CN1102506C - 轮胎的胎冠加强件 - Google Patents

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Abstract

一种用于负载重负荷的轮胎，此种轮胎首先包括一个由至少一个径向绳索线网层(1)构成的胎体加强件，其次包括一个由至少一个周向加强元件的拟柱形的线网层(3)构成的胎冠加强件，周向加强元件由金属的、不可拉伸的主元件(30)构成，主元件所具有的最小横向和径向尺寸至少等于所述线网层(3)的周向半径Rs的平方根的0.09倍，其填充系数至少等于0.70，并被月牙形横截面的、高拉伸模量的两面凸的橡胶片(4)所覆盖。

Description

轮胎的胎冠加强件
本发明涉及一种子午线轮胎，这种轮胎装配在诸如载重汽车、公共汽车、拖车、公路装置的牵引车辆、推土设备或农用拖拉机等的重型车辆、建筑用或农用车辆上，更具体的说，本发明涉及这种轮胎的胎冠加强件。
目前，这样的加强件由若干胎冠线网层构成：通常为布置在胎体加强件上、位于轮胎赤道平面两侧的两个所谓的三角形花纹半线网层，它们由不能伸展的、与周边方向形成45°至90°的一个角的金属绳索构成；这些三角形花纹的半线网层在径向覆盖有两个不能伸展的、从一个线网层在径向覆盖有两个不能伸展的、从一个线网层交错至另一线网层、并与周边方向构成10°至30°角的金属绳索线网层。这两个小角度的线网层称为工作线网层，在其上部以沿径向至少放置一个线网层而结束，此线网层由可伸展的、弹性的、并与下面的径向相邻的工作线网层的绳索通常具有相同方向的金属绳索构成。弹性绳索的线网层或这些线网层称为保护性线网层。
在严酷的行驶条件下，这样的胎冠加强件结构最终在工作胎冠线网层的边缘之间形成分离，所述边缘的位置适宜于剪切应力的产生，这些应力造成分隔所述边缘的硫化橡胶层的撕裂，并造成工作线网层的分裂，直至胎冠加强件完全破裂。
曾经提出过许多解决方法以克服这一问题，或至少缓和上述缺陷。例如可在工作胎冠线网层边缘之间放置橡胶楔或橡胶衬垫以减少所述线网层之间的剪切应力。
根据轮胎的胎冠加强件的膨胀随充气压力而变化，而这正是产生对胎冠加强件强度十分不利的线网层之间剪切预应力的原因的这一假设，建议在胎体加强件与胎冠加强件之间沿径向至少设置两个线网层，这两个线网层由特定不可伸展的金属绳索制成并与周边方向构成最好为5°的小角度，这些网线层的作用在于将下面的径向胎体加强件围绕、紧箍至最大限度，因为在内部充气压力的作用下径向胎体加强件趋于增加其周边的展开，同时增加其横向曲率，且这种趋势在轮胎移动期间增大。例如法国专利申请2,452,390中描述的轮胎正是符合上述限定。
上述紧箍线网层的不可伸展绳索随后被可伸展绳索所替代，而小角度则变为零，或可看作零，所述线网层仍被放置在胎体与胎冠加强件之间。在美国专利申请4,934,429中描述了这种轮胎。
上述解决方案对于使用来说很昂贵，也很敏感，特别对用于重型车辆的、形状比小于1的轮胎更是如此。许多发明人长期以来考虑将交错绳索线网层构成的胎冠加强件或交错绳索线网层和周向绳索线网层构成的混合胎冠加强件用单独由周向加强元件构成的加强件加以代替。
法国专利1,198,141描述了一种轮胎，它具有近似为圆柱形的外侧行驶表面。在胎体加强件和胎面之间布置了紧箍加强件，该加强件由嵌入在塑胶材料中的一个或多个周向加强元件构成。
法国专利2,429,678对形状比在0.40与0.65之间的轮胎推荐这样一种周向绳索胎冠加强件，此加强件是通过螺旋缠绕绳索获得的，且螺旋的节距为绳索直径的1至4倍。
欧洲专利申请0,093,451 A2虽曾解释由于倾向于更为复杂的加强件而放弃了单独应用周向绳索形成胎冠加强件，因为这有可能获得足够的横向刚度以承受跑偏行驶时轮胎受到的横向力的作用，但仍提出一种胎冠加强件结构，其所具有的周向绳索覆盖在一个橡胶层中，这种橡胶具有高的弹性模量以及十分特殊的性能以减少轮胎的滚动阻力。
在欧洲专利申请0,200,055 A2中又提出了应用具有十分高模量的涂层的想法，其目的显然在于改进上述欧洲专利申请中说明的轮胎的路面抓着性能。
为减少或甚至消除0滑移角时的横向牵引力，即通常称作“线网层跑偏”，美国专利4,691,752提出一种周向绳索与带相结合的胎冠线网层，这种带由橡胶制成，并以短纤维加以强化，其在张力作用下的刚度至少为10kg/mm2。
但以上种种方案未能使应用于负载重负荷、形状比小于1的轮胎既获得令人满意的耐磨损性能，又同时保持十分良好的总体强度，而且还使得安装这样的轮胎能改善车辆在路上行驶的性能，特别是减少由于路面形成凹槽造成的影响。
为了摆脱胎冠加强件线网层之间的分离问题，同时获得良好的耐磨性、足够的路面抓着性能及较低的滚动阻力，本发明提出一种轮胎，这种轮胎首先包括一个由至少一个径向绳索线网层构成的胎体加强件，其次包括由至少一个周向加强元件线网层构成的胎冠加强件，它在径向覆盖有包括胎面的若干层橡胶层，其特征在于，周向加强元件的拟柱形的线网层由金属的、不可拉伸的主元件构成，这些主元件可由辅助元件加以隔开，所述主元件的最小横向和径向尺寸至少等于所述网层周向半径RS平主根的0.09倍，其填充系数至少等于0.70，它覆盖有一个月牙形横截面的、高拉伸模数的两面凸的橡胶片，橡胶片的最大厚度至少等于主加强元件的最大径向尺寸的一倍，而其轴向宽度最多等于主元件最宽线网层的轴向宽度的80％。
“高拉伸模量”应理解为在10％的相对拉伸时测得的正割模量至少为20MPa。
如果周向加强元件线网层在两面凸的橡胶片限定的宽度内的曲率横向半径至少为其周向半径RS的三倍，无论此横向半径是凹的或凸的，则这种周向加强元件线网层被称作拟柱形的。
周向加强元件的最宽线网层的轴向宽度最好至少为0.7S，S是轮胎安装在其运转轮辋上并充气至其工作压力时的最大轴向宽度，且至少等于胎面轴向宽度的90％。从而在一个偏离角下行驶时，轮胎的路面抓着性能，也即地面作用在轮胎上的横向力与所述轮胎所支承的垂直负荷之比得以改进。
加强元件线网层是复合组合件，它一方面由加强元件构成，另一方面由用于涂敷所述元件的橡胶构成，所述橡胶可充满加强元件间的空间，并在元件的上、下侧获得厚度基本相同的橡胶层；所述元件可以是连续的或是间断的。而线网层的填充系数则是线网层中加强元件占据的体积与总体积之比。加强元件线网层可只包含主加强元件，也即能抵制由于充气、负载、在直线上和/或以横向力行驶引起的拉伸应力、压缩应力和弯曲应力的元件。所述主元件吸收按公式Tep.N/Rs.P计算的至少90％的充气应力，其中Tep是主元件的张力，N是每厘米线网层的元件数，Rs是所述线网层的周向半径，而p是以巴为单位的轮胎充气压力。但是填充系数可通过设置辅助加强元件有利地增大，这些辅助加强元件轴向地放置在主元件之间，并且它具有的形状使得轴向相对主加强元件和辅助加强元件的所谓连接表面更大，这得以增加主元件间的抗剪切强度，因而增加胎冠加强件的横向刚度。
本发明提出的轮胎的路面抓着性可通过在两面凸的橡胶片的外侧径向放置至少一个保护性线网层而得到提高。所述线网层可由相对周边方向成某个角度α定向的绳索构成，α可位于30°与90°之间，这在沿直线行驶时会引起残余横向推力，这可能对某种应用配置有利。保护性线网层的优选结构是由两个保护性半线网层构成，它们轴向位于轮胎赤道平面的两侧，并由金属绳索构成，对于一个半线网层其金属绳索与周边方向形成+α角，而对另一个半线网层其金属绳索则与周边方向形成-α角，α角可位于30°与60°之间。两个半线网层的绳索与周边方向形成的角可不同，例如对一个半线网层为+α，而对另一个半线网层为-β。
可用两个轴向连续的线网层来代替上述的两个半线网层，线网层的加强元件从一个线网层交错至另一线网层，与周边方向构成一定的角度。所述元件可以是弹性细绳或绳索，并与周边方向构成30°与45°之间的角。它们也可以是非弹性的细绳或绳索，并与周边方向构成大于45°的角。由这样的元件构成的线网层其每厘米线网层抗破裂力要比周向主元件线网层的抗破裂力至少小三倍，并被制成使得它们只能吸收由于轮胎充气引起的应力的10％或小于10％。
本发明的特征和优点将借助于下述参考附图的说明得到更好的了解，附图展示的实施例并不具有限制性，其中：
图1为本发明提出的轮胎的子午截面示意图；
图2A至2E为胎冠线网层的局部示意图，其中主加强元件和副加强元件相互并排地延伸；
图3A和3B为本发明提出的优选的胎冠加强件的子午截面和俯视示意图；以及
图4A和4B为本发明提出的胎冠加强件另一些修改实施例的示意图。
图1所示的是尺寸为315/50-22.5的重型车辆轮胎，其H/S形状比基本等于0.50，此处H和S分别是轮胎安装在其运转轮辋J上并充气至其运转压力时的高度和最大轴向宽度。所述轮胎P包括一个胎体加强件，该胎体加强件由芳香烃聚酰胺绳索的单一线网层1构成，通过围绕轮胎钢丝2卷绕形成一个翻转部分10而紧固在每个轮缘中。胎体线网层1被一个单一胎冠线网层3箍住，该胎冠线网层3由周向不可拉伸的加强元件30构成，它们正是钢制不可拉伸的金属绳索，也即这种绳索在等于它们断裂力10％的力的作用下，其最大相对拉伸为0.5％。周向加强元件与周向方向构成一个0°±2.5°的角。在不存在任何辅助加强元件时，这些纲丝绳具有比前述通常使用的钢丝绳尺寸大的截面，用以抵制所述轮胎运转充气压力产生的拉伸应力，再增加一个合理的安全因素。用于本发明胎冠加强件中的加强元件具有直径等于2.8mm的圆形横截面，这相当于线网层3的周向半径Rs平方根的0.135倍，而在所述情况是常规构成绳索时，也即绳索由一根有若干股单根细绳螺旋在其上缠绕的中央芯构成时，绞合可以是若干层。线网层3的轴向宽度L为260mm，或为胎面宽度L0的0.91倍，或可替换成最大轴向宽度S0的0.82倍。线网层3在一个很大的宽度上径向紧贴胎体线网层1，而其边缘则由一个橡胶楔7与所述线网层1隔开。线网层3在径向由一块月牙形两面凸的硫化橡胶片或垫4加以覆盖，它在轮胎赤道平面XX’平面上具有最大厚度，对于上述尺寸，该厚度等于6mm，也即等于线网层3的绳索直径的2.14倍，而轴向宽度L1等于150mm，或等于线网层3的宽度L的61％。两面凸的垫片4的橡胶在10％相对拉伸下的刚度正割模量为40Mpa。两面凸的片4本身又覆盖着一层称为下胎面层的橡胶层5，其在上述相同条件下测得的刚度模量最多为6Mpa，也即要比两面凸的片4的同名模量低得多。轮胎胎冠以所述上胎面6而完成，所述胎面由外橡胶侧壁片8和内橡胶片9与轮胎轮缘相连接。
图2A展示了本发明提出的一种轮胎线网层3的十分局部的视图。此线网层3的加强元件30的横截面本质上是已知的椭圆形形状，但它们在线网层3中却布置成使所述元件的主轴相互平行，并平行于赤道平面XX’。上述较好的定向由于有效连接表面的增加，也即相邻元件与分隔它们的涂敷橡胶部分的粘连总表面的增加，得以在相邻元件之间有较好的连接。从而产生一个较大的总的元件间的剪切力，但在元件与橡胶间连接平面的针尖(pinpoint)应力却不增加。所述椭圆形元件或绳索可由一根任何形状的芯32形成，并由塑胶材料或金属构成，所述芯或由一根或若干根塑胶和/或金属丝或绳索、或由一层塑胶材料层33、或由一层模量十分高的弹塑性材料层33所围绕。
如图2B至2D所示，有效连接表面可通过在两个主加强元件30之间放置辅助加强元件31而大大地增大，此处主加强元件30为金属绳索。在图2B中，辅助元件31为一条涂敷黄铜的金属带，其厚度e很小，在所述实例中等于0.2mm，所述带在其上、下端成圆形弯曲和缠绕以便类似主加强元件形成线网层。具有矩形横截面的这种带可放置至主元件30的涂敷橡胶中，并可沿着线网层3的周边而断开。带31最好在其周向具有径向切口，它们在带的径向上边缘与径向下边缘之间交错。
图2C展示了一种具有优化横向形状的辅助加强元件31，其侧壁实际上与主元件30的横向轮廓线平行，在这种情况下，圆形截面的绳索得以使连接表面最大，并使元件31和绳索30的相应侧壁间留有橡胶额定厚度，也即，为确保轮胎强度，此厚度是使加强元件与橡胶之间具有足够粘附力所严格必须的。图2D所示的结构是工业应用中最简单的，辅助加强元件31是直径小于主绳索30直径的金属或塑胶材料的简单绳索，且两个主元件之间的每一间隙中在线网层3中线的两侧各设置有一个辅助元件。上述三种情况涉及添加由橡胶与主元件相隔开的辅助加强元件。也可有如图2E所示与主元件成整体的辅助加强元件：于是绳索30被包覆在可由塑胶、金属或具有高模量弹性材料制成的鞘层中，并使其有可能给与组件更利于产生抗剪切强度的横截面形状。
图3A和3B展示了一种本发明提出的轮胎的优先方案。所做的改进在于将两个所谓的弹性金属丝绳的半线网层9’、9”径向布置在两面凸的橡胶片4的外侧。假如一种绳索在一个等于10％断裂力的力的作用下，其相对拉伸最小为0.5％，该绳索被称作是有弹性的。在所述情况中，半线网层9’，9”从宽度和角度两方面看都是相对轮胎赤道平面对称地布置的，半线网层9’的元件以一个+45°的+α角而定向，而半线网层9”的元件则以一个-45°的-α角而定向；它们也可不对称地定向。这些半线网层中的每个的轴向宽度最多等于紧箍线网层3的轴向宽度的48％，这样，每个半线网层的轴向外端轴向位于线网层3的相应端的内侧，而轴向内端与赤道平面则被一个等于线网层3宽度L的至少3％的距离所隔开。
图4A展示了胎冠加强件的修改方案，其中两面凸的橡胶片4的径向覆盖有两层芳香烃聚酰胺绳索的线网层10，它们从一个线网层交错至另一线网层，并与周边方向构成45°角，后一布置首先有可能大大改善装备具有这种胎冠加强件的轮胎的重型车辆的行路性能，其次有可能对建筑用和运输用轮胎中的主胎冠加强件提供足够的保护。图4B中所示的胎冠加强件与图4A中所示的不同在于两个线网层10的宽度，所述宽度更小一些，同时使两个线网层保持相同的总的轴向宽度，但只允许在一个为总宽度L的至少50％的较小宽度上进行加强元件的交叉。

Claims (10)

1、一种轮胎P，这种轮胎P首先包括一个由至少一个径向绳索线网层(1)构成的胎体加强件，其次包括由至少一个连续或间断的周向加强元件的线网层(3)构成的胎冠加强件，它在径向覆盖有包括胎面(6)的若干层橡胶，其特征在于，周向加强元件的拟柱形的线网层(3)由金属的、不可拉伸的主元件(30)构成，这些主元件(30)可由辅助元件(31)加以隔开，所述主元件(30)的最小横向和径向尺寸至少等于所述线网层(3)的周向半径Rs的平方根的0.09倍，其填充系数至少等于0.70，它覆盖有一个月牙形横截面的、高拉伸模数的两面凸的橡胶片(4)，橡胶片(4)的最大厚度至少等于主加强元件的最大径向尺寸的一倍，而其轴向宽度L1最多等于主元件最宽线网层(3)的轴向宽度L的80％。
2、如权利要求1的轮胎，其特征在于，周向加强元件的最宽线网层的轴向宽度L最好至少为0.70S，S是轮胎安装在其运转轮辋上并充气至其工作压力时的最大轴向宽度，且至少等于胎面轴向宽度L0的90％。
3、如权利要求2的轮胎，其特征在于，填充系数因在主加强元件(30)之间沿轴向放置辅助加强元件(31)而增大，且辅助加强元件(31)所具有的形状使得沿轴向相对主加强元件(30)和辅助加强元件(31)的所谓的连接表面变得更大。
4、如权利要求3的轮胎，其特征在于，辅助元件(31)是具有小厚度e的涂敷黄铜的金属带，每条带在其下端和上端成圆形地弯曲，并可沿着线网层(3)的周边而断开，或在其周边具有径向切口，它们在其径向上边缘和径向下边缘之间交错。
5、如权利要求3的轮胎，其特征在于，辅助加强元件(31)具有优化的横向形状，它们的侧壁平行圆形截面的主元件(30)的横向轮廓，这使辅助元件(31)和主绳索(30)的相应侧壁之间可能保留有为在加强元件与橡胶之间具有足够粘附力所严格必须的橡胶厚度。
6、如权利要求3的轮胎，其特征在于，辅助加强元件(31)是金属或织品材料、或塑胶材料的细绳或绳索，其直径小于主绳索(30)的直径。
7、如权利要求3的轮胎，其特征在于，辅助加强元件(31)与主元件(30)是成整体的，所述元件(30)被包覆在塑胶材料、或具有高硬度的弹性材料、或金属的鞘层中，从而有可能给予组件更有利于产生抗剪切强度的横向形状。
8、如权利要求1至7中任一权利要求的轮胎，其特征在于，在两面凸的橡胶片(4)的径向外侧存在至少一个保护性线网层(10)，该保护性线网层(10)由细绳或绳索制成，这些细绳或绳索相对周边方向成一在30°与90°之间的角度α而定向。
9、如权利要求8的轮胎，其特征在于，存在两个弹性或非弹性细绳或绳索制成的保护性线网层(10)，一个线网层交错至另一个线网层，并与周边方向构成45°角。
10、如权利要求1至7中任一权利要求的轮胎，其特征在于，在两面凸的橡胶片(4)的径向覆盖有两个弹性金属绳索的半线网层(9’、9”)，绳索相对周向方向成角度α而定向，这些线网层相对轮胎的赤道平面XX’对称地布置，且每一线网层的轴向宽度最多为紧箍线网层(3)的轴向宽度L的48％，它们的轴向内端与赤道平面被一个为线网层(3)宽度L的至少3％的距离所隔开。
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