арматура гребня пневматической шины

Формула изобретения

1. Пневматическая шина с радиальной арматурой каркаса (1), имеющая арматуру гребня (3), содержащую по меньшей мере два рабочих слоя гребня (31, 33), сформированных из нерастяжимых металлических армирующих элементов, перекрещивающихся от одного слоя к другому, образуя с окружным направлением углы в диапазоне от 10 до 60, один дополнительный слой (32), непрерывный в осевом направлении и образованный металлическими армирующими элементами несколько большего диаметра, чем диаметр армирующих элементов упомянутых рабочих слоев (31, 33), располагающихся в радиальном направлении по одну и по другую стороны от упомянутого дополнительного слоя (32), размещенного в радиальном направлении между рабочими слоями (31, 33) и имеющего ширину L₃₂ в осевом направлении, составляющую по меньшей мере 50% от максимальной ширины в осевом направлении арматуры каркаса, отличающаяся тем, что упомянутые армирующие элементы изготовлены из стали и выполнены волнистыми в плоскости данного слоя, причем волнистые поверхности кордных нитей располагаются в одной фазе и ориентированы в окружном направлении таким образом, чтобы отношение амплитуды волны к ее длине для волнистых элементов уменьшалось при смещении в осевом направлении от центра к краям упомянутого слоя (32) с тем, чтобы стать минимальным на этих краях.

2. Пневматическая шина по п.1, отличающаяся тем, что отношение амплитуды волны к ее длине на волнистых поверхностях армирующих элементов дополнительного слоя (32) составляет от 2 до 15%.

3. Пневматическая шина по п.1 или 2, отличающаяся тем, что отношение амплитуды волны к ее длине на волнистых поверхностях армирующих элементов постепенно уменьшается в осевом направлении от центра слоя (32) к его краям.

4. Пневматическая шина по одному из пп.1-3, отличающаяся тем, что первый рабочий слой гребня (31) имеет меридиональную кривизну, по существу, совпадающую с меридиональной кривизной располагающейся под ним арматуры каркаса (1), причем профилированные элементы (4) вставляются между краями рабочего слоя (31) и дополнительным слоем (32), кривизна которого, по существу, является нулевой.

5. Пневматическая шина по любому из пп.1-4, отличающаяся тем, что арматура гребня (3) дополнительно содержит защитный слой (34), располагающийся в радиальном направлении поверх последнего рабочего слоя (33), образованный металлическими кордными нитями, изготовленными из стали, являющимися эластичными и прямолинейными, и ориентированными по отношению к окружному направлению под углом того же направления, что и угол ориентации элементов наиболее наружного в радиальном направлении рабочего слоя (33), и ширина которого в осевом направлении L₃₄ по меньшей мере равна ширине в осевом направлении L₃₂ дополнительного слоя (32).

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое изобретение касается пневматической шины с радиальной арматурой каркаса, закрепленной в каждом борту на по меньшей мере одном бортовом кольце и содержащей арматуру вершины или гребня, образованную по меньшей мере двумя так называемыми рабочими слоями, наложенными друг на друга, причем каждый из этих слоев сформирован кордными нитями или проволоками, параллельными друг другу в каждом слое и перекрещивающимися между собой от одного слоя к другому так, что они образуют с окружным направлением данной пневматической шины углы, абсолютная величина которых может быть заключена в диапазоне от 10^o до 60^o.

В международной заявке на патент WO 97/30857, с целью снижения температуры функционирования пневматической шины, имеющей радиальную арматуру каркаса и предназначенной для большегрузных грузовиков и тяжелых дорожно-строительных машин, и при реализации весьма эффективного и экономичного технического решения предлагается добавлять к упомянутой арматуре каркаса специальную арматуру гребня, содержащую по меньшей мере два рабочих слоя гребня, выполненных из нерастяжимых кордных нитей, причем эти кордные нити перекрещиваются от одного слоя к другому и образуют с окружным направлением данной пневматической шины углы в диапазоне от 10^o до 45^o.

Такая пневматическая шина отличается тем, что один дополнительный слой, непрерывный или сплошной в осевом направлении и образованный металлическими элементами, ориентированными по существу параллельно окружному направлению пневматической шины, устанавливается в радиальном направлении между упомянутыми рабочими слоями, причем этот дополнительный слой имеет в осевом направлении ширину, которая может по меньшей мере в 1,05 раза превышать ширину в осевом направлении наиболее широкого рабочего слоя гребня.

В рамках упомянутой выше заявки на изобретение дополнительный слой может быть сформирован так называемыми полуэластичными стальными кордными нитями, то есть кордными нитями, которые характеризуются относительным удлинением до разрыва, превышающим 2%. Эти кордные нити позволяют обеспечить такой уровень жесткости, который способствует гармоничному распределению окружных механических напряжений между рабочими слоями гребня и дополнительным слоем.

В данном случае предпочтительно используются так называемые "двухмодульные" кордные нити, то есть такие кордные нити, которые характеризуются кривой зависимости напряжения растяжения от относительного удлинения, имеющей малые наклоны при небольших значениях относительного удлинения и по существу постоянный и весьма значительный наклон при высоких значениях относительного удлинения. Очень небольшой модуль перед вулканизацией для значений относительного удлинения менее 2% позволяет обеспечить увеличение окружного расширения дополнительного слоя в процессе вулканизации пневматической шины.

Этот дополнительный слой также может быть сформирован из металлических кордных нитей, изготовленных из стали, ориентированных в окружном направлении и разрезанных таким образом, чтобы образовать участки, длина которых значительно меньше окружной длины данного слоя, причем разрезы между различными участками этих кордных нитей смещены друг относительно друга в осевом направлении. Такой способ реализации позволяет достаточно простым способом придать этому дополнительному слою любую желаемую жесткость.

Выбор эластичных или разрезанных кордных нитей для армирования упомянутого дополнительного слоя не позволяет обеспечить наилучшую усталостную прочность этого слоя, либо вследствие уменьшения усилия разрыва эластичных кордных нитей, либо вследствие наличия концентраций механических напряжений в смеси каландрирования разрезанных кордных нитей.

В заявке на патент Франции FR 97/09996 указано на то обстоятельство, что наилучшая усталостная прочность дополнительного слоя, размещенного в радиальном направлении между рабочими слоями и сформированного из окружных подкрепляющих металлических элементов, в сочетании с наиболее простым вариантом промышленной реализации, может быть реализована благодаря использованию в качестве упомянутых армирующих элементов металлических элементов, обладающих волнистостью в плоскости этого слоя. При этом волны или гофры этих армирующих элементов параллельны между собой, имеют одну и ту же фазу и ориентированы параллельно окружному направлению данной пневматической шины, а отношение отнесенной к единице длины жесткости дополнительного слоя к сумме отнесенных к единице длины жесткостей других слоев арматуры гребня пневматической шины не превышает 0,10.

В заявке на японский патент JP 02/081708 описана арматура гребня пневматической шины, состоящая из двух слоев волнистых армирующих элементов, причем отношение амплитуды волн к длине волны для одних и тех же волнистых элементов на краях данной арматуры является меньшим, чем в центре этой арматуры. Упомянутое соотношение позволяет обеспечить более высокую жесткость на краях слоев и исключить, таким образом, радиальное поднятие краев беговой дорожки данной пневматической шины.

Принимая во внимание достижения, реализованные в области продолжительности срока службы беговых дорожек пневматических шин, предназначенных для большегрузных грузовиков и дорожно-строительной техники, а также достижения в области устойчивости арматуры каркаса таких пневматических шин, продолжительность срока службы арматуры гребня этих пневматических шин также должна быть усовершенствована с точки зрения устойчивости по отношению к отделению арматуры каркаса от арматуры гребня, устойчивости по отношению к разделению между рабочими слоями арматуры гребня, а также усталостной прочности кордных нитей дополнительного слоя, ориентированных в окружном направлении.

Пневматическая шина с радиальной арматурой каркаса в соответствии с предлагаемым изобретением имеет арматуру гребня, содержащую по меньшей мере два рабочих слоя гребня, образованных нерастяжимыми металлическими армирующими элементами, перекрещивающимися от одного слоя к другому.

Эта пневматическая шина отличается тем, что дополнительный слой, непрерывный в осевом направлении, сформированный из металлических армирующих элементов, изготовленных из стали и являющихся волнистыми в плоскости этого слоя, размещается в радиальном направлении между рабочими слоями и имеет ширину в осевом направлении L₃₂, величина которой составляет по меньшей мере 50% от максимальной ширины в осевом направлении арматуры каркаса.

Эта пневматическая шина также отличается тем, что упомянутые армирующие элементы изготовлены из стали, имеют волнообразную поверхность в плоскости данного слоя и обладают несколько большим диаметром по сравнению с диаметром армирующих элементов слоев арматуры гребня, располагающихся в радиальном направлении по одну и по другую стороны от упомянутого дополнительного слоя, причем волны поверхности этих элементов являются параллельными между собой, имеют одну и ту же фазу и ориентированы параллельно окружному направлению данной пневматической шины таким образом, что отношение амплитуды волны к ее длине для волнообразных поверхностей волнистых элементов уменьшается при переходе в осевом направлении от центра к краям упомянутого слоя с тем, чтобы оказаться минимальным на его краях.

Волнистые металлические элементы, среднее направление которых совпадает с окружным направлением данной пневматической шины, представляют собой элементы, волнистые поверхности которых имеют оси, образующие с окружным направлением пневматической шины угол, величина которого заключена в диапазоне от +5^o до -5^o.

Кроме того, отношение амплитуды волны к ее длине на волнистых поверхностях в предпочтительном варианте реализации будет иметь величину в диапазоне от 2% до 15%, причем амплитуда волнистости по определению измеряется для каждого пика или гребня волны. Отношение амплитуды волны к ее длине, имеющее величину в диапазоне от 2% до 15%, позволяет получить армирующие элементы, не препятствующие формированию заготовки пневматической шины в вулканизационной форме, обеспечивая при этом получение, после вулканизации, монтажа и накачивания данной пневматической шины, необходимой для повышения продолжительности срока службы упомянутой арматуры гребня величины ее жесткости, отнесенной к единице длины.

Упомянутый дополнительный слой может иметь ширину в осевом направлении, по меньшей мере в 1,05 раза превышающую ширину в осевом направлении наиболее широкого рабочего слоя гребня.

Дополнительный слой, выполненный из окружных волнистых элементов, в частности в специфическом случае пневматических шин с коэффициентом формы H/S, по меньшей мере равным 0,50, может быть использован в комбинации с первым рабочим слоем гребня, меридиональная кривизна которого по существу совпадает с меридиональной кривизной, лежащей ниже него арматуры каркаса, таким образом, чтобы иметь возможность располагать этот слой параллельно упомянутой арматуре каркаса без использования профилированных вставок. В этом случае дополнительный слой предусматривается по существу с нулевой кривизной, будучи отделенным от первого рабочего слоя арматуры гребня соответствующими профилированными элементами, имеющими по существу треугольную форму.

Арматура гребня пневматической шины в соответствии с предпочтительным вариантом реализации предлагаемого изобретения может быть дополнена так называемым защитным слоем гребня, сформированным из прямолинейных металлических эластичных кордных нитей, изготовленных из стали, ориентированных по отношению к окружному направлению под углом, по существу равным углу, образованному кордными нитями наиболее наружного в радиальном направлении рабочего слоя гребня, и ширина которого в осевом направлении может быть либо меньшей, либо большей, чем средняя ширина рабочих слоев.

Другие характеристики и преимущества предлагаемого изобретения будут лучше поняты из приведенного ниже описания, не являющегося ограничительным примера его практической реализации, где даются ссылки на приведенные чертежи, на которых:

- фиг. 1 представляет собой схематический вид в меридиональном сечении арматуры гребня в соответствии с предлагаемым изобретением;

- фиг.2 представляет собой схематический вид сверху внутреннего устройства упомянутой арматуры.

Пневматическая шина марки 315/80 R 22.5 X имеет коэффициент формы, равный 0,8, причем этот коэффициент формы представляет собой отношение высоты данной пневматической шины на ее монтажном ободе к максимальной ширине этой шины в осевом направлении. Упомянутая пневматическая шина содержит радиальную арматуру каркаса (1), закрепленную в каждом борту на по меньшей мере одном бортовом кольце, формируя оборачивание вокруг этого кольца, и образованную одним слоем металлических кордных нитей. Эта арматура каркаса (1) скреплена в окружном направлении арматурой гребня (3), сформированной в радиальном направлении следующими элементами, располагающимися последовательно в направлении изнутри наружу:

- первым рабочим слоем гребня (31), сформированным из нескрепленных в окружном направлении металлических кордных нитей типа 4+10х0,28, являющихся нерастяжимыми и изготовленных из стали, причем эти кордные нити имеют диаметр 1,25 мм, расположены параллельно друг другу в данном слое и размещены с шагом 2,0 мм (измеренным в направлении, перпендикулярном этим кордным нитям). Эти кордные нити ориентированы по отношению к окружному направлению пневматической шины под углом , который имеет величину в диапазоне от 10^o до 60^o и в описываемом здесь примере реализации составляет 22^o. Упомянутый первый рабочий слой в радиальном направлении отделен на своих краях от лежащей под ним арматуры каркаса (1) профилированными элементами (2) из каучуковой смеси, имеющими по существу треугольную форму;

- расположенным над упомянутым первым рабочим слоем гребня (31) дополнительным слоем (32), сформированным из нескрепленных в окружном направлении металлических нерастяжимых кордных нитей, изготовленных из стали, типа 3+9+15х0,23, имеющих диаметр 1,4 мм и отделенных друг от друга шагом, равным 2 мм. Упомянутые кордные нити имеют, в осевом направлении в центре этого дополнительного слоя, волнистые поверхности с амплитудой от вершины к вершине, равной 12 мм, и с длиной волны, равной 100 мм, что составляет приблизительно 1/30 окружной длины слоя (33). Зато на краях упомянутого слоя (32) амплитуда волнистости уменьшается и становится равной 4 мм, тогда как длина волны этой волнистой поверхности остается неизменной. Ширина в осевом направлении дополнительного слоя (32) разделена на 9 осевых полос одинаковой ширины, которая в рассматриваемом здесь примере реализации составляет 18 мм, а именно одну центральную полосу и по четыре боковых полосы с каждой стороны от экваториальной плоскости данной пневматической шины. Упомянутая центральная полоса состоит из волнистых кордных нитей, амплитуда волн которых составляет 12 мм, тогда как две боковые полосы, располагающиеся ближе других к центральной полосе, сформированы из волнистых кордных нитей, амплитуда волн которых составляет 10 мм, и так далее, вплоть до двух последних боковых полос, образующих края данного слоя, где амплитуда волн становится равной 4 мм после уменьшения на 2 мм от полосы к полосе. Упомянутые элементы ориентированы под углом 0^o. Это означает, что оси волн, которые их представляют, являются окружными;

- затем вторым рабочим слоем гребня (33), сформированным из металлических кордных нитей, идентичных кордным нитям первого рабочего слоя (31), расположенных с тем же самым шагом и образующих с окружным направлением угол , противоположный по направлению углу и имеющий в рассматриваемом здесь примере реализации величину 22^o, равную величине этого угла (но могущую и отличаться от величины угла );

- и наконец, последним слоем (34) из металлических, так называемых эластичных кордных нитей, изготовленных из стали, ориентированных по отношению к окружному направлению под углом того же направления, что и угол , и той же величины, что и угол (но могущим иметь и другую величину). При этом упомянутый последний слой представляет собой так называемый защитный слой и так называемые эластичные кордные нити представляют собой кордные нити, имеющие относительное удлинение до разрыва, по меньшей мере равное 4%.

Ширина L₃₁ в осевом направлении первого рабочего слоя (31) составляет приблизительно 0,71 от максимальной ширины в осевом направлении эпюры прогиба арматуры каркаса (1), что в рассматриваемом здесь примере реализации равно 226 мм и для пневматической шины обычной формы по существу равно ширине ее беговой дорожки, которая в рассматриваемом здесь случае составляет 235 мм.

Ширина L₃₃ в осевом направлении второго рабочего слоя (33) меньше ширины L₃₁ первого рабочего слоя (31) на величину, равную 0,07 от максимальной ширины в осевом направлении арматуры каркаса, или 204 мм.

Ширина L₃₂ в осевом направлении дополнительного слоя (32) в данном случае по существу равна 162 мм, что составляет приблизительно 0,51 от максимальной ширины в осевом направлении арматуры каркаса.

Последний, так называемый защитный слой гребня (34), имеет ширину L₃₄, по меньшей мере равную и, в описываемом здесь примере реализации, слегка превышающую ширину L₃₂ дополнительного слоя (32), или 170 мм.

Другой вариант реализации пневматической шины в соответствии с предлагаемым изобретением (не представлен) содержит первый рабочий слой гребня (31), примыкающий в радиальном направлении к арматуре каркаса (1) и параллельный этой арматуре, причем его меридиональная кривизна по существу совпадает с меридиональной кривизной, расположенной под ним арматуры каркаса (1), и соответствующие кордные нити слоя каркаса и рабочего слоя гребня отделены друг от друга слоем каучуковой смеси небольшой и постоянной толщины.

В этом случае наружные в осевом направлении края рабочего слоя (31) отделены от дополнительного слоя (32) окружных волнистых кордных нитей профилированными элементами треугольного поперечного сечения, причем толщина каучука между слоем (31) и слоем (32), измеренная на уровне наружного в осевом направлении конца слоя (32), составляет по существу 2 мм.