CN101155699B - 用于锁定车辆轮毂上的装配环的系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于锁定车辆轮毂上装配环的系统，所述装配环被设计成在用于将所述轮胎装配于所述车辆轮毂上组件中支撑轮胎胎边。本发明的特征在于所述锁定系统包括锁紧环和聚合物插件。

Description

用于锁定车辆轮毂上的装配环的系统

本发明涉及一种用于装配在车辆轮毂上的环的锁定系统，所述装配环用于支撑轮胎的胎边，所述轮胎特别是“无内胎”轮胎，也就是没有独立气腔的轮胎。

此处所说的装配组件特别用于如推土机或工程机械的重型车辆，如那些用于矿山的车辆。

从轮缘方面考虑，运行部分(running gear)的传统实施方案分为两类。可以做成带有所知的深底轮缘(drop-centre rim)，其具有圆锥形的胎边座(bead seats)，该胎边座相对于组件的旋转轴线具有5°或15°的倾斜角；或者做成带有平底的或事实上是平底的轮缘，其具有的胎边座相对于旋转轴线的倾斜可以是0°也可以是5°。

深底轮缘具有直径显著小于轮缘的名义直径的装配槽。用户认为该轮缘的内部直径太小，因为该内部直径不允许选用例如这样的制动鼓，该制动鼓具有的尺寸使它适于对由于其重量而不断提升其动力的车辆进行有效的制动。

结果，所述轮缘通常用于装配和工作在例如客车轮胎和/或重型货车轮胎中，总体而言，对其它类型车辆，如推土机和工程机械，用的还很少。

为了安装轮胎，特别是无内胎轮胎，平底轮缘至少需要一个可拆装侧环、锁紧环和密封圈，显然轮缘底部在与可拆装零件相对的一边需要一个固定凸缘。这是因为车轮和轮胎的尺寸，特别是较低部位的硬度，使得必须将所述车轮分为多个部件生产以使轮胎安装于轮缘。所以，有必要至少分为三个部件。多数情况下，所需部件数量远大于三，有时对于大尺寸轮胎而言会有六个部件，还不包括那些用于将车轮安装到车辆上的部件。除了密封圈由橡胶制成，车轮轮缘的部件都由金属制成，又重又大，很难搬运。所以，安装和拆卸大的或很大的轮胎很困难也很费时。安装和/或拆卸装有这样轮胎的车轮，需要花相当长的时间去安置车辆或设备，所以会对在这些车辆的使用中所期望的生产率产生不利的影响。

专利申请WO 00/71365描述了使轮胎安装简化的技术，这些轮胎被直接安装于轮毂上，从而该轮毂起到轮缘的作用。独立的装配环起到胎边座的作用，并且被锁紧环固定就位，该锁紧环可以被固定到轮毂上上述固定到轮毂上具体是通过使用互补轮廓而实现的。依靠此技术，锁紧环由被硫化橡胶制成，该硫化橡胶被一个加强环所增强，并且覆盖在该加强环上，该加强环周向具有弹性而径向能抗压。

此技术有利是因为它使得取消安装轮缘和将车轮安装于车辆的阶段成为可能，通过装配环与锁紧环直接将轮胎装配于轮毂上。而且，由于元件数量减少很多，搬运这些元件的阶段得以简化。

对此类技术的测试显示，锁紧环除了作为锁紧系统所具有的功能外，还参与制动与驱动力的传递，承担着使其损耗的载荷。位于锁紧环表面的是复合橡胶，目的是使其具有弹性并控制摩擦系数，特别是在车轮轮毂与锁紧环之间的摩擦系数，所以使用时，其一方面与轮毂接触另一方面与装配环接触的外部受到磨损，所述二者都由金属制成。这种磨损导致每次替换轮胎时都需要替换锁紧环。由于由包着抗压的环形加强元件的复合橡胶制成的该元件的复杂特性，以及需要定期替换该元件，增加了用户必须负担的费用。

因此发明人决定改进在文件WO 00/71365中所揭示的技术，具体地说，是要限制操作与维护此技术的相关费用。

根据本发明，通过对在车辆的轮毂上进行装配的环使用一种锁紧系统，上述目标已经实现，所述装配环用以在一个组件中支撑轮胎胎边，所述组件用以将所述轮胎装配于所述车辆的轮毂，所述锁紧系统包括锁紧环和聚合物插件，该聚合物插件用于设置在轮毂与锁紧环之间。

聚合物插件应该被理解为这样的插件，该插件基本上包括，具体地说，对于大多数部分而言，至少一种聚合复合体。

有利地，聚合复合体为包含硫化橡胶的复合体，也就是说是弹性体、增强填充物和添加剂的混合物，以上都是公知的，然后在一定温度下进行的硫化。

有利地，聚合物插件具有这样一个正切弹性模量，相对延长10％时至少1MPa，具体地说，该模量使其能够更为容易地设置在轮毂上。

在其研究过程中，发明人已经证明，在轮毂和轮胎之间扭矩传递局限性可以归因于轮毂与装配环的锁紧系统之间的滑动。具体地说，减小材料摩擦系数的研究已经显示，观察到的滑动主要是在锁紧环与轮毂之间的接触点处。具体地说，该效应可以由轮毂与锁紧环之间接触区域的平均半径小于锁紧环与装配环之间的平均半径来解释。这种平均半径的差异和接触区域的差异，以及不同扭矩传递区域之间摩擦表面的差异，依照本发明可以通过选择合适的摩擦系数来补偿，并且具体是通过在轮毂与锁紧环之间使用聚合物插件来补偿。

根据本发明生产的锁紧系统使得可以具体是在替换轮胎的过程中同时替换与每个锁紧环相关的聚合物插件，该聚合物插件可能被损坏，然而锁紧环却可以投入新的使用中。

根据本发明的一个优选实施方案，锁紧环由不可压缩材料制成。

一种所谓的不可压缩或径向抗压的环，必须被理解为：在该环的横向截面中的最大径向尺寸，也就是说，在所述截面轮廓上的两点之间且位于轮缘旋转轴线的法向上的最长径向距离，在负载情况下，最多减小2％。例如，该环可以是金属环。

可以推测，不可压缩锁紧环的使用能够贯穿车辆的使用期限。

有利地，锁紧环周向具有弹性。一种所谓周向具有弹性的环必须被理解为在50daN载荷下，其圆周扩展可以延长至少3％，在载荷去除后回复其初始状态。因此，该锁紧环可以使将其安装于装配组件中的处理得以简化，同时能够夹紧聚合物插件与车辆的轮毂。

轮胎的圆周方向，或者纵向，是与轮胎的周圈对应、并由轮胎运转方向所限定的方向。

轮胎的横向或轴向平行于轮胎的旋转轴线。

径向横切于轮胎旋转轴线的方向，并且与之垂直。

轮胎的旋转轴线是指轮胎在通常使用中所围绕的轴线。

径向平面或子午线平面是包含轮胎旋转轴线的平面。

圆周子午线平面或赤道平面是与轮胎旋转轴线垂直的平面，该平面将轮胎分为两半。

根据本发明的一个有利实施方案，锁紧环包括由几个特别是相同的连接在一起的独立元件组成，形成所述环。由于独立元件可以单个单独处理，如此的实施方案特别使锁紧环的搬运与运输得到了简化。

同样有利地，当锁紧环在用于将轮胎安装于车辆轮毂的组件中就位时，每个独立元件对应于一个相应于5°至60°之间的锁紧环的弧段。将锁紧环安装于用于将轮胎安装于车辆轮毂的组件中时，锁紧环部分地容纳于在轮毂上制成的凹处。该凹处具有沿轴向向外的部分，该部分具有一斜面，该斜面具体用于传送扭矩。安装轮胎时，锁紧环的位置可以沿凹处的所述斜面沿轴向轻微变动。代表5°至60°之间的弧段的独立元件可以用这样一种纵向曲率来制造，无论所述独立元件沿在凹处的斜面的位置如何，也无论其所处的半径如何，独立元件都不会损坏聚合物插件。在某些位置，具有预定曲率的较长元件可能通过其端点压迫聚合物插件，所以，可能产生由于局部压力过高而损坏该包封膜(envelop)的风险。当独立元件由金属制成时，每个独立元件有利地代表5°至30°之间的弧段。

在本发明的一个优选实施方案中，向各独立元件提供包括具有弹性可回复力的延长装置的附加元件，用将各独立元件连接在一起。如此的实施方案使得锁紧环具有一些弹性，并使得压力围绕所述元件的整个圆周均匀地分布。

根据本发明的一种锁紧环被设计为具有至少两个壁：一个径向内壁和一个径向外壁，所述两个壁可以通过实质上与旋转轴线方向垂直的一个侧壁而被连接。该径向内壁具有与凹处或凹槽的轮廓形状相似的形状，所述凹处或凹槽形成于设备的局部的轮毂上，用以支撑所述环。当从子午线截面观察时，所述凹处可以具有任何形状，但更优选地具有这样的子午线截面：其表面呈大致三角形，该三角形具有沿轮毂的母线的一条底边，并具有两条侧边，这两条侧边与平行于旋转轴线的方向形成10°至45°之间的锐角，所述两边在与所述底边相反的端部，通过一个倒圆的顶点连接，以便减小应力集中与疲劳破裂的风险。被所述底边的倒圆顶点截短的所述三角形的准高度(quasi-height)优选介于10至45mm之间。锁紧环的径向内壁在子午线截面具有与上文描述的准三角形内部轮廓相同的轮廓。

在锁紧环径向的内部的加强环的子午线截面可以是任意的形状，只要在其子午线截面中的最大径向尺寸的大部分位于轮毂凹处的三角形截面中。术语“大部分”必须被理解为至少代表锁紧环截面中最大径向尺寸的25％的径向距离。

根据本发明一个可选实施方案，在其径向内部，锁紧环的子午线截面是多边形的，该多边形至少具有两条边，这两条边与在车辆轮毂上制成的凹处的三角形截面的两条边相平行，并且该环的子午线截面的最大径向尺寸的至少25％位于在轮毂中形成的所述凹处的三角形截面之内。

有利地，锁紧环的子午线截面中的径向外部是多边形的，该多边形具有至少一个锥度渐缩部分，该锥度渐缩部分的母线相对于旋转轴线方向可以构成一个介于15°与45°之间的角度。当安装轮胎时，所述锥度渐缩部分将面对装配环的径向内壁的锥度渐缩部分，轮胎的胎边安装于所述装配环。

为了使得移动轮胎的操作更容易，所述锁紧环有利地配备并且/或者连接于绳索或带子，例如金属的绳索或带子，当拉动所述绳索时，环从轮毂的凹处被拉出。

根据本发明的一个优选实施方案，聚合物插件与锁紧环的径向内壁延伸接触。

本发明的一个有利实施方案使得聚合物插件在锁紧环的轴向内侧壁延伸。根据此实施方案的插件通过形成所谓的“初级”密封使其可以开始充气，从而有利于通过充气实现装配环的安装。

同样有利地，聚合物插件包括其位置超出锁紧环的轴向内侧壁的径向外端的一个延伸部分。该聚合物插件的延伸部分的圆周的突起形成在充气前与装配环接触的初级密封，通过形成该“初级”密封进一步促进充气。

装配环是例如由金属制成的元件，构成轮缘座，通常是锥形(锥度渐缩形)，也可以是圆柱形，或其它形状，所述座通过一个轮缘凸缘沿轴向和径向向外延伸，选择性地，所述凸缘可以独立于该座并可从该座拆除。有利地，所述装配环具有由至少一个锥度渐缩部分构成的径向内壁，该锥度渐缩部分的母线与旋转轴线方向形成范围为在15°至45°之间的角度，而径向外壁，当从子午线截面观察时，一方面由一条锥形母线组成，该母线与旋转轴线方向形成范围在0°至16°的角度，另一方面，所述母线通过一个曲线的圆的圆弧沿轴向向外延伸，该曲线代表轮缘凸缘的轴向内侧和径向外侧轮廓。在所有情况下，所述曲线有利地位于一条直线的一个线段的径向外侧和轴向内侧，所述线段连接所述曲线与上文提到的锥形母线的交叉部分的点和位于所述曲线上离旋转轴线最远的点。因此，所述曲线可以形成于与连接锥形母线和曲线的圆弧相切的圆的圆弧相切的圆的圆弧上。也可以形成于与旋转轴线垂直或者不垂直的直线的线段上，与上述连接弧的内侧径向相切，并且与第二圆弧的轴向外侧径向相切，以获得所期望的曲线。装配环可以独立于轮胎，并且更具体地说，独立于所述轮胎的胎边。为了方便并加快装配和拆卸操作，以及各种必要的处理操作，带有座和凸缘的装配环形成轮胎的一个完整的部分，就如同胎边钢丝；所述环可以通过压力装配而不可拆卸地固定于轮胎的胎边。此原理在申请人公司的专利FR 2 087 770中有描述。

无论是否将其固定于轮胎的胎边，考虑到使必须安装的元件更容易处理，装配环的轴向内部部分中有利地装备一种上举系统，例如具有气囊的那种类型的，这使得轮毂与环的径向内部之间在安装操作过程中形成并保持周向恒定间隙，因此极大地提高轴向运动的范围。所述5至20mm的间隙还有一个目的是：无需粘合，通过视觉就可以在轮毂上将轮胎/装配环组件加以接合。本发明另一用于方便装配环的安装、以及锁紧环和/或轮胎的安装的可选实施方案，预先考虑轮毂的直径变化。通过此可选实施方案，轮毂与环和/或轮胎胎边的径向内部径向距离在那些不要求接触的轴向区域会增大，所述轴向区域也就是在那些没有用来支撑锁紧环的凹处的区域。

通过参考图1至4在下文中给出的本发明的例示性实施方案的描述，本发明的其它细节与优点将变得更显明，附图中：

图1：根据本发明用于将轮胎装配于轮毂的组件的子午线截面示意图；

图2：根据本发明锁紧系统的子午线截面示意图；

图3：根据本发明实施方案的锁紧环部分的圆周部分示意图；

图4：用于连接两个独立元件的元件可选实施方案的圆周部分示意图。

为了易于理解，图没有按比例画出。

图1示出了将安装于建筑设备的一个局部的大轮胎的胎边1。所述胎边1主要通过胎边钢丝2加强，该胎边钢丝的周围是图1中未示出的所述轮胎的径向胎体，所述径向胎体围绕着所述胎边钢丝以将其固定。胎边1具有径向内壁和轴向的外壁，所述内壁和外壁的尺寸设计适合安装在由包含母线310的锥形座31构成的装配环3上，当从子午线截面观察时，所述母线与旋转轴线方向形成大约5°的角度，该母线通过轮缘凸缘32的壁320沿轴向向外延伸，所述壁320与旋转轴线方向垂直，并且在其轴向和径向外侧截止于一个倒圆部分321。至于锥形装配环3的径向内壁，由用于坐置在轮毂4的圆柱形表面上的大体圆柱形的第一部分311，以及用于与锁紧环5的径向外壁51接触的第二部分312所构成，所述壁51的形状与壁312的形状互补。因此，所述锁紧环5具有将与装配环3的径向内表面312接触的径向外表面51，以及一个径向内表面，该径向内表面由两条母线52、53构成，锁紧环插入轮毂4的凹处6，所述凹处6的形状与由锁紧环5的两条母线52、53形成的表面互补。在装配后，所述两条母线52、53借由聚合物插件7与在轮毂4上制成的凹处6的两条锥形母线61、62相抵靠。凹处6的母线61、62，与轮毂4的圆柱形母线41的延长线形成具有两个侧边61、62和一个充分的轴向宽度的底边的三角形，至少三分之一的锁紧环5位于所述的三角形中，因此，所述凹处6的形状与锁紧环的径向内侧和外侧的形状相配合，提供足够的轴向保持力，以在各种运行条件下固定所述环5。

图2示出了锁紧系统20由锁紧环25和聚合物插件27两个构件组成。环形的聚合物插件27被插入轮毂24中为此用途提供的凹处26与锁紧环25之间。

图2所示的情形，插件27设有压在轮毂24的圆柱部分上的部分28，该部分使得所述插件27定位正确。为了更容易使装配环23得以通过，插件27的部分28还具有圆锥形的轴向内端。

插件27还包括定位端29，该定位端29径向延伸至与锁紧环25的轴向内壁接触的插件27的那个部分的径向外侧。在安装装配环23之前，插件27的该端有利地位于由虚线区域29’所表示的位置。插件27的该端的位置29’使得能够形成与装配环23接触的“初级”密封，以便开始对装配组件进行充气。该端的位置29在充气过程中获得，此时装配环压在所述插件27上。

在轴向内部区域30，锁紧环与装配环也可以具有补充形状，以能够提供一种轴向止挡功能，用于防止装配环在锁紧环上向外移动。该止挡功能也使得能够限制在区域30中插件27的受压。可以与锁紧环的轴向向外扩展相结合的该止挡作用还可以帮助控制装配环沿径向和轴向方向的定位，尤其可以防止在车轮周向上定位的不统一所带来的任何风险。

图3示出了锁紧部分，更具体地说，该锁紧部分由两个独立元件33、34构成，所述各元件由连接元件35连接。

锁紧环有利地包括几个优选是相同的、连接在一起形成加强环的独立元件33、34的集合。特别地，该实施方案使锁紧环的搬运和运输得以简化。当在车辆上安装轮胎时，独立元件33、34在现场进行组装。因此，锁紧环的搬运和运输得以简化。

当锁紧环在用于将轮胎装配于车辆轮毂的组件中就位时，独立元件33、34分别对应于在锁紧环上介于5°于60°之间的弧段(sector)。当在轮毂上安装轮胎时，独立元件33、34的小尺寸可以避免任何损坏聚合物插件7、27的风险。这是因为，特别是在安装轮胎时，局部地配合于轮毂凹处6的锁紧环5、25，必须移动越过所述具有斜面的凹处6的轴向外侧部分。因此，当轮胎安装时，锁紧环5、25的位置沿着凹处的所述斜面在轴向变化，并且从而具有变化的径向位置。对应于5°与60°之间的弧段的独立元件以这样一种纵向曲率来制造：无论其沿凹处斜面的位置如何，独立元件也无论其所在的曲率的半径如何，所述独立元件均不会损坏聚合物插件。由于金属柔韧性低，当独立元件由金属制成时，其有利地对应于小于30°的弧段。独立元件的长度，也就是其对应的弧段的长度，将根据所用材料的特性来确定。无论用于制造独立元件的材料具有什么样的特性，这些元件都可以具有轴向定向的窄切口，以使所述独立元件在半径方向更柔韧，并因此将损坏聚合包封膜的风险降至最小。

将独立元件33、34连接在一起的连接元件35具有延长装置，该延长装置具备弹性回复力。图3中，元件35以构件的方式形成，优选地以金属构件的方式形成，在点36、36’处分别与两边的元件33、34相固定。连接方式可以是为该领域技术人员所知的任何方式。有利地，元件35在元件33、34上分别插入为此目的设置于其尾端的凹处37、37’。元件35进一步包括具有弹性回复力的延长系统38。例如，如图3描述的系统38，利用可在圆周方向移动的移动部分39来制造，该移动部分39与连接点36’相连。该部分39的移动使得可以延长元件33、34之间的距离，该移动进而与锁紧环5、25沿圆周的延长相对应。当其移动时，移动元件39压缩可产生弹性回复力的弹簧40，并因此赋予所述锁紧环的轴向延长以弹性。

如图3那样，图4示出了也是位于圆周截面中的锁紧环部分，更具体地说，是其包括的两个元件33’、34’，所述两个元件通过一个连接元件35’连接。连接元件35’包括具有弹性回复力的延长装置，具体地说，它包括缆线41、41’、41”，优选为金属缆线，以及固定缆线的元件42、43、42’、43’和用于对各个元件33’、34’中的安装元件加以止挡的止挡装置44、45、44’、45’。有利地，为了在锁紧环沿圆周延伸时提供回复力，弹簧46、46’位于固定元件43、43’和止挡装置45、45’之间。缆线固定元件42、43、42’、43’例如是盘绕在缆线上的。止挡装置44、45、44’、45’是为本领域技术人员所熟知的元件，并且优选是从各个元件33’、34’的外部引入的；这些止挡装置具有这样的形状，该形状可以对缆线固定元件42、43、42’、43’加以固定，同时不会阻塞线缆41、41’、41”的通道。各个元件33’、34’具有在圆周方向穿过所述元件的管道，该管道具有例如圆形截面，并具有与固定元件43、43’相同的直径，如图4所示。

无论连接元件35、35’以何种方式呈现，例如通过图3和图4所示的方式，都可以使用相同类型的固定元件来将所有独立元件连接在一起以形成锁紧环。然而，根据特定的实施形式，本发明预期：最终的连接，也就是在说在装入连续的环形元件中的两个独立元件之间的最终组件，可以通过使用可以不包括任何具有任何弹性回复力的延长装置的简化的连接元件而获得，该元件可以是，例如，这样一种支架类型的机械构件，该机械构件插入在最后连接的两个独立元件的每一端部中为该机械构件而设置的槽中，从而形成锁紧环。

由于独立元件33、34的尺寸小，由于它们有利地被选择为相同的这一事实、并且由于它们由相同的(具体表现为相同回复力)的连接元件35、35’连接，使得可以在轮毂上获得均匀的压力分布，并且从而在一方面使轮胎在轮毂上的安装得以优化，另一方面，优化了轮胎的运行特性，特别是对于扭矩传递而言。

通过具体结合例示性实施方案而描述的本发明不应被理解为局限于这些例示性实施方案。组成用于安装轮胎的组件的各个元件可以通过不同方式呈现而仍属于本发明的范围。

例如，轮毂可以具有直径大于其平均尺寸的区域，例如用于为制动装置预留空间。该大直径可以有利地位于轮胎的轴向内侧胎边的安装区域的下方。用于与轮胎的每个胎边相关联的装配环、可能还包括锁紧环，可以具有不同的子午线截面；还必须理解的是，容纳轮胎的各胎边的区域优选地对于两个装配环而言保持相似，从而使轮胎保持其传统特性，具体地说，是轮胎设计的对称性。

Claims (11)

1.一种锁紧系统，用于在车辆的轮毂上装配的装配环，所述装配环用于在用来将轮胎安装于车辆的所述轮毂的组件中支撑轮胎胎边，所述轮毂具有凹处，其特征在于，所述锁紧系统包括锁紧环和聚合物插件，所述锁紧环部分地容纳于所述轮毂上制成的所述凹处，所述聚合物插件设置在所述轮毂与锁紧环之间。

2.如权利要求1所述的锁紧系统，其特征在于，锁紧环由不可压缩材料制成。

3.如权利要求2所述的锁紧系统，其特征在于，锁紧环由金属制成。

4.如权利要求1至3中任一项所述的锁紧系统，其特征在于，聚合物插件至少与锁紧环径向内壁延伸接触。

5.如权利要求4所述的锁紧系统，其特征在于，聚合物插件沿锁紧环的轴向内侧壁延伸。

6.如权利要求5所述的锁紧系统，其特征在于，聚合物插件包括其位置超出锁紧环的轴向内侧壁的径向外端的延伸部分。

7.如权利要求1所述的锁紧系统，其特征在于，锁紧环包括几个独立元件，这些独立元件连接在一起以形成所述锁紧环。

8.如权利要求7所述的锁紧系统，其特征在于，当锁紧环在用于将轮胎安装于车辆轮毂的组件中就位时，每个独立元件对应于一个位于5°至60°之间的锁紧环的弧段。

9.如权利要求7所述的锁紧系统，其特征在于，各独立元件由包括带有弹性回复力的延长装置的附加元件连接在一起。

10.如权利要求7所述的锁紧系统，其特征在于，在其径向内部，锁紧环的子午线截面是多边形的，该多边形至少具有两条边，这两条边与在车辆轮毂上制成的凹处的三角形截面的两条边相平行，并且该锁紧环的子午线截面的最大半径尺寸的至少25％位于在轮毂中形成的所述凹处的三角形截面之内。

11.如权利要求10所述的锁紧系统，其特征在于，锁紧环的子午线截面中的径向外部是多边形的，该多边形具有至少一个锥度渐缩部分，该锥度渐缩部分的母线相对于旋转轴线方向构成一个介于15°与45°之间的角度。

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