Діагональна шина

Изобретение относится к области транспортных средств, преимущественно к энергонасыщенным лесопромышленным трелевочным машинам, и может быть использовано в шинной промышленности и тракторостроении. Известна шина [1], каркас которой содержит несколько обрезиненных диагональных слоев корда. Имеются слои, завернутые на бортовые кольца, и висячие (не завернутые вокруг бортовых колец). На каркасе имеются слои усиления из высокопрочного корда. Число слоев усиления такой шины рассчитывают, исходя из числа слоев корда, доходящих до борта с учетом фактора надежности, определяемого математической формулой. При таком техническом решении возрастает количество слоев корда в боковых стенках, что приводит к существенному повышению радиальной жесткости шины. Вследствие этого уменьшается глубина вдавливания 1 индентора и соответственно работа А разрушения шины, определяемая как A = P × S . 2 В основу изобретения поставлена задача усовершенствовать диагональную шину таким образом, чтобы пропорциональность прочностным характеристикам слойности каркаса и одновременный изгиб всех зон его профиля под действием механического индентора обеспечивали "сглаживание" пиковых изгибных жесткостей отдельных зон каркаса и за счет этого достигалась повышенная допустимая радиальная деформация и, в конечном счете, увеличивалась надежность шин. Поставленная задача решается тем, что в диагональной шине, преимущественно для работы в условия х лесоразработок, содержащей протектор, боковины и расположенные вдоль меридионального профиля центральную, промежуточные, плечевые, боковые, надбортовые и бортовые зоны каркаса, окончания хотя бы части кордных слоев которого не завернуты на бортовые кольца, согласно изобретению, указанные зоны каркаса выполнены с пропорциональной изгибной жесткостью и находятся в соотношении: , (1) где (EJ)i и (EJ)ц - соответственно изгибная жесткость в меридиональном направлении і-ой и центральной зон каркаса шины, кг × см 2; kі - коэффициент приведения до ближайшего целого четного числа слоев каркаса в каждой зоне диагональной шины; Е - приведенный модуль упругости вдоль меридиана і-х зон каркаса единичной ширины, кг/см 2; J - момент инерции при изгибе каркаса в меридиональном направлении, взятый по середине каждой из зон, см 4. При этом количество слоев центральной зоны каркаса пропорционально прочностным характеристикам его элементов и определяется зависимостью: , (2) где Q - максимально необходимая прочность каркаса, выраженная посредством максимально допустимой нагрузки на шину, кгс; Тсл - минимально допустимая прочность одного слоя каркаса, кгс/слой (кгс/сл); nц - количество слоев каркаса центральной зоны, округленное до ближайшего целого четного числа; Кд - динамический коэффициент запаса прочности каркаса шины. Распределение изгибных жесткостей вдоль меридиана каркаса по предлагаемому те хническому решению обеспечивает увеличение глубины S вдавливания индентора при прочих равных условиях работы шины. Экспериментально установлено, что жесткость при изгибе многослойной резинокордной пластины существенным образом зависит от угла наклона нити b к (вдоль оси изгиба). Так, например, угол наклона нити каркаса вдоль меридиана между экватором и бортом изменится с 53-60° до 15-20°. С другой стороны, на величину жесткости влияет количество слоев, подвергаемых изгибу. Предлагаемое соотношение Ki(EJ)i=(EJ)ц для всех зон профиля шины обеспечивает "сглаживание" пиковых изгибных жесткостей отдельных зон каркаса, т.к. достигается одновременный изгиб всех зон профиля каркаса шины под действием механического индентора. Это приводит к большим, чем у прототипа, допустимым радиальным деформациям и глубине вдавливания S, и, в конечном счете, к увеличению надежности шины. Вторым существенным отличием является также то, что количество кордных слоев центральной зоны каркаса в данном решении определяется не по величине внутреннего давления, а пропорционально прочностным характеристикам шины и находится с ними в соотношении: , (2) Определение количества слоев nц указанным способом с использованием динамического коэффициента запаса прочности учитывает возможную перегрузку шины в эксплуатации и указывает на тот факт, что даже при достижении сосредоточенной силы, равной и превышающей максимально допускаемую нагрузку Q (в пределах Кд), не произойдет разрушение каркаса. Таким образом, существенное снижение неравномерности распределения изгибных жесткостей отдельных зон каркаса и, соответственно, "пиковых" нагрузок в совокупности с учетом прочностных характеристик и свойств материала каркаса приведет к повышению надежности шины в эксплуатации. Изобретение поясняется следующими графическими материалами. Фиг. 1. Меридиональное сечение шины. Фиг. 2. С хема изгиба меридионального сечения шины под действием механического индентора. Фиг. 3. Зависимость изгибной жесткости от слойности резинокордной пластины при различных угла х наклона корда. Диагональная шина состоит из протектора 1, боковин 2 и каркаса 3, часть слоев которого завернута вокруг бортовых колец 4. Между каркасом 3, протектором 1 и боковиной 2 (и - или между слоями каркаса) расположены висячие (не завернутые на бортовые кольца) слои корда, хотя бы одна пара которых оканчивается в пределах по крайней мере одной из зон - центральной 5, промежуточной 6, плечевой 7, боковой 8, надбортовой 9 и бортовой 10. В каждой из указанных зон 5, 6, 7, 8, 9, 10, начиная с центральной 5-ой, углы наклона слоев изменяются преимущественно от (60+2)° до (20+2)°. При отсутствии экспериментальных данных, величины углов наклона всех зон определяются расчетным путем, например, по известной формуле В.Л. Бидермана: , где b i - угол наклона нитей корда в середине і-го участка; ri - радиус середины i-го участка по первому слою каркаса; b экв - угол наклона нитей корда каркаса по экватору шины; Rк - радиус по экватору первого слоя каркаса. Выбор границ зон каркаса условный. Наиболее вероятный способ - это зоны с изменением углов наклона нитей корда в пределах какой-либо заранее установленной величины. В частности, при углах по короне b экв = 60 и по борту b б = 20, средняя величина каждой смежной зоны будет отличаться на 60 - 20 @ 8 ° и по зонам 5 распределится следующим образом: центральная - 60°; промежуточная - 52°; плечевая - 44°; боковая - 36°; надбортовая - 28°; бортовая - 20°. Существенным для этих зон является и то, что конструктивно они выполнены по зависимости , (1) при этом количество кордных слоев центральной зоны каркаса пропорционально прочностным и нагрузочным характеристикам шины и находится с ними в соотношении: . (2) При этом величина Q - максимально необходимая прочность каркаса; Тсл - минимально допустимая. Последний показатель комплексно учитывает влияние на прочностные характеристики шины и свойств материалов, и конструктивные особенности изделия. Значения Кд принимаются по опытным замерам перегрузок машин, на которых шины комплектуются, или по данным машиностроителей. Профиль и углы наклона нитей корда каркаса соответствуют принятой (в организации - разработчике шин) системе расчета равновесной конфигурации шины (статически нагруженной одним только внутренним давлением, по теории катящейся шины или любой другой, имеющей практическую применимость). Значение упруги х характеристик (EJ) центральной 5 зоны каркаса определяют исходя из определенной по формуле (2) слойности каркаса и рассчитанного для этой зоны угла наклона нитей корда по короне (экватору) шины. Такая зависимость эмпирически определяется для резинокордных элементов каждого конструктивного исполнения с применением определенных материалов силовых элементов (кордных нитей определенной структуры, состава и т.д). В частности, для шин типа 33L-32 модели Ф-134 зависимость упруги х характеристик шины, ее слойностии углов нитей корда приведена на фиг. 3, где п унктиром указан переход от слойности 16 к кривой, построенной для b экв = 60 и далее к оси ординат, т.е. к значению (EJ)ц . Исходя из указанной ранее формулы Ki(ЕJ)i=(EJ)u, учитывая равенство изгибных жесткостей всех зон каркаса предлагаемых шин и возвращаясь от значений найденного (EJ)ц по той же пунктирной линии до кривых, соответствующи х углу наклона каждой і-ой зоны, находим на оси абсцисс слойность і-ой зоны каркаса и округляем полученное количество слоев каждой зоны до ближайшего целого и, кроме того, до четного значения (поскольку шина диагональная). Примечание. При расчете следует помнить, что рассчитанная по формуле (2) слойность каркаса шины соответствует фактической и не равна норме слойности, отраженной у нормативных документах (ГОСТ, OCT, ТУ и т.д.). Шина работает следующим образом. На фиг. 2 показан профиль изгиба шины прототипа и шины по предлагаемому те хническому решению. Под действием механического индентора 11 каркас 3 принимает форму профиля 12 для прототипа и 13 для заявляемого технического решения. При соотношении Ki(EJ)і=(EJ)ц для всех зон профиля предлагаемой шины под действием индентора проходит одновременный изгиб всех зон 5, 6, 7, 8 , 9, 10 в отличие от прототипа, где изгиб происходит в основном по зонам 5, 6, 7. Поэтомув данном случае увеличение глубины S вдавливания индентора в профиль 13 происходит за счет дополнительной радиальной деформации в зонах 7, 8, 9, 10. Соответствующим образом увеличивается работа, необходимая для разрушения шины, и ее надежность. Шина может быть выполнена в различных вариантах, одним из которых является следующий: Шина 33L-32 модели Ф-134. Каркас ее из полиамидного термообработанного корда типа 23 КНТС. Нагрузка (максимально допустимая) Q = 5800 кгс. Максимально допустимая прочность одного слоя каркаса (Тсл) = 400 кгс/слой, Динамический коэффициент запаса прочности каркаса = 1,1. Расчет слойности каркаса непосредственно по зонам приведен в таблице. Поскольку разрыв каркаса под действием сосредоточенной нагрузки, как правило, происходит по наименее слабому месту профиля шины, то преимущества предлагаемой конструкции очевидны (ее минимальная жесткость более чем в 1,5 раза превосходит жесткость центральной зоны шины прототипа). Использование изобретения в народном хозяйстве позволяет уменьшить разброс прочностных характеристик резинокордного каркаса, уменьшает пиковые нагрузки и увеличивает прочностные характеристики шин. Совокупный положительный эффект повышает надежность шин и, следовательно, безопасность движения транспортных средств.