CN114571765A - 用于制造支撑结构的系统 - Google Patents

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S·A·爱德华兹
M·S·迪姆
M·J·霍根
戈帕拉 A·K·拜亚塔拉亚纳普拉
G·M·斯托伊拉
J·A·本京二世
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Abstract

用于制造支撑结构的系统。对部分固化的轮胎组件进行固化和制造的系统。该系统包括：滑到对应环形径向内表面中的环形轮毂构件；多个长形间隔构件，其用于通过将间隔构件紧固到轮毂构件而保持对应的均匀腔体尺寸，其中翼片构件由此包围每个间隔构件的径向最外表面；用于使轮毂构件和间隔构件相对于彼此轴向固定的第一环形固化台板；用于使轮毂构件和间隔构件相对于彼此轴向固定的第二环形固化台板；以及多个长形插入件。

Description

用于制造支撑结构的系统
技术领域
本发明涉及车轮/轮胎组件，并且更具体地涉及用于制造非充气车轮/轮胎组件的系统。
背景技术
子午线充气轮胎依靠帘布层加强结构以承载和传递在轮辋和带束层之间的负载。这些帘布层帘线需要张紧以承载负载。这些帘布层帘线的张紧是利用轮胎的内腔体中的加压空气实现的。如果气压损失，充气轮胎的负载承载能力会显著降低。防止缓慢或突然的气压损失一直是轮胎制造商面临的挑战。一种提出的方案是使用非充气轮胎。如果顶部装载机非充气轮胎（top loader non-pneumatic tire）的耐久性、速度级别/限制和负载能力能够提高到充气轮胎的水平，则该顶部装载机非充气轮胎能够与充气轮胎类似地运行。
许多顶部装载机非充气轮胎依靠聚合物辐条以承载车辆的负载。辐条将负载从轮辋转移到剪切带。由于这些轮胎辐条中所使用的聚合材料的特性，这些轮胎的性能受到限制。本发明的目的在于克服这种限制并且提高这些辐条的负载承载能力和耐久性，并且因此提高顶部装载机非充气轮胎的性能。
定义
如本文中和权利要求中所使用的：
“环形”意味着形成如同一个环。
“轴向的”和“轴向地”指的是平行于轮胎的旋转轴线的线或方向。
“周向的”或“周向地”意味着沿与赤道面（EP）平行且与轴向方向垂直的环形轮胎表面的周长延伸的线或方向；其还可指其半径限定胎面的轴向曲率的相邻圆形曲线组的方向，如在截面图中所视。
“赤道面（EP）”意味着垂直于轮胎的旋转轴线并且穿过其胎面中心的平面；或者包含胎面周向中心线的平面。
“内”意味着朝向轮胎的内侧，并且“外”意味着朝向轮胎的外侧。
“横向”意味着轴向方向。
“标准负载”意味着由适当的标准组织为轮胎使用状况指定的负载。
“径向的”和“径向地”意味着径向地朝向或远离轮胎的旋转轴线的方向。
“弹簧刚度”意味着轮胎的刚度，其表达为在给定压力下负载挠度曲线的斜率。
“胎面”意味着当结合至轮胎外胎时包括轮胎的一部分的模制橡胶部件，该部分在轮胎正常充气并在标准负载下时与路接触。
“胎面元件”或“牵引元件”意味着肋或块元件。
“胎面宽度”意味着在包括轮胎旋转轴线的平面中的胎面表面的弧长度。
“竖直偏转”意味着在负载下轮胎偏转的量。
“车轮”或“轮毂”意味着用于支撑轮胎并安装到车轴上的结构。
发明内容
根据本发明的系统对部分固化的轮胎组件进行固化并制造。该系统包括：环形轮毂构件，该环形轮毂构件滑到该部分固化的轮胎组件的对应环形径向内表面中；多个长形间隔构件，其用于通过将间隔构件紧固到轮毂构件而在部分固化的轮胎组件中保持对应的均匀腔体尺寸，其中部分固化的轮胎组件轮胎组件的翼片构件由此包围间隔构件中的每一者的径向最外表面；第一环形固化台板，其用于使轮毂构件和间隔构件相对于彼此轴向固定；第二环形固化台板，其用于使轮毂构件和间隔构件相对于彼此轴向固定；以及多个长形插入件，其用于产生基本光滑、均匀的外圆柱表面，该外圆柱表面是由每个插入件的径向外表面和轮胎组件的翼片构件形成的，翼片构件由间隔构件的径向最外表面定位。
根据系统的另一方面，多个模具构件周向地放置在胎面构件的径向外表面周围。
根据系统的又另一方面，模具构件的径向内表面一起在胎面构件的径向外表面中形成胎面成型外表面。
根据系统的还另一方面，间隔构件、第一和第二固化台板、三角形插入件和模具构件被加热以便将翼片构件、剪切带和胎面构件固化形成为完整的、固化的轮胎组件的模制一体部分。
根据系统的又另一方面，长形插入件具有三角形横截面。
根据系统的还另一方面，模具构件是从完整的、固化的轮胎组件周围径向可移除的。
根据系统的又另一方面，固化台板是从轮毂构件、长形间隔构件和长形插入件轴向可移除的。
根据系统的还另一方面，固化台板由热液体进行加热。
根据系统的又另一方面，长形间隔构件台板由蒸汽进行加热。
根据系统的还另一方面，长形插入件由电进行加热。
根据本发明的方法使部分固化的轮胎组件的固化变得完整。该方法包括以下步骤：将环形轮毂构件滑到部分固化的轮胎组件的对应环形径向内表面中；将多个间隔构件保持在部分固化的轮胎组件中的对应的均匀腔体内；将间隔构件紧固到轮毂构件，其中部分固化的轮胎组件的未固化翼片构件包围间隔构件中的每一者的径向最外表面；将第一和第二固化台板、轮毂构件和间隔构件相对于彼此轴向固定；并且产生基本光滑、均匀的外圆柱表面，该外圆柱表面由每个间隔构件的径向外表面和部分固化的轮胎组件的未固化翼片构件中的每一个形成，该未固化翼片构件由间隔构件的径向最外表面定位。
根据方法的另一方面，步骤还包括将部分固化的轮胎组件的未固化内环形剪切带和未固化外环形胎面构件连续地周向地放置在均匀的外圆柱表面周围。
根据方法的又另一方面，步骤还包括将部分固化的轮胎组件的未固化内环形剪切带和未固化外环形胎面构件附接（affix）到彼此。
根据方法的还另一方面，步骤还包括将多个模具构件周向地放置在胎面构件的径向外表面周围。
根据方法的又另一方面，步骤还包括由模具构件的径向内表面在胎面构件的外表面中形成胎面成型外表面。
根据方法的还另一方面，步骤还包括加热间隔构件、固化台板、长形插入件和模具构件以便将翼片构件、剪切带和胎面构件形成为完全固化的轮胎组件。
根据方法的又另一方面，步骤还包括从完全固化的轮胎组件周围径向移除模具构件。
根据方法的还另一方面，步骤还包括从轮毂构件轴向移除固化台板。
根据方法的又另一方面，步骤还包括从完全固化的轮胎组件轴向撤出间隔构件和插入件，以显露轮辋可安装的、完全固化的轮胎组件的辐条结构内的稳定腔体。
根据方法的还另一方面，加热步骤包括介质，该介质来自包括热液体、蒸汽和电的组。
本发明还涉及以下技术方案：
1. 一种用于固化和制造部分固化的轮胎组件的系统，所述系统包括：
环形轮毂构件，所述环形轮毂构件滑到所述部分固化的轮胎组件的对应环形径向内表面中；
多个长形间隔构件，其用于通过将所述间隔构件紧固到所述轮毂构件而在所述部分固化的轮胎组件中保持对应的均匀腔体尺寸，其中所述部分固化的轮胎组件的翼片构件由此包围所述间隔构件中的每一者的径向最外表面；
第一环形固化台板，其用于使所述轮毂构件和所述间隔构件相对于彼此轴向固定；
第二环形固化台板，其用于使所述轮毂构件和所述间隔构件相对于彼此轴向固定；以及
多个长形插入件，其用于产生基本光滑、均匀的外圆柱表面，所述外圆柱表面是由每个插入件的径向外表面和所述轮胎组件的翼片构件形成的，所述翼片构件由所述间隔构件的所述径向最外表面定位。
2. 根据技术方案1所述的系统，其还包括周向地放置在胎面构件的径向外表面周围的多个模具构件。
3. 根据技术方案2所述的系统，其中，所述模具构件的径向内表面一起在所述胎面构件的所述径向外表面中形成胎面成型外表面。
4. 根据技术方案3所述的系统，其中，所述间隔构件、第一和第二固化台板、三角形插入件和模具构件被加热以便将所述翼片构件、剪切带和胎面构件固化形成为完整的、固化的轮胎组件的模制一体部分。
5. 根据技术方案1所述的系统，其中，所述长形插入件具有三角形横截面。
6. 根据技术方案4所述的系统，其中，所述模具构件是从完整的、固化的轮胎组件周围径向可移除的。
7. 根据技术方案1所述的系统，其中，所述固化台板是从所述轮毂构件、所述长形间隔构件和长形插入件轴向可移除的。
8. 根据技术方案1所述的系统，其中，所述固化台板由热液体进行加热。
9. 根据技术方案1所述的系统，其中，所述长形间隔构件台板由蒸汽进行加热。
10. 根据技术方案1所述的系统，其中，所述长形插入件由电进行加热。
11. 一种用于完成部分固化的轮胎组件的固化的方法，所述方法包括以下步骤：
将环形轮毂构件滑到所述部分固化的轮胎组件的对应环形径向内表面中；
将多个间隔构件保持在所述部分固化的轮胎组件中的对应的均匀腔体内；
将所述间隔构件紧固到所述轮毂构件，其中所述部分固化的轮胎组件的未固化翼片构件包围所述间隔构件中的每一者的径向最外表面；
将第一和第二固化台板、所述轮毂构件和间隔构件相对于彼此轴向固定；并且
产生基本光滑、均匀的外圆柱表面，所述外圆柱表面由每个间隔构件的径向外表面和所述部分固化的轮胎组件的未固化翼片构件中的每一个形成，所述未固化翼片构件由所述间隔构件的所述径向最外表面定位。
12. 根据技术方案11所述的方法，还包括以下步骤：将所述部分固化的轮胎组件的未固化内环形剪切带和未固化外环形胎面构件连续地周向地放置在所述均匀的外圆柱表面周围。
13. 根据技术方案12所述的方法，还包括以下步骤：将所述部分固化的轮胎组件的所述未固化内环形剪切带和所述未固化外环形胎面构件附接到彼此。
14. 根据技术方案12所述的方法，还包括以下步骤：将多个模具构件周向地放置在所述胎面构件的径向外表面周围。
15. 根据技术方案14所述的方法，还包括以下步骤：由所述模具构件的径向内表面在所述胎面构件的所述外表面中形成胎面成型外表面。
16. 根据技术方案15所述的方法，还包括以下步骤：加热所述间隔构件、固化台板、长形插入件和模具构件以便将所述翼片构件、剪切带和胎面构件形成为完全固化的轮胎组件。
17. 根据技术方案16所述的方法，还包括以下步骤：从所述完全固化的轮胎组件周围径向移除所述模具构件。
18. 根据技术方案17所述的方法，还包括以下步骤：从所述轮毂构件210轴向移除所述固化台板。
19. 根据技术方案18所述的方法，还包括以下步骤：从所述完全固化的轮胎组件轴向撤出所述间隔构件和插入件，以显露轮辋可安装的、完全固化的轮胎组件的辐条结构内的稳定腔体。
20. 根据技术方案16所述的方法，其中，所述加热步骤包括介质，所述介质来自包括热液体、蒸汽和电的组。
附图说明
参考所附附图，通过以下对本发明的一些示例的描述，将更加清楚地理解本发明，其中：
图1是根据本发明的示例车轮/轮胎组件的部分的示意性透视图；
图2是图1的组件的部分的另一示意性透视图；
图3是图1的组件的另一部分的示意性透视图；
图4是图1的组件的又另一部分的示意性透视图；
图5是图1的组件的还另一部分的示意性透视图；
图6是图1的组件的又另一部分的示意性透视图；
图7是图1的组件的还另一部分的示意性透视图；
图8是图1的组件的又另一部分的示意性透视图；
图9是图1的组件的还另一部分的分解示意性透视图；
图10是图1的组件的又另一部分的示意性透视图；
图11是图1的组件的还另一部分的示意性透视图；
图12是图1的组件的又另一部分的示意性透视图；
图13是图1的组件的还另一部分的示意性透视图；
图14是图1的组件的又另一部分的示意性透视图；
图15是图1的组件的还另一部分的示意性透视图；
图16是图1的组件的又另一部分的示意性透视图；
图17是图1的组件的还另一部分的示意性透视图；
图18是图1的组件的又另一部分的分解示意性透视图；
图19是图1的组件的还另一部分的示意性透视图；
图20是图1的组件的又另一部分的示意性透视图；
图21是图1的组件的还另一部分的示意性透视图；以及
图22是根据本发明的示例方法的示意性流程图。
具体实施方式
常规车轮/轮胎组件可具有诸如剪切带的外环，其凭借轻质复合弹簧柔性地连接到中心轮毂。弹簧可是固定到环和轮毂的板。轮毂可包含减速齿轮单元和/或电动机，并且可具有用于将车辆底盘连接到每个车轮的悬挂机构。环可由诸如碳纤维加强尼龙材料的柔性复合材料构成，并且具有双橡胶轮胎和多个周向间隔开的径向防滑部（cleat），这些防滑部接合地面并提供改进的牵引力。轮毂也可由碳纤维加强复合材料形成。另一常规车轮可具有橡胶条，该橡胶条带有结合到复合环的模制胎面用于提高抓地力。此外，将环和轮毂互相连接的弹簧可是S形状的轻质复合弹簧。
另一常规车轮/轮胎组件可由诸如碳纤维加强聚酰胺的轻质复合材料形成。该组件可具有圆柱形中心轮毂和圆形外柔性轮辋，该圆形轮辋通过在中心轮毂和圆形轮辋之间延伸的无限圈形弹簧带安装在中心轮毂上。弹簧带可限定六个径向圈。弹簧带可通过任何合适的方式（诸如粘合、黏合、焊接和/或凭借螺栓、铆钉和/或夹具的机械固定）附接到中心轮毂和圆形轮辋。
如图20-21中示出的，诸如在申请人的美国专利10,207,544号（该专利通过引用整体并入本文）中描述的示例轮胎组件可由下述轻质聚合物材料形成：诸如，例如，标准轮胎橡胶化合物、热塑性聚合物、聚对苯二甲酸二乙醇酯（PET）、聚醚醚酮（PEEK）、交联聚合物（比如天然橡胶）、类合成橡胶聚合物、环氧树脂、和/或酚醛树脂。组件可具有诸如汽车车轮（未示出）的内中心轮辋，以及可包括剪切带和胎面结构的圆形外柔性环，该外环通过在内中心轮辋与外环之间延伸的连续帘线/织物加强辐条结构安装在内中心轮辋上。
辐条结构可限定多个腔体，该多个腔体绕内中心轮辋同心地设置从而允许辐条结构在负载下偏转，因而在柔性与刚性之间限定合适的平衡，该柔性用于乘坐舒适性和组件的印迹内的牵引力，该刚性用于车辆操纵、低滚动阻力、以及辐条结构内的低热量积累。辐条结构的腔体可还限定出开口，该开口用于内中心轮辋的臂延伸通过该开口并且将辐条结构固定至内中心轮辋。臂可以机械互锁布置与部分接合。内中心轮辋可还包括板，该板与臂一起可将辐条结构的部分夹在中间并且在内中心轮辋与辐条结构之间产生出进一步的摩擦和/或粘合固定。辐条结构可包括同质或者异质聚合物和/或填充聚合物。
辐条结构的辐条可向内或者向外弯曲用于减缓或者增强辐条的屈曲。辐条可包括一个或多个加强层。一个或多个层可由单端浸渍帘线、常规充气轮胎帘布层/帘线布置、短纤维、和/或聚合物薄膜构造。此外，这些构造可是PET、尼龙6、尼龙6,6、人造丝、钢、玻璃纤维、碳纤维、芳纶、和/或这些材料的混合构造。帘线可是从400旦尼尔至9000旦尼尔。聚合物薄膜可是从0.1 mm至2.0 mm厚。辐条可以在0度与90度之间的角度定向。辐条的加强可在其整个轴向长度上连续地加强。一个或多个连续的加强层可径向向外延伸至邻近外柔性环处的剪切带的多个位置。
每个腔体可具有绕组件的旋转轴线的共截面轮廓。此外，每个腔体可具有共同轴向长度，该共同轴向长度等于辐条结构的均匀轴向厚度。每个腔体可弯曲地成型以防止一个或多个加强层上的“折（pinch）”点并且减缓一个或多个加强层上的压缩应力集中。对于大型轮胎组件来说，腔体的数量可在2与60之间。内中心轮辋可包括钢、铸铁、铝、铝合金、镁合金、和/或铁合金。
图1-22示出了根据本发明的用于固化和制造部分固化的充气和/或非充气轮胎组件140的系统200。系统200可包括：环形轮毂构件210，该环形轮毂构件210滑到轮胎组件140的对应环形径向内表面142中；多个间隔构件220，其用于通过将间隔构件220紧固到轮毂构件210而在轮胎组件140中保持对应的均匀腔体尺寸，其中轮胎组件140的翼片构件147包围间隔构件220中的每一者的径向最外表面222；第一和第二固化台板230、240，其用于使轮毂构件210和间隔构件220相对于彼此轴向固定；以及多个三角形插入件250，其用于产生基本光滑、均匀的外圆柱表面，该表面是由每个三角形插入件250的径向外表面252和轮胎组件140的每个翼片构件147形成的，该翼片构件147由间隔构件220的径向最外表面222定位。固化台板230、240还可具有弹簧钩构件270，其用于保持与间隔构件220和组件200的其余部分对准。
轮胎组件140的内环形剪切带160和外环形胎面构件162可连续地周向地放置在均匀的外圆柱形表面147、252周围，并且至少临时附接到该外圆柱形表面147、252并附接到彼此160、162。这可通过类似于常规轮胎的构筑方法（未示出）在组件200周围构筑层160、162实现，或者通过由剪切带160和胎面构件162（图15）形成完整的环形带结构实现。多个模具构件260（图16中示出了六个）可周向地放置在胎面构件162的径向外表面163周围。模具构件260可具有径向内表面262，用于一起在胎面构件162的外表面163中形成胎面成型外表面。
间隔构件220、固化台板230、240、三角形插入件250、和模具构件260可被加热以便将翼片构件147、剪切带160和胎面构件162（例如，轮胎组件140的未固化部分）固化形成为具有合适胎面172（图21）的完整的、固化的轮胎组件170的模制一体部分。一旦固化是完整的，模具构件260可从完整的轮胎组件170周围径向地移除，固化台板230、240可从轮毂构件210轴向地移除，并且间隔构件220和插入件250可从轮胎组件170轴向地撤出以显露准备好可供安装的轮胎组件170的辐条结构174内的稳定腔体176。
如图22中示出的，根据本发明，方法2200可将部分固化的轮胎组件140固化和制造为完整的、“准备好供安装”的完整地固化的轮胎组件170。方法2200可包括：第一步骤2201，将环形轮毂构件210滑到部分固化的轮胎组件140的对应环形径向内表面142中；第二步骤2202，将多个间隔构件220保持在部分固化的轮胎组件140中的对应的均匀腔体尺寸内；第三步骤2203，将间隔构件220紧固到轮毂构件210，其中部分固化的轮胎组件140的翼片构件147包围间隔构件220中的每一者的径向最外表面222；第四步骤220，将第一和第二固化台板230、240、轮毂构件210和间隔构件220相对于彼此轴向固定；第五步骤2205，利用多个三角形插入件250产生基本光滑、均匀的外圆柱表面，该外圆柱表面由每个间隔构件250的径向外表面252和部分固化的轮胎组件140的每个翼片构件147形成，该翼片构件147由间隔构件220的径向最外表面222定位；第六步骤2206，将部分固化的轮胎组件140的未固化内环形剪切带160和未固化外环形胎面构件162连续地周向地放置在均匀外圆柱表面147、252周围；第七步骤2207，将部分固化的轮胎组件140的未固化内环形剪切带160和未固化外环形胎面构件162至少临时附接到彼此160、162；第八步骤2208，将多个模具构件260周向得放置在胎面构件162的径向外表面163周围；以及第九步骤2209，由模具构件的径向内表面262在胎面构件162的外表面163中形成胎面成型外表面。
方法2200还可包括：第十步骤2210，加热（例如，通过热液体、蒸汽、电等）间隔构件220、固化台板230、240、三角形插入件250和模具构件260以便将翼片构件147、剪切带160和胎面构件162（例如，部分固化的轮胎组件140的未固化部分）固化/形成为具有适当胎面172的完整的、固化的轮胎组件170的模制一体部分；第十一步骤2211，从完整的、完全固化的轮胎组件170周围径向移除模具构件260；第十二步骤2212，从轮毂构件210轴向移除固化台板230、240；以及第十三步骤2213，从完全固化的轮胎组件170轴向撤出间隔构件220和插入件250，以显露轮辋可安装的、完全固化的轮胎组件170的辐条结构174内的稳定腔体176。
根据本文中提供的对本发明的描述，本发明的变型是可能的。尽管出于说明本发明的目的已经示出了某些代表性示例和细节，但对于本领域的技术人员而言将清楚的是，在不背离主题发明的范围的情况下，可在其中作出多种改变和修改。因此，应理解，可在本文中所描述的特定示例中作出改变，其将在如由之后所附的权利要求所限定的本发明的完整范围内。此外，本发明不限于上文所描述的示例，这些示例可在所附权利要求的完整范围内在构造和/或细节上发生变化。

Claims (10)

1.一种用于固化和制造部分固化的轮胎组件的系统，所述系统包括：
环形轮毂构件，所述环形轮毂构件滑到所述部分固化的轮胎组件的对应环形径向内表面中；
多个长形间隔构件，其用于通过将所述间隔构件紧固到所述轮毂构件而在所述部分固化的轮胎组件中保持对应的均匀腔体尺寸，其中所述部分固化的轮胎组件的翼片构件由此包围所述间隔构件中的每一者的径向最外表面；
第一环形固化台板，其用于使所述轮毂构件和所述间隔构件相对于彼此轴向固定；
第二环形固化台板，其用于使所述轮毂构件和所述间隔构件相对于彼此轴向固定；以及
多个长形插入件，其用于产生基本光滑、均匀的外圆柱表面，所述外圆柱表面是由每个插入件的径向外表面和所述轮胎组件的翼片构件形成的，所述翼片构件由所述间隔构件的所述径向最外表面定位。
2.根据权利要求1所述的系统，其还包括周向地放置在胎面构件的径向外表面周围的多个模具构件。
3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述模具构件的径向内表面一起在所述胎面构件的所述径向外表面中形成胎面成型外表面。
4.根据权利要求3所述的系统，其中，所述间隔构件、第一和第二固化台板、三角形插入件和模具构件被加热以便将所述翼片构件、剪切带和胎面构件固化形成为完整的、固化的轮胎组件的模制一体部分。
5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述长形插入件具有三角形横截面。
6.根据权利要求4所述的系统，其中，所述模具构件是从完整的、固化的轮胎组件周围径向可移除的。
7.根据权利要求1所述的系统，其中，所述固化台板是从所述轮毂构件、所述长形间隔构件和长形插入件轴向可移除的。
8.根据权利要求1所述的系统，其中，所述固化台板由热液体进行加热。
9.根据权利要求1所述的系统，其中，所述长形间隔构件台板由蒸汽进行加热。
10.根据权利要求1所述的系统，其中，所述长形插入件由电进行加热。
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