Расходуемые ребра для уменьшения износа шин - RU2192967C2

Чертежи

Показать все 18 чертежа(ей)

Описание

Изобретение относится к шинам автомобилей, а более конкретно к шинам тяжелых грузовых автомобилей. Изобретение особенно полезно при эксплуатации грузовых автомобилей в продолжительных грузоперевозках за счет сокращения неравномерного износа шин по фронтальной оси.

Проблема неравномерного износа шин грузовых автомобилей при продолжительных перевозках хорошо известна в данной области техники. Разработаны разнообразные модели износа для шин грузовых автомобилей, которые используют для прямолинейного движения вперед в течение большей части их службы. Напряжения, возникающие в шинах от их вращения и маневрирования автомобиля, существуют в течение только ограниченного времени по сравнению с напряжениями, возникающими в шинах от движения вперед по автомагистрали. Осевая центровка грузового автомобиля, а также упругая деформация их подвески и управление сцеплением приобретают значительно большую важность при возникновении износа шин. Нормальные напряжения также могут стать настолько же важными при возникновении износа, что и продольные и поперечные направления.

Те модели, в которых предложены различные решения проблемы неравномерного износа и сопротивления износу шин приводных осей грузовых автомобилей, описаны в патентах США 4114618, 4480671, 4890658, 5010936, 5099899 и 5131444, патенте Франции 2303675 (FR675), патенте Великобритании 2027649 (GB649), патенте Японии 3-253408 (JP408) и заявке на патент РСТ 9202380-А (РСТ380). В этих публикациях предложены средства регулирования формы в области буртов поверхности качения (протектора) шин в попытке сдержать начало неоднородных изменений формы протектора по мере износа шин (а именно, дорожного износа). Предложено использовать кромочные канавки различных размеров и в различных местах, где площадь контакта протектора переходит в площадь кромок. Однако ни в одной из этих публикаций не предложены ребра, которые снижали бы напряжения на первом внутреннем ребре, чтобы сдержать начало и уменьшить развитие неравномерного износа на протяжении значительной части срока службы протектора шин.

Из предшествующих технических решений известно использование узких кромочных ребер на шине передней приводной оси грузового автомобиля для регулирования износа на основных кольцеобразных ребрах. Главная проблема, вытекающая из рассмотрения предшествующих технических решений, характеризуется тем, что относительно узкие кромочные ребра и узкие канавки, отделяющие узкие кромочные ребра от первого внутреннего ребра, эффективны только тогда, когда шина относительно новая. Опыт показывает, что узкие кромочные ребра быстро изнашиваются с образованием относительно большого углубления, так что узкий кромочный уступ не выдерживает достаточно большой части нагрузки на шину после начала износа. Эту проблему нельзя решить, не предусмотрев исходного углубления, либо большого исходного углубления, поскольку у кромочного ребра шины развивается собственное значительное постоянное углубление в ходе процесса начального износа. Для уменьшения износа ребер и сопротивления шин износу в патенте Австралии 622983 (AU983), заявке на патент РСТ 9202380-А (РСТ380) и патенте Японии 2-253408 (JP408) было предложено использовать более широкие кромочные ребра и довольно узкие канавки. Эти публикации более подробно обсуждаются ниже.

В патенте Австралии AU983 предложена шина для автомобилей, работающих на дальних перевозках при рейсовой скорости со средней и высокой нагрузкой на шину. Срок службы протектора шины повышают за счет добавления узких кромочных канавок, имеющих ширину 3,5 мм, причем широкие кромочные ребра имеют ширину, составляющую, по меньшей мере, 13% от полной ширины контакта, а углубление кромочного ребра имеет величину от 0,5 до 5,0 мм. Предложенная ширина кромочного ребра является относительно большой, составляя, по меньшей мере, 35 мм у шины с основной шириной протектора 200 мм.

В заявке на патент РСТ РСТ380 предложена шина автомобиля для дальних пробегов с рейсовыми скоростями, которая увеличивает сопротивление отделению слоев подпротекторного упрочнения. Сопротивление упрочнению увеличивается за счет узких кромочных канавок, имеющих ширину от 0,6 до 8 мм, при этом кромочные ребра имеют ширину от 17 до 34 мм, углубление кромочного ребра имеет величину менее 40% от глубины основных канавок протектора. И здесь ширина кромочного ребра является относительно большой, а предпочтительное углубление также относительно велико.

В патенте Японии JP408 предложена шина с уменьшенным абразивным износом и износом от гравия. Сопротивление абразивному износу реализовано за счет добавления тонких узких кромочных канавок при их ширине от 0,2 до 3% от основной ширины шины, кромочные ребра имеют ширину более 90% от основной глубины канавок основной части шины с наклоном площади контактной поверхности от 20 до 60 градусов, однако в патенте не сообщают о величине углубления кромочного ребра. Наклон площади контактной поверхности кромочного ребра составляет, по меньшей мере, 20 градусов для предотвращения износа от гравия, а также растрескивания и разрыва канавок.

В другой конструктивной особенности, известной из предшествующих технических решений, для увеличения срока службы протектора шины за счет снижения неравномерного износа предусмотрено добавление отделенных друг от друга канальцев, которые расположены в поперечном направлении в основных ребрах из основных канавок, а также из узких кромочных канавок в первые внутренние ребра. Эти канальцы могут быть дополнительно улучшены за счет наклонных канальцев, которые имеют наклон в направлении глубины от линии, перпендикулярной к поверхности шины. Наклонные канальцы предложены в патенте Японии 5-338418 (JP418) и в AU983. В JP418 наклонные канальцы расположены так, что имеют внутренний конец, который перемещается к концу поверхности во время вращения шины. Этот наклонный канал используют для уменьшения жесткости ребер. Без канальцев показана соседняя концевая часть 2 узкой кромки (фиг.1). Наклонные канальцы, предложенные в AU983, наклонены под углом к линии, перпендикулярной к поверхности шины, под углом от 5 до 25 градусов. В этих публикациях канальцы используют в комбинации с очень широким кромочным ребром, как описано ранее.

В еще одной конструктивной особенности, известной из предшествующих технических решений, для увеличения срока службы протектора за счет уменьшения неравномерного износа в конструкции протектора регулируют величину нормальной нагрузки на основные ребра путем добавления ступенчатого ребра, которое находится по соседству с ребром или ребрами, подлежащими защите. Из описания патента US444 следует, что зоны ступенчатого ребра контактируют с грунтом на основной части ширины протектора, примыкающей к почве, чтобы способствовать восприятию нагрузки, действующей на шину. Полная ширина ступенчатых зон находится в диапазоне от 5 до 25% площади контакта протектора с грунтом, а ступенчатые зоны имеют углубление, величина которого пропорциональна нагрузке на шину и рельефу протектора и обратно пропорциональна поверхности контакта протектора и модулю упругости резины протектора. Используют величину углублений 2 мм или более. Контакт ступенчатой зоны с грунтом предусмотрен на основе контакта с восприятием, по меньшей мере, с 50%, но менее 200% максимальной нагрузки на протектор шины. Каждая ступенчатая зона содержит участок контакта протектора с почвой и ограничена двумя узкими канавками или узкими прорезями, а нагрузка, передаваемая участками контакта с почвой, рассредоточена по всей боковой ширине шины. В описании патента US444 не сообщается о ширине узких канавок и прорезей и об использовании ступенчатых зон на боковых кромках протектора шины.

Другим патентом, в котором предложена конструкция протектора, обеспечивающая регулирование величины нормальной нагрузки, воспринимаемой ступенчатым ребром, которое находится рядом с подлежащими защите ребром или ребрами, является патент Великобритании 532534 (GB534). Канавки между ребрами, воспринимающими нагрузку, имеют более тонкие ребра, которые отделены от воспринимающих нагрузку ребер узкими канавками шириной приблизительно 0,8 мм. Более тонкие ребра могут иметь углубления, однако их величина не приводится. В патенте GB534 не сообщается о наличии ребер с углублениями на боковых кромках протектора.

Существует потребность в наличии кромочного ребра, которое становится расходуемым ребром, чтобы поддерживать контакт с поверхностью грунта для уменьшения нагрузок, воспринимаемых основной шириной протектора, особенно первым внутренним ребром. Средство поддержания нагрузки на кромочных ребрах может эффективно снизить напряжения на основных ребрах шины приводной оси грузового автомобиля в процессе его прямого движения вперед. Существует необходимость обеспечить более однородный износ протектора по всему протектору шины. Первое внутреннее ребро по ширине протектора на каждой из боковых сторон шины подвергается действию высоких нагрузок, вызывающих относительно высокие напряжения, которые необходимо снизить для уменьшения износа на этом первом внутреннем ребре для получения правильного или однородного износа.

Поэтому цель настоящего изобретения заключается в создании кромочных ребер снаружи от обеих боковых кромок основной ширины протектора, которые становятся расходуемыми ребрами вследствие износа за счет восприятия ими большей части нагрузки на шину в течение более продолжительного срока службы.

В частности, цель настоящего изобретения состоит в разработке правильной формы и размеров расходуемых ребер и узких кромочных канавок для новых шин грузовых автомобилей так, чтобы расходуемые ребра обеспечивали эффективную защиту основной части протектора после возникновения износа протектора шины.

Дополнительная цель настоящего изобретения заключается в снабжении расходуемыми боковыми кромочными ребрами шин грузовых автомобилей для снижения неравномерного износа на первых внутренних ребрах. Расходуемые ребра помогают задержать начало неравномерного износа основных ребер и его развитие.

Другой целью настоящего изобретения является задержать начало неравномерного износа шин приводной оси грузового автомобиля. Особое внимание уделено начальному и путевому износу соседних кольцеобразных канавок.

Еще одной целью настоящего изобретения является разработать шину грузового автомобиля, имеющую ленточное уплотнение, каркас, области бортов и боковые стенки, которая содержит расходуемые ребра для обеспечения снижения неравномерного износа основной площади протектора шины, что обеспечивает в результате равномерный износ рельефа по всей основной ширине протектора шины.

Краткое описание изобретения
Перечисленные выше цели в соответствии с настоящим изобретением реализованы разработкой шины с расходуемыми ребрами для защиты основных ребер протектора шины посредством замедления начала неравномерного износа и его развития.

В одном из вариантов настоящего изобретения предусмотрен усовершенствованный протектор для тяжело нагруженной шины. Шина имеет каркас, находящийся между расположенными на расстоянии сердечниками бортов покрышки, центральную область короны покрышки с наружной стороны каркаса с ленточным уплотнением для обеспечения опоры протектора в контакте с опорной поверхностью. Усовершенствованная шина включает несколько основных ребер, образованных канавками, расположенными преимущественно кольцеобразно вокруг наружной поверхности шины, которые образуют основную ширину протектора для обеспечения контакта с опорной поверхностью. На каждой боковой стороне основных ребер предусмотрено расходуемое ребро для контакта с опорной поверхностью. Расходуемое ребро представляет собой кромочное ребро, отделенное от основных ребер кромочной канавкой, имеющей ширину канавки не более приблизительно 1,5 мм. Расходуемое ребро имеет ширину поверхности в диапазоне приблизительно от 2,5 до 12% упомянутой ширины шины. Расходуемое ребро имеет углубление, определяемое радиальным уступом относительно поперечного профиля основных ребер. Уступ имеет величину в диапазоне приблизительно от 0,5 до 2,0 мм у новой шины. Эти усовершенствования уменьшают неоднородный износ шины.

В другом варианте настоящего изобретения использован протектор шины для шины приводной оси большегрузных грузовых автомобилей, работающих на дальних перевозках, для уменьшения износа. Протектор шины состоит из основной части протектора, имеющей, по меньшей мере, четыре кольцеобразных ребра по ширине основного протектора, разделенные основными канавками с глубиной основных канавок, расположенных вокруг наружной поверхности шины между боковыми кромками основной ширины протектора. Поверхность основной части протектора определяет боковой профиль упомянутого основного протектора. Пара расходуемых ребер, по одному на каждой из боковых кромок упомянутого протектора, отделена от ширины протектора узкой кромочной канавкой, по соседству с каждой из боковых кромок. Каждое расходуемое ребро имеет ширину боковой поверхности в диапазоне значений приблизительно от 10 до 14 мм. Узкая кромочная канавка имеет боковую ширину в диапазоне значений приблизительно от 0,2 до 1,5 мм и глубину узкой канавки приблизительно от 90 до 110% глубины основных канавок. Узкая канавка имеет расширенную часть радиально внутрь у конца узкой канавки для уменьшения растрескивания на этом радиальном внутреннем конце. Расходуемое ребро имеет площадь поверхности с углублением радиально внутрь шины, ограниченную радиальным уступом относительно однородного расширения бокового профиля. Уступ имеет величину в диапазоне приблизительно от 0,5 до 1,5 мм, что уменьшает износ протектора шины грузового автомобиля.

Описание чертежей
Далее будет описана конструкция, разработанная для осуществления настоящего изобретения, наряду с другими конструктивными особенностями.

Изобретение будет легче понять после ознакомления со следующим далее описанием и ссылкой на прилагаемые чертежи, являющиеся его частью, на которых показаны примеры изобретения и где:
На фиг. 1 фрагментарно представлен вид сверху шины обычного типа, показывающий существующий рельеф протектора, согласно уровню техники;
На фиг.2 фрагментарно представлен вид сверху шины согласно изобретению, показывающий новый рельеф протектора;
На фиг.3 представлен увеличенный сегмент шины согласно уровню техники на фиг.1, показывающий детали протектора;
На фиг.4 представлен увеличенный сегмент шины согласно изобретению, показывающий детали протектора;
На фиг.5 представлено радиальное поперечное сечение шины фиг.1 согласно уровню техники, полученное на участке кромки по линии 5-5;
На фиг.6 представлено радиальное поперечное сечение шины согласно изобретению, полученное на участке кромки по линии 6-6 фиг.2;
На фиг.7А представлено радиальное поперечное сечение шины либо согласно уровню техники, либо согласно изобретению, полученное у внутренней основной канавки по линии А-А фиг.1, 2, 3 или 4;
На фиг.7В представлено радиальное поперечное сечение шины согласно уровню техники либо согласно изобретению, полученное у внутренней основной канавки по линии В-В фиг.1, 2, 3 или 4;
На фиг.7С представлено кольцевое поперечное сечение коронной части протектора шины согласно изобретению, полученное параллельно и вблизи с кромочной канавкой по линии С-С фиг.2;
На фиг. 8 представлено радиальное поперечное сечение шины согласно изобретению, показывающее половину симметричной шины, полученное по линии 8-8 фиг.2;
На фиг.9 представлен график, показывающий распределение средних продольных напряжений как функцию длины контакта первого внутреннего ребра шины согласно изобретению и шины обычного типа, полученное при использовании модели по методу конечного элемента, причем ребро находится под действием нагрузки в контакте с опорной поверхностью;
На фиг. 10 представлен график, показывающий распределение средних поперечных напряжений как функцию длины контакта первого внутреннего ребра шины согласно изобретению и шины обычного типа, полученное при использовании модели по методу конечного элемента, причем ребро находится под действием нагрузки в контакте с опорной поверхностью;
На фиг. 11 представлен график, показывающий распределение средних нормальных напряжений как функцию длины контакта первого внутреннего ребра шины согласно изобретению и шины обычного типа, полученное при использовании модели по методу конечного элемента, причем ребро находится под действием нагрузки в контакте с опорной поверхностью;
На фиг. 12 представлен график, показывающий распределение средних продольных напряжений как функцию длины контакта первого внутреннего ребра шины согласно изобретению и шины обычного типа, полученное при реальных испытаниях шины, причем ребро находится под действием нагрузки в контакте с опорной поверхностью;
На фиг.13 представлен график, показывающий распределение средних поперечных напряжений как функцию длины контакта первого внутреннего ребра шины согласно изобретению и шины обычного типа, полученное при реальных испытаниях шины, причем ребро находится под действием нагрузки в контакте с опорной поверхностью; и
На фиг.14 представлен график, показывающий распределение средних нормальных напряжений как функцию длины контакта первого внутреннего ребра шины согласно изобретению и шины обычного типа, полученных при реальных испытаниях шины, причем ребро находится под действием нагрузки в контакте с опорной поверхностью.

Описание предпочтительных вариантов изобретения
Далее изобретение будет описано более подробно с более подробными ссылками на чертежи. Шина обычного типа или шина 10 согласно уровню техники, показанная на фиг.1, 3 и 5, имеет узкие кромочные ребра, ограниченные кромочными канавками 28 у боковых кромок основного протектора. Узкие кромочные ребра углублены относительно основной части протектора, имеющей ребра 12, 14 и 16, ограниченные канавками 22 и 24. В процессе нормальной работы автомобиля узкие ребра остаются углубленными в течение срока службы шины для сохранения острой кромки 12а на первых внутренних ребрах 12. Полная нормальная рабочая ширина протектора шины находится между боковыми кромками 15. Узкие ребра могут оседать на первые внутренние ребра в процессе маневрирования автомобиля для подпора первых внутренних ребер. Эти узкие кромочные ребра, типичные для предшествующего уровня техники, обладают сцепляющим эффектом с первыми внутренними ребрами, что обеспечивает сохранение плоского бокового или поперечного профиля поверхности протектора шины. Узкие кромочные ребра изнашиваются преимущественно с одинаковой скоростью, тогда как основная часть протектора сохраняет стабильное радиальное расстояние углубления, или уступа, относительно основного профиля протектора. Однако стабильная величина выступа является относительно большой и напряжения на первых внутренних ребрах 12 могут оставаться относительно высокими, особенно после того, как покрышка находилась в эксплуатации в течение относительно длительного периода времени. Настоящее изобретение решает проблему ограничения этих напряжений, и оно может сохраняться на протяжении всего срока службы шины с целью улучшения с точки зрения начала неоднородного износа.

Шина 30 согласно изобретению имеет расходуемые кромочные ребра 38, которые являются относительно широкими, как показано на фиг.2, 4 и 6. Расходуемые ребра образованы относительно узкими кромочными канавками 48. Боковая ширина С каждого кромочного ребра имеет величину в диапазоне приблизительно от 2,5 до 12% от основной ширины TW протектора (фиг.8). Предпочтительный диапазон величины С составляет приблизительно от 5 до 10%. Боковая ширина расходуемого ребра типовой шины большегрузного грузового автомобиля составляет приблизительно от 5 до 20 мм в объеме защиты изобретения. Предпочтительная ширина С поверхности расходуемого ребра находится в диапазоне приблизительно от 10 до 17 мм. Боковая ширина С расходуемого ребра может изменяться приблизительно от 2,5 до 12% от основной ширины протектора шины. Боковая ширина узкой кромочной канавки может иметь такую величину, как 1,5 мм в объеме защиты изобретения. Ширина узкой кромочной канавки 48 имеет предпочтительную величину ширины G, меньшую или равную приблизительно 1,0 мм. В частности, самые малые величины ширины G - приблизительно от 0,2 до 0,4 мм дают оптимальное улучшение с точки зрения неоднородного износа. Используемые на практике величины ширины узкой кромочной канавки находятся в диапазоне приблизительно от 0,2 до 1,0 мм. Однако следует регулировать возникновение трещин в канавках.

Основная часть протектора определяется ребрами 32, 34 и 36, ограниченными кольцеобразными канавками 42 и 44. Расходуемое ребро имеет минимальное исходное углубление (или радиальный уступ) радиально внутрь боковой (или поперечной) линии Р профиля основной площади протектора, составляющее 0,5 миллиметра (фиг. 6 и 8). Исходное углубление Н расходуемого ребра радиально внутрь основной части протектора новой шины грузового автомобиля находится предпочтительно в диапазоне приблизительно от 1,0 до 1,5 мм. Углубление наружной поверхности расходуемого ребра от линии профиля может колебаться в пределах защиты изобретения. Верхняя поверхность расходуемого ребра может иметь величину угла S наклона относительно линии профиля менее приблизительно 15 градусов. Углубление имеет предпочтительно постоянное расстояние Н от линии профиля Р, составляющее угол наклона ноль градусов (фиг.6). Нулевой угол наклона позволяет расходуемому ребру воспринимать большую часть полной нагрузки на шину (см. фиг.6).

Нормальная полная ширина контакта протектора шины расположена между боковыми кромками 35. Ширину TW протектора определяют как боковое расстояние между наружными кромками первых внутренних ребер 32 (фиг.8). Ширина протектора представляет собой основную часть боковой, воспринимающей нагрузку ширины протектора шины. Способность расходуемого ребра обеспечивать восприятие нагрузки на шине критически влияет на срок службы шины за счет уменьшения величины неоднородного износа протектора шины.

Форма кромочной области шины 30 наилучшим образом характеризуется коэффициентом формы, который связывает ширину поверхности С, наклон М кромки 40 и глубину D-H узкой кромочной канавки 48 (фиг.6). Наклон М определяется далее со ссылкой на фиг.6А. Линия Р' проведена параллельно линии Р от дна 48а узкой кромочной канавки 48 до пересечения с наружной поверхностью 40 кромки шины в первой точке 38b расходуемого ребра 38. Боковое расстояние К определяется от оси наружной боковой стенки 48b узкой кромочной канавки до первой точки. Вторая точка 38а расходуемого ребра определяется по оси наружной кромки верхней поверхности 39 расходуемого ребра. Наклонная прямая линия 40а проведена между первой точкой 38b и второй точкой 38а. Отношение осевого расстояния линии наклона 40а к радиальному расстоянию линии наклона определяется как наклон М. Таким образом, наклон М приблизительно равен (K-C)/(D-H). Обычно величина наклона для шины согласно изобретению находится в диапазоне приблизительно от 0,1 до 0,3.

Коэффициент формы SF, определяемый как SF=М•(D-H)/C, наряду с шириной узкой канавки G является хорошим показателем способности формы кромки защищать первое внутреннее ребро. Глубина D узкой кромочной канавки предпочтительно составляет приблизительно от 90 до 110% от глубины D' основной канавки (фиг.8). Коэффициент формы является таким, чтобы нагрузка на шину воспринималась по большей части расходуемым ребром, чтобы снизить напряжения на первом внутреннем ребре. Обычно коэффициент формы SF для шин, изготовленных согласно изобретению, имеет величину приблизительно от 0,05 до 0,50, тогда как типовая шина в соответствии со ссылочной публикацией или обычного типа шина имела бы коэффициент формы приблизительно от 1,0 и выше. Предпочтительный коэффициент формы составляет приблизительно 0, 2. Коэффициенты формы расходуемого ребра согласно изобретению являются такими, чтобы нагрузка на шину воспринималась по большей части расходуемым ребром, чтобы снизить напряжения на первом внутреннем ребре 32. Кроме того, ширина узких кромочных канавок 48 является такой, чтобы расходуемые ребра 38 контактировали с первыми внутренними ребрами 32 в процессе прямого перемещения вперед с последующим восприятием нормальной и боковой нагрузки на шине.

Шина 30 согласно изобретению, более подробно показанная на фиг.4 и 6, имеет расходуемые ребра 38, которые расположены по бокам ширины TW основной площади протектора. Задача заключается в защите и предохранении основной площади протектора от неоднородного износа и его развития в течение срока службы шины. Как результат, кромочные ребра, которые являются расходуемыми, чтобы воспринимать большую часть нагрузки на шину в течение более продолжительного срока службы шины, обеспечивают эту защиту. Кромочные ребра становятся расходуемыми, поскольку они более эффективны в течение более продолжительного периода времени в течение срока службы шины. Они изнашиваются вместе с шириной TW протектора шины, и глубина Н углубления, или радиального уступа, не становится чрезмерной, так что расходуемые ребра непрерывно контактируют с опорной поверхностью в процессе прямого движения автомобиля вперед.

Кромочные расходуемые ребра 38 сконструированы так, чтобы разгрузить основные ребра протектора шины от высоких напряжений, особенно в процессе прямого движения вперед. Кроме того, расходуемые ребра согласно изобретению имеют геометрическую форму, которая позволяет им сохранять их эффективность в течение более продолжительного срока службы шины. Это достигается за счет главных конструктивных особенностей расходуемого ребра. Первой конструктивной особенностью является ширина С расходуемого ребра, являющаяся относительно большой по сравнению с основным большинством предшествующих технических решений. Второй конструктивной особенностью является использование незначительного углубления Н для верхней поверхности уступа расходуемого ребра в направлении радиально внутрь от линии Р бокового профиля основной площади протектора (фиг. 6). Эти две конструктивные особенности являются уникальным выбором для шины по настоящему изобретению. Третьей конструктивной особенностью, которая может быть использована, является наклон М части боковой стенки расходуемого ребра. Четвертой конструктивной особенностью настоящего изобретения является узкая кромочная канавка 48. Эта канавка имеет ширину G и глубину D зазора, выбранные так, чтобы обеспечить защиту основной площади протектора шины. Ширина зазора является такой, чтобы расходуемое ребро 38 входило в контакт с первым внутренним ребром 32, когда к поверхности протектора приложена нагрузка. Глубина узкой кромочной канавки, составляющая приблизительно от 90 до 110% глубины основных канавок, позволяет расходуемому ребру 38 действовать независимо от первого внутреннего ребра 32 в течение срока службы шины. Относительно малая ширина G зазора, меньшая или равная приблизительно 1,5 мм, может вызывать появление концентрации напряжений у дна узкой кромочной канавки. Концентрация напряжений может вызывать появление трещин в протекторе шины, что может привести к необходимости снять шину до того, как возникнет проблема износа. Чтобы снизить концентрацию напряжений у дна узких кромочных канавок, у дна внутренней поверхности узких кромочных канавок может быть предусмотрен минимальный радиус приблизительно 1,0 мм.

Следующий вариант настоящего изобретения включает введение канальцев на боковых кромках каждого кольцеобразного ребра. Этот вариант сочетают с конструктивными особенностями расходуемых ребер и узких кромочных канавок для повышения защиты шины от начала неоднородного износа и его развития. Канальцы 45 предусмотрены для наружной кромки первого внутреннего ребра 32, соседнего с узкой кромочной канавкой, как показано на фиг.4. Канальцы 46 предусмотрены для основных ребер 32, 34 и 36, соседних с основными канавками 42 и 44. Канальцы 45 и 46 расположены под углом L относительно боковой линии 32а. Как показано, канальцы проходят в направлении от канавок в соответствии с вращением шины. Боковой угол L имеет величину в диапазоне приблизительно от 15 до 35 градусов. Канальцы 45 и 46 могут иметь также угол V, расположенный с наклоном к тыльной стороне по отношению к нормали N к поверхности протектора, как показано на фиг.7С. Угол V, расположенный под наклоном к нормали, имеет величину в диапазоне от 0 приблизительно до 20 градусов. Предпочтительный угол наклона составляет приблизительно от 5 до 15 градусов.

Как часть данного варианта с кромочными канальцами, как показано на фиг. 2 и 4, у предпочтительной шины 30 имеются такие же канальцы на всех кромках основных ребер 32, 34 и 36. Однако согласно изобретению предусматривается наличие других канальцев на одном ребре по сравнению с другими ребрами. Внутренние кольцеобразные канавки 42 и 44 в предпочтительном варианте изобретения должны быть одинаковыми. Предпочтительные детали внутренних канавок показаны на поперечных сечениях на фиг.7А и 7В. Дно канавок может иметь синусоидальную форму и располагаться кольцеобразно вокруг шины (фиг.1 и 2). Наружная поверхность кромок у канавок предпочтительно является прямой. Таким образом, радиальная боковая сторона канавок имеет переменный угол относительно кольцеобразной поверхности СР основных канавок. Предпочтительно канальцы имеют кромки 46а, 46b у соответствующих ребер, которые параллельны кольцеобразной плоскости канавки.

Поперечное сечение шины согласно изобретению показано на фиг.8. Шина 30 симметрична относительно проходящей через ее середину плоскости М шины, так что на этом радиальном сечении может быть показана только половина шины. Шина вращается относительно оси вращения AR колеса автомобиля. Шина содержит ребра и канавки протектора Т шины, как описано выше. Для шины согласно изобретению для протектора можно использовать стандартные резиновые материалы. Основная ширина TW протектора основной площади контактной поверхности шины обеспечивает защиту от неоднородного износа с помощью расходуемых ребер 38 и узких кромочных канавок 48, как описано выше. Ленточное уплотнение 60 ниже протектора состоит для иллюстрации шины из нескольких лент 62, 64 и 66. Ленты имеют, как правило, упрочнение из параллельных металлических крученых нитей, пересекающихся под острым углом у каждого слоя с упрочнителем соседнего слоя. Каркас 70 проходит ниже лент от борта до борта 90 и окружает сердечник 92 кромки. Каркас имеет, по меньшей мере, один каркасный слой, а предпочтительно несколько слоев, упрочненных металлическими нитями, проходящими, как правило, в радиальном и осевом направлении между сердечниками бортов. Поверхность 50 боковых стенок, имеющая резиновую часть 52 боковых стенок, расположена между каждым бортом и соответствующей боковой кромкой ленточного уплотнения 60. Внутренний слой 80 из резинового материала помогает сохранять колесо автомобиля в накачанном состоянии.

Уменьшение напряжений на первых внутренних ребрах 32 предпочтительного варианта шины 30 согласно изобретению показано на графиках фиг.9, 10 и 11. Комбинированное влияние конструкции протектора и материалов можно моделировать и анализировать с использованием быстродействующего компьютера. Результаты для напряжений Sx в продольном направлении Х на первом внутреннем ребре показаны на фиг.9. Продольные напряжения Sx для шины 10 согласно уровню техники показаны в виде кривой 110, а для шины согласно изобретению показаны в виде кривой 130. Напряжения представлены на графике в виде величины среднего напряжения по ширине ребра как функции кольцеобразного расстояния вдоль длины контакта первого внутреннего ребра. Ребро находится в контакте с опорной поверхностью, и измерения выполнены относительно центра контактной длины (нулевая точка). Эти продольные напряжения показывают, что шина согласно уровню техники и шина согласно изобретению имеют приблизительно одинаковые продольные напряжения Sх. Напряжения Sx вызывают также движущие силы, которые являются повышенными для шины согласно изобретению.

Результаты для напряжений Sy в поперечном направлении Y на первом внутреннем ребре показаны на фиг.10. Поперечные напряжения Sy для шины 10 согласно уровню техники показаны в виде кривой 210, а для шины согласно изобретению показаны в виде кривой 230. Напряжения представлены на графике в виде величины среднего напряжения по ширине ребра как функции расстояния вдоль длины контакта первого внутреннего ребра. Ребро находится в контакте с опорной поверхностью, и измерения выполнены относительно центра контактной длины (нулевая точка). Эти поперечные напряжения показывают, что шина согласно изобретению имеет значительно более высокие поперечные напряжения Sy, чем шина согласно уровню техники.

Результаты для напряжений Sz в перпендикулярном направлении Z на первом внутреннем ребре показаны на фиг.11. Нормальные напряжения Sz для шины 10 согласно уровню техники показаны в виде кривой 310, а для шины согласно изобретению показаны в виде кривой 330. Напряжения представлены на графике в виде величины среднего напряжения поперек ребра как функции расстояния вдоль длины контакта первого внутреннего ребра. Ребро находится в контакте с опорной поверхностью, и измерения выполнены относительно центра контактной длины (нулевая точка). Эти нормальные напряжения показывают, что шина 30 согласно изобретению имеет значительно меньшие нормальные напряжения Sz, чем шина 10 согласно уровню техники.

Было рассчитано, что комбинация напряжений для шины согласно изобретению должна быть значительно меньше. Для дополнительного подтверждения преимуществ шины согласно изобретению по сравнению с шиной согласно уровню техники и другими предшествующими техническими решениями можно сравнить реальные величины напряжений, полученные при испытаниях, с величинами расчетных напряжений. Результаты реальных испытаний на износ также описаны ниже в разделе экспериментальных результатов, чтобы дополнительно подтвердить представленные расчетные результаты на фиг.9, 10 и 11, показывающие преимущества, реализованные в настоящем изобретении.

Преимущество, получаемое в отношении неоднородного износа, обычно реализуют при использовании комбинации нескольких отдельных преимуществ. Увеличение ширины С расходуемого ребра и введение углубления Н для этого ребра дают продольные напряжения Sx, выгодные для первого внутреннего ребра 32. Кроме того, уменьшение углубления Н по сравнению с использованным у шины 10 согласно уровню техники у расходуемого ребра 38 шины 30 согласно изобретению будет уменьшать износ, обеспечивая преимущество за счет более продолжительного срока службы шины. Уменьшение расстояния G зазора между расходуемым ребром 38 и первым внутренним ребром 32 обеспечивает контакт одного ребра с другим, что способствует усилению опоры первого внутреннего ребра и уменьшению поперечного напряжения Sy на первом внутреннем ребре. Поскольку расходуемое ребро и первое внутреннее ребро преимущественно смыкаются вместе при появлении нагрузки, то устраняется влияние кромок ребер, и нормальные напряжения Sz на первом внутреннем ребре становятся благоприятней. Совместное смыкание в основном обеспечивает более высокую жесткость расходуемого ребра и увеличивает стойкость к высоким ударным нагрузкам и абразивному воздействию окружающей среды по сравнению с шиной согласно уровню техники. Расходуемые ребра протектора шины согласно изобретению исходно изнашиваются с более медленной скоростью, чем узкие ребра шины согласно уровню техники, из-за их более высокого радиального строения (уменьшенный радиальный уступ), которое позволит расходуемым ребрам сохранять преимущество за счет более продолжительного срока службы шины.

Результаты экспериментов
Шину обычного типа или соответствующую известному уровню техники испытали наравне с преимущественно такой же шиной, как шина обычного типа, но имеющей конструктивные особенности настоящего изобретения. Шины являлись шинами большегрузного грузового автомобиля с одинаковыми размерами 275/80 R22,5, диапазоном нагрузки и использованием, как определено Стандартом 1997 Yearbook of Tire and Rim Assotiation, Inc. of Copley, Ohio.

Было две шины обычного типа и две шины согласно изобретению, которые испытывали на приводных осях двух идентичных, работающих на дальних перевозках автомобилей и обменивали между автомобилями, чтобы компенсировать любые различия в системах подвески автомобилей. Приведенные далее результаты иллюстрируют преимущества, обеспечиваемые шиной согласно изобретению.

Шина обычного типа и шина согласно изобретению имеют преимущественно одинаковые размеры за исключением геометрии кромочных ребер и узких кромочных канавок (см. фиг. 6). В таблице I показаны геометрические параметры шины обычного типа и шины согласно изобретению. Глубина узких кромочных канавок была выполнена одинаковой с глубиной канавок на основной ширине протектора (или приблизительно 15 мм). Канальцами были снабжены боковые наружные кромки первых внутренних ребер, при этом шина обычного типа имела боковой и наклонный углы, равные нулю, а шина в соответствии с настоящим изобретением имела канальцы с боковым углом L приблизительно 25 градусов (фиг.4) и наклонный угол V приблизительно 10 градусов (фиг.7С). Коэффициент формы для шины обычного типа составлял 0,81, а шина согласно изобретению имела коэффициент формы 0,22.

Испытания шин продолжали до тех пор, пока износ на шинах обычного типа не достиг величины, когда использование шин следовало прекратить. Правосторонние шины оставили на правой стороне каждого автомобиля, когда производили обмен шин между автомобилями. За период испытаний произвели несколько обменов.

В таблице II показаны относительные величины износа для каждого из ребер правосторонних шин, а в таблице III показан относительный износ для каждого из ребер левосторонних шин. Величины износа приведены в отношении наружной части первого внутреннего ребра шины обычного типа. В последней колонке приведены также относительные величины пройденного расстояния к моменту прекращения использования шины.

Результаты испытаний по относительному износу в таблицах II и III показывают значительно более однородный характер износа в отношении ребер шины согласно изобретению. Для правосторонних шин автомобиля максимальный износ был на первом внутреннем ребре на внутренней стороне шины по отношению к автомобилю. Они обе были сняты с использования при одинаковом пройденном расстоянии, однако износ на шине согласно изобретению составлял только 1,7/2,5•100=69% от износа у шины обычного типа. Для левой стороны автомобиля максимальный износ у шины обычного типа был на первом внутреннем ребре с наружной стороны шины относительно автомобиля. Для левой шины согласно изобретению максимальный износ был на внутренней стороне шины, как у предыдущей. Левая шина согласно изобретению была снята с использования при пройденном расстоянии на 1,5/1,0•100= 50% больше, чем расстояние, пройденное шиной обычного типа, а износ шины согласно изобретению был только 0,7/1,0•100= 70% от износа шины обычного типа. Эти результаты демонстрируют эффективные преимущества шины согласно изобретению в отношении износа.

Были выполнены измерения реальных напряжений при испытании шин для сравнения с напряжениями, рассчитанными с использованием модели по методу конечного элемента (FEM) и быстродействующего компьютера. Результаты по напряжениям, полученным с помощью компьютерной модели, были описаны и обсуждены ранее, как показано на графиках фиг.9, 10 и 11. Новые графики, на которых показаны относительные максимальные напряжения на первых внутренних ребрах, полученные по результатам реальных испытаний, приведены на фиг.12, 13 и 14.

Результаты реальных испытаний по напряжениям Sx в продольном направлении Х на первом внутреннем ребре показаны на фиг.12. Продольные напряжения Sx для шины обычного типа показаны в виде кривой 112, а для шины согласно изобретению показаны в виде кривой 132. Результаты реальных испытаний по напряжениям Sy в поперечном направлении Y на первом внутреннем ребре показаны на фиг. 13. Поперечные напряжения Sy для шины обычного типа показаны в виде кривой 212, а для шины согласно изобретению показаны в виде кривой 232. Результаты реальных испытаний по напряжениям Sz в перпендикулярном направлении Z на первом внутреннем ребре показаны на фиг.14. Нормальные напряжения Sz для шины обычного типа показаны в виде кривой 312, а для шины согласно изобретению показаны в виде кривой 332. Общие выводы, сделанные предварительно относительно напряжений, полученных на компьютере методом FEM, в основном сопоставимы с напряжениями, полученными по результатам реальных испытаний. Действительно, графики совершенно одинаковы. В таблице IV приведено сравнение между относительными максимальными напряжениями на первых внутренних ребрах для шины обычного типа с шиной согласно изобретению для напряжений Sx, Sy и Sz в каждом случае.

Во всех случаях максимальные напряжения были меньше на шине согласно изобретению, чем на шине обычного типа. Одинаковое общее уменьшение величины Sx, Sy и Sz отмечено для шины согласно изобретению по сравнению с шиной обычного типа для обоих случаев сравнения. Нормальные напряжения Sz существенно влияют на регулирование износа на первых внутренних ребрах шины. Эти результаты испытаний подтверждают [правильность выбора] величины расходуемых ребер согласно изобретению для уменьшения износа и продления срока полезной службы шины.

Хотя предпочтительные варианты настоящего изобретения были описаны с использованием специфических терминов, такое описание дано исключительно с иллюстративной целью и само собой разумеется, что возможны изменения и варианты без отклонения от идеи и объема защиты, определяемого следующей формулой изобретения.

Реферат

Изобретение относится к конструкции шин для автомобильного транспорта, преимущественно к шинам тяжелых грузовых автомобилей. На каждой боковой стороне протектора шины имеется расходуемое ребро, отделенное от основных протекторных ребер узкой кромочной канавкой, имеющей ширину не более 1,5 мм. Ширина поверхности расходуемого ребра находится в диапазоне 2,5-12% от ширины протектора. Наружная поверхность расходуемого ребра углублена по отношению к поперечному профилю основных ребер за счет радиального уступа величиной приблизительно 0,5-2,0 мм. Для определения формы расходуемого ребра используют коэффициент формы, имеющий величину 0,10-0,50. В результате увеличивается срок службы шин. 2 с. и 18 з.п.ф-лы, 17 ил., 4 табл.

Формула