RU149363U1

RU149363U1 - POLYURETHANE PNEUMATIC TIRE

Info

Publication number: RU149363U1
Application number: RU2014132302/11U
Authority: RU
Inventors: Александр Михайлович Плетников; Михаил Пантелеймонович Плетников
Original assignee: ООО "ПолиТаир"
Priority date: 2014-08-05
Filing date: 2014-08-05
Publication date: 2014-12-27

Abstract

1. Пневматическая шина, содержащая кольцеобразную оболочку вращения с протекторной частью и боковинами, образующими амортизирующую полость, отличающаяся тем, что дополнительно имеются расположенные в амортизирующей полости, соединенные между собой полые сферические элементы, причем поверхность амортизирующей полости соединена с поверхностями прилегающих к ней поверхностей полых сферических элементов, опорные поверхности боковин соединены между собой связанным с ними армированным полиуретановым кольцом, при этом наружная поверхность армированного полиуретанового кольца, находящаяся между боковинами, соединена с поверхностями прилегающих к ней поверхностей полых сферических элементов, притом указанные связи и соединения достигаются за счет полимеризации полиуретана.2. Шина по п.1, отличающаяся тем, что протекторная часть и боковины не содержат брекер и кордовую ткань.3. Шина по п.1 или 2, отличающаяся тем, что между полыми сферическими элементами, а также между внутренними поверхностями амортизирующей полости и прилегающими к ним поверхностями полых сферических элементов, а также между наружной поверхностью армированного полиуретанового кольца и контактирующими с ней опорными поверхностями боковин, а также полых сферических элементов нанесен состав для улучшения адгезии сопрягаемых поверхностей.1. A pneumatic tire containing an annular rotation sheath with a tread portion and sidewalls forming a shock absorbing cavity, characterized in that there are further hollow spherical elements located in the shock-absorbing cavity, interconnected, and the surface of the shock-absorbing cavity connected to the surfaces of the adjacent hollow spherical surfaces elements, the supporting surfaces of the sidewalls are interconnected by a reinforced polyurethane ring connected to them, while the outer surface be reinforced polyurethane rings, located between the sidewalls, coupled with surfaces adjacent surfaces of hollow spherical elements, moreover said connection and connections are achieved by poliuretana.2 polymerization. The tire according to claim 1, characterized in that the tread portion and sidewalls do not contain a breaker and cord fabric. The tire according to claim 1 or 2, characterized in that between the hollow spherical elements, and also between the inner surfaces of the shock-absorbing cavity and the adjacent surfaces of the hollow spherical elements, as well as between the outer surface of the reinforced polyurethane ring and the supporting surfaces of the sidewalls in contact with it, and also hollow spherical elements applied composition to improve adhesion of the mating surfaces.

Description

Предлагаемое техническое решение относится к области создания шин для колесной техники, а более конкретно - для внутрицехового и внутризаводского транспорта, а именно - для автопогрузчиков и электропогрузчиков.The proposed technical solution relates to the field of creating tires for wheeled vehicles, and more specifically for in-shop and in-plant vehicles, namely, for forklifts and electric forklifts.

В настоящее время самое широкое применение для различных видов колесной техники находят пневматические резиновые шины, представляющие собой упругую оболочку, предназначенную для установки на ободе колеса и имеющие кольцеобразную полость, заполняемую воздухом или газом под давлением [1]. Основной составной частью пневматической шины является покрышка - кольцеобразная полая оболочка, непосредственно воспринимающая усилия, возникающие при эксплуатации. Основой покрышки является каркас, представляющий силовую часть пневматической шины и состоящий из одного или нескольких слоев корда, закрепленных на бортовых кольцах, образующих жесткую часть покрышки пневматической шины и обеспечивающих ее крепление на ободе колеса. Для усиления прочности шины используется брекер, состоящий из слоев корда, расположенных между протектором и каркасом. Пневматические шины бывают камерные и бескамерные.Currently, the widest application for various types of wheeled vehicles are pneumatic rubber tires, which are an elastic shell designed for installation on the wheel rim and have an annular cavity filled with air or gas under pressure [1]. The main component of the pneumatic tire is the tire - an annular hollow shell that directly perceives the forces arising during operation. The basis of the tire is the carcass, representing the power part of the pneumatic tire and consisting of one or more layers of cord, fixed on the side rings, forming the rigid part of the tire of the pneumatic tire and ensuring its fastening on the wheel rim. To strengthen the strength of the tire, a breaker is used, consisting of layers of cord located between the tread and the carcass. Pneumatic tires are chamber and tubeless.

Пневматические шины обладают хорошими амортизирующими свойствами, однако они чувствительны к порезам и проколам, предотвратить которые в цеховых и заводских условиях невозможно. Вследствие этого для транспорта, используемого в цеховых и заводских условиях, были разработаны массивные шины [2, 3], представляющие собой сплошную кольцеобразную конструкцию, в которой отсутствует амортизирующая полость.Pneumatic tires have good shock-absorbing properties, but they are sensitive to cuts and punctures, which cannot be prevented in workshop and factory conditions. As a result, massive tires have been developed for vehicles used in workshop and factory conditions [2, 3], which are a continuous ring-shaped structure in which there is no shock-absorbing cavity.

Массивные шины стойки к порезам и проколам и не требуют технического обслуживания в ходе их эксплуатации, однако они значительно хуже, чем пневматические, смягчают удары при езде по неровностям, что приводит к избыточным нагрузкам на раму транспортного средства и преждевременному выходу транспортного средства из строя.Massive tires are resistant to cuts and punctures and do not require maintenance during their operation, however they are much worse than pneumatic ones, they soften shock when driving on bumps, which leads to excessive loads on the vehicle frame and premature failure of the vehicle.

Компромиссным вариантом шины для цеховых условий эксплуатации являются шины типа «гусматик» [4] (их еще называют «суперэластик»). Они представляют собой совокупность покрышки - кольцеобразной оболочки с расположенной внутри кольцеобразной амортизирующей полостью, и кольцеобразного амортизирующего элемента, расположенного в амортизирующей полости покрышки, выполненного из губчатой резины. При этом наружные размеры амортизирующего элемента и внутренние размеры амортизирующей полости совпадают. Преимуществами таких шин является то, что срок их эксплуатации в 1,5-2 раза выше по сравнению с пневматическими, они стойки к порезам и проколам и практически не требуют технического обслуживания во время эксплуатации.A compromise tire option for workshop operating conditions are Gusmatic tires [4] (they are also called superelastic tires). They are a combination of tires - an annular shell with an annular shock-absorbing cavity located inside, and an annular shock-absorbing element located in the shock-absorbing cavity of the tire made of sponge rubber. In this case, the outer dimensions of the shock-absorbing element and the inner dimensions of the shock-absorbing cavity coincide. The advantages of such tires is that their service life is 1.5-2 times longer compared to pneumatic ones, they are resistant to cuts and punctures and practically do not require maintenance during operation.

Однако и шины типа «гусматик» не лишены ряда недостатков. Во-первых, по амортизирующим свойствам они уступают пневматическим шинам. Во-вторых, такие шины не могут обеспечить движение на высоких скоростях в связи с их нагревом и перегревом, приводящим к выходу шин из строя. Перегрев связан, в частности, с тем, что поверхность амортизирующего элемента не связана с внутренней поверхностью амортизирующей полости шины, что приводит к взаимному перемещению и трению указанных поверхностей и, как следствие, к сопутствующему нагреву и абразивному износу. Кроме того, наполнитель из губчатой резины со временем теряет эластичность из-за старения резины и разрушения пор, амортизирующие свойства шины ухудшаются, а сопротивление качению возрастает.However, tires of the Gusmatic type are not without a number of disadvantages. Firstly, they are inferior to pneumatic tires in their shock-absorbing properties. Secondly, such tires cannot provide movement at high speeds due to their heating and overheating, leading to tire failure. Overheating is associated, in particular, with the fact that the surface of the shock-absorbing element is not connected with the inner surface of the shock-absorbing cavity of the tire, which leads to mutual displacement and friction of these surfaces and, as a result, to concomitant heating and abrasive wear. In addition, the sponge rubber filler loses its elasticity over time due to aging of the rubber and the destruction of pores, the shock-absorbing properties of the tire deteriorate, and the rolling resistance increases.

Возрастающие экологические требования к напольным транспортным средствам, работающим внутри помещений, обусловливают появление новых требований к шинам. Резиновые шины, изготовленные из смеси каучука и технического углерода (сажи), при высоких нагрузках интенсивно изнашиваются, а продукты истирания вместе с пылью поднимаются в воздух и попадают в организм человека. По этой причине внутри помещений недопустимо применять резиновые шины, содержащие технический углерод. Кроме того, многие вещества, входящие в рецептуру резиновых шин, являются канцерогенными. К ним, в частности, относятся активаторы и ускорители вулканизации, ароматические мягчители, мономеры каучуков, бензопирены и N-нитрозамины, которые в процессе переработки и вулканизации резины образуют с техническим углеродом токсичные и опасные для здоровья химические соединения. При эксплуатации шин эти вещества выделяются в атмосферу.The increasing environmental requirements for indoor outdoor vehicles are driving new tire requirements. Rubber tires made from a mixture of rubber and carbon black (soot) wear out intensively at high loads, and abrasion products, together with dust, rise into the air and enter the human body. For this reason, rubber tires containing carbon black must not be used indoors. In addition, many substances in rubber tire formulations are carcinogenic. These include, in particular, vulcanization activators and accelerators, aromatic softeners, rubber monomers, benzopyrenes and N-nitrosamines, which, during processing and vulcanization of rubber, form toxic and hazardous chemical compounds with carbon black. During tire operation, these substances are released into the atmosphere.

В настоящее время в мировой практике для работы в помещениях в рецептуре шин технический углерод заменяют нетоксичным оксидом кремния, но такое решение приводит к снижению ресурса шин на 10…15% за счет снижения стойкости к истиранию при одновременном увеличении стоимости производства. Оптимально требованиям к экологической безопасности отвечают массивные полиуретановые шины, представляющие собой слой полиуретана, нанесенный на металлический бандаж. Такие шины обладают в 3…5 раз более высокой стойкостью к истиранию по сравнению с резиновыми шинами с наполнителем из оксида кремния. Однако такие шины имеют низкую амортизирующую способность.Currently, in world practice, for working indoors in tire formulations, carbon black is replaced with non-toxic silicon oxide, but this solution leads to a reduction in tire life by 10 ... 15% due to a decrease in abrasion resistance while increasing production costs. Massive polyurethane tires, which are a layer of polyurethane applied to a metal bandage, optimally meet environmental safety requirements. Such tires have 3 ... 5 times higher abrasion resistance compared to rubber tires filled with silicon oxide. However, such tires have low cushioning ability.

В настоящее время ни резиновые пневматические, ни массивные резиновые или полиуретановые шины для складской и погрузочно-разгрузочной техники не соответствуют совокупности предъявляемых к ним санитарно-гигиенических и эксплуатационных требований.Currently, neither pneumatic rubber nor massive rubber or polyurethane tires for warehouse and handling equipment meet the set of sanitary and hygienic and operational requirements.

Целью разработки является устранение недостатков принятой за прототип пневматической резиновой шины, заключающихся в ее уязвимости с точки зрения прорезов и проколов при одновременном нарушении экологических требований для напольного транспорта.The aim of the development is to eliminate the shortcomings of the pneumatic rubber tire adopted for the prototype, which consist in its vulnerability in terms of cuts and punctures while violating the environmental requirements for floor transport.

Указанная цель достигается тем, что образующая шину кольцеобразная оболочка вращения с амортизирующей полостью выполнена из полиуретана, при этом дополнительно имеются расположенные в амортизирующей полости соединенные между собой полые сферические элементы, причем поверхность амортизирующей полости соединена с поверхностями прилегающих к ней поверхностей полых сферических элементов, опорные поверхности боковин соединены между собой связанным с ними армированным полиуретановым кольцом, при этом наружная поверхность армированного полиуретанового кольца, находящаяся между боковинами, соединена с поверхностями прилегающих к ней поверхностей полых сферических элементов.This goal is achieved by the fact that the ring-shaped rotation sheath forming the tire with the shock-absorbing cavity is made of polyurethane, while additionally there are hollow spherical elements located in the shock-absorbing cavity, the surface of the shock-absorbing cavity being connected to the surfaces of the adjacent surfaces of the hollow spherical elements, supporting surfaces sidewalls are interconnected by a reinforced polyurethane ring connected to them, while the outer surface is reinforced of polyurethane rings, located between the sidewalls, coupled with surfaces adjacent surfaces of hollow spherical elements.

Устройство полиуретановой пневматической шины показано на фигуре.The device of a polyurethane pneumatic tire is shown in the figure.

При реализации цели создания полезной модели полиуретановая пневматическая шина, показанная на фигуре, содержит кольцеобразную оболочку вращения с протекторной частью 1 и боковинами 2 с расположенной между ними амортизирующей полостью. Внутри амортизирующей полости имеются соединенные между собой полые сферические элементы 3. При этом поверхность амортизирующей полости (внутренние поверхности протекторной части 1 и боковин 2 соединена с поверхностями прилегающих к ней поверхностей полых сферических элементов 3. Опорные поверхности 4 боковин 2 соединены между собой связанным с ними армированным полиуретановым кольцом 5, при этом наружная поверхность 6 армированного полиуретанового кольца 5, находящаяся между боковинами 2, соединена с поверхностями прилегающих к ней поверхностей полых сферических элементов 3.When realizing the goal of creating a utility model, the polyurethane pneumatic tire shown in the figure contains an annular rotation sheath with a tread part 1 and sidewalls 2 with a shock-absorbing cavity located between them. Inside the shock-absorbing cavity there are interconnected hollow spherical elements 3. The surface of the shock-absorbing cavity (the inner surfaces of the tread part 1 and the sidewalls 2 is connected to the surfaces of the adjacent surfaces of the hollow spherical elements 3. The supporting surfaces 4 of the sidewalls 2 are interconnected by a reinforced a polyurethane ring 5, while the outer surface 6 of the reinforced polyurethane ring 5, located between the sidewalls 2, is connected to the surfaces adjacent to it rhnostey hollow spherical elements 3.

Показанная на фигуре полиуретановая шина с заполняющими амортизирующую полость и связанными с ее внутренними стенками заполненными газом под давлением полыми сферическими элементами, взаимосвязанными между собой, представляет собой единый массив, сплошной снаружи и содержащий сферические газонаполненные амортизирующие объемы внутри. Монолитность шины обеспечена путем наличия между поверхностями полых сферических элементов 3 и сопрягаемыми с их поверхностями внутренними поверхностями протекторной части 1, боковин 2 и наружной поверхностью армированного полиуретанового кольца 5 сплошной связи, сформированной при полимеризации полиуретана, а также сплошной связью между полыми сферическими элементами 3, также сформированной при полимеризации полиуретана. При этом несущая способность шины, показанной на фигуре, определяется не давлением газа в шине и ее силовым каркасом, а упругостью взаимосвязанных полых сферических элементов 3, заполненных газом под давлением. После полимеризации массива взаимосвязанных полых сферических элементов 3 указанный массив представляет собой эластичную ячеистую структуру, по своей несущей способности значительно превосходящую многослойный каркас. При этом в протекторной части шины можно исключить использование брекера, так как ячеистая структура наполнителя увеличивает живучесть шины при проколах и порезах до характеристик массивной шины.The polyurethane tire shown in the figure with a spherical cavity filling the cushioning cavity and connected with its inner walls by pressure gas hollow spherical elements interconnected among themselves is a single array, continuous on the outside and containing spherical gas-filled shock-absorbing volumes inside. The solidity of the tire is ensured by the presence between the surfaces of the hollow spherical elements 3 and the inner surfaces of the tread part 1, the sidewalls 2 and the outer surface of the reinforced polyurethane ring 5 of continuous bond mating during polymerization of the polyurethane, as well as the continuous bond between the hollow spherical elements 3, also formed by polymerization of polyurethane. In this case, the bearing capacity of the tire shown in the figure is determined not by the gas pressure in the tire and its power cage, but by the elasticity of the interconnected hollow spherical elements 3 filled with gas under pressure. After polymerization of an array of interconnected hollow spherical elements 3, this array is an elastic cellular structure, in its bearing capacity significantly superior to the multilayer frame. In this case, the use of a breaker can be eliminated in the tread part of the tire, since the cellular structure of the filler increases the survivability of the tire during punctures and cuts to the characteristics of a massive tire.

Последовательность изготовления полиуретановой шины с амортизирующей полостью, заполненной полыми сферическими элементами заключается в следующем.The sequence of manufacturing a polyurethane tire with a shock-absorbing cavity filled with hollow spherical elements is as follows.

Первым этапом изготовления шины является изготовление элемента для заполнения амортизирующей полости. Для этого пресс-форму, имитирующую амортизирующую полость шины с заранее установленным армированным полиуретановым кольцом, заполняют полыми сферическими элементами. Следует отметить, что в качестве полых сферических элементов могут быть использованы, например, полые микросферы (диаметр от 10 мкм до 2 мм) или высокопрочные полые макросферы марок ЭМС-180, ЭМС-220, ЭМС-300, ЭМС-350 (диаметр от 5 до 20 мм с толщиной стенок от 0,3 до 1,5 мм), изготавливаемые Научно-производственным предприятием ЗАО «Аквасинт» им. Академика В.А. Телегина [5]. Диаметр полых сферических элементов и толщина их стенок выбираются в зависимости от размеров шины, прогнозируемой нагрузки и условий эксплуатации. После этого пресс-форма смыкается и в нее под давлением подается полиуретановая масса, заполняющая пресс-форму и промежутки между полыми сферическими элементами. Температуру в пресс-форме поднимают и происходит процесс полимеризации полиуретана. В результате изготавливается эластичный кольцеобразный наполнитель, содержащий газонаполненные полые сферические элементы и связанный с армированным полиуретановым кольцом.The first step in the manufacture of a tire is the manufacture of an element for filling a shock-absorbing cavity. For this, a mold that simulates a shock-absorbing cavity of a tire with a pre-installed reinforced polyurethane ring is filled with hollow spherical elements. It should be noted that as hollow spherical elements can be used, for example, hollow microspheres (diameter from 10 μm to 2 mm) or high-strength hollow macrospheres of the grades EMC-180, EMC-220, EMC-300, EMC-350 (diameter from 5 up to 20 mm with wall thickness from 0.3 to 1.5 mm), manufactured by the Scientific and Production Enterprise CJSC Aquasint them. Academician V.A. Telegin [5]. The diameter of the hollow spherical elements and the thickness of their walls are selected depending on the size of the tire, the predicted load and operating conditions. After that, the mold closes and a polyurethane mass is injected into it under pressure, filling the mold and the gaps between the hollow spherical elements. The temperature in the mold is raised and the polyurethane polymerization process takes place. As a result, an elastic annular filler is produced containing gas-filled hollow spherical elements and connected with a reinforced polyurethane ring.

Полученное изделие размещается внутри следующей пресс-формы, внутренние размеры которой соответствуют наружным размерам шины. В пресс-форму под давлением подается полиуретан. При прогреве пресс-формы происходит процесс полимеризации полиуретана и его жесткое соединение с кольцеобразным наполнителем. После снятия давления и разборки (разъединения) половин пресс-формы формируется наружная кольцеобразная оболочка вращения с входящими в ее состав покровными деталями в виде соединенных между собой протекторной части и боковин. При этом боковины жестко связаны с армированным полиуретановым кольцом, внутренняя поверхность которого образует посадочную часть шины. Полученное изделие представляет собой единый кольцеобразный массив, средняя часть которого представляет совокупность связанных между собой газонаполненных под давлением полых сферических элементов. Амортизирующие свойства такой шины основаны на упругости сжатого воздуха или газа и эластичности полиуретана и, как показывают исследования, по своим характеристикам приближаются к аналогичным характеристикам пневматической шины.The resulting product is placed inside the next mold, the inner dimensions of which correspond to the outer dimensions of the tire. Polyurethane is fed into the mold under pressure. When the mold is heated, the polymerization process of polyurethane and its rigid connection with an annular filler takes place. After depressurization and disassembly (separation) of the mold halves, an outer ring-shaped shell of revolution is formed with its integumentary parts in the form of interconnected tread parts and sidewalls. In this case, the sidewalls are rigidly connected with a reinforced polyurethane ring, the inner surface of which forms the landing part of the tire. The resulting product is a single annular array, the middle part of which is a combination of interconnected gas-filled under pressure hollow spherical elements. The shock-absorbing properties of such a tire are based on the elasticity of compressed air or gas and the elasticity of polyurethane and, as studies show, in their characteristics come close to similar characteristics of a pneumatic tire.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВLIST OF USED SOURCES

ГОСТ 22374-77. Шины пневматические. Конструкция. Термины и определения.GOST 22374-77. Tires are pneumatic. Design. Terms and Definitions.

1. ГОСТ 28630-90. Шины массивные. Термины и определения.1. GOST 28630-90. The tires are massive. Terms and Definitions.

2. ГОСТ 5883-89. Шины массивные резиновые. Технические условия.2. GOST 5883-89. Massive rubber tires. Technical conditions

3. Савосин B.C., Бограчев М.Л. Массивные шины. М.: Химия, 1981.3. Savosin B.C., Bograchev M.L. Massive tires. M .: Chemistry, 1981.

4. Сферические наполнители и композиционные материалы на их основе, г. Владимир: НПП ЗАО «Аквасинт» им. Академика В.А. Телегина. 2010.4. Spherical fillers and composite materials based on them, Vladimir: NPP ZAO Aquasint them. Academician V.A. Telegin. 2010.

Claims

1. A pneumatic tire containing an annular rotation sheath with a tread portion and sidewalls forming a shock absorbing cavity, characterized in that there are further hollow spherical elements located in the shock-absorbing cavity, interconnected, and the surface of the shock-absorbing cavity connected to the surfaces of the adjacent hollow spherical surfaces elements, the supporting surfaces of the sidewalls are interconnected by a reinforced polyurethane ring connected to them, while the outer surface be reinforced polyurethane rings, located between the sidewalls, coupled with surfaces adjacent surfaces of hollow spherical elements, moreover said connection and connections are achieved by the polyurethane polymerization.

2. The tire according to claim 1, characterized in that the tread portion and sidewalls do not contain a breaker and cord fabric.

3. The tire according to claim 1 or 2, characterized in that between the hollow spherical elements, as well as between the inner surfaces of the shock-absorbing cavity and the adjacent surfaces of the hollow spherical elements, as well as between the outer surface of the reinforced polyurethane ring and the supporting surfaces of the sidewalls in contact with it , as well as hollow spherical elements, a composition is applied to improve the adhesion of the mating surfaces.