CN115023352A - 农业或土木工程类型的重型轮胎的优化结构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于农业或土木工程类型的重型卡车的子午线轮胎(1)，其中保护帘布层(31)包括超弹性帘线(50)，所述超弹性帘线(50)在单个层(52)中包括丝状元件(54)。所述层(52)的每个丝状元件(54)的中心与帘线的主轴线(A)之间的距离等于螺旋直径Dh的一半，并且对于所述层(52)的所有金属丝状元件(54)均基本上恒定且相等，金属丝状元件(54)限定了帘线的内部拱形(58)，所述内部拱形(58)具有直径Dv。每个金属丝状元件(54)具有直径Df和螺旋曲率半径Rf，满足：9≤Rf/Df≤30，并且1.30≤Dv/Df≤4.5，所述超弹性帘线嵌入在橡胶配混物中。

Description

农业或土木工程类型的重型轮胎的优化结构
技术领域
本发明的主题为一种旨在装配施工场地、农业或货物运输类型的重型车辆的子午线轮胎，更具体地涉及这种轮胎的胎冠增强件，甚至更具体地涉及其保护增强件。
背景技术
在欧洲轮胎轮辋技术组织或ETRTO标准的含义内指定了旨在装配施工场地、农业或货物运输类型的重型车辆的子午线轮胎。
例如，在欧洲轮胎轮辋技术组织或ETRTO标准的含义内，用于施工场地类型的重型车辆的子午线轮胎旨在安装到直径至少等于25英寸的轮辋上。尽管不限于这种类型的应用，但是本发明针对大尺寸的子午线轮胎进行描述，所述子午线轮胎旨在通过直径至少等于35英寸，尽可能等于57英寸，或甚至等于63英寸的轮辋安装到自卸车上，特别是安装到用于运输从采石场或露天矿山开采的材料的车辆上。
由于轮胎的几何形状呈现出围绕旋转轴线的旋转对称性，因此通常在包含轮胎的旋转轴线的子午平面中描述轮胎的几何形状。对于给定的子午平面，径向方向、轴向方向和周向方向分别表示垂直于轮胎的旋转轴线的方向、平行于轮胎的旋转轴线的方向和垂直于子午平面的方向。周向方向与轮胎的圆周相切。
在下文中，表述“径向内侧/沿径向位于内侧”和“径向外侧/沿径向位于外侧”分别意指“更靠近轮胎的旋转轴线”和“更远离轮胎的旋转轴线”。“轴向内侧/沿轴向位于内侧”和“轴向外侧/沿轴向位于外侧”分别意指“更靠近轮胎的赤道平面”和“更远离轮胎的赤道平面”，其中轮胎的赤道平面为穿过胎面表面的中间并且垂直于旋转轴线的平面。
通常，轮胎包括胎面，所述胎面旨在通过胎面表面与地面接触，所述胎面的两个轴向端部通过两个胎侧连接至两个胎圈，所述两个胎圈提供轮胎和旨在安装所述轮胎的轮辋之间的机械连接。
子午线轮胎还包括由沿径向位于胎面内侧的胎冠增强件和沿径向位于胎冠增强件内侧的胎体增强件构成的增强件。
用于施工场地、农业或货物运输类型的重型车辆的子午线轮胎的胎体增强件通常包括至少一个胎体层，所述胎体层通常包括金属增强体，所述金属增强体涂覆有通过混合获得并称为涂覆混合物的弹性体类型或弹性类型的聚合物材料。胎体层包括主要部分，所述主要部分将两个胎圈连接在一起，并通常在每个胎圈中从轮胎的内侧至外侧围绕通常称为胎圈线的金属周向增强元件缠绕，从而形成卷边。胎体层的金属增强体基本上互相平行，并与周向方向形成在85°至95°之间的角度。
用于施工场地、农业或货物运输类型的车辆的子午线轮胎的胎冠增强件包括沿径向位于胎体增强件外侧的沿周向延伸的胎冠层的叠加。每个胎冠层通常由金属增强体构成，所述金属增强体互相平行，并涂覆有弹性体类型或涂覆配混物类型的聚合物材料。
在胎冠层中，通常区分保护层和工作层，所述保护层构成保护增强件并沿径向位于最外侧，所述工作层构成工作增强件并沿径向介于保护增强件和胎体增强件之间。
包括至少一个保护层的保护增强件基本上保护工作层免受机械攻击或物理化学攻击，这些攻击可能通过胎面沿径向朝向轮胎的内部传播。
保护增强件通常包括两个径向叠加的保护层，所述保护层由弹性金属增强体形成，所述弹性金属增强体在每个层中互相平行，从一个层至另一个层交叉，并与周向方向形成至少等于10°的角度。
包括至少两个工作层的工作增强件的功能在于环绕轮胎并确保其刚度和道路保持性。所述工作增强件吸收机械充气应力和由行驶造成的机械应力，所述机械充气应力由轮胎充气压力产生并通过胎体增强件传递，所述由行驶造成的机械应力由轮胎在地面上的行驶产生并通过胎面传递。所述工作增强件还旨在通过其固有设计和保护增强件的固有设计来承受氧化、冲击和穿孔。
工作增强件通常包括两个径向叠加的工作层，所述工作层由不可伸展的金属增强体形成，所述不可伸展的金属增强体在每个层中互相平行，从一个层至另一个层交叉，并与周向方向形成至多等于60°，优选至少等于15°且至多等于45°的角度。
为了降低传递至工作增强件的机械充气应力，已知的是在胎体增强件的径向外侧布置环箍增强件。环箍增强件的功能在于至少部分地吸收机械充气应力，其通过加强胎冠增强件来改善胎冠增强件的耐久性。环箍增强件可以沿径向位于工作增强件的内侧，介于工作增强件的两个工作层之间，或者沿径向位于工作增强件的外侧。
在施工场地类型应用中，环箍增强件可以包括两个径向叠加的环箍层，所述环箍层由金属增强体形成，所述金属增强体在每个层中彼此平行并从一个层至另一个层交叉，且与周向方向形成至多等于10°的角度。
在用于负载运输的重型车辆类型应用中，环箍增强件通常包括环箍层，所述环箍层通过沿周向缠绕环箍丝线或连续环箍条带而产生，所述环箍丝线或连续环箍条带与周向方向形成至多等于5°的角度。
关于金属增强体，金属增强体的机械特征在于表示施加至金属增强体的拉伸力(以N计)随其相对伸长(以％)变化的曲线，所述曲线被称为力-伸长曲线。金属增强体的机械拉伸特征(例如机械伸长As(以％计)、总断裂伸长At(以％计)、断裂力Fm(最大负载，以N计)和断裂强度Rm(以MPa计))得自该力-伸长曲线，这些特征根据2014年的标准ASTM D2969-04测量。
根据定义，金属增强体的总伸长At为其结构伸长、弹性伸长和塑性伸长之和(At＝As+Ae+Ap)，特别是在断裂时，其中每种伸长均是非零的。结构伸长As由构成金属增强体的金属丝线在低拉伸力下的相对定位产生。弹性伸长Ae由构成金属增强体的金属丝线(单独考虑)的金属的实际弹性产生，所述金属的行为遵循胡克定律。塑性伸长Ap由单独考虑的这些金属丝线的金属的塑性(即超过屈服点的不可逆变形)产生。这些不同的伸长及其各自的含量是本领域技术人员公知的，并且例如描述于文献US5843583、WO2005/014925和WO2007/090603中。
在金属增强体的力-伸长曲线上的每个点处，还定义了以GPa表示的拉伸模量，其表示在该点处与力-伸长曲线相切的直线的斜率。特别地，力-伸长曲线的弹性线性部分的拉伸模量被称为拉伸弹性模量或杨氏模量。
在金属增强体中，通常区分弹性金属增强体(例如在保护层中使用的金属增强体)和非伸展或不可伸展的金属增强体(例如在工作层中使用的金属增强体)。
弹性金属增强体在其非橡胶化状态下的特征在于结构伸长As至少等于1％，且总断裂伸长At至少等于4％。此外，弹性金属增强体的拉伸弹性模量至多等于180GPa，通常在40GPa和150GPa之间。
例如，现有技术中已知包含具有螺旋缠绕的N＝5的金属丝状元件的单个层的金属帘线。每个金属丝状元件均由钢单丝制成，并具有等于0.38mm的直径。每个金属丝状元件以节距P缠绕(此处P＝6.7mm)，并在金属丝状元件的最终螺旋组装步骤之前单独预成型。金属丝状元件限定了帘线的内部拱形，从而使得可以限定拱形直径Dv。在组装之后，预成型和内部拱形赋予帘线相对显著的通气性，换言之，每对相邻的金属丝状元件之间的空间相对较大。这种通气性导致帘线的结构伸长As等于2.3％。这种帘线特别地旨在用于轮胎，例如用于重型类型车辆的轮胎。
不可伸展的金属增强体的特征在于，在等于断裂力Fm的10％的拉伸力下，总伸长At至多等于0.2％。此外，不可伸展的金属增强体的拉伸弹性模量通常在150Gpa至200GPa之间。
当轮胎驶过自卸车行驶的轨道或者重型车辆通常行驶的工作场所进场区域或未铺面的停车区域上存在的石头或其它或多或少尖锐的物体时，轮胎的胎冠通常经受切割，这些切割可能沿径向穿过轮胎至内部，并且取决于物体的尺寸，这些切割可能使胎冠增强件和胎体增强件组件穿孔，从而导致压力损失和轮胎的失效。已知在保护层中使用弹性金属增强体来改进轮胎的穿孔强度(WO2019/058053)；然而，考虑到这些大尺寸轮胎的成本和这些事故的频率，改进性能总是有用的。如果这种改进发生在减轻胎冠增强件的质量并因此减轻轮胎的质量以保护自然资源的情况下，则这种改进更加有利。文献EP1520069提出了一种基于织物和金属混合型帘线的解决方案，其中内层为基于大量的捻合在一起的基本长丝的纺制纱线。
发明内容
对于用于施工场地、重型车辆或农业类型的车辆的子午线轮胎，发明人为其自身设定的目标为降低驶过尖锐石头时在胎面受到攻击后轮胎穿孔的风险，同时减轻胎冠增强件的质量。
根据本发明，该目的已通过用于重型车辆、施工场地或农业类型的车辆的轮胎实现，所述轮胎包括
·胎冠增强件，所述胎冠增强件沿径向位于胎面的内侧，并沿径向位于胎体增强件的外侧；
·胎冠增强件沿径向从外到内包括保护增强件和工作增强件，
·保护增强件包括至少一个保护层，所述保护层包括超弹性金属增强体，所述超弹性金属增强体涂覆有弹性体材料，彼此平行并与和轮胎的圆周相切的周向方向(XX’)形成至少等于10°的角度，每个超弹性金属增强体包括至少一个帘线，所述帘线被称为超弹性帘线，
·所述超弹性帘线包括由N个螺旋缠绕的金属丝状元件构成的单个层并具有外径D，当帘线沿基本上直线方向延伸时，所述层的每个金属丝状元件呈现围绕基本上平行于基本上直线方向的主轴线(A)的螺旋形式的轨迹，使得在基本上垂直于主轴线(A)的截面平面中，所述层的每个金属丝状元件的中心和主轴线(A)之间的距离等于螺旋直径Dh的一半，并且对于所述层的所有金属丝状元件均基本上恒定且相等，金属丝状元件限定了帘线的内部拱形(58)，所述内部拱形(58)具有直径Dv，每个金属丝状元件具有直径Df和通过Rf＝P/(π×Sin(2α))限定的螺旋曲率半径Rf，其中P为每个金属丝状元件以毫米表示的节距，α为每个金属丝状元件的螺旋角度，其特征在于，Dh、D、Dv、Df和Rf以毫米表示：
·9≤Rf/Df≤30，并且
·1.30≤Dv/Df≤4.5，
·所述超弹性帘线嵌入在橡胶配混物中。
发明人通过直接使用超弹性帘线或多股超弹性帘线作为金属增强体出乎意料地降低了胎冠穿孔的风险，而不降低其它性能，所述超弹性帘线具有特定的几何特征。与金属丝状元件的直径Df相比，拱形直径Dv必须足够大，以能够横向压缩变形并改善耐穿孔性，并且必须足够小，以限定符合限制轮胎的质量并因此限制其生产所需的材料资源的目的的保护层的厚度。类似地，与金属丝状元件的直径Df相比，螺旋曲率半径Rf必须足够小，以产生显著的结构伸长，并且必须足够大，以获得保护层的足够的线性断裂强度。
与常规混合型或非混合型弹性帘线相比，这种帘线的优点在于不仅具有高拉伸弹性，而且具有横向压缩性。当压痕工具对常规帘线施加压力时，所述常规帘线的横向压缩变形较小，帘线保持基本上圆柱形的几何形状。圆柱形形状意味着压痕工具的力施加在帘线的较窄区域上，并主要施加在金属丝状元件上。对于本发明提出的帘线，由于帘线位于拱形直径Dv的极限内的中心部分是橡胶配混物，其为即使与混合型帘线的中心织物纤维相比也可变形的弹性材料，因此帘线发生变形直至呈现平行六面体挤压形状，从而为压痕工具同时与多个金属丝状元件提供更大的接触面积。同时与压痕工具接触的丝状元件的数量的这种增加降低了施加至每个丝状元件的应力，从而提高了帘布层的穿透强度并因此提高了轮胎的穿透强度。
特征Df、Dv和Rf以及下文描述的其它特征的值在制造帘线之后(即在嵌入弹性体基质的任何步骤之前)直接在所述帘线上测得或从所述帘线确定，或者在从例如轮胎的弹性体基质中取出帘线之后(因此帘线经受清洁步骤，在所述清洁步骤的过程中，从帘线上除去任何弹性体基质，特别是存在于帘线内部的任何材料)在所述帘线上测得或从所述帘线确定。为了确保原始状态，需要消除每个金属丝状元件和弹性体基质之间的粘合界面，例如通过碳酸钠浴中的电化学过程。通过取出帘布层和帘线消除了与下文所述的用于制造轮胎的方法的成型步骤相关的影响(特别是帘线的伸长)，在取出的过程中，所述帘线基本上恢复了成型步骤之前的特征。
根据本发明的帘线包括螺旋缠绕的金属丝状元件的单个层。换言之，根据本发明的帘线包括螺旋缠绕的金属丝状元件的一个层，而不是两个或多于两个的层。所述层由金属丝状元件(即多个金属丝状元件)构成，而不是仅由一个金属丝状元件构成。在帘线的一个实施方案中，例如当通过帘线的制造方法获得帘线时，根据本发明的帘线由缠绕金属丝状元件的层构成。
根据本发明的帘线具有单螺旋。根据定义，单螺旋帘线为这样的帘线，其中所述层的每个金属丝状元件的轴线呈现单螺旋，相比之下，在双螺旋帘线中，每个金属丝状元件的轴线呈现围绕帘线的轴线的第一螺旋和围绕通过帘线的轴线呈现的螺旋的第二螺旋。换言之，当帘线沿基本上直线方向延伸时，所述帘线包括螺旋缠绕在一起的金属丝状元件的单个层，所述层的每个金属丝状元件呈现围绕基本上直线方向的螺旋形式的轨迹，使得所述层的每个金属丝状元件的中心和基本上直线方向的轴线之间的距离对于所述层的所有金属丝状元件基本上恒定且相等。相比之下，当双螺旋帘线沿基本上直线方向延伸时，所述层的每个金属丝状元件的中心和基本上直线方向之间的距离对于所述层的所有金属丝状元件是不同的。
根据本发明的帘线不具有中心金属芯部。其也被称为结构1×N(其中N为金属丝状元件的数量)的帘线或开放式帘线。
根据本发明的帘线的拱形由金属丝状元件界定，并对应于由一方面沿径向位于每个金属丝状元件的内侧并且另一方面与每个金属丝状元件相切的理论圆界定的体积。
丝状元件意指沿主轴线纵向延伸并具有垂直于主轴线的截面的元件，与沿主轴线的尺寸L相比，截面的最大尺寸G相对较小。表述“相对较小”意指L/G大于或等于100，优选大于或等于1000。该定义涵盖了具有圆形截面的丝状元件和具有非圆形截面(例如多边形截面或椭圆形截面)的丝状元件。非常优选地，每个金属丝状元件均具有圆形截面。
根据定义，术语金属意指丝状元件主要(即大于其重量的50％)或完全(其重量的100％)由金属材料制成。每个金属丝状元件优选由钢制成，更优选由珠光体或铁素体-珠光体碳钢(通常被本领域技术人员称为碳钢)制成或者由不锈钢制成(根据定义，钢包含至少10.5％的铬)。
螺旋角度α是本领域技术人员公知的参数，并且可以使用包括三次迭代的以下迭代计算确定，其中指数i表示迭代次数1、2或3。已知结构伸长As以％表示，螺旋角度α(i)满足α(i)＝Arcos[(100/(100+As)×Cos[Arctan((π×Df)/(P×Cos(α(i-1))×Sin(π/N))]]，其中式P为每个金属丝状元件缠绕的节距(以毫米表示)，N为层中的金属丝状元件的数量，Df为每个金属丝状元件以毫米表示的直径，Arcos、Cos、Arctan和Sin分别表示反余弦函数、余弦函数、反正切函数和正弦函数。对于第一次迭代，即对于α(1)的计算，α(0)＝0。在第三次迭代时，当α以度表示时，获得了小数点后具有至少一位有效数字的α(3)＝α。
使用关系式Dh＝P×Tan(α)/π计算以毫米表示的螺旋直径Dh，其中P为每个金属丝状元件缠绕的节距(以毫米表示)，α为如上确定的每个金属丝状元件的螺旋角度，Tan为正切函数。螺旋直径Dh对应于在垂直于帘线的轴线的平面中穿过层的金属丝状元件的中心的理论圆的直径。
使用关系式Dv＝Dh-Df计算以毫米表示的拱形直径Dv，其中Df为每个金属丝状元件的直径，Dh为螺旋直径，其均以毫米表示。
根据关系式Rf＝P/(π×Sin(2α))计算以毫米表示的曲率半径Rf，其中P为以毫米表示的节距，α为每个金属丝状元件的螺旋角度，Sin为正弦函数。
将回想的是，每个金属丝状元件缠绕的节距为在具有该节距的丝状元件围绕帘线的轴线缠绕一整圈之后平行于帘线所处的所述轴线测量的该丝状元件覆盖的长度。
下文描述的任选的特征可以彼此组合，只要这种组合在技术上兼容。
在有利的实施方案中，所有金属丝状元件均具有相同的直径Df。
角度的取向意指需要从限定角度的参考直线(在这种情况下为轮胎的周向方向)开始旋转以到达限定角度的另一条直线的顺时针方向或逆时针方向。
在优选的实施方案中，9≤Rf/Df≤25。在旨在增强用于选自货车、重型车辆(例如轻轨车辆、大客车、重型道路运输车辆(卡车、拖拉机、拖车))的工业车辆的轮胎的帘线的一个实施方案中，9≤Rf/Df≤15。
在旨在增强用于选自货车、重型车辆(例如轻轨车辆、大客车、重型道路运输车辆(卡车、拖拉机、拖车))的工业车辆的轮胎的帘线的一个实施方案中，1.70≤Dv/Df≤2.50。
有利地，螺旋曲率半径Rf满足2mm≤Rf≤7mm。在旨在增强用于选自货车、重型车辆(例如轻轨车辆、大客车、重型道路运输车辆(卡车、拖拉机、拖车))的工业车辆的轮胎的帘线的一个实施方案中，4mm≤Rf≤6mm，优选地，4mm≤Rf≤5mm。
在旨在增强用于越野车辆(例如农业车辆或施工场地车辆)的轮胎的帘线的一个实施方案中，4mm≤Rf≤7mm，优选地，4.5mm≤Rf≤6.5mm。
有利地，每个金属丝状元件的螺旋直径Dh满足0.40mm≤Dh≤1.60mm。
在旨在增强用于选自货车、重型车辆(例如轻轨车辆、大客车、重型道路运输车辆(卡车、拖拉机、拖车))的工业车辆的轮胎的帘线的一个实施方案中，0.85mm≤Dh≤1.60mm，优选地，0.90mm≤Dh≤1.6mm。
在旨在增强用于越野车辆(例如农业车辆或施工场地车辆)的轮胎的帘线的一个实施方案中，0.95mm≤Dh≤1.40mm，优选地，1.00mm≤Dh≤1.35mm。
有利地，Df满足0.10mm≤Df≤0.50mm。
在旨在增强用于选自货车、重型车辆(例如轻轨车辆、大客车、重型道路运输车辆(卡车、拖拉机、拖车))的工业车辆的轮胎的帘线的一个实施方案中，0.22mm≤Df≤0.50mm，优选地，0.25mm≤Df≤0.45mm。
在旨在增强用于越野车辆(例如农业车辆或施工场地车辆)的轮胎的帘线的一个实施方案中，0.32mm≤Df≤0.50mm，优选地，0.35mm≤Df≤0.50mm。
有利地，Dv满足Dv≥0.46mm，更优选地，0.50mm≤Dv≤1.20mm。
在旨在增强用于选自货车、重型车辆(例如轻轨车辆、大客车、重型道路运输车辆(卡车、拖拉机、拖车))的工业车辆的轮胎的帘线的一个实施方案中，0.65mm≤Dv≤0.80mm。
在旨在增强用于越野车辆(例如农业车辆或施工场地车辆)的轮胎的帘线的一个实施方案中，0.55mm≤Dv≤1.00mm。
有利地，每个金属丝状元件缠绕的节距P满足3mm≤P≤15mm。
在旨在增强用于选自货车、重型车辆(例如轻轨车辆、大客车、重型道路运输车辆(卡车、拖拉机、拖车))的工业车辆的轮胎的帘线的一个实施方案中，7mm≤P≤15mm，优选地，7.5mm≤P≤11mm。
在旨在增强用于越野车辆(例如农业车辆或施工场地车辆)的轮胎的帘线的一个实施方案中，9mm≤P≤15mm。
有利地，帘线的直径D满足D≤2.10mm。
通过测厚仪测量直径或可见直径(表示为D)，其触点的直径至少等于丝状元件的缠绕节距P的1.5倍(例如可提及来自Kaefer的型号JD50，其能够实现1/100毫米的精度，装配有a型触点，并具有约0.6N的接触压力)。测量方案包括一组三次测量的三次重复(垂直于帘线的轴线并在零张力下进行)，其中第二次和第三次测量在通过围绕帘线的轴线旋转测量方向在相对于前一次测量的角度偏移三分之一圈的方向上进行。
在旨在增强用于选自货车、重型车辆(例如轻轨车辆、大客车、重型道路运输车辆(卡车、拖拉机、拖车))的工业车辆的轮胎的帘线的一个实施方案中，1.15mm≤D≤1.55mm。
在旨在增强用于越野车辆(例如农业车辆或施工场地车辆)的轮胎的帘线的一个实施方案中，1.5mm≤D≤2mm。
在一个实施方案中，每个金属丝状元件包括单个金属单丝。此处，每个金属丝状元件有利地由金属单丝构成。在该实施方案的变体形式中，金属单丝直接涂覆有金属涂层，所述金属涂层包含铜、锌、锡、钴或这些金属的合金(例如黄铜或青铜)。在该变体形式中，每个金属丝状元件然后由金属单丝制成，从而形成芯部，所述金属单丝例如由钢制成，所述芯部直接涂覆有金属涂层。
在该实施方案中，如上所述，每个金属基本单丝优选由钢制成，并且具有1000MPa至5000MPa的机械强度。这种机械强度对应于轮胎领域中常见的钢种，即NT(正常拉伸)、HT(高拉伸)、ST(超拉伸)、SHT(超高拉伸)、UT(极拉伸)、UHT(极高拉伸)和MT(巨大拉伸)等级，高机械强度的使用可能能够改善帘线旨在嵌入的基质的增强，并减轻以这种方式增强的基质的重量。
有利地，层由N个螺旋缠绕的金属丝状元件构成，N的范围为3至18，优选为5至12，更优选为6至9。
有利地，所述超弹性帘线的每个金属丝状元件的节距P与直径Df的比值K(P和Df以毫米表示)满足19≤K≤44，优选地20≤K≤40，更优选地23≤K≤39，P和Df以毫米表示。在旨在增强用于选自货车、重型车辆(例如轻轨车辆、大客车、重型道路运输车辆(卡车、拖拉机、拖车))的工业车辆的轮胎的帘线的一个实施方案中，19≤K≤35，优选地，23≤K≤30。
有利地，每个金属丝状元件的螺旋角度α满足13°≤α≤30°，优选地，17°≤α≤26°。在旨在增强用于选自货车、重型车辆(例如轻轨车辆、大客车、重型道路运输车辆(卡车、拖拉机、拖车))的工业车辆的轮胎的帘线的一个实施方案中，18.5°≤α≤30°，优选地，18.5°≤α≤26°。
在比值K的值过高的情况下或在螺旋角度的值过低的情况下，帘线的纵向压缩性降低。在比值K的值过低的情况下或在螺旋角度的值过高的情况下，帘线的纵向刚度降低，因此其增强能力降低。
有利地，帘线的结构伸长As满足As≥1％，优选地As≥2.5％，更优选地As≥3％。
最后，相对径向间隙Jr表示将每对相邻的金属丝状元件分隔至可用于在层上定位金属丝状元件的长度的距离。更准确地，Jr＝N/(π*(D-Df))×(Dh×Sin(π/N)-(Df/Cos(α×π/180)))，α为每个金属丝状元件(54)以度表示的螺旋角度，Dv＝Dh-Df。因此，相对于层可以容纳的金属丝状元件的最大数量，Jr越大，分隔两个相邻的金属丝状元件的空间越大。相反地，相对于层可以容纳的金属丝状元件的最大数量，Jr越小，分隔两个相邻的金属丝状元件的空间越小。在根据本发明的范围内，Jr能够使层上存在的金属丝状元件的数量最大化，从而使帘线的增强能力最大化，但不会降低适应纵向压缩变形的能力。
有利地，保护层(311)的弹性金属增强体中包括的所述超弹性帘线在两个相邻的丝状元件之间的相对径向间隙Jr满足0.10≤Jr≤0.6，优选地0.30≤Jr≤0.60。两个相邻的丝状元件之间的相对径向间隙能够调节帘线的通气性和在这种类型的应用中在其刚度(特别是横向刚度)和可能与压痕工具接触的单个丝线的数量之间的平衡。通气性太差的帘线的行为与常规帘线类似，并且无法提供相同水平的性能增益。过于通气(超过0.6的相对间隙)的帘线易于变形，但不会对压痕工具产生足够的抵抗力。
取决于所设计的轮胎的类型，取决于每种特定用途(即货车、重型车辆或施工场地车辆，其尺寸从16英寸至63英寸变化)对拉伸强度的需求，单个保护层或多个保护层的每个金属增强体均由如上限定的单个超弹性帘线构成，或者由组装在一起的多个所述帘线(即超弹性帘线的线股)构成。具体地，多个超弹性帘线的组件保持超弹性帘线的横向挤压性质。
对于用于施工场地类型的重型车辆的轮胎，根据保护层的优选实施方案，保护层的弹性金属增强体与周向方向形成至少等于15°且至多等于35°的角度。
对于用于施工场地类型的重型车辆的轮胎，优选的实施方案包括两个保护层，所述保护层包括超弹性金属增强体。更有利地，两个保护层的各自金属增强体从一个保护层至另一个保护层交叉。更有利地，对于生产率增益，径向最内保护层的金属增强体与周向方向(XX’)形成的角度的绝对值等于径向最外保护层的金属增强体与周向方向(XX’)形成的角度。更有利地，为了在每个胎冠增强件的层所承受的力的分布中具有均匀的行为，保护层的超弹性金属增强体与周向方向形成的角度的绝对值基本上等于工作层的金属增强体与周向方向(XX’)形成的角度的绝对值的平均值。
根据径向最外保护层的优选实施方案，径向最外保护层的超弹性金属增强体与周向方向形成的角度等于径向最外工作层的不可伸展的金属增强体形成的角度。相对于轮胎的赤道平面，这些角度以相同的方向定向，因此这些角度在其代数值方面相等。换言之，所述保护层的增强体平行于所述工作层的增强体。
根据胎冠增强件的优选实施方案，为了改善敲击性能(即橡胶材料的开裂)，径向最内保护层的轴向宽度LP1至少等于具有最大轴向宽度的工作层的最大轴向宽度LTmax的1.05倍且至多等于具有最大轴向宽度的工作层的最大轴向宽度LTmax的1.25倍。低于轴向宽度LTmax的1.05倍时，径向最内保护层不能充分突出到具有最大轴向宽度的工作层之外，以提供有效的敲击保护。高于轴向宽度LTmax的1.25倍时，径向最内保护层的轴向端部非常靠近胎面的轴向端部，从而增加了所述保护层的轴向端部和胎面的轴向端部之间开裂的风险。
根据施工场地轮胎的胎冠增强件的优选实施方案，胎冠增强件包括环箍增强件，所述环箍增强件包括两个环箍层，所述环箍层的各自金属增强体涂覆有弹性体材料，彼此平行，与周向方向形成至多等于10°的角度，并从一个环箍层至另一个环箍层交叉。通常区分成角度的环箍层和周向环箍层，所述成角度的环箍层的增强体形成至少等于5°且至多等于8°的角度，所述周向环箍层的增强体是基本上周向的，并形成接近0°且至多等于5°的角度。环箍层的金属增强体可以为弹性金属增强体或者不可伸展的金属增强体。环箍增强件可以沿径向位于工作增强件的内侧，介于工作增强件的两个工作层之间，或者沿径向位于工作增强件的外侧。
附图说明
在未按比例绘制的示意性图1和图2中参考尺寸为53/80R63的轮胎说明了本发明的特征：
·图1：根据本发明的轮胎胎冠的子午横截面。
·图2：构成根据本发明的保护增强件的全部或部分金属增强体的超弹性帘线的横截面。
具体实施方式
图1显示了用于施工场地类型的重型车辆的轮胎1的子午横截面，所述轮胎1包括胎冠增强件3，所述胎冠增强件3沿径向位于胎面2的内侧并沿径向位于胎体增强件4的外侧。胎冠增强件3沿径向从外到内包括保护增强件31、工作增强件32和环箍增强件33。保护增强件31包括两个保护层(311、312)，所述保护层(311、312)包括超弹性金属增强体，所述超弹性金属增强体涂覆有弹性体材料、互相平行并与和轮胎的圆周相切的周向方向XX’形成等于24°的角度，每个保护层各自的金属增强体从一个保护层至另一个保护层交叉。工作增强件32包括两个工作层321、322，其各自的不可伸展的金属增强体涂覆有弹性体材料，互相平行并与周向方向XX’分别形成等于33°(对于径向最内工作层321)和19°(对于径向最外工作层322)的角度，所述不可伸展的金属增强体从一个工作层至另一个工作层交叉。径向最内保护层311沿轴向突出到具有最大轴向宽度的工作层(此处为径向最内工作层321)之外。在所示出的情况下，轴向宽度LP1等于轴向宽度LTmax的1.2倍。环箍增强件33包括两个环箍层331、332，其各自的金属增强体涂覆有弹性体材料，互相平行并与周向方向XX’形成在5°至10°之间的角度，所述金属增强体从一个环箍层至另一个环箍层交叉。
图2示出了在生产保护层的增强元件中涉及的帘线，所述帘线构成增强元件，或者为保护层的增强元件构成的线股的帘线之一。根据本发明的帘线50包括具有螺旋缠绕的金属丝状元件54的单个层52。在这种情况下，帘线50由单个层52构成，换言之，帘线50不包括除了层52的金属丝状元件之外的任何其它金属丝状元件。层52由9个螺旋缠绕的金属丝状元件构成，所述金属丝状元件嵌入到保护层的橡胶配混物基质中，内部拱形58本身填充有所述橡胶配混物。
本发明在尺寸为24.00R35的轮胎上进行了测试。对于每次测试，比较了根据本发明的轮胎与具有相同尺寸的参比轮胎。
关于胎冠穿孔强度性能，进行了两种类型的测试，即动态测试或准静态测试。两种测试使用压痕工具，根据某些使用者，所述压痕工具的几何形状近似于导致施工场地轮胎胎冠破裂最多的障碍物。压痕工具为具有三角形底座的钢棱柱体。棱柱体的高度为55mm。进行测试使得轮胎在其一个侧向边缘(称为接触边缘)上与棱柱体接触。
在动态测试中，棱柱体通过与接触边缘相对的侧面固定在道路上。与固定在道路上的侧面相对的棱柱体的角度为45°。通过在推荐压力和负载下将轮胎安装到车辆上而测试轮胎。以这样的方式引导车辆，即压痕工具在胎冠的相同轴向位置上对轮胎施加应力。调节轮胎的旋转，使得在轮胎的相同方位处不会发生两次撞击。车辆以5km/h的速度行驶。机械装置能够增加从接触边缘至行驶表面的距离。在胎冠穿孔后，停止测试。测试的结果为从边缘至行驶表面的距离。高度越大，轮胎越能抵抗障碍物。
准静态测试使用相同类型的压痕工具，并以50mm/min的速度插入。轮胎在平面上以等于推荐负载的力受到挤压，所述轮胎充气至推荐压力。在接触区域的中心处插入极线。测试的结果为使胎冠增强件破裂所需的穿刺距离。
参比轮胎和根据本发明的轮胎是相同的，除了保护层。它们具有相同的胎面花纹和相同的胎体层的增强体，并且对于轮胎的不同部分具有相同的橡胶配混物。关于胎冠增强件，它们从径向最外元件至径向最内元件由保护增强件、工作增强件和环箍增强件构成。
对于所测试的所有轮胎，环箍增强件均由第一环箍层和第二环箍层构成，所述第一环箍层由不可伸展的金属增强元件形成，所述不可伸展的金属增强元件与周向方向形成等于8°的角度，所述第二环箍层沿径向位于第一环箍层的外侧，并由不可伸展的金属增强元件形成，所述不可伸展的金属增强元件与周向方向形成等于8°的角度，并与前一层的帘线交叉。
对于所测试的所有轮胎，工作增强件均由第一工作层和第二工作层构成，所述第一工作层由不可伸展的金属增强元件形成，所述不可伸展的金属增强元件与周向方向形成等于33°的角度，并相对于周向方向在与环箍增强件的径向最内层的帘线相同的一侧定向，所述第二工作层沿径向位于第一工作层的外侧，并由不可伸展的金属帘线形成，所述金属帘线与周向方向形成等于19°的角度，并与工作增强件的径向最内层的金属增强元件交叉。
环箍增强件和胎冠增强件的不可伸展的金属增强体为26.30帘线，即具有26根直径为0.3mm的丝线的帘线，这些帘线布置为三层，中间层包括3根丝线，第二层包括9根丝线，外层包括14根丝线。所述帘线以3.4mm的间距布置。
参比轮胎包括保护增强件，所述保护增强件由第一保护层和第二层构成，所述第一保护层由弹性金属增强元件形成，所述弹性金属增强元件与周向方向形成等于24°的角度，所述第二层沿径向位于第一保护层的外侧，并由弹性金属增强元件形成，所述弹性金属增强元件与周向方向形成等于24°的角度，并与前一层的帘线交叉。不同层的角度使得径向最内保护层的增强元件与径向最外工作层的增强元件交叉。
参比轮胎的保护增强件的弹性金属增强体为24.26线股，即具有4根包括6根直径为0.26mm的丝线的帘线的线股。所述线股以2.5mm的间距布置。
根据本发明的第一轮胎P1包括保护增强件，所述保护增强件由第一保护层和第二层构成，所述第一保护层由超弹性金属增强元件形成，所述超弹性金属增强元件与周向方向形成等于24°的角度，所述第二层沿径向位于第一保护层的外侧，并由超弹性金属增强元件形成，所述超弹性金属增强元件与周向方向形成等于24°的角度，并与前一层的帘线交叉。不同层的角度使得径向最内保护层的增强元件与径向最外工作层的增强元件交叉。
根据本发明的轮胎P1的保护增强件的超弹性金属增强体为根据本发明的5.45帘线，即包括5根直径Df为0.45mm的丝线的帘线。所述帘线以2mm的间距布置。所述丝线的拱形直径Dv等于1.11mm。螺旋曲率半径Rf等于4.2mm。两个相邻的丝状元件之间的相对径向间隙Jr等于0.43。
根据本发明的第二轮胎P2包括保护增强件，所述保护增强件由单个保护层构成，所述保护层由超弹性金属增强元件形成，所述超弹性金属增强元件与周向方向形成等于24°的角度。不同层的角度使得保护层的增强元件在第一形式中与径向最外工作层的增强元件交叉，而在形式P2’中不交叉。
无论哪种形式，根据本发明的轮胎P2的保护增强件的超弹性金属增强体为18.45线股，即根据本发明的由3根包括6根直径Df为0.45mm的丝线的帘线的线股。所述线股以4.4mm的间距布置。所述丝线的拱形直径Dv等于1.11mm。螺旋曲率半径Rf等于4.2mm。两个相邻的丝状元件之间的相对径向间隙Jr等于0.35。
无论哪种形式，与参比轮胎相比，就动态测试而言，根据本发明的轮胎P1、P2、P2’实现了至少等于7％的增益，并且根据静态测试，根据本发明的轮胎P1、P2、P2’实现了至少18％的增益。对于根据本发明的具有两个保护层的轮胎的形式，胎冠增强件减轻了约8％，并且对于根据本发明的具有单个保护层的轮胎的形式，胎冠增强件减轻了17％。因此，所提出的本发明能够改善胎冠耐穿孔性，同时减轻胎冠增强件的质量，并因此减轻轮胎的质量。

Claims (9)

1.用于重型、施工场地或农业类型的车辆的轮胎(1)，所述轮胎(1)包括：
-胎冠增强件(3)，所述胎冠增强件(3)沿径向位于胎面(2)的内侧，并沿径向位于胎体增强件(4)的外侧，
-胎冠增强件(3)沿径向从外到内包括保护增强件(31)和工作增强件(32)，
-保护增强件(31)包括至少一个保护层(311、312)，所述保护层(311、312)包括超弹性金属增强体，所述超弹性金属增强体涂覆有弹性体材料，彼此平行并与和轮胎的圆周相切的周向方向(XX’)形成至少等于10°的角度，每个超弹性金属增强体包括至少一个帘线，所述帘线被称为超弹性帘线(50)：
其特征在于，所述超弹性帘线(50)包括由N个螺旋缠绕的金属丝状元件(54)构成的单个层(52)并具有外径D，当帘线(50)沿基本上直线方向延伸时，所述层(52)的每个金属丝状元件(54)呈现围绕基本上平行于基本上直线方向的主轴线(A)的螺旋形式的轨迹，使得在基本上垂直于主轴线(A)的截面平面中，所述层(52)的每个金属丝状元件(54)的中心和主轴线(A)之间的距离等于螺旋直径Dh的一半，并且对于所述层(52)的所有金属丝状元件(54)均基本上恒定且相等，所述金属丝状元件(54)限定了帘线的内部拱形(58)，所述内部拱形(58)具有直径Dv，每个金属丝状元件(54)具有直径Df和通过Rf＝P/(π×Sin(2α))限定的螺旋曲率半径Rf，其中P为每个金属丝状元件以毫米表示的节距，α为每个金属丝状元件(54)的螺旋角度，其特征在于，Dh、D、Dv、Df和Rf以毫米表示：
9≤Rf/Df≤30，并且
1.30≤Dv/Df≤4.5，
-所述超弹性帘线(50)嵌入在橡胶配混物中。
2.根据权利要求1所述的轮胎(1)，其中，所述超弹性帘线(50)的每个金属丝状元件(54)的节距P与直径Df的比值K满足19≤K≤44，优选地20≤K≤40，更优选地23≤K≤39，P和Df以毫米表示。
3.根据权利要求1或2中任一项所述的轮胎(1)，其中，在所述超弹性帘线(50)的两个相邻的丝状元件之间存在相对径向间隙Jr，Jr＝N/(π*(D-Df))×(Dh×Sin(π/N)-(Df/Cos(α×π/180)))，α为每个金属丝状元件(54)以度表示的螺旋角度，Dv＝Dh-Df，并且保护层(311)的超弹性金属增强体的Jr满足0.10≤Jr≤0.6。
4.根据前述权利要求中任一项所述的轮胎(1)，其中，所述保护层(311、312)的每个超弹性金属增强体均为超弹性帘线(50)。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的轮胎(1)，其中，所述保护层(311、312)的每个超弹性金属增强体均为超弹性帘线(50)的线股。
6.根据前述权利要求中任一项所述的用于施工场地类型的重型车辆的轮胎(1)，其中，保护增强件(31)包括两个保护层(311、312)，其各自的金属增强体为超弹性金属增强体，并从一个保护层至另一个保护层交叉。
7.根据前述权利要求中任一项所述的用于施工场地类型的重型车辆的轮胎(1)，所述轮胎(1)的保护增强件(31)包括两个保护层(311、312)，其各自的金属增强体为超弹性金属增强体，并从一个保护层至另一个保护层交叉，所述轮胎(1)的工作增强件(32)包括至少两个径向叠加的工作层(321、322)，所述工作层(321、322)由不可伸展的金属增强体形成，其中，径向最内保护层(311)的金属增强体与周向方向(XX’)形成的角度的绝对值等于径向最外保护层(312)的金属增强体与周向方向(XX’)形成的角度，这两个角度的绝对值基本上等于工作层(321、322)的金属增强体与周向方向(XX’)形成的角度的绝对值的平均值。
8.根据前述权利要求中任一项所述的用于施工场地类型的重型车辆的轮胎(1)，所述轮胎(1)的工作增强件(32)包括至少两个沿径向叠加的工作层(321、322)，所述工作层(321、322)由不可伸展的金属增强体形成，其中，径向最内保护层(311)的轴向宽度LP1至少等于具有最大轴向宽度的工作层的最大轴向宽度LTmax的1.05倍，且至多等于具有最大轴向宽度的工作层的最大轴向宽度LTmax的1.25倍。
9.根据前述权利要求中任一项所述的用于施工场地类型的重型车辆的轮胎(1)，其中，胎冠增强件(3)包括环箍增强件(33)，所述环箍增强件(33)包括两个环箍层(331、332)，所述两个环箍层(331、332)包括各自的金属增强体，所述金属增强体涂覆有弹性体材料，彼此平行，并与周向方向(XX’)形成至多等于10°的角度。
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