Результат интеллектуальной деятельности: Пневматическая радиальная легковая шина

Изобретение относится к пневматическим легковым шинам радиальной конструкции, максимальная нагрузка которых не превышает 925 кг, бортовая часть которых состоит из бортового кольца, полученного путем прядной навивки, одного или двух слоев обрезиненного текстильного корда, покровной резины (бортовая лента), герметизирующего слоя и технологической прослойки.

Известны технические решения пневматических легковых шин с металлокордными и текстильными слоями в брекере: патент РФ № 2562657 на изобретение «Большегрузная пневматическая шина» опубл. 10.09.2015, патент РФ № 2662890 на изобретение «Шина для колес транспортных средств большой грузоподъемности» опубл. 31.07.2016, патент РФ № 2652764 на изобретение «Бортовое проволочное кольцо для шины, шина и способ её изготовления» опубл. 28.04.2018.

Наиболее близким аналогом к разработанному решению является техническое решение по патенту № 2652764 на изобретение «Бортовое проволочное кольцо для шины, шина и способ её изготовления», согласно которому бортовое проволочное кольцо для шины имеет вид витка вокруг оси, содержит несколько витков по меньшей мере одной проволоки, которые расположены в аксиальном направлении рядом друг с другом в N слоях, наложенных в радиальном направлении друг на друга, отличающееся тем, что оно содержит базовое бортовое проволочное кольцо шестиугольного сечения, содержащее:

- радиально наружный слой из N1 витков;

- радиально внутренний слой из N1 витков;

- два аксиально и радиально наружных боковых ряда из N2 витков, противоположные друг другу в аксиальном направлении;

- два аксиально наружных и радиально внутренних боковых ряда из N2 витков, противоположные друг другу в аксиальном направлении, при этом N1=N2+1 или N1=N2;

- два места перехода, каждое из которых образовано витком, который является общим для аксиально и радиально наружного бокового ряда и аксиально наружного и радиально внутреннего бокового ряда, при этом каждый общий виток, образующий каждое место перехода, не имеет никакого витка проволоки, расположенного в аксиальном направлении снаружи него, при этом бортовое проволочное кольцо для шины содержит по меньшей мере два аксиально и радиально наружных дополнительных боковых ряда, при этом каждый аксиально и радиально наружный дополнительный боковой ряд соответственно по существу параллелен каждому аксиально и радиально наружному боковому ряду.

Шина по прототипу содержит по меньшей мере один борт, содержащий по меньшей мере одно бортовое проволочное кольцо с указанной конструкцией, каркасный усилитель, содержащий по меньшей мере один слой каркаса, закрепленный в каждом борту посредством заворота вокруг бортового проволочного кольца. По способу изготовления шины по прототипу бортовое проволочное кольцо размещают на слое каркаса; часть слоя каркаса загибают вокруг бортового проволочного кольца; слой каркаса и бортовое проволочное кольцо поворачивают относительно друг друга.

Недостатками данных решений являются недостаточная работоспособность шин, низкое натяжение борта шины на ободе, а также низкие адгезионные свойства материалов в борте шин.

Задачей данного изобретения является разработка пневматической радиальной легковой шины с увеличенной общей работоспособностью, обеспечивающейся комбинацией конструктивных параметров бортовых колец в шине, характеристик примененной бортовой проволоки, в сочетании с повышенными адгезионными свойствами бортовой проволоки как к резиновой смеси для обрезинивания прядей бортового кольца, так и к смежным резиновым смесям каркаса и наполнительного шнура в шине, что приводит к увеличению общей работоспособности шины, а также увеличению упругости обрезиненного бортового кольца и жесткостных характеристик, необходимых для обеспечения достаточного натяжения борта шины на ободе, изобретение расширяет арсенал технических средств.

Для достижения поставленной задачи разработана конструкция пневматической легковой шины, состоящей из протектора (1), каркаса, выполненного из текстильных кордов (2,3), боковин (4), обрезиненного брекерного браслета, состоящего из одного или двух текстильных слоев (6) и двух слоев обрезиненного металлического корда (7), герметизирующего слоя (8) и технологической прослойки (9), а также бортовой части, которая в свою очередь состоит из бортовых колец (5), полученных путем сборки отдельных бронзированных проволок марки 0,89 БП в прядь с соответствующим шагом h точно по центру, с подогреванием и обрезиниванием в изолирующей головке штифтового экструдера, с целью улучшения адгезии между проволокой и изолирующим слоем резиновой смеси путем уменьшения термического удара в зоне изолирующей головки экструдера, причем бортовое кольцо выполнено из проволок высокой прочности одинакового диаметра 0,89+0,02 мм, линейной плотностью 4,89+0,34 г/м, разрывной нагрузкой не менее 1350 Н, с бронзовым покрытием массой 0,5 ± 0,2 г/кг и массовой доли олова в бронзовом покрытии 1,25 ± 0,75%, с прочностью связи проволоки с производственной резиновой смесью не менее 152 Н/12,5мм. Конструкция шины приведена на Фиг. 1.

Шина удерживается на ободе колеса благодаря жесткому нерастяжимому борту, устройство которого показано на Фиг. 2. Необходимую прочность и жесткость борту придают крылья, основой которых являются бортовые кольца.

Конструкция и число слоев бортовых колец в шине определяются расчетом МКЭ (методом конечных элементов) исходя из заданного внутреннего давления воздуха, нагрузки, типа и назначения шины. Бронзированная проволока несет основную нагрузку во время работы шины, обеспечивая необходимые удерживающие усилия, достаточную окружную жесткость, износостойкость и сохранение заданной формы на ободе колеса. В разработанном решении применяется бортовая проволока марки 0,89 БП, применяемость которой ограничена максимальной нагрузкой на шину и не должна превышать 925 кг.

Борт шины работает главным образом на растяжение. Эти напряжения возникают, как правило, в результате давления воздуха и действия центробежных сил, которые создают в бортовом кольце растягивающие напряжения. Значительное влияние на работу бортового кольца и в целом борта шины оказывают диаметр проволоки, ее плотность, теплостойкость и другие физико-механические свойства, а также конструкция в зависимости от числа слоев и количества проволок в ряду.

Для обеспечения повышенных технических характеристик шин современная бортовая проволока должна выдерживать высокую разрывную нагрузку при минимальной массе погонного метра (линейной плотности), иметь достаточный уровень прочности связи с резиной, обладать повышенным сопротивлением усталостному разрушению при циклических нагрузках.

Традиционно для армирования бортовых колец автомобильных шин применялась «классическая» бортовая латунированная проволока. Однако развитие технологии шинной промышленности диктует повышенные требования к армирующим материалам и на сегодняшний день стоит задача получить более высокий уровень прочности и при этом сохранить прежний уровень пластических свойств проволоки для армирования бортовых колец шин. В связи с этим активно начало применяться бронзирование проволоки.

Бортовая бронзированная проволока обладает более высоким комплексом прочностных и пластических свойств по сравнению с бортовой латунированной проволокой. Бронзовое покрытие наносится химическим способом путем одновременного осаждения меди и олова из одной ванны. Термообработка в данном случае проводится до нанесения покрытия и только с целью обеспечения заданного комплекса прочностных и пластических свойств проволоки, после которой следуют операции подготовки поверхности проволоки под покрытие.

Именно заключительная операция термообработки холоднодеформированной проволоки позволяет повысить и достигнуть требуемых показателей пластичности, прямолинейности и при этом не сильно снизить прочностные характеристики.

Проведенные исследования показали, что при переходе на нанесение бронзового покрытия прочностные характеристики после низкотемпературного отжига не снижаются, а наоборот повышаются (временное сопротивление разрыву повышается в среднем на 50-80 МПа).

Адгезия проволоки обеспечивается за счет химического взаимодействия тонкого слоя оловянной бронзы с серой, входящей в состав резины, при этом образуется на поверхности контакта сталь-резина слой нестехиометрического сульфида меди (CuxS), который способствует механическому сцеплению резиновой смеси и образует очень прочное соединение. Адгезионные свойства бортовой проволоки, кроме химического состава покрытия, определяются ее микрорельефом (шероховатостью). Повышенная шероховатость проволоки может способствовать повышению сцепления окружающей резины с поверхностью бортовой проволоки.

Одним из путей повышения адгезионной связи проволока-резина, является увеличение интенсивности их межфазного взаимодействия, благодаря использованию реакционноспособных веществ в качестве промоторов адгезии. При термическом распаде модификаторов образуются активные низкомолекулярные продукты, способные вступать в реакции с эластомером и поверхностью проволоки, внося дополнительный вклад в адгезионные связи. За счёт модификации эластомерной матрицы улучшаются упруго-прочностные свойства резин в граничных областях, увеличивается густота пространственной сетки, обуславливающая возрастание прочности адгезионного соединения.

В резинокордных системах в качестве промотора адгезии получила широкое распространение адгезионно-активная модифицирующая система, в основе действия которой лежит реакция взаимодействия двухатомных ароматических спиртов с донорами метилена. Данная система используется для крепления резины к бортовой проволоке. Типичным представителем двухатомных ароматических спиртов в рецептуре резиновой смеси для изоляции бортовой проволоки является резорцин, в качестве донора метилена применяется гексаметоксиметилолмеламин.

С целью улучшения адгезии между проволокой и изолирующим слоем резиновой смеси, бортовая проволока подогревается и обрезинивается в изолирующей головке штифтового экструдера, путем уменьшения термического удара в зоне изолирующей головки экструдера.

Конструктивные параметры бортовых колец в шине, характеристики примененной бортовой проволоки, в сочетании с использованием уникальных резин, позволяют достичь высоких прочностных характеристик, необходимых адгезионных свойств межфазных поверхностей в легковых радиальных шинах, как в связи бортовой проволоки с резиновой смесью для обрезинивания прядей бортового кольца, так и со смежными резиновыми смесями каркаса и наполнительного шнура в шине.

Для достижения технического результата разработана опытная резиновая смесь, обладающая высокой эластичностью, температуро - и теплостойкостью, со следующими прочностными показателями (значения приведены в таблице 1).

Таблица 1

По настоящему изобретению были изготовлены шины 175/65R14 и 205/55R16 с техническими решениями в бортах шин по данному изобретению, путем сборки отдельных бронзированных проволок марки 0,89 БП в прядь с соответствующим шагом точно по центру, с подогреванием и обрезиниванием в изолирующей головке штифтового экструдера, с целью улучшения адгезии между проволокой и изолирующим слоем резиновой смеси путем уменьшения термического удара в зоне изолирующей головки экструдера, причем бортовое кольцо выполнено из проволок высокой прочности одинакового диаметра 0,89+0,02 мм, линейной плотностью 4,8 9+ 0,34 г/м, разрывной нагрузкой не менее 1350 Н, с бронзовым покрытием массой 0,5 ± 0,2 г/кг и массовой доли олова в бронзовом покрытии 1,25 ± 0,75%, с прочностью связи проволоки с производственной резиновой смесью не менее 152 Н/12,5 мм.

По итогам испытаний разработанные шины соответствуют требованиям Правил ООН № 30, №117 и в сравнении с прототипами обеспечивают увеличение характеристик борта (сил прижатия борта) (до + 7%) не влияющих на способность шин к монтажу на обод, увеличение выносливости борта шины (до +11%), а также снижение структурного шума за счет изменения жесткостных характеристик борта шины как передающей части между источником шума и ободом колеса, достигая заявленный технический результат всей заявляемой совокупностью существенных признаков данного изобретения.

Разработанное решение может быть осуществлено на стандартном оборудовании с использованием стандартной технологии.