Система монтажа пневматической шины на ступице колеса - RU2234424C2

Чертежи

Описание

Изобретение касается обода или системы элементов, образующих обод, предназначенный для монтажа на нем и движения пневматической шины, без независимой воздушной камеры, или так называемой бескамерной пневматической шины, предназначенной более конкретно для оснащения тяжелых транспортных средств.

В обычно используемых ободах колесных подвижных транспортных систем различают в основном обода с так называемым вогнутым основанием, обладающие коническими посадочными местами, наклоненными по отношению к оси вращения данной подвижной системы под углом 5 или 15°, и обода с плоским или практически плоским основанием, имеющие посадочные места, наклоненные под углом либо 0 либо 5° по отношению к оси вращения.

Обода с так называемым вогнутым основанием содержат монтажную выемку, диаметр которой имеет величину, определенно меньшую, чем номинальный диаметр данного обода. Этот внутренний диаметр обода в данном случае рассматривается пользователем как слишком малый, поскольку он не позволяет выбрать, например, тормозные барабаны колеса таких размеров, которые соответствовали бы достаточно эффективному торможению все более мощных по отношению к их весу транспортных средств.

Вследствие этого обстоятельства упомянутые обода обычно используются для монтажа и движения пневматических шин, предназначенных, например, для легковых автомобилей и/или тяжелых транспортных средств типа “Poids-Lourds”, но они также применяются в значительно меньшей степени, а иногда и вообще не применяются для других типов движущихся механизмов, таких, например, как дорожные и строительные колесные машины типа “Genie Civil”.

Для монтажа так называемой бескамерной пневматической шины монтажный обод с плоским основанием требует наличия по меньшей мере одного бокового съемного кольца, одного кольца блокировки и одного герметичного уплотнения и, конечно, наличия основания этого обода, снабженного фиксированным круговым выступом, расположенным с той стороны, которая является противоположной той его стороне, где установлены съемные детали.

Таким образом, в данном случае необходимо использование как минимум трех деталей. В большинстве же случаев количество необходимых деталей превышает три и может иногда доходить до шести таких деталей для пневматических шин больших размеров. За исключением герметичных уплотнений, изготовленных из каучука, упомянутые детали обода являются металлическими и, следовательно, достаточно тяжелыми, громоздкими и неудобными для манипулирования. Из сказанного выше следует, что монтаж и демонтаж пневматических шин больших и очень больших размеров представляют собой продолжительные и трудоемкие операции. Установка и/или снятие колеса, оборудованного такой пневматической шиной, требует простоя данного транспортного средства или машины на протяжении достаточно длительного промежутка времени.

Кроме того, используемые металлические детали, которыми являются конические кольца, круговые выступы, кольца блокировки, часто бывают подвержены частичному локализованному износу, сопровождающемуся или не сопровождающемуся окислением и образованием ржавчины, то есть повреждениям, которые влекут за собой последующее использование дефектных монтажных элементов с образованием потерь давления, а также формированием концентраций механических напряжений, которые могут привести к разрушению упомянутых деталей.

В то же время изготовленные из каучука герметичные уплотнения требуют, как известно, больших предосторожностей и осторожного обращения при их установке. Кроме того, эти уплотнения бывают подвержены естественному окислению и иногда хранятся в неудовлетворительных условиях, что приводит к появлению на них многочисленных трещин. Таким образом, в целом ряде случаев условия оказываются такими, что герметичные уплотнения не обеспечивают удовлетворительного выполнения возложенной на них функции.

Для устранения отмеченных выше недостатков возможно использование меньшего количества деталей, обеспечивая на протяжении длительного времени наилучшие условия для связи движущейся системы с колесом в соответствии с данным изобретением, согласно которому предлагается новая система монтажа пневматической шины, не содержащей независимой воздушной камеры и имеющая в своем составе, по меньшей мере, два конических металлических кольца, предназначенных для размещения на них бортов пневматической шины, причем два упомянутых металлических кольца устанавливаются и блокируются на ступице колеса данного транспортного средства посредством двух боковых круглых колец блокировки, каждое из которых изготовлено из вулканизированной каучуковой смеси, усиленной и покрывающей кольцо жесткости, эластичное в окружном направлении и устойчивое по отношению к сжатию в радиальном направлении, и размещено в углублении ступицы.

Под кольцом жесткости, эластичным в окружном направлении, в данном случае следует понимать элемент, окружная протяженность которого может увеличиваться по меньшей мере на 3%, под действием усилия, не превышающего 50 дан, и возвращается к своему исходному состоянию после прекращения воздействия упомянутого усилия.

Под кольцом жесткости, устойчивым к сжатию в радиальном направлении, в данном случае следует понимать кольцо, для которого максимальный радиальный размер его поперечного сечения, то есть наибольшее радиальное расстояние между двумя точками контура сечения, расположенными на перпендикуляре к оси вращения данного обода, уменьшается под действием соответствующего усилия на величину, не превышающую 2%.

Под коническим монтажным кольцом в данном случае следует понимать кольцо, имеющее снаружи в радиальном направлении посадочное место, образующая которого составляет с направлением оси вращения некоторый угол, а также кольцо, посадочное место которого имеет образующую, составляющую с направлением упомянутой оси угол, величина которого равна нулю.

Под вулканизированной каучуковой смесью или вулканизатом в данном случае следует понимать смесь одного или нескольких эластомерных материалов с усиливающими наполнителями и хорошо известными добавками, которую подвергают вулканизации при определенной температуре. Предпочтительно каучуковая смесь, покрывающая кольцо жесткости, будет иметь секущий модуль упругости при относительном удлинении на уровне 10%, составляющий по меньшей мере 6 МРа.

Окружное кольцо из каучуковой смеси, усиленное окружным кольцом жесткости, причем упомянутое кольцо в окружном направлении является эластичным и устойчивым к сжатию в радиальном направлении, описано в патенте FR 26677304. Такое изготовленное из каучука кольцо в упомянутом выше патенте используется в качестве переходника, то есть в качестве средства, имеющего меридиональное сечение, выполненное с возможность монтирования бортов пневматической шины, имеющих заданную конфигурацию, на обода, предназначенные для размещения на них бортов другой конфигурации. Используемое таким образом кольцо представляет собой монтажное кольцо для борта, имеющее, в частности, наружную в радиальном направлении стенку меридионального профиля, идентичного нормализованным профилям, в том случае, когда речь идет о монтаже пневматической шины, соответствующей действующим нормам.

В настоящем изобретении используется такое кольцо жесткости, изготовленное из каучука в адаптированной соответствующим образом форме, но не в качестве переходника или монтажного кольца, а в качестве кольца блокировки, причем в рамках предлагаемого изобретения монтажные кольца являются металлическими, а не каучуковыми.

Кольцо блокировки в соответствии с предлагаемым изобретением рассматривается в качестве кольца, имеющего по меньшей мере две стенки, а именно внутреннюю в радиальном направлении стенку и наружную в радиальном направлении, причем две эти стенки кольца могут быть соединены между собой посредством боковых стенок, квази-перпендикулярных по отношению к направлению оси вращения.

Внутренняя в радиальном направлении стенка имеет форму, которая подобна форме или профилю выемок или углублений, выполненных на ступице колеса данного транспортного средства для размещения в них упомянутых колец. Эти выемки могут иметь на виде в меридиональном сечении произвольную форму, однако, в предпочтительном варианте реализации, эти выемки имеют меридиональное сечение, поверхность которого является квази-треугольной с основанием, расположенным на образующей ступицы колеса, и с двумя другими сторонами, образующими с направлением, параллельным оси вращения, острые углы, величина которых может быть заключена в диапазоне от 10 до 45°, причем две эти стороны соединены между собой против упомянутого основания посредством закругленной вершины для минимизирования концентрации механических напряжений и опасности образования усталостных трещин. Квази-высота треугольника, опущенная из закругленной вершины на основание, в предпочтительном вариант реализации имеет величину в диапазоне от 10 до 45 мм. Внутренняя в радиальном направлении стенка упомянутого кольца блокировки имеет в меридиональном сечении профиль, идентичный внутреннему профилю квази-треугольника.

Меридиональное сечение кольца жесткости упомянутого кольца блокировки в своей внутренней в радиальном направлении части может иметь произвольную форму в той мере, в которой значительная часть максимального радиального размера ее меридионального сечения заключена в треугольном поперечном сечении углубления, выполненного в ступице колеса.

Под выражением “существенная часть” в данном случае следует понимать радиальное расстояние, составляющее по меньшей мере 25% от максимального радиального размера поперечного сечения кольца жесткости.

Внутренняя в радиальном направлении часть кольца жесткости может иметь две предпочтительные формы реализации, а именно эллиптическую форму (причем в данном случае упомянутая окружность рассматривается в качестве эллипса) и многоугольную форму, которая содержит по меньшей мере две стороны, по существу параллельные двум сторонам треугольного поперечного сечения выемки, выполненной в ступице колеса, что обеспечивает надлежащее позиционирование эластичного кольца блокировки и сохраняет это позиционирование несмотря на наличие усилий или механических напряжений, возникающих в процессе накачивания данной пневматической шины, в процессе ее сплющивания и в процессе движения этой пневматической шины.

В том, что касается меридионального сечения в наружной в радиальном направлении части кольца блокировки, то это сечение также может иметь эллиптическую форму, но в предпочтительном варианте реализации будет содержать по меньшей мере одну коническую часть, образующая которой составляет с направлением оси вращения угол, который может иметь величину в диапазоне от 15 до 35°. Коническая часть в процессе монтажа соответствующей пневматической шины расположена против конической части внутренней в радиальном направлении стенки конического кольца, на которое установлен борт данной пневматической шины. Меридиональное сечение кольца жесткости в своей наружной в радиальном направлении части в этом случае может быть эллиптическим, круглым или многоугольным, причем в этом последнем случае одна его сторона является параллельной конической части наружной в радиальном направлении стенки упомянутого кольца.

Какова бы ни была форма меридионального сечения кольца жесткости, в предпочтительном варианте реализации это кольцо представляет собой кольцевую пружину с примыкающими друг к другу металлическими витками. При этом отдельно взятый виток этой пружины может иметь поперечное сечение любой формы, но в предпочтительном варианте реализации этот виток является круглым и диаметр поперечного сечения этого витка имеет величину в функции размерных параметров данной пружины, заключенную в диапазоне от 2 до 8 мм, что обеспечивает деформацию данного витка под воздействием усилия сжатия на уровне менее 2%.

Кольцо жесткости также может представлять собой последовательность цилиндрических элементов, изготовленных из жесткого материала, такого, например, как сталь, или из керамического материала, причем элементы имеют длину меньшую, чем диаметр цилиндра, и соединены между собой в окружном направлении при помощи каучуковой смеси с высоким значением твердости по Шору А.

В случае использования пружины ее сопротивляемость по отношению к сжатию в предпочтительном варианте реализации может быть повышена путем размещения внутри витков либо сплошного и окружного элемента, изготовленного из вулканизированного каучука, обладающего высокой твердостью по Шору А, либо сплошного и окружного элемента, изготовленного из пластического материала, причем упомянутые элементы не являются непрерывными в окружном направлении для сохранения эластичности пружины.

Пружина для облегчения выполнения операций демонтажа данной пневматической шины и снятия кольца блокировки снабжена металлическим шнуром или поясом, обеспечивающим возможность при помощи усилия растяжения, воздействующего на шнур или пояс, вывести кольцо из выемки, выполненной в ступице колеса.

Металлическое монтажное кольцо представляет собой металлический элемент, содержащий посадочное место обода, которое обычно является коническим, но может иметь и цилиндрическую, а также любую другую форму, причем посадочное место имеет продолжение наружу в осевом направлении и в радиальном направлении при помощи кругового выступа обода, и этот круговой выступ может быть в случае необходимости независимым от посадочного места и может быть выполнен съемным образом по отношению к посадочному месту.

Кольцо имеет внутреннюю в радиальном направлении стенку, образованную по меньшей мере одной конической частью, образующая которой составляет с направлением оси вращения некоторый угол, величина которого находится в диапазоне от 15 до 35°, тогда как наружная в радиальном направлении стенка, как это показано на видах в соответствующих меридиональных разрезах, образована, с одной стороны, конической образующей, которая составляет с направлением оси вращения некоторый угол, величина которого находится в диапазоне от 0 до 16°, а с другой стороны, кривой, продолжающей наружу в осевом направлении образующую при помощи дуги окружности, которая является репрезентативной для внутреннего в осевом направлении и наружного в радиальном направлении профиля кругового выступа обода. Кривая в любом случае предпочтительно расположена снаружи в радиальном направлении и изнутри в осевом направлении от отрезка прямой линии, соединяющей точку пересечения этой кривой с образующей, и точку кривой, наиболее удаленную от оси вращения. Таким образом, кривая может быть образована дугой окружности, касательной к окружности связи между конической образующей и кривой. Эта кривая также может быть образована отрезком прямой линии, перпендикулярной или расположенной под некоторым углом по отношению к оси вращения, касающейся изнутри в радиальном направлении дуги связи и касающейся снаружи в радиальном направлении второй дуги окружности таким образом, чтобы получить желаемую кривую.

Металлические монтажные кольца могут быть независимыми от данной пневматической шины и более конкретно от бортов этой пневматической шины. Для облегчения и ускорения выполнения операций монтажа и демонтажа пневматической шины, а также различных манипуляций с данной системой конические кольца с посадочными местами и круговыми выступами выполнены за одно целое пневматической шиной, так же, как и, например, бортовые кольца этой пневматической шины. Эти кольца могут быть прикреплены к бортам данной пневматической шины путем их запрессовывания без возможности последующего их отделения. Подобный принцип описан в патентной заявке FR 2087770.

Будучи соединенными или не соединенными с бортами данной пневматической шины и для обеспечения возможности более удобного манипулирования с подлежащими установке элементами, металлические монтажные кольца для бортов предпочтительно снабжены в их внутренних в осевом направлении частях системой с воздушной подушкой, которая образует и сохраняет в процессе осуществления операций монтажа свободное пространство между ступицей колеса и внутренней в радиальном направлении частью колец, что обеспечивает возможность существенно увеличенного осевого смещения. Свободное пространство, которое имеет величину в диапазоне от 5 до 20 мм, предназначено также для обеспечения возможности непосредственного вставления на ступицу без заклинивания системы, образованной пневматической шиной и металлическими кольцами.

Настоящее изобретение поясняется в ниже приведенном описании, не являющимся ограничительным примером его реализации, со ссылками на чертежи, на которых:

- фиг.1 представляет собой схематический вид в меридиональном разрезе первого варианта реализации устройства в соответствии с предлагаемым изобретением;

- фиг.2 представляет собой схематический вид того же типа, демонстрирующий второй вариант реализации устройства в соответствии с предлагаемым изобретением;

- фиг.3 представляет собой аналогичный вид, демонстрирующий третий вариант реализации устройства в соответствии с предлагаемым изобретением.

На фиг.1 показан только один борт 4 пневматической шины большого размера, предназначенной для установки на тяжелую дорожно-строительную машину (типа Genie Civil). Борт пневматической шины усилен главным образом бортовым кольцом 41, вокруг которого закреплен при помощи оборота радиальная арматура каркаса 40 данной пневматической шины. Борт 4 этой пневматической шины содержит внутренние в радиальном направлении и наружные в радиальном направлении стенки, которые имеют форму и размеры, выполненные таким образом, чтобы обеспечить возможность монтажа на металлическое монтажное кольцо 3, содержащее коническое посадочное место 31, образующая 310 которого на виде в меридиональном разрезе образует с направлением оси вращения угол, величина которого заключена в диапазоне 5+1°, причем образующая, продолженная снаружи в осевом направлении при помощи дуги окружности 330, соединяет образующую 310 со стенкой 320 кругового выступа обода 32, и эта стенка 320 является перпендикулярной по отношению к направлению оси вращения данной пневматической шины и завершается на своем конце в осевом направлении и в радиальном направлении закруглением 340. Размерные параметры образующих 310-340 представляют собой нормализованные размерные параметры.

Что касается внутренней в радиальном направлении стенки конического монтажного кольца 3, то она образована в основном выемкой 303, продолженной в осевом направлении конической частью 301, образующая которой составляет с направлением оси вращения некоторый угол α, открытый внутрь в осевом направлении и в радиальном направлении и имеющий величину 30°, причем эта коническая часть сама продолжена образующей 302, цилиндрической в рассматриваемом здесь примере реализации, и траекторией наружной в осевом направлении стенки кругового выступа 32.

Совокупность образующих 301 и 302 находится в механическом контакте с наружной в радиальном направлении стенкой съемного кольца блокировки 2, причем упомянутая стенка также образована на виде в меридиональном разрезе двумя образующими 203 и 204, которые имеют те же размерные и пространственные характеристики, что и образующие 301 и 302 соответственно.

Кольцо блокировки 2 выполнено из вулканизированной каучуковой смеси 21 и усилено кольцом жесткости, которое представляет собой пружину 20, имеющую круглое поперечное сечение и изготовленную путем плотной спиральной намотки металлического витка стальной латунированной проволоки, диаметр которой составляет 4 мм.

Для обеспечения улучшенных характеристик сцепления кольца блокировки 2 и исключения разъединения между витками пружины, а также повышения сопротивляемости данной пружины по отношению к деформациям в результате поперечного сжатия, спиральная намотка осуществляется вокруг сплошного и окружного элемента 22, изготовленного из вулканизированной каучуковой смеси с высокой твердостью по Шору А, составляющей 93 единицы.

Внутренняя в радиальном направлении сторона изготовленного из каучуковой смеси и усиленного кольца блокировки 2 образована двумя коническими образующими 201 и 202, которые будут входить в механический опорный контакт соответственно с двумя коническими образующими 101 и 102 круговой выемки 10, выполненной в ступице колеса 1. Упомянутые образующие образуют вместе с продолжением цилиндрической образующей 11 ступицы колеса 1 как бы равнобедренный треугольник с двумя сторонами 101 и 102, образующими с направлением оси вращения или с направлением образующей 11, которая параллельна этой оси, некоторый угол β, величина которого по существу составляет 35°, и основание которого имеет осевую ширину, достаточную для того, чтобы по меньшей мере треть диаметра D пружины 20, который представляет собой максимальный радиальный размер кольца жесткости 20, располагалась внутри описанного выше квази-треугольника, что обеспечивает возможность согласования с формой выемки и с внутренними и наружными в радиальном направлении формами кольца 2 с обеспечением необходимой и достаточной блокировки для удержания на месте этого кольца 2 в любых условиях движения данной пневматической шины.

Пояс 5 намотан вокруг меридионального сечения кольца жесткости 20 кольца блокировки 2 для того, чтобы обеспечить возможность после стравливания давления из данной пневматической шины и смещения внутрь в осевом направлении борта этой пневматической шины снятия кольца 2 из его ложемента, который представляет собой выемку 10, выполненную в ступице колеса 1.

Выемка 303, выполненная во внутренней в осевом направлении части металлического монтажного кольца 3, позволяет разместить в ней систему позиционирования и центрирования монтажной системы 2, 3 на ступице колеса 1. Упомянутая система образована камерой 8 или совокупностью таких камер, перекрывающей участок площади окружной поверхности монтажного кольца, заключенный в диапазоне от 30 до 80% от полной площади поверхности.

При этом каждая из камер содержит изготовленное из эластомерного материала уплотнение и запитывается газом под давлением при помощи специального контура 7 или при помощи контура накачивания данной пневматической шины, причем в этом случае уплотнительные прокладки прижимаются к основанию камер, перекрывая таким образом отверстия хх’, которые могут сообщаться с внешней окружающей средой или с внутренней средой данной пневматической шины. При этом часть общего расхода осуществляется через отверстия уу’ и в результате утечек, имеющих место между кромками уплотнительных прокладок и ступицей колеса, и обеспечивает эффект воздушной подушки. Повышение давления в верхней камере 8₁ толкает уплотнительную прокладку и восстанавливает концентричность посадочного места.

Упомянутое состояние концентричности и устранение трения позволяет, прежде всего, установить наружное кольцо блокировки 2, а затем обеспечить введение описанных выше частей 301 и 302.

На фиг.2 схематически представлена монтажная система, выполненная с использованием описанного выше принципа, причем основные различия по отношению к тому примеру реализации, который схематически представлен на фиг.1, заключаются в:

1) профиле, который является наружным в радиальном направлении и внутренним в осевом направлении для монтажного кольца 3, причем профиль представляет собой профиль, нормализованный для размещения на нем бортов так называемых пневматических шин типа “drop-center”, при этом эти профили, в частности, вместе с посадочными местами конических колец наклонены под углом 15° по отношению к направлению оси вращения данной пневматической шины,

2) в форме выемки 10 в ступице колеса 1 и, следовательно, в форме кольца блокировки 2 и в форме кольца жесткости 20.

Что касается квази-треугольной формы выемки 10, то можно видеть, что она больше не является равнобедренной и содержит наружную в осевом направлении сторону, менее наклоненную по отношению к оси вращения, чем его внутренняя в осевом направлении сторона. Необходимая и достаточная блокировка будет обеспечена при соответствующей форме кольца жесткости 20, которое представляет собой пружину прямоугольного поперечного сечения, две смежные стороны которой являются параллельными двум сторонам квази-треугольной выемки 10.

Если в примерах, представленных на фиг 1 и 2, показаны борта пневматической шины обычной конструкции и обычной формы для выполнения монтажа на стенках монтажных колец, которые являются нормализованными (см. нормы TRA, ETRTO), борт пневматической шины, показанный на фиг.3, и внутренний в радиальном направлении профиль монтажного кольца, адаптированного к упомянутому профилю, не являются обычными. Борт пневматической шины, показанный на фиг.3, не содержит бортового кольца, причем в данном случае функции закрепления арматуры каркаса и ее обжатия на монтажном ободе обеспечиваются при помощи наличия нескольких подкрепляющих элементов 41, 42 соответствующей конструкции, причем наличие усиливающих элементов сочетается с соответствующим меридиональным профилем арматуры каркаса так, как это описано в примере, приведенном в международной патентной заявке РСТ/ЕР 98/06832, и меридиональный профиль посадочного места монтажного кольца 31 сам может быть адаптирован к профилю используемой арматуры каркаса.

Эта арматура каркаса в каждом борту, по меньшей мере снаружи в радиальном направлении и изнутри в осевом направлении, усилена по меньшей мере первым сплошным дополнительным слоем 41, содержащим по меньше мере одну первую часть, образованную по меньшей мере одним первым слоем, образованным из нерастяжимых усиливающих элементов, образующих с окружным направлением угол, величина которого заключена в диапазоне от - 2,5 до + 2,5°.

Снаружи в осевом направлении и изнутри в радиальном направлении предпочтительно расположен второй дополнительный слой, образованный по меньшей мере одной первой частью по меньшей мере одного слоя нерастяжимых и окружных усиливающих элементов.

Что касается меридионального профиля арматуры каркаса 40 в конструкции борта данной пневматической шины, то он образован в продолжении упомянутого профиля в боковине данной пневматической шины при помощи выпуклой дуги окружности ВС, продолженной по касательной и внутрь в осевом направлении при помощи отрезка прямой линии CD, причем в данном случае точка D представляет собой конец арматуры каркаса 40. Меридиональный профиль стенки на виде в меридиональном разрезе, изнутри в радиальном направлении 31 от металлического монтажного кольца 3 подобен определенному выше профилю арматуры каркаса, поскольку он образован дугой окружности, продолженной конической образующей. Что касается оставшейся части данной монтажной системы и, в частности, кольца блокировки 2, то она является по существу идентичной описанному выше кольцу, показанному на фиг.2, за исключением несколько измененных размеров.

Хотя была описана только одна подвижная система, содержащая одну пневматическую шину с ее монтажной системой и установленная на ступице колеса, содержащей только две выемки, однако не будет выходить за рамки предлагаемого изобретения, и подвижная система, содержащая две спаренные пневматические шины, причем в этом случае достаточно иметь одну ступицу колеса, содержащую четыре выемки упомянутого выше типа.

Реферат

Система предназначена для бескамерных автомобильных шин и включает в себя два конических металлических монтажных кольца, предназначенных для размещения на них бортов данной шины, позиционированных и заблокированных на ступице колеса данного транспортного средства при помощи двух круглых боковых колец блокировки. Каждое из этих колец блокировки изготовлено из вулканизированной каучуковой смеси, усиленной и покрывающей кольцо жесткости, эластичное в окружном направлении и устойчивое по отношению к сжатию в радиальном направлении, и размещенное в углублении, выполненном на ступице колеса данного транспортного средства. В результате упрощается монтаж и повышается надежность крепления шины. 16 з. п. ф-лы, 3 ил.

Формула