CN114746330A - 车辆履带的胎面 - Google Patents

Abstract

本发明涉及橡胶履带(1)，其具有内表面(5)和胎面(2)，所述内表面(5)旨在与驱动装置协作，所述胎面(2)包括由N个由弹性体材料制成的凸起元件形成的胎面花纹(21)，所述凸起元件旨在与地面接触以确保履带(1)的可行驶性，所述胎面花纹(21)的每个元件包括旨在传递力的前导面(212)，其特征在于：a.n个胎面花纹元件的所述前导面相对于支承表面的法线方向(OZ)倾斜介于45度至75度之间的角度α，数量n至少等于0.2xN；b.胎面具体由弹性体材料制成，所述弹性体材料的根据标准ASTM D2240测量的肖氏A硬度大于或等于65。

Description

车辆履带的胎面

技术领域

本发明涉及车辆的橡胶履带，更具体地，涉及用于农业车辆、工地车辆或军用车辆的在疏松的地面上具有改进的牵引力的橡胶履带，具体涉及由橡胶制成的履带的胎面。

将参考诸如农用拖拉机的多用途车辆(即，在疏松的地面和道路上都能够行驶的车辆)更具体地描述本发明。

橡胶或橡胶状材料或橡胶配混物是指包含至少一种可以通过至少一种增强填料(诸如炭黑)来增强的弹性体的任何弹性体材料。

用于车辆的由橡胶制成的履带的胎面主要包括：

a.胎面，其包含橡胶和增强件，所述胎面形成在纵向方向上闭合且在横向方向上具有给定宽度的环，并且具有内表面和外表面，所述内表面旨在与用于驱动履带的驱动装置协作，所述外表面旨在与地面接触，

b.多个凸起元件，在下文中称为胎面花纹块体或者更简单地称为块体，其旨在与地面接触，以向配备有该履带的车辆提供良好的牵引力，并且所述凸起元件从支承表面向外延伸直到外表面，

c.多个齿状件，其从内表面朝向履带的内侧延伸并且旨在至少用于引导该履带或者任何其他起到传递履带驱动力的作用的装置，所述驱动由诸如至少一个位于履带内侧的车轮的装置执行。

考虑到安装于车辆的履带受到的力，已知的做法是在胎面内提供至少一个增强件，从而使履带在纵向方向上具有尺寸稳定性，所述纵向方向对应于由所述履带形成的环的方向。该增强件通常由沿纵向方向铺设的多条帘线或者相对于所述方向以较小的角度缠绕的帘线组成，以在纵向方向上赋予胎面合适的拉伸刚度，从而使胎面能够承受其使用过程中受到的力。设想添加额外的增强件也是常见的，所述增强件包括叠置的帘布层，每个帘布层由彼此平行放置并且能够从一层交叉到另一层的多根增强丝线或帘线形成。

履带将变速器的旋转能量传递至地面的能力非常紧密地依赖于位于与地面接触的外表面的胎面的胎面花纹。履带不能滑移，也就是说不能在没有牵引力的情况下滑移。因此，胎面花纹通常设置有位于胎面的外表面并且通过切口彼此隔开的凸起的块体。

履带的胎面旨在在各种类型的地面上行驶，例如，田地的较坚实的或不那么坚实的土壤、通往田地的未铺设的小道以及铺柏油的路面。考虑到在田地和道路上使用的多样性，履带的胎面需提供在田地上的牵引力、抗碎裂性、在道路上的耐磨性、滚动阻力和在道路上的振动舒适性之间的性能折衷。

定义

与履带相关的是一个整体参考系(O,X,Y,Z)，其中，O是履带的几何中心，轴线(OY)是驱动履带的车轮的旋转轴线，轴线(OX)垂直于(OY)并沿履带的最大尺寸或长度方向定向，最后，轴线(OZ)与轴线(OX)和(OY)形成的平面正交。

横向方向是指与履带的旋转轴线(OY)平行的方向。

纵向方向(OX)是指沿履带在行驶方向上的最大长度定向的方向。

在本文中，竖直方向是指垂直于驱动履带的车轮的旋转轴线和纵向轴线的任何方向。该方向对应于胎面的厚度方向，通常称为(OZ)。

法线方向是指垂直于外表面并朝向履带的外侧定向的方向。

“刀槽”是指产生相对的材料壁的切口。刀槽的材料壁之间的距离适合于允许这些壁在进入与地面接触的接地面时至少部分地彼此接触。

“沟槽”是指产生相对的材料壁的切口。沟槽的材料壁之间的距离使得这些壁在正常行驶条件下不会彼此接触。

胎面的胎面花纹元件是相对于支承表面呈凸起的立体元件，胎面的胎面花纹元件也称为“块体”并且包括前导面、接触面和后向面。

例如，在胎面花纹元件包括两排V形或人字形的凸耳型块体的情况下，履带根据人字形的顶点具有优选旋转方向。根据定义，前导面是指当履带旋转时，在凸耳进入履带与地面接触的接地面时在法线方向上向外定向的边缘角或者前缘角首先与地面接触的面。根据定义，后向面是指当履带旋转时，在凸耳进入履带的与地面接触的接地面时在法线方向上向外定向的边缘角或者后缘角最后与地面接触的面。在旋转方向上，前导面称为位于后向面的前方。

胎面的胎面花纹的空隙体积比定义为隔开凸起元件的沟槽的总体积与介于底表面至胎面表面之间的假定没有空隙的胎面总体积之间的比值。因此，空隙体积比隐含地定义了制造胎面的弹性体材料的体积，所述弹性体材料旨在变为磨损的。该空隙体积比还对胎面与地面接触的接地面产生直接影响，因此，对与地面接触的接触压力产生直接影响，这两者都影响着履带式胎面的磨损。

胎面的“磨损率”是指胎面因磨损而损失的厚度与必须更换胎面前胎面能够损失的总厚度之间的比值。因此，25％的磨损率是指胎面损失了能够磨损掉的橡胶材料的厚度的四分之一。

这里，胎面的“胎面表面”是指当履带在地面上行驶时胎面与所述地面接触的一组点。

胎面的“空隙面积比”是指存在于该胎面的胎面表面的空隙的比例。该空隙面积比主要由胎面的沟槽产生。

空隙面积比和胎面与地面的抓地力密切相关。所述比值决定了与地面接触的橡胶的表面面积，以提供使车辆通过传递动力扭矩而前进所需的抓地力。

抓地力不足导致履带的胎面滑移，这意味着履带在没有提供足够牵引力的情况下转动。

以百分比(％)表示的滑移率对应于实际速度减去理论速度的差值除以实际速度的比值。换言之，滑移率等于(V_实际-V_理论)/V_实际。相对于滑移率的牵引力的量是胎面花纹的性能的指标。

固化后弹性体配混物的硬度(诸如与胎面的组合物有关的硬度)是用于表征弹性体配混物性能的机械数据点之一。肖氏A硬度是根据标准ASTM D2240使用硬度计仪器测量的，并且表示弹性体配混物抵抗压入物穿透的能力。配混物越硬，肖氏A硬度越高。为了设计橡胶履带，选择弹性体配混物时除了考虑其他外还要考虑肖氏A硬度，所述肖氏A硬度需适合于外表面的胎面花纹，以承受刮擦和撕裂，同时需考虑车辆使用的多样性。

为了比较履带的胎面花纹的牵引性能，可以在实验室中在预先压实的疏松地面上对配备有所述胎面花纹的试样进行压缩剪切试验。试验的结果展示了牵引力如何随着试样的滑移率进行变化。

在预先压实的疏松地面上对试样进行剪切压缩试验包括三个步骤：

i.第一步，将预先蓬松的土壤压实到托盘中。在0.7巴的压力下执行压实；

ii.通过施加重物对试样施加静载荷；

iii.使试样以0.5m/s²的加速阶段开始移动，然后以1mm/s至100mm/s的可调节速度进入稳态阶段。

测量结果的后处理能够将胎面花纹进行分类，就像在实际条件下进行的牵引试验一样，能够提供随着滑移率变化的胎面花纹的牵引潜力。

背景技术

用于农业车辆或工地车辆的履带的胎面通常包括从胎面的中心朝向胎肩延伸的、称为凸耳的细长块体。这些凸耳设置在横向正中面的两侧，诸如以形成“V”形花纹，V形花纹(或人字形花纹)的顶点设计为最先进入接地面，所述接地面是与地面接触的区域。凸耳相互隔开以形成沟纹或沟槽；这些沟纹的宽度确定为使得在道路和疏松的地面上都能很好地操作。凸耳相对于胎面的横向正中面表现出对称性，在两排凸耳之间通常具有偏移，其类似于通过使胎面的一半相对于胎面的另一半围绕履带的轴线旋转而获得的偏移。此外，凸耳可以是连续的或者不连续的，并且可以以恒定或可变的节距间隔纵向分布。凸耳具有旨在于在坚硬的地面(例如，用于到达田地附近的道路)上行驶的接触面，以及旨在于在农用车辆行驶于疏松的地面(通常为田地土壤)时传递驱动力的前导面。

反复出现的不满与公知的胎面在疏松的地面上的牵引性能有关。车辆的生产能力(例如农用车辆的生产能力)与其在疏松的地面上的牵引能力直接相关。提高这一性能将使得用户不仅能够提高其设备的效率，还可以降低其运营成本，例如，通过降低单位覆盖面积的燃料消耗。当然，牵引力的改进不应以牺牲其他性能方面为代价，例如，耐磨性、舒适性和在道路上以足够高的速度行驶的可能性。

发明内容

根据本发明，该目的通过如下的橡胶履带实现：该橡胶履带形成在纵向方向(OX)上闭合且在横向方向(OY)上具有给定宽度的环，并且具有内表面和胎面，所述内表面旨在与驱动装置协作，所述胎面的外表面旨在与地面接触，所述胎面包括由N个由弹性体材料制成的凸起元件形成的胎面花纹，所述凸起元件旨在与地面接触以向履带提供牵引力，所述胎面花纹的每个元件从支承表面向外延伸直到外表面，所述胎面花纹包括接触面和前导面，所述接触面旨在与地面接触，所述前导面旨在传递力：

a.n个胎面花纹元件的所述前导面相对于支承表面的法线方向(OZ)倾斜介于45度至75度之间的角度α，数量n至少等于0.2xN；

b.胎面由弹性体材料制成，所述弹性体材料的根据标准ASTM D2240测量的肖氏A硬度大于或等于65。

本发明的原理是具有一种考虑到车辆既用于疏松的地面上也用于铺设的道路上的事实的多功能的履带式胎面花纹。在疏松的地面上，为了获得良好的牵引力并因此获得最佳的动力传递，胎面花纹块体需要能够在其整个高度上承载于地面而不滑移。根据本发明，如果至少20％的胎面花纹块体具有相对于法线方向(OZ)倾斜介于45度至75度之间的角度α的前导面，则车辆的牵引力会有明显改进。

再次根据本发明，胎面由弹性体材料制成，所述弹性体材料的根据标准ASTMD2240测量的肖氏A硬度大于或等于65。

为了传递力，橡胶胎面花纹块体需足够坚硬以啃入地面而不弯曲。此外，胎面花纹块体需耐刮擦，并且通常在车辆使用时能够抵抗来自环境的所有形式的攻击。为此，根据本发明，肖氏A硬度需处于至少65的合适水平。

优选地，角度α介于55度至65度之间。

同样优选地，数量n至少等于0.4xN。

同样优选的，前导面主要由两个表面组成，与接触面相邻的第一表面和与支承表面相邻的第二表面，倾斜角度α是前导面的轮廓的线性回归线的倾斜角度，第一表面与竖直方向Z形成角度α₁，α₁大于α并且介于45°至75°之间，第一表面的高度h至少等于胎面花纹块体的高度H的三分之一。

优选地，胎面花纹块体具有四边形的基底并且在彼此之间形成相对于横向方向倾斜的排。

根据第一变体实施方案，每排内的胎面花纹块体布置为使得其前导面彼此对齐。

根据第二变体实施方案，每排内的胎面花纹块体布置为使得相邻块体的前导面在纵向方向上相对于彼此偏移。

在第二变体实施方案中，每排内的胎面花纹块体优选布置为使得从胎面的最中心块体开始，依次排列的相邻块体的前缘角在纵向方向和与行驶方向相反的方向上以偏移量“a”偏移，所述偏移量“a”介于胎面花纹的节距间隔“p”的45％至65％之间。

在第三变体实施方案中，胎面花纹块体也具有横向刀槽。

在本发明的第四变体实施方案中，旨在与地面接触的外表面的胎面花纹元件是具有延伸横跨履带的整个横向宽度的前导面的凸耳。

仍然根据本发明的第四变体实施方案，胎面的胎面花纹元件为弯曲的凸耳，所述凸耳沿纵向方向(OX)分布于关于横向平面(XOZ)对称的两排，所述凸耳相对于方向(OX)倾斜以形成朝向履带的胎面中心定向的人字形花纹。

通过参考所附附图给出的以下描述，本发明的进一步特征和优点将变得显而易见，所附附图通过非限制性示例示出了本发明的主旨的实施方案。

附图说明

图1-A和图1-B描述了本发明的第一实施方案。胎面的胎面花纹由对齐的块体组成。图1-A是立体图，图1-B是横向平面(OXZ)内的示意图。

图2-A和图2-B描述了本发明的第二实施方案，图2-A为立体图，图2-B为与地面接触的平面(XOY)内的示意图。

图3是示出了根据本发明的第三实施方案的胎面的细节的局部立体图。

图4-A至图4-C是本发明的胎面的胎面花纹块体的轮廓的示意性详细示意图。

图5至图7是本发明的胎面的胎面花纹块体的轮廓的进一步示例的示意图。

图8和图9是本发明的胎面的胎面花纹块体的轮廓的进一步示例的示意图。

图10-A、图10-B涉及由横向凸耳组成的履带式胎面。图10-A是立体图，图10-B是横向平面(OZX)内的示意图。

图10-C描述了履带的胎面的放大图。图10-A、图10-B和图10-C示出了具有凸耳形式的胎面花纹块体的本发明的第四实施方案。

图11描述了本发明的两个实施方案与现有技术的性能对比结果。

具体实施方式

图1-A和图1-B描述了由总附图标记1指代的橡胶履带，所述橡胶履带包括胎面2，形成在纵向方向(OX)上闭合且在横向方向(OY)上具有给定宽度的环，并且具有内表面5和外表面10。所述胎面1设置有由多个凸起元件组成的胎面花纹21，所述凸起元件旨在与地面接触以向配备有该履带1的车辆提供良好的牵引力，所述履带1的优选行驶方向如箭头15所述。

所述胎面花纹21的每个元件从支承表面22向外延伸并且包括：旨在与地面接触的接触面211、旨在于在行驶期间传递来自车辆的动力扭矩的前导面212，所述前导面212相对于支承表面22的法线方向倾斜介于45度至75度之间的角度α。

在图1-A中，胎面1的胎面花纹21包括总共“N”个通过纵向切口23彼此隔开的块体。具体地，每个块体具有接触面211、前导面212和后向面213。接触面是块体顶部旨在于在坚硬的地面上行驶并承受载荷的面。在疏松的地面上，块体会陷入到地面中。因此在履带的优选行驶方向上，前导面212是最先进入接地面并且可以传递驱动力的面，而后向面是最后离开接地面的面。后向面213只能在制动或倒车阶段期间将力传递至地面。

图1-B描述了履带在平面(OXZ)内的截面。履带的几何中心由附图标记3表示。该示意图可以清楚地看到块体的前导面的方向。根据箭头15所示的优选行驶方向，前导面相对于底部表面22的法线方向向后倾斜，并且与该法线方向形成角度α。根据本发明，角度α介于45°和75°之间。在该示例中，角度α为60°。

在该第一实施方案中，胎面2的所有块体具有以介于45°至75°之间的角度α倾斜的前导面，也就是说，前导面符合这种倾斜特性的块体的数量n等于N。然而，当胎面的胎面花纹块体中只有一部分胎面花纹块体符合这种倾斜特性时，也可以实施本发明。例如，当这些块体的数量n至少等于0.2xN时，也就是说，当至少20％的块体的前导面符合这种倾斜特性时，在疏松的地面上的牵引力方面的益处已经很可观了。

仍然在该第一实施方案中，块体以四个块体的花纹的形式横跨胎面的宽度进行布置。在每一排中，将这些块体布置为使得这些块体的前导面彼此对齐，也就是说，这些块体几乎是连续的，只是被切口23打断。这里示出的胎面相对于履带的横向正中面完全对称。在未示出的变体中，相反地，位于横向正中面两侧的两个胎面半部的花纹可以在纵向方向上相对于彼此偏移，现有技术农用轮胎的凸耳胎面花纹通常是这种情况。

图2-A和图2-B描述了根据本发明的胎面的第二实施方案。这些块体以五个块体的花纹的形式横跨胎面的宽度进行布置。中心块体215具有双前导面，所述双前导面的各个部分都符合上述倾斜特性。其他块体与前述实施方案的块体类似，同样符合描述的接近60°的角度α的倾斜特性。

在该第二实施方案中，块体的布置与第一实施方案的不同之处主要在于：块体不再在每一排内对齐，而是布置为使得相邻块体的前导面在纵向方向上相对于彼此偏移。在图2-B的示意图中可以最清楚地看到表征这种偏移的一种方式。观察两个依次排列的花纹之间的节距间隔“p”，中间块体216与中心块体215相邻并且在履带的行驶方向上在中心块体之后进入接地面，中间块体216沿与行驶方向(箭头15)相反的方向偏移距离“a”。作为优选，该偏移量“a”介于节距间隔“p”的45％至65％之间。如图2-B所示，两个块体之间的距离“p”是在最中心块体的前缘角(边缘角由前导面与接触面的交点限定)和相邻块体的前缘角之间测量的，所述相邻块体在轮胎的滚动方向上在所述中心块体之后进入接地面。相同的测量原理适用于每个依次排列的相邻块体和胎面两侧的块体。因此在中间块体216和胎肩块体217之间也观察到类似的偏移。由于在这种情况下胎面花纹相对于履带的赤道中平面对称，因此相同的规则适用于胎面两侧的块体。

图3描述了本发明的第三实施方案，其中，块体还具有横向刀槽218。类似的刀槽当然与本发明的其他实施方案兼容。

图4-A至图4-C以较大的比例示出了块体轮廓的示例，其中，前导面212通过倒圆连接到接触面211和支承表面22。点C定义为前导面的延长线和接触面的延长线的交点，点E定义为前导面212的延长线和支承表面22的延长线的交点。因此，前导面的倾斜角度α是穿过C和E的直线与支承表面22的法线方向所形成的角度。

图5、图6和图7示出了前导面212不平坦的情况的示例。在这种情况下，将考虑前导面的轮廓在点C和点E之间的线性回归线DRL的倾斜角度α，前导面分别在点C和点E与接触面211和支承表面22相交。优选地，轮廓与其线性回归线DRL之间的距离d保持小于15mm。图5描述了前导面的所谓锯齿形轮廓。

图8和图9示出了前导面212主要由两个表面组成的情况，第一表面212a与接触面211相邻，第二表面212b与支承表面22相邻。如上文针对图5至图7所解释的，倾斜角度α是前导面的轮廓在点C和点E之间的线性回归线DRL的倾斜角度，第一表面212a在点C与接触面211相交，第二表面212b在点E与支承表面22相交。角度α介于45°至75°之间，优选介于55°至70°之间。第一表面212a本身与支承表面22的法线方向形成角度α₁。所述角度α₁大于α，同时，同样保持介于45°至75°之间。第一表面212a在履带厚度方向上的竖直高度h至少为胎面花纹块体的高度H的三分之一。

图10-A、图10-B描述了本发明的简化的实施方案，其中，块体实际上是横跨胎面1的整个横向宽度延伸的凸耳。

图10-C示出了具有弯曲的凸耳的胎面花纹的放大图。这是本发明的第四实施方案的变体。在所描述的情况下，存在三种花纹的凸耳，三种花纹以灰色、深色和点状填充，相对于横向平面(XOZ)以对称的成对凸耳分布。前导面212与支承表面22的法线方向形成介于45度至75度之间的角度α。履带的旋转方向如沿纵向轴线(OX)定向的箭头15所示。

在代表具有如图10所示的凸耳的实施方案的试样和代表如图5所示的具有所谓锯齿胎面花纹的实施方案的试样上，对如上定义的牵引力vs滑移性能进行评估。将根据本发明的这些胎面花纹与现有技术的具有凸耳的胎面花纹进行比较。图11描述了两条结果曲线C1和C2。虚线形式的曲线C1对应于现有技术的结果，实线形式的曲线C2代表图10-A和图10-B的实施方案的胎面花纹的结果。横坐标轴代表以％表示的滑移率G，纵坐标轴代表以牛顿为单位的牵引力T(N)。结果表明，在5％的滑移率以上，根据本发明的图10-A和图10-B的实施方案的带有凸耳的胎面花纹比现有技术的胎面花纹表现好51％。在15％的滑移率时，仍然具有28％的改进。

根据发明人，胎面的胎面花纹空隙体积比大于或等于30％保证了本发明良好的功能性。同样，空隙面积比低于70％使得可以在已铺设(沥青)的道路上获得最佳抓地力。

本发明不限于这些描述的示例性实施方案，并且在保持在由权利要求限定的范围内的同时可以对发明进行各种修改。

Claims (11)

1.橡胶履带(1)，其形成在纵向方向(OX)上闭合且在横向方向(OY)上具有给定宽度的环，并且具有内表面(5)和胎面(2)，所述内表面(5)旨在与驱动装置协作，所述胎面(2)的外表面(10)旨在与地面接触，所述胎面(2)包括由N个由弹性体材料制成的凸起元件形成的胎面花纹(21)，所述凸起元件旨在与地面接触以向履带(1)提供牵引力，所述胎面花纹(21)的每个元件从支承表面(22)向外延伸直到外表面(10)，并且包括接触面(211)和前导面(212)，所述接触面(211)旨在与地面接触，所述前导面(212)旨在传递力，其特征在于：

a.n个胎面花纹元件的所述前导面相对于支承表面的法线方向(OZ)倾斜介于45度至75度之间的角度α，数量n至少等于0.2xN，

b.胎面特别由弹性体材料制成，所述弹性体材料的根据标准ASTM D2240测量的肖氏A硬度大于或等于65。

2.根据权利要求1所述的履带(1)，其中，所述角度α介于55度至70度之间。

3.根据权利要求1和2中任一项所述的履带(1)，其中，所述数量n至少等于0.4xN。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的履带(1)，其中，前导面(212)主要由两个表面组成，与接触面(211)相邻的第一表面(212a)和与支承表面(22)相邻的第二表面(212b)，倾斜角度α是前导面的轮廓的线性回归线(DRL)的倾斜角度，第一表面(212a)与竖直方向Z形成角度α₁，α₁大于α并且介于45度至75度之间，第一表面(212a)的高度h至少等于胎面花纹块体的高度H的三分之一。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的履带(1)，其中，胎面花纹块体具有四边形的基底并且在彼此之间形成相对于横向方向(OY)倾斜的排。

6.根据权利要求5所述的履带(1)，其中，每排内的胎面花纹块体布置为使得其前导面(212)彼此对齐。

7.根据权利要求5所述的履带(1)，其中，每排内的胎面花纹块体布置为使得相邻块体(215、216、217)的前导面在纵向方向(OX)上相对于彼此偏移。

8.根据权利要求7所述的履带(1)，其中，每排内的胎面花纹块体布置为使得从胎面的最中心块体开始，依次排列的相邻块体(215、216、217)的前缘角在纵向方向和与行驶方向相反的方向上以偏移量“a”偏移，所述偏移量“a”介于胎面花纹的节距间隔“p”的45％至65％之间。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的履带(1)，其中，胎面花纹块体进一步包括横向刀槽(218)。

10.根据权利要求1至3中任一项所述的履带(1)，其中，胎面(1)的胎面花纹元件是具有前导面(212)的凸耳，所述前导面(212)在横向方向(OY)上延伸横跨履带的整个宽度。

11.根据权利要求1至3中任一项所述的履带(1)，其中，胎面(1)的胎面花纹元件为弯曲的凸耳，所述凸耳沿纵向方向(OX)分布于关于横向平面(XOZ)对称的两排，所述凸耳相对于方向(OX)倾斜以形成朝向履带(1)的胎面中心定向的人字形花纹。

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