CN105745091A - 重型土木工程车辆的轮胎的胎冠增强件 - Google Patents

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Abstract

一种子午线轮胎，所述子午线轮胎旨在装配至土木工程重型车辆并且目的是使所述轮胎的胎冠对基本上在胎面中心出现的冲击不敏感。通过轮胎(1)实现所述目的，所述轮胎(1)包括：沿径向位于胎面(2)的内部并且沿径向位于胎体增强件(4)的外部的胎冠增强件(3)，所述胎冠增强件(3)沿径向从外至内包括保护增强件(5)、工作增强件(6)和额外增强件(7)。所述保护增强件(5)包括至少一个保护层(51、52)，所述保护层(51、52)包括与周向方向形成至少10°的角度的弹性金属增强体。所述工作增强件(6)包括至少两个工作层(61、62)，所述工作层(61、62)各自具有轴向宽度(L61、L62)并且包括从一个工作层至另一个工作层交叉并且与周向方向形成至多60°的角度的非弹性金属增强体。所述额外增强件(7)沿轴向位于轮胎的赤道平面的中心，包括至少一个额外层(71、72)，所述额外层(71、72)具有的轴向宽度(L71、L72)至多等于所述至少两个工作层(61、62)的轴向宽度(L61、L62)的最短宽度的0.9倍并且包括与周向方向形成至多25°的角度的金属增强体。根据本发明，至少一个额外层(71、72)包括轴向不连续部分(81、82)，所述轴向不连续部分(81、82)沿轴向位于轮胎的赤道平面的中心，并且所述轴向不连续部分(81、82)的宽度(D1、D2)至少等于所述至少一个额外层(71、72)的轴向宽度(L71、L72)的0.1倍。

Description

重型土木工程车辆的轮胎的胎冠增强件
技术领域
本发明涉及一种旨在装配至土木工程重型车辆的子午线轮胎，更具体地涉及所述轮胎的胎冠。
背景技术
尽管不限于这种类型的应用，参考大尺寸子午线轮胎描述本发明，所述子午线轮胎旨在安装至倾倒车，该倾倒车为运输从采石场或露天矿场开采的材料的车辆。通常地，在欧洲轮胎和轮辋技术组织或ETRTO标准的定义内，用于土木工程重型车辆的子午线轮胎旨在安装在至少25英寸的轮辋上。
轮胎包括两个胎圈，所述胎圈提供轮胎和轮胎安装在其上的轮辋之间的机械连接，胎圈分别通过两个胎侧结合至胎面，所述胎面旨在经由胎面表面与地面接触。
由于轮胎具有相对于旋转轴线旋转的几何形状，轮胎的几何形状通常在包括轮胎的旋转轴线的子午平面中进行描述。对于给定的子午平面，径向、轴向和周向方向分别表示垂直于轮胎的旋转轴线、平行于轮胎的旋转轴线和垂直于子午平面的方向。
在下文中，表述“在径向上位于内部或在径向上位于外部”意指“更接近轮胎的旋转轴线或更远离轮胎的旋转轴线”。“在轴向上位于内部或在轴向上位于外部”意指“更接近轮胎的赤道平面或更远离轮胎的赤道平面”，轮胎的赤道平面为经过轮胎的胎面表面的中间并且垂直于轮胎的旋转轴线的平面。
子午线轮胎包括增强结构，所述增强结构由在径向上位于胎面内部的胎冠增强件和在径向上位于胎冠增强件内部的胎体增强件组成。
用于土木工程重型车辆的子午线轮胎的胎体增强件通常包括至少一个胎体层，所述胎体层通常由覆盖有弹性体类型的聚合物材料的金属增强体组成，所述聚合物材料被称为覆盖配混物。胎体层包括主要部分，所述主要部分将两个胎圈连接在一起并且通常在每个胎圈内从轮胎的内部朝向外部围绕通常为金属的周向增强元件(被称为胎圈线)卷绕从而形成卷边。胎体层的金属增强体基本上彼此平行并且与周向方向形成在85°和95°之间的角度。
用于土木工程重型车辆的子午线轮胎的胎冠增强件包括沿周向设置的胎冠层的叠加，所述胎冠层在径向上位于胎体增强件的外部。每个胎冠层通常由金属增强体组成，所述金属增强体彼此平行并且覆盖有弹性体类型的聚合物材料或覆盖配混物。
在胎冠层中，通常在保护层和工作层之间进行区分，所述保护层构成保护增强件并且在径向上位于最外部，所述工作层构成工作增强件并且在径向上位于保护增强件和胎体增强件之间。
由至少一个保护层组成的保护增强件在本质上保护工作层免受可能通过胎面在径向上朝向轮胎内部传播的机械攻击或物理化学攻击。
保护增强件通常包括两个沿径向重叠的保护层，所述保护层由弹性金属增强体形成，所述弹性金属增强体在每个层内彼此平行并且从一个层至另一个层交叉，因此与周向方向形成至少等于10°并且至多等于35°，优选至少等于15°并且至多等于30°的角度。
由至少两个工作层组成的工作增强件的功能在于环扣轮胎并且为轮胎提供刚度和抓地力。所述工作增强件吸收机械充气应力和机械运转应力，所述机械充气应力通过轮胎充气压力产生并且经由胎体增强件传递，所述机械运转应力通过轮胎在地面上的运转产生并且通过胎面传递。所述工作增强件还必须借助其固有设计和保护增强件的固有设计以抵抗氧化、冲击和穿孔。
工作增强件通常包括两个沿径向重叠的工作层，所述工作层由非弹性金属增强体形成，所述非弹性金属增强体在每个层内彼此平行并且从一个层至另一个层交叉，因此与周向方向形成至多等于60°，优选至少等于15°并且至多等于45°的角度。
金属增强体的机械特征在于表示施加至金属增强体的拉伸力(用N表示)随金属增强体的相对伸长(用％表示)的变化的曲线，所述曲线被称为力-伸长曲线。通过该力-伸长曲线推出金属增强体的机械拉伸特征，例如结构伸长As(用％表示)、总断裂伸长At(用％表示)、断裂力Fm(用N表示的最大负载)和断裂强度Rm(用MPa表示)，根据1984年的标准ISO6892测量这些特征。
根据定义，金属增强体的总断裂伸长At为其结构伸长、弹性伸长和塑性伸长的总和(At＝As+Ae+Ap)。结构伸长As为组成金属增强体的金属丝线在轻微拉伸负载下的相对定位的结果。弹性伸长Ae为组成金属增强体的金属丝线(独立考虑)的金属的实际弹性的结果(胡克定律)。塑性伸长Ap源自单独考虑的这些金属丝线的金属的塑性(超过弹性极限的不可逆的变形)。这些不同的伸长及其各自的意义是本领域技术人员公知的，并且例如描述在文献US5843583、WO2005/014925和WO2007/090603中。
伸长模量(用GPa表示)也在力-伸长曲线上的任意点处限定并且表示在该点处与力-伸长曲线正切的直线的梯度。特别地，力-伸长曲线上的弹性线性部分的伸长模量被称为弹性伸长模量或杨氏模量。
在金属增强体中，通常在弹性金属增强体和非弹性金属增强体之间进行区分，所述弹性金属增强体例如为用在保护层中的那些，所述非弹性金属增强体例如为用在工作层中的那些。
弹性金属增强体的特征在于至少等于1％的结构伸长As和至少等于4％的总断裂伸长At。此外，弹性金属增强体具有至多等于150GPa，通常在40GPa和150GPa之间的弹性伸长模量。
非弹性金属增强体的特征在于在等于断裂力Fm的10％的拉伸力下的至多等于0.2％的相对伸长。此外，非弹性金属增强体具有通常在150GPa和200GPa之间的弹性伸长模量。
为了减少传递至工作增强件的机械充气应力，通过文献FR2419181和FR2419182已知的实践是沿径向在工作增强件和胎体增强件之间设置被称为限制块的额外增强件，所述额外增强件的功能是至少部分吸收机械充气应力。
文献FR2419181描述和要求保护胎冠增强件，所述胎冠增强件包括工作增强件和额外增强件或限制块，所述工作增强件由至少两个工作层组成，所述工作层的金属增强体与周向方向形成的角度从一个层至另一个层相反并且至少等于30°，所述额外增强件或限制块包括至少两个额外层，所述额外层的金属增强体仅具有极低的伸展性，即为非弹性的，并且与周向方向形成的角度从一个层至另一个层相反并且至多等于工作层的最小角度的四分之一。该限制块在赤道平面上位于中心并且宽度至多等于胎冠增强件的胎冠增强件与胎体增强件彼此平行的宽度。
文献FR2419182描述和要求保护胎冠增强件，所述胎冠增强件包括工作增强件和额外增强件或限制块，所述工作增强件由至少两个工作层组成，所述工作层的金属增强体与周向方向形成的角度从一个层至另一个层相反并且至少等于30°，所述额外增强件或限制块包括至少两个额外层，所述额外层的金属增强体仅具有极低的伸展性，即为非弹性的，并且与周向方向形成的角度从一个层至另一个层相反并且至多等于工作层的最小角度的一半，优选在5°和10°之间。该限制块在赤道平面上位于中心并且宽度至多等于胎冠增强件的胎冠增强件与胎体增强件彼此平行的宽度。
然而，由金属增强体(所述金属增强体为非弹性的并且与周向方向形成的角度从一个层至另一个层交叉并且优选在5°和10°之间)的两个层组成的额外增强件造成胎冠增强件过度变硬。胎冠增强件变硬造成轮胎对胎面中心处发生的冲击的敏感性增加。这是因为通过冲击产生的大量变形能量随后传递至胎体增强件，因此缩短了胎体增强件的寿命。
发明内容
本发明人为其自身设定的目的是：使用于土木工程重型车辆的子午线轮胎的胎冠对通常在胎面中心处出现的冲击更不敏感。
根据本发明，通过用于土木工程重型车辆的轮胎实现所述目的，所述轮胎包括：
-胎冠增强件，所述胎冠增强件沿径向位于胎面的内部并且沿径向位于胎体增强件的外部，
-所述胎冠增强件沿径向从外至内包括保护增强件、工作增强件和额外增强件，
-所述保护增强件包括至少一个保护层，所述保护层包括弹性金属增强体，所述弹性金属增强体与周向方向形成至少等于10°的角度，
-所述工作增强件包括至少两个工作层，所述工作层各自具有轴向宽度并且包括非弹性金属增强体，所述非弹性金属增强体从一个工作层至另一个工作层交叉并且与周向方向形成至多等于60°的角度，
-所述额外增强件沿轴向位于轮胎的赤道平面的中心，包括至少一个额外层，所述额外层具有的轴向宽度至多等于所述至少两个工作层的轴向宽度的最短宽度的0.9倍，并且包括金属增强体，所述金属增强体与周向方向形成至多等于25°的角度，
-至少一个额外层包括轴向不连续部分，所述轴向不连续部分沿轴向位于轮胎的赤道平面的中心，
-所述轴向不连续部分的宽度至少等于所述至少一个额外层的轴向宽度的0.1倍。
相比于现有技术的参照轮胎的胎冠增强件(所述胎冠增强件包括额外增强件，所述额外增强件包括至少一个额外层而不具有轴向不连续部分，即连续的额外层)，根据本发明的轮胎的胎冠增强件(所述胎冠增强件包括额外增强件，所述额外增强件包括至少一个额外层，所述额外层具有轴向不连续部分，即不连续或中断的额外层)在其位于赤道平面中心的中间部分中具有减小的周向伸长刚度。
胎冠增强件的周向伸长刚度在此意指为了获得胎冠增强件的1mm伸长而必须施加至单位宽度的所述胎冠增强件上的拉伸力。其特别取决于金属增强体的伸长模量和各个胎冠层的所述金属增强体与周向方向形成的角度。可以限定胎冠增强件整体的周向伸长刚度或组成胎冠增强件的增强件(例如额外增强件或工作增强件)的周向伸长刚度。
当提到胎冠增强件在其中间部分中具有减小的周向伸长刚度时，意指其周向伸长刚度至多等于参照轮胎的胎冠增强件在赤道平面上的最大周向伸长刚度的0.5倍，或者甚至至多等于0.3倍。
特别地，额外层中存在沿轴向位于轮胎的赤道平面的中心(也就是说设置在中间部分)的轴向不连续部分暗示了在该轴向不连续部分处，额外层无助于胎冠增强件的周向伸长刚度，因此减小所述周向伸长刚度。因此，胎冠增强件的中间部分变软允许轮胎的胎冠在该区域中变形至更大程度，因此提供更大的吸收由可能在轮胎胎面的中心处产生的冲击造成的变形能量的能力。
此外，轴向不连续部分不仅造成胎冠增强件的最大周向伸长刚度的减小，而且造成该最大值沿轴向朝向中间部分的外部转移。此外，周向伸长刚度在胎冠增强件的轴向宽度上的分布更为均匀，暗示了耐冲击性在轮胎的整个宽度上相对均匀。当轮胎受到驱动转矩或制动转矩方面的高应力时，例如当用于采矿时，胎冠增强件的周向伸长刚度的相对均匀的分布促进更加均匀的胎面磨损。
为了足够有效地减小周向伸长刚度，根据本发明，轴向不连续部分的宽度至少等于至少一个额外层的轴向宽度的0.1倍。
至少一个额外层的金属增强体与周向方向形成的角度有利地至少等于10°。该最小角度限制了胎冠增强件的在中间部分外部达到的最大周向伸长刚度。其还有助于使工作层的轴向端部对开裂更不敏感，因此改进胎冠增强件的耐久性。由于最小角度至少等于10°，额外层因此不是周向的，周向的资格通常是层形成至多等于10°的角度。
至少一个额外层的轴向宽度同样有利地至少等于至少两个工作层的轴向宽度的最短宽度的0.4倍。该最小轴向宽度端点限制了胎冠增强件的在中间部分外部达到的最大周向伸长刚度。其还保证了胎冠增强件的在具有较大轴向宽度的一部分胎冠增强件上的周向伸长刚度的相对均匀的分布。
至少一个额外层的轴向不连续部分的宽度再次有利地至多等于至少一个额外层的轴向宽度的0.35倍。轴向不连续部分的该最大宽度保证了胎体增强件被额外增强件明显环箍。超过该值，胎冠增强件的周向伸长刚度变得过低。
根据一个优选的实施方案，额外增强件包括至少两个额外层。存在至少两个额外层允许额外增强件特别有助于胎冠增强件的周向伸长刚度。
根据额外增强件包括至少两个额外层的优选实施方案的第一个替代形式，径向最内额外层包括轴向不连续部分。
根据额外增强件包括至少两个额外层的优选实施方案的第二个替代形式，径向最外额外层包括轴向不连续部分。
根据额外增强件包括至少两个额外层的优选实施方案的第三个替代形式，至少两个额外层各自包括轴向不连续部分。
由于额外增强件包括至少两个额外层，至少两个额外层各自的轴向不连续部分有利地各自具有彼此不同的宽度。换言之，两个额外层各自的不连续部分的轴向极限不一致，从而有可能传播该区域中的机械应力。
由于额外增强件包括至少两个额外层，至少两个额外层各自的轴向宽度也有利地彼此不同。换言之，两个额外层的轴向端部不一致，从而有可能传播该区域中的机械应力。
根据与额外层的增强体相关的第一个替代形式，至少一个额外层的金属增强体为非弹性的。
根据与额外层的增强体相关的第二个替代形式，至少一个额外层的金属增强体为弹性的。
每个保护层的弹性金属增强体优选与周向方向形成至少等于15°并且至多等于30°的角度。
优选地，每个工作层的非弹性金属增强体与周向方向形成至少等于15°并且至多等于45°的角度。
附图说明
通过未按比例绘制的图1和2说明本发明的特征。
具体实施方式
图1显示了用于土木工程重型车辆的轮胎1的胎冠的子午半截面，所述轮胎包括：
-胎冠增强件3，所述胎冠增强件3沿径向位于胎面2的内部并且沿径向位于胎体增强件4的外部，
-所述胎冠增强件3沿径向从外至内包括保护增强件5、工作增强件6和额外增强件7，
-所述保护增强件5包括两个保护层，所述保护层包括弹性金属增强体，所述弹性金属增强体与周向方向形成至少等于10°的角度，
-所述工作增强件6包括两个工作层(61、62)，所述工作层61、62各自具有轴向宽度(L61、L62)并且包括非弹性金属增强体，所述非弹性金属增强体从一个工作层至另一个工作层交叉并且与周向方向形成至多等于60°的角度，
-所述额外增强件7沿轴向位于轮胎的赤道平面的中心，包括两个额外层(71、72)，所述额外层(71、72)各自具有的轴向宽度(L71、L72)至多等于所述至少两个工作层(61、62)的轴向宽度(L61、L62)的最短宽度的0.9倍并且包括金属增强体，所述金属增强体与周向方向形成至多等于25°的角度。
对于图1中所示的实施方案，额外层(71、72)具有不同的轴向宽度(L71、L72)并且包括轴向不连续部分(81、82)，所述轴向不连续部分(81、82)具有各自不同的宽度(D1、D2)。
图2显示了现有技术的参照轮胎(实线)和根据本发明的轮胎(虚线)的胎冠增强件的周向伸长刚度RXX各自的分布。用daN/mm表示的周向伸长刚度RXX表示为位于赤道平面和胎冠增强件的轴向端部之间(即在轮胎的一半子午线截面上)的胎冠增强件的中线的用mm表示的曲线横坐标S的函数。参照轮胎包括额外增强件，所述额外增强件包括两个额外层而不具有轴向不连续部分，即两个连续的额外层。根据本发明的轮胎包括额外增强件，所述额外增强件包括两个具有轴向不连续部分的额外层，即两个不连续或中断的额外层。
更特别地在尺寸为40.00R57的轮胎的情况下研究本发明。
在所研究的实施例中，参照轮胎1的胎冠增强件3沿径向从外至内包括：
-保护增强件5，所述保护增强件5包括两个由弹性金属增强体形成的保护层(51、52)，所述弹性金属增强体从一个保护层至另一个保护层交叉并且与周向方向形成等于24°的角度，径向外部保护层52具有等于315mm的轴向宽度，并且径向内部保护层51具有等于444mm的轴向宽度，
-工作增强件6，所述工作增强件6包括两个由非弹性金属增强体形成的工作层(61、62)，所述非弹性金属增强体从一个工作层至另一个工作层交叉，径向外部工作层(62)具有等于335mm的轴向宽度L62并且具有的增强体相对于径向内部保护层51的增强体交叉并且与周向方向形成等于19°的角度，并且径向内部工作层61具有等于377mm的轴向宽度L61并且具有的增强体与周向方向形成等于33°的角度，
-额外增强件7，所述额外增强件7包括两个由非弹性金属增强体形成的额外层(71、72)，所述非弹性金属增强体从一个额外层至另一个额外层交叉，径向外部额外层72具有等于180mm的轴向宽度L72并且具有的增强体相对于径向内部工作层61的增强体交叉并且与周向方向形成等于19°的角度，并且径向内部额外层71具有等于377mm的轴向宽度并且具有的增强体与周向方向形成等于33°的角度。由于额外层(71、72)连续，不存在轴向不连续部分(D1、D2)。
在所研究的实施例中，根据本发明的轮胎1的胎冠增强件3沿径向从外至内包括：
-保护增强件5，所述保护增强件5包括两个由弹性金属增强体形成的保护层(51、52)，所述弹性金属增强体从一个保护层至另一个保护层交叉并且与周向方向形成等于24°的角度，径向外部保护层52具有等于232mm的轴向宽度，并且径向内部保护层51具有等于445mm的轴向宽度，
-工作增强件6，所述工作增强件6包括两个由非弹性金属增强体形成的工作层(61、62)，所述非弹性金属增强体从一个工作层至另一个工作层交叉，径向外部工作层(62)具有等于377mm的轴向宽度L62并且具有的增强体平行于径向内部保护层51的增强体并且与周向方向形成等于19°的角度，并且径向内部工作层61具有等于335mm的轴向宽度L61并且具有的增强体与周向方向形成等于33°的角度，
-额外增强件7，所述额外增强件7包括两个由非弹性金属增强体形成的额外层(71、72)，所述非弹性金属增强体从一个额外层至另一个额外层交叉，径向外部额外层72具有等于282mm的轴向宽度L72并且具有的增强体相对于径向内部工作层61的增强体交叉并且与周向方向形成等于16°的角度，并且径向内部额外层71具有等于292mm的轴向宽度并且具有的增强体与周向方向形成等于11°的角度。额外层(71、72)包括等于32mm的相同的轴向不连续部分(D1、D2)。
车辆上的冲击试验或数值模拟证实，根据本发明的轮胎的胎冠的耐冲击性相比于参照轮胎明显增加。
本发明不限于上文描述的特征，例如可以延伸至保证额外增强件的目标非伸长刚度的其它类型的金属增强体，例如且非穷尽地，卷曲帘线或分裂帘线。

Claims (13)

1.用于土木工程重型车辆的轮胎(1)，所述轮胎(1)包括：
-胎冠增强件(3)，所述胎冠增强件(3)沿径向位于胎面(2)的内部并且沿径向位于胎体增强件(4)的外部，
-所述胎冠增强件(3)沿径向从外至内包括保护增强件(5)、工作增强件(6)和额外增强件(7)，
-所述保护增强件(5)包括至少一个保护层(51、52)，所述保护层(51、52)包括弹性金属增强体，所述弹性金属增强体与周向方向形成至少等于10°的角度，
-所述工作增强件(6)包括至少两个工作层(61、62)，所述工作层(61、62)各自具有轴向宽度(L61、L62)并且包括非弹性金属增强体，所述非弹性金属增强体从一个工作层至另一个工作层交叉并且与周向方向形成至多等于60°的角度，
-所述额外增强件(7)沿轴向位于轮胎的赤道平面的中心，包括至少一个额外层(71、72)，所述额外层(71、72)具有的轴向宽度(L71、L72)至多等于所述至少两个工作层(61、62)的轴向宽度(L61、L62)的最短宽度的0.9倍并且包括金属增强体，所述金属增强体与周向方向形成至多等于25°的角度，
其特征在于，至少一个额外层(71、72)包括轴向不连续部分(81、82)，所述轴向不连续部分(81、82)沿轴向位于轮胎的赤道平面的中心，并且所述轴向不连续部分(81、82)的宽度(D1、D2)至少等于所述至少一个额外层(71、72)的轴向宽度(L71、L72)的0.1倍。
2.根据权利要求1所述的用于土木工程重型车辆的轮胎(1)，其中所述至少一个额外层(71、72)的金属增强体与周向方向形成的角度至少等于10°。
3.根据权利要求1和2任一项所述的用于土木工程重型车辆的轮胎(1)，其中所述至少一个额外层(71、72)的轴向宽度(L71、L72)至少等于所述至少两个工作层(61、62)的轴向宽度(L61、L62)的最短宽度的0.4倍。
4.根据权利要求1至3任一项所述的用于土木工程重型车辆的轮胎(1)，其中所述至少一个额外层(71、72)的轴向不连续部分(81、82)的宽度(D1、D2)至多等于所述至少一个额外层(71、72)的轴向宽度(L71、L72)的0.35倍。
5.根据权利要求1至4任一项所述的用于土木工程重型车辆的轮胎(1)，所述额外增强件(7)包括至少两个额外层(71、72)，其中径向最内额外层(71)包括轴向不连续部分(81)。
6.根据权利要求1至5任一项所述的用于土木工程重型车辆的轮胎(1)，所述额外增强件(7)包括至少两个额外层(71、72)，其中径向最外额外层(72)包括轴向不连续部分(82)。
7.根据权利要求1至6任一项所述的用于土木工程重型车辆的轮胎(1)，所述额外增强件(7)包括至少两个额外层(71、72)，其中所述至少两个额外层(71、72)各自包括轴向不连续部分(81、82)。
8.根据权利要求7所述的用于土木工程重型车辆的轮胎(1)，其中所述至少两个额外层(71、72)各自的轴向不连续部分(81、82)各自具有彼此不同的宽度(D1、D2)。
9.根据权利要求7所述的用于土木工程重型车辆的轮胎(1)，其中所述至少两个额外层(71、72)各自的轴向宽度(L71、L72)彼此不同。
10.根据权利要求1至9任一项所述的用于土木工程重型车辆的轮胎(1)，其中所述至少一个额外层(71、72)的金属增强体是非弹性的。
11.根据权利要求1至9任一项所述的用于土木工程重型车辆的轮胎(1)，其中所述至少一个额外层(71、72)的金属增强体是弹性的。
12.根据权利要求1至11任一项所述的用于土木工程重型车辆的轮胎(1)，其中每个保护层(51、52)的弹性金属增强体与周向方向形成至少等于15°和至多等于30°的角度。
13.根据权利要求1至12任一项所述的用于土木工程重型车辆的轮胎(1)，其中每个工作层(61、62)的非弹性金属增强体与周向方向形成至少等于15°和至多等于45°的角度。
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