CN101588931A - 重型车辆的轮胎 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于重型车辆的轮胎，其具有径向胎体加强件，具有大于1000mm的外部半径R，包括径向设置在胎体加强件(5)和胎面(4)之间的胎冠加强件，所述胎冠加强件由径向邻近胎面的至少一个防护胎冠加强件(6，7)构成。根据本发明，轮胎包括一个复合体(8)，其由至少一个聚合体混合物层(11)构成，聚合体混合物层轴向宽度小于工作胎冠加强件的宽度，且其厚度大于16mm，所述复合体(8)的弹性模量具有径向梯度，最低弹性模量大于15MPa。

Description

重型车辆的轮胎

技术领域

本发明涉及一种用于重型民用工程类车辆或机械的轮胎，所述轮胎包括由胎面径向覆盖的至少一个径向胎体加强件、并具有大于18英寸的轴向宽度。

尽管不局限于这类应用，本发明将参照用于在矿山工作的装载机类车辆的轮胎来进行详细描述，这些轮胎具有大于18英寸的轴向宽度。此类装载机用于矿山以装满倾卸类车辆的可翻车厢。

背景技术

轮胎尤其是用于民用工程机械的轮胎的加强部件或加强件当前通常采用由习惯称为“胎体帘布层”、“胎冠帘布层”等的一层或多层构成的叠件形式。这些用于加强部件的名称起源于生产过程，其包括制造呈帘布层形式的一系列半成品，该帘布层通常包含被用来装配或堆叠制造未完成的轮胎的纵向加强帘线。这些帘布层制造为扁平的、大尺寸的、且切割为适合特定产品的尺寸。这些帘布层起初装配为实际扁平的形状。未完成的轮胎然后被成形得到典型的环形的轮胎形状。通常认为是成品的半成品被施加到未完成的轮胎上以得到准备用于硫化的产品。

此类“传统”的方法，尤其是在制造未完成的轮胎的阶段，包括使用锚固部件(通常为胎圈芯)以将胎体加强件锚定或固定在轮胎的胎圈区域。因此，对于此类方法，形成胎体加强件的所有帘布层(或仅仅一些)的一部分绕放置在轮胎胎圈内的胎圈芯卷起。这样将胎体加强件锚固在胎圈内。

尽管这些帘布层的构造和装配的方式存在无数的变化，工业上普遍采用这种传统的方法导致本领域技术人员基于此方法使用词汇。因此，通常可接受的术语、特别是包括术语“帘布层”、“胎体”、“胎圈芯”、和“成形”用来指的是从扁平轮廓到环形轮廓的转变等等。

现在存在的轮胎严格来说没有上述定义的“帘布层”或“胎圈芯”。例如，文献EP0582196公开了没有帘布层形式的半成品帮助制造的轮胎。例如，不同加强结构的加强件直接施加到邻近的橡胶混合物层，然后整个通过连续的帘布层施加到环形芯，其形状在制造过程中直接产生接近轮胎最终轮廓的轮廓。因此，在此类轮胎中没有“半成品”产品或“帘布层”或“胎圈芯”。诸如橡胶混合物和丝线或细线形式的加强件这样的基础产品被直接施加到胎芯中。由于胎芯是环形的，无需形成未完成的轮胎以将其从扁平的形状转变为环形的形状。

此外，该文献中描述的轮胎没有绕胎圈芯的“传统”的卷起的胎体帘布层。此类锚固由周向丝邻近所述侧壁加强结构放置的布置来代替，整个结构被嵌入锚固或结合橡胶混合物。

这里还有使用特别适合于快速、有效和简单地布置在中心芯上的半成品装配在环形芯上的方法。最后，可能使用组合特定的半成品混合物来制造特定的构造形状(如帘布层、胎圈芯等等)，而其他的由直接应用混合物和/或加强件制造。

在本申请中，为了在产品的制造和设计中都跟上新近的技术变化，传统术语如“胎层”(即帘布层)、“胎圈芯”等等由中性术语独立于使用的此类方法代替。因此术语“胎体类加强件”或“侧壁加强件”是在传统方法中用于胎体帘布层的加强件的很好名称，且通常应用在侧壁的相应的轮胎的加强件根据不使用半成品的方法来制造。术语“锚固区域”相同地是指以传统方式绕胎圈芯“传统地”卷起的胎体帘布层，或由周向加强件、橡胶混合物、和使用在环形芯上应用的方法形成的底部区域的邻近侧壁加固部分形成的组件。

关于用于民用工程类车辆的轮胎的通常设计，锚固在每个胎圈中的径向胎体加强件由金属加强元件构成的至少一个帘布层组成，这些加强元件在帘布层中大致相互平行。胎体加强件通常由至少两层金属加强元件的工作胎冠层组成的胎冠加强件覆盖，然而，每个金属加强元件与另一层形成交叉角并与周向方向的角度在10°到65°之间。在胎体加强件和工作胎冠帘布层之间，通常有两层加强元件，其中一层的加强元件与另一层的加强元件形成交叉角且具有不到12°的角度；加强元件的这些帘布层的宽度通常小于工作帘布层的宽度。工作帘布层的径向外侧是防护层，其加强元件的角度在10°到65°之间。胎冠加强件本身由胎面覆盖。

术语“轴向”是指平行于轮胎旋转轴线的方向，而“径向”是指与轮胎旋转轴线成直角相交的方向。轮胎的旋转轴线是轮胎正常使用时绕其旋转的轴线。

周向平面或周向切割平面是垂直于轮胎旋转轴线的平面。赤道平面或周向中面是通过将轮胎分为两半的胎面中心或顶端的周向平面。

径向平面是包含轮胎旋转轴线的平面。

轮胎的纵向或周向方向是对应于轮胎外周边的方向，由轮胎滚动的方向限定。

如上所述，用于民用工程机械的轮胎对于正常载荷和尺寸通常充气到4到10巴之间的压力。

在子午线轮胎中，特别是很大的轮胎，胎体承受很大的径向变形引起很大的偏移，特别是因为轮胎所承载的载荷。

这些轮胎的尺寸与它们承载的载荷有关系，当在载荷下滚动时会引起大约40％的轮胎变形。例如它们可在动态载荷增加的情况下承载大于50％的载荷增加，该动态载荷的增加与如装载机类的车辆的制动有关。

在额定的载荷和压力条件下，当轮胎从空载状态调整到稳定装载状态时，轮胎的变形由轮胎的径向变形或由径向高度的变化限定。

变形以相对变形的形式表示，定义为轮胎径向高度的变化与轮胎的外径和在挂钩处测量的车轮轮辋的最大直径之间差值一半的比。轮胎的外径是在额定压力空载状态静态条件下测量的。

在矿山用于装填倾卸类车辆的装载机以特殊方式使用，包括限制滚动，但操作结合前后滚动重刹，因为装载机的铲斗可在装载机制动时升起。

希望较大的生产力导致以剧烈加速和重刹偏移，因此增加了轮胎上的应力。

在不同的制动阶段发生车辆震动。除了驾驶员不舒服，如果驾驶员在进行到他的行程的下一阶段之前等待车辆稳定，也会降低生产力。这尤其趋于发生在当装载机在倾斜倒空铲斗以保证铲斗臂不会撞击可翻车厢的边缘并损坏装载机之前制动时。

发明内容

因此，本发明的目的是满足现有用户的要求并提供用于装载机类车辆的轮胎，它们能够处理正常使用条件而不会在振幅和时间方面产生额外的振动。

这一目的可根据本发明用于重型车辆的轮胎实现，其具有径向胎体加强件，具有大于1000mm的外部半径R，包括径向设置在胎体加强件与胎面之间的胎冠加强件，所述胎冠加强件由径向邻近胎面的至少一个防护胎冠加强件构成，胎冠加强件包括复合体，复合体由至少一个聚合体混合物层构成，聚合体混合物层的轴向宽度小于工作胎冠加强件宽度、且其厚度大于16mm，并且所述复合体的弹性模量具有径向梯度，最小弹性模量大于15MPa。

为了本发明的目的，复合体是几个元件的组件，几个元件可以是聚合体混合物的多个层或加强元件的多个层。

轮胎的外部半径R是在充气到额定压力安装并且空载的情况下测得的轮胎半径。

为了本发明的目的，弹性模量是多个层的弹性模量，且根据本发明在纵向方向上测量。

这里，橡胶混合物的“弹性模量”是在室温下10％变形的延伸割线模数；在适应10％变形的第一循环后读取读数：

$E_{10}=\frac{F_{10}}{S\×{\mathrm{\ϵ}}_{10}}$ 即 $E_{10}=\frac{F_{10}(1+{\mathrm{\ϵ}}_{10})}{S_0\×{\mathrm{\ϵ}}_{10}}$ 和 $E_{10}=\frac{F_{10}\×1.1}{S_0\×0.1}$ 其中ε₁₀为0.1；

其中E₁₀是10％变形的延伸割线模数；F₁₀是延伸10％的延伸力；S₀是测试样本的初始截面；S是延伸变形ε时的测试样本的截面，并且在橡胶的情况下，已知： $S=\frac{S_0}{1+\mathrm{\ϵ}};$ 和ε₁₀是10％延伸变形。橡胶复合物的弹性模量的测量根据1988年9月的AFNOR-NFT-46002标准在张紧情况下执行：额定割线模数(或表观应力，以MPa为单位)在第二次延伸(即在一个适应循环之后)成10％延伸率时测量(温度的正常条件和温度测定法根据1979年12月的AFNOR-NFT-460101标准)。

在本发明的优选实施例中，聚合体混合物层具有各向同性的弹性性能。换句话说，该聚合体混合物层在延伸的所有方向具有同样的弹性模量。

根据本发明在轮胎上执行的测试显示使用安装这些轮胎的车辆在制动过程特别观测到的振动很快减弱，这些振动的振幅也快速降低。另外观测伴随着轮胎中心区域的温度的增加，而在胎肩处的温度没有不同于常规设计的轮胎的温度。

发明者自己的解释是这些结果是由于在轮胎的中心部位(从径向截面看)存在耗散能量的高模量复合体。这种复合体的厚度和弹性模量足够在依据舒适性主观标准测试时产生显著的不同。

根据本发明定义的弹性模量的径向梯度，结合弹性模量的选择导致在轮胎和轮胎在上面滚动的地面之间轨迹形成的不同阶段所述复合体的剪切。

在本发明的优选实施例中，复合体的至少一个聚合体混合物层的厚度大于轮胎外部半径R的0.01倍。

本发明的优选实施例也具有由至少四个加强元件层径向地覆盖的复合体。

根据本发明，轮胎优选具有大于或等于40％的变形。

在本发明的优选实施例中，复合体径向设置在胎体加强件和防护胎冠加强件之间。

复合体的厚度最好小于外部半径R的0.03倍，以便留下足够的胎面厚度满足磨损和热行为的需求，特别是应用在设计成与倾翻类车辆一起工作的装载机。

在发明的一个实施例中，复合体由厚度大于轮胎外部半径R的0.01倍的聚合体混合物层和至少一个模量大于10000MPa的加强元件层构成，所述加强元件成小于12°的角度定向。

在本发明的实施例中，轮胎优选包括至少两个模量大于10000MPa的加强元件径向邻近层，所述加强元件成小于12°的角度定向，且其中一个层的加强元件与另一层的加强元件形成交叉角度。

而且优选地，根据本发明，模量大于10000MPa且成小于12°的角度定向的加强元件的径向邻近层与胎体加强件径向邻近。根据此类实施例，在其通过轨迹或接触点时，当复合体的径向最外部分延伸时，厚度大于轮胎外部半径R的0.01倍的聚合体混合物层的径向最内部分处于压缩状态。此时产生的剪切应力相当大且吸收大量的能量，帮助减弱车辆的振动。

在本发明的优选变化中，胎冠加强件进一步包括由至少两个工作胎冠层构成的工作胎冠加强件，该工作胎冠加强件与复合体径向邻近。

测试显示存在由至少两个加强元件层构成的工作胎冠加强件导致在给定层的加强元件之间的剪切消耗更大量能量；更大量能量消耗已经由在轮胎的胎冠区域的温度急剧增加得到证明。

在本发明的优选实施例中，工作胎冠加强件与具有最低模量的复合体部分径向邻近。

再优选地，工作胎冠加强件与防护胎冠加强件径向邻近。

在本发明的后面的变化中，工作层的变形在延伸方向增强，就轮胎的耐用性而言这是更好的。

在本发明的优选变化中，工作胎冠层由与周向方向成18°到60°之间角度的金属加强元件构成。

再优选地，一个工作胎冠层的加强元件与另一工作胎冠层的加强元件形成交叉角。

根据本发明还优选地，防护胎冠加强件由与周向方向成18°到60°之间角度的弹性金属加强元件的至少两个层构成。

在本发明的优选实施例中，至少一个防护胎冠层，优选地至少径向最内侧防护胎冠层，具有大于轴向最宽工作胎冠层的宽度的轴向宽度。

附图说明

本发明的其他的细节和有利特征将参考附图1和2在以下本发明具体实施例的描述中说明，其中：

-图1是本发明第一实施例的轮胎的示意图；和

-图2是本发明第二实施例的轮胎的示意图。

具体实施方式

为了便于理解，附图没有按比例示出。附图所示仅仅是轮胎的半视图，其关于XX’轴线连续对称，XX’轴线表示轮胎的周向中面或赤道面。

图1是根据本发明制造的轮胎1的径向截面的示意图。尺寸为45/65R45的轮胎1包括两个胎圈2，它们设计成将安装在车轮轮辋座上。每个胎圈2由侧壁3径向向外延伸，所述侧壁3在径向向外方向上通向所述轮胎1的胎面4。轮胎1包括胎体加强件5，胎体加强件5由金属加强元件形成的帘布层构成。

径向地包含在胎体加强件5和轮胎1的胎面4之间的胎冠加强件也包括两个防护层6、7，它们分别由宽度为245和288mm的弹性加强元件构成。

在等于断裂载荷的张力作用下显示出至少4％的相对伸长率的帘线被称为“弹性的”。

在等于10％的断裂力的张力作用下显示出不到0.2％的相对伸长率的帘线被称为“不能伸展的”。

所述两个防护胎冠层6和7的帘线相互形成一个交叉角，并在轮胎的纵向方向上分别与周向方向形成-45°和+45°的角度。

在胎体加强件5和防护胎冠加强件之间的径向位置是复合体8，复合体包括由不可伸展的加强元件构成的两个层9、10、以及由聚合体混合物构成的层11，不可伸展的加强元件相对于轮胎的纵向方向成8°角度定向，并且相互平行，以及一个层中的不可伸展的加强元件与另一个层中的不可伸展的加强元件形成交叉角。

成8°角度定向的不可伸展的加强元件构成的层9、10分别具有214和195mm的宽度。

聚合体混合物层11具有260mm的宽度和34mm的最大厚度，即，轮胎外侧半径R的0.025倍。

根据本发明以这种方法制造的轮胎在正常条件下运行的CAT992装载机类车辆上进行测试。使用的正常条件是向前然后向后行进的循环、铲斗满载或铲斗空载，后者在升起位置或在升起或降低阶段。

所得到的结果是驾驶员的主观评估，驾驶员的工作是根据有效性和舒适性分析行为。有效性是根据对任意振动减弱的必要暂停进行评估。舒适性是根据振幅或频率对车辆的震动或振动进行分析。

所得到的结果与普通轮胎得到的结果做比较，普通轮胎具有相同的特征除了复合体8的存在外。结果在两种情况下从同一驾驶员处得到，轮胎是使用在同一车辆上，且测试循环是相同的。

这种比较导致根据本发明依据舒适性和有效性有利于轮胎的分类，而无论使用条件如何，向前行进、向后行进、铲斗满载或空载、铲斗升起或移动。这些测试揭露了根据本发明图1所示的轮胎的振动的实际减弱。

图2所示为根据本发明制造的轮胎201的径向截面图。轮胎201不同于图1中的轮胎1，因为其还具有径向地置于聚合体混合物层211与防护胎冠加强件之间的两个工作胎冠层212、213。

这些工作胎冠层212、213是相对于轮胎的纵向方向成45°定向的金属加强元件构成的层，且其中一个层的金属加强元件与其中另一层的金属加强元件形成一个交叉角。

此外，径向最邻近工作加强件的防护层206的帘线与径向最远离胎体加强件的工作帘布层213的帘线形成一个交叉角。

进行上述相同的测试。结果显示图2所示轮胎的振动的减弱甚至好于图1所示轮胎。

Claims (17)

1、一种用于重型车辆的轮胎，具有径向胎体加强件，外部半径R大于1000mm，其包括径向设置在胎体加强件与胎面之间的胎冠加强件，所述胎冠加强件由径向邻近所述胎面的至少一个防护胎冠加强件构成，所述轮胎的特征在于：胎冠加强件包括至少一个聚合体混合物层构成的复合体，所述聚合体混合物层的轴向宽度小于工作胎冠加强件的宽度、且厚度大于16mm，以及所述复合体的弹性模量具有径向梯度，最低弹性模量大于15MPa。

2、如权利要求1所述的轮胎，其特征在于，聚合体混合物层具有各向同性的弹性性能。

3、如权利要求1或2所述的轮胎，其特征在于，复合体的至少一个聚合体混合物层的厚度大于轮胎外部半径R的0.01倍。

4、如权利要求1至3中任一项所述的轮胎，其特征在于，复合体由至少四个加强元件层径向地覆盖。

5、如前面任一项权利要求所述的轮胎，其特征在于，其具有大于或等于40％的变形。

6、如前面任一项权利要求所述的轮胎，其特征在于，复合体径向地设置在胎体加强件和防护胎冠加强件之间。

7、如前面任一项权利要求所述的轮胎，其特征在于，复合体由厚度大于轮胎外部半径R的0.01倍的聚合体混合物层和至少一个模量大于10000MPa的加强元件层构成，所述加强元件成小于12°的角度定向。

8、如权利要求7所述的轮胎，其特征在于，所述轮胎包括至少两个模量大于10000MPa的加强元件的径向邻近层，所述加强元件成小于12°的角度定向，且其中一层的加强元件与另一层的加强元件形成交叉角度。

9、如权利要求7或8所述的轮胎，其特征在于，模量大于10000MPa且成小于12°角度定向的加强元件的径向邻近层与胎体加强件径向邻近。

10、如前面任一项权利要求所述的轮胎，其特征在于，胎冠加强件包括由至少两个工作胎冠层构成的工作胎冠加强件，所述工作胎冠加强件与复合体径向邻近。

11、如权利要求10所述的轮胎，其特征在于，工作胎冠加强件与具有最低模量的复合体部分径向邻近。

12、如权利要求10或11所述的轮胎，其特征在于，工作胎冠加强件与防护胎冠加强件径向邻近。

13、如权利要求10至12中任一项所述的轮胎，其特征在于，工作胎冠层由与周向方向成18°到60°之间角度的金属加强元件构成。

14、如权利要求10至13中任一项所述的轮胎，其特征在于，一个工作胎冠层的加强元件与另一工作胎冠层的加强元件形成交叉角。

15、如前面任一项权利要求所述的轮胎，其特征在于，防护胎冠加强件由与周向方向成18°到60°之间角度的弹性金属加强元件的至少两个层构成。

16、如权利要求10至15中任一项所述的轮胎，其特征在于，至少一个防护胎冠层具有大于轴向最宽工作胎冠层的宽度的轴向宽度。

17、如前面任一项权利要求所述的轮胎的用途，所述轮胎用在装载机上。