CN108778782A - 轮胎胎面 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于越野车辆的轮胎的胎面(10)，所述胎面(10)的总宽度Wt大于600mm，并且该胎面设置有总体为周向定向(2)并且深度至少等于60mm的至少三个主沟槽(1、2、3、4)，这些主沟槽(1、2、3、4)将胎面(10)划分为中间肋部(51、52、53)和边缘肋部(8)，所述边缘肋部(8)的宽度至多等于所述总宽度Wt的四分之一。所述中间沟槽(51、52、53)中的至少一个设置有具有深度H1的多个细沟槽(61、62、63)，这些细沟槽(61、62、63)限定了平均宽度B1小于所述深度H1的两倍的材料带(71、72、73)，所述细沟槽(61、62、63)沿着轮胎的轴向方向定向。每个中间肋部(51、52、53)的平均宽度至多等于所述总宽度Wt的四分之一并至少等于用于磨损的材料的厚度Ht的0.75倍，所述细沟槽(61、62、63)在至少等于其总深度H1的65％的高度H12上具有的宽度至多等于通过以下数学表达式获得的值：

Description

轮胎胎面
技术领域
本发明涉及用于承载重型负荷的车辆(例如越野车辆)的轮胎胎面，所述车辆在不平坦的地面上(例如在矿区)行驶。更具体地，本发明涉及这种胎面的胎面花纹的设计。
背景技术
为了在牵引和制动时确保令人满意的抓地力，需要在胎面上形成使用相当复杂的沟槽系统的花纹。这些沟槽在称为胎面表面的表面上以及胎面的厚度中形成胎面花纹设计，所述表面旨在与地面接触。
在专利号WO 2015/197429A1下公开的专利申请示出了具有非常宽的胎面的轮胎，其适用于包括装载的周期和未装载的周期的高强度使用。该胎面包括中央区域和边缘，所述边缘通过两个周向沟槽与中央区域分开。中央区域通过多个横向或斜向沟槽而被分割为材料片形件，每个材料片形件的高度至少等于这些材料片形件的周向长度的一半，并且至多等于这个同一长度的2.5倍。文献EP2952362 A1和EP0668173 A1形成可用于理解本发明的现有技术的一部分。
在一定的使用状况下，土木工程施工车辆的轮胎在后车轴上成对使用。考虑到其较大的尺寸，特别是考虑到其胎面的巨大宽度和相对较小的旋转半径(与在重型货车上使用的轮胎类似)，已发现成对安装的土木工程施工车辆的轮胎在其所安装于的车辆进行转向操作时经受非常高的应力负载。应指出的是，无论是未装载时还是满载时，该类操作对于这些车辆非常常见，并且对于磨损具有显著的影响(既对于磨损的均匀程度，也对于磨损率而言)。
这使得需要改善土木工程施工车辆的轮胎在成对安装在从动车轴上时的胎面磨损性能，并同时还有利于轮胎增强结构的良好变平，所述增强结构在胎面的径向下方包括通过沿合适方向定向的帘线增强的多个材料的层。
定义：
在本文献中，径向方向意指垂直于轮胎的旋转轴线的方向(该方向对应于胎面的厚度的方向)。
径向平面：包含轮胎的旋转轴线的平面。
赤道中平面：垂直于轮胎的旋转轴线并且将轮胎分为相等的两半的平面。
横向方向或轴向方向意指平行于轮胎的旋转轴线的方向。
周向方向意指与以旋转轴线为中心的任意圆相切的方向。该方向垂直于轴向方向和径向方向。
肋部为在胎面上形成的浮凸的材料元件，该材料元件在周向方向上延伸并且大致绕轮胎一圈。肋部包括两个侧壁和一个接触面，所述接触面形成胎面的胎面表面的在行驶时与道路接触的部分。
在本文献中，沟槽为在模制期间在相向的材料的壁之间形成的空间，所述壁通过沟槽底部连接在一起。这些沟槽可以具有不同的宽度和深度。
胎面的材料最大厚度为Ht，其在行驶期间能够磨损。一旦达到该最大厚度，则轮胎能够更换为新的轮胎，或者更换胎面，也就是说提供新的胎面。对于本发明的轮胎，能够磨损的材料的体积对应于位于以下两个胎面表面之间的材料的量：全新胎面表面与平行于全新胎面表面并穿过在胎面上形成的沟槽的最内点的虚拟表面。
胎面花纹的面积空隙比等于由沟槽形成的空隙的表面积与总表面积(浮凸元件的接触面积以及空隙的表面面积)之间的比率。较低的空隙比表明浮凸元件的接触面积较大而这些元件之间的空隙的表面积较小。
全新胎面的胎面花纹的体积空隙比等于在胎面上形成的沟槽的体积与所述胎面的总体积之间的比率，所述总体积包括能够磨损的材料的体积以及沟槽的体积。较低的体积空隙比表明空隙的体积相对于能够磨损的材料的体积较小。相似地，能够对于胎面的一个区域定义体积比，该区域被轴向地限定。
轮胎的通常行驶条件或使用条件为例如对于在欧洲使用的由E.T.R.T.O.标准定义的条件，或者取决于所涉及的国家的任何等同标准；这些使用条件明确了对应于由轮胎的负载指数和速度级别标明的轮胎的负载承载能力的充气压力。这些使用条件也可以称为“标称条件”或“工作条件”。
发明内容
本发明提出一种用于越野车辆的轮胎的胎面，所述越野车辆承载非常重的负载并在不平坦的地面上在矿区行驶，这可能对于轮胎特别恶劣。根据本发明的胎面设置有这样的胎面花纹，其能够提高磨损性能，并同时保持适当的抓地力，而无论该胎面的磨损程度如何。本发明更具体地能够应用至非常宽的胎面，即宽度至少等于600mm的胎面，所述胎面旨在用于这样的轮胎，所述轮胎至少部分地在例如土木工程施工车辆的越野车辆的后车轴上成对使用。
应记住这些土木工程施工车辆在使用时其每个轮胎所承载的负载反差特别鲜明：在去程途中为满载，随后在回程途中为空载。在空载行驶的阶段期间，后车轴的每个轮胎所承载的负荷大约为在满载行驶的阶段期间所承载的负载的三分之一。此外，在空载行驶的阶段期间，已发现由地面施加至胎面的宽度的负载分布得非常不同(特别是，可以注意到在轮胎的胎肩区域中的减轻尤为显著)。
由于这种原因，本发明的主题为用于这样的轮胎的胎面，所述轮胎用于承载非常重的负荷的越野车辆并且旨在至少在其使用的一部分中在后车轴上与相同结构的另一轮胎成对使用。该胎面的总宽度Wt大于600mm并且待磨损的材料厚度为Ht，该胎面设置有总体为周向定向并且深度至少等于60mm的至少三个主沟槽。这些主沟槽将胎面划分为中间肋部和边缘肋部，所述边缘肋部轴向限定所述胎面的边界，并且这些边缘肋部的宽度至多等于所述胎面的总宽度Wt的四分之一。
所述中间肋部中的至少一些设置有具有深度H1的多个细沟槽，这些细沟槽限定了平均宽度B1小于所述深度H1的两倍的材料片形件。这些细沟槽沿着对应于轮胎的轴向方向的横向方向定向，或者沿着斜向方向定向(也就是说沿着与轮胎的横向方向或轴向方向成至多等于45度的角度定向)。
该胎面的特征在于每个中间肋部的平均宽度至多等于所述胎面的总宽度Wt的四分之一并至少等于待磨损的材料的厚度Ht的0.75倍。此外，所述细沟槽在至少等于其总深度H1的65％的高度H12上具有的宽度至多等于通过以下数学表达式获得的值：(B1乘以H1的乘积的平方根的百分之四)。
优选地，所述细沟槽的角度至多等于20度。
文献WO 2015/197429A1具体公开了满足所述关系(深度H1至少等于0.5倍的由细沟槽限定的材料片形件的宽度B1)的细沟槽对于受到驱动扭矩的轮胎的磨损性能具有有利的效果。对于转弯半径较小的转向，由地面施加至胎面的向前行驶方向的负荷可能非常高，由此在转向时在材料片形件上产生比施加驱动扭矩(具体地，发动机扭矩)时更大的剪切应力。
由于对细沟槽的最大宽度所施加的条件，因此可能在限定细沟槽的壁之间产生非常高的接触压力，从而通过使得相向的壁机械地互锁以尽可能地限制所述壁之间的滑动，可能减轻由这些细沟槽的存在而出现的胎面刚度的下降。
对于肋部的宽度的限定是必要的，从而使得在转弯半径非常小的转向中限制在每个材料片形件的宽度上的负载的幅度变化。
优选地，设置有细沟槽的中间肋部使得两个细沟槽之间的周向长度B1至多等于所述深度H1并且至少等于该同一深度H1的0.4倍。
优选地，每个主沟槽的宽度至少等于沟槽深度的6％，并且适于在沟槽进入与地面接触的接触斑块中时闭合从而在相向的壁之间产生接触压力。仍更加优选地，每个纵向沟槽的宽度至多等于其深度的15％。
优选地，细沟槽H1的深度与周向主沟槽的深度相等或相似。
已知为了进一步限制由该多个细沟槽的存在而出现的胎面刚度的下降，合理的是使至少一些细沟槽设置为进一步包括用于阻挡限定这些细沟槽的相向的壁的相对移动的手段。当比率B1/H1减小时，以及在使用时当由于存在异物导致细沟槽的壁之间的摩擦系数可能降低时，这些阻挡手段甚至会有更大的益处。
在本发明的替代形式中，轴向限定所述胎面的边缘肋部可以设置有限定具有平均宽度B2的块的具有平均深度H2的多个宽沟槽和/或细沟槽，所述深度H2小于B2的1.2倍。细沟槽是指的平均宽度小于以下表达式的值的沟槽：
在另一个替代形式中，胎面可以在中间肋部中包括不具有任何细沟槽的至少一个肋部。
相似地，根据本发明的胎面可以在中间肋部中包括设置有横向定向或斜向定向的宽沟槽的至少一个肋部。
在本发明的替代形式中，细沟槽的宽度在全新胎面表面与这些沟槽的底部之间进行变化，并在胎面表面与底部之间满足以下数学关系：
优选地，细沟槽与轮胎的横向的轴向方向成至多等于20度的角度，从而在磨损方面更有效。
在另一个有利的替代形式中，中间区域中的细沟槽的深度H1小于边缘区域中的沟槽的深度，从而获得边缘区域的升温与在中央区域中抵抗攻击之间的良好折中。
对于所有中间沟槽而言B1的值可基本上相似，或者可以从一个中间沟槽到另一个中间沟槽发生变化。具体地，可能有利的是在存在至少三个中间肋部时，最靠近赤道中平面的肋部具有较高的H1/B1比率。
本发明用于承载重型负荷的车辆的轮胎，例如旨在越野使用的车辆，也就是说在道路网络之外使用，特别是在矿区使用。
本发明进一步的特征和优点将参考随附附图通过下文的说明变得清楚，所述附图通过非限定性的示例示出了本发明的主题的实施方案。
附图说明
图1示出了根据本发明的轮胎胎面的胎面表面的部分示意图；
图2示出了图1中示出的胎面在径向平面中的截面；
图3示出了根据本发明的进行测试的另一替代形式的胎面的胎面表面的部分视图；
图4示出了平面的截面视图，所述平面在图3中的交线由线IV-IV表示；
图5示出了平面的截面视图，所述平面在图3中的交线由线V-V表示。
具体实施方式
为了使附图易于理解，在本发明的实施方案的替代形式的描述中使用了相同的附图标记，这些附图标记指代结构或功能类型相同的元件。
当然，附图用于支持说明书，但不是企图将实施方案的替代形式示出为任何具体的尺寸。
图1示出了根据本发明的轮胎胎面10的部分视图，所述胎面10用于在第一阶段中装配至“自卸车”类型的越野车辆的前车轴，以承载非常重的负载，随后在第二阶段中装配至相似车辆的后车轴。尺寸为40.00R 57的该子午线轮胎包括用于在轮胎与车辆所行驶的地面之间进行连接的胎面10。
该胎面10的总宽度W大于600mm，并具有用于与地面接触的胎面表面100。该胎面能够磨损的材料的总厚度为Ht，其至少等于60mm。
在全新轮胎的胎面表面上，该胎面10包括四个周向主沟槽1、2、3、4，其平均宽度至少等于6mm，而深度至多等于能够磨损的材料的厚度。
这些周向主沟槽1、2、3、4相对于在图1中通过线XX'表明的赤道中平面对称地进行设置。
这四个主沟槽1、2、3、4延胎面轴向限定三个中间肋部51、52、53以及两个边缘肋部8。
所述三个中间肋部具有相同的宽度，所述宽度小于胎面的总宽度的四分之一。这三个肋部中的每一个设置有多个细沟槽(分别为61、62、63)，这些细沟槽沿着垂直于周向方向的横向方向定向，因此平行于设置有该胎面的轮胎的旋转轴线的方向。每个横向细沟槽61、62、63在每一侧上都打开至周向主沟槽。此外，这些横向细沟槽从一列至另一列在周向方向相互错开。
这些横向细沟槽61、62、63与周向主沟槽在每个周向列51、52、53之中限定了多个相应的材料元件或材料片形件71、72、73，所述材料片形件71、72、73的平均高度对应于所述细沟槽的平均深度H1。
此外，设置有细沟槽的中间肋部的宽度至少等于待磨损的材料的厚度Ht的0.75倍。
宽度B1限定为小于细沟槽的深度H1。在该实施方案的替代形式中，细沟槽的宽度至多等于以下数学表达式的值：
在轴向外侧，边缘肋部是周向连续的并且不具有沟槽。
图2示出了在径向平面中的截面(该截面在图1中通过其线II-II表示)的部分视图，在图2中能够看到在周向肋部53中形成的细沟槽63的分布。
这些横向细沟槽63与主沟槽3和4限定了多个相应的材料元件73，所述材料元件73的高度等于刀槽的深度H1，并且材料元件73在胎面表面100上具有周向长度B1。在所描述的替代形式中，其它横向细沟槽61、62具有相同的尺寸特性，但是本领域技术人员当然可以根据所期望的目标改变这些特性。
在使用条件下，已经发现当细沟槽进入与地面接触的接触斑块中时，细沟槽部分地闭合；细沟槽的相向的壁之间的接触大致会影响所述壁的表面积的至少65％(也就是说，在至少65％上存在接触)。
图3示出了根据本发明的进行测试的胎面的另一替代形式。用于尺寸为40.00R 57的子午线轮胎的该胎面10意图在第一阶段中装配至“自卸车”类型的越野车辆的前车轴，以承载非常重的负载，随后在第二阶段中装配至相似车辆的后车轴。
该胎面的总宽度Wt等于999mm，并且用于在行驶期间通过胎面表面100与地面接触。
该胎面10包括五个周向主沟槽1、2、3、4、5，除了中央位置的沟槽以外，这些沟槽的平均宽度等于8mm，所述中央位置的沟槽在全新时的平均宽度等于10mm。除了轴向最外的主沟槽以外，这些主沟槽的深度等于102mm，所述轴向最外的主沟槽的深度等于108mm。这些主沟槽的宽度适于在进入接触斑块时闭合并在其相向的壁之间产生接触压力，而同时适于在未处于接触斑块中时能够进行足够的散热。
这些周向主沟槽1、2、3、4、5产生四个中间肋部和两个边缘肋部，这些边缘肋部在宽度方向轴向限定胎面。边缘肋部的平均宽度等于135mm，而最接近边缘肋部的中间肋部的平均宽度等于172mm，最接近赤道中平面的中间肋部的平均宽度等于174mm，所述赤道中平面在图中的交线由线XX'表示。
每个中间肋部设置有多个细沟槽，所述细沟槽宽度为2.5mm，并沿着高度H1延伸至胎面的厚度中。这些宽度较小的细沟槽斜向定向，也就是说沿着与轮胎的旋转轴线成15度角度的方向而定向。这些细沟槽与周向主沟槽一同限定了多个材料片形件，所述材料片形件的在周向方向上测量的平均宽度B1等于所述片形件的平均高度。该平均高度对应于所述细沟槽的平均深度。
在该替代形式中，所有中间肋部以同样的方式划分为材料元件，所述材料元件的周向宽度B1等于60mm，而其高度H1等于101mm。
图5示出了平面的截面视图，所述平面在图3中的交线沿着线V-V；在图5中可以看到细沟槽包括如下部分，在高度H12(其等于71mm)上的部分(在该部分上细沟槽的宽度为2.5mm)，以及在高度H11(其等于30mm)上的更宽的部分(其为上述高度H12的部分的补充)。在靠近全新胎面表面的该更宽的部分上，该宽度不满足关系
在所描述的替代形式中，中间肋部的所有材料片形件具有相同的周向长度B1，对于其它中间肋部也是如此。当然，本文描述的发明涵盖如下的替代形式，其中材料片形件的周向长度B1可以不同(无论是在同一肋部上还是在不同的肋部之间)，而同时满足由本发明所限定的关系，即对于每个中间肋部，细沟槽的宽度小于
在图3中示出的该替代形式中，每个边缘肋部设置有多个宽沟槽，所述宽沟槽的平均宽度为45mm，其深度与分隔中间沟槽的边缘的周向主沟槽相同，即为108mm。与这些宽沟槽交替设置有宽度为2.5mm的窄沟槽。图4示出了平面的截面，所述平面在图3中的交线由线IV-IV表示。
得益于该结构，轮胎在直线行驶和转向时表现出的磨损性能显著地改善，而同时保持了与对照轮胎等同的热性能和抓地性能，而无论胎面磨损的状况如何。
借助这两个替代形式来说明的本发明并不旨在仅限于这些示例，可以对其进行各种修改而不脱离由权利要求所限定的范围。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.用于承载重型负载的越野车辆的轮胎的胎面(10)，该胎面(10)的总宽度Wt大于600mm并且该胎面(10)待磨损的材料厚度为Ht，所述胎面设置有总体为周向定向并且深度至少等于60mm的至少三个主沟槽(1、2、3、4)，这些主沟槽(1、2、3、4)将胎面划分为中间肋部(51、52、53)和边缘肋部(8)，所述边缘肋部(8)轴向限定所述胎面的边界，这些边缘肋部(8)的宽度至多等于所述胎面的总宽度Wt的四分之一，所述中间肋部(51、52、53)中的至少一个设置有多个细沟槽(61、62、63)，每个细沟槽(61、62、63)在两侧打开至主沟槽(1、2、3、4)并且具有深度H1，这些细沟槽(61、62、63)与所述主沟槽(1、2、3、4)限定了平均长度(B1小于所述深度H1的两倍的材料片形件(71、72、73)，这些细沟槽(61、62、63)沿着对应于轮胎的轴向方向的横向方向定向，或者沿着斜向方向定向，所述斜向方向即定向与轮胎的横向方向或轴向方向成至多等于45度的角度，该胎面的特征在于：
每个中间肋部(51、52、53)的平均宽度至多等于所述胎面的总宽度Wt的四分之一并至少等于待磨损的材料的厚度Ht的0.75倍，所述细沟槽(61、62、63)在至少等于其总深度H1的65％的高度H12上具有的宽度至多等于通过以下数学表达式获得的值：
2.根据权利要求1所述的胎面(10)，其特征在于所述细沟槽相对于轮胎的横向方向的角度至多等于20度。
3.根据权利要求1或2所述的胎面(10)，其特征在于设置有细沟槽(61、62、63)的中间肋部(51、52、53)使得两个细沟槽(61、62、63)之间的周向长度B1至多等于所述深度H1并且至少等于该同一深度H1的0.4倍。
4.根据权利要求1至3任一项所述的胎面(10)，其特征在于每个周向主沟槽(1、2、3、4)的宽度至少等于其深度的6％，从而当沟槽进入与地面接触的接触斑块中时能够闭合并且在相向的壁之间产生接触压力。
5.根据权利要求4所述的胎面(10)，其特征在于每个周向主沟槽(1、2、3)的宽度至多等于其深度的15％。
6.根据权利要求1至5中的任一项所述的胎面(10)，其特征在于所述细沟槽(61、62、63)的深度H1与所述周向主沟槽(1、2、3、4)的深度相等或相似。
7.根据权利要求1至6中的任一项所述的胎面(10)，其特征在于轴向限定所述胎面的边缘肋部(8)设置有具有平均深度H2的多个宽沟槽(85、86)和细沟槽(65、66)，多个宽沟槽(85、86)和细沟槽(65、66)限定了具有平均周向长度B2的块(75、76)，所述深度H2小于宽度B2的1.2倍，每个细沟槽(65、66)的平均宽度小于以下表达式的值：
8.根据权利要求1至7中的任一项所述的胎面(10)，其特征在于至少一个中间肋部(51、52、53)不具有细沟槽。
9.根据权利要求1至7中的任一项所述的胎面(10)，其特征在于至少一个中间肋部(51、52、53)设置有横向定向或斜向定向的宽沟槽(86)。
10.根据权利要求1至7中的任一项所述的胎面(10)，其特征在于所有中间肋部(51、52、53)设置有细沟槽(65、66)。
11.根据权利要求1至10中的任一项所述的胎面(10)，其特征在于在中间肋部(51、52、53)上形成的细沟槽(61、62、63)的宽度在全新胎面表面与这些沟槽的底部之间变化，并在胎面表面与底部之间满足以下数学关系：

Claims (11)

1.用于承载重型负载的越野车辆的轮胎的胎面(10)，该胎面(10)的总宽度Wt大于600mm并且该胎面(10)待磨损的材料厚度为Ht，所述胎面设置有总体为周向定向并且深度至少等于60mm的至少三个主沟槽(1、2、3、4)，这些主沟槽(1、2、3、4)将胎面划分为中间肋部(51、52、53)和边缘肋部(8)，所述边缘肋部轴向限定所述胎面的边界，这些边缘肋部的宽度至多等于所述胎面的总宽度Wt的四分之一，所述中间肋部(51、52、53)中的至少一个设置有多个细沟槽(61、62、63)，每个细沟槽(61、62、63)打开至主沟槽(1、2、3、4)并且具有深度H1，这些细沟槽(61、62、63)与所述主沟槽(1、2、3、4)限定了平均宽度B1小于所述深度H1的两倍的材料片形件(71、72、73)，这些细沟槽(61、62、63)沿着对应于轮胎的轴向方向的横向方向定向，或者沿着斜向方向定向，所述斜向方向即定向为与轮胎的横向方向或轴向方向成至多等于45度的角度，该胎面的特征在于：
每个中间肋部(51、52、53)的平均宽度至多等于所述胎面的总宽度Wt的四分之一并至少等于待磨损的材料的厚度Ht的0.75倍，所述细沟槽(61、62、63)在至少等于其总深度H1的65％的高度H12上具有的宽度至多等于通过以下数学表达式获得的值：
2.根据权利要求1所述的胎面(10)，其特征在于所述细沟槽相对于横向方向的角度至多等于20度。
3.根据权利要求1或2所述的胎面(10)，其特征在于设置有细沟槽的中间肋部使得两个细沟槽之间的周向长度B1至多等于所述深度H1并且至少等于该同一深度H1的0.4倍。
4.根据权利要求1至3任一项所述的胎面(10)，其特征在于每个周向主沟槽(1、2、3)的宽度至少等于其深度的6％，从而当沟槽进入与地面接触的接触斑块中时能够闭合并且在相向的壁之间产生接触压力。
5.根据权利要求4所述的胎面(10)，其特征在于每个周向主沟槽(1、2、3)的宽度至多等于其深度的15％。
6.根据权利要求1至5中的任一项所述的胎面(10)，其特征在于所述细沟槽(61、62、63)的深度H1与所述周向主沟槽(1、2、3、4)的深度相等或相似。
7.根据权利要求1至6中的任一项所述的胎面(10)，其特征在于轴向限定所述胎面的边缘肋部(8)设置有具有平均深度H2的多个宽沟槽(85、86)和细沟槽(65、66)，多个宽沟槽(85、86)和细沟槽(65、66)限定了具有平均宽度B2的块(75、76)，所述深度H2小于宽度B2的1.2倍，每个细沟槽(65、66)的平均宽度小于以下表达式的值：
8.根据权利要求1至7中的任一项所述的胎面(10)，其特征在于至少一个中间肋部不具有细沟槽。
9.根据权利要求1至7中的任一项所述的胎面(10)，其特征在于至少一个中间肋部设置有横向定向或斜向定向的宽沟槽。
10.根据权利要求1至7中的任一项所述的胎面(10)，其特征在于所有中间肋部设置有细沟槽。
11.根据权利要求1至10中的任一项所述的胎面(10)，其特征在于在中间肋部上形成的细沟槽(61、62、63)的宽度在全新胎面表面与这些沟槽的底部之间变化，并在胎面表面与底部之间满足以下数学关系：
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