CN114080324B - 用于重型工地车辆的轮胎胎面 - Google Patents

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Abstract

本发明的主题为一种用于重型工地车辆的具有块状体的轮胎胎面，且本发明旨在对泥泞地面上的牵引力和粗糙地面上的磨损寿命之间的折衷作进一步改进。胎面(1)包括通过切口(3)分离且相对于底面(5)凸出的块状体(4)。每个块状体(4)包括包含在胎面表面(2)中且表面积为SC的呈多边形状的接触面(41)、侧面(42)和表面积为SB的呈多边形状的基部部分(43)。根据本发明，每个块状体(4)的接触面(41)具有至少部分凹陷的多边形状，所述多边形状包括至少两条连续的边(411，412)，两条连续的边之间在多边形状的内侧形成大于180°的角A1，接触面(41)的表面积SC至多等于0.9倍基部部分(43)的表面积SB。

Description

用于重型工地车辆的轮胎胎面
技术领域
本发明涉及旨在承载重负载并在不平坦、粗糙和/或泥泞地面(例如，矿山或采石场的地面)上行驶的重型工地车辆的轮胎胎面。
背景技术
包含至少一种橡胶基材料的胎面旨在构成轮胎的外周部分，并通过胎面表面与地面接触而磨损。
胎面可以通过三个尺寸来定义：径向方向上的厚度、横向方向上的宽度和纵向方向上的长度。对于结合到轮胎中的胎面，由于横向方向平行于轮胎的旋转轴线，纵向方向在轮胎的运转方向上相切于轮胎的外周，故横向方向和纵向方向也分别被称为轴向方向和周向方向。
为了确保在发动机扭矩和制动扭矩下的纵向抓地力方面以及横向抓地力方面的令人满意的性能，需要在胎面中形成胎面花纹，所述胎面花纹是使相对于底面突起的元件分离的切口体系或空隙体系。
在用于重型工地车辆的轮胎胎面的情况下，突起元件通常为块状体。块状体是由接触面、底面及侧面所限定的一定体积的材料，所述接触面包含在胎面表面中，所述侧面连接接触面和底面。接触面和底面之间的径向距离称为块状体的高度H。通常，块状体通过具有连接半径R的连接表面连接至底面，所述连接半径R例如大体等于0.25倍块状体高度H。按照惯例，在下文中定义基部部分，所述基部部分以大体等于连接半径R的距离H’径向布置在底面外侧且其几何尺寸易测量。另外，为了以简单方式表征块状体的大小，将块状体视为几何内接在具有径向旋转轴线且直径为D的圆形截面的圆柱形包络面中。
在本发明的上下文中，块状体的接触面和基部部分优选为具有多边形状。块状体接触面的几何特征可以在于其表面积SC和其周长PC，后者是限定所述接触面的多边形边缘的累积长度。块状体基部部分的几何特征可以在于其表面积SB和其周长PB，后者是限定所述基部部分的多边形边缘的累积长度。任意侧面的几何特征可以在于其径向线，所述径向线是侧面与包含径向方向的径向平面相交的轮廓。
结合到轮胎中的胎面的几何特征通常在于横向方向上的横向宽度WT和径向方向上的径向厚度HT。横向宽度WT定义为新轮胎胎面与光滑地面的接触面的横向宽度，所述轮胎经受例如由E.T.R.T.O.(欧洲轮胎和轮辋技术组织)标准推荐的标称压力和负载条件。按照惯例，径向厚度HT定义为切口中所测得的最大径向深度。因此，径向厚度HT等于最大径向块状体高度H。在用于工地类型重型车辆的轮胎的情况下，作为示例，横向宽度WT至少等于600mm，径向厚度HT至少等于60mm，或甚至70mm。
用于工地类型重型车辆(特别是采石场装载机或矿山井下车辆)的轮胎的正常行驶条件特别苛刻。作为示例，此类车辆旨在在通常倾斜的轨道(上坡或下坡)上行驶，上坡需要轮胎在牵引力下具有良好抓地力，下坡需要轮胎在制动下具有良好抓地力。另外，这些轨道通常也蜿蜒曲折，因此需要轮胎有良好的横向抓地力。最后，车辆行驶的轨道通常由原地获取的材料(例如压实的碎石)制成，这些材料需要定期进行浇湿，以确保车辆经过时轨道磨损层的完整性，并且这些材料通常被泥浆和水覆盖：这需要胎面具有良好耐冲击性，以确保令人满意的使用寿命，以及胎面穿透泥浆与水的混合物并排出所述混合物的能力，以确保在泥泞地面上的令人满意的抓地力。
包括块状体且旨在确保良好纵向抓地力(牵引力下和制动下)、令人满意的横向抓地力、泥浆排出能力以及令人满意的耐轨道覆盖材料的机械冲击的胎面早已在例如WO2014170283和WO 2014131692文献中描述。
发明内容
发明人为其自身设定的目标为对包括块状体的用于重型工地车辆的轮胎胎面在抓地力(尤其是泥泞地面上的牵引力)和磨损寿命(特别是在粗糙地面)之间的折衷作进一步改进。
本目标已通过用于重型工地车辆的轮胎胎面实现，所述胎面旨在通过胎面表面与地面接触，并包括界定在径向方向相对于底面突起的块状体的切口，
-任意块状体由至少一种橡胶基材料制成并具有径向高度H，所述径向高度H在包含于胎面表面的接触面与底面之间测得，
-任意块状体包括侧面和基部部分，所述侧面连接接触面和底面，所述基部部分平行于底面并且以等于0.25*H的径向距离H'设置在径向外侧，
-接触面具有表面积SC和周长PC的多边形状，基部部分具有表面积SB和周长PB的多边形状，
-任意块状体的接触面具有至少部分凹陷的多边形状，所述多边形状包括至少两条连续的边，两条连续的边之间形成多边形状的大于180°的内角A1，
-接触面的表面积SC至多等于0.9倍基部部分的表面积SB。
本发明针对具有块状体的胎面描述了优化块状体形状，其具有作为第一基本特征的接触面，所述接触面具有至少部分凹陷的多边截面，即包括至少两条连续的边，两条连续的边之间形成多边形状的大于180°的内角A1。换言之，接触面的多边截面包括至少一个进入该截面的顶点。
接触面中凹陷部分的存在相对于传统凸出多边截面增加了其多边截面的周长，即增加了接触面边缘的累积长度。根据定义，边缘为块状体的接触面和侧面在胎面表面上的交接线，因此相当于多边截面的一条边。已知接触面边缘的累积长度越长，抓地力越大。因此，因具有较大累计长度的边而具有较大累计长度的边缘的接触面确保了更好的抓地力。
根据本发明的第二基本特征，接触面的表面积SC至多等于0.9倍基部部分的表面积SB。换言之，接触面的截面小于基部部分的截面。按照惯例，基部部分选择成以等于0.25倍块状体高度H的径向距离H’设置在底面径向外侧，所述块状体高度H为接触面与底面之间的径向距离。所述基部部分因径向布置在块状体侧面与底面之间的连接表面的外侧，而具有更容易确定的几何形状。
接触面与基部部分之间的表面积差首先确保了对松散或泥泞地面的更好贯穿效果，更容易穿透所述地面，因此提高了轮胎的牵引力。此外，具有较大基部部分的块状体相对于施加在接触面上的剪切力具有更大的刚性，使得胎面表面的滑动距离缩短，因此耐磨性更好。此外，随着轮胎磨损而变化的截面几何形状可以限制轮胎使用寿命内的不规则磨损样式的出现。最后，大的基部部分确保了块状体稳固的锚定在底面上，从而获得更好的抗崩花性。
优选地，任意块状体的接触面具有至少部分凹陷的多边形状，所述多边形状包括至少三对连续的两条边，所述连续的两条边之间形成多边形状的大于180°的内角(A1，A2，A3)。凹陷部分的数量越多，接触面的周长越大、表面积越小，这进一步提高了抓地力和牵引力。发明人已表明，在抓地力和牵引力方面的期望性能因三个凹陷部分的存在而达到非常有利的水平。发明人更特定研究的具有三个凹陷部分的多边截面的特例被描述为三脚块状体。
更优选地，接触面的表面积SC至少等于0.6倍基部部分的表面积SB。当接触面表面积低于基部部分表面积的60％时，接触面表面积变得太小以至于不能确保胎面在抓地力方面的充分接触，即使贯穿能力变得更好。
任意块状体的基部部分优选具有凸出的多边形状。已知在与凹部部分相应的阴角处出现裂纹的概率大于在与凸部部分相应的阳角处出现裂纹的概率，因此这种凸出的多边形状保证了锚定的稳固性、块状体的高刚性以及块状体底部对裂纹较低的敏感性。
根据优选变体形式，任意块状体的基部部分具有至少六边的凸出多边形状。发明人更特定研究的特例为六边形截面。
优选地，接触面的周长PC至少等于基部部分的周长PB。这一特征确保接触面表面积与基部部分表面积之间的比值最小化。
根据优选实施方案，任意块状体包括在接触面与底面之间沿径向方向延伸的连续的径向部。径向最外部履行块状体穿透松软地面的功能，径向最内部履行锚定功能并为块状体提供刚性。
根据前述优选实施方案的优选变体形式，任意块状体包括第一径向部和第二径向部，其中，所述第一径向部在接触面和中间截面之间沿径向方向延伸，所述第二径向部在中间截面和底面之间沿径向方向延伸。在所述特例中，径向外侧部确保了在松散地面上的穿透力，径向内侧部确保了块状体的锚定刚性。
甚至更具体地，在包含径向方向并截断接触面凹陷部分的任意径向平面中，所述径向平面和块状体第一径向部(径向外侧部)的相交直线与径向方向所形成的角至少等于所述径向平面和块状体第二径向部(径向内侧部)的相交直线与径向方向所形成的角。由此得到了双斜坡块状体的侧面径向线，其中，径向外侧部的第一角度大于径向内侧部的第二角度，这对松散地面上的穿透力有特别作用。
在块状体具有两个径向部的情况下，块状体的第一径向部以至少等于0.1倍块状体径向高度H且至多等于0.6倍块状体径向高度H的径向高度H1沿径向方向延伸，块状体的第二径向部以径向高度H2＝H-H1沿径向方向延伸。如果径向高度H1过小，在松散地面上的穿透力将不足。如果径向高度H1过大，块状体锚定的稳固性将不足。因此，块状体两个径向部之间径向高度的这一分配使得能够在穿透松散地面的能力与块状体锚定的稳固性之间取得令人满意的折衷。
有利地，胎面宽度为WT，任意块状体内接在具有径向旋转轴线且在垂直于径向旋转轴线的任意平面上具有直径为D的圆形截面的圆柱形表面中，块状体内接其中的圆柱形表面的圆形截面具有至少等于0.2倍胎面宽度WT且至多等于0.5倍胎面宽度WT的直径D。因此，块状体的大小可以通过其所内接的最小圆柱体的直径来表征。对于直径D小于0.2倍胎面宽度WT的圆柱体包络面，块状体的体积过小导致无法确保在牵引力和稳固性方面的令人满意的性能。对于直径D大于0.5倍胎面宽度WT的圆柱体包络面，块状体的体积过大导致胎面无法冷却，因此在耐用性方面有损害轮胎胎冠的风险。
胎面的中间部分的宽度W1至少等于0.2倍胎面宽度WT且至多等于0.7倍胎面宽度WT，优选至少等于0.4倍胎面宽度WT且至多等于0.6倍胎面宽度WT，胎面的中间部分在横向方向上包括至少1个且至多4个纵排的块状体，优选两个纵排的块状体。块状体排数范围使得能够在胎面的上述各种性能方面(抓地力、牵引力、耐磨性、抗崩花性和冷却能力)之间取得令人满意的折衷。
胎面中间部分的表面空隙比TES定义为所述中间部分的空隙表面积与总表面积之比，所述胎面中间部分的表面空隙比TES至少等于30％且至多等于50％。中间部分的表面空隙比TES定义为新胎面的表面空隙比，并表征抓地力和耐磨性之间的折衷。因此在本实施方案中，中间部分表面上的空隙少于胎面侧部的空隙。
胎面中间部分的体积空隙比TEV定义为所述中间部分的空隙体积与总体积之比，所述胎面中间部分的体积空隙比TEV至少等于10％且至多等于30％。中间部分的体积空隙比TEV定义为新胎面的体积空隙比，并表征抓地力和可磨损橡胶体积之间的折衷。因此在本实施方案中，中间部分体积上的空隙少于胎面侧部的空隙。
本发明还涉及用于重型工地车辆的包括上述任一实施方案中的胎面的轮胎。
附图说明
在未按比例绘制的示意性图1至图4中说明了本发明的特征：
-图1：根据本发明的部分胎面的立体图；
-图2：根据本发明的部分胎面的俯视图；
-图3：根据本发明的部分胎面在块状体基部部分处的截面图；
-图4：根据本发明的胎面的块状体的立体图。
具体实施方式
[图1]
图1为根据本发明的部分胎面的立体图。用于重型工地车辆，且旨在通过胎面表面2与地面接触的轮胎胎面1包括界定相对于底面5突起的块状体4的切口3。任意块状体4包括连接接触面41和底面5的侧面42和平行于底面5的基部部分43。
[图2]
图2为根据本发明的部分胎面的俯视图。如上所示，旨在通过胎面表面2与地面接触的胎面1包括界定相对于底面5突起的块状体4的切口3，任意块状体4包括连接接触面41和底面5的侧面42和平行于底面5的基部部分43。接触面41和基部部分43分别具有多边形状。在所显示的实施方案中，任意块状体4的接触面41具有至少部分凹陷的多边形状，所述多边形状包括三对连续的两条边((411，412)；(421，422)；(431，432))，所述连续的两条边之间形成多边形状的大于180°的内角(A1，A2，A3)。另外，任意块状体4的基部部分43具有凸出的六边多边形状。因此，所显示胎面的胎面花纹具有所谓的三脚块状体。
[图3]
图3为根据本发明的部分胎面在块状体基部部分处的截面图，其中详细描述了胎面的中间部分。胎面1具有宽度W1的中间部分11，所述宽度W1至少等于0.2倍胎面宽度WT且至多等于0.7倍胎面宽度WT，优选至少等于0.4倍胎面宽度WT且至多等于0.6倍胎面宽度WT。在所显示的实施方案中，胎面1的中间部分11在横向方向XX'上包括两个纵排6的块状体4。任意块状体4内接在圆柱形表面7中，所述圆柱形表面7具有径向旋转轴线Z1且在垂直于径向旋转轴线Z1的任意平面上具有直径为D的圆形截面。块状体4内接其中的圆柱形表面7的圆形截面具有至少等于0.2倍胎面宽度WT且至多等于0.5倍胎面宽度WT的直径D。
[图4]
图4为根据本发明的胎面块状体的立体图。由橡胶基材料制成的块状体4具有在包含于胎面表面2的接触面41与底面5之间测得的径向高度H。块状体4包括侧面42和基部部分43，所述侧面42连接接触面41和底面5，所述基部部分43平行于底面5并且以等于0.25*H的径向距离H'设置在径向外侧。基部部分43通过半径为R的连接表面45连接到底面5。块状体4的接触面41具有至少部分凹陷的多边形状，所述多边形状包括三对连续的两条边((411，412)；(421，422)；(431，432))，所述连续的两条边之间形成多边形状的大于180°的内角(A1，A2，A3)。块状体4的基部部分43具有凸出的至少六边的多边形状。块状体4还包括第一径向部4A和第二径向部4B，其中，所述第一径向部4A在接触面41和中间截面44之间沿径向方向ZZ’延伸，所述第二径向部4B在中间截面44和底面5之间沿径向方向ZZ'延伸。块状体4的第一径向部4A以至少等于0.1倍块状体径向高度H且至多等于0.6倍块状体径向高度H的径向高度H1沿径向方向ZZ'延伸，块状体4的第二径向部4B以径向高度H2＝H-H1沿径向方向ZZ'延伸。
发明人更具体地针对旨在安装于地下矿井自卸车的尺寸为35/65R33的轮胎研究了本发明。根据ETRTO标准，当此类轮胎的充气压力等于8巴时，其必须能够承载等于29000kg的负载。根据本发明的轮胎表现出更好的性能，当轮胎的充气压力等于7巴时，其能够承载等于31500kg的负载。
发明人在尺寸为35/65R 33的轮胎中，对根据本发明的胎面I和参考胎面R进行了比较，根据本发明的胎面I包括接触面上带有三个凹陷部分和六边凸出基部部分的块状体，参考胎面R包括接触面和基部部分均凸出且六边的块状体。
下表1显示了根据本发明I的胎面和参考胎面R的各自特征：
[表1]
因此与参考胎面相比，本实施例中发明人将每个块状体接触面的表面积SC减少了12％，将每个块状体接触面的周长PC增加了4％，并在未减少基部部分表面积(因此未降低块状体锚定的稳固性)的情况下，对于基本不变的体积空隙比TEV(因此对于不变的材料体积)，表面空隙比TES增加了8％。因此，地面所受压力因块状体接触面表面积的减少而增大，从而提高了对地面的穿透力，使得在松散地面上具有更好的牵引力。块状体接触面周长PC的增加(因此边缘累积长度也增加)提高了在光滑地面上的抓地力。最后，保持材料体积确保了块状体的磨损寿命和稳固性相较于参考胎面得以维持。
根据本发明的为经受充气压力的传统轮胎所研制的胎面也可用于非充气轮胎，还可用于旨在安装到全地形车辆(例如履带车辆)的任何非充气滚动组件。

Claims (14)

1.用于重型工地车辆的轮胎胎面（1），其旨在通过胎面表面（2）与地面接触并包括界定在径向方向（ZZ'）相对于底面（5）突起的块状体（4）的切口（3），
-任意块状体（4）由至少一种橡胶基材料制成并具有径向高度H，所述径向高度H在包含于胎面表面（2）的接触面（41）与底面（5）之间测得，
-任意块状体（4）包括侧面（42）和基部部分（43），所述侧面（42）连接接触面（41）和底面（5），所述基部部分（43）平行于底面（5）并且以等于0.25*H的径向距离H'设置在径向外侧，
-接触面（41）具有表面积SC和周长PC的多边形状，基部部分（43）具有表面积SB和周长PB的多边形状，
其特征在于，任意块状体（4）的接触面（41）具有至少部分凹陷的多边形状，所述多边形状包括至少两条连续的边（411，412），两条连续的边之间形成多边形状的大于180°的内角A1；接触面（41）的表面积SC至多等于0.9倍基部部分（43）的表面积SB。
2.根据权利要求1所述的轮胎胎面（1），其中任意块状体（4）的接触面（41）具有至少部分凹陷的多边形状，所述多边形状包括至少三对连续的两条边（（411，412）；（421，422）；（431，432）），所述连续的两条边之间形成多边形状的大于180°的内角（A1，A2，A3）。
3.根据权利要求1和2中任一项所述的轮胎胎面（1），其中所述接触面（41）的表面积SC至少等于0.6倍所述基部部分（43）的表面积SB。
4.根据权利要求1所述的轮胎胎面（1），其中任意块状体（4）的基部部分（43）具有凸出的多边形状。
5.根据权利要求1所述的轮胎胎面（1），其中任意块状体（4）的基部部分（43）具有至少六边的凸出多边形状。
6.根据权利要求1所述的轮胎胎面（1），其中所述接触面（41）的周长PC至少等于所述基部部分（43）的周长PB。
7.根据权利要求1所述的轮胎胎面（1），其中任意块状体（4）包括在接触面（41）和底面（5）之间沿径向方向（ZZ'）延伸的连续的径向部（4A，4B）。
8.根据权利要求1所述的轮胎胎面（1），其中任意块状体（4）包括第一径向部（4A）和第二径向部（4B），其中，所述第一径向部（4A）在接触面（41）和中间截面（44）之间沿径向方向（ZZ'）延伸，所述第二径向部（4B）在中间截面（44）和底面（5）之间沿径向方向（ZZ'）延伸。
9.根据权利要求7和8中任一项所述的轮胎胎面（1），其中所述块状体（4）的第一径向部（4A）以至少等于0.1倍块状体径向高度H且至多等于0.6倍块状体径向高度H的径向高度H1沿径向方向（ZZ'）延伸，所述块状体（4）的第二径向部（4B）以径向高度H2=H-H1沿径向方向（ZZ'）延伸。
10.根据权利要求1所述的轮胎胎面（1），所述轮胎胎面具有宽度WT，任意块状体（4）内接在具有径向旋转轴线（Z1）且在垂直于径向旋转轴线（Z1）的任意平面上具有直径为D的圆形截面的圆柱形表面（7）中，其中块状体（4）内接其中的圆柱形表面（7）的圆形截面具有至少等于0.2倍胎面宽度WT且至多等于0.5倍胎面宽度WT的直径D。
11.根据权利要求1所述的轮胎胎面（1），所述轮胎胎面具有中间部分（11），所述中间部分（11）的宽度W1至少等于0.2倍胎面宽度WT且至多等于0.7倍胎面宽度WT，其中轮胎胎面（1）的中间部分（11）在横向方向（XX'）上包括至少1个且至多4个纵排（6）的块状体（4）。
12.根据权利要求11所述的轮胎胎面（1），轮胎胎面（1）的中间部分（11）的表面空隙比TES定义为所述中间部分（11）的空隙表面积与总表面积之比，其中所述轮胎胎面（1）的中间部分（11）的表面空隙比TES至少等于30%且至多等于50%。
13.根据权利要求11和12中任一项所述的轮胎胎面（1），轮胎胎面（1）的中间部分（11）的体积空隙比TEV定义为所述中间部分（11）的空隙体积与总体积之比，其中所述轮胎胎面（1）的中间部分（11）的体积空隙比TEV至少等于10%且至多等于30%。
14.用于重型工地车辆的轮胎，所述轮胎包括权利要求1至13中任一项所述的轮胎胎面（1）。
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