CN102059924A - 重载轮胎 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及重载轮胎。具体而言，描述了一种适用于过度装载状态的充气轮胎构造。该轮胎包括：胎圈部分，其还具有在胎圈芯的径向外侧延伸的三角胶条；以及定位成邻近所述胎圈包布的第一上翻衬垫；以及定位成邻近所述第一上翻衬垫的第二上翻衬垫，其中，第一上翻衬垫所具有的G′小于第二上翻衬垫的G′。作为备选，第一上翻衬垫可定位成轮辋凸缘，而第二上翻衬垫可定位在第一衬垫的轴向内侧。第二上翻衬垫优选为比第一上翻衬垫更厚且更长。

Description

重载轮胎
技术领域
本发明涉及例如通常在土方设备、飞行器和农用轮胎上使用的重载充气轮胎。
背景技术
本发明关于减小在重载车辆中使用的子午线构造的大型重载轮胎或越野轮胎(OTR)中的轮辋磨蚀。典型的子午线OTR构造的下侧壁由围绕胎圈和胎根加强层(chipper)加强件的帘布层构成，这些加强件限制帘布层的周向变形。在重载情况下，轮胎的下侧壁在轮辋凸缘上弯曲，且帘布层加强件沿圆周方向旋转。严重变形会导致轮辋凸缘区域附近的上翻部(turnup)中的高帘布层帘线压缩，以及上翻衬垫(turn-up pad)中的高平面内剪切应变。变形还会导致胎圈包布(chafer)抵靠轮辋凸缘的摩擦，从而导致轮胎和轮辋两者的磨损。磨蚀可通过在下侧壁中使用加强件来最大限度地减小，但这种减小不是十分显著。因此，希望有一种改进的轮胎设计来减小轮胎抵靠轮辋的磨蚀。
发明内容
定义
轮胎的″高宽比″是指其截面高度(SH)与其截面宽度(SW)之比；
″轴向″和″轴向地″是指平行于轮胎旋转轴线的直线或方向；
″胎圈″是指包括环形抗拉构件的轮胎部分，该环形抗拉构件由帘布层帘线包绕，且定形为在具有或不具有其它加强元件如钢丝圈包布(flipper)、胎根加强层、三角胶条(apex)、胎趾防护板和胎圈包布的情况下用以与设计轮辋相配合。
″带束加强结构″是指胎面下方、未锚定到胎圈上且相对于轮胎的赤道平面具有范围从17度到27度的左帘线角和右帘线角两者的织造或非织造的至少两层平行帘线的帘布层；
″斜交帘布层轮胎″是指在胎体帘布层中的加强帘线在相对于轮胎的赤道平面以大约25～50°的角从胎圈-胎圈对角地延伸横跨轮胎，而帘布层帘线在交替层中以相反的角度延伸；
″胎体″是指除带束结构、胎面、胎面下方和帘布层上的侧壁橡胶之外的轮胎结构，但包括胎圈；
″周向″是指沿垂直于轴向方向的环形胎面的表面的周边延伸的直线或方向；
″胎圈包布″是指围绕胎圈外侧安置的窄条材料，用于保护帘线帘布层远离轮辋、散布轮辋上的挠曲，以及用于密封轮胎；
″胎根加强层″是指定位在轮胎的胎圈部分中的加强结构；
″帘线″是指轮胎中的帘布层中所包括的其中一种加强线束；
″设计轮辋″是指具有规定构造和宽度的轮辋。为了本说明书的目的，设计轮辋和设计轮辋宽度在制造轮胎的地点实际上是由行业标准规定的。例如，在美国，设计轮辋是由轮胎和轮辋协会(Tire and RimAssociation)规定的。在欧洲，轮辋是在欧洲轮胎和轮辋技术组织-标准手册(European Tyre and Rim Technical Organization-Standards Manual)中规定的，而用语“设计轮辋”是指与标准测量轮辋相同。在日本，标准组织是日本机动车轮胎制造商协会(Japan Automobile TireManufacturers Association)。
″赤道平面(EP)″是指垂直于轮胎的旋转轴线且穿过其胎面中心的平面；
″内衬″是指形成无内胎轮胎的内表面且在轮胎内包含充气流体的一个或多个弹性体或其它材料层；
″正常轮辋直径″是指在轮胎的胎圈部分所处位置处的轮辋凸缘的平均直径；
″正常充气压力″是指由适合的标准组织出于对轮胎的维护状态而指定的规定设计充气压力和负载；
″正常负载″是指由适合的标准组织出于对轮胎的维护状态而指定的规定设计充气压力和负载；
″帘布层″是指包覆有橡胶的平行帘线的连续层；
″径向″和″径向地″是指沿径向朝向或远离轮胎的旋转轴线的方向；
″子午线帘布层轮胎″是指带束层充气轮胎或沿周向受限制的充气轮胎，其中，从胎圈到胎圈延伸的帘布层帘线相对于轮胎的赤道平面以65度至90度之间的帘线角布置；
″截面高度″(SH)是指在其赤道平面处从标称轮辋直径到轮胎外径的径向距离；以及，
″截面宽度″(SW)是指在其充气至正常压力24小时其时及之后，但未加载，排除了由于贴标、装饰或保护性条带引起的侧壁高度，在平行于轮胎轴线且在其侧壁外部之间的最大直线距离。
″上翻衬垫″是指定位在胎圈总体区域附近的轮胎下侧壁中的胎圈包布与帘布层的上翻端之间的弹性体条带。
附图说明
本发明可能提到物理形态以及一些部件和部件布置，它们的一些优选实施例将在本说明书中详细描述并在形成其一部分的附图中示出，以及在附图中：
图1为示出根据本发明第一实施例的对称重载轮胎的一侧或一半的截面视图；
图2为图1中所示的轮胎的胎圈部分的放大截面视图；
图3为示出基准(baseline)轮胎的胎圈部分的放大截面视图；
图4为图1中的轮胎的胎圈部分的第二实施例的放大截面视图；
图5示出了对于基准轮胎和具有分开的衬垫设计的轮胎的摩擦能的图表；
图6为轮胎的下侧壁部分的第三实施例的放大截面视图；
图7示出了轮胎下侧壁部分的放大截面视图，显示出怎样测量上翻帘布层-下翻帘布层的隔距、上翻衬垫的隔距和胎圈宽度；
图8示出了实例1的轮胎对基准轮胎的帘布层帘线压缩的图表；
图9示出了实例1的轮胎对基准轮胎的轮辋磨蚀指标的图表；以及
图10示出了实例1的轮胎对基准轮胎的上翻衬垫应变的图表。
具体实施方式
参看图1和图2，示出了本发明的轮胎10的一半的截面视图。轮胎10具有包括胎冠区域的胎体14，具有设置在胎体14胎冠区域上的径向外胎面12。胎面的外表面还可包括多个槽脊(land)和沟槽，或多个胎面块和沟槽，这是本领域的技术人员所公知的。胎体还包括可选的内衬17，该内衬17覆盖轮胎胎体的面向内部的整个表面，且用作保持用于使轮胎充气的空气或气体混合物。轮胎的内衬通常由丁基橡胶制成。胎体14还包括一对轮胎侧壁18，其从轮胎胎体的径向外表面沿径向向内延伸，终止于一对不可延伸的环形抗拉构件或胎圈16附近。
环形胎圈16示出为非对称的截面形状，其具有带圆形外表面15的下半部分和带有类似于六边形的一半的环形外缘的上半部分33。环形胎圈可包括其它形状，举例来说，例如圆形、六边形或多种形状的组合。优选的是，胎圈钢丝(或丝线)的径向最内侧表面15为圆形的。
胎体还包括一个或多个钢帘线加强帘布层19，其围绕各胎圈16包绕，形成上翻部分20，更优选的是形成包络上翻部。从胎冠朝胎圈延伸且位于胎圈轴向内侧的帘布层部分称为帘布层的下部分或下帘布层，而沿径向和轴向从胎圈向外延伸的帘布层部分称为上帘布层或上翻部分。一个或多个帘布层19沿径向方向定向。由两个或多个带束层形成的钢制加强带束层外壳(package)21设置在轮胎胎冠区域中的帘布层19的径向外侧。一对侧壁18从胎面12沿径向向内延伸至胎圈区域。弹性体三角胶条24定位在胎圈16的径向外侧。如图所示的三角胶条可具有三角形的截面形状。钢丝圈包布26围绕胎圈16包绕。钢丝圈包布26定位成邻近胎圈16和胎体帘布层19。胎圈包布28定位在胎圈区域的轴向内缘上。
第一上翻衬垫30定位成邻近轮胎的胎圈部分中的胎圈包布28。第一上翻衬垫30具有第一端32，该第一端32定位在胎圈钢丝16附近，且更为优选的是与胎圈钢丝的径向外表面33一致(或成一直线)。第一上翻衬垫30具有定位在第一端32与帘布层上翻部20之间的第二端34。第一上翻衬垫30的长度尺寸确定成使得当轮胎处在负载下时位于轮辋的90度弯曲部上。第一上翻衬垫30具有范围在大约0.4英寸至大约1.6英寸的厚度，且更优选的是在大约0.8英寸至大约1.2英寸的范围。上翻衬垫30的厚度是横跨垂直于衬垫纵轴线的衬垫截面测得的。第一上翻衬垫30的长度范围可为大约200mm至大约400mm。第一上翻衬垫30包括弹性体或橡胶材料，其G′的范围为大约0.25MPA至大约0.6MPA，且更具体是在大约0.35MPA至大约0.5MPA的范围，且更具体是在大约0.35MPA至大约0.47MPA。第一上翻衬垫30由G″范围为大约0.05MPA至大约0.8MPA、且更具体是大约0.05MPA至大约0.07MPA的材料制成。
除非另外指出，则所有G值都是以90摄氏度的样本温度、10Hz的测量频率和50％的应变幅度在橡胶样本上测得的。橡胶样本是相对于期望的制造商规范所制成的成品轮胎上获得的。为了本发明的目的，存储模量性质G′为橡胶混合物的粘弹性质，且可在一定频率、温度和应变幅度的范围通过动态力学分析器确定。适于测量G′、G″的动态力学分析器(DMA)的一个实例为由01-dB Metravib company出售的型号DMA+450。DMA仪器使用动态力学分析来评估橡胶混合物。相应的橡胶混合物的成品样本在一定的频率(赫兹)和温度(℃)下受到精确控制的动态激励(频率和振幅)，且通过仪器来观察样本的应力响应。所观察到的样本响应可通过仪器分成粘性或损耗模量(G″)分量和弹性或存储模量(G′)分量。除非另外指出，所有G″都是在与G′相同的条件下测得的。
第二上翻衬垫40定位成邻近所述第一上翻衬垫30，且优选为定位在第一上翻衬垫30与帘布层19之间。第二上翻衬垫40具有范围在大约0.4英寸至大约2.0英寸的厚度，而更优选的是范围在大约0.8英寸至大约1.8英寸。第二上翻衬垫40的长度范围可为大约200mm至大约500mm。第二上翻衬垫40包含弹性体或橡胶材料，其具有存储模量G′的范围为大约0.05MPA至大约2.0MPA，而更优选的是在0.6MPA至1.5MPA的范围，且更优选的是在0.8MPA至1.2MPA的范围。上翻衬垫30由G″的范围为大约0.05MPA至大约0.1MPA的材料制成。因此，期望的是第一上翻衬垫30比第二上翻衬垫40软大约40％至大约60％。因此，期望的是第一上翻衬垫30所具有的G′比第二上翻衬垫40的G′小大约40％至大约60％，更优选的是小大约45％至大约55％，且最优选的是小大约50％。
如图2中所示，第一上翻衬垫30的长度和宽度与第二上翻衬垫40大致相同，或略微小于第二上翻衬垫40。第一上翻衬垫30的橡胶硬度的降低会最大限度地减小胎圈包布28与轮辋之间的切向牵引力，从而显著地减小轮辋磨蚀。本发明的有限元分析已经示出了轮辋磨蚀的显著减小。图5示出了图3中的基准上翻衬垫的计算的累积摩擦能水平对图2中的分离式衬垫的累积摩擦能水平。基准上翻衬垫具有类似于第二上翻衬垫40的G′，在距胎圈中心为4英寸的半径处厚度为0.79英寸，而在距胎圈中心为8英寸的半径处厚度为1.76英寸。对于分离式衬垫的实施例而言，胎圈包布与轮辋之间的轮辋磨蚀减小18％至22％。
图4示出了本发明的第二实施例，其中，第一上翻衬垫50具有改变的几何形状。第一上翻衬垫50定位在侧壁于半径R处接触轮辋凸缘的区域中，其中，R的范围从5英寸至大约8英寸，且具有范围在大约0.8英寸至1.2英寸的最小厚度。第一上翻衬垫50的第一端52定位在胎圈的径向外侧，且具有的第二端54定位在三角胶条的外末梢的径向内侧。第一上翻衬垫50包含弹性体或橡胶材料，其G′的范围为大约0.25MPA至大约0.6MPA，且更具体是在大约0.35MPA至大约0.47MPA的范围，且更具体是大约0.4MPA至大约0.45MPA。第一上翻衬垫30由具有范围为大约0.05MPA至大约0.08MPA的G″的材料制成。
如图4中所示，第二上翻衬垫60具有是第一上翻衬垫50厚度的大约1.5至2倍的最大厚度。第二上翻衬垫60具有定位在环形胎圈附近的第一端62，以及在三角胶条末梢和第一上翻衬垫50第二端54的径向外侧延伸的第二端64。第二上翻衬垫的长度为第一上翻衬垫长度的大约1.5至3倍。第二上翻衬垫60包含弹性体或橡胶材料，其具有的存储模量G′的范围为大约0.5MPA至大约2.0MPA，而更优选的是在0.6至1.5MPA的范围，且更优选的是在0.8至1.2MPA的范围。上翻衬垫30由G″范围从0.05MPA至大约0.1MPA的材料制成。
图6示出了本发明的轮胎100的又一备选实施例，仅示出了胎圈和下侧壁区域。轮胎的其余区域是如上文更为详细描述那样的。当下侧壁中存在耐用性的问题时，轮胎设计人员传统上是增大胎圈直径，以便减小下侧壁中的应力/应变。胎圈宽度的增大会增大帘布层帘线中的压缩力，同时仅在下侧壁中实现适中的应力/应变减小。发明人发现，胎圈宽度减小和上翻衬垫厚度增大的组合产生了并不直观的最期望的结果。期望的是，将环形抗拉构件16的胎圈宽度BWw减小到大约2.0至3英寸的范围，更具体是在大约2.4至2.65英寸的范围，且更优选的是大约2.4至2.5英寸。
还已确定的是，通过减小如图7中所示的帘布层上翻部和帘布层下翻部之间的隔距或距离(下文称为″上翻部-下翻部隔距″)，减小了帘布层帘线的压缩。发明人已发现，当上翻衬垫隔距增大时，帘布层上翻部与帘布层下翻部之间的隔距减小对帘布层帘线压缩的影响将更为显著。距离或隔距是垂直于帘布层的纵轴线测量的。因此期望的是，具有范围在大约0.25英寸至大约0.8英寸的上翻部-下翻部隔距，且更具体是在大约0.4英寸至大约0.6英寸的范围，且最优选的是大约0.4至大约0.5英寸。上翻部-下翻部隔距在距环形抗拉构件中心的半径R范围内测量。另外优选的是，前述上翻部-下翻部隔距是在距胎圈中心有8英寸的半径处出现的。在距胎圈中心有4英寸的半径处，期望的是具有范围在大约1.25英寸至大约1.75英寸的上翻部-下翻部隔距，且更具体是范围在大约1.4英寸至大约1.7英寸，且最优选的是大约1.5英寸至大约1.6英寸。
图6还示出了第一上翻衬垫110和第二上翻衬垫120。第一上翻衬垫110具有范围在大约0.5英寸至大约1.7英寸的最小厚度t1，且更优选的是范围在大约0.6英寸至大约1.2英寸。厚度在距胎圈中心的限定半径处测得，且垂直于帘布层加强件的纵轴线确定。第一上翻衬垫的最小厚度在距环形抗拉构件中心所测量的半径R的范围内确定。半径R的范围从大约4英寸至大约8英寸。第一上翻衬垫110的长度范围可为大约200mm至大约400mm。第一上翻衬垫110优选在半径R为8英寸处具有范围在大约1.3英寸至大约3英寸的最大厚度，且更优选的是范围在大约1.3英寸至大约2英寸。
第二上翻衬垫120定位在第一上翻衬垫110与帘布层上翻部之间，且优选定位在第一上翻衬垫110与帘布层19之间。第二上翻衬垫120具有范围在大约0.5英寸至大约1.7英寸的最小厚度，且更优选的是范围在大约0.5英寸至大约1.2英寸。第二上翻衬垫120具有范围在大约1.3英寸至大约3英寸的最大厚度，且更优选的是范围在大约1.3英寸至大约2英寸。第二上翻衬垫的厚度在距环形抗拉构件中心所测量的第一半径R处确定。最大厚度优选出现在距胎圈中心为大约6至8英寸的半径R范围，且最小厚度优选出现在大约4至6英寸的半径R范围。第二上翻衬垫120的长度范围可为大约200mm至大约500mm。
第一上翻衬垫110包含弹性体或橡胶材料，其G′的范围为大约0.25MPA至大约0.6MPA，且更具体是在大约0.35MPA至大约0.47MPA的范围，且更具体是在大约0.4MPA至大约0.45MPA。第一上翻衬垫110由具有范围为大约0.05MPA至大约0.08MPA的G″的材料制成。
第二上翻衬垫120包含弹性体或橡胶材料，其具有的储存模量G′的范围为大约0.5MPA至大约2.0MPA，而更优选的是在0.6至1.5MPA的范围，且更优选的是在0.8至1.2MPA的范围。上翻衬垫120由G″的范围为大约0.05MPA至大约0.1MPA的材料制成。
图8至图10示出了57英寸大小和63英寸大小的本发明轮胎与57英寸和63英寸大小的基准设计相比的数值模拟研究的结果。基准设计具有3.15英寸的胎圈宽度，且在距胎圈中心为8英寸的半径处的上翻部-下翻部隔距为1.13英寸。基准轮胎具有在距胎圈中心为8英寸的半径处测得的1.75英寸的上翻衬垫隔距。实例1的轮胎具有环形抗拉构件，其具有2.65英寸的宽度和2.52英寸的上翻衬垫厚度。衬垫均匀地分成如图6中所示的两种材料，其中，轴向外侧的上翻衬垫110的G′为0.4至1.2MPA，而轴向内侧的上翻衬垫的G′为0.8至2.8MPA。各上翻衬垫的厚度在距胎圈中心为4英寸至8英寸的半径处为0.5英寸至大约1.3英寸。实例1的轮胎具有2.65英寸的胎圈宽度，具有在距胎圈中心为8英寸的半径处为0.45英寸的帘布层上翻部-帘布层下翻部隔距。
图8示出了实例1的本发明轮胎相比于基准设计，帘布层帘线压缩显著减小55％。图9示出了实例1的轮胎相比于基准轮胎，轮辋磨蚀指标减小16％。图10示出了上翻衬垫中的应变对于基准设计和实例1的轮胎是大致相同的。

Claims (19)

1.一种充气轮胎，包括胎体，胎面和设置在所述胎体径向外侧的带束加强结构，以及胎圈包布，所述胎体具有一个或多个帘线加强帘布层和一对胎圈部分，各胎圈部分均具有至少一个环形的不可延伸的胎圈芯，所述帘线加强帘布层包绕所述胎圈芯，所述胎圈部分还包括在所述胎圈芯的径向外侧延伸的三角胶条，所述轮胎还包括定位成邻近所述胎圈包布的第一上翻衬垫，以及定位在所述帘布层与所述第一上翻衬垫之间的第二上翻衬垫，其中，所述第一上翻衬垫所具有的G′小于所述第二上翻衬垫的G′。
2.根据权利要求1所述的轮胎，其特征在于，所述第一上翻衬垫的G′处在比所述第二上翻衬垫的G′小20％至大约60％的范围。
3.根据权利要求1所述的轮胎，其特征在于，所述第一上翻衬垫的G′处在比所述第二上翻衬垫的G′小大约30％至大约55％的范围。
4.根据权利要求1所述的轮胎，其特征在于，所述第一上翻衬垫的G′处在比所述第二上翻衬垫的G′小大约40％至大约55％的范围。
5.根据权利要求1所述的轮胎，其特征在于，所述第一上翻衬垫的厚度与所述第二上翻衬垫大致相同。
6.根据权利要求1所述的轮胎，其特征在于，所述第一上翻衬垫具有处在所述三角胶条的径向外侧的外端。
7.根据权利要求1所述的轮胎，其特征在于，所述第二上翻衬垫具有处在所述三角胶条的径向外侧的外端。
8.根据权利要求1所述的轮胎，其特征在于，所述第一上翻衬垫具有处在所述三角胶条的径向内侧的径向外端。
9.根据权利要求1所述的轮胎，其特征在于，所述第二上翻衬垫比所述第一上翻衬垫更长。
10.根据权利要求1所述的轮胎，其特征在于，所述第二上翻衬垫的最大厚度大于所述第一上翻衬垫的最大厚度。
11.根据权利要求1所述的轮胎，其特征在于，所述第二上翻衬垫的最大厚度是所述第一上翻衬垫的最大厚度的两倍。
12.根据权利要求1所述的轮胎，其特征在于，所述环形的抗拉构件具有小于3.2英寸的宽度。
13.根据权利要求1所述的轮胎，其特征在于，所述环形的抗拉构件具有范围在大约2.4英寸至大约2.5英寸的宽度。
14.根据权利要求1所述的轮胎，其特征在于，所述环形的抗拉构件具有范围在大约2.4英寸至大约2.65英寸的宽度。
15.根据权利要求1所述的轮胎，其特征在于，所述环形的抗拉构件具有范围在大约2英寸至大约3英寸的宽度。
16.根据权利要求1所述的轮胎，其特征在于，所述一个或多个帘布层具有从所述胎冠延伸且在所述环形的抗拉构件的轴向内侧延伸的下翻部分，以及从所述环形的抗拉构件沿径向向外延伸且在所述环形的抗拉构件的轴向外侧延伸的上翻部分，其中，所述帘布层的上翻部分与所述帘布层的下翻部分之间的隔距小于1.8英寸。
17.根据权利要求1所述的轮胎，其特征在于，所述一个或多个帘布层具有从所述胎冠延伸且在所述环形的抗拉构件的轴向内侧延伸的下翻部分，以及从所述环形的抗拉构件沿径向向外延伸且在所述环形的抗拉构件的轴向外侧延伸的上翻部分，其中，所述帘布层的上翻部分与所述帘布层的下翻部分之间的隔距处在大约1.25英寸至1.75英寸的范围。
18.一种充气轮胎，包括胎体，胎面和设置在所述胎体的径向外侧的带束加强结构，以及胎圈包布，所述胎体具有一个或多个帘线加强帘布层和一对胎圈部分，各胎圈部分均具有至少一个环形抗拉构件，所述帘线加强帘布层包绕所述环形抗拉构件，所述胎圈部分还包括在所述胎圈芯的径向外侧延伸的三角胶条，所述轮胎还包括定位成邻近所述胎圈包布的第一上翻衬垫，以及定位成邻近所述第一上翻衬垫的第二上翻衬垫，其中，所述环形抗拉构件具有小于3.2英寸的宽度。
19.一种充气轮胎，包括胎体，胎面和设置在所述胎体的径向外侧的带束加强结构，所述胎体具有一个或多个帘线加强帘布层和一对胎圈部分，各胎圈部分均具有至少一个环形抗拉构件，所述帘线加强帘布层包绕所述环形抗拉构件，所述一个或多个帘布层具有从所述胎冠延伸且在所述环形抗拉构件的轴向内侧延伸的下翻部分，以及从所述环形抗拉构件沿径向向外延伸且在所述环形抗拉构件的轴向外侧延伸的上翻部分，其中，所述帘布层的上翻部分与所述帘布层的下翻部分之间的隔距小于1.8英寸。
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