CN108515813A - 一种载重用低扁平充气子午线轮胎 - Google Patents

一种载重用低扁平充气子午线轮胎 Download PDF

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侯丹丹
王学瑞
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Abstract

本发明涉及一种载重轮胎，尤其涉及一种载重用低扁平充气子午线轮胎。一种载重用低扁平充气子午线轮胎，其带束层结构组成为：与胎体层相邻的钢丝带束层是一层沿周向平行排列的0°带束层即1号带束层，在1号带束层外侧是一层沿周向按角度20°～65°排列的2号带束层，在2号带束层外侧是一层沿周向平行排列的0°带束层即3号带束层，在3号带束层外侧是一层沿周向按角度20°～65°排列的4号带束层；其中，4号带束层与2号带束层的钢丝排列方向相互交叉。本发明用以解决此类轮胎在使用寿命中后期接地形状的变化问题，以保证轮胎在使用过程中的性能。

Description

一种载重用低扁平充气子午线轮胎
技术领域
本发明涉及一种载重轮胎，尤其涉及一种载重用低扁平充气子午线轮胎。
背景技术
轮胎扁平化是当前载重子午线充气轮胎的发展趋势，而在载重低扁平子午线轮胎的发展中，能够开发有良好、合理的接地印痕的低扁平轮胎一直以来是轮胎企业技术攻关的难点之一。而带束层作为载重胎胎面的主要受力部件，其设计直接影响着轮胎的接地印痕形状。
传统低扁平载重子午线轮胎带束层结构的设计主要以四层带束沿周向按照一定角度排列形成交叉带束层结构，但其接地形状容易呈现出“哑铃型”形状，影响着轮胎的耐偏磨与操纵等性能。最新报道的低扁平载重子午线轮胎带束层结构，通过是由至少两层以上的沿周向按照一定角度排列的交叉带束层与至少一层以上的沿周向按照0°角度排列的0°带束层组合而成。
而对于扁平比位于60以下的轮胎，在使用上述0°带束层结构时，除应具有良好、合理的接地印痕外还应尽可能维持轮胎在使用中后期阶段的接地形状，以确保轮胎在使用中后期仍具有良好的耐偏磨与操纵等性能，这也是企业技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种载重用低扁平充气子午线轮胎，用以解决此类轮胎在使用寿命中后期接地形状的变化问题，以保证轮胎在使用过程中的性能。
本发明的技术方案为：
一种载重用低扁平充气子午线轮胎，其带束层结构组成为：与胎体层相邻的钢丝带束层是一层沿周向平行排列的0°带束层即1号带束层，在1号带束层外侧是一层沿周向按角度 20°～65°排列的2号带束层，在2号带束层外侧是一层沿周向平行排列的0°带束层即3号带束层，在3号带束层外侧是一层沿周向按角度20°～65°排列的4号带束层；其中，4号带束层与2号带束层的钢丝排列方向相互交叉。
作为优选，上述的带束层结构，由于在两层0°带束层之间夹入了一层沿周向成角度排列的带束层，使得1号和3号0°带束层从成型到硫化所受到的膨胀率不同。在低应力条件下， 3号带束层钢丝在模具内受到的膨胀率S3大于1号带束层钢丝在模具内所受到的膨胀率S1。
作为再优选，其中，在低应力条件下，3号带束层钢丝的膨胀率S3与1号带束层钢丝的膨胀率S1满足以下关系：
α的范围为0～5％，最佳效果的范围是0～0.2％；
r1f：成型时1号带束层成型鼓贴合半径；
r1t：硫化后模具内1号带束层底部半径；
r3f：成型时3号带束层成型鼓贴合半径；
r3t：硫化后模具内3号带束层底部半径。
另外，本发明的目的除了要维持轮胎在使用前后接地形状稳定的问题外，还要解决轮胎带束钢丝断裂问题。
作为优选，选取1号0°带束层钢丝张力-伸张特性曲线的拐点为2％伸张(即低应力条件下伸张率s1为2％)的钢丝。
作为优选，选取3号0°带束层钢丝张力-伸张特性曲线的拐点为3％伸张(即低应力条件下伸张率s3为3％)的钢丝。
因此，根据轮胎硫化时模具内不同带束层所受到的伸张率不同，相应地调整不同带束层的钢丝张力-伸张特性，就能够解决钢丝断裂的问题。所以根据带束层不同的膨胀率来相应调整带束层钢丝的伸张特性是本发明的关键。
附图说明
图1是本发明的轮胎结构示意图。
图2是本发明轮胎带束层帘线排列简图。
图3是本发明带束层结构轮胎在行驶前的接地形状与行驶8000km后的接地形状的对比图。
图4是1、2号0°带束层与3、4号交叉带束层组合结构的示意图。
图5是2、3号0°带束层与1、4号交叉带束层组合结构的示意图。
图6是具有图4、图5带束结构的轮胎在行驶前的接地形状与行驶8000km后的接地形状的对比图。
图7是传统的四层交叉带束层结构示意图。
图8是传统四层带束结构的轮胎在行驶前的接地形状与行驶8000km后的接地形状对比图。
图9、图10是1号0°带束层的膨胀率计算示意图.
图11、图12是3号0°带束层的膨胀率计算示意图。
图13为本发明轮胎与对比轮胎3号带束钢丝的张力-伸张特性曲线对比图。
图14为钢丝的颈缩断裂现象(Necking现象)。
图15是细钢丝捻成角度与钢丝股捻成角度。
上述的图中，接地形状图中的实线表示行驶前的接地形状，虚线表示行驶8000km后的接地形状。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做一个详细的说明。
以445/45R19.5为例，通过对0°带束层与交叉带束层的各种不同组合方式进行了多次试验，结果发现本发明轮胎的带束层结构最能保持轮胎充气使用前后接地形状的稳定。
图1为本发明轮胎的结构示意图，主要内容如下：
两侧钢丝圈之间具有一层沿周向成90°角排列的钢丝胎体层，与胎体层相邻的钢丝带束层是一层沿周向平行排列的0°带束层即1号带束层，在该0°带束层外侧是一层沿周向按角度46°排列的2号带束层，在2号带束层外侧是一层沿周向平行排列的0°带束层即3号带束层，在3号带束层外侧是一层沿周向按角度46°排列的4号带束层，并且4号带束层与2号带束层的钢丝排列方向相互交叉。其中，1号、3号带束层使用的钢丝为3×7×0.20HE，2号、4号带束层使用的钢丝为4+6×0.30HT。
图2是带束层帘线排列简图。图2是本发明带束层结构的轮胎在行驶前的接地形状与行驶8000km后的接地形状的比较。图4、图5是传统的交叉带束层与0°带束层组合结构的示意图。图6是具有图4、图5带束结构的轮胎在行驶前的接地形状与行驶8000km后的接地形状比较。图7是传统的四层交叉带束层结构示意图，图8是传统四层带束结构轮胎在行驶前的接地形状与行驶8000km后的接地形状比较。综合以上对比可以看出，本发明的带束层结构最能保持轮胎使用前后接地形状的稳定。
表1是以445/45R19.5为例，通过公式计算图1、图4、图5轮胎的0°带束层在模具内所受到的膨胀率。
表1：
从表1中可以看出，传统结构(图4、图5)中0°带束层的膨胀率差值在0.5％以下。图1轮胎带束层结构由于在两层0°带束层之间夹入了一层带束层，使得0°带束层间的膨胀率差值变大，轮胎整体的膨胀率余量变小，钢丝易发生断裂问题。
具体解释如下：
具有较大膨胀率值的3号0°带束钢丝，在受到轮胎充气作用后，其膨胀率将进一步增大。从钢丝的张力-伸张特性曲线来看，钢丝在经过机械拉伸的拐点后，钢丝由于伸张所受到的伸张力随着伸张率的增加而呈线性增加。当达到一定的伸张率值后，钢丝将发生断裂。也就是说，若钢丝在充气前所受到的膨胀率处于张力-伸张特性曲线的拐点后，在充气作用后钢丝能够剩余伸张的余地就减小，钢丝也易发生断裂，导致轮胎耐久和安全性能的下降。
因此，本发明在夹层0°带束层的的基础上，根据不同0°带束层在模具内所受到的膨胀率不同，分别设计了不同伸张特性的钢丝。具体为：1号0°带束层钢丝的张力-伸张特性曲线的拐点为2％(即低应力下伸张可以达到2％)，3号0°带束层钢丝的张力-伸张特性曲线的拐点为3％(即低应力下伸张可以达到3％)。
作为对比，同时准备一条1号、3号带束层钢丝张力-伸张特性曲线拐点同为2％的对比轮胎。
图13为本发明轮胎与对比轮胎3号带束钢丝的张力-伸张特性曲线对比图。
试验方法：
轮胎安装在19.5×15.00轮辋上，充气压力为1260kPa(标准气压的140％)，载荷为4050kg (最大标准载荷的90％)，实验室温度为30℃，试验速度为40km/h，进行耐久试验。当试验时间分别达到600小时、800小时、1000小时时使用X光检查装置检查是带束层是否发生钢丝断裂，具体见表2。
表2：
仔细观察对比轮胎3号0度带束层钢丝的断裂面，可以发现如14所示的颈缩断裂现象 (Necking现象)，这说明钢丝是受到沿钢丝轴方向伸张力的作用而发生延性断裂，也证明了3号0°带束层中央区域的钢丝承受的张力要高于其他区域的0°带束钢丝。换言之，本发明所述的钢丝断裂问题，正是由于1号0°带束层与3号0°带束层在成型工序到硫化工序的过程中所受到的膨胀率不同而导致的。
成型工序到硫化工序过程中的带束层膨胀率(伸张率)
带束层在硫化模具内的半径与成型时的贴合鼓半径的比值即为膨胀率S(伸张率)，满足公式：
r1t：硫化时在模具内膨胀后的半径；
r1f：成型时在成型鼓贴合的半径。
图9、图10是1号0°带束层的膨胀率计算示意图，图11、图12是3号0°带束层的膨胀率计算示意图。从图中可以看出，不同带束层的膨胀率是不同的。
低应力下钢丝伸张率
钢丝在低应力下的伸张能力是由每一根细钢丝的捻成角度(α)以及每一股钢丝的捻成角度(β)决定的。捻成角度的合计值(α+β)为20°～29°、30°～38°、39°～48°时分别可以得到2％、 2.5％、3％以上的结构性拉伸。
图15是细钢丝捻成角度与钢丝股捻成角度的说明。
图13是本发明轮胎与对比轮胎所使用的0°带束层钢丝张力-伸张特性曲线图。

Claims (4)

1.一种载重用低扁平充气子午线轮胎，其特征在于，该轮胎的带束层结构组成为：与胎体层相邻的钢丝带束层是一层沿周向平行排列的0°带束层即1号带束层(1)，在1号带束层(1)外侧是一层沿周向按角度20°～65°排列的2号带束层(2)，在2号带束层(2)外侧是一层沿周向平行排列的0°带束层即3号带束层(3)，在3号带束层(3)外侧是一层沿周向按角度20°～65°排列的4号带束层(4)；其中，4号带束层(4)与2号带束层(2)的钢丝排列方向相互交叉；在低应力条件下时，3号带束层钢丝的伸张率S3于1号带束层钢丝的伸张率S1，3号带束层钢丝的膨胀率S3与1号带束层钢丝的膨胀率S1满足以下关系：
α的范围为0～5％；
r1f：成型时1号带束层成型鼓贴合半径；
r1t：硫化后模具内1号带束层底部半径；
r3f：成型时3号带束层成型鼓贴合半径；
r3t：硫化后模具内3号带束层底部半径。
2.根据权利要求1所述的一种载重用低扁平充气子午线轮胎，其特征在于：α的范围是0～0.2％。
3.根据权利要求1所述的一种载重用低扁平充气子午线轮胎，其特征在于：1号带束层钢丝张力-伸张特性曲线的拐点为2％伸张的钢丝。
4.根据权利要求1所述的一种载重用低扁平充气子午线轮胎，其特征在于：3号0°带束层钢丝张力-伸张特性曲线的拐点为3％伸张的钢丝。
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