CN113677544B - 包括改进胎面的用于农用车辆的轮胎 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有金属胎冠增强件的用于农用车辆的轮胎并旨在通过选择合适的胎面来增加所述胎冠增强件的耐久性。根据本发明，对于相对于轮胎(1)的赤道平面(E)轴向定位在至多等于0.36*L的轴向距离DE处并且具有等于0.08*L的轴向宽度LE的任何胎面部分(21)，所述胎面部分(21)的局部体积沟槽率与胎面部分(21)的任何花纹元件(22)的周向细长比H/B的乘积TEVL*(H/B)至多等于0.35。

Description

包括改进胎面的用于农用车辆的轮胎
技术领域
本发明涉及用于农用车辆(例如农用拖拉机或农用工业车辆)的轮胎，更具体地涉及所述轮胎的胎面。
背景技术
用于农用车辆的轮胎的尺寸规格和使用条件(载荷、速度、压力)在如例如ETRTO(欧洲轮胎和轮辋技术组织)标准的标准中有所限定。举例来说，用于农用拖拉机的从动轮的子午线轮胎旨在安装在直径通常介于16英寸至46英寸(或甚至54英寸)之间的轮辋上。它旨在在功率介于50CV至大于250CV(最高550CV)之间的农用拖拉机上运行，并能够以最高65km/h的速度运行。对于这种类型的轮胎，对应于所示载荷能力的最小推荐充气压力通常至多等于400kPa，但对于IF(改进屈曲)轮胎而言，则可能降低至240kPa，对于VF(极高屈曲)轮胎而言，则可能甚至降低至160kPa。
像任何轮胎一样，用于农用车辆的轮胎包括旨在经由胎面表面(与坚实地面接触的表面)与地面接触的胎面，并且该胎面的两个轴向端部经由两个胎侧连接至两个胎圈，所述胎圈在轮胎和旨在安装轮胎的轮辋之间提供机械连接。
在下文中，周向方向、轴向方向和径向方向是指与胎面表面相切并以轮胎的旋转方向定向的方向，平行于轮胎的旋转轴线的方向和垂直于轮胎的旋转轴线的方向。子午平面或径向平面由径向方向和轴向方向限定并且包含轮胎的旋转轴线。周向平面由径向方向和周向方向限定并因此垂直于轮胎的旋转轴线。穿过胎面中部的周向平面称为赤道平面。
用于农用车辆的轮胎的胎面通常包括凸起元件(称为胎面花纹块元件)，所述凸起元件从支承表面径向向外延伸直至胎面表面，并且通过空隙而彼此隔开。
空隙的比例通常由体积空隙率TEV量化，所述体积空隙率TEV定义为空隙体积VC与假定没有空隙的胎面总体积V之间的比例，总体积是由支承表面和胎面表面界定的几何体积。由于胎面表面根据胎面的磨损程度而变化，因此体积空隙率TEV通常(但是也不一定)随磨损程度而变化。因此，可以针对全新或处于给定磨损状态的轮胎限定体积空隙率TEV。举例来说，用于农用拖拉机从动轮的轮胎在全新时具有通常至少等于50％且通常至少等于60％的体积空隙率TEV。
还可以针对在轮胎整个圆周上周向延伸并从第一周向平面轴向延伸至第二周向平面的任何胎面部分限定局部体积空隙率TEVL，这两个周向平面之间的距离限定了所述胎面部分的轴向宽度。局部体积空隙率TEVL定义为空隙体积VCL与假定没有空隙的胎面部分的总体积VL之间的比例，该总体积VL对应于由支承表面、胎面表面、和两个周向平面界定的几何体积。与体积空隙率TEV类似，可以针对全新或处于给定磨损状态的轮胎限定局部体积空隙率TEVL。
此外，对于处于全新状态或磨损状态的轮胎，在垂直于轮胎旋转轴线的任何周向平面内，可以确定周向空隙率TEC，该周向空隙率TEC沿周向平面与胎面表面之间相交的曲线测量。该周向空隙率TEC定义为周向空隙长度LC(对应于与周向平面相交并在胎面表面中测量的空隙的累积宽度)与总周向长度L(对应于周向平面与胎面表面之间相交的曲线的长度)之间的比例。
每个胎面花纹元件在几何方面可以由沿径向方向的径向高度H、沿轴向方向的轴向宽度A和沿周向方向的周向长度B来表征。这三个尺寸H、A和B为平均值，因为它们会根据在胎面花纹元件上所选择的测量点而变化。关于轴向宽度A和周向长度B，由于存在后倾角，因此轴向宽度A和周向长度B可能会从胎面表面朝向空隙底部的支承表面而增加。关于径向高度H，对于用于农用拖拉机从动轮的子午线轮胎，胎面花纹元件的径向高度H通常至少等于50mm且更通常至少等于60mm。根据这三个尺寸H、A和B，对于给定的胎面花纹元件，可以限定周向细长比H/B、轴向细长比H/A和表面积纵横比B/A。
用于农用车辆的胎面通常包括凸块形式的胎面花纹元件。凸块通常具有整体为平行六面体、连续或不连续且由至少一个直线部分或曲线部分组成的细长形状。凸块通过空隙或沟槽与相邻的凸块隔开。凸块从胎面的中间区域轴向延伸至胎面的轴向端部或胎肩。凸块包括接触面、前缘面、后缘面和两个侧面，所述接触面位于胎面表面中并旨在与地面完全接触，所述前缘面与胎面表面相交并且其相交棱旨在最先与地面接触，所述后缘面与胎面表面相交并且其相交棱旨在最后与地面接触。
凸块以恒定或可变的间距沿周向分布，并且通常设置在轮胎赤道平面的两侧上以形成V形花纹，V形花纹(或人字形花纹)的顶端旨在成为进入与地面接触的接地面的第一部分。通过胎面的一半相对于胎面的另一半围绕轮胎轴线旋转，凸块通常相对于轮胎的赤道平面对称，通常在两排凸块之间具有周向偏移。
用于农用车辆的子午线轮胎进一步包括增强件，所述增强件由在径向上位于胎面内侧的胎冠增强件和在径向上位于胎冠增强件内侧的胎体增强件构成。
用于农用车辆的子午线轮胎的胎体增强件包括将两个胎圈彼此连接的至少一个胎体层。胎体层的增强体基本上相互平行，并且与周向方向形成在75°至105°之间，优选在85°至95°之间的角度。胎体层包括用弹性体或弹性体类型的聚合物材料(通常称为表层配混物)涂覆的增强体，通常为织物增强体。
用于农用车辆的子午线轮胎的胎冠增强件包括叠加的周向延伸的胎冠层(在径向上位于胎体增强件的外侧)。每个胎冠层由增强体构成，所述增强体涂覆有弹性体配混物并相互平行。当胎冠层增强体与周向方向形成至多等于10°的角度时，它们被称为周向的或基本上周向的，并具有限制轮胎径向变形的环箍作用。当胎冠层增强体与周向方向形成至少等于10°且通常至多等于30°的角度时，它们被称为成角度的增强体，并具有抵抗施加至轮胎的平行于轴向方向的横向载荷的作用。胎冠层增强体可以由织物类型聚合物材料制成，例如聚酯(例如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET))、脂族聚酰胺(例如尼龙)、芳族聚酰胺(例如芳纶)或人造丝，或者可以由金属材料(例如钢)制成，或者由上述材料的任何组合制成。
用于农用车辆的轮胎旨在在各种类型的地面上行驶，例如或多或少致密的田间土壤，通向田间的未处理的小路以及道路的柏油表面。考虑到在田间和在道路上的用途的多样性，用于农用车辆的轮胎需要在松散地面上的田间牵引力、抗碎裂性、抗道路磨损性、抗向前行驶性和道路上的振动舒适性(此列表并不详尽)之间提供性能折衷。
在本领域中使用轮胎的一个基本问题是尽可能限制轮胎压实土壤的程度，因为这很容易妨碍农作物的生长。
这就是为什么在农业领域中已开发出低压且因此具有高屈曲性的轮胎的原因。因此，ETRTO标准区分了IF(改进屈曲)轮胎和VF(极高屈曲)轮胎，IF轮胎具有通常等于240kPa的最小推荐充气压力，VF轮胎具有通常等于160kPa的最小推荐充气压力。根据该标准，与标准轮胎相比，在充气压力等于160kPa的情况下，IF轮胎的承载能力提高了20％，VF轮胎的承载能力提高了40％。
但是，低压轮胎的使用对田间操作具有负面影响。因此，充气压力的降低已经导致轮胎的横向刚度和转弯刚度的降低，从而降低了轮胎的横向推力，因此导致在横向载荷下的操控性较差。
一种重新建立正确的横向推力的解决方案是通过用具有金属增强体的胎冠层代替具有织物增强体的胎冠层来横向地加强轮胎的胎冠增强件。因此，例如，已经用包括具有钢制金属增强体的两个胎冠层的胎冠增强件代替了包括具有人造丝型织物增强体的六个胎冠层的胎冠增强件。文献EP 2934917因此描述了一种IF轮胎，该IF轮胎包括胎冠增强件，该胎冠增强件包括至少两个具有金属增强体的胎冠层并且与胎体增强件结合，所述胎体增强件包括至少两个具有织物增强体的胎体层。
然而，在农用车辆的轮胎中使用具有金属增强体的胎冠层，由于金属增强体的过早破损，可能导致轮胎胎冠的耐久性降低。
为了限制胎冠耐久性的这些问题，轮胎制造商建议在胎冠层具有金属增强体的情况下恢复到比胎体层具有织物增强体的情况的推荐使用压力更高的推荐使用压力。例如，可以推荐将包括具有金属增强体的胎冠层的轮胎充气至等于2.7巴的压力，而不是2巴(2巴是包括具有织物增强体的胎冠层并旨在在相同载荷和速度条件下行驶的轮胎的推荐压力)，也就是增加了35％。这种基于增加充气压力的解决方案并不令人满意，因为增加压力会影响松散地面压实方面的性能。
发明内容
因此，发明人为自己设定的目标为将包括金属增强体的胎冠增强件的耐久性增加至至少等于包括织物增强体的胎冠增强件的耐久性的水平，特别是对于在低压下操作的农用车辆的轮胎而言，例如IF(改进屈曲)轮胎或VF(极高屈曲)轮胎。
根据本发明，通过一种用于农用车辆的轮胎实现了该目标，该轮胎具有ETRTO标准意义内的标称截面宽度L，并且在径向上从外侧至内侧包括胎面和胎冠增强件；
-胎面包括胎面花纹元件，所述胎面花纹元件通过空隙彼此隔开并且从支承表面径向向外延伸至胎面表面，
-胎面具有体积空隙率TEV，所述体积空隙率TEV定义为空隙的体积VC与介于支承表面和胎面表面之间的假定没有空隙的胎面总体积V之间的比例，
-每个胎面花纹元件具有周向细长比H/B，H为支承表面和胎面表面之间的平均径向高度，B为胎面花纹元件的平均周向长度，
-相对于轮胎的赤道平面轴向定位在轴向距离DE处的每个胎面部分具有轴向宽度LE和局部体积空隙率TEVL，所述局部体积空隙率TEVL定义为空隙的体积VCL与介于支承表面和胎面表面之间的所述胎面部分的总体积VL之间的比例，
-胎冠增强件包括至少两个胎冠层，每个胎冠层包括金属增强体，所述金属增强体涂覆有弹性体材料、相互平行并且与周向方向形成至少等于10°的角度，
-对于相对于轮胎的赤道平面轴向定位在至多等于0.36*L的轴向距离DE处并且具有等于0.08*L的轴向宽度LE的每个胎面部分，所述胎面部分的局部体积空隙率与所述胎面部分的每个胎面花纹元件的周向细长比H/B的乘积TEVL*(H/B)至多等于0.35。
因此，本发明背后的原理是提出一种用于农用车辆的轮胎，其包括具有金属增强体的胎冠增强件并且包括具有特定局部几何特征和体积空隙率TEV的胎面。
胎面的局部几何特征是针对在轮胎的整个圆周上周向延伸并具有宽度LE的胎面部分限定的，该宽度LE按照惯例等于0.08*L，即等于轮胎的标称截面宽度L的8％。根据定义，在ETRTO标准的含义内，轮胎的标称截面宽度L是轮胎命名约定中使用的宽度：例如，尺寸为600/70R 30的轮胎的标称截面宽度等于600mm。
此外，每个胎面部分相对于赤道平面轴向定位在轴向距离DE处，所述赤道平面是穿过胎面中部的周向平面，所述轴向距离DE定义为所述胎面部分的周向中间平面和轮胎的赤道平面之间的轴向距离。在本发明的上下文中，所考虑的胎面部分是轴向定位在至多等于0.36*L的轴向距离DE处(即在轮胎的标称截面宽度L的36％处)的那些。因此，所考虑的胎面部分包括在胎面的工作区域内，以赤道平面为中心并且对应于轮胎的标称截面宽度L的80％。
此外，每个胎面部分的特征在于局部体积空隙率TEVL，所述局部体积空隙率TEVL定义为空隙的体积VCL与介于支承表面和胎面表面之间的所述胎面部分的总体积VL之间的比例。而且，所述胎面部分的每个胎面花纹元件的特征在于周向细长比H/B，H为支承表面和胎面表面之间的平均径向高度，B为胎面花纹元件的平均周向长度。
根据本发明，对于相对于轮胎的赤道平面轴向定位在至多等于0.36*L的轴向距离DE处并且具有等于0.08*L的轴向宽度LE的每个胎面部分，所述胎面部分的局部体积空隙率与所述胎面部分的每个胎面花纹元件的周向细长比H/B的乘积TEVL*(H/B)至多等于0.35。对于如先前限定的任一个胎面部分，该标准限定了局部体积空隙率TEVL和所述胎面部分的胎面花纹元件的周向细长比H/B之间的组合，这使得可以限制胎面花纹元件在周向尺寸上的倾斜。
发明人已经证明，根据本发明的胎面，其特征在于表现出低周向倾斜的胎面花纹元件，有助于改善包括金属增强体的轮胎胎冠增强件的耐久性。
具体地，当用于农用车辆的轮胎(包括带凸块胎面，更通常地所述胎面包括具有较大径向高度的胎面花纹元件)行驶时，凸块在(驱动或制动)转矩的作用下倾斜导致在径向上位于凸块内侧的胎冠层倾斜。这种倾斜导致胎冠层的曲率在正负之间交替，并且相应地导致胎冠层的金属增强体的压缩/拉伸载荷的交替循环，在这些逆循环弯曲应力的作用下，容易引起所述金属增强体的疲劳失效。当轮胎的充气压力较低时，这种倾斜现象更加明显，因此对于在低压下运行的用于农用车辆的轮胎尤其严重，例如IF(改进屈曲)或VF(极高屈曲)轮胎。
还应注意，由于在制造过程(使轮胎成型和固化)中各种弹性体部件和增强体的运动，用于农用车辆的轮胎的胎冠层在周向方向和轴向方向上通常都具有初始曲率。这些初始变形与由胎面花纹元件倾斜引起的变形相结合，并因此在轮胎运行时同样有助于胎冠层的金属增强体的循环压缩/拉伸载荷。
因此，根据本发明的具有低周向倾斜的胎面花纹元件在胎冠层的金属增强体中引起有限幅度的压缩/拉伸载荷循环，从而改善轮胎胎冠增强件的耐久性并因此增加轮胎的寿命。
作为优选，胎面的体积空隙率TEV至少等于35％。对于现有技术的用于农用车辆的轮胎，体积空隙率TEV一般至少等于50％且通常至少等于60％。对于根据本发明的轮胎，体积空隙率TEV通常较低，并且可下降低至35％以补偿由胎面花纹元件平均径向高度的减小而引起的材料体积的减小。
有利地，每个胎面花纹元件的平均径向高度H至少等于20mm。平均径向高度H的这种最小值使得可以在胎面花纹元件的有限倾斜和可磨损的足够材料体积之间获得折衷，并因此在牵引能力和轮胎磨损方面的寿命之间获得折衷。
同样有利地，每个胎面花纹元件的平均径向高度H至多等于50mm。以这种方式限制的平均径向高度H也有助于限制胎面花纹元件的倾斜并因此增加胎冠增强件的耐久性。
作为优选，在轴向定位在至多0.4*L处的任何周向平面中，全新时的周向空隙率TEC1至少等于磨损状态下的周向空隙率TEC2的1.45倍。根据定义，在给定的周向平面中，全新时的周向空隙率TEC1沿周向平面和全新时胎面表面之间的相交曲线测量并定义为周向空隙长度LC1与总周向长度L1之间的比例。类似地，在同一周向平面中，磨损状态下的周向空隙率TEC2沿周向平面与磨损时胎面表面之间的相交曲线测量并定义为周向空隙长度LC2与总周向长度L2之间的比例，磨损状态下的胎面表面在径向上以径向距离HR位于支承表面的外侧。径向距离HR是轮胎在寿命结束时从车辆上拆下之前处于磨损状态的相应胎面花纹元件的剩余高度，通常等于10mm。
根据该标准，在任何周向平面中，全新时的空隙长度因此大于磨损时的空隙长度。换言之，任何旨在与地面接触的胎面花纹元件的周向长度随着轮胎从全新状态进展到磨损状态而增加。该标准表示胎面花纹元件在周向方向上朝内侧张开，即在胎面花纹元件的前缘面和后缘面处存在角度或后倾角。胎面花纹元件的这种形状有助于在周向弯曲方面加强胎面花纹元件并因此减少其倾斜的程度。
根据胎面花纹元件的第一种分布方式，对于胎面由至少5个周向排的胎面花纹元件(胎面花纹元件由围绕轮胎整个圆周延伸的基本上周向的空隙彼此隔开)组成的轮胎，胎面包括从胎面的一个轴向边缘连续延伸到另一个轴向边缘的横向空隙。当空隙的平均轴线与周向方向形成至多等于45°且通常至多等于10°的角度时，空隙被称为基本上周向的。更具体地，在轮胎赤道平面的两侧上，基部或多或少为四边形的胎面花纹元件一起形成相对于周向方向以人字形形式倾斜的图案。在每个图案内，胎面花纹元件布置成使得它们的前缘面彼此对齐，这意味着它们一起几乎是连续的，仅被周向空隙中断。因此，胎面花纹元件不会从一排到另一排沿周向偏移。
根据胎面花纹元件的第二种分布方式，对于胎面由至少5个周向排的胎面花纹元件(胎面花纹元件由围绕轮胎整个圆周延伸的基本上周向的空隙彼此隔开)组成的轮胎，胎面包括从胎面的一个轴向边缘不连续地延伸到另一个轴向边缘的横向空隙，使得给定周向排的胎面花纹元件相对于相邻排的胎面花纹元件在周向方向上具有角度偏移。如之前一样，在轮胎赤道平面的两侧上，基部或多或少为四边形的胎面花纹元件一起形成相对于周向方向以人字形形式倾斜的图案。然而，在每个图案内，胎面花纹元件以这样的方式布置，即它们的前缘面沿周向彼此偏移。因此，胎面花纹元件从一排到另一排沿周向偏移。
根据胎面花纹元件的一种特别且有利的分布方式，胎面包括总数量N个胎面花纹元件，每个胎面花纹元件包括接触面、前缘面和后缘面，所述前缘面在胎面的行驶方向上相对于径向方向向后倾斜角度α，所述胎面包括数量N1个角度α介于50度至75度之间的胎面花纹元件，数量N1至少等于0.2xN。
换言之，至少20％的胎面花纹元件具有后倾角在50°至75°之间的前缘面。这种大部分胎面花纹元件的前缘面倾斜的特征在松散地面上的牵引力方面提供了可观的改进，并且在周向弯曲刚度方面提供了改进，从而限制了胎面花纹元件的倾斜。
根据胎冠增强件的一个特别且有利的实施方案，胎冠层的任一金属增强体具有称为双模量定律的定律，该定律控制其在拉伸下的弹性行为，并包括第一部分和第二部分，所述第一部分具有的第一拉伸模量MG1至多等于30GPa，所述第二部分具有的第二拉伸模量MG2至少等于第一拉伸模量MG1的2倍，控制拉伸行为的所述定律针对涂覆有弹性体配混物的金属增强体确定，所述弹性体配混物在10％伸长下具有的拉伸弹性模量MA10至少等于5MPa且至多等于15MPa，并且胎冠层(31、32)的任一金属增强体具有控制其在压缩下的行为的定律，该定律的特征在于临界屈曲应变E0至少等于3％，控制在压缩下的行为的所述定律在由置于中央并涂覆有平行六面体体积的弹性体配混物的增强体制成的试样上确定，所述弹性体配混物在10％伸长下具有的拉伸弹性模量MA10至少等于5MPa且至多等于15MPa。
在该特别的实施方案中，发明人因此建议将弹性金属增强体与根据本发明的胎面结合使用，对于该弹性金属增强体，控制其行为的定律在伸长和压缩方面具有特定的特征。
关于其在拉伸下的行为，裸露的金属增强体(即未涂覆弹性体材料的增强体)在机械方面通过以下曲线来表征：该曲线显示施加至金属增强体的拉伸力(以N计)随其相对伸长(％应变)的变化，称为力-伸长曲线。金属增强体的机械拉伸特性，例如结构伸长As(以％计)、总断裂伸长At(以％计)、断裂力Fm(最大载荷，以N计)和断裂强度Rm(以MPa计)由该力-伸长曲线得出，这些特性例如根据1984年的ISO 6892标准或2014年的ASTM D2969-04标准测量。
在本发明的上下文中，基于1984年的标准ISO 6892(如同针对裸露的金属增强体一样)，针对涂覆有固化的弹性体材料的金属增强体(对应于从轮胎中抽出的金属增强体)确定了控制金属增强体的拉伸行为的定律。举例来说，但非限制性地，固化的弹性体表层涂覆材料是基于橡胶的组合物，其在10％伸长下具有的割线拉伸弹性模量MA10至少等于5MPa且至多等于15MPa，例如等于6MPa。该拉伸弹性模量由根据1988年9月的法国标准NF T 46-002进行的拉伸测试确定。
根据力-伸长曲线，对于包括第一部分和第二部分的双模量弹性行为定律，可以定义第一拉伸刚度KG1，该第一拉伸刚度KG1表示穿过参考系(所述参考系显示行为定律)的原点和过渡点(所述过渡点标记第一部分与第二部分之间的过渡)的正割直线的倾斜度。同样地，可以定义第二拉伸刚度KG2，该第二拉伸刚度KG2表示穿过位于第二部分的基本线性部分中的两个点的直线的倾斜度。
从表征增强体拉伸行为的力-伸长曲线，也可以定义应力-应变曲线，应力等于施加至增强体的拉伸力与增强体的横截面积之比，应变为增强体的相对伸长。对于包括第一部分和第二部分的双模量弹性行为定律，可以定义第一拉伸模量MG1，该第一拉伸模量MG1表示穿过参考系(所述参考系显示行为定律)的原点和过渡点(所述过渡点标记第一部分与第二部分之间的过渡)的正割直线的倾斜度。同样地，可以定义第二拉伸模量MG2，该第二拉伸模量MG2表示穿过位于第二部分的基本线性部分中的两个点的直线的倾斜度。拉伸刚度KG1和KG2分别等于MG1*S和MG2*S，S为增强体的横截面积。
关于金属增强体的拉伸行为，胎冠层的任一金属增强体具有控制其在拉伸下的弹性行为的定律(称为双模量定律)，该定律包括第一部分(所谓的低模量部分)和第二部分(所谓的高模量部分)，所述第一部分具有的第一拉伸模量MG1至多等于30GPa，所述第二部分具有的第二拉伸模量MG2至少等于第一拉伸模量MG1的2倍。
关于压缩下的行为，金属增强体在机械方面通过以下曲线来表征：该曲线显示施加至金属增强体的压缩力(以N计)随其压缩应变(以％计)的变化。这种压缩曲线的特征特别地在于由临界屈曲力Fc和临界屈曲应变E0定义的极限点，超过该极限点，增强体将经历压缩屈曲，这对应于机械不稳定状态，机械不稳定状态的特征在于在压缩力降低的情况下增强体具有大量的变形。
使用Zwick或Instron型测试机，在尺寸为12mm x 21mm x 8mm(宽x高x厚)的试样上确定控制压缩行为的定律。试样由置于中央并涂覆有平行六面体体积(限定试样的体积)的弹性体配混物的增强体组成，增强体的轴线沿试样的高度定位。在本发明的上下文中，试样的弹性体配混物在10％伸长下具有的割线伸长弹性模量MA10至少等于5MPa且至多等于15MPa，例如等于6MPa。在环境温度下，以3mm/min的速度沿高度方向压缩试样，直至实现压缩变形，即直至试样被压缩的量等于其初始高度的10％。当施加力减小而应变持续增加时达到临界屈曲力Fc和相应的临界屈曲应变E0。换言之，临界屈曲力Fc对应于最大压缩力Fmax。
关于金属增强体的压缩行为，胎冠层的任一金属增强体具有控制其在压缩下的行为的定律，该定律的特征在于临界屈曲应变E0至少等于3％。
发明人已经证明，被称为弹性的金属增强体的特征在于如上文所述的控制其在拉伸和压缩下的行为的定律，其在拉伸/压缩载荷的重复交替循环期间具有的疲劳耐久性极限高于普通金属增强体的疲劳耐久性极限。
总之，包括具有低周向倾斜的胎面花纹元件的胎面和包括弹性金属增强体的胎冠增强件(具有如上文描述的控制它们在拉伸和压缩下的行为的定律)的组合使得进一步改进胎冠的耐久性。
附图说明
本发明的特征通过示意性的图1至图12示出，这些图未按比例绘制：
-图1：根据本发明的用于农用车辆的轮胎的子午半截面。
-图2：根据本发明第一实施方案的用于农用车辆的轮胎的立体图。
-图3：根据本发明第一实施方案的用于农用车辆的轮胎的前视图。
-图4：根据本发明第一实施方案的用于农用车辆的轮胎胎面的细节图。
-图5：根据本发明第一实施方案的用于农用车辆的轮胎胎面的周向截面图。
-图6：根据本发明第一实施方案的用于农用车辆的轮胎胎面的周向截面的细节图。
-图7：根据本发明第二实施方案的用于农用车辆的轮胎的立体图。
-图8：根据本发明第二实施方案的用于农用车辆的轮胎的前视图。
-图9：根据本发明第三实施方案的用于农用车辆的轮胎的前视图。
-图10：根据本发明第三实施方案的用于农用车辆的轮胎胎面的周向截面图。
-图11：涂覆有弹性体材料的弹性金属增强体的典型拉伸力-伸长曲线的典型示例。
-图12：在由弹性体材料制成的试样上获得的弹性金属增强体的压缩力-压缩应变曲线的典型示例。
具体实施方式
图1描绘了用于农用车辆的轮胎1在穿过轮胎旋转轴线YY'的子午平面YZ中的子午截面的半视图。轮胎1具有ETRTO标准含义内的标称截面宽度L-仅描绘了半宽度L/2-并包括胎冠增强件3，所述胎冠增强件3在径向上位于胎面2的内侧并且在径向上位于胎体增强件4的外侧。胎冠增强件3包括两个胎冠层(31、32)，每个胎冠层(31、32)包括金属增强体，所述金属增强体涂覆有弹性体材料、相互平行并且与周向方向XX'形成至少等于10°的角度(未示出)。胎体增强件4包括三个胎体层，所述胎体层包括织物增强体，所述织物增强体涂覆有弹性体材料、相互平行并且与周向方向XX’形成至少等于85°且至多等于95°的角度(未示出)。胎面2包括胎面花纹元件22，所述胎面花纹元件22通过空隙23彼此隔开并且从支承表面24径向向外延伸至胎面表面25。还用阴影描绘了胎面部分21，所述胎面部分21相对于轮胎的赤道平面E轴向定位在至多等于0.36*L的轴向距离DE处，并且具有等于0.08*L的轴向宽度LE。根据本发明，对于所述胎面部分21，胎面部分21的局部体积空隙率与所述胎面部分21的每个胎面花纹元件22的周向细长比H/B的乘积TEVL*(H/B)至多等于0.35。局部体积空隙率TEVL定义为空隙23的体积VCL与介于支承表面24和胎面表面25之间的所述胎面部分21的总体积VL之间的比例。周向细长比H/B是支承表面24和胎面表面25之间的平均径向高度H与B之间的比例，B是胎面花纹元件22的平均周向长度(未示出)。
图2和图3分别是根据本发明第一实施方案的用于农用车辆的轮胎1的立体图和前视图。根据该第一实施方案，胎面2由七个周向排20的胎面花纹元件22组成，胎面花纹元件22从支承表面24径向向外延伸直至胎面表面25，并且通过空隙23彼此隔开。空隙23要么是围绕轮胎整个圆周延伸的周向空隙231，要么是从胎面的一个轴向边缘27连续延伸至另一个轴向边缘27的横向空隙232。在所描绘的情况下，胎面花纹元件构成人字形图案。图3描绘了形成图4主题的胎面的细节C，和形成图5主题的根据周向截面A-A的周向平面XZ。
图4是根据本发明第一实施方案的用于农用车辆的轮胎1的胎面的细节图。该细节C特别地以阴影线的形式描绘了胎面部分21，所述胎面部分21相对于轮胎的赤道平面E轴向定位在至多等于0.36*L的轴向距离DE处，并且具有等于0.08*L的轴向宽度LE，根据本发明，对于该胎面部分21，胎面部分21的局部体积空隙率与所述胎面部分21的每个胎面花纹元件22的周向细长比H/B的乘积TEVL*(H/B)至多等于0.35。
图5是穿过根据本发明第一实施方案的用于农用车辆的轮胎胎面的周向截面图。在该截面AA上描绘的是支承表面24和胎面表面25之间的平均径向高度H，以及胎面花纹元件22的平均周向长度B，所述胎面花纹元件22从支承表面24径向向外延伸直至胎面表面25。平均周向长度B是分离胎面花纹元件22的前缘面和后缘面的平均距离。
图6是穿过根据本发明第一实施方案的用于农用车辆的轮胎胎面的周向截面的细节图。该细节D描绘了胎面花纹元件22，其通过空隙23与相邻的胎面花纹元件隔开。在给定的周向平面XZ中，周向平面XZ和全新时胎面表面25之间的交叉曲线C1可用于定义全新时的周向空隙率TEC1，该周向空隙率TEC1被定义为周向空隙长度LC1与总周向长度L1之间的比例，全新时的胎面表面25在径向上以径向距离H位于支承表面24的外侧。类似地，周向平面XZ和磨损时胎面表面26之间的相交曲线C2可用于定义磨损时的周向空隙率TEC2，该周向空隙率TEC2被定义为周向空隙长度LC2与总周向长度L2之间的比例，磨损时的胎面表面26在径向上以径向距离HR位于支承表面24的外侧。有利地，全新时的周向空隙率TEC1至少等于磨损状态下的周向空隙率TEC2的1.45倍。
图7和图8分别是根据本发明第二实施方案的用于农用车辆的轮胎1的立体图和前视图。根据该第二实施方案，胎面2由七个周向排20的胎面花纹元件22组成，所述胎面花纹元件22通过空隙23彼此隔开。空隙23要么是在轮胎整个圆周上延伸的周向空隙231，要么是从胎面2的一个轴向边缘27不连续地延伸至另一个轴向边缘27的横向空隙232，使得给定周向排20的胎面花纹元件22相对于相邻排的胎面花纹元件在周向方向上成角度地偏移。
图9是根据本发明第三实施方案的用于农用车辆的轮胎1的前视图。在该第三实施方案中，胎面2包括总数量N个胎面花纹元件22，每个胎面花纹元件22包括接触面221、前缘面222和后缘面223，所述前缘面在胎面2的行驶方向R上相对于径向方向ZZ’向后倾斜角度α，所述胎面2包括数量N1个角度α介于50度至75度之间的胎面花纹元件22，数量N1至少等于0.2xN。因此，每个胎面花纹元件22包括接触面221、前缘面222和后缘面223。接触面是胎面花纹元件22位于胎冠处的面，其旨在在坚实的地面上滚动并承受载荷。在松散的地面上，胎面花纹元件22可能沉入地面。因此，在轮胎的优选行驶方向上，前缘面222是最先进入接地面并可传递驱动力的面，而后缘面是最后离开接地面的面。后缘面223只能在制动或倒车阶段将力传递至地面。
图10描绘了图9所示轮胎的前视图中的截面A-A。该截面使得可以清楚地看到胎面花纹元件22的前缘面的取向。前缘面在与优选行驶方向R相反的方向上相对于径向方向Z倾斜并且与该径向方向Z形成角度α。在该示例中，角度α等于60°并因此介于50°至70°之间。
图11是根据弹性金属增强体的一个特定实施方案的涂覆有弹性体材料的弹性金属增强体的拉伸力-相对伸长曲线的典型示例，示出了其在拉伸下的弹性行为。拉伸力F以N表示，伸长A是以％表示的相对伸长。根据该实施方案，控制拉伸下行为的弹性和双模量定律包括第一部分和第二部分。第一部分由两个点界定，这两个点的纵坐标值分别对应于零拉伸力和等于87N的拉伸力，各自的横坐标值是相应的相对伸长(以％计)。可以定义第一拉伸刚度KG1，该第一拉伸刚度KG1表示穿过参考系(所述参考系表示行为定律)的原点和过渡点(所述过渡点标记第一部分与第二部分之间的过渡)的正割直线的倾斜度。已知的是，根据定义，拉伸刚度KG1等于拉伸模量MG1乘以增强体的横截面积S的乘积，由此可以容易地推导出拉伸模量MG1。第二部分是与大于87N的拉伸力相对应的点的集合。同样，对于该第二部分，可以定义第二拉伸刚度KG2，该第二拉伸刚度KG2表示穿过位于第二部分的基本线性部分中的两个点的直线的倾斜度。在所示的示例中，两个点具有各自的纵坐标值F＝285N和F＝385N，这些拉伸力的值对应于机械载荷的水平，该机械载荷的水平指示了在所研究的轮胎运行时施加至胎冠层的金属增强体的载荷。如前所述，KG2＝MG2*S，由此可以从中推导出拉伸模量MG2。
图12是根据上文描述的弹性金属增强体的特定实施方案的弹性金属增强体的压缩力-压缩应变曲线的典型示例，示出了其在压缩下的弹性行为。压缩力F以N表示，压缩应变是以％表示的相对压缩。在由弹性体配混物制成的试样上确定的这种压缩行为定律具有对应于增强体屈曲开始的最大值，所述弹性体配混物在10％伸长下具有的割线伸长弹性模量MA10等于6MPa。对应于临界屈曲应变E0的最大压缩力Fmax或临界屈曲力达到该最大值。超过屈曲点，施加的压缩力减小，而应变继续增大。根据本发明，临界屈曲应变E0大约等于5％并因此大于3％。
本发明在尺寸为600/70R 30的用于农用车辆的轮胎上实施，该轮胎具有等于600mm的标称截面宽度L并且包括体积空隙率TEV等于50％的胎面和胎冠增强件，所述胎冠增强件包括两个胎冠层，所述胎冠层的增强体是规格为E18.23或E24.26的弹性金属增强体。
对于如图4所示的胎面部分，所述胎面部分相对于轮胎的赤道面E轴向定位在等于79mm(因此小于0.36*L＝216mm)的轴向距离DE处，并且具有等于0.08*L＝48mm的轴向宽度LE，局部体积空隙率TEVL等于63％，任何胎面花纹元件的周向细长比H/B等于0.36，平均径向高度H等于44mm并且平均周向长度B等于124mm。在这些条件下，乘积TEVL*(H/B)等于0.22并因此小于0.35，符合本发明。
此外，在如图4所示的胎面部分中轴向定位的周向平面中，在周向沟槽的外侧，全新时的周向空隙率TEC1等于38％，磨损时的周向空隙率TEC2等于17％，因此TEC1等于TEC2的2.24倍，因此大于TEC2的1.45倍，符合本发明的优选实施方案。
与现有技术的具有凸块胎面和金属胎冠增强件并在低压下操作的农用车辆轮胎(例如IF(改进屈曲)轮胎或VF(极高屈曲)轮胎)相比，本发明人已经观察到对于具有如本发明所描述的低周向倾斜的胎面的轮胎，其胎冠增强件的耐久性得到改进。

Claims (9)

1.用于农用车辆的轮胎(1)，其具有ETRTO标准含义内的标称截面宽度L，并且在径向上从外侧至内侧包括胎面(2)和胎冠增强件(3)；
-所述胎面(2)包括胎面花纹元件(22)，所述胎面花纹元件(22)通过空隙(23)彼此隔开并且从支承表面(24)径向向外延伸至胎面表面(25)，
-所述胎面(2)具有体积空隙率TEV，所述体积空隙率TEV定义为空隙的体积VC与介于支承表面(24)和胎面表面(25)之间的假定没有空隙的胎面总体积V之间的比例，
-每个胎面花纹元件(22)具有周向细长比H/B，H为支承表面(24)和胎面表面(25)之间的平均径向高度，B为胎面花纹元件(22)的平均周向长度，
-相对于轮胎的赤道平面(E)轴向定位在轴向距离DE处的每个胎面部分(21)具有轴向宽度LE和局部体积空隙率TEVL，所述局部体积空隙率TEVL定义为空隙(23)的体积VCL与介于支承表面(24)和胎面表面(25)之间的所述胎面部分(21)的总体积VL之间的比例，
-所述胎冠增强件(3)包括至少两个胎冠层(31、32)，每个胎冠层(31、32)包括金属增强体，所述金属增强体涂覆有弹性体材料、相互平行并且与周向方向(XX’)形成至少等于10°的角度，
其特征在于，对于相对于轮胎的赤道平面(E)轴向定位在至多等于0.36*L的轴向距离DE处并且具有等于0.08*L的轴向宽度LE的每个胎面部分(21)，所述胎面部分(21)的局部体积空隙率与所述胎面部分(21)的每个胎面花纹元件(22)的周向细长比H/B的乘积TEVL*(H/B)至多等于0.35。
2.根据权利要求1所述的轮胎(1)，其中，胎面(2)的体积空隙率TEV至少等于35％。
3.根据权利要求1和2中任一项所述的轮胎(1)，其中，每个胎面花纹元件(22)的平均径向高度H至少等于20mm。
4.根据权利要求1所述的轮胎(1)，其中，每个胎面花纹元件(22)的平均径向高度H至多等于50mm。
5.根据权利要求1所述的轮胎(1)，在给定的周向平面(XZ)中，所述轮胎(1)具有全新状态下的周向空隙率TEC1，所述周向空隙率TEC1沿周向平面(XZ)和全新状态下的胎面表面(25)之间的相交曲线(C1)测量，TEC1定义为周向空隙长度LC1与总周向长度L1之间的比例，并且在周向平面(XZ)中，所述轮胎具有磨损状态下的周向空隙率TEC2，所述周向空隙率TEC2沿周向平面(XZ)和磨损状态下的胎面表面(26)之间的相交曲线(C2)测量，磨损状态下的胎面表面(26)在径向上以径向距离HR位于支承表面(24)的外侧，TEC2定义为周向空隙长度LC2与总周向长度L2之间的比例，其中，在轴向定位在至多0.4*L的每个周向平面(XZ)中，全新状态下的周向空隙率TEC1至少等于磨损状态下的周向空隙率TEC2的1.45倍。
6.根据权利要求1所述的轮胎(1)，其中，所述胎面(2)由至少5个周向排(20)的胎面花纹元件(22)组成，所述胎面花纹元件(22)通过围绕轮胎整个圆周延伸的基本上周向的空隙(231)彼此隔开，其中，所述胎面(2)包括从胎面的一个轴向边缘(27)连续延伸至另一个轴向边缘(27)的横向空隙(232)。
7.根据权利要求1所述的轮胎(1)，其中，所述胎面(2)由至少5个周向排(20)的胎面花纹元件(22)组成，所述胎面花纹元件(22)通过围绕轮胎整个圆周延伸的基本上周向的空隙(231)彼此隔开，其中，所述胎面(2)包括从胎面(2)的一个轴向边缘(27)不连续延伸至另一个轴向边缘(27)的横向空隙(232)，使得给定周向排(20)的胎面花纹元件(22)相对于相邻排的胎面花纹元件在周向方向(XX’)上具有角度偏移。
8.根据权利要求1所述的轮胎(1)，其中，所述胎面(2)包括总数量N个胎面花纹元件(22)，每个胎面花纹元件(22)包括接触面(221)、前缘面(222)和后缘面(223)，所述前缘面在胎面(2)的行驶方向(R)上相对于径向方向(ZZ’)向后倾斜角度α，所述胎面(2)包括数量N1个角度α介于50度至75度之间的胎面花纹元件(22)，数量N1至少等于0.2xN。
9.根据权利要求1所述的轮胎(1)，其中，胎冠层(31、32)的任一金属增强体具有控制其在拉伸下的弹性行为的被称为双模量定律的定律，并包括第一部分和第二部分，所述第一部分具有的第一拉伸模量MG1至多等于30GPa，所述第二部分具有的第二拉伸模量MG2至少等于第一拉伸模量MG1的2倍，控制拉伸行为的所述定律针对涂覆有弹性体配混物的金属增强体确定，所述弹性体配混物在10％伸长下具有的拉伸弹性模量MA10至少等于5MPa且至多等于15MPa，并且其中胎冠层(31、32)的任一金属增强体具有控制其在压缩下的行为的定律，该定律的特征在于临界屈曲应变E0至少等于3％，控制在压缩下的行为的所述定律在由置于中央并涂覆有平行六面体体积的弹性体配混物的增强体制成的试样上确定，所述弹性体配混物在10％伸长下具有的拉伸弹性模量MA10至少等于5MPa且至多等于15MPa。
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