) пресс-формы формируется наружная кольцеобразная оболочка вращения с входящими в ее состав покровными деталями в виде соединенных между собой протекторной части и боковин. При этом боковины жестко связаны с армированным полиуретановым кольцом, внутренняя поверхность которого образует посадочную часть шины. Полученное изделие представляет собой единый кольцеобразный массив, средняя часть которого представляет совокупность связанных между собой микрокапсул с находящимся в них под давлением воздухом. Амортизирующие свойства такой шины основаны на упругости сжатого воздуха и эластичности полиуретана и, как показывают исследования, по своим характеристикам приближаются к аналогичным характеристикам пневматической шины.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1. ГОСТ 22374-77. Шины пневматические. Конструкция. Термины и определения.
2. ГОСТ 28630-90. Шины массивные. Термины и определения.
3. ГОСТ 5883-89. Шины массивные резиновые. Технические условия.
4. Савосин В.С, Бограчев М.Л. Массивные шины. М.: Химия, 1981.