Результат интеллектуальной деятельности: ПНЕВМАТИЧЕСКАЯ ШИНА

Настоящее изобретение относится к имеющей увеличенный срок службы пневматической шине, в частности пневматической шине для инженерных строительных машин, используемых на строительных площадках, в шахтах и т.п., посредством оптимизации рисунка протектора таким образом, чтобы повысить его сопротивляемость частичному износу без ухудшения его характеристик тепловыделения.

Что касается шин для крупных строительных машин, используемых в шахтах и т.п., то здесь имелась проблема, заключавшаяся в том, что ранний износ, в частности, боковых частей приблизительно от 1/8 до 1/4 ширины протектора от краев протектора служил причиной частичного износа. Шины данного типа обычно снабжены перекрестным брекером в коронной зоне каркаса с внешней стороны в радиальном направлении шины, и данный перекрестный брекер выполнен путем ламинирования, по меньшей мере, двух из наклонных брекерных слоев, сделанных из нескольких кордов, протяженно наклоненных относительно экваториальной плоскости шины, в направлении, в котором данные корды пересекаются внутри наклонных перекрестных брекеров. Когда шина, снабженная перекрестным брекером данного типа, вращается под нагрузкой, в площади соприкосновения протектора с грунтом перекрестный брекер деформируется и происходит его так называемое пантографическое перемещение, при котором углы пересечения кордов разных ламинированных слоев изменяются относительно друг друга. При деформировании перекрестного брекера происходит деформация резины в точке контакта с грунтом с рядом режимов работы протектора, при которых происходит внедрение поверхности дороги в протектор с последующим выходом из него. Эта деформация резины особенно характерна для вышеупомянутых боковых частей протектора, так что проскальзывание резины увеличивается при выходе поверхности дороги из протектора. В результате происходит ранний износ данных боковых частей протектора.

Для повышения износостойкости шины обычно применялась контрмера, заключающаяся в увеличении толщины протекторной резины с целью увеличения срока службы и уменьшения износа. Однако данная контрмера увеличивает объем протекторной резины, что может ухудшать характеристики тепловыделения и вызывать проблемы с выделением тепла и т.п.

Кроме того, в патентном документе 1 раскрывается способ подавления деформации протекторной резины в направлении по ширине шины и, следовательно, износа частей шины от края протектора до 1/4 ширины протектора и его периферических частей (так называемых частей от 1/4 ширины), как способа предупреждения частичного износа, путем расположения узких канавок по окружности шины за точками 1/4 ширины протектора к наружной стороне шины в направлении по ширине шины, в дополнение к нескольким поперечным канавкам, расположенным с интервалом в направлении по окружности шины и проходящим в направлении по ширине шины.

Документ известного уровня техники

Патентный документ 1: WO 2006/013758 А1

Однако, несмотря на то что пневматическая шина, раскрытая в патентном документе 1, уменьшала проскальзывание, вызываемое деформацией протекторной резины в направлении по ширине шины, она не учитывала проскальзывание в направлении по окружности шины. Таким образом, абсолютная сопротивляемость шины частичному износу еще не обеспечивалась всесторонним образом.

Таким образом, цель настоящего изобретения заключается в создании пневматической шины с повышенной сопротивляемостью частичному износу путем оптимизации рисунка протектора таким образом, чтобы эффективно уменьшить часть протектора, проскальзывающую в частях протектора от 1/4 ширины в направлении как по ширине, так и по окружности шины, без ухудшения характеристик тепловыделения протектора.

Задача настоящего изобретения заключается в устранении вышеуказанной проблемы.

То есть согласно настоящему изобретению предлагается пневматическая шина с заданным направлением вращения, содержащая беговые дорожки протектора, части которых образованы с помощью множества наклонных канавок, отходящих от обоих краев протектора соответственно к экваториальной линии шины и наклоненных по направлению вращения относительно направления ширины шины, и содержащая также ответвленные канавки протектора, каждая из которых отходит от части наклонной канавки, находящейся в пределах до 1/4 ширины протектора от края протектора, внутрь в направлении по ширине шины, и направлена к экваториальной линии шины в направлении по окружности шины, противоположном направлению по окружности шины, в котором проходят наклонные канавки, относительно направления ширины шины, и заканчивается в блоке беговой дорожки протектора.

Используемый здесь термин "направление вращения" шины означает направление, в котором вращается шина, смонтированная на транспортном средстве при его движении. Кроме того, используемый здесь термин "края протектора" означает наиболее удаленные от центра (в направлении по ширине шины) контактирующие с грунтом части протектора, пневматической шины, смонтированной на стандартном ободе, определенном в "ЕЖЕГОДНОМ СПРАВОЧНИКЕ JATMA (Ассоциации производителей автомобильных шин Японии", накачанной до 100% внутреннего давления воздуха (т.е. до максимального внутреннего давления), соответствующего максимальной нагрузке (нагрузке, указанной жирным шрифтом в соответствующей таблице, в которой приведены значения внутреннего давления и соответствующих им значений нагрузки) в применимой норме размера/слойности шины согласно "ЕЖЕГОДНОМУ СПРАВОЧНИКУ JATMA", при которых на шину воздействует максимально допустимая нагрузка (здесь и далее определяемая как "заданные условия"). Следует отметить, что при использовании стандартов TRA или ETRTO (Европейской технической организации по шинам и ободьям) в месте эксплуатации или производства применяются данные, соответствующие стандарты. Далее, используемый в данном изобретении термин "ширина протектора" обозначает расстояние между обоими краями протектора, измеренное в направлении по ширине шины. Следует отметить также, что при контакте с землей при заданных условиях ответвленные канавки закрываются.

Наличие наклонных канавок, наклоненных по направлению вращения, дает возможность подавления режима работы протекторной резины шины в направлении по ширине шины, возникающего при деформации брекера, и, таким образом, обеспечивает возможность уменьшения явления проскальзывания резины. Кроме того, ответвленные канавки отходят от частей наклонных канавок в области, расположенной в пределах 1/4 ширины протектора от края протектора, проходят к экваториальной линии шины в направлении по окружности шины, противоположном направлению, в котором проходят наклонные канавки, относительно направления по ширине шины, и заканчиваются в блоках беговых дорожек протектора, так что при контакте протектора с грунтом деформация беговых дорожек происходит вдоль наклонных канавок. Следовательно, деформация протекторной резины в направлении по окружности шины, имеющая место при вышеуказанной деформации брекера, уменьшается. В результате подавляются явления скольжения. В частности, ускоряется движение протекторной резины, находящейся на внутренней стороне по ширине шины от ответвленных канавок, в направлении к внешней стороне по ширине шины, в результате чего подавляется частичный износ, вызываемый вышеупомянутым режимом работы резины в направлении по ширине шины, имеющем место при деформации брокера. Кроме того, в концах ответвленных канавок (выталкивающие стороны блоков беговой дорожки протектора) при контакте с грунтом деформация протекторной резины с обеих сторон ответвленных канавок происходит таким образом, что элементы деформации в направлении по ширине шины взаимно компенсируют друг друга. Что касается элементов деформации в направлении по окружности шины, элементы деформации, имеющие одинаковое направление, возникают с обеих сторон ответвленных канавок, и эти элементы деформации встречаются и соединяются на конечных кромках ответвленных канавок, в результате чего происходит компенсация элементов деформации в направлении по окружности шины, возникающих вследствие вышеуказанной деформации брекера. Вследствие указанного выше, частичный износ, в частности, в области боковых частей протектора, вызываемый вышеупомянутой деформацией брекера, становится возможным подавить.

Кроме того, предпочтительно, чтобы кратчайшее расстояние между ответвленной канавкой и наклонной канавкой, расположенной рядом со стороны, противоположной направлению вращения (с задней стороны), составляло от 15% до 30% ширины протектора, что обеспечивает возможность более надежного уменьшения явления проскальзывания резины. В случае если кратчайшее расстояние между ответвленной канавкой и расположенной рядом наклонной канавкой с другой стороны относительно направления вращения составляет менее 15% ширины протектора, становится невозможным обеспечить достаточную деформацию резины в направлении по окружности шины в конце ответвленной канавки и, следовательно, подавление частичного износа шины невозможно. Кроме того, в случае если кратчайшее расстояние между ответвленной канавкой и расположенной рядом наклонной канавкой с другой стороны относительно направления вращения составляет менее 15% ширины протектора, деформация резины в направлении по ширине шины, возникающая на внутренней стороне ответвленной канавки, и, таким образом, подавление частичного износа является невозможным. Используемое здесь выражение "кратчайшее расстояние между ответвленной канавкой и наклонной канавкой, расположенной рядом со стороны, противоположной направлению вращения (с задней стороны)" обозначает кратчайшее расстояние между граничными линиями, одна из которых образована между ответвленной канавкой и беговой дорожкой протектора на протекторе ответвленной канавкой, а другая образована между наклонной канавкой и беговой дорожкой наклонной канавкой, расположенной рядом с ответвленной канавкой со стороны, противоположной направлению вращения шины.

Также предпочтительно, чтобы точка, в которой все ответвленные канавки отходят от наклонных канавок, была расположена в области до 1/16 ширины протектора от края протектора в направлении по ширине шины, что дает возможность более надежно уменьшить явление проскальзывания шины.

Также предпочтительно, чтобы угол наклона ответвленных канавок к направлению ширины шины составлял от 30° до 60°, что дает возможность обеспечить равновесие деформаций резины в направлениях по ширине и по окружности шины, таким образом, обеспечивая общее уменьшение частичного износа.

Кроме того, предпочтительно, чтобы угол наклона наклонных канавок относительно направления ширины шины находился в диапазоне от 5° до 45°.

Наклонные канавки предпочтительно проходят от края протектора, по меньшей мере, дальше 3/10 ширины протектора внутрь в направлении по ширине шины, а ширина наклонных канавок составляет предпочтительно от 10% до 30% ширины протектора. Помимо этого, глубина наклонных канавок составляет предпочтительно от 60% до 90% толщины протекторной резины. Используемый в настоящем описании термин "толщина протекторной резины" обозначает расстояние между протектором в точке, находящейся на 1/4 ширины протектора, и поверхностью внешней поверхности брекерного слоя шины, расположенной в наиболее удаленной от центра точке в направлении по диаметру шины.

Длина каждой ответвленной канавки от ее конечной кромки до точки соединения с наклонной канавкой составляет предпочтительно от 50% до 90% расстояния между одним краем наклонной канавки, расположенным на краю протектора, и другим краем данной канавки. И ширина ответвленных канавок предпочтительно должна составлять от 0,5% до 4% ширины протектора. Кроме того, глубина ответвленной канавки предпочтительно составляет 1/3 или более глубины наклонной канавки. Указанное выше дает возможность добиться равновесия между деформацией резины в направлении по ширине и по окружности шины, чем достигается общее уменьшение частичного износа.

Следует учесть, что негативное отношение площади контакта поверхности протектора с грунтом предпочтительно составляет от 15% до 30%, что делает возможным обеспечить сопротивляемость тепловыделению протектора. Негативное отношение более 30% снижает жесткость беговых дорожек протектора, в результате чего может ухудшаться износостойкость протектора. При негативном отношении менее 15% ухудшаются характеристики тепловыделения, что становится причиной нарушения функционирования, такого как выделение тепла и т.п.

Настоящее изобретение обеспечивает создание пневматической шины с эффективно повышенной сопротивляемостью частичному износу без ухудшения характеристик тепловыделения протектора при вращении шины под нагрузкой.

Изобретение поясняется чертежами, на которых представлено следующее:

на фиг.1 представлен вид в перспективе, показывающий часть протектора пневматической шины как вариант осуществления настоящего изобретения;

на фиг.2(а) и 2(b) представлены перспективные изображения в разобранном виде, показывающие части протекторов стандартных образцов 1 и 2 соответственно, а на фиг.2(с), 2(d) и 2(е) показаны части протекторов сравнительных образцов 1, 2 и 3 соответственно.

Как правило, пневматическая шина данного варианта исполнения имеет два борта, две боковины, отходящие от бортов наружу в направлении по диаметру шины, и коронную зону между двумя боковинами. В конфигурации пневматической шины имеется каркас, тороидально проходящий между каждым заделанным в борт шины сердечником и брокером, состоящим из нескольких брекерных слоев в коронной зоне каркаса, наружу в радиальном направлении шины.

На фиг.1 представлено перспективное изображение, показывающее часть протектора пневматической шины согласно одному из возможных вариантов осуществления настоящего изобретения. Пневматическая шина 1 по данному варианту осуществления имеет заданное направление вращения R и снабжена беговыми дорожками, части которых образованы на коронной зоне 3 за счет размещения там определенного числа наклонных канавок 5, расположенных с интервалом друг от друга в направлении по окружности шины и проходящих от обоих краев 11 протектора к экваториальной линии е шины 1. Каждая наклонная канавка 5 включает в себя удлиненную часть 5а, проходящую в направлении по ширине шины, и наклонную часть 5b, наклоненную под углом α относительно направления по ширине шины. Каждая ответвленная канавка 9 отходит от наклонной канавки 5 в области до 1/4 ширины протектора, считая от края 11 протектора, проходит в сторону к экваториальной линии е в направлении, противоположном тому, в котором проходят наклонные канавки 5, под углом β относительно линии направления по ширине шины, и заканчивается соответственно в пределах беговых дорожек 6а или 6b каждой половины ширины протектора, разделенных экваториальной линией е.

Ниже описан способ подавления частичного износа с помощью рисунка протектора, выполненного в соответствии с настоящим изобретением. Во-первых, предусмотрены наклонные канавки 5. В частности, часть 5b каждой наклонной канавки 5, наклоненная в сторону направления вращения R, производит эффект подавления деформации протекторной резины в направлении по ширине шины, которая имеет место при деформации брекера. Кроме того, каждая наклонная канавка 5 снабжена ответвленной канавкой, которая отходит от наклонной канавки 5 в области, находящейся до 1/4 ширины протектора от края 11 протектора, что дает возможность уменьшить элементы деформации резины в направлении по ширине шины в вышеупомянутых боковых областях. В случае когда ответвленные канавки проходят в направлении по окружности шины и пересекают беговые дорожки протектора (см. фиг.2(d)), образуются независимые беговые дорожки протектора. В результате это может способствовать деформации протекторной резины в направлении по окружности шины. Следовательно, важно, чтобы ответвленные канавки 9 были расположены под наклоном к экваториальной линии е шины, как показано на фиг.1. Иными словами, при такой конфигурации ответвленных канавок 9 беговые дорожки протектора, части которых образуются между взаимно наклоненными канавками 5, делятся ответвленными канавками 9 под углом относительно направления окружности шины. В точке контакта с грунтом беговых дорожек протектора, как показано стрелкой на фиг.1, деформация протектора приводит к деформации M₁ со стороны края 11 протектора и деформации М₂ со стороны экваториальной линии е, и обе данные деформации, M₁ и M₂, происходят в направлении вдоль ответвленной канавки 9 к ее конечной кромке. Деформация М₂ со стороны экваториальной линии е подавляет режим работы резины в направлении по ширине шины, имеющий место при деформации брекера. На конечной кромке ответвленной канавки 9 обе деформации M₁ и M₂ соединяются таким образом, что элементы деформации в направлении по ширине шины с обеих сторон ответвленной канавки 9 компенсируют друг друга и исчезают. Остаточные элементы деформации в направлении по окружности шины на конечной кромке ответвленной канавки 9 соединяются и образуют элементы деформации в направлении по окружности шины в направлении, противоположном направлению вращения R.

На фиг.2(с) показана часть шины, в которой части беговых дорожек протектора образованы наклонными канавками. Как показано стрелкой М₃, деформация протекторной резины, происходящая при вышеуказанной деформации брекера, распространяется вдоль наклонных канавок 5 в сторону направления вращения R; при этом элементы деформации в направлении по ширине шины встречаются друг с другом на экваториальной линии шины и компенсируют друг друга. В результате остаются главным образом элементы деформации в направлении по окружности шины. Данные элементы деформации в направлении по окружности шины являлись основной причиной ее частичного износа. Теперь, когда с помощью ответвленных канавок 9 формируются вышеупомянутые элементы деформации шины в направлении по ее окружности в направлении, противоположном направлению вращения R, данные элементы деформации в направлении по окружности шины компенсируют друг друга. Таким образом, достигается подавление частичного износа в направлении по окружности шины.

Как показано на фиг.1, кратчайшее расстояние d между ответвленной канавкой 9 и расположенной рядом наклонной канавкой 5 с другой стороны относительно направления вращения предпочтительно составляет от 15% до 30% ширины протектора, что делает возможным более уверенно предотвратить явление проскальзывания шины. В случае если кратчайшее расстояние d между ответвленной канавкой 9 и расположенной рядом наклонной канавкой 5 с другой стороны относительно направления вращения составляет менее 15% ширины W протектора, становится невозможным обеспечить достаточную деформацию резины в направлении по окружности шины в конце ответвленной канавки и, следовательно, подавление частичного износа шины невозможно. Кроме того, в случае если кратчайшее расстояние d между ответвленной канавкой 9 и расположенной рядом наклонной канавкой 5 с другой стороны относительно направления вращения составляет менее 15% ширины W протектора, деформация резины в направлении по ширине шины, возникающая на внутренней стороне ответвленной канавки, и, таким образом, подавление частичного износа является невозможным.

Также предпочтительно, чтобы точка, в которой каждая ответвленная канавка 9 отходит от наклонной канавки 5, была расположена в области до 1/16 ширины W протектора от края 11 протектора в направлении по ширине шины, что дает возможность более надежно уменьшить явление проскальзывания шины.

Также предпочтительно, чтобы угол наклона β ответвленных канавок 9 к направлению ширины шины составлял от 30° до 60°, что дает возможность обеспечить равновесие деформаций резины в направлениях по ширине и по окружности шины, таким образом, обеспечивая общее уменьшение частичного износа.

Кроме того, предпочтительно, чтобы угол наклона α наклонных канавок 5 относительно направления ширины шины находился в диапазоне от 5° до 45°.

Наклонные канавки 5 предпочтительно проходят от края 11 протектора, по меньшей мере, дальше 3/10 ширины W протектора внутрь в направлении по ширине шины, а средняя ширина W₁ наклонных канавок 5 составляет предпочтительно от 10% до 30% ширины протектора. Помимо этого, глубина наклонных канавок 5 составляет предпочтительно от 60% до 90% толщины протекторной резины.

Длина I₂ каждой ответвленной канавки 9 от ее конечной кромки до точки соединения с наклонной канавкой 5 составляет предпочтительно от 50% до 90% расстояния I₁ между одним краем наклонной канавки 5, расположенным на крае протектора, и другим краем данной канавки. И средняя ширина w₂ ответвленных канавок предпочтительно должна составлять от 0,5% до 4% ширины протектора. Кроме того, объем ответвленных канавок предпочтительно составляет 1/3 или более объема наклонных канавок. Кроме того, глубина ответвленных канавок предпочтительно составляет 1/3 или более глубины наклонных канавок.

Следует отметить, что негативное отношение площади контакта поверхности протектора с грунтом предпочтительно составляет от 15% до 30%, что делает возможным обеспечить сопротивляемость тепловыделению протектора. Негативное отношение более 30% снижает жесткость беговых дорожек протектора, в результате чего может ухудшаться износостойкость протектора. При негативном отношении менее 15% ухудшаются характеристики тепловыделения, что становится причиной нарушения функционирования, такого как выделение тепла и т.п.

Кроме того, среднее значение ширины ответвленных канавок 9 предпочтительно должно быть меньше среднего значения ширины наклонных канавок 5, что дает возможность с большей надежностью уменьшить явление проскальзывания шины.

Следует отметить, что имеется возможность размещения указателя типа стрелки на видимой части внешней поверхности шины как средства индикации направления вращения. С этой целью для индикации направления вращения шины могут использоваться знаки любого типа; приемлемы также знаки, указывающие положение шины при установке или показывающие ее внешнюю и внутреннюю стороны.

Как было указано выше, объяснение было произведено для показанных на чертежах образцов. Однако настоящее изобретение не ограничивается вышеупомянутыми вариантами его осуществления и может быть модифицировано по мере необходимости в рамках объема формулы изобретения. Например, наклонные канавки 5 на Фиг.1 проходят от края 11 протектора с приблизительно постоянной шириной и заканчиваются недалеко от экваториальной линии е шины. Однако наклонные канавки 5 могут быть выполнены таким образом, что их ширина частично расширяется или сужается до определенной точки. Кроме того, наклонные канавки 5 могут пересекать экваториальную линию е и проходить дальше. Помимо того, наклонные канавки 5 при отходе от края 11 протектора могут быть как линейными, так и иметь закругленную форму. Смысл заключается в том, что большинство наклонных канавок 5 должны иметь указанную выше наклонную конфигурацию. Ответвленные канавки также могут отходить зигзагообразно или в виде кривой линии.

Впоследствии была изготовлена пневматическая шина согласно настоящему изобретению, и ниже приводятся результаты оценки ее характеристик и их объяснение. Каждый из стандартных образцов 1 и 2 и каждый из сравнительных образцов имеет размер шины 46/90R57.

На стандартном образце 1 пневматической шины нанесен рисунок протектора, показанный на фиг.2(а), в котором наклонные канавки взаимно соединяют края протектора. Стандартный образец 2 пневматической шины имеет рисунок протектора, показанный на фиг.2(b), в котором, помимо рисунка протектора стандартного образца 1, ответвленные канавки отходят в направлении по окружности шины и разделяют беговые дорожки протектора.

Сравнительный образец 1 имеет рисунок протектора, показанный на фиг.2(с). В рисунке протектора сравнительного образца 2, показанном на фиг.2(d), по сравнению с рисунком протектора сравнительного варианта 1 дополнительно введены ответвленные канавки в направлении по окружности шины. В сравнительном образце 3, показанном на фиг.2(е), ответвленные канавки сравнительного образца 2 заканчиваются выталкивающими сторонами блоков беговых дорожек.

Все рисунки протектора стандартных образцов 1 и 2 и все рисунки протектора сравнительных образцов 1, 2 и 3 снабжены следующими конфигурациями канавок, как указано в Таблице 1. Здесь термин "глубина наклонной канавки" означает глубину канавки в точке, в которой расположен индикатор износа протектора; термин "длина наклонной канавки" означает длину линии, соединяющей центры ширины канавки, и термин "угол наклона наклонной канавки" означает угол наклона наклонной канавки относительно направления ширины шины. Кроме того, термин "длина ответвленной канавки" означает длину линии, соединяющей центры ширины канавки, и термин "угол наклона ответвленной канавки" означает угол наклона ответвленной канавки относительно направления ширины шины.

Испытания по оценке рабочих характеристик

Каждую из указанных выше испытуемых шин монтировали на ободе (29,0×6,0) при внутреннем давлении 700 кПа и приложенной нагрузке 60,000 кг. После использования указанных шин в качестве шины переднего колеса инженерного транспортного средства для работы на стройплощадке или в шахте в течение 1,000 часов был проведен анализ всех полученных результатов. Данные результаты приведены в Таблице 1.

Результаты оценки, представленные в Таблице 1, показывают, что образец шины, выполненной в соответствии с настоящим изобретением, обладает более высокой износостойкостью. Кроме того, ясно, что расположение наклонных канавок с наклоном и заканчивание ответвленных канавок в блоках беговых дорожек протектора также повышает износостойкость шины.

Посредством настоящего изобретения создана пневматическая шина, обладающая более высокой сопротивляемостью частичному износу, путем эффективного подавления проскальзывания шины в направлении как по ширине, так и вдоль окружности шины, без ухудшения характеристик тепловыделения протектора.