элемент противоскольжения для шины колеса транспортного средства, способ изготовления элемента противоскольжения для шины колеса транспортного средства и способ изготовления ошипованной шины

Формула изобретения

1. Элемент противоскольжения для шины колеса транспортного средства, содержащий изготовленный из твердого материала шип, установленный в предварительно отформированную втулку из термопластической синтетической резины, размещенную и зафиксированную в соответствующем гнезде шашки грунтозацепа протекторной части шины колеса транспортного средства, при этом конец шипа выступает из втулки, отличающийся тем, что втулка выполнена из эбонитовой невулканизирвоанной резины, а шип из твердого материала покрыт медесодержащим материалом, при этом шип во втулке и втулка в протекторной части сырой собранной шины зафиксированы вулканизацией.

2. Элемент по п.1, отличающийся тем, что эбонитовая невулканизированная резина втулки дополнительно включает частицы материала с твердостью равной или больше твердости вулканизированной резины протекторной части шины колеса транспортного средства.

3. Элемент по п.1, отличающийся тем, что шип из твердого сплава выполнен фигурным по образующей и основанию.

4. Способ изготовления элемента противоскольжения для шины колеса транспортного средства, заключающийся в изготовлении из термопластической синтетической резины втулки заданной геометрической формы и фиксации шипа противоскольжения во втулке, отличающийся тем, что втулку выполняют из эбонитовой невулканизированной резины, а шип из твердого сплава покрывают медесодержащим материалом, при этом фиксацию шипа во втулке осуществляют при вулканизации сырой собранной шины.

5. Способ изготовления ошипованной шины, заключающийся в сборке сырой шины с последующей ее вулканизацией, выполнении гнезд в шашках грунтозацепов протекторной части шины, установке в гнезда втулок из синтетической термопластической резины с шипами противоскольжения из твердого материала и фиксации втулок в гнездах, отличающийся тем, что втулки выполняются из невулканизированной эбонитовой резины и устанавливаются в гнезда, выполненные в сырой протекторной ленте в геометрических центрах шашек грунтозацепов, а ошипованную ленту закрепляют на заготовке сырой шины, при этом фиксация шипов из твердого сплава во втулках и втулок в протекторной части шины осуществляется посредством молекулярной связи через медесодержащий материал, серу и каучук эбонитовой и протекторной резины при вулканизации собранной шины.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к шинной промышленности и касается конструкции средств противоскольжения транспортных средств, в частности элементов противоскольжения, которыми оснащаются протекторы шин для повышения их сцепления с опорной поверхностью, характеризующейся малым коэффициентом сцепления.

Известна конструкция протектора пневматической шины, имеющего повышенный коэффициент сцепления с дорожным покрытием за счет включения в материал протектора малоразмерных от 1 до 9 мм в диаметре частиц повышенной твердости до 7М, составляющих от 5% до 50% от общей массы протектора, равномерно распределенных по объему протектора и частично выступающих из него (см. WO, заявка N 85/05329, кл. B 60 C 11/14, 1985).

В качестве твердых включений используют силикатные частицы, полые силикатные или алюмосиликатные частицы, частицы из твердой древесины или твердой резины, включения твердого полимера или частицы оксида алюминия.

Указанные примеры исполнения протектора с повышенными сцепными свойствами обладают рядом общих недостатков. Вводимые в протектор твердые частицы не обеспечивают существенного повышения коэффициента сцепления в условиях сильного обледенения, характерного для стран с холодным климатом. Кроме того, количество и размеры твердых частиц ограничены влиянием, оказываемым этими включениями на свойства протектора, а также разрушающим воздействием на рабочую поверхность протектора, производимым вследствие вырывания твердых частиц из протектора в результате контакта с дорожным полотном. Частично эти проблемы решаются введением перед вулканизацией в материал протектора проволочных отрезков, концы которых направлены к поверхности протектора и частично выступают над ней (см. GB, патент N 380418, кл. B 60 C 11/14, 1932), или твердые синтетические волокна (см. FR, патент N 2590523, кл. D 60 C 11/14, 1985). Кроме того, известно, что максимальное давление на грунт имеет место в средней части протектора, следовательно, равномерное распределение твердых частиц по всему объему протектора неэффективно. Поэтому фрикционные элементы часто сосредотачивают в определенных точках протектора в виде завулканизированных в протектор резиновых вставок, содержащих твердые частицы (см. FR, патент N 1365406, кл. B 60 C 11/14, 1964).

Однако основную проблему, состоящую в обеспечении удовлетворительного сцепления с дорожной поверхностью в условиях сильного обледенения, удается решить только в случае применения твердых металлических шипов, устанавливаемых на рабочей поверхности протектора.

Наибольшее распространение получили постоянно установленные в протекторе шипы. Чаще всего они представляют собой стержни цилиндрической формы, изготовленные из высокопрочного материала и установленные с натягом в отверстия, предварительно выполненные в протекторе. Шипы обычно снабжают головками различной формы, обеспечивающими более надежную фиксацию шипа в протекторе. Однако использование таких шипов связано с рядом проблем.

Во-первых, вырывание шипов из протектора при контакте с дорожным полотном вследствие неэффективной фиксации с помощью указанных выше средств. Для решения этой проблемы используют специальные стопорные кольца, надеваемые на шип, придают шипу специальную форму, позволяющую дополнительно фиксировать шип за счет использования сил упругости, возникающих при деформации протектора во время движения, предварительно нагревают шип для улучшения связей шипа с резиной или вводят в соединение шипа с резиной клеящие вещества (SU, авт. св. N 1669770, B 60 C 11/14, 1988).

Наиболее эффективным с технологической точки зрения способом является установка шипа в сырую резину с последующей вулканизацией всей конструкции в сборе (FR, патент N 1365406 или FR, патент N 2320198, кл. B 60 C 11/14, 1973).

Во-вторых, при взаимодействии шипа с дорожным полотном он нагревается до высокой температуры, что вызывает нагрев прилегающих слоев резины: это приводит к ускоренному локальному старению резины, потере ею упругих свойств и ослаблению фиксации шипа.

В-третьих, при значительном износе протектора большая часть шипа оказывается выступающей из протектора и под действием возникающих при контакте с дорогой значительных изгибающих усилий шип, изготовленный из твердых, но хрупких материалов, ломается.

В-четвертых, воздействие, оказываемое на шип со стороны дороги, передается на прилегающие слои резины, что ведет к ускоренному разрушению связей шипа с резиной. Чтобы избежать этого, шипы помещают во вставки из более твердой резины, чем основной материал протектора (GB, патент N 1435719, кл. B 60 C 11/14, 1973).

В качестве прототипа для заявляемого устройства было принято устройство элемента противоскольжения для шины колеса транспортного средства из US, патент N 3805866, кл. B 60 C 11/14, 1974, содержащего изготовленный из твердого материала шип, установленный в предварительно отформованную втулку из термопластической синтетической резины, размещенную и зафиксированную в соответствующем гнезде шашки грунтозацепа протекторной части шины колеса транспортного средства, при этом конец шипа выступает из втулки.

Фиксация втулки в гнезде протектора осуществляется за счет приклеивания.

Недостатком данного элемента противоскольжения является то, что при решении задачи по надежному фиксированию шипа во втулке за счет вулканизации втулки не было учтено, что для установки втулки в гнездо вулканизированного протектора необходимо выполнить соответствующие сверления в уже прошедшей вулканизацию шине. Процесс сверления нарушает целостность связей резины, что сводит на нет все преимущества по надежной фиксации шипа, так как все ранее указанные недостатки проявляются в месте клеевого соединения втулки и протектора.

Известен из этого же источника способ изготовления элемента противоскольжения для шины колеса транспортного средства, заключающийся в изготовлении из синтетической термопластической резины втулки заданной геометрической формы и закреплении шипа противоскольжения во втулке за счет вулканизации.

Недостаток данного способа заключается в том, что после вулканизации втулки она представляет собой сформованную на молекулярном уровне структуру, которую необходимо приклеивать к так же сформованной на молекулярном уровне за счет вулканизации собранной шине. При таком способе изготовления элемента противоскольжения в месте склейки втулки и протекторной резины шины образуется зона с нарушенными по свойствам связями, в связи с чем проявляются те же недостатки, что и раннее оговоренные применительно к обычным шипам. В связи с разнородностью свойств зоны склейки и резины происходит разрушение зоны склейки.

Известен также из US, патент N 3805866, способ изготовления ошипованной шины, заключающийся в сборке сырой шины с последующей ее вулканизацией, выполнении гнезд в шашках грунтозацепов протекторной части шины, установке в гнезда втулок из синтетической термопластической резины с шипами противоскольжения из твердого материала и фиксации втулок в гнездах.

Данный способ имеет те же недостатки, что уже оговаривались применительно к элементу противоскольжения и способу его изготовления.

Настоящее изобретение направлено на решение технической задачи по надежному фиксированию шипа во втулке и втулки в протекторе, предохранении окружающих шип слоев резины от ускоренного разрушения из-за силового воздействия со стороны шипа, организации отвода тепла от шипа и повышении сопротивления шипа изгибным нагрузкам. Достигаемый при этом технический результат заключается в увеличении срока службы ошипованной шины и ее надежности при эксплуатации.

Решение поставленных задач достигается за счет объединения всех лучших решений указанных проблем на существующем уровне техники.

Указанный технический результат достигается тем, что в элементе противоскольжения для шины колеса транспортного средства, содержащем изготовленный из твердого материала шип, установленный в предварительно отформованную втулку из термопластической синтетической резины, размещенную и зафиксированную в соответствующем гнезде шашки грунтозацепа протекторной части шины колеса транспортного средства, при этом конец шипа выступает из втулки, последняя выполнена из эбонитовой невулканизированной резины, а шип из твердого материала покрыт медесодержащим материалом, при этом шип во втулке и втулка в протекторной части сырой собранной шины зафиксированы вулканизацией.

Кроме того, эбонитовая невулканизированная резина втулки дополнительно включает частицы материала с твердостью равной или больше твердости вулканизированной резины протекторной части шины колеса транспортного средства.

Кроме того, шип из твердого сплава выполнен фигурным по образующей и основанию.

В части способа изготовления элемента противоскольжения указанный технический результат достигается тем, что способ заключается в изготовлении из термопластической синтетической резины втулки заданной геометрической формы, закреплении шипа противоскольжения во втулке, выполненной из эбонитовой невулканизированной резины, а шип из твердого сплава покрывают медесодержащим материалом, при этом фиксацию шипа во втулке осуществляют при вулканизации сырой собранной шины.

В части способа изготовления ошипованной шины указанный технический результат достигается тем, что способ заключается в сборке сырой шины с последующей ее вулканизацией, выполнении гнезд в шашках грунтозацепов протекторной части шины, установке в гнезда втулок из синтетической термопластической резины с шипами противоскольжения из твердого материала и фиксации втулок в гнездах, при этом втулки выполняются из невулканизированной эбонитовой резины и устанавливаются в гнезда, выполненные в сырой протекторной ленте в геометрических центрах шашек грунтозацепов, а ошипованную ленту закрепляют на заготовке сырой шины, причем фиксация шипов из твердого сплава во втулках и втулок в протекторной части шины осуществляется посредством молекулярной связи через медесодержащий материал, серу и каучук эбонитовой и протекторной резины при вулканизации собранной шины.

Указанные признаки являются существенными и взаимосвязаны между собой с образованием устойчивой совокупности существенных признаков, достаточной для получения требуемого технического результата.

Так, изготовление втулки из эбонитовой невулканизированной резины с размещением в ней шипа противоскольжения, покрытого медесодержащим материалом, позволяет за счет одновременной вулканизации сырой шины и втулок организовать надежное крепление за счет молекулярных связей втулки с резиной протектора и шипа с втулкой.

Настоящее изобретение поясняется конкретными примерами, которые, однако, не являются единственно возможными, но наглядно демонстрируют возможность достижения приведенной совокупностью признаков требуемого технического результата.

На фиг. 1 представлен элемент противоскольжения, продольный разрез по шипу противоскольжения стандартного исполнения; на фиг. 2 - размещение элемента противоскольжения в протекторной резине шины до вулканизации; на фиг. 3 - размещение элемента противоскольжения в протекторной части шины после вулканизации; на фиг. 4 - схема организации отвода тепла от шипа; на фиг. 5 - схема расположения шипов на протекторе шины колеса транспортного средства; на фиг. 6 первый пример исполнения фигурного шипа во втулке; на фиг. 7 - второй пример исполнения фигурного шипа; на фиг. 8 - вид A на фиг. 7; на фиг. 9 - шип в виде полого цилиндра.

Элемент противоскольжения для шины колеса транспортного средства включает в себя шип 1 из твердого материала, служащий для повышения сцепления колеса с поверхностью дороги, особенно в условиях сильного обледенения. На фиг. 1 показан шип 1 традиционной цилиндрической формы. Шип помещен в предварительно сформованную резиновую втулку 2 и выступает одним своим концом над втулкой. Резиновая втулка представляет собой твердую невулканизированную термопластическую синтетическую резину, в частности невулканизированную эбонитовую резину. Втулка 2 может выполняться из однородной эбонитовой резины или данная резина может включать дополнительные твердые частицы. При этом твердость этих частиц должна быть равна или больше твердости вулканизированной резины протекторной части шины колеса транспортного средства. Втулка может иметь любую геометрическую форму, например цилиндрическую или конусообразную.

Для повышения сцепных связей шипа с эбонитовой резиной шип противоскольжения покрывается медесодержащим материалом. При вулканизации втулки с шипом указанный материал обеспечивает сцепление на молекулярном уровне, что повышает надежность фиксации шипа во втулке.

Такая втулка имеет самостоятельное значение, так как может быть использована для изготовления ошипованных шин как на стадии сырой сборки, так и для ремонта вулканизированных шин.

Изготовление элементов противоскольжения производится за счет выполнения заданной геометрической формы втулок (например, за счет формования) из сырой невулканизированной эбонитовой резины и помещении в них покрытых медесодержащим материалом шипов. После этого изготовленные таким образом элементы противоскольжения устанавливают в гнезда, выполненные в центрах шашек сырой протекторной ленты 3. При этом геометрические центры шашек на ленте 3 соответствуют геометрическим центрам шашек в пресс-форме вулканизатора. После этого протекторная лента, оснащенная втулками с шипами, закрепляется на сырой заготовке шины. Фиксация втулок в протекторной ленте и шипов во втулках происходит во время вулканизации собранной шины в пресс-форме вулканизатора. При этом за счет установления адгезивных и химических связей между втулкой и протектором, а также между эбонитовой втулкой и покрытым медесодержащим материалом шипом обеспечивается надежное крепление шипа в протекторе шины, не нарушающее целостности вулканизированного протектора. Надежная фиксация осуществляется посредством молекулярной связи через медесодержащий материал, серу и каучук эбонитовой и протекторной резины при вулканизации сырой собранной шины.

Втулка из эбонитовой сырой резины может быть выполнена из смеси эбонитовой резины 4 с распределенными по объему металлическими или металлизированными частицами 5. В этом случае втулка служит для предотвращения разрушающего воздействия шипа на материал протектора, которое имеет место при контакте шипа с поверхностью дороги, а также для отвода тепла, выделяющегося в шину от шипа из-за ударного воздействия с дорогой и трения. Для отвода тепла служат металлические частицы, контактирующие друг с другом и с поверхностью шипа. За счет образования выходящих на поверхность шины цепочек взаимоконтактирующих частиц тепло распределяется по объему втулки и отводится в атмосферу как показано на фиг. 4.

В качестве металлических частиц можно использовать отходы металлообработки, а металлизированные частицы представляют собой частицы, покрытые металлическим слоем. В любом случае необходимо учесть возможность их связывания с эбонитовой резиной при вулканизации.

Предусмотрено несколько примеров исполнения шипа противоскольжения, обеспечивающего повышенное сопротивление изгибным нагрузкам, воздействующим на шип со стороны дорожной поверхности. Эти примеры расчитаны для случаев использования длинномерных шипов (например, в случае, когда длина шипа равняется высоте грунтозацепа). Шип может быть установлен в защитную втулку 6 из теплопроводного материала или металла, имеющую ребра жесткости, расположенные перпендикулярно оси шипа (фиг. 6). В примере исполнения по фиг. 7 и 8 в защитной втулке 7 ребра жесткости расположены вдоль оси шипа. Возможно также исполнение самого шипа в виде полого тонкостенного цилиндра 8 с увеличенным наружным диаметром (фиг. 9). На фиг. 6-9 представлены примеры комбинированного исполнения шипа противоскольжения, но возможно исполнение самого шипа по форме указанных втулок. Подобное исполнение обеспечивает значительное повышение сопротивления изгибу.

Настоящее изобретение позволяет создать ошипованную зимнюю шину для транспортных средств с высокими эксплуатационными качествами. Изобретение промышленно применимо, так как для его изготовления требуется стандартное оборудование используемое, для изготовления шин.