Пневматическая шина для колеса тяжелого транспортного средства

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ЕВРАЗИЙСКОМУ ПАТЕНТУ Дата публикации и выдачи патента ПНЕВМАТИЧЕСКАЯ ШИНА ДЛЯ КОЛЕСА ТЯЖЕЛОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА Объектом настоящего изобретения является пневматическая шина для тяжелой машины,содержащая по меньшей мере четыре сплошных вершинных рабочих пласта, образованных усилительными элементами, пересекающимися от одного пласта к следующему, и по меньшей мере один защитный пласт. С каждой стороны центральной круговой плоскости шину в соответствии с настоящим изобретением дополняют единственным рабочим полупластом, усилительные элементы которого образуют с окружным направлением угол, превышающий 30, при этом полупласт является радиально внутренним и смежным по отношению к сплошному рабочему пласту, находящемуся наиболее снаружи в радиальном направлении, его аксиально наружный конец является аксиально наружным по отношению к концам сплошных рабочих пластов, при этом усилительные элементы рабочего полупласта, усилительные элементы сплошного рабочего пласта,наиболее наружного в осевом направлении, и усилительные элементы защитного пласта, конец которого является аксиально наружным по отношению к концам рабочих пластов, ориентированы в одном направлении.(71)(73) Заявитель и патентовладелец: СОСЬЕТЕ ДЕ ТЕКНОЛОЖИ МИШЛЕН (FR); МИШЛЕН РЕШЕРШ Э ТЕКНИК С.А. (CH) 015646 Настоящее изобретение относится к пневматической шине с радиальной каркасной арматурой,предназначенной для оборудования колес тяжелого транспортного средства, такого как грузовое транспортное средство или машина для гражданского строительства. В частности, речь идет о шине, имеющей осевую ширину, превышающую 37 дюймов. Такая пневматическая шина, как правило, должна выдерживать большие нагрузки и содержит радиальную каркасную арматуру и вершинную арматуру, состоящую по меньшей мере из двух вершинных рабочих пластов, образованных нерастяжимыми усилительными элементами, пересекающимися от одного пласта к следующему и образующими с окружным направлением равные или неравные углы, составляющие от 10 до 45. Вершинная арматура радиальных шин и, в частности, большеразмерных шин подвергается сильным деформациям, которые создают между краями пересекающихся пластов напряжения продольного и поперечного сдвигов (продольный сдвиг больше, чем поперечный, когда кордные нити пересекающихся пластов образуют незначительные углы с окружным направлением), в то время как радиальное напряжение расслоения стремится разделить в радиальном направлении края двух пластов. В первую очередь,упомянутые напряжения связаны с давлением накачивания шины, в результате которого так называемое опоясывающее давление между каркасной арматурой и вершинной арматурой стремится расширить в окружном направлении упомянутую каркасную арматуру. Кроме того, упомянутые напряжения связаны с нагрузкой, действующей на шину во время движения, когда появляется поверхность контакта между дорогой и шиной. Упомянутые напряжения возникают также в результате заноса шины во время движения. Эти напряжения приводят к образованию трещин в каучуковой смеси вблизи конца наиболее короткого пласта, которые распространяются в упомянутой смеси и приводят к сокращению срока службы вершинной арматуры и, следовательно, пневматической шины. Существенное увеличение срока службы достигается за счет применения в вершинной арматуре по меньшей мере одного защитного вершинного пласта с осевой шириной, превышающей ширину наиболее широкого в осевом направлении рабочего пласта. Под "осевым" следует понимать направление, параллельное оси вращения шины, а под "радиальным" - направление, пересекающее ось вращения шины и перпендикулярное к этой оси. Осью вращения шины является ось, вокруг которой она вращается при нормальном использовании. Центральной круговой плоскостью является плоскость, перпендикулярная к оси вращения шины и делящая шину на две половины. Радиальной плоскостью является плоскость, которая содержит ось вращения шины. Другое решение, описанное в патенте FR 2421742, состоит в более благоприятном распределении напряжений, стремящихся разделить рабочие вершинные пласты и возникающих вследствие заноса шины, за счет увеличения числа рабочих пластов. Увеличение числа рабочих пластов не лишено недостатков, в частности, они проявляются в центре вершинной арматуры, где число пластов непосредственно влияет на жесткость при прогибе вершины шины. Когда эта жесткость увеличивается, удары, действующие на вершину шины, в частности при прохождении через камни большого размера, могут привести к необратимому повреждению шины по причине этой возросшей жесткости. В патентной заявке WO 00/54992 было предложено устранить этот недостаток путем выполнения рабочей вершинной арматуры, состоящей по меньшей мере из трех сплошных рабочих пластов и по меньшей мере одного полупласта с каждой стороны от центральной круговой плоскости, расположенного между краями по меньшей мере двух радиально смежных сплошных рабочих пластов, который, в частности, образует с окружным направлением угол более 25, превышающий на 5-15 наибольший из углов сплошных рабочих пластов. Результаты, полученные при этом типе архитектуры, оказались вполне удовлетворительными для шин при ходовых испытаниях на обычных участках дороги. В своих исследованиях и, в частности, при разработке шин авторы изобретения поставили перед собой задачу определить вершинную архитектуру пневматических шин для тяжелых машин, которая обеспечивает удовлетворительный срок службы, в частности, при движении в сложных условиях, в частности на крутых поворотах на каменистых участках дороги. В этой связи объектом настоящего изобретения является пневматическая шина для тяжелой машины, содержащая радиальную каркасную арматуру, над которой в радиальном направлении расположена рабочая вершинная арматура, состоящая по меньшей мере из четырех сплошных вершинных рабочих пластов, образованных усилительными элементами, пересекающимися от одного пласта к следующему,образуя с окружным направлением углы 1, 2, 3, 4, составляющие от 5 до 30, при этом над рабочей вершинной арматурой в радиальном направлении располагают защитную арматуру, состоящую по меньшей мере из одного пласта упругих металлических усилительных элементов, образующих с окружным направлением угол , составляющий от 10 до 30, при этом конец упомянутого защитного пласта является аксиально наружным по отношению к концам рабочих пластов, при этом с каждой стороны центральной круговой плоскости рабочую вершинную арматуру дополняют единственным рабочим полупластом, усилительные элементы которого образуют с окружным направлением угол , превышающий 30, при этом рабочий полупласт является радиально внутренним и смежным по отношению к сплошно-1 015646 му рабочему пласту, находящемуся наиболее снаружи в радиальном направлении, при этом его аксиально наружный конец является аксиально наружным по отношению к концам сплошных рабочих пластов,при этом усилительные элементы рабочего полупласта, усилительные элементы сплошного рабочего пласта, наиболее наружного в осевом направлении, и усилительные элементы защитного пласта, конец которого является аксиально наружным по отношению к концам рабочих пластов, ориентированы в одном направлении. Ориентация в одном направлении усилительных элементов полупласта, усилительных элементов наиболее наружного в осевом направлении сплошного рабочего пласта и усилительных элементов защитного пласта, конец которого является аксиально наружным по отношению к концам рабочих пластов,в рамках настоящего изобретения соответствует тому, что элементы каждого из этих пластов ориентированы одинаково по отношению к окружному направлению шины; иначе говоря, все углы, образованные между окружным направлением и усилительными элементами этих трех пластов, являются либо положительными, либо отрицательными. Вместе с тем, значение углов может отличаться, разумеется, от одного пласта к другому. Шина в соответствии с настоящим изобретением, т.е. содержащая описанную выше вершинную арматуру, позволяет увеличить срок службы шин для тяжелого транспортного средства. Действительно,как оказалось, в частности, в условиях ходовых испытаний, предложенная архитектура снижает напряжения сдвига на краях шины и ограничивает риски износа шины, в частности, на концах пластов, наиболее широких в осевом направлении, что способствует увеличению срока службы шины. Предложенная изобретением комбинация рабочего полупласта, более широкого в осевом направлении, чем четыре сплошных рабочих пласта, при этом над ними всеми находится защитный пласт, конец которого является аксиально наружным по отношению к концам рабочих пластов таким образом, что углы усилительных элементов полупласта, сплошного рабочего пласта и защитного пласта оказываются ориентированными в одном направлении, способствует этому увеличению срока службы шин в соответствии с настоящим изобретением в сложных дорожных условиях. Действительно одинаковая ориентация усилительных элементов наиболее наружного в радиальном направлении рабочего пласта и защитного пласта неожиданно привела к увеличению срока службы шины, причем при отсутствии триангуляции,образованной этими двумя пластами. Согласно предпочтительному варианту выполнения изобретения полупласт перекрывает в радиальном направлении концы сплошных вершинных рабочих пластов, которые являются по отношению к нему радиально внутренними. Предпочтительно сплошной рабочий пласт является более широким в осевом направлении, чем сплошной рабочий пласт, который является по отношению к нему радиально внутренним и смежным. Иначе говоря, осевая ширина сплошных рабочих пластов увеличивается по мере удаления от каркасной арматуры в радиальном направлении. Согласно этим предпочтительным вариантам выполнения изобретения перекрывание концов сплошных вершинных пластов полуслоем и выполнение разных сплошных рабочих пластов позволяет улучшить распределение усилий во всей вершинной арматуре и одновременно оптимизировать соединение пластов. Предпочтительно вершинные рабочие сплошные пласты и полупласты образованы нерастяжимыми металлическими усилительными элементами, что наиболее эффективно обеспечивает функцию бандажного крепления каркасного пласта. Предпочтительно согласно изобретению усилительные элементы полупласта образуют угол , превышающий по меньшей мере на 10 наименьший из углов 1, 2, 3, 4. Такой пласт позволяет, в частности, ограничить сдвиг между усилениями упомянутого пласта и сдвиг с брекерами, охватывающими упомянутый пласт, и ограничить, таким образом, риски расслоения между пластами. Согласно предпочтительному варианту изобретения, по меньшей мере, усилительные элементы двух радиально наиболее близких сплошных рабочих пластов каркасной арматуры образуют с окружным направлением углы 1, 2, меньшие 12 и предпочтительно меньшие 8. Такой вариант выполнения изобретения позволяет, в частности, обеспечивать стабильность, в частности, с точки зрения возможных изменений профилей шин в результате работы при повышенных температурах. Как известно, в частности, чтобы повысить прочность шины по отношению к порезам и проколам,защитную арматуру предпочтительно выполняют по меньшей мере из двух пластов упругих металлических усилительных элементов. Варианты выполнения изобретения предусматривают защитные пласты,состоящие из частично перекрывающих друг друга полосок. Независимо от применяемого типа защитных пластов используемыми упругими усилениями могут быть элементы, располагаемые прямолинейно или синусоидально. Предпочтительно радиально внутренний защитный пласт имеет осевую ширину, превышающую ширину рабочих пластов.-2 015646 Предпочтительно усилительные элементы защитных пластов пересекаются между собой. Другие детали и отличительные признаки настоящего изобретения будут более очевидны из описания примеров его выполнения со ссылками на фиг. 1 и 2. Фиг. 1 - схематичный вид шины согласно первому варианту выполнения изобретения. Фиг. 2 - схематичный вид шины согласно второму варианту выполнения изобретения. Для упрощения понимания фигуры выполнены не в масштабе. На фигурах показана только половина структур, которые продолжаются симметрично относительно оси XX', определяющей центральную круговую плоскость шины. Приведенные размерные значения являются теоретическими значениями, т.е. речь идет о заданных значениях при изготовлении шин; реальные значения могут слегка отличаться, в частности, за счет погрешности, связанной со способом изготовления шин этого типа. Кроме того, что касается углов усилений пластов, приведенные значения являются минимальными значениями, т.е. значениями, соответствующими зоне пласта, наиболее близкой к центральной оси шины. Действительно, угол упомянутых усилений меняется вдоль осевого направления шины, в частности,с учетом ее профиля. На фиг. 1 в радиальном разрезе показан схематичный вид шины 1, выполненной в соответствии с настоящим изобретением. Шина 1 размера 59/80R63 содержит каркасную арматуру 2, закрепленную в двух бортах, не показанных на фигурах. Эту каркасную арматуру 2 крепят вершинной арматурой 3, содержащей в радиальном направлении изнутри наружу первый пласт 31, образованный нерастяжимыми металлическими кордными нитями, ориентированными относительно окружного направления под углом 1, равным 24, при этом пласт 31 имеет ширину,равную 600 мм; второй пласт 32, образованный нерастяжимыми металлическими кордными нитями, ориентированными относительно окружного направления под углом 2, равным 24, и пересекающимися с металлическими кордными нитями пласта 31; пласт 32 имеет ширину, равную 720 мм, и, следовательно, является более широким в осевом направлении, чем пласт 31; рабочий пласт 33, образованный металлическими кордными нитями, ориентированными относительно окружного направления под углом 3, равным 24, и пересекающимися с металлическими кордными нитями пласта 32. Пласт 33 является более широким в осевом направлении, чем пласт 32, и имеет ширину, равную 820 мм; полупласт 35, образованный металлическими кордными нитями, ориентированными относительно окружного направления под углом , равным 35, и пересекающимися с металлическими кордными нитями пласта 33. Осевая ширина полупласта 35 равна 250 мм. Его аксиально внутренний конец является аксиально внутренним по отношению к концу пласта 31; рабочий пласт 34, образованный металлическими кордными нитями, ориентированными относительно окружного направления под углом 4, равным 24, и пересекающимися с металлическими кордными нитями пласта 33. Таким образом, металлические кордные нити пласта 34 ориентированы в том же направлении, что и металлические кордные нити полупласта 35. Пласт 34 имеет ширину, равную 950 мм,и, следовательно, является более широким в осевом направлении, чем пласт 33; защитный пласт 36, образованный растяжимыми металлическими кордными нитями, ориентированными относительно окружного направления под углом , равным 24, в том же направлении, что и металлические кордные нити пласта 34. Таким образом, металлические кордные нити пласта 36 ориентированы в том же направлении, что и металлические кордные нити полупласта 35. Пласт 36 имеет ширину, равную 1200 мм. Упругими являются кордные нити, сила растяжения которых при нагрузке на разрыв соответствует относительному удлинению, по меньшей мере равному 4%, а нерастяжимыми являются кордные нити,когда их относительное удлинение, измеренное при 10% усилия разрыва, меньше 0,2%. На фиг. 2 показан второй вариант выполнения настоящего изобретения. Шина 21 отличается от шины, показанной на фиг. 1, с одной стороны, тем, что углы 1 и 2 усилительных элементов пластов 231 и 232 равны 5 по абсолютной величине, при этом усилительные элементы тоже пересекаются от одного пласта к следующему. С другой стороны, шина 21 содержит второй защитный пласт 237, усилительные элементы которого образуют с окружным направлением угол, равный 24, и пересекаются с усилительными элементами радиально внутреннего защитного пласта 236. Аксиально наружный конец наименее широкого защитного пласта 237 заключен между аксиально наружными концами полупласта 235 и концом защитного пласта 236. Защитный пласт 237 имеет ширину, равную 920 мм. Были произведены сравнительные испытания на базе шины, показанной на фиг. 1. Сравнение производили с шиной идентичных размеров, но которая не содержит полупластов 35 и в которой усилительные элементы защитного пласта 36 пересекаются с усилительными элементами рабочего пласта 34. Испытание шин производили на одном и том же транспортном средстве, которое двигалось по од-3 015646 ной и той же траектории, моделирующей сложные для шин условия пути, и которое вел один и тот же водитель. После пробега 8000 км испытания подтвердили, что шины в соответствии с настоящим изобретением не показали никаких признаков начала ухудшения качества, тогда как на контрольных шинах проявилось начало образования трещин. Эти примеры не должны рассматриваться ограничительно и возможны разные варианты выполнения изобретения. В частности, можно выполнять шины, содержащие большее число рабочих пластов. Согласно другим вариантам выполнения изобретения можно также поменять порядок расположения в радиальном направлении двух защитных пластов на обратный, при этом кордные нити упомянутых пластов могут пересекаться между собой или иметь одно направление. Под изменением порядка расположения двух защитных пластов в соответствии с настоящим изобретением на обратный следует понимать то, что изобретением предусмотрено изменение ширины упомянутых защитных пластов на противоположное. Так, радиально внутренний пласт может быть наиболее узким в осевом направлении защитным слоем. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Пневматическая шина для колеса тяжелой машины, содержащая радиальную каркасную арматуру, над которой в радиальном направлении расположена рабочая вершинная арматура, состоящая по меньшей мере из четырех сплошных вершинных рабочих пластов, образованных усилительными элементами, пересекающимися от одного пласта к следующему, образуя с окружным направлением углы,составляющие от 5 до 30, при этом над рабочей вершинной арматурой в радиальном направлении расположена защитная арматура, состоящая по меньшей мере из одного пласта упругих металлических усилительных элементов, образующих с окружным направлением угол, составляющий от 10 до 30, при этом конец упомянутого пласта защитной арматуры является аксиально наружным по отношению к концам рабочих пластов, отличающаяся тем, что с каждой стороны центральной круговой плоскости рабочая вершинная арматура снабжена дополнительным единственным рабочим полупластом, образованным усилительными элементами, образующими с окружным направлением угол, превышающий 30, причем рабочий полупласт является радиально внутренним и смежным по отношению к сплошному рабочему пласту, находящемуся наиболее снаружи в радиальном направлении, аксиально наружный конец рабочего полупласта является аксиально наружным по отношению к концам сплошных рабочих пластов, а усилительные элементы, формирующие рабочий полупласт, усилительные элементы сплошного рабочего пласта, наиболее наружного в осевом направлении, и усилительные элементы защитного пласта, конец которого является аксиально наружным по отношению к концам рабочих пластов, ориентированы в одном направлении. 2. Шина по п.1, отличающаяся тем, что рабочий полупласт перекрывает в радиальном направлении концы сплошных вершинных рабочих пластов, которые являются по отношению к нему радиально внутренними. 3. Шина по п.1 или 2, отличающаяся тем, что сплошной рабочий пласт является более широким в осевом направлении, чем сплошной рабочий пласт, который является по отношению к нему радиально внутренним и смежным. 4. Шина по одному из пп.1-3, отличающаяся тем, что сплошные пласты и рабочие полупласты образованы, по существу, нерастяжимыми металлическими усилительными элементами. 5. Шина по одному из пп.1-4, отличающаяся тем, что усилительные элементы полупласта образуют угол, превышающий по меньшей мере на 10 наименьший из углов усилительных элементов сплошных рабочих пластов. 6. Шина по одному из пп.1-5, отличающаяся тем, что, по меньшей мере, усилительные элементы двух радиально наиболее близких сплошных рабочих пластов каркасной арматуры образуют с окружным направлением углы, меньшие 12 и предпочтительно меньшие 8. 7. Шина по одному из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что защитную арматуру выполняют по меньшей мере из двух пластов упругих металлических усилительных элементов. 8. Шина по п.7, отличающаяся тем, что защитную арматуру выполняют по меньшей мере из двух пластов упругих металлических усилительных элементов, пересекающихся от одного пласта к следующему.