CN113103827B - 一种具有胎冠高耐久性能的全钢轮胎 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有胎冠高耐久性能的全钢轮胎，涉及轮胎领域，本发明结构简单，通过在轮胎中增设0°带束层，且第四层带束层宽度延伸并覆盖在0°带束层上方，以减小第三带束层端点因蠕动产生的剪切应力，减少第三带束层端点因蠕动产生的热量，同时改进肩垫胶的尺寸厚度范围，能够减小第二层带束层和第三带束层端点的剪切应力，延缓带束层端点应变过大而引起的冠部故障，延长轮胎的使用寿命；同时配合本发明轮胎采用复合胎面胶的形式，使轮胎中的一层胎面胶参与轮胎的主要磨耗，使不参与磨耗的二层胎面胶生热降低，在一定程度上降低了因轮胎使用过程中生热引起的胶料老化，提高了轮胎的整体使用寿命。

Description

一种具有胎冠高耐久性能的全钢轮胎

技术领域

本发明涉及轮胎领域，具体是一种具有胎冠高耐久性能的全钢轮胎。

背景技术

载重全钢轮胎的使用环境较为恶劣，外界环境对轮胎胎面切割刺扎比较严重，异物进入容易造成带束层的损坏，同时对带束层耐久生热性能要求也较高。

因此在轮胎现有技术的基础上，对轮胎本身的尺寸进行同步改进，在一定程度上能够有效降低轮胎生热，有效提高轮胎的耐久性能及安全性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有胎冠高耐久性能的全钢轮胎，通过对轮胎带束层结构、复合胎面以及肩垫胶等结构尺寸的改进，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种具有胎冠高耐久性能的全钢轮胎，包括作为过渡层的第一带束层、作为工作层的第二带束层和第三带束层以及肩垫胶，所述轮胎还包括第四带束层以及夹设在第三带束层和第四带束层之间的0°带束层，所述第二带束层和第三带束层与轮胎轴向之间的角度相同且方向相反，所述第四带束层宽度延伸并覆盖在0°带束层上方，且所述轮胎的肩垫胶优选厚度M范围为6～9mm。

作为本发明进一步的方案：所述肩垫胶上端点沿轮胎轴向与第一带束层端点之间的距离L范围为25～35mm。

作为本发明进一步的方案：所述第四带束层的宽度范围为120～140mm，角度与第三带束层相同且同向，第四带束层的角度范围为16°～20°。

作为本发明进一步的方案：所述第二带束层端点处上方设置2.0～3.5mm厚度的型胶。

作为本发明进一步的方案：所述第二带束层和第三带束层与轮胎轴向之间的角度范围均为16°～20°，且与轮胎轴向之间的角度方向相反。

作为本发明进一步的方案：所述轮胎的花纹沟深为H，所述轮胎的胎面由依次叠置的一层胎面胶、二层胎面胶以及三层基部胶形成，所述一层胎面胶厚度与胎面花纹沟深的比值范围为1/2～2/3。

作为本发明进一步的方案：所述二层胎面胶的厚度范围：(1/3～1/2)*H+3mm。

作为本发明进一步的方案：所述二层胎面生热系数的范围为0.046～0.048。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明通过在轮胎中增设0°带束层、改进肩垫胶的尺寸厚度范围，能够减小第二层带束层和第三带束层端点的剪切应力，延缓带束层端点应变过大引起的冠部故障，延长轮胎的使用寿命；同时本发明中第四层带束层宽度延伸并覆盖在0°带束层上方，以减小第三带束层端点因蠕动产生的剪切应力，减少第三带束层端点因蠕动产生的热量，同时配合本发明轮胎采用复合胎面胶的形式，使轮胎中的一层胎面胶参与轮胎的主要磨耗，使不参与磨耗的二层胎面胶生热降低，在一定程度上降低了因轮胎使用过程中生热引起的胶料老化，提高了轮胎的整体使用寿命。相较于现有技术，本发明通过对轮胎本身尺寸机构的改进，在一定程度上能够有效提高轮胎的耐磨耐久性能。

附图说明

图1为一种轮胎截面示意图；

图2为一种轮胎的肩垫胶厚度调整对第二带束层形状影响的示意图；

图3为一种轮胎的带束层端点剪切应力与肩垫胶厚度影响的分析示意图；

图4为一种轮胎胎面的部分剖面结构示意图；

图5为一种轮胎胎面残余沟深与使用时间的对应关系图；

图6为一种轮胎胎面花纹沟深的尺寸占比图；

图7为一种轮胎胎面与现有技术轮胎的改善效果对比图；

图8为一种轮胎的轴向剖切面的示意图；

图9为一种轮胎的多层带束层分布的简易结构示意图；

图中：1-第一带束层、2-第二带束层、3-第三带束层、4-第四带束层、5-0°带束层、6-一层胎面胶、7-二层胎面胶、8-三层基部胶、9-肩垫胶。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例中，一种具有胎冠高耐久性能的全钢轮胎，包括作为过渡层的第一带束层、作为工作层的第二带束层和第三带束层以及肩垫胶，所述轮胎的肩垫胶优选厚度M范围为6～9mm。所述轮胎的肩垫胶厚度M可以为但不仅限于6mm、6.5mm、7mm、7.5mm、8mm、8.5mm、9mm。

如图2所示，为改变肩垫胶厚度对第二带束层形状影响的结构示意图，从图中能够得出：随着肩垫胶厚度的逐渐增加，第二带束层端点位置由下榻→平直→上翘，而第二带束层端点应力发生变化。

本发明以12.00R20规格为例，通过有限元仿真分析，模拟在气压1300kPa，负荷6000kg的工况下进行分析，计算出不同肩垫胶厚度对应的带束层端点剪切应力，拟合肩垫胶厚度与带束层端点剪切应力因数关系，推测最优的肩垫胶尺寸，减小带束层端点受力，从而延缓因带束层端点损坏引起的肩部故障。

下表中指数值越大，代表剪切应力越小，性能越优。

根据上述表格中的实验数据分析以及如图3所示的带束层剪切应力指数随肩垫胶厚度变化的图示能够得出：

1、随着垫胶厚度的增加，第一带束层和第三带束层的端点剪切应力指数逐渐增加，第二带束层的端点剪切应力指数先是增大到达峰值后逐步减小。

2、如图3所示，考虑第二带束层端点应变是引起肩部脱空或冠部其他故障的主要因素，所以以第二带束层为主，同时兼顾第一、第三带束层端点剪切应力应变，可确定肩垫胶厚度优选范围为6mm～9mm。

为保证带束层平顺，减小蠕动产生的剪应变和生热，所述肩垫胶上端点沿轮胎轴向与第一带束层端点之间的距离L范围为：25～35mm；

通过改进肩垫胶的厚度，同时拟合肩垫胶厚度与带束层端点剪切应力因数关系，推测确立最优的肩垫胶尺寸，一方面能够对第二带束层端点进行保护，另一方面能够兼顾优化第一和第三带束层端点的剪切应力，进而延缓带束层端点应变过大而引起的冠部故障。

所述轮胎的第一带束层为过渡层，第二、三层带束层为工作层，其中第二、三带束层与轮胎轴向之间角度相同，且方向相反，所述轮胎同时包括四层带束层以及夹设在第三和第四带束层之间的0°带束层，所述第四带束层宽度延伸并覆盖在0°带束层上方。

如图8-9所示，为减小第三带束层端点因蠕动产生的剪切应力和提高带束层安全性，将第四带束层宽度延伸至覆盖0°带上方，其宽度范围：120mm～140mm，角度同第三带束层，设置范围在16°～20°，方向与第三带束层保持一致，是一种特殊四层+0°带束层结构；有效减小第三带束层端点剪应变，从而减小冠部故障，延长轮胎使用寿命。另外，第二带束层端点处上方设置2.0～3.5mm厚度的型胶，也能够减小第三带束层端点的蠕动，减小剪应变从而保护工作层端点剪应变。其中说明书附图9中带束层中填充的斜线表示带束层的角度与方向。

将第四带束层的宽度延伸并覆盖0°带束层上方，因第三带束层端点处增加第四带束层的束缚，所以减小第三带束层端点因蠕动产生的剪切应力和提高带束层的安全性。所述0°带束层被第四带束层间隔为两层结构形式。

为验证上述理论结果的准确性，做出如下实验验证：

下表中剪切应变指数越大，表示剪切应力越小，性能越优。

根据上述实验数据结果，能够得出：

1、由传统技术与实施例1-3的实验数据对比，能够得出：本发明设有0°带束层的轮胎较传统技术中无0°带束层的轮胎，其第三带束层的蠕动性较小，剪切应力有一定程度的降低，上述数据能够说明本发明增设了0°带束层以及对应改变了轮胎带束层对应的尺寸范围限定，减小因第三带束层的蠕动过大而引起的冠部故障，可有效提高轮胎整体的性能，延缓轮胎损坏。

2、所述第二带束层端点处上方设有2.0～3.5mm厚度的型胶，通过该型胶的作用，将工作层端点间距增加，能够有效减小第三带束层端点的蠕动，减小带束层剪应变从而起到保护作用。

通过在带束层之间增设0°带束层，且对轮胎中带束层的尺寸与角度进行限定，能够有效减小第三带束层端点剪切应力，减小冠部故障，延长轮胎的使用寿命，同时将第四层带束层宽度延伸并覆盖在0°带束层上方，以减小第三带束层端点因蠕动产生的剪切应力，同时提高了带束层的安全性。本发明中增设0°带束层同时结合轮肩垫胶形状厚度的优化，在一定程度上能够有效缓解带束层端点应变过大的情况，在一定程度上能够有效避免因带束层端点应变过大产生的冠部事故。

所述轮胎包括具有花纹沟深的轮胎胎面，所述花纹沟深为H，所述轮胎胎面由依次叠置的一层胎面胶、二层胎面胶以及三层基部胶形成，所述二层胎面胶的厚度范围：(1/3～1/2)*H+3mm，所述二层胎面生热系数的范围为0.046～0.048。

通过将轮胎胎面形成多层结构形式，使一层胎面胶起到主要的磨耗和防刺扎切割的作用，二层胎面胶不参与磨耗，为保证胎面磨耗和耐刺扎切割性能，同时降低生热。如图5所示，根据对重载全钢子午线轮胎使用寿命结束对应残余沟深的统计分析，残余沟深与新胎花纹沟深比值范围集中在1/3～1/2，因此将本发明的一层胎面胶厚度与胎面花纹沟深的比值范围限定在1/2～2/3，通过上述对胎面的复合设置方式，能够有效保证轮胎整体胎面的磨耗性能。

通过上述轮胎一层胎面的厚度限定，能够使二层胎面胶不参与磨耗，因此控制二层胎面胶的生热系数范围，能够有效降低轮胎在正常使用过程中产生的热量。所述二层胎面生热系数的范围为0.046～0.048，通过对不参与磨耗的二层胎面的生热系统进行控制，相较于现有技术中轮胎胎面胶均参与磨耗的方式，本发明相当于减薄了实际参与轮胎磨耗的胎面厚度，在一定程度上能够有效降低轮胎在使用过程中产生的磨耗生热。

为验证上述理论推导的真实有效性，安排在转鼓试验上进行温度测量，进一步生热评估，同时安排花纹裂口试验，验证耐裂口增长性能，实验验证结果如下：

轮胎性能	现有技术	本实施例	对比
				耐裂口增长性能	100	101	基本齐平
降低生热	100	118	性能有效提升
				耐切割掉块性能	100	97	基本齐平
磨耗	100	95	基本齐平

根据上述表格中的实验数据结果能够得出：

本发明与现有技术中的轮胎相比，在耐裂口增长性能方面基本保持齐平；在降低轮胎生热方面有较大的性能提升；在轮胎耐切割掉块性能方面基本保持齐平；在轮胎磨耗方面基本与现有技术保持齐平。

本设计方案改善效果分别从室内和室外试验进行验证，分别对生热、磨耗、耐沟裂口成长、耐切割掉块性能进行验证，生热和成本效果明显，其余性能相当。通过本发明对轮胎胎面的设置方式既能够保证磨耗性能同时兼顾降低生热性能。

为验证本发明中对二层胎面胶厚度范围限定的特殊性以及对轮胎整体性能的影响，以12.00R20规格沟深24mm产品为例，做出如下实验验证：

此时一层胎面胶厚度范围为12～16mm，二层胎面胶厚度范围为11～15mm。

根据上述实验数据结果能够得出：

由实施例1-3与对比例1-2能够得出：一层和二层厚度配比关系必须在限定范围内，若超出，轮胎磨耗或者抗生热性能会明显下降，不满足轮胎使用性能要求，因而能够证明本发明一层胎面厚度：(1/2～2/3)*H和二层胎面厚度：(1/3～1/2)*H+3mm范围设定的有效性以及特殊性。

通过将胎面胶设置为多层复合结构，使一层胎面胶参与轮胎的主要磨耗，同时优化二层胎面胶生热和耐刺扎、切割的性能，使不参与磨耗的二层胎面胶生热降低，在一定程度上降低了因轮胎生热引起的胶料老化，提高了轮胎的整体使用寿命。

本发明结构新颖，运行稳定，本发明通过在轮胎中增设0°带束层、改进肩垫胶的尺寸厚度范围，能够减小第二层带束层和第三带束层端点的剪切应力，延缓带束层端点应变过大而引起的冠部故障，延长轮胎的使用寿命；同时本发明中第四层带束层宽度延伸并覆盖在0°带束层上方，以减小第三带束层端点因蠕动产生的剪切应力，减少第三带束层端点因蠕动产生的热量，同时配合本发明轮胎采用复合胎面胶的形式，使轮胎中的一层胎面胶参与轮胎的主要磨耗，使不参与磨耗的二层胎面胶生热降低，在一定程度上降低了因轮胎使用过程中生热引起的胶料老化，提高了轮胎的整体使用寿命。相较于现有技术，本发明通过对轮胎本身尺寸机构的改进，在一定程度上能够有效提高轮胎的耐磨耐久性能。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (5)

1.一种具有胎冠高耐久性能的全钢轮胎，包括作为过渡层的第一带束层、作为工作层的第二带束层和第三带束层以及肩垫胶，其特征在于，所述轮胎还包括第四带束层以及夹设在第三带束层和第四带束层之间的0°带束层，所述第二带束层和第三带束层与轮胎轴向之间的角度相同且方向相反，所述第四带束层宽度延伸并覆盖在0°带束层上方，且所述轮胎的肩垫胶优选厚度M范围为6～9mm；

所述第四带束层的宽度范围为120～140mm，角度与第三带束层相同且同向，第四带束层的角度范围为16°～20°；所述第二带束层端点处上方设置2.0～3.5mm厚度的型胶；所述轮胎的花纹沟深为H，所述轮胎的胎面由依次叠置的一层胎面胶、二层胎面胶以及三层基部胶形成，所述一层胎面胶厚度与胎面花纹沟深的比值范围为1/2～2/3。

2.根据权利要求1所述的一种具有提高胎冠耐久性能的全钢轮胎，其特征在于，所述肩垫胶上端点沿轮胎轴向与第一带束层端点之间的距离L范围为25～35mm。

3.根据权利要求1所述的一种具有提高胎冠耐久性能的全钢轮胎，其特征在于，所述第二带束层和第三带束层与轮胎轴向之间的角度范围均为16°～20°，且与轮胎轴向之间的角度方向相反。

4.根据权利要求1所述的一种具有提高胎冠耐久性能的全钢轮胎，其特征在于，所述二层胎面胶的厚度范围：(1/3～1/2)*H+3mm。

5.根据权利要求1所述的一种具有胎冠高耐久性能的全钢轮胎，其特征在于，所述二层胎面生热系数的范围为0.046～0.048。

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