Пневматическая шина
Изобретение относится к автомобильной промышленности. Пневматическая шина включает в себя слой каркаса, брекерный слой, расположенный снаружи слоя каркаса в радиальном направлении, резиновый протектор, расположенный снаружи брекерного слоя в радиальном направлении, резиновые боковины, расположенные снаружи слоя каркаса в направлении ширины шины, и защитные элементы, расположенные в зонах, проходящих от краев зоны контакта шины с грунтом до мест, соответствующих максимальной ширине шины, и выступающие от профиля шины. Защитные элементы имеют твердость Hs_p резины в диапазоне 50≤Hs_p≤60, относительное удлинение Eb_p при разрыве в диапазоне 500%≤Eb_p≤700% и модуль Е_р упругости в диапазоне 3,4 МПа≤Е_р≤7,0 МПа. Технический результат – повышение долговечности шины. 18 з.п. ф-лы, 9 ил.
Область техники
Настоящее изобретение относится к пневматической шине и, в частности, относится к пневматической шине, включающей в себя боковую часть шины с повышенной долговечностью.
Уровень техники
В особенности шина для строительных машин может выдерживать повреждение, вызванное разрезанием в результате входа в контакт со скальной породой или тому подобным на дорогах на участке ее боковины, при движении по плохим дорогам. Следовательно, обычная пневматическая шина включает в себя защитный элемент на участке боковины для защиты основной части участка боковины, в результате чего повышается стойкость шины к разрезанию. Техническое решение, раскрытое в публикации JP Н08-091017 А, известно в качестве подобной обычной пневматической шины.
Техническая проблема
Задача настоящего изобретения состоит в разработке пневматической шины, включающей в себя боковую часть шины с повышенной долговечностью.
Решение проблемы
Для решения задачи, описанной выше, пневматическая шина в соответствии с настоящим изобретением включает в себя: слой каркаса; брекерный слой, расположенный снаружи слоя каркаса в радиальном направлении; резиновый протектор, расположенный снаружи брекерного слоя в радиальном направлении; резиновую боковину, расположенную снаружи слоя каркаса в направлении ширины шины, и защитный элемент, расположенный в зоне, проходящей от края зоны контакта шины с грунтом до места, соответствующего максимальной ширине шины, и выступающий от профиля шины. Защитный элемент имеет твердость Hs_p резины в диапазоне от 50 до 60, относительное удлинение Eb_p при разрыве в диапазоне от 500% до 700% и модуль Е_р упругости в диапазоне от 3,4 МПа до 7,0 МПа.
Предпочтительные эффекты от изобретения
Для пневматической шины в соответствии с настоящим изобретением обеспечены надлежащие физические свойства защитного элемента (твердость резины, относительное удлинение при разрыве и модуль упругости). Данная конфигурация имеет преимущество, заключающееся в том, что долговечность шины повышается за счет уменьшения возникновения трещин, начинающихся от места, в котором расположен защитный элемент, при одновременном сохранении функции защитного элемента.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 - вид в разрезе, выполненном в меридиональном направлении ширины, иллюстрирующий пневматическую шину в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения;
Фиг.2 - разъясняющее схематическое изображение, иллюстрирующее защитный элемент пневматической шины, проиллюстрированной на фиг.1;
Фиг.3 - разъясняющее схематическое изображение, иллюстрирующее защитный элемент пневматической шины, проиллюстрированной на фиг.1;
Фиг.4 - разъясняющее схематическое изображение, иллюстрирующее модифицированный пример пневматической шины, проиллюстрированной на фиг.1;
Фиг.5 - разъясняющее схематическое изображение, иллюстрирующее модифицированный пример пневматической шины, проиллюстрированной на фиг.1;
Фиг.6 - разъясняющее схематическое изображение, иллюстрирующее модифицированный пример пневматической шины, проиллюстрированной на фиг.1;
Фиг.7 - разъясняющее схематическое изображение, иллюстрирующее модифицированный пример пневматической шины, проиллюстрированной на фиг.1;
Фиг.8 - таблица, показывающая результаты испытания для определения эксплуатационных характеристик пневматических шин в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения; и
Фиг.9 - разъясняющее схематическое изображение, иллюстрирующее обычную пневматическую шину.
Описание вариантов осуществления изобретения
Варианты осуществления настоящего изобретения подробно описаны ниже со ссылкой на чертежи. Однако настоящее изобретение не ограничено данными вариантами осуществления. Кроме того, компоненты вариантов осуществления включают элементы, которые являются заменяемыми при одновременном сохранении соответствия изобретению, и очевидно заменяемые элементы. Кроме того, модифицированные примеры, описанные для вариантов осуществления, могут быть скомбинированы по желанию в пределах объема очевидности для специалистов в данной области техники.
Пневматическая шина
Фиг.1 представляет собой вид в разрезе, выполненном в меридиональном направлении ширины, иллюстрирующий пневматическую шину в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения. Фиг.1 представляет собой вид в разрезе радиальной шины для строительных машин, которая названа «шиной для бездорожья», в качестве примера пневматической шины. Фиг.1 иллюстрирует сечение одной стороны в радиальном направлении шины, выполненное вдоль поперечной боковой канавки. Ссылочная позиция Т на фиг.1 обозначает край зоны контакта шины с грунтом, и ссылочная позиция А обозначает место, соответствующее максимальной ширине шины.
Следует отметить, что при ссылке на фиг.1 «сечение в меридиональном направлении шины» относится к сечению шины, выполненному вдоль плоскости, которая включает в себя ось вращения шины (непроиллюстрированную). Ссылочная позиция CL обозначает экваториальную плоскость шины и относится к плоскости, нормальной к оси вращения шины, которая проходит через точку шины, центральную в направлении оси вращения шины. «Направление ширины шины» относится к направлению, параллельному оси вращения шины. «Радиальное направление шины» относится к направлению, перпендикулярному к оси вращения шины.
Пневматическая шина 1 имеет кольцевую конструкцию с осью вращения шины в качестве ее центра и включает в себя два сердечника 11, 11 бортов, два наполнительных шнура 12, 12 бортов, слой 13 каркаса, брекерный слой 14, резиновый протектор 15, две резиновые боковины 16, 16 и два амортизирующих резиновых элемента 17, 17 для обода (см. фиг.1).
Два сердечника 11, 11 бортов представляют собой кольцевые элементы, образованные множеством бортовых проволок, связанных вместе в пучок. Два сердечника 11, 11 бортов образуют сердечники левой и правой бортовых частей. Два наполнительных шнура 12, 12 бортов расположены на перифериях двух сердечников 11, 11 бортов в радиальном направлении шины и упрочняют бортовые части.
Слой 13 каркаса проходит между левым и правым сердечниками 11, 11 бортов в виде тороида, образуя каркас шины. Кроме того, обе концевые части слоя 13 каркаса загнуты изнутри наружу в направлении ширины шины так, чтобы они охватывали сердечники 11 бортов и наполнительные шнуры 12 бортов, и зафиксированы. Слой 13 каркаса также образован посредством множества кордов каркаса, которые образованы из стали, покрыты резиновым покрытием и подвергнуты процессу прикатки. Слой 13 каркаса имеет угол каркаса (угол наклона направления волокон кордов каркаса относительно направления вдоль окружности шины), абсолютная величина которого составляет от 85 градусов до 95 градусов.
Брекерный слой 14 образован посредством соединения трех или более слоев 141-145 брекера (пяти слоев брекера на фиг.1) ламинированием и размещен посредством намотки вокруг наружной периферии слоя 13 каркаса. Типовая шина для бездорожья включает в себя брекерный слой 14, образованный посредством соединения четырех - восьми слоев брекера ламинированием (не проиллюстрировано). Слои 141-145 брекера образованы из стальных кордов, покрытых резиновым покрытием и подвергнутых процессу прикатки. Каждый из слоев 141-145 брекера имеет угол брекера со знаком, отличающимся от угла брекера для соседнего слоя брекера, при этом данные слои брекера соединены посредством ламинирования с кордами брекера, имеющими наклон попеременно в противоположных направлениях относительно направления ширины шины. Данная конфигурация образует структуру с перекрещивающимися слоями, которая повышает конструкционную прочность брекерного слоя 14.
Резиновый протектор 15 расположен снаружи слоя 13 каркаса и брекерного слоя 14 в радиальном направлении шины и образует протекторную часть. Две резиновые боковины 16, 16 расположены снаружи слоя 13 каркаса в направлении ширины шины и образуют части, представляющие собой левую и правую боковины. Два амортизирующих резиновых элемента 17, 17 для обода расположены внутри по отношению к левому и правому сердечникам 11, 11 бортов и загнутым частям слоя 13 каркаса в радиальном направлении шины. Два амортизирующих резиновых элемента 17, 17 для обода образуют поверхности контакта левой и правой бортовых частей с бортами обода.
Пневматическая шина 1 дополнительно имеет множество поперечных боковых канавок 2 и множество контактных участков 3, которые расположены на поверхности протектора.
Для шин для строительных машин поперечными боковыми канавками 2 названы поперечные канавки, имеющие ширину, составляющую, например, 10 мм или более. Поперечные боковые канавки 2 проходят в направлении ширины шины и открываются на краях Т зоны контакта шины с грунтом. В данном случае поперечные боковые канавки 2 могут проходить параллельно направлению ширины шины или могут иметь наклон относительно направления ширины шины. Например, в конфигурации, проиллюстрированной на фиг.1, поперечные боковые канавки 2 проходят через протекторную часть в направлении ширины шины и открываются на правом и левом краях протектора. Поперечные боковые канавки 2 расположены с заданными интервалами в направлении вдоль окружности шины (см. фиг.3, описанную позднее).
«Край Т зоны контакта шины с грунтом» относится к месту, соответствующему максимальной ширине и определяемому в аксиальном направлении шины на поверхности контакта между шиной и плоской плитой, когда шина смонтирована на заданном ободе, накачана до заданного внутреннего давления, размещена вертикально на плоской плите в статическом состоянии и находится под действием нагрузки, которая соответствует заданной нагрузке.
«Края протектора» относятся к обоим концевым участкам части рисунка протектора шины.
В данном случае «заданный обод» относится к «применимому ободу», определенному Ассоциацией производителей автомобильных шин Японии (JATMA), «Расчетному ободу», определенному Ассоциацией по шинам и ободьям (TRA), или «Мерному колесу», определенному Европейской технической организацией по шинам и ободьям (ETRTO). Кроме того, «заданное внутреннее давление» относится к «максимальному давлению воздуха», определяемому JATMA, к максимальной величине в «ПРЕДЕЛЬНЫХ НАГРУЗКАХ ШИНЫ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ ДАВЛЕНИЯХ НАКАЧИВАНИЯ В ХОЛОДНОЕ ВРЕМЯ», определяемых TRA, и к «ДАВЛЕНИЯМ НАКАЧИВАНИЯ», определяемым ETRTO. Кроме того, «заданная нагрузка» относится к «максимальной нагрузочной способности», определяемой JATMA, максимальной величине в «ПРЕДЕЛЬНЫХ НАГРУЗКАХ ШИНЫ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ ДАВЛЕНИЯХ НАКАЧИВАНИЯ В ХОЛОДНОЕ ВРЕМЯ», определяемых TRA, и «НАГРУЗОЧНОЙ СПОСОБНОСТИ», определяемой ETRTO. Однако согласно JATMA в случае шины для пассажирских транспортных средств заданное внутреннее давление представляет собой давление воздуха, составляющее 180 кПа, и заданная нагрузка составляет 88% от максимальной нагрузочной способности.
Контактные участки 3 ограничены поперечными боковыми канавками 2. В конфигурации, проиллюстрированной на фиг.1, контактные участки 3 образованы из ряда из множества блоков, ограниченных поперечными боковыми канавками 2. Данные блоки расположены с заданными интервалами в направлении вдоль окружности шины (см. фиг.3, описанную позднее). Поскольку поперечные боковые канавки 2 открыты на краях протектора, контактные участки 3 расположены вдоль краев протектора в направлении вдоль окружности шины.
Защитный элемент участка боковины
Фиг.2 и 3 представляют собой разъясняющие схематические изображения, иллюстрирующие защитный элемент пневматической шины, проиллюстрированной на фиг.1. Из данных чертежей фиг.2 представляет собой увеличенный вид плечевой части в разрезе, выполненном в меридиональном направлении шины, и фиг.3 представляет собой вид в плане части боковины протектора.
Как показано на фиг.2 и 3, пневматическая шина 1 включает в себя защитные элементы 4, расположенные на участках боковин. Защитные элементы 4 уменьшают повреждение участков боковин, вызываемое разрезанием, и, следовательно, повышают стойкость шины к разрезанию. Например, когда шина движется по плохой дороге, защитные элементы 4 защищают основные части участков боковин от скальной породы или тому подобного на дороге и, следовательно, предотвращают повреждение слоя 13 каркаса.
Каждый из защитных элементов 4 расположен в зоне, проходящей от края Т зоны контакта шины с грунтом до места А, соответствующего максимальной ширине шины. Другими словами, защитный элемент 4 расположен на поверхности стенки участка боковины и в зоне, находящейся внутри в радиальном направлении шины по отношению к краю Т зоны контакта шины к грунтом и снаружи в радиальном направлении шины по отношению к месту А, соответствующему максимальной ширине шины. Защитный элемент 4 выступает от участка боковины и проходит на всей периферии в направлении вдоль окружности шины.
«Место А, соответствующее максимальной ширине шины» относится к месту, соответствующему максимальной ширине, представляющей собой ширину профиля шины, определяемую JATMA. Ширину профиля шины определяют, когда шина смонтирована на заданном ободе, накачана до заданного внутреннего давления и находится в ненагруженном состоянии.
Например, в конфигурации, проиллюстрированной на фиг.2 и 3, защитный элемент 4 имеет трапециевидную конфигурацию, имеющую короткую сторону, выступающую от профиля шины на виде в разрезе, выполненном в меридиональном направлении ширины (см. фиг.2). Защитный элемент 4 имеет кольцевую конструкцию и проходит непрерывно на всей окружной периферии шины (см. фиг.3).
Высота Н1 защитного элемента 4 и полная ширина SW шины предпочтительно имеют соотношение 0,01≤Н1/SW≤0,06 и более предпочтительно 0,02≤Н1/SW≤0,04. Высота Н1 защитного элемента 4 предпочтительно составляет 25 мм или более, и верх защитного элемента 4 не выходит за пределы, определяемые местом А, соответствующим максимальной ширине шины. Данная конфигурация обеспечивает соответствующую высоту Н1 защитного элемента 4.
Максимальную высоту Н1 защитного элемента 4 определяют посредством вычисления величины выступания защитного элемента 4 от базовой линии (пунктирной линии на фиг.2), соединяющей профиль части боковины протектора с профилем части боковины шины.
Полную ширину SW шины определяют посредством вычисления расстояния по прямой (включая все части, такие как буквы и рельефы на боковой поверхности шины) между боковинами, когда шина смонтирована на заданном ободе, накачана до заданного внутреннего давления и находится в ненагруженном состоянии.
Расстояние Нр от точки измерения диаметра обода до концевой части защитного элемента 4, наружной в радиальном направлении шины, и высота SH профиля шины предпочтительно имеют соотношение 0,70≤Нр/SН≤0,80 и более предпочтительно 0,74≤Нр/SН≤0,78 (см. фиг.1). Данная конфигурация обеспечивает соответствующее местоположение концевой части защитного элемента 4, наружной в радиальном направлении шины.
Концевую часть защитного элемента 4, наружную в радиальном направлении шины, определяют как точку пересечения защитного элемента 4 и базовой линии (пунктирной линии на фиг.2), соединяющей профиль части боковины протектора с профилем части боковины шины.
Ширина защитного элемента 4 в радиальном направлении (символ, обозначающий данный размер, опущен на чертежах) предпочтительно составляет 30 мм или более. Данная конфигурация обеспечивает функционирование защитного элемента 4 и предотвращает увеличение веса шины. Верхний предел ширины в радиальном направлении не ограничен особым образом; однако чрезмерно большая ширина в радиальном направлении приводит к увеличению веса шины и, следовательно, не является предпочтительной.
Ширину защитного элемента 4 в радиальном направлении определяют посредством вычисления ширины в радиальном направлении шины, при этом точки пересечения защитного элемента 4 и базовой линии (пунктирной линии на фиг.2), соединяющей профиль части боковины протектора с профилем части боковины шины, заданы в качестве точек измерения.
Твердость Hs_p резины защитного элемента 4 предпочтительно находится в диапазоне 50≤Hs_p≤60 и более предпочтительно 54≤Hs_p≤58. Данная конфигурация обеспечивает надлежащую твердость Hs_p резины защитного элемента 4.
Твердость Hs резины определяют посредством вычисления твердости JIS-A в соответствии с JIS-K6253.
Относительное удлинение Eb_p при разрыве защитного элемента 4 предпочтительно находится в диапазоне 500%≤Eb_p≤700% и более предпочтительно 600%≤Eb_p≤650%. Данная конфигурация обеспечивает соответствующее относительное удлинение Eb_p при разрыве защитного элемента 4.
Относительное удлинение Eb при разрыве определяют посредством выполнения испытания на растяжение, соответствующего JIS-K7161, на испытательном образце с формой 1В (гантелеобразной формой с толщиной 3 мм), определенной в JIS-K7162, используя прибор для испытаний на растяжение (INSTRON5585H, изготавливаемый Instron Corp.), при скорости испытания на растяжение, составляющей 2 мм/мин.
Модуль Е_р упругости защитного элемента 4 предпочтительно находится в диапазоне 3,4 МПа≤Е_р≤7,0 МПа и более предпочтительно 5,0 МПа≤Е_р≤6,5 МПа.
Модуль Е упругости определяют следующим способом. Сначала вычерчивают кривую зависимости относительного удлинения от нагрузки при температуре внутри помещения (25°С) в соответствии с JIS-L1017. Далее снова вычерчивают кривую зависимости относительного удлинения от нагрузки при вертикальной оси, обозначающей величину «нагрузка/исходная площадь поперечного сечения», и горизонтальной оси, обозначающей величину «относительное удлинение/исходная длина». Наклон касательной к кривой при нагрузке 67 Н задают в качестве модуля упругости.
Напряжение М_р защитного элемента 4 при 100%-ном относительном удлинении предпочтительно находится в диапазоне 1,5 МПа≤М_р≤2,5 МПа и более предпочтительно 1,8 МПа≤М_р≤2,0 МПа. Данная конфигурация обеспечивает надлежащий модуль М_р упругости защитного элемента 4.
Напряжение М (предел прочности на разрыв) определяют посредством выполнения испытания на растяжение, соответствующего JIS K-6251, (при использовании гантелеобразных образцов № 3) на гантелеобразном испытательном образце при температуре 20°С.
Конфигурация, описанная выше, обеспечивает надлежащие физические свойства (твердость Hs_p резины, относительное удлинение Eb_p при разрыве, модуль Е_р упругости и напряжение М_р) защитного элемента 4 и, следовательно, уменьшение возникновения трещин, вызываемых деформацией (например, изгибом края зоны контакта шины с грунтом и растягивающим напряжением в направлении вдоль окружности шины в точке контакта с грунтом) защитного элемента 4, когда шина входит в контакт с грунтом.
Например, в конфигурации, проиллюстрированной на фиг.2, резиновая боковина 16 и защитный элемент 4 выполнены из одного и того же резинового материала. В частности, резиновая боковина 16 и защитный элемент 4 состоят из одного резинового элемента, отформованного как одно целое посредством экструзионного формования. Таким образом, резиновая боковина 16 имеет такие же физические свойства (твердость резины, относительное удлинение при разрыве, модуль упругости и напряжение), как и защитный элемент 4, описанный выше.
Однако не предусмотрено ограничение подобной конфигурацией, и резиновая боковина 16 и защитный элемент 4 могут представлять собой отдельные элементы и могут быть выполнены из отличающихся друг от друга, резиновых материалов (не проиллюстрировано).
В конфигурации, проиллюстрированной на фиг.2, резиновая боковина 16 вставлена и размещена между резиновым протектором 15 и слоем 13 каркаса. В частности, резиновый протектор 15 образован посредством соединения беговой дорожки 151 протектора, образующей поверхность протектора, и подпротектора 152, расположенного между беговой дорожкой 151 протектора и брекерным слоем 14, путем ламинирования. Пневматическая шина 1 дополнительно включает в себя амортизирующие элементы 181 для брекера, вставленные между концевыми частями брекерного слоя 14 и слоем 13 каркаса, и амортизирующие элементы 182 для краев брекера, закрывающие концевые части брекерного слоя 14. Краевая часть каждой из резиновых боковин 16, наружная в радиальном направлении, вставлена и размещена между беговой дорожкой 151 протектора и подпротектором 152, амортизирующим элементом 181 для брекера и амортизирующим элементом 182 для края брекера. Граничная поверхность между беговой дорожкой 151 протектора и резиновой боковиной 16 расположена в части, соответствующей боковине протектора.
Беговая дорожка 151 протектора имеет твердость Hs_t1 резины в диапазоне 70≤Hs_t1≤75, относительное удлинение Eb_t1 при разрыве в диапазоне 420%≤Eb_t1≤490%, модуль Е_t1 упругости в диапазоне 2,8 МПа≤Е_t1≤3,6 МПа и напряжение М_t1 при 100%-ном относительном удлинении в диапазоне 2,0 МПа≤М_t1≤2,4 МПа.
Подпротектор 152 имеет твердость Hs_t2 резины в диапазоне 60≤Hs_t2≤65, относительное удлинение Eb_t2 при разрыве в диапазоне 450%≤Eb_t2≤520%, модуль Е_t2 упругости в диапазоне 2,4 МПа≤Е_t2≤3,3 МПа и напряжение М_t2 при 100%-ном относительном удлинении в диапазоне 1,8 МПа≤М_t2≤2,2 МПа.
Амортизирующий элемент 181 для брекера имеет твердость Hs_b1 резины в диапазоне 52≤Hs_b1≤56, относительное удлинение Eb_b1 при разрыве в диапазоне 430%≤Eb_b1≤530%, модуль Е_b1 упругости в диапазоне 3,5 МПа≤Е_b1≤4,0 МПа и напряжение М_b1 при 100%-ном относительном удлинении в диапазоне 1,8 МПа≤М_b1≤2,5 МПа.
Амортизирующий элемент 182 для края брекера имеет твердость Hs_b2 резины в диапазоне 55≤Hs_b2≤65, относительное удлинение Eb_b2 при разрыве в диапазоне 400%≤Eb_b2≤425%, модуль Е_b2 упругости в диапазоне 5,0 МПа≤Е_b2≤13,0 МПа и напряжение М_b2 при 100%-ном относительном удлинении в диапазоне 3,0 МПа≤М_b2≤4,5 МПа.
Как описано выше, резиновый материал, образующий защитный элемент 4 (и резиновую боковину 16), имеет более низкую твердость Hs_p резины (которая показывает, что резиновый материал является более мягким) по сравнению с твердостью резиновых материалов типовых резиновых компонентов 15 протектора (беговой дорожки 151 протектора и подпротектора 152) и окружающих амортизирующего элемента 181 для брекера и амортизирующего элемента 182 для края брекера и имеет физические свойства, обеспечивающие отличное сопротивление усталости при изгибе, при этом резиновый материал трудно поддается старению и разрушению. Данная конфигурация уменьшает возникновение трещин, начинающихся от места расположения защитного элемента 4.
Резиновые элементы, покрывающие брекерный слой 14, (подпротектор 152, амортизирующий элемент 181 для брекера и амортизирующий элемент 182 для края брекера на фиг.2), предпочтительно образованы из резинового материала, имеющего меньшее тепловыделение по сравнению с тепловыделением из резиновой боковины 16. В частности, тангенс угла потерь tanδ_x для резиновых элементов, покрывающих брекерный слой 14, и тангенс угла потерь tanδ_s для резиновой боковины предпочтительно имеют соотношение 0,1≤tanδ_s - tanδ_x.
Тангенс угла потерь определяют, используя спектрометр для определения вязкоупругих характеристик, изготавливаемый компанией Toyo Seiki Seisaku-sho, Ltd., при следующих условиях: температура 60°С, деформация сдвига 10%, амплитуда ±0,5% и частота 20 Гц.
Расстояние D1 в радиальном направлении шины между концевой частью защитного элемента 4, наружной в радиальном направлении шины, и той концевой частью резиновой боковины 16, которая является наружной в радиальном направлении шины, на поверхности шины (граничной частью между беговой дорожкой 151 протектора и резиновой боковиной 16) предпочтительно составляет 5,0 мм или более и более предпочтительно 8,0 мм или более. Данная конфигурация обеспечивает надлежащее расстояние D1 между защитным элементом 4 и граничной частью между беговой дорожкой 151 протектора и резиновой боковиной 16. В конфигурации, имеющей резиновую боковину 16 и защитный элемент 4, которые отформованы как одно целое, расстояние D1 логичным образом составляет 0 мм или более.
Расстояние D1 измеряют, когда шина смонтирована на заданном ободе, накачана до заданного внутреннего давления и находится в ненагруженном состоянии.
Самое короткое расстояние D2 между резиновой боковиной 16 и краевой частью самого широкого слоя 142 брекера, образующего брекерный слой 14, предпочтительно составляет 10 мм или более и более предпочтительно 17 мм или более.
Расстояние D2 измеряют, когда шина смонтирована на заданном ободе, накачана до заданного внутреннего давления и находится в ненагруженном состоянии. В частности, расстояние D2 определяют посредством вычисления самого короткого расстояния между наружной в радиальном направлении, краевой частью резиновой боковины 16 и краевой частью самого широкого слоя 142 брекера.
Модифицированные примеры
Фиг.4 представляет собой разъясняющее схематическое изображение, иллюстрирующее модифицированный пример пневматической шины, проиллюстрированной на фиг.1. Фиг.4 представляет собой увеличенный вид плечевой части в разрезе, выполненном в меридиональном направлении шины.
В конфигурации, проиллюстрированной на фиг.1, каждая из резиновых боковин 16 вставлена и размещена между резиновым протектором 15 и слоем 13 каркаса, как проиллюстрировано на фиг.2.
Однако не предусмотрено ограничение подобной конфигурацией, и краевая часть резиновой боковины 16, наружная в радиальном направлении, может быть открыта для воздействия на поверхности шины, и при этом она будет закрывать краевую часть резинового протектора 15 снаружи в направлении ширины шины, как проиллюстрировано на фиг.4. Например, в конфигурации, проиллюстрированной на фиг.4, резиновая боковина 16 включает в себя резиновый элемент 161, расположенный с наружной стороны и открытый для воздействия на поверхности шины, и резиновый элемент 162, расположенный с внутренней стороны и вставленный в шину. Данные резиновые элементы 161, 162 изготовлены из одинакового резинового материала и имеют одинаковые физические свойства. Защитный элемент 4 расположен на наружной поверхности резинового элемента 161, расположенного с наружной стороны. Резиновый элемент 162, расположенный с внутренней стороны, вставлен и размещен между беговой дорожкой 151 протектора и подпротектором 152, амортизирующим элементом 181 для брекера и амортизирующим элементом 182 для края брекера.
Фиг.5-7 представляют собой разъясняющие схематические изображения, иллюстрирующие модифицированные примеры пневматической шины, проиллюстрированной на фиг.1. Фиг.5-7 иллюстрируют виды в плане частей боковин протектора.
В конфигурации, проиллюстрированной на фиг.1, защитный элемент 4 имеет кольцевую конструкцию, непрерывную в направлении вдоль окружности шины, как проиллюстрировано на фиг.3. Данная конфигурация позволяет защитному элементу 4 образовывать непрерывное ребро на всей окружной периферии шины, что является предпочтительным, поскольку прочность защитного элемента 4 повышается.
Однако не предусмотрено ограничение подобной конфигурацией, и защитный элемент 4 может состоять из множества блоков 41, выровненных с промежутками в направлении вдоль окружности шины, как проиллюстрировано на фиг.5-7. Данная конфигурация обеспечивает разделение защитного элемента 4 в направлении вдоль окружности шины и, следовательно, уменьшает возникновение трещин, вызываемых деформацией (например, изгибом края зоны контакта шины с грунтом и растягивающим напряжением в направлении вдоль окружности шины в точке контакта с грунтом) защитного элемента 4, когда шина входит в контакт с грунтом.
Например, в каждой из конфигураций, проиллюстрированных на фиг.5-7, защитный элемент 4 включает в себя множество канавок 42, проходящих через защитный элемент 4 в радиальном направлении шины. Данные канавки 42 разделяют защитный элемент 4 с заданными интервалами в направлении вдоль окружности шины на ряд из блоков 41. В конфигурации, проиллюстрированной на фиг.5, шаг размещения и длина блоков 41 защитного элемента 4 в направлении вдоль окружности меньше ширины поперечных боковых канавок 2 протекторной части, что обеспечивает размещение как блоков 41, так и канавок 42 защитного элемента 4 в зонах, проходящих от поперечных боковых канавок 2 и имеющих такую же ширину, как ширина поперечных боковых канавок 2. В конфигурации, проиллюстрированной на фиг.6, канавки 42 защитного элемента 4 расположены только в зонах, проходящих от поперечных боковых канавок 2 протекторной части и имеющих такую же ширину, как ширина поперечных боковых канавок 2, и не расположены в местах, соответствующих контактным участкам 3 протекторной части. Блоки 41 расположены вне зон, полученных как продолжения поперечных боковых канавок 2 при сохранении их ширины, и расположены непрерывно на всей протяженности зон, соответствующих контактным участкам 3 протекторной части, в направлении вдоль окружности шины. Напротив, в конфигурации, проиллюстрированной на фиг.7, канавки 42 защитного элемента 4 находятся снаружи зон, проходящих от поперечных боковых канавок 2 протекторной части и имеющих такую же ширину, как ширина поперечных боковых канавок 2, и расположены непрерывно на всей протяженности зон, соответствующих контактным участкам 3 протекторной части. Блоки 41 расположены на всей протяженности зон, проходящих от поперечных боковых канавок 2 и имеющих такую же ширину, как ширина поперечных боковых канавок 2, и не расположены в зонах, соответствующих контактным участкам 3 протекторной части.
Эффекты
Как описано выше, пневматическая шина 1 включает в себя слой 13 каркаса, брекерный слой 14, расположенный снаружи слоя 13 каркаса в радиальном направлении, резиновый протектор 15, расположенный снаружи брекерного слоя 14 в радиальном направлении, резиновые боковины 16, расположенные снаружи слоя 13 каркаса в направлении ширины шины, и защитные элементы 4, расположенные в зонах, проходящих от краев Т зоны контакта шины с грунтом до мест А, соответствующих максимальной ширине шины, и выступающие от профиля шины (см. фиг.1-3). Защитные элементы 4 имеют твердость Hs_p резины в диапазоне 50≤Hs_p≤60, относительное удлинение Eb_p при разрыве в диапазоне 500%≤Eb_p≤700% и модуль Е_р упругости в диапазоне 3,4 МПа≤Е_р≤7,0 МПа.
В шинах для строительных машин, включающих в себя защитные элементы на боковых частях шин, деформация изгиба на краях зоны контакта шины с грунтом и растягивающее напряжение в направлении вдоль окружности шины в точке контакта с грунтом воздействуют на защитные элементы, когда шины деформируются при движении по плохим дорогам. При этом возникает проблема, заключающаяся в том, что возникают трещины, начинающиеся от вызываемого разрезанием места повреждения поверхностей защитных элементов (повреждения, вызываемого разрезанием и обусловленного исходным назначением защитных элементов, защищающих боковые части шин) и увеличивающиеся вдоль граничной поверхности между элементами шины по направлению к внутренней части шины. Например, подобная трещина может увеличиваться вдоль граничной поверхности между беговой дорожкой протектора и резиновой боковиной до зоны вблизи концевой части брекерного слоя.
С учетом данной проблемы в пневматической шине 1 обеспечиваются надлежащие физические свойства (твердость Hs_p резины, относительное удлинение Eb_p при разрыве и модуль Е_р упругости) защитных элементов 4, как описано выше. В частности, резиновый материал, образующий защитные элементы 4 (и резиновые боковины 16), имеет более низкую твердость Hs_p резины по сравнению с твердостью резиновых материалов типовых резиновых компонентов 15 протектора (беговой дорожки 151 протектора и подпротектора 152) и окружающих амортизирующего элемента 181 для брекера и амортизирующего элемента 182 для края брекера и имеет физические свойства, обеспечивающие отличное сопротивление усталости при изгибе, при этом резиновый материал трудно поддается старению и разрушению. Данная конфигурация имеет преимущество, заключающееся в том, что долговечность шины повышается за счет уменьшения возникновения трещин, начинающихся от мест расположения защитных элементов 4, при одновременном сохранении функции защитных элементов 4.
В частности, твердость Hs_p резины, составляющая 50 или более, гарантирует прочность защитных элементов 4, в результате чего обеспечивается надлежащая защита боковых частей шины. Твердость Hs_p резины, составляющая 60 или менее, обеспечивает уменьшение возникновения трещин, образующихся вследствие чрезмерной твердости Hs_p резины защитных элементов 4. Относительное удлинение Eb_p при разрыве, составляющее 500% или более, уменьшает возникновение трещин, вызываемое недостаточной прочностью защитных элементов 4. Относительное удлинение Eb_p при разрыве, составляющее 700% или менее, гарантирует прочность защитных элементов 4, в результате чего обеспечивается надлежащая защита боковых частей шины. Модуль Е_р упругости, составляющий 3,4 МПа или более, гарантирует прочность защитных элементов 4, в результате чего обеспечивается надлежащая защита боковых частей шины. Модуль Е_р упругости, составляющий 7,0 МПа или менее, гарантирует эластичность защитных элементов 4, в результате чего уменьшается возникновение трещин, начинающихся от защитных элементов 4.
Пневматическая шина 1 включает в себя резиновые боковины 16 и защитные элементы 4, которые изготовлены из одинакового резинового материала (см. фиг.2). В данной конфигурации защитные элементы 4, которые имеют такие же физические свойства, как резиновые боковины 16, имеют более низкую твердость Hs_p резины по сравнению с твердостью резиновых материалов типовых резиновых компонентов 15 протектора (беговой дорожки 151 протектора и подпротектора 152) и окружающих амортизирующего элемента 181 для брекера и амортизирующего элемента 182 для края брекера и имеют физические свойства, обеспечивающие отличное сопротивление усталости при изгибе, при этом защитные элементы 4 трудно поддаются старению и разрушению. Данная конфигурация имеет преимущество, заключающееся в том, что уменьшается возникновение трещин, начинающихся от мест расположения защитных элементов 4, при одновременном сохранении функции защитных элементов 4.
В пневматической шине 1 каждая из резиновых боковин 16 и каждый из защитных элементов 4 состоят из одного элемента, отформованного как одно целое (см. фиг.2). Данная конфигурация облегчает операцию формования невулканизированной шины по сравнению с конфигурацией, имеющей резиновые боковины 16 и защитные элементы 4, образованные из отдельных элементов (не проиллюстрировано).
В пневматической шине 1 расстояние D1 между концевой частью каждого из защитных элементов 4, наружной в радиальном направлении шины, и той концевой частью соответствующей резиновой боковины 16, которая является наружной в радиальном направлении шины, на поверхности шины составляет 5,0 мм или более (см. фиг.2). Данная конфигурация гарантирует расстояние D1 между защитными элементами 4 и граничной поверхностью между резиновыми боковинами 16 и беговой дорожкой 151 протектора. Таким образом, данная конфигурация имеет преимущество, заключающееся в том, что эффективно уменьшается возникновение трещин, начинающихся от мест расположения защитных элементов 4.
В пневматической шине 1 резиновые элементы, закрывающие краевые части слоев 141-145 брекера, образующих брекерный слой 14, (например, подпротектор 152, амортизирующий элемент 181 для брекера и амортизирующие элементы 182 для краев брекера на фиг.2) имеют более низкое тепловыделение по сравнению с тепловыделением из резиновых боковин 16. Данная конфигурация имеет преимущество, заключающееся в том, что уменьшается отслаивание окружающей резины, начинающееся от краевых частей слоев 141-145 брекера, за счет уменьшения разрушения резиновых элементов, закрывающих краевые части слоев 141-145 брекера.
В пневматической шине 1 высота Н1 защитных элементов 4 (см. фиг.2) и полная ширина SW шины (см. фиг.1) имеют соотношение 0,01≤Н1/SW≤0,06. Данная конфигурация имеет преимущество, заключающееся в том, что обеспечивается надлежащая высота Н1 защитных элементов. Другими словами, соотношение 0,01≤Н1/SW имеет преимущество, заключающееся в том, что обеспечивается надлежащая высота Н1 защитных элементов 4. То есть соотношение 0,01≤Н1/SW гарантирует высоту Н1 защитных элементов 4 и, следовательно, гарантирует функционирование защитных элементов 4, которые защищают боковые части шины. Соотношение Н1/SW≤0,06 обеспечивает уменьшение возникновения трещин, образующихся вследствие чрезмерно большого размера защитных элементов 4, и предотвращение увеличения веса шины.
В пневматической шине 1 расстояние Нр от точки измерения диаметра обода в каждой из пяточных частей бортов до концевой части соответствующего защитного элемента 4, наружной в радиальном направлении шины, и высота SH профиля шины имеют соотношение 0,70≤Нр/SН≤0,80 (см. фиг.1). Данная конфигурация имеет преимущество, заключающееся в том, что концевые части защитных элементов 4, наружные в радиальном направлении шины, находятся в надлежащих местах. То есть, соотношение 0,70≤Нр/SН предотвращает повреждение защитных элементов 4, вызываемое тем, что места расположения защитных элементов 4 находятся слишком близко к поверхности дороги. Соотношение Нр/SН≤0,80 гарантирует функционирование защитных элементов 4, которое обеспечивает защиту боковых частей шины.
В пневматической шине 1 самое короткое расстояние D2 между резиновыми боковинами 16 и краевыми частями самого широкого слоя 142 брекера, образующего брекерный слой 14, составляет 10 мм или более (см. фиг.2). Данная конфигурация имеет преимущество, заключающееся в том, что возникновение трещин, начинающихся от краевых частей слоя 142 брекера, уменьшается за счет обеспечения расстояний D2 от краевых частей слоя 142 брекера до мягких резиновых боковин 16.
Пневматическая шина 1 включает в себя защитные элементы 4, имеющие кольцевую конструкцию, непрерывную в направлении вдоль окружности шины (см. фиг.3). Данная конфигурация имеет преимущество, заключающееся в том, что защитные элементы 4, имеющие высокую жесткость, лучше функционируют для защиты боковых частей шин.
Пневматическая шина 1 включает в себя защитные элементы 4, каждый из которых состоит из блоков 41, выровненных с промежутками в направлении вдоль окружности шины (см. фиг.5-7). Данная конфигурация имеет преимущество, заключающееся в том, что возникновение трещин уменьшается за счет уменьшения деформации (например, изгиба края зоны контакта шины с грунтом и растягивающего напряжения в направлении вдоль окружности шины в точке контакта с грунтом) защитных элементов 4, когда шина входит в контакт с грунтом.
Цель применения
Пневматическая шина 1 предпочтительно применяется для радиальных шин для строительных машин. Радиальные шины для строительных машин устанавливают на строительные машины, перемещающиеся по неровному грунту, такому как на строительной площадке при гражданском строительстве. Строительные машины включают большие самосвалы, катки на пневматических колесах, скреперы, грейдеры, краны и колесные погрузчики.
Однако не предусмотрено ограничение подобной конфигурацией, и пневматическая шина 1 может быть применена в качестве радиальных шин для тяжелых условий работы, устанавливаемых на грузовые автомобили, автобусы или тому подобные транспортные средства (не проиллюстрировано).
Примеры
Фиг.8 представляет собой таблицу с результатами испытаний для определения эксплуатационных характеристик пневматических шин в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения. Фиг.9 представляет собой разъясняющее схематическое изображение, иллюстрирующее обычную пневматическую шину.
В испытании для определения эксплуатационных характеристик для множества типов испытываемых шин была выполнена оценка долговечности их боковых частей. Испытываемые шины с размером шины 29.5R25 были смонтированы на применимых ободьях, определенных JATMA, накачаны до максимального давления воздуха и имели максимальную нагрузку, заданную JATMA и приложенную к ним. Испытываемые шины были установлены на всех колесах строительной машины, подлежащей испытанию.
Для оценки долговечности испытательное транспортное средство прошло 10000 км по плохой дороге с обломками скальной породы и осколками. После этого были определены количество и размеры разрезов и трещин, образовавшихся на защитных элементах. Затем результаты измерений были выражены в виде значений показателей, при этом результат для Обычного примера был задан в качестве базы (100). Большее значение указывает на лучшие эксплуатационные характеристики.
Испытываемые шины по Примерам 1-12 имели конфигурацию, проиллюстрированную на фиг.1-3, и включали в себя защитные элементы 4 на боковых частях шин. Полная ширина SW шины составляла 760 мм, и высота SH профиля шины составляла 619 мм. Защитные элементы 4 и резиновые боковины 16 имели интегрированную конструкцию, подобную проиллюстрированной на фиг.2, и одинаковые физические свойства.
Испытываемая шина по Обычному примеру имела такую же конфигурацию, как шина по Примеру 1, за исключением того, что защитные элементы 4 и беговая дорожка 151 протектора имели интегрированную конструкцию и одинаковые физические свойства. Испытываемая шина по Сравнительному примеру имела такую же конфигурацию, как шина по Примеру 1, за исключением того, что защитные элементы 4 не были выполнены.
Как очевидно из результатов испытаний, испытываемые шины по Примерам 1-12 демонстрируют повышенную долговечность боковых частей шин.
Перечень ссылочных позиций
1 - пневматическая шина
2 - поперечная боковая канавка
3 - контактный участок
4 - защитный элемент
41 - блок
42 - канавка
11 - сердечник борта
12 - наполнительный шнур борта
13 - слой каркаса
14 - брекерный слой
141-145 - слой брекера
15 - резиновый протектор
151 - беговая дорожка протектора
152 - подпротектор
16 - резиновая боковина
161 - резиновый элемент, расположенный с наружной стороны
162 - резиновый элемент, расположенный с внутренней стороны
17 - резиновый амортизирующий элемент для обода
181 - амортизирующий элемент для брекера
182 - амортизирующий элемент для края брекера.
1. Пневматическая шина, содержащая:
слой каркаса;
брекерный слой, расположенный снаружи слоя каркаса в радиальном направлении;
резиновый протектор, расположенный снаружи брекерного слоя в радиальном направлении;
резиновую боковину, расположенную снаружи слоя каркаса в направлении ширины шины; и
защитный элемент, расположенный в зоне, проходящей от края зоны контакта шины с грунтом до места, соответствующего максимальной ширине шины, и выступающий из профиля шины;
при этом защитный элемент имеет твердость Hs_p резины в диапазоне от 50 до 60, относительное удлинение Eb_p при разрыве в диапазоне от 500% до 700% и модуль Е_р упругости в диапазоне от 3,4 МПа до 7,0 МПа.
2. Пневматическая шина по п.1, в которой резиновая боковина и защитный элемент изготовлены из идентичного резинового материала.
3. Пневматическая шина по п.2, в которой резиновая боковина и защитный элемент образованы из одного элемента, отформованного как одно целое.
4. Пневматическая шина по п.1, в которой расстояние D1 между концевой частью защитного элемента, наружной в радиальном направлении шины, и той концевой частью резиновой боковины, которая является наружной в радиальном направлении шины, на поверхности шины составляет 5,0 мм или более.
5. Пневматическая шина по п.1, в которой резиновый элемент, покрывающий краевую часть слоя брекера, образующего брекерный слой, образован из резинового материала, имеющего более низкое тепловыделение по сравнению с тепловыделением из резиновой боковины.
6. Пневматическая шина по п.1, в которой высота Н1 защитного элемента и полная ширина SW шины имеют соотношение 0,01≤Н1/SW≤0,06.
7. Пневматическая шина по п.1, в которой расстояние Нр от точки измерения диаметра обода до концевой части защитного элемента, наружной в радиальном направлении шины, и высота SH профиля шины имеют соотношение 0,70≤Нр/SН≤0,80.
8. Пневматическая шина по п.1, в которой самое короткое расстояние D2 между резиновой боковиной и краевой частью самого широкого слоя брекера, образующего брекерный слой, составляет 10 мм или более.
9. Пневматическая шина по п.1, в которой защитный элемент имеет кольцевую конструкцию, непрерывную в направлении вдоль окружности шины.
10. Пневматическая шина по п.1, в которой защитный элемент образован из множества блоков, выровненных с промежутками в направлении вдоль окружности шины.
11. Пневматическая шина по п.1, представляющая собой шину для строительных машин.
12. Пневматическая шина по п.3, в которой расстояние D1 между концевой частью защитного элемента, наружной в радиальном направлении шины, и той концевой частью резиновой боковины, которая является наружной в радиальном направлении шины, на поверхности шины составляет 5,0 мм или более.
13. Пневматическая шина по п.12, в которой резиновый элемент, покрывающий краевую часть слоя брекера, образующего брекерный слой, образован из резинового материала, имеющего более низкое тепловыделение по сравнению с тепловыделением из резиновой боковины.
14. Пневматическая шина по п.13, в которой высота Н1 защитного элемента и полная ширина SW шины имеют соотношение 0,01≤Н1/SW≤0,06.
15. Пневматическая шина по п.14, в которой расстояние Нр от точки измерения диаметра обода до концевой части защитного элемента, наружной в радиальном направлении шины, и высота SH профиля шины имеют соотношение 0,70≤Нр/SН≤0,80.
16. Пневматическая шина по п.15, в которой самое короткое расстояние D2 между резиновой боковиной и краевой частью самого широкого слоя брекера, образующего брекерный слой, составляет 10 мм или более.
17. Пневматическая шина по п.16, в которой защитный элемент имеет кольцевую конструкцию, непрерывную в направлении вдоль окружности шины.
18. Пневматическая шина по п.17, в которой защитный элемент образован из множества блоков, выровненных с промежутками в направлении вдоль окружности шины.
19. Пневматическая шина по п.18, представляющая собой шину для строительных машин.
