Результат интеллектуальной деятельности: ПНЕВМАТИЧЕСКАЯ ШИНА ДЛЯ КРУПНОГАБАРИТНЫХ АВТОМОБИЛЕЙ

Изобретение относится к области пневматических крупногабаритных и сверхкрупногабаритных шин диагональной конструкции. Каркас этих шин выполнен из обрезиненного текстильного корда.

Известны покрышки пневматических крупногабаритных шин (КГШ) и сверхкрупногабаритных шин (СКГШ), содержащих в каркасе один или два текстильных корда 21/212 КНТС, или 22/222 КНТС, или 23/232 КНТС, или 25/252 КНТС, или 28/282 КНТС, или 29/292 КНТС, или 30/302 КНТС, или 35/352 КНТС, или 25/252 А, или 30/302 А, и не менее двух бортовых колец в одном борте [Отчет по результатам анализа шин. Грузовые радиальные шины. Бюллетень «Информ-Простор», №40097-ИП. М., 2000 г.].

Недостатком известных конструкций покрышки являются большое число слоев каркаса, необходимое для обеспечения требуемых запасов прочности. Это приводит к существенному повышению толщины каркаса, значительному усложнению конструкции борта, включая необходимость использования трех и более колец в одном борте. Изготовление таких шин имеет значительные трудоемкость и энергоемкость, в эксплуатации таких шин существенным становится вопрос перегрева шины, необходимость делать технологические перерывы в эксплуатации, введение жестких требований по скорости движения, как порожнего автомобиля, так и под нагрузкой.

Известна покрышка пневматической радиальной конструкции с каркасом из одного или нескольких слоев обрезиненного металлического корда (металлокорд) и одного бортового кольца. Покрышка содержит протектор, брекер, состоящий из металлокордных и текстильных слоев, каркас, боковины, бортовые кольца. Диаметр металлокорда составляет от 0,83 до 0,91 мм. Металлокорд выполнен из металлических нитей одинакового диаметра, причем отношение диаметра металлической нити к диаметру металлокорда составляет от 0,280 до 0,331. Отношение шага металлокорда в брокере к диаметру металлокорда составляет от 1,978 до 2,168, а линейная плотность металлокорда лежит в диапазоне 2,64-2,96 г/м. При этом отношение толщины каждого обрезиненного слоя металлокорда в брокере к диаметру металлокорда составляет от 1,538 до 1,839, а разрывная прочность металлокорда не ниже 855±5 Н [Патент РФ №2247664 «Покрышка пневматической шины», МПК 7 В 60 С 9/20, опубл. 10.03.2005 г.]

Недостатком этого конструкторского решения наряду с вышеуказанными является также полное изменение существующей технологии изготовления шин и повышенные эксплуатационные отказы шин за счет пробоев боковины.

Техническая задача, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, состоит в создании крупногабаритных и сверхкрупногабаритных шин с повышенными скоростными и нагрузочными характеристиками за счет разработки текстильных кордов повышенной разрывной прочности без существенного увеличения диаметра нити.

Поставленная техническая задача решается тем, что покрышка пневматической шины диагональной конструкции, содержащая каркас из текстильного корда и борт из проволок бортовых колец, согласно предложенному изобретению включает не менее четырех бортовых колец, каркас выполнен из текстильного корда, имеющего нити со структурой 144 текс × 1×3, 188 (187) текс × 1×3, или 188 (187) текс × 2×2, или 210 текс × 1×3, или 210 текс × 2×2, или 280 × текс × 1×3 с числом кручений в пределах 180-240 на погонный метр и обеспечивающего отношение нагруженности бортовых колец к нагруженности каркаса в пределах величин 0,9-1,3, которое определяют из соотношения

Kb=Cb/Ck,

где

Kb - приведенный показатель нагруженности покрышки пневматической шины диагональной конструкции;

Cb - нагруженность бортовых колец покрышки пневматической шины;

Ck - нагруженность каркаса покрышки пневматической шины;

причем

где Ni - число проволок i-го бортового кольца;

Si - площадь сечения i-ой проволоки бортового кольца;

D - посадочный диаметр шины;

где Р - внутреннее давление;

DB - коэффициент размерности шины, который определяется как сумма наружного диаметра шины и ширины профиля, измеренного на измерительном ободе;

NS - норма слойности шины;

Nk - число слоев корда в каркасе.

Технический результат, обеспечиваемый заявляемой совокупностью существенных признаков, состоит:

- в повышении разрывной прочности корда каркаса без существенного увеличения диаметра нити;

- в повышении прочности связи корд каркаса - резина;

- в создании конструкций шин с повышенными показателями нагрузки и категории скорости;

- в повышении или не ухудшении выходных показателей шин в эксплуатации.

Предложенное конструктивное выполнение покрышки, и в том числе выполнение корда из текстильного материала предложенной структуры и кручений, позволит осуществить серийное производство покрышек для пневматических крупногабаритных и сверхкрупногабаритных шин диагональной конструкции без изменения существующей технологии, которые найдут практическое применение в производстве крупногабаритных автомобилей. При этом обеспечивается получение экономического эффекта за счет существенного выигрыша в массе шины, снижение трудоемкости и энергоемкости производства, увеличение скоростных характеристик, повышение надежности и долговечности шин в эксплуатации, снижение расхода топлива автомобилем, обусловленных шинами.

Изобретение поясняется чертежом, на котором представлены профили меридионального сечения покрышки 21.00-33 существующей конструкции и предлагаемого варианта с использованием высокопрочных кордов.

Покрышка пневматической шины включает протектор 1, брекер 2, каркас 3 из текстильного корда, боковины 4, борта 5 с бортовыми кольцами 6 в одном борте.

Каркас 3 выполнен из текстильного корда на основе современных полимерных материалов, например нейлон 6.6, с линейной плотностью нити 144, 188(187), 210 и 280 текс, структурой кордной ткани × 1×3 и × 2×2 и числом кручений в пределах 180-240 на погонный метр.

Свойства текстильного корда зависят от материала полимера, из которого он выполнен, линейной плотности кордной нити, структуры кордной нити, числом круток, толщиной кордной нити, пропиточным составом. Основные проблемы применения высокопрочных кордов в шинной промышленности связаны с удельным снижением адгезионных свойств и большой толщиной обрезинки корда. Предложенное выполнение структуры кордной ткани, а именно увеличение числа единичных нитей в структуре кордной нити и уменьшение числа круток по сравнению с известными решениями, позволило оптимизировать площадь поверхности соприкосновения с резиной. За счет этого кордное полотно обладает увеличенными по сравнению с обычными текстильными кордами адгезионными свойствами и практически той же толщиной. Современные линии пропитки и термообработки позволяют реализовать заложенные в кордной ткани возможности для использования в каркасе пневматических шин. Предложенное выполнение структуры материала текстильного корда позволяет использовать такие корда для производства покрышек пневматических крупногабаритных и сверхкрупногабаритных шин диагональной конструкции.

Важнейшим показателем для крупногабаритных шин является грузоподъемность. Стандартами, каталогами, справочниками и изготовителями шин предусматривается показатель нормы слойности как краткое обозначение величины грузоподъемности. Норма слойности отражает для шины одного и того размера реальную нагруженность ее элементов. Повышение нормы слойности означает для бортовой зоны увеличение число бортовых колец, или увеличение количества проволок в бортовом кольце, или увеличение поперечного сечения нити проволоки. Повышение нормы слойности для каркаса возможно при увеличении числа слоев корда, изменении марки корда, увеличении частоты нитей в кордном полотне.

При производстве шин с текстильным каркасом в КГШ и СКГШ шинах применение более высокопрочных кордов позволяет создавать конструкцию с меньшим числом слоев.

Проведенные авторами предлагаемого изобретения расчетные исследования и практические эксперименты позволили создать конструкцию покрышки пневматической шины с каркасом из текстильного корда, обеспечивающего отношение нагруженности бортовых колец, которых в конструкции должно быть не менее 4-х, к нагруженности каркаса в пределах величин 0,9-1,3, которое можно определить как приведенный показатель нагруженности конструкции покрышки пневматической шины (Kb).

Такая конструкция обеспечивает меньшую толщину покрышки во всех сечениях при сохранении или даже увеличении запасов прочности каркаса. Каждый слой каркаса закрепляется вокруг бортового кольца методом заворота. Каждое окончание слоя каркаса представляет собой очаг напряженно-деформированного состояния, опасный с точки зрения расслоения. Поэтому снижение числа слоев каркаса позволяет уменьшить число заворотов и соответственно число очагов НДС, снизить трудоемкость производства и повысить надежность шин в эксплуатации.

Приведенный показатель нагруженности конструкции покрышки пневматической шины (Kb) определяют из соотношения:

Kb=Cb/Ck,

Cb - нагруженность бортовых колец покрышки пневматической шины;

Ck - нагруженность каркаса покрышки пневматической шины;

причем

где Ni - число проволок i-го бортового кольца;

Si - площадь сечения i-ой проволоки бортового кольца;

D - посадочный диаметр шины;

где Р - внутреннее давление;

DB - коэффициент размерности шины, который определяется как сумма наружного диаметра шины и ширины профиля, измеренного на измерительном ободе;

NS - норма слойности шины;

Nk - число слоев корда в каркасе.

По предлагаемому изобретению были изготовлены опытные шины с покрышкой, включающей борта с бортовыми кольцами по 2 в каждом борте, итого 4, с общим числом проволок 480 в одном борте с диаметром проволоки бортового кольца 1 мм, каркас (3) из 16-х слоев текстильного корда 188×1×3 (45А) число крученей 220. Норма слойности конструкции 32. Приведенный показатель конструкции предлагаемой шины (Kb) равен 1,17. Для сравнения прототип, включающий каркас из 22-х слоев текстильного корда известной структуры и борта с бортовыми кольцами с общим числом проволок 1296, диаметр проволоки бортового кольца 1 мм, имеет норму слойности шины 32 и приведенный показатель конструкции равен 0,85.

Для шин с металлокордом в каркасе приведенный показатель конструкции существенно более 1.

Для традиционных крупногабаритных шин с текстильным каркасом соответствующее отношение (Kb) не превышает 0,90. Например:

40 слоев при 1568 проволочках и норме слойности 58 - Kb=0,77;

22 слоя при 480 проволочках и норме слойности 32 - Kb=0,85;

18 слоев при 324 проволочках и норме слойности 32 - Kb=0,70.

Примеры конкретного выполнения пневматических шин с использованием высокопрочных кордов приведены в таблице 1.

Предлагаемая конструкция позволяет уменьшить число слоев в каркасе не менее чем в 1,2 раза или создать новые конструкции с повышенной нормой слойности.

Предлагаемая конструкция позволяет уменьшить число слоев в каркасе не менее чем в 1,2 раза или создать новые конструкции с повышенной нормой слойности.