Борт шины для большегрузного транспортного средства типа дорожно-строительной техники

БОРТ ШИНЫ ДЛЯ БОЛЬШЕГРУЗНОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА ТИПА ДОРОЖНО-СТРОИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ Изобретение касается повышения усталостной стойкости бортов радиальной шины для большегрузного транспортного средства типа дорожно-строительной техники за счет понижения скорости распространения трещин, появляющихся на аксиально наружной стороне оборота каркасной арматуры и распространяющихся в оболочковом и набивочном полимерных материалах. Согласно изобретению переходный элемент (28), состоящий из переходного полимерного материала, входит в контакт своей аксиально внутренней стороной с оболочковым полимерным материалом аксиально наружной стороны оборота (21b) каркасной арматуры и своей аксиально наружной стороной с набивочным полимерным материалом (26), и модуль упругости при 10%-ном удлинении переходного полимерного материала является промежуточным между соответствующими модулями упругости при 10%-ном удлинении оболочкового полимерного материала и набивочного полимерного материала.(71)(73) Заявитель и патентовладелец: КОМПАНИ ЖЕНЕРАЛЬ ДЕЗ ЭТАБЛИССМАН МИШЛЕН (FR); МИШЛЕН РЕШЕРШ Э ТЕКНИК С.А. (CH) Настоящее изобретение касается радиальной шины, предназначенной для большегрузного транспортного средства типа дорожно-строительной техники. Хотя данный тип применения и не является ограничительным, изобретение будет описано для радиальной шины, устанавливаемой на самосвале, предназначенном для транспортировки материалов, добываемых из карьеров или поверхностных рудников. В рамках нормы Европейской технической организации по ободьям и покрышкам или ETRTO номинальный диаметр обода такой шины как минимум равен 25". В дальнейшем будут применяться следующие термины."Меридиональная плоскость": плоскость, содержащая ось вращения шины."Экваториальная плоскость": плоскость, проходящая через середину поверхности качения шины и перпендикулярная к оси вращения шины."Осевое направление": направление, параллельное оси вращения шины."Радиальное расстояние": расстояние, измеряемое перпендикулярно к оси вращения шины и начиная от оси вращения шины."Осевое расстояние": расстояние, измеряемое параллельно оси вращения шины и начиная от экваториальной плоскости."Радиально внутренний, соответственно радиально наружный": радиальное расстояние которого меньше, соответственно больше."Аксиально внутренний, соответственно аксиально наружный": осевое расстояние которого меньше, соответственно больше. Шина содержит два борта, обеспечивающих механическое соединение между шиной и ободом, на котором ее монтируют, при этом борта соединены соответственно через две боковины с протектором,который предназначен для вхождения в контакт с дорожным покрытием через поверхность качения. Радиальная шина содержит, в частности, усилительную арматуру, содержащую арматуру гребня,радиально внутреннюю по отношению к протектору, и каркасную арматуру, радиально внутреннюю по отношению к арматуре гребня. Каркасная арматура радиальной шины для большегрузного транспортного средства типа дорожностроительной техники обычно содержит по меньшей мере один слой каркасной арматуры, состоящий из металлических усилительных элементов, покрытых оболочковым полимерным материалом. Металлические усилительные элементы, по существу, параллельны между собой и образуют с окружным направлением угол от 85 до 95. Слой каркасной арматуры содержит главную часть каркасной арматуры, соединяющую между собой два борта и завернутую в каждом борту вокруг бортового кольца. Бортовое кольцо содержит окружной усилительный элемент, чаще всего металлический, окруженный по меньшей мере одним материалом, не ограничительно являющимся полимерным или текстильным. Завертывание слоя каркасной арматуры вокруг бортового кольца осуществляют изнутри наружу шины для образования оборота каркасной арматуры, содержащего конец. Оборот каркасной арматуры в каждом борту обеспечивает крепление слоя каркасной арматуры на бортовом кольце. Каждый борт содержит наполнительный элемент, продолжающий радиально наружу бортовое кольцо. В любой меридиональной плоскости наполнительный элемент имеет, по существу, треугольное сечение и состоит по меньшей мере из одного наполнительного полимерного материала. Наполнительный элемент может представлять собой наслоение в радиальном направлении по меньшей мере двух наполнительных полимерных материалов, входящих в контакт по поверхности контакта, секущей любую меридиональную плоскость по меридиональной линии сечения. Наполнительный элемент разделяет в осевом направлении главную часть каркасной арматуры и оборот каркасной арматуры. Каждый борт содержит также защитный элемент, продолжающий радиально внутрь боковину и являющийся аксиально наружным относительно оборота каркасной арматуры. Защитный элемент, по меньшей мере, частично входит также в контакт своей аксиально наружной стороной с круговым выступом обода. Защитный элемент состоит по меньшей мере из одного защитного полимерного материала. Наконец, каждый борт содержит набивочный элемент, аксиально внутренний относительно боковины и защитного элемента и аксиально наружный относительно оборота каркасной арматуры. Набивочный элемент состоит по меньшей мере из одного набивочного полимерного материала. После вулканизации полимерный материал имеет с механической точки зрения характеристики напряжения-деформации растяжения, определенные в ходе испытаний на растяжение. Специалист производит эти испытания на растяжение на образце при помощи известного метода, например, согласно международному стандарту ISO 37, и в нормальных температурных (23 или - 2C) и гигрометрических условиях (50 или -5% относительной влажности), определенных международным стандартом ISO 471. Модулем упругости при 10%-ном удлинении полимерного материала, выражаемым в мегапаскалях (МПа),называют напряжение растяжения, измеренное при 10%-ном удлинении образца. После вулканизации полимерный материал характеризуется с механической точки зрения также своей твердостью. Твердость определяют, в частности, как твердость по Шору А согласно стандартуASTM D 2240-86. Во время движения транспортного средства шина, установленная на ободе его колеса, накачанная и сплющивающаяся под действием нагрузки транспортного средства, подвергается циклам изгиба, в частности, на уровне свих бортов и своих боковин. Циклы изгиба приводят к изменениям кривизны в сочетании с изменениями натяжения металлических усилительных элементов главной части каркасной арматуры и оборота каркасной арматуры. Циклы изгиба приводят, в частности, к напряжениям и деформациям в основном сдвига и сжатия в оболочковом и набивочном полимерных материалах на аксиально наружной стороне оборота каркасной арматуры по причине изгиба борта на круговом выступе обода. В частности, в зоне загиба борта на круговом выступе обода циклы изгиба приводят к появлению трещин на аксиально наружной стороне оборота каркасной арматуры. Эти трещины распространяются в оболочковом полимерном материале, затем в набивочном полимерном материале, в котором они образуют полости, которые со временем могут привести к деградации шины, требующей ее замены. Скорость распространения трещин зависит, с одной стороны, от амплитуды и от частоты циклов напряжений и деформаций и, с другой стороны, от соответствующих значений жесткости полимерных материалов в зоне образования трещин. В случае шины с радиальной каркасной арматурой в документе JP 2004345414 уже были описаны борта, конструкция которых предусмотрена для предупреждения образования трещин в зоне перекрывания между оборотом каркасной арматуры и радиально наружным концом слоя металлических усилительных элементов, охватывающего радиально внутреннюю часть бортового кольца. В предложенном техническом решении предусмотрен элемент из полимерного материала, размещенный между оборотом каркасной арматуры и радиально наружным концом слоя металлических усилительных элементов, охватывающего радиально внутреннюю часть бортового кольца. Авторы изобретения поставили перед собой задачу повышения усталостной стойкости бортов радиальной шины для большегрузного транспортного средства типа дорожно-строительной техники за счет уменьшения скорости распространения трещин, которые появляются на аксиально наружной стороне оборота каркасной арматуры и распространяются в оболочковом и набивочном полимерных материалах. В связи с этим объектом изобретения являются: шина для большегрузного транспортного средства типа дорожно-строительной техники, содержащая два борта, предназначенных для вхождения в контакт с ободом, содержащим два, по меньшей мере,частично круглых круговых выступа; каркасная арматура, содержащая по меньшей мере один слой каркасной арматуры, состоящий из металлических усилительных элементов, покрытых оболочковым полимерным материалом,при этом слой каркасной арматуры содержит главную часть каркасной арматуры, завернутую в каждому борту изнутри наружу шины вокруг бортового кольца, образуя оборот каркасной арматуры; при этом каждый борт содержит защитный элемент, продолжающий радиально внутрь боковину, и набивочный элемент, аксиально внутренний относительно защитного элемента и боковины и аксиально наружный относительно оборота каркасной арматуры; при этом защитный и набивочный элементы соответственно состоят по меньшей мере из одного защитного полимерного материала и одного набивочного полимерного материала; при этом набивочный полимерный материал имеет модуль упругости при 10%-ном удлинении,меньший модуля упругости при 10%-ном удлинении оболочкового полимерного материала; при этом переходный элемент, состоящий из переходного полимерного материала, входит в контакт своей аксиально внутренней стороной с оболочковым полимерным материалом аксиально наружной стороны оборота каркасной арматуры и своей аксиально наружной стороной с набивочным полимерным материалом; при этом модуль упругости при 10%-ном удлинении переходного полимерного материала является промежуточным между соответствующими модулями упругости при 10%-ном удлинении оболочкового полимерного материала и набивочного полимерного материала. Согласно изобретению предпочтительно предусмотреть переходный элемент, состоящий из переходного полимерного материала, который входит в контакт своей аксиально внутренней стороной с оболочковым полимерным материалом аксиально наружной стороны оборота каркасной арматуры и своей аксиально наружной стороной с набивочным полимерным материалом. Действительно, добавление переходного элемента позволяет получить градиент значений жесткости и локально ограничить уровни напряжений и деформаций, от которых зависит скорость распространения трещин, появляющихся на аксиально наружной стороне оборота каркасной арматуры и распространяющихся в оболочковом и набивочном полимерных материалах. Модуль упругости при 10%-ном удлинении переходного полимерного материала предпочтительно является промежуточным между соответствующими модулями упругости при 10%-ном удлинении оболочкового полимерного материала и набивочного полимерного материала, с которым входит в контакт переходный элемент. Постепенное уменьшение модулей упругости при 10%-ном удлинении при последовательном переходе от оболочкового полимерного материала к переходному полимерному материалу,затем к набивочному полимерному материалу обеспечивает понижающийся и постепенный градиент значений жесткости, который позволяет снизить напряжения и деформации на аксиально наружной стороне оборота каркасной арматуры и, следовательно, замедлить распространение трещин. Модуль упругости при 10%-ном удлинении промежуточного переходного полимерного материала тем больше проявляет свой положительный эффект, чем больше разность между соответствующими модулями упругости при 10%-ном удлинении оболочкового полимерного материала и набивочного полимерного материала. В рассматриваемом примере шины согласно изобретению модуль упругости при 10%-ном удлинении оболочкового полимерного материала равен 1,6 модуля упругости при 10%-ном удлинении набивочного полимерного материала. Предпочтительно также, чтобы радиально наружный конец переходного элемента был радиально наружным относительно прямой, проходящей через центр окружности кругового выступа обода и образующей угол 70 относительно осевого направления. Предпочтительно также, чтобы радиально внутренний конец переходного элемента был радиально внутренним относительно прямой, проходящей через центр окружности кругового выступа обода и образующей угол 40 относительно осевого направления. Учитывая, что обод шины содержит два круговых выступа обода, симметричных относительно экваториальной плоскости шины, и каждый круговой выступ обода содержит в своей радиально наиболее наружной части круглый участок, то для каждого кругового выступа обода определяют локальный репер,начало которого находится в центре окружности кругового выступа обода и оси которого являются двумя прямыми, проходящими через центр окружности кругового выступа обода и соответственно ориентированными в осевом направлении внутрь шины и в радиальном направлении наружу шины. Угол прямой, проходящей через центр окружности кругового выступа обода, относительно осевого направления является углом этой прямой с прямой осевого направления, проходящей через центр окружности кругового выступа обода и направленной внутрь шины. Этот угол является положительным,если переходить от прямой, проходящей через центр окружности кругового выступа обода и направленной аксиально внутрь шины, к упомянутой прямой посредством поворота в тригонометрическом направлении. Геометрические положения концов переходного элемента измеряют на шине, смонтированной на ободе, т.е. накачанной до минимального давления, обеспечивающего правильное позиционирование бортов шины относительно круговых выступов обода. Например, это минимальное давление может быть равно 10% номинального давления накачки, предусмотренного нормой ETRTO. Авторы изобретения показали, что зона чувствительности к трещинообразованию на аксиально наружной стороне оборота каркасной арматуры заключена между прямыми, проходящими через центр окружности кругового выступа обода и образующими соответственно минимальный угол, равный 40, и максимальный угол, равный 70, с осевым направлением. Действительно, она является зоной наиболее сильного сжатия и сдвига во время загибания борта на круговом выступе обода под нагрузкой, действующей на шину. Следовательно, переходный элемент должен, по меньшей мере, закрывать эту зону чувствительности к трещинообразованию на аксиально наружной стороне оборота каркасной арматуры с учетом допусков позиционирования переходного элемента относительно каркасной арматуры, связанных с процессом изготовления. Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения толщина переходного элемента, по меньшей мере, равна толщине оболочкового полимерного материала. Толщиной переходного элемента называют постоянную толщину переходного элемента, измеренную за пределами зон заострения на концах переходного элемента. Толщиной оболочкового полимерного материала называют толщину оболочкового полимерного материала, измеряемую на аксиально наружной стороне оборота каркасной арматуры, начиная от и перпендикулярно к аксиально наружной образующей металлического цилиндрического усилительного элемента оборота каркасной арматуры. Эта минимальная толщина переходного элемента позволяет установить минимальный градиент значений жесткости, позволяющий уменьшить скорость распространения трещин. Предпочтительно, чтобы толщина переходного элемента не превышает 5-кратной толщины оболочкового полимерного материала. Действительно, рассеяние тепла в переходном полимерном материале превышает рассеяние тепла в набивочном полимерном материале за счет его более высокого модуля упругости при 10%-ном удлинении. Следовательно, слишком большой объем переходного полимерного материала приводит к повышению температуры борта, сокращающему его срок службы, поэтому необходимо ограничивать толщину переходного элемента максимальным значением. Согласно предпочтительному варианту выполнения изобретения модуль упругости при 10%-ном удлинении переходного полимерного материала по меньшей мере равен 0,9 и не превышает 1,1 среднего арифметического соответствующих модулей упругости при 10%-ном удлинении оболочкового полимерного материала и набивочного полимерного материала. Этот интервал значений для модуля упругости при 10%-ном удлинении переходного полимерного материала обеспечивает минимальный градиент значений жесткости при последовательном переходе от оболочкового полимерного материала к переходному полимерному материалу, затем к набивочному полимерному материалу, т.е. позволяет существенно снизить скорость распространения трещин. Отличительные признаки изобретения будут более очевидны из описания со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых изображено: фиг. 1 - вид в разрезе в меридиональной плоскости известного борта шины для транспортного средства типа дорожно-строительной техники; фиг. 2 - вид в разрезе в меридиональной плоскости заявленного борта шины для транспортного средства типа дорожно-строительной техники. Для облегчения понимания фиг. 1 и 2 представлены не в масштабе. На фиг. 1 показан известный борт шины для транспортного средства типа дорожно-строительной техники, содержащей каркасную арматуру, содержащую только один слой 1 каркасной арматуры, состоящий из металлических усилительных элементов, покрытых оболочковым полимерным материалом, с главной частью 1 а каркасной арматуры, завернутой изнутри наружу шины вокруг бортового кольца 2, образуя оборот 1b каркасной арматуры; наполнительный элемент 3, продолжающий радиально наружу бортовое кольцо 2, имеющий в любой меридиональной плоскости, по существу, треугольное сечение и состоящий из двух наполнительных полимерных материалов,при этом первый наполнительный полимерный материал 3a является радиально наружным и входит в контакт с бортовым кольцом 2,при этом второй наполнительный полимерный материал 3b является радиально наружным и входит в контакт с первым наполнительным полимерным материалом 3a; защитный элемент 4, продолжающий радиально внутрь боковину 5 и состоящий по меньшей мере из одного защитного полимерного материала; набивочный элемент 6, аксиально внутренний относительно защитного элемента 4 и боковины 5 и аксиально наружный относительно оборота 1b каркасной арматуры, состоящий из набивочного полимерного материала. На фиг. 2 показан заявленный борт шины для транспортного средства типа дорожно-строительной техники, содержащей каркасную арматуру, содержащую только один слой 21 каркасной арматуры, состоящий из металлических усилительных элементов, покрытых оболочковым полимерным материалом, с главной частью 21 а каркасной арматуры, завернутой изнутри наружу шины вокруг бортового кольца 22, образуя оборот 21b каркасной арматуры; наполнительный элемент 23, продолжающий радиально наружу бортовое кольцо 22, имеющий в любой меридиональной плоскости, по существу, треугольное сечение и состоящий из двух наполнительных полимерных материалов,при этом первый наполнительный полимерный материал 23 а является радиально наружным и входит в контакт с бортовым кольцом 22,при этом второй наполнительный полимерный материал 23b является радиально наружным и входит в контакт с первым наполнительным полимерным материалом 23 а; защитный элемент 24, продолжающий радиально внутрь боковину 25 и состоящий по меньшей мере из одного защитного полимерного материала; набивочный элемент 26, аксиально внутренний относительно защитного элемента 24 и боковины 25 и аксиально наружный относительно оборота 21b каркасной арматуры, состоящий из набивочного полимерного материала; переходный элемент 28, входящий в контакт своей аксиально внутренней стороной с оболочковым полимерным материалом аксиально наружной стороны оборота каркасной арматуры и своей аксиально наружной стороной с набивочным полимерным материалом. Переходный элемент 28 имеет толщину е, схематично показанную постоянной, но которая в действительности чаще всего имеет заострения на своих соответственно радиально наружном E и радиально внутреннем I концах. Соответствующее геометрическое положение радиально наружного E и радиально внутреннего I концов переходного элемента 28 определяют относительно локального репера, началом которого является центр O окружности кругового выступа обода 27 и осями YY' и ZZ' которого являются две прямые,проходящие через центр O окружности кругового выступа обода и соответственно ориентированные аксиально внутрь шины и радиально наружу шины. Угол прямой, проходящей чрез центр O окружности кругового выступа обода, является при этом положительным, если от оси YY' к прямой переходят посредством поворота в тригонометрическом направлении. Радиально наружный E и радиально внутренний I концы переходного элемента 28 являются соответственно радиально наружным концом относительно прямой Dmin, образующей угол относительно осиYY', равный 70, и радиально внутренним концом относительно прямой dmax, образующей угол относительно оси YY', равный 40. Изобретение было представлено, в частности, для случая шины размером 59/80R63 большегрузного транспортного средства типа самосвала. Согласно норме ETRTO номинальными условиями эксплуатации такой шины являются давление накачки, равное 6 бар, статическая нагрузка, равная 99 т и расстояние, проходимое за 1 ч, составляющее от 16 до 32 км. Шина 59/80R63 была разработана согласно изобретению и схематично показана на фиг. 2. Угол А прямой D, проходящей через радиально наружный конец E переходного элемента 28, равен 80, т.е. превышает 70. Угол а прямой d, проходящей через радиально внутренний конец I переходного элемента 28, равен 35, т.е. меньше 40. Толщина е переходного элемента 28 равна 1,5 мм, т.е. находится в пределах между толщиной оболочкового полимерного материала, равной 1 мм, и 5-кратной толщиной оболочкового полимерного материала. Модули упругости при 10%-ном удлинении оболочкового, переходного и набивочного полимерных материалов соответственно равны 6, 4,8 и 3,5 МПа. Следовательно, модуль упругости при 10%-ном удлинении переходного полимерного материала равен среднему арифметическому соответствующих модулей упругости при 10%-ном удлинении оболочкового и набивочного полимерных материалов. Было произведено моделирование расчетов по готовым элементам соответственно на контрольной шине, показанной на фиг. 1, и на шине согласно изобретению, показанной на фиг. 2. Для контрольной шины удлинение набивочного полимерного материала 6 в зоне чувствительности к трещинообразованию на аксиально наружной стороне оборота 1b каркасной арматуры равно 1,3 удлинения входящего с ним в контакт оболочкового полимерного материала, причем эти удлинения являются параллельными обороту каркасной арматуры. Для шины согласно изобретению удлинение переходного полимерного материала 28 в зоне чувствительности к трещинообразованию на аксиально наружной стороне оборота 21b каркасной арматуры равно 1,1 удлинения оболочкового полимерного материала. Следовательно, скорость распространения трещины от оболочкового полимерного материала к переходному полимерному материалу 28 в случае изобретения меньше, чем скорость распространения трещины от оболочкового полимерного материала к набивочному полимерному материалу 6 в случае контрольной шины, так как отношение удлинения переходного полимерного материала 28 к удлинению оболочкового полимерного материала,равное 1,1, меньше отношения удлинения набивочного полимерного материала 6 к удлинению оболочкового полимерного материала, равного 1,3. Изобретение не ограничивается примером, представленным на фиг. 2, и может охватывать другие варианты выполнения, например, но не ограничительно касающиеся числа переходных полимерных материалов, заключенных между оболочковым полимерным материалом и набивочным полимерным материалом. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Шина для большегрузного транспортного средства типа дорожно-строительной техники, содержащая два борта, предназначенных для вхождения в контакт с ободом, содержащим два, по меньшей мере частично, круглых круговых выступа (7, 27), каркасную арматуру, содержащую по меньшей мере один слой (1, 21) каркасной арматуры, состоящий из металлических усилительных элементов, покрытых оболочковым полимерным материалом, при этом слой каркасной арматуры содержит главную часть (1 а,21 а) каркасной арматуры, завернутую в каждом борту изнутри наружу шины вокруг бортового кольца (2,22), образуя оборот (1b, 21b) каркасной арматуры, при этом каждый борт содержит защитный элемент (4,24), продолжающий радиально внутрь боковину (5, 25), и набивочный элемент (6, 26), аксиально внутренний относительно защитного элемента и боковины и аксиально наружный относительно оборота каркасной арматуры, при этом защитный и набивочный элементы соответственно состоят по меньшей мере из одного защитного полимерного материала и одного набивочного полимерного материала, при этом набивочный полимерный материал имеет модуль упругости при 10%-ном удлинении, меньший модуля упругости при 10%-ном удлинении оболочкового полимерного материала, отличающаяся тем, что переходный элемент (28), состоящий из переходного полимерного материала, входит в контакт своей аксиально внутренней стороной с оболочковым полимерным материалом аксиально наружной стороны оборота (21b) каркасной арматуры и своей аксиально наружной стороной с набивочным полимерным материалом (26), причем значение модуля упругости при 10%-ном удлинении переходного полимерного материала является промежуточным между соответствующими значениями модулей упругости при 10%ном удлинении оболочкового полимерного материала и набивочного полимерного материала. 2. Шина по п.1, отличающаяся тем, что радиально наружный конец (Е) переходного элемента (28) является радиально наружным относительно прямой (Dmin), проходящей через центр (О) окружности кругового выступа обода (27) и образующей угол 70 относительно осевого направления (YY'). 3. Шина по любому из пп.1 или 2, отличающаяся тем, что радиально внутренний конец (I) переход-5 021276 ного элемента (28) является радиально внутренним относительно прямой (dmax), проходящей через центр(О) окружности кругового выступа обода (27) и образующей угол 40 относительно осевого направления(YY'). 4. Шина по любому из пп.1-3, отличающаяся тем, что толщина (е) переходного элемента (28), по меньшей мере, равна толщине оболочкового полимерного материала. 5. Шина по любому из пп.1-4, отличающаяся тем, что толщина (е) переходного элемента (28) не превышает 5-кратной толщины оболочкового полимерного материала. 6. Шина по любому из пп.1-5, отличающаяся тем, что модуль упругости при 10%-ном удлинении переходного полимерного материала по меньшей мере равен 0,9 и не превышает 1,1 среднего арифметического соответствующих модулей упругости при 10%-ном удлинении оболочкового полимерного материала и набивочного полимерного материала.