ШИПОВАННАЯ ШИНА
STUDDED TIRE

Настоящее изобретение относится в целом к шипам для шины и, в частности, к шипам для зимней шины.
После появления колес с приводом от двигателя появилась необходимость в улучшении сцепления колеса с поверхностью, по которой оно двигается. В ранний период широкие стальные ведущие колеса тягового оборудования были оборудованы массивными стальными выступами, которые погружались в грунт и придавали колесу тягу, требующуюся для волочения по грунту срезающих или отвальных плугов. Широкие колеса были необходимы для создания площади, требующейся для поддержки трактора и не допускающей его погружения в грунт. Выступы создают зацепление с почвой, требующееся для волочения плугов.
Появление безлошадной повозки создало новую группу проблем, поскольку она была не более чем механизированным приспособлением транспортного средства с лошадиной тягой, имеющим свободно вращающиеся колеса, предназначенным для перемещения по грунту вместо продвижения за счет вращения колес от силового привода. Скоро было обнаружено, что стальная полоса, или шина, которая охватывала деревянный обод колеса, была пригодна для использования на плотных и сухих поверхностях. Это открытие привело к появлению сплошной резиновой, а затем пневматической шины.
После появления пневматической шины большие усилия были приложены к поиску средств для улучшения сцепления ведущих колес транспортных средств всех видов с поверхностью и при условиях, при которых они должны действовать. Вода, грязь и снег являются тремя наиболее трудными средами, в которых должна работать шина современного транспортного средства. Каждая из этих сред требует определенного протектора шины, приспособленного или для «отвода» воды от шины, или захвата мягкой или скользкой поверхности и или переноса большего количества материала под участок протектора, или уплотнения материала для создания достаточно устойчивой ведущей поверхности. Однако основной проблемой, с которой приходится сталкиваться при управлении колесным транспортным средством на поверхности, является лед.
Никакие протекторы, ребра, стержни и/или иные средства не являются эффективными на поверхности из сплошного льда. Хотя заслуженные съемные колесные цепи или грунтозацепы обеспечивают определенное сцепление при этих условиях, их использование никогда не было популярным из-за трудности их установки и съема и тряской езды, которую они обеспечивают для транспортного средства, на котором их используют.
В попытке решить эти проблемы была разработана обычная «шипованная шина», которая содержит участок протектора, включающий в себя ряд твердых выступов в виде шипов, выступающих на короткое расстояние из поверхности протектора для того, чтобы слегка проникать в поверхность льда и таким образом обеспечивать ограниченную степень сцепления между шиной и дорогой. Однако желательной является шипованная шина с улучшенным по сравнению с обычными шипованными шинами сцеплением со льдом.
Шина согласно настоящему изобретению содержит: каркас; протекторный браслет, имеющий наружную по радиусу поверхность протектора и множество проходящих по радиусу выемок; и структуру противоскольжения, расположенную в одной из проходящих по радиусу выемок и содержащую: первую круговую внутреннюю часть; вторую наружную часть и третью сердцевинную часть, которая содержит узел из трех штифтовых структур, предназначенный для обеспечения сцепления со льдом, при этом каждая штифтовая структура имеет клиновидную базовую часть, закрепленную внутри первой круговой внутренней части, и штифт, проходящий через вторую наружную часть к поверхности протектора, причем три клиновидные базовые части объединены для образования круговой базовой части узла.
Согласно другому аспекту настоящего изобретения радиально наружная поверхность каждого штифта и радиально наружная поверхность второй наружной части выровнены с поверхностью протектора.
Согласно еще одному аспекту настоящего изобретения наружная в радиальном направлении поверхность второй наружной части сжимается вдоль бегового пояса шины, когда вторая наружная часть находится в контакте с несущей нагрузку поверхностью.
Согласно другому аспекту настоящего изобретения каждый штифт выступает из наружной в радиальном направлении поверхности второй наружной части, когда вторая наружная поверхность находится в контакте с несущей нагрузку поверхностью.
Согласно еще одному аспекту настоящего изобретения первая круговая внутренняя часть выполнена из первого материала, а вторая наружная часть выполнена из второго материала, причем первый материал тверже второго материала.
Согласно другому аспекту настоящего изобретения узел изготавливают из третьего материала, который тверже второго материала.
Согласно еще одному аспекту настоящего изобретения вторая наружная часть образует треугольное основание.
Согласно другому аспекту настоящего изобретения вторая наружная часть имеет цилиндрическую конфигурацию.
Следующие определения являются определяющими в приведенном описании.
«Вершина» относится к клину из резины, помещенному между каркасом и загибом каркаса в области борта шины, обычно применяемому для придания жесткости шине.
«Отношение высоты к ширине» шины означает отношение высоты ее разреза (SH) к ширине ее разреза (SW), умноженное на 100% для того, чтобы быть выраженным в процентах.
«Кольцевой» означает выполненное в форме кольца.
«Аксиальный» или «аксиально» означает линии или направления, параллельные оси вращения шины и является синонимами с «поперечный» и «со стороны».
«Борт» означает часть шины, состоящую из кольцевого упругого элемента, обернутого слоями корда с приданием ей формы, с армирующими элементами или без них, такими как резиновые прокладки, резиновая стружка, вершины, предохранительные накладки и бортовые ленточки покрышки, соответствующей проектному ободу.
«Ленточная армирующая структура» означает, по меньшей мере, два слоя параллельного корда, тканого или нетканого, помещенные под протектором, не прикрепленные к борту и имеющие левый и правый углы корда в диапазоне от 17 градусов до 27 градусов относительно экваториальной плоскости шины.
«Ленточная структура» означает, по меньшей мере, два кольцевых слоя или пласта параллельного корда, тканого или нетканого, помещенные под протектором, не прикрепленные к борту и имеющие левый и правый углы корда в диапазоне от 17 градусов до 27 градусов относительно экваториальной плоскости шины.
«Шина с диагональным кордом» означает шину, имеющую каркас с армирующим кордом в слое каркаса, проходящий по диагонали по шине от сердечника борта до сердечника борта под углом от приблизительно 25 градусов до 50 градусов относительно экваториальной плоскости (ЕР) шины. Корд проходит под противоположными углами в чередующихся слоях.
«Брекеры» относятся к, по меньшей мере, двум кольцевым слоям или пластам параллельного армирующего корда, имеющим такой же угол относительно экваториальной плоскости шины, как и параллельный армирующий корд в пластах каркаса.
«Шерохование» означает процедуру, при которой поверхности эластомерного протектора или оболочки придается шероховатость. Придание шероховатости ведет к удалению окисленного материала и обеспечивает улучшенное связывание.
«Барабан для вулканизации покрышек» относится к цилиндрическому устройству, в которое помещают компоненты шины при изготовлении шины. «Барабан для вулканизации покрышек» может включать в себя устройство для вдавливания бортов в барабан, завертывания концов слоя каркаса поверх бортов и для расширения барабана с целью придания компонентам шины тороидальной формы.
«Каркас» означает структуру шины за исключением ленточной структуры, протектора, подпротектора и боковой резины поверх пластов, но включая борта.
«Оболочка» означает каркас, ленточную структуру, борта, боковые стенки и все другие компоненты шины, включая слой невулканизированной резины, предназначенный для облегчения сборки протектора, за исключением протектора и подпротектора. Оболочка может быть представлена новой, невулканизированной резиной или ранее вулканизированной резиной, которая должна быть снабжена новым протектором.
«Диаметральная плоскость» означает плоскость, перпендикулярную оси вращения протектора и проходящую через аксиальный центр протектора.
«Окружной» означает линии или направления, проходящие по периметру поверхности кольцевой шины параллельно экваториальной плоскости (ЕР) и перпендикулярно аксиальному направлению.
«Бортовые ленточки» относится к узким полосам материала, помещенным с наружной стороны борта для защиты пластов корда от обода, распределения прогиба по ободу и герметизации шины.
Кроме того, может быть использована армирующая структура, помещенная в бортовой части шины.
«Корд» означает одну из армирующих жил, из которых состоят пласты шины.
«Проектный обод» означает обод, имеющий определенную конфигурацию и ширину. В целях данного описания проектный обод и ширина проектного обода соответствуют установленным промышленными стандартами, действующими на той территории, на которой изготавливается шина. Например, в США проектный обод соответствует требованиям Ассоциации шин. В Европе такие требования соответствуют указанным в Руководстве по стандартам Европейской технической организации шин, и термин «проектный обод» означает то же, что и стандартный образец обода. В Японии организацией, разрабатывающей стандарты, является Японская ассоциация изготовителей автомобильных шин.
«Ширина проектного обода» является определенной, доступной в промышленных масштабах шириной обода, отнесенной к каждому размеру шин и обычно составляет от 75% до 90% от ширины определенного сечения шины.
«Экваториальная плоскость (ЕР)» означает плоскость, перпендикулярную оси вращения шины и проходящую через центр ее протектора.
«Нить» относится к отдельной пряди.
«Крыльевая лента» относится к армирующей материи, обернутой вокруг бортовой проволоки и предназначенной для упрочнения и связывания бортовой проволоки с телом шины.
«Отпечаток» означает контактную зону или участок контакта протектора шины с плоской поверхностью при нулевой скорости и при обычной нагрузке и давлении.
«Желоб» означает протяженный пустотный участок в протекторе, который может проходить в продольном или поперечном направлении относительно протектора в форме прямой, криволинейной или зигзагообразной линии. Желоба, проходящие по окружности или в поперечном направлении, иногда имеют общие участки. «Ширина желоба» равна поверхности протектора, занятой желобом или участком желоба; так, ширина желоба является его средней шириной по всей протяженности. Желоба могут иметь в шине меняющуюся глубину. Глубина желоба может меняться по окружности протектора, или же глубина желоба может оставаться постоянной, но отличаться от глубины другого желоба шины. Если такие узкие или широкие желоба имеют по существу уменьшенную глубину по сравнению с широкими круговыми желобами, которые они соединяют между собой, они рассматриваются как образующие поперечные элементы, направленные на сохранение ребристого характера данного участка протектора.
«Внутренняя сторона» означает сторону шины, ближайшую к транспортному средству в то время, когда шина надета на колесо, а колесо установлено на транспортном средстве.
«Внутренний» означает обращенный к внутренней стороне шины, а «наружный» означает обращенный к внешней стороне.
«Поперечный» означает аксиальное направление.
«Боковая кромка» означает самую внешнюю в поперечном направлении кромку протектора, ограниченную плоскостью, параллельной экваториальной плоскости и пересекающей наружные концы аксиально самых наружных тяговых зубцов на радиальной высоте внутренней поверхности протектора.
«Ведущий» относится к участку или части протектора, которая соприкасается с грунтом первой относительно последовательности таких частей или участков во время вращения шины в направлении движения.
«Чистая площадь контакта» означает общую площадь грунта, соприкасающуюся с элементами протектора между боковыми кромками по всей окружности протектора, разделенную на общую площадь всего протектора между боковыми кромками.
«Отношение частного к общему» означает отношение резины протектора шины, которая входит в контакт с твердой плоской поверхностью в отпечатке, разделенной на площадь всего отпечатка, включает не входящие в контакт участки, такие как желоба.
«Номинальный диаметр обода» означает средний диаметр фланца обода в том месте, где помещается бортовая часть шины.
«Нормальное давление накачивания» относится к определенному проектному давлению накачивания и к нагрузке, установленным соответствующей организацией по разработке стандартов для условий эксплуатации шины.
«Нормальная нагрузка» относится к определенному проектному давлению накачивания и к нагрузке, установленным соответствующей организацией по разработке стандартов для условий эксплуатации шины.
«Внешняя сторона» означает сторону шины, наиболее удаленную от транспортного средства в то время, когда шина надета на колесо, а колесо установлено на транспортном средстве.
«Пантографирование» относится к смещению углов армирования корда в шине при изменении диаметра шины, т.е. при расширении шины в форме.
«Пласт» означает сплошной слой покрытых резиной параллельных кордов.
«Пневматическая шина» означает слоистое механическое устройство, имеющее в общем тороидальную форму (обычно открытого тора), имеющее борта и протектор, выполненные из резины, химических материалов, ткани и стали или других материалов. Будучи установлена на колесе механизированного транспортного средства, шина посредством своего протектора обеспечивает сцепление и содержит жидкую или газообразную среду, обычно воздух, которая поддерживает груз транспортного средства.
«Радиальный», «по радиусу» и «радиально» означает направления, направленные по радиусу к оси вращения шины или от нее.
«Высота разреза» означает радиальное расстояние от номинального диаметра обода до внешнего диаметра шины в ее экваториальной плоскости.
«Плечо» означает верхнюю часть боковой стенки, расположенную непосредственно под кромкой обода. Плечо протектора или плечо обода означают ту часть протектора, которая расположена рядом с плечом.
«Ширина протектора» означает длину дуги на поверхности протектора в аксиальном направлении, то есть в плоскости, параллельной оси вращения шины.
«Подпротектор» относится к слою резины, помещенному между армирующим пакетом и резиной протектора в шине.
«Удельное давление в протекторе» означает радиальную нагрузку на единицу площади (квадратный сантиметр или квадратный дюйм) поверхности протектора в то время, когда эта площадь относится к отпечатку нормально накачанной и находящейся под нормальной нагрузкой шины.
«Клин» относится к конусному резиновому вкладышу, обычно применяемому для минимизации кривизны армирующего компонента, например ленточной кромки.
«Крылья» означает радиальное внутреннее продолжение протектора, помещенного по аксиальным краям протектора, причем внутренняя поверхность крыла является продолжением внутренней поверхности протектора, соприкасающейся с оболочкой.
«Круглогодичный» означает полный календарный год для каждого сезона. Например, зимняя шина не предназначена для круглогодичного использования, поскольку создает нежелательный шум на сухих дорожных поверхностях и должна сниматься в то время, когда опасность появления снега исключается.
Далее, изобретение будет описано на примере его осуществления со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
фиг.1 - схематический вид в перспективе приведенной в качестве примера шины со структурой согласно изобретению;
фиг.2 - схематический детальный вид части шины с фиг.1 со структурой согласно изобретению;
фиг.3 - схематический детальный вид части структуры с фиг.2;
фиг.4 - схематический детальный вид части структуры с фиг.3;
фиг.5 - схематический детальный вид альтернативной конструкции части структуры с фиг.2;
фиг.6 - схематическое представление функционирования структуры согласно настоящему изобретению; и
фиг.7 - схематический детальный вид функционирования структуры согласно настоящему изобретению.
На фиг.1 показан поперечный разрез приведенной в качестве примера шины 1, предназначенной для использования с настоящим изобретением. Шина 1 содержит тороидальный каркас 2 радиального или диагонального типа, состоящий из устойчивой структуры, которая образована, по меньшей мере, слоем 4 из прорезиненной ткани, армированным текстильным или металлическим кордом и имеющим загнутые вверх концы 6, каждый из которых прикреплен к паре нерастяжимого по окружности, предпочтительно металлического кольцевого сердечника, известного и упоминающегося ниже как армирующие сердечники 8 борта шины. Сердечники 8 борта шины снабжены резиновыми заполняющими вершинами 12. Зона приведенной в качестве примера шины 1, содержащая сердечник 8 борта шины и заполняющую вершину 12, образует борт, предназначенный для крепления шины 1 к соответствующему установочному ободу (не показан).
Каркас 2 имеет размещенную на нем известным образом поверхность 35 протекторного браслета 34, предназначенную для контакта качения приведенной в качестве примера шины 1 с грунтом и снабженную рельефным рисунком, содержащим канавки 22, выполненные в толще протекторного браслета 34 и ограничивающие множество блоков и/или ребер 18. Комбинация этих структурных элементов в различных конфигурациях может образовать различные рисунки протектора, которые в целом оптимизированы для различных областей применения приведенной в качестве примера шины 1.
Наряду с каркасом 2 приведенной в качестве примера шины 1 на короне каркаса помещается ленточная структура 26, помещенная между каркасным слоем 4 и протекторным браслетом 34, аксиально проходящая от одной стороны приведенной в качестве примера шины 1 к другой стороне, т.е. имеющая такую же ширину, как протекторный браслет 34. Ленточная структура 26 может включать в себя, по меньшей мере, две прорезиненные тканевые полосы 28, 30, на которые радиально наложен текстильный и/или металлический армирующий корд, параллельно друг другу в каждой полосе, взаимно пересекающийся с помещенным в прилегающей полосе и относительно экваториальной плоскости ЕР приведенной в качестве примера шины 1. Ленточная структура 26 может также включать в себя радиально самую внешнюю полосу 32 или верхний слой, с текстильным или металлическим армирующим кордом, ориентированным под углом около 0 градусов относительно кругового направления приведенной в качестве примера шины 1.
Толщина протекторного браслета 34 может составлять от 8 мм до 24 мм и, более конкретно, от 15 мм до 16 мм для шин легкового автомобиля, от 8 мм до 11 мм для шин легкого грузовика и от 18 мм до 24 мм для шин грузовика средней грузоподъемности. Протекторный браслет 34 может быть изготовлен из состава, в общем пригодного для применения зимой и специально подходящего для применения зимой с шипами. Протекторный браслет 34 может иметь вставленные в него множество структур 100 согласно настоящему изобретению. Структуры 100 могут создавать элементы противоскольжения, допускающие улучшение сцепления со снегом и торможения.
Структуры 100 согласно настоящему изобретению могут уменьшать ущерб для дорожных поверхностей, который могут причинять обычные зимние шипы. В целом структуры 100 могут включать в себя несколько шипов, выполненных из разных материалов. Шипы могут быть покрыты двойным компонентом, помещенным вокруг сердечника шипа, чтобы допустить схватывание с дорогой сердечника шипа. Двойной компонент может допускать вставку в шину. Таким образом, структуры 100 могут улучшить схватывание с покрытой льдом дорогой.
При вставке в шину структуры 100 не выступают за пределы поверхности протектора 35. Когда шина катится, сжимаемая часть двойного компонента может сжиматься вокруг сердечника шипа при контакте с дорогой. Деформация сжимаемой части может уменьшить ее радиальную высоту наряду со сжатым протекторным браслетом 34, но сердечник шипа и несжимаемая часть двойного компонента могут не деформироваться, поскольку ленточная структура 26 не допускает направленное радиально внутрь движение сердечника шипа и несжимаемого компонента. Это создает смещение между радиально расположенной снаружи поверхностью сжимаемой части и сердечником шипа (т.е. сердечник шипа выступает из сжимаемой части и протекторного браслета 34).
Сжимаемая часть и сердечник шипа могут быть изготовлены из материала, имеющего такую же износостойкость, как и протекторный браслет 34. Это позволяет сохранять постоянную величину смещения при износе протекторного браслета 34. Эта особенность уменьшает также шум и вибрацию. Для целей маркетинга могут быть представлены крашеные детали, например синий сердечник шипа и желтая видимая сжимаемая часть. Сжимаемая часть может быть выполнена, например, из подходящих термопластов, силиконов, полиуретанов и т.д. с уменьшением веса шины.
Как показано на фиг.3, приведенная в качестве примера структура 100, как описано выше, может быть вставлена в имеющую соответствующую форму выемку 3 для закрепления структур в протекторном браслете 34. Каждая приведенная в качестве примера структура, или шип 100, включает в себя первую круговую внутреннюю часть 110, содержащую относительно несжимаемый материал, вторую треугольную внешнюю часть 120, содержащую относительно сжимаемый материал, и третью сердцевинную часть 130 (см. фиг.4). Первая часть 110 ограничивает круговую фланцевую часть, предназначенную для радиального закрепления структуры 100 внутри радиально проходящей выемки 3 протекторного браслета 34. Вторая часть 120 ограничивает треугольное основание, проходящее радиально наружу от первой части 110 для того, чтобы находиться на одном уровне с поверхностью протектора 35. Треугольная форма второй части 120 не допускает также поворота структуры 100 относительно протекторного браслета 34.
Третья часть 130 структуры 100 содержит три штыревые структуры 132, проходящие радиально наружу (относительно шины 1) для создания сцепления со льдом за счет увеличения количества точек врезания в одном шипе. Каждая штыревая структура 132 может включать в себя клиновидную базовую часть 134 с углом 120° и цилиндрический штырь 136, проходящий радиально наружу от базовой части 134 до одного уровня с поверхностью протектора 35. Три штыревые структуры 132 могут быть собраны вместе для формирования штыревого узла 140, так что три клиновидные базовые части 120° образуют полностью круговую базовую часть с тремя цилиндрическими штырями 136, выходящими из нее (см. фиг.4). Полностью круговая базовая часть закреплена внутри первой части 110. Цилиндрические штыри 136 проходят от полностью круговой базовой части через вторую часть 120. С другой стороны, три штыревые структуры 132 могут быть выполнены в качестве цельного изделия с тремя конусными штырями 136, что допускает извлечение из формы (не показано). Кроме того, наружная часть 120 и штыри 136 могут быть выполнены из материала, обладающего износостойкостью, сходной с износостойкостью протекторного браслета 34, для уменьшения шума от выступов, выступающих из протекторного браслета.
Как показано на фиг.5, в имеющую соответствующую форму выемку 3 для закрепления структур в протекторном браслете 34 могут быть вставлены альтернативные структуры 200. Каждая приведенная в качестве примера структура, или шип 200, включает в себя первую круговую внутреннюю часть 210, содержащую относительно несжимаемый материал, вторую цилиндрическую наружную часть 220, содержащую относительно сжимаемый материал, и третью сердцевинную часть 230 (подобную показанной на фиг.4). Первая часть 210 ограничивает круговую фланцевую часть, предназначенную для радиального закрепления структуры 200 внутри проходящей по радиусу выемки 3 протекторного браслета 34. Вторая часть 220 ограничивает цилиндрическое основание, проходящее радиально наружу от первой части 210 до одного уровня с поверхностью протектора 35.
Третья часть 230 структуры 200 содержит три штыревые структуры 232, проходящие радиально наружу (относительно шины 1) для создания сцепления со льдом путем увеличения количества точек врезания в одном шипе. Каждая штыревая структура 232 может включать в себя клиновидную базовую часть 234 с углом 120° и цилиндрический штырь 236, проходящий радиально наружу от базовой части 234 до одного уровня с поверхностью протектора 35. Три штыревые структуры 232 могут быть собраны вместе для формирования штыревого узла 240, так что три клиновидные базовые части 120° образуют полностью круговую базовую часть с тремя цилиндрическими штырями 236, выходящими из нее (см. фиг.4). Полностью круговая базовая часть закреплена внутри первой части 210. Цилиндрические штыри 236 проходят от полностью круговой базовой части через вторую часть 220. Кроме того, наружная часть 220 и штыри 236 могут быть выполнены из материала, обладающего износостойкостью, сходной с износостойкостью протекторного браслета 34, для уменьшения шума от выступов, выступающих из протекторного браслета.
На фиг.6 и 7 проиллюстрирован пример функционирования структур 100, 200. При вращении шины 1 протекторный браслет 34 и сжимаемая вторая часть 120 или 220 структуры 100 или 200 оба становятся сжатыми в месте, соприкасающемся с поверхностью дороги 9, или в положении на шесть часов. Однако несжимаемая первая часть 110 или 210 и штыревой узел 140 или 240 остаются по существу зафиксированными радиально. Таким образом, штыри 136 или 236 могут выступать из поверхности протектора 35 сжатого протекторного браслета 34 для создания сцепления с покрытой льдом поверхностью. Ленточная структура 26 может образовать ограничитель обратного хода, так что несжимаемая первая часть 110 или 210 и штыревой узел 140 или 240 остаются по существу радиально зафиксированными.
В свете приведенного здесь описания возможны изменения в настоящем изобретении. В то время как некоторые примерные варианты реализации и детали показаны с целью иллюстрации рассматриваемого изобретения, специалистам в данной области техники будет понятно, что в нем могут быть выполнены различные изменения и модификации без выхода из объема рассматриваемого изобретения. Очевидно, что в определенные описанные варианты реализации могут быть внесены изменения, которые полностью оказываются в рамках объема изобретения, определяемого прилагаемой формулой изобретения.