CN116890571A - 一种仿生学结构的免充气防爆安全轮胎及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种仿生学结构的免充气防爆安全轮胎及其制备方法，安全轮胎包括轮辋、于轮辋圆周均匀分布的弹性支撑机构、减振单元、以及吸收振动能量的填充部、固定圈和轮胎橡胶面，固定圈与轮胎橡胶面附着固结，支撑机构和减振单元间隔设置，填充部填充于轮辋和固定圈之间的空腔中；每组支撑机构包含若干个弹性套筒，每个弹性套筒内含弹性支撑体。本发明提供的安全轮胎以弹性支持体代替充气轮胎内胎获得承载和缓冲能力，既具有普通充气轮胎的良好弹性，又具有防弹、防爆免充气性能，安全性更高。与普通免充气实心轮胎相比，本结构具有良好的行驶稳定性，兼顾强度和弹性，显著减轻簧下质量，利于减振及提高车速，使车辆更适于越野行驶。

Description

一种仿生学结构的免充气防爆安全轮胎及其制备方法

技术领域

本发明涉及汽车零部件技术领域，具体为一种仿生学结构的免充气防爆安全轮胎及其制备方法。

背景技术

轮胎是影响车辆通过性、平顺性、操纵稳定性和可靠性的重要因素，因此轮胎防破损及破损后的安全行驶性能对车辆至关重要。

车辆轮胎分充气轮胎和非充气轮胎，充气轮胎因其内胎富有弹性而获得承载和缓冲能力，但其需要保持很高的气压，低压胎胎压一般在500-700kPa，高压胎气压更是高达900kPa，因此缺乏防爆能力，对路面的感觉较差，转弯时的侧向抵抗力弱。充气轮胎对胎压要求较高，在夏天、冬天、空载、半载、满载等不同情况下要求的胎压不同，在缺气状态下行驶时轮胎下沉量大，与地面摩擦剧烈，胎温急剧上升，容易爆裂。而目前的免充气轮胎一般为实心轮胎，质量重，硬度大，缺乏柔性，舒适性差，且容易因为驻波产生剥离。

公开专利“一种轮胎防爆装置”(公开号：CN108859618B)提供了带有弹簧的轮胎结构，在汽车高速行驶过程中爆胎时，由爆炸装置炸断在先束缚弹簧的钢丝绳，使得弹簧推动导向柱弹出，支撑轮胎内壁，形成一个弹簧轮胎供车辆继续行驶。该结构为汽车爆胎暂时保持轮胎整体结构提供了一种理论方案，然而，在正常行驶中由于路面有高低起伏、车辆有转弯，无法保证轮胎左右两侧的平衡，很容易发生导向柱的倾倒，弧形足片在钢丝绳炸断后失去了固定，稍微受压也会造成轮胎变形。

公开专利“一种安全防爆减振轮胎”(公开号：CN215435843U)包含弹性套和压缩弹簧弹性件，在轮胎被扎穿后仍能起到减震作用，保证轮胎在一定行程内能够继续行走，保护轮毂并且保证行驶安全。该结构设置了安装壳，滑动杆向安装壳内部挤压，利用安装壳内部的空气来缓冲冲击，进一步提高对颠簸振动的缓冲效果。该结构为了确保安装壳内空气起作用，必须保证良好的密封，否则很容易造成滑动杆的偏移。

以上技术均为采用充气车胎的普通车辆在行驶发生爆胎时，临时应急的方案，对于越野车辆不适用。原因是越野车辆载荷远大于普通车辆，普通应急轮胎无法承受该压力，车辆行驶路况复杂，很容易造成充气车胎扎破而无法行驶，同时在野外不平路面特别是砂砾石路面行驶时充气轮胎吸振性差；而常规的免充气的实心轮胎重量大、弹性差，存在驻波现象，驾驶舒适性及安全性差。

可见，针对越野车辆，如何提供一种既能防爆胎、又能具有良好弹性，适于野外不平路面、特别是砂砾石路面行驶的轮胎的问题仍亟待解决。

发明内容

为克服上述现有技术的不足，针对越野车辆载荷大，路况复杂，工作环境恶劣的问题，本发明提供了一种高弹性、又具有防爆免充气性能的新型安全轮胎及其制备方法，提高了车辆在复杂环境下行驶的安全性。该轮胎具有实心轮胎耐扎、耐磨且承载性能高、免充气的特性，也具备充气轮胎富有弹性，舒适性好的优点。

为实现上述目的，本发明提供的安全轮胎以弹性支撑体代替充气轮胎获得承载和缓冲能力，具有普通充气轮胎的良好弹性，又具有防弹、防爆免充气性能，安全性更高。本发明的一个或多个实施例提供了如下技术方案：

作为本发明的第一个方面，在于提供了一种仿生学结构的免充气防爆安全轮胎，包括轮辋、于轮辋圆周均匀分布的若干组弹性支撑机构、若干组减振单元、以及填充部、固定圈和轮胎橡胶面，固定圈与轮胎橡胶面附着固结，每组弹性支撑机构和减振单元间隔设置，所述填充部填充于轮辋和固定圈之间的空腔中；

每组所述弹性支撑机构包含若干个弹性套筒，每个弹性套筒内设置弹性支撑体，所述弹性套筒包含内套筒和外套筒，所述内套筒与轮辋一次成型；所述外套筒一端套于内套筒外围，另一端焊接固定至固定圈；

还包括设置于内套筒外周、位于轮辋和外套筒之间的第一限位机构；

所述第一限位机构选自限位橡胶圈或副簧。所述副簧直接支撑到外套筒下沿。

所述轮辋、弹性套筒、固定圈均采用轻质铝合金材料。

进一步地，所述外套筒位于内套筒外围的一端端部向外延伸，保证与内套筒外部的限位橡胶圈具有较大面积的接触面。

优选地，所述弹性支撑体为压缩弹簧，两端分别固定至轮辋和固定圈；该结构中，因为中间需要贯穿减振弹簧，因此所述内套筒顶部开口。

在另一个实施例中，所述弹性支撑体为橡胶柱，所述橡胶柱包括软橡胶柱和硬橡胶柱；所述内套筒顶端封闭，所述橡胶柱位于内套筒顶端上方、外套筒的空腔内。

优选地，每组弹性支撑机构沿轮辋轴向的前后两侧分别设置一件限位机构，所述限位机构包括底端固定至轮辋的滑槽、顶端固定至固定圈的滑板、以及固定至滑板的滑键，所述滑槽顶部和滑板底部重叠，所述滑槽沿轮辋径向设置开口，所述滑键设置于滑板面向滑槽一面，滑键嵌在滑槽的开口处，所述滑槽和滑板以滑键为导向相对滑动。

进一步地，相邻两个限位机构之间设置加强块，所述加强块两侧固定至限位机构的滑板，顶端固定至固定圈，为滑板提供支撑和加强作用。

相邻两个限位机构之间，于所述滑槽内侧焊接一件固定至轮辋的封板，于所述滑板外侧焊接一件固定至轮辋的封板，两部分封板的边沿存在重叠部分，可相对滑动；在本发明的实施例中，所述封板为扇形薄板。

优选地，所述减振单元包括仿生结构的带空腔的椭圆球壳体、空心橡胶托和套圈，所述套圈、内套筒和轮辋一次成型制作，所述空心橡胶托置于套圈中，所述椭圆球壳体与空心橡胶托粘合固定；所述椭圆球壳体采用氧化铝陶瓷材料制成空腔壁。

在本发明的优选实施例中，采用仿生机构，所述椭圆球壳体采用鸡蛋壳型，椭圆球壳体模拟鸡蛋壳型空腔。鸡蛋结构抗挤压，抗变型，一端直径大一端直径小，直径较大端适合于落到基座空心橡胶柱中，鸡蛋空腔离散轮胎固有振动频率，改善轮胎振动特性，鸡蛋形状为椭圆的一种，且是椭圆中最不容易变形的一种。

优选地，所述填充部以聚乙烯为填充材料，以椭圆球壳体支撑结构为骨架，填充部通过如下方式制备：采用超临界流体挤出发泡法填充聚乙烯，含气泡的熔体注入轮胎空腔内冷却固化成型。

优选地，固定圈外表面具有贝壳状凸起。以与外覆橡胶更好地附着，并提供良好的抓地力。

作为本发明的第二个方面，在于提供所述仿生学结构的免充气防爆安全轮胎的制备方法，包括如下步骤：

步骤1，弹性支撑体的内套筒、椭圆球壳体的套圈与轮辋一次成型；而后将限位橡胶圈套于内套筒根部与轮辋接触一端，限位橡胶圈与轮辋固定连接，限位橡胶圈外套玻璃纤维布，其杨氏弹性模量远高于橡胶的杨氏弹性模量及强度，提高了橡胶的使用寿命，又比铝合金质量轻，减轻了车轮质量。

步骤2，安装椭圆球壳体减振单元：在套圈中塞入蛋壳空心橡胶托，再将椭圆球壳体减振单元与空心橡胶托粘合固定；所述椭圆球壳体结构材料为氧化铝陶瓷预先制备；空蛋壳每个辐射角度放置一组两个，位于弹性套筒组中间，轴向位置在每组套筒的三个套筒的中间，作为填充物的骨架，使填充物受压时表现一种负的泊松比。

步骤3，装配外套筒与内套筒，然后将预留有外套筒安装孔的固定圈套到各个外套筒上，将外套筒与固定圈焊合；

作为一种实施方式，先将弹簧装入内套筒中，再将外套筒套到内套筒及弹簧上。弹簧作为支撑体时，内套筒顶部是开放的，弹簧一直通到内套筒底部压到轮辋上以保证弹簧有足够的长度和压缩量。

作为另一种实施方式，橡胶柱作为弹性支撑体时，先向外套筒中塞入橡胶柱，将橡胶柱与外套筒作为一体套到内套筒上，此时内套筒顶部是封闭的，整个面挤压橡胶柱；然后将预留有外套筒安装孔的固定圈固定圈套到各个外套筒上，将外套筒与固定圈焊合，焊好后固定圈为连续的多边形整板。橡胶柱作为弹性支撑体时内套筒顶部是封闭的，整个端面挤压橡胶柱以保证橡胶柱受力均匀，寿命耐久。

这样外套筒就与固定圈一体化，而且根部封闭，可以给弹簧或橡胶施加载荷压力。

在轮胎内壁覆盖纤维布。

然后将带滑键的滑板焊到固定圈左、右两侧，非受力空白区域焊封板薄板，下缘为扇形；最后将滑槽与滑键配合好后、滑槽焊到轮辋上，非受力空白区域焊封板薄板，上缘为扇形，与前述扇形边沿部分重叠，轮辋、固定圈、及封板形成充填发泡聚乙烯的封闭空腔。

步骤4，填充聚乙烯材料：采用超临界流体挤出发泡法填充聚乙烯，含大量气泡的熔体从预留的充填孔注入轮辋、固定圈、及侧壁板形成的轮胎内部空腔内冷却固化成型；发泡聚乙烯与蛋壳空腔的结合体，能很好地吸收冲击能量，使轮胎表现出优良的减振性能；

步骤5，轮胎的主体制备完成后，在固定圈外表面及与固定圈连接的封板处附着加入玻璃纤维粉的橡胶，提高其强度、耐磨性及抗裂性，冷却过程中用模具滚动压出双燕型胎纹，完成安全轮胎的制备。

优选的，步骤3中，在装配固定圈前，预先在固定圈外表面一次热成型压出贝壳状凸起，形成各个抗变型及抗冲击结构体，再将外套筒与含有贝壳状凸起的固定圈上预留的孔焊接；焊接完毕后固定圈为连续的多边形整板。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1，本发明提供的免充气安全轮胎以弹性支持体代替充气轮胎内胎获得承载和缓冲能力，设置可吸收振动能量的填充部，既具有普通充气轮胎的良好弹性，又具有防弹、防爆免充气性能，安全性更高。

2，与普通免充气实心轮胎相比，该安全轮胎具有良好的行驶稳定性，兼顾了强度和弹性，减轻了簧下质量，避免了实心轮胎驻波现象的产生，对路面具有更好的适应性，有利于减振及提高车速，使车辆更适于越野行驶，操控更加平稳。

3，本发明提供的安全防爆轮胎通过弹性支撑体来保证轮胎的柔性，弹性支撑体、限位橡胶圈、填充物实现了多级变刚度。采用蛋壳及贝壳仿生结构而非蜂窝仿生结构，蛋壳型空腔外间隙填充物可以获得一种小值负泊松比，而且没有较大的气压，因此轮胎不会外鼓。填充物鸡蛋壳空腔融为一体，为轮胎提供阻尼，控制轮胎变形，使轮胎整体表现出良好的减振特性。

4，本发明采用蛋壳型空腔以及蛋壳型空腔外间隙填充物的结构，由于填充物贴合蛋壳处是凹的形状，挤压时由于是凹的，又有蛋壳限制，压缩时形状不会外鼓。另外，椭圆球体空腔可以起离散轮胎固有振动频率的作用，衰减和吸收各种频率的振动冲击能量，提高了车辆在沙砾石等不平路面上高速行驶的安全性。尤其适用于野外装甲运兵车，军用吉普车，各种SUV。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为本发明提供的一种仿生学结构的免充气防爆安全轮胎部分结构示意图；

图2为弹性支撑体结构示意图；

图3为橡胶柱结构示意图；

图4为限位结构示意图；

图5为减振单元结构示意图；

图6为减振单元结构爆炸图；

图7为固定圈结构示意图；

图8为轮胎整体外部结构示意图；

其中，1-轮辋，2-内套筒，3-外套筒，4-限位橡胶圈，5-固定圈，6-减振弹簧，7-橡胶柱，8-限位机构，9-减振单元，10-填充部，11-贝壳状凸起，12-轮胎橡胶面；

71-软橡胶柱，72-硬橡胶柱；

81-滑槽，82-滑板，83-滑键，84-加强块，85-扇形薄板；

91-鸡蛋型壳体，92-空心橡胶托，93-套圈。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

实施例1，一种仿生学结构的免充气防爆安全轮胎

如图1和图8所示，包括轮辋1、轮胎橡胶面，以及设置于轮辋1和轮胎橡胶面(为了体现其他结构，图1中未显示轮胎轮胎橡胶面)之间的弹性套筒、弹性支撑体、限位橡胶圈4、填充物10；所述弹性套筒包括内套筒2和外套筒3，所述内套筒2与轮辋1一次成型，限位橡胶圈4设置于内套筒外周，与轮辋1固定连接。所述外套筒3一端套于内套筒2外围，另一端焊接固定至固定圈5。所述轮辋、弹性套筒、固定圈均采用轻质铝合金材料。该限位橡胶圈4位置也可选择装配副簧来代替限位橡胶圈直接支撑到外套筒3下沿。

所述外套筒3位于内套筒2外围的一端端部向外延伸，保证与内套筒外部的限位橡胶圈4有一个较大面积的接触面。

如图2所示，所述弹性支撑体为减振弹簧6，所述减振弹簧6为螺旋弹簧，设置于弹性套筒的内套筒2和外套筒3内部，两端分别固定至轮辋1和固定圈5。该结构中，因为中间需要贯穿减振弹簧，因此内套筒顶部开口。所述螺旋弹簧为高韧性合金弹簧钢含Si、Mn、Cr、Mo、V的压缩弹簧，弹簧钢材料包括55Si2MnB、50CrVA、60Si2CrA、60Si2CrVA、60CrMnMoA。其中以60Si2CrVA强度高，淬透性高，热处理工艺性能好，制造商为唐山恒通弹簧减震器有限公司。

在承载重量较大时，外套筒下行至与限位橡胶圈接触开始挤压，此时限位橡胶圈4与弹簧刚度并联叠加实现二级变刚度，为增强限位橡胶圈，其周圈套有无碱玻纤网格布，玻璃纤维的杨氏弹性模量为76GPa，熔点680℃，密度2.5g/cm³。

作为另一种实施方式，如图3所示，所述弹性支撑体为橡胶柱7，所述橡胶柱7包括软橡胶柱71和硬橡胶柱72。所述内套筒2顶端封闭，内套筒可以为实心圆柱，或者为内部为空腔以减轻重量，所述橡胶柱位于内套筒2顶端上方、外套筒3的空腔内。较软橡胶柱71的邵尔硬度为20℃时25/±5HD，较硬橡胶柱72的邵尔硬度为20℃时70/±5HD。

橡胶柱套筒减振结构形式为软橡胶柱和硬橡胶柱两层或多层叠加，其弹性模量不同，采用两层叠加时90mm的空腔内放置60mm高硬度橡胶块，30mm低硬度橡胶块，达到较好的柔性及较小的变形，以实现多级变刚度。橡胶的延伸率高，回弹性好，密度约1g/cm³，泊松比0.5。

可以根据需要灵活选择橡胶柱减振套筒的软、硬橡胶组合。橡胶柱减振结构形式，它的内套筒顶端是封闭的，这样挤压面大，刚度更大，也更加耐用。

所述弹性套筒、弹性支撑体、限位橡胶圈构成一个弹性支撑元件，在轮辋轴心方向上，并列设置若干个弹性支撑元件，从而构成一组弹性支撑机构，作为一个典型的实施例，如图1所示，每组弹性支撑机构包含三个弹性支撑元件；以轮辋轴心为中心、在轮辋外周均匀地圆周排布若干组弹性支撑机构，作为典型的实施例，图1中相邻组弹性支撑机构的夹角为30°，即以轮胎滚动中轴为圆心间隔30°辐射状分布排列12组弹性支撑机构，每组为三个弹性套筒。

如图4所示，每组支撑机构沿轮辋轴向的前后两侧分别设置一件限位机构8，所述限位机构8包括底端固定至轮辋的滑槽81、顶端固定至固定圈5的滑板82、以及固定至滑板82的滑键83，所述滑槽81顶部和滑板82底部重叠，所述滑槽81沿轮辋径向设置开口，所述滑键83设置于滑板82面向滑槽一面，滑键83嵌在滑槽的开口处。在轮胎行进过程中，轮胎顶部的限位机构中滑槽81和滑板82背向滑动，轮胎底部的限位机构中滑槽81和滑板82相对滑动。

相邻两个限位机构之间设置加强块84，所述加强块两侧固定至限位机构的滑板82，顶端固定至固定圈5，为滑板82提供支撑和加强作用。

如图7所示，于所述滑槽内侧81和滑板82外侧，设置分别焊接固定至轮辋和固定圈的扇形薄板85，所述扇形薄板85固定至相邻两个滑槽81之间，或相邻两个滑板82之间，不受力情况下，两部分扇形薄板85的边沿具有约15mm的重叠，可相对滑动。

限位橡胶圈4套在内套筒位于轮辋一端的外周，当弹簧或橡胶柱压缩量超过50mm后开始承压，实现多级变刚度，既能保证柔性，又能保证较高的承载能力，当限位橡胶圈的压缩量较大时，轮胎固定圈上的滑板82触及到轮辋上的滑槽81底部，可以为轮胎过载提供径向限位。此固定圈5上的滑板82和轮辋上滑槽81卡合结构的另一个重要作用是使固定圈与轮辋保持周向的位移一致性，使轮胎能承担更大的驱动、制动力，提高车辆的加速、制动性能。

如图5和图6所示，所述轮辋1外围、相邻支撑单元之间分别设置一组蛋型减振单元9，所述蛋型支撑结构9包括带空腔的鸡蛋型壳体91、空心橡胶托92和套圈93，所述套圈93、内套筒2和轮辋1一次成型制作，所述空心橡胶托92置于套圈93中，所述鸡蛋型外壳91与空心橡胶托92粘合固定。鸡蛋型壳体91采用氧化铝陶瓷制作薄壁，制造商为淄博博航电子陶瓷有限公司。

本结构还包括位于轮胎内部的填充部10，所述填充部10以聚乙烯为填充材料，以带有鸡蛋型壳体的减震单元9为骨架，填充于轮胎橡胶面内部空间。在本实施例中采用的聚乙烯材料的杨氏弹性模量0.6GPa，熔点85℃，密度0.95g/cm³，采用超临界流体挤出发泡法填充形成的闭孔泡沫聚乙烯密度0.05g/cm³，抗压强度≧0.15MPa，抗拉强度≧0.15MPa。质轻且高韧性，耐冲击性好。其脆化温度为-70℃以下，具有良好的耐低温及耐腐蚀性能。

具体填充工艺为，先在轮胎内腔固定氧化铝薄壁陶瓷鸡蛋型壳体，鸡蛋型壳体于每个辐射角度放置一组两个，位于弹性套筒组中间，轴向位置在每组套筒的三个套筒的中间，作为填充物的骨架，起支撑和提高轮胎振动性能的两个作用，采用的仿生学蛋壳结构，不仅具有良好的抗变型能力，还能使得壳间填充物体现一种负泊松比，并能很好的改善轮胎的整体振动特性。然后在轮辋的滑槽之间、固定圈的滑板之间分别焊接扇形薄板85，扇形薄板85拼焊在相邻滑槽或滑板之间，如图7所示，两部分扇形薄板85边沿部分重叠，这样轮胎内腔就行成了封闭的充模空间(充填的时候在每个滑槽开口中插入钢板，钢板内部和滑槽内部平齐，充填结束会将这些钢板抽出)，然后采用超临界流体挤出发泡法注入聚乙烯，含大量气泡的熔体注入轮胎空腔内冷却固化成型。填充用超临界发泡设备的制造商为泰安实力机械装备有限公司。整个轮胎的发泡聚乙烯填充量仅几公斤重，其与蛋壳空腔，融为一体，能很好地吸收冲击能量，使轮胎表现出优良的减振性能。采用一次热成型在固定圈5外表面压出贝壳状凸起11，如图7所示，形成各个抗变型及抗冲击结构体，然后再在外面附着橡胶，在冷却过程中用模具压出形状，形成如图8所示的轮胎12。

贝壳状凸起11结构如图7所示，根据驱动状态时长占比要比制动状态大得多，因此贝壳小头方向在转到接地点时朝后，此时驱动、制动受力更理想。

现有轮胎表面花纹形状不规则，加上气压较大，容易产生跑偏现象，本发明轮胎橡胶面12外表面花纹设计为，如图8所示，低径高双人字型花纹，也可称为双燕花纹，该花纹左右方向附着系数对等，这样在加速、制动时，花纹基本对等，考虑制动加速度较大，使制动时摩擦力附着系数更大。并且对称花纹可以防止轮胎跑偏，可排水；同时设置的人字形花纹低径高，也就是三角形的高比较小，人字型的顶角比较大，可以降低轮胎转弯阻力。

更进一步地，所述固定圈5并非圆滑的圆圈形状，而是连续多平面结构，如图1所示，在所述外套筒3与固定圈5接触位置为平面，所述贝壳状凸起11设置于相邻的平面。固定圈对外套筒起固定作用，为连续多平面结构，并与相邻套筒及轮辋形成多个梯形结构而减小轮胎承载变形(临近两组套筒为腰，固定圈为底，内轮辋为顶，共行成12个梯形)。因为固定圈平面是直的，避免了采用传统的圆面时相邻两组弹簧套筒顶端会因为承载导致圆弧面下陷，趋向于平面时而在弹簧套筒根部产生较大应力。

传统的充气轮胎如子午线轮胎，因为要承担巨大气压而采用全钢丝，已经没有减重的空间，而且质地很硬，对路面上很小的凹凸不平较敏感，吸收冲击能力差，野外凸起路面高速时容易弹起，安全性差，不宜在不良路面的道路上行驶，在行驶中需要避开车辙、路缘、石块和其他尖锐物。还需严格保持轮胎要求的标准气压，并要根据季节、速度、载荷、轮胎状况对胎压进行测量调整，即使这样在炎热的夏季仍然时常有爆胎的案例发生。

本发明提供了一种非充气轮胎，由于无需承担巨大的气压，作为外胎的橡胶面12只承担耐磨及提供地面附着力，橡胶层明显比普通充气轮胎薄很多，其两外侧板的外胎橡胶覆盖高度也较小，只达到固定圈两外侧板的下沿，橡胶使用量很少。固定圈一次热成型压出很多贝壳状凸起，其作用是提高附着能力，并可改变石块或者弹片等尖锐物的施力方向以保护轮胎。在固定圈及两外侧板附着橡胶，随温度下降，根据要求在模具上滚压形成设定的轮胎表面花纹。因此本非充气轮胎外胎的质量远小于传统充气轮胎外胎质量，减轻了簧下质量。

实施例2，一种仿生学结构的免充气防爆安全轮胎的制备方法

步骤1，弹性支撑体的内套筒、蛋型支撑结构的套圈与轮辋一次成型；将限位橡胶圈套于内套筒根部与轮辋固定连接，限位橡胶圈外套有玻璃纤维布，其杨氏弹性模量远高于橡胶的杨氏弹性模量及强度，提高了橡胶的使用寿命，又比铝合金质量轻，减轻了车轮质量。

步骤2，安装蛋型支撑结构的减振单元：在套圈中塞入蛋壳空心橡胶托，再将蛋壳薄壁空腔结构与空心橡胶托粘合固定；所述蛋壳薄壁空腔结构材料为氧化铝陶瓷预先制备；空蛋壳每个辐射角度放置一组两个，位于弹性套筒组中间，轴向位置在每组套筒的三个套筒的中间，作为填充物的骨架，使填充物受压时表现一种负的泊松比。

步骤3，装配外套筒与内套筒，先将弹簧装入内套筒中，再将外套筒套到内套筒及弹簧上，固定圈预先一次热成型压出贝壳状凸起，形成众多抗变型、抗冲击的结构体；然后将预留有外套筒安装孔的固定圈套到各个外套筒上，将外套筒与固定圈焊合封口，焊好后固定圈为连续的多边形整板。弹簧作为支撑体时，内套筒顶部是开放的，弹簧一直通到内套筒底部压到轮辋上以保证弹簧有足够的长度和压缩量。

橡胶柱作为弹性支撑体时，先往外套筒中塞入橡胶柱，将橡胶柱与外套筒作为一体套到内套筒上，然后将预留有外套筒安装孔的固定圈套到各个外套筒上，将外套筒与固定圈焊合，焊好后固定圈为连续的多边形整板。橡胶柱作为弹性支撑体时内套筒顶部是封闭的，整个端面挤压橡胶柱以保证橡胶柱受力均匀，寿命耐久。

这样外套筒就与固定圈一体化，而且根部封闭，可以给弹簧或橡胶施加载荷压力。

在轮胎内壁覆盖纤维布；然后将滑键及滑板焊到固定圈左右两侧，非受力空白区域焊薄板封板，下缘为扇形；最后将滑槽与滑键配合好后、滑槽焊到轮辋上，非受力空白区域焊薄板封板，上缘为扇形，与前述扇形边沿封板部分重叠，形成充填发泡聚乙烯的封闭空腔。

步骤4，填充聚乙烯材料：以步骤3纤维布外面用硬薄板封板围成空腔作为模具空腔，采用超临界流体挤出发泡法填充聚乙烯，含大量气泡的熔体从预留的充填孔注入轮辋、固定圈、及封板形成的轮胎内部空腔内冷却固化成型；发泡聚乙烯与蛋壳空腔的结合体，能很好地吸收冲击能量，使轮胎表现出优良的减振性能；

步骤5，轮胎的主体制备完成后，在固定圈外表面及与固定圈连接的封板处附着加入玻璃纤维粉的橡胶，提高其强度、耐磨性及抗裂性，冷却过程中用模具滚动压出双燕形状，形成如图所示的成品免充气轮胎。所述轮胎橡胶面覆盖至滑板两侧，在承载下行时不与轮辋干涉。

蛋壳再填充发泡聚乙烯类似于钢筋混凝土结构形式，非常坚韧而有弹性，并为轮胎振动提供阻尼。蛋壳空腔与发泡微空腔的组合，其主要作用是抗冲击，离散轮胎的固有振动频率，衰减和吸收各种频率的振动冲击能量，提高了车辆在沙砾石等不平路面上高速行驶的安全性。尤其适用于野外装甲运兵车，军用吉普车，各种SUV，随着材料学的发展革新将会拥有更广阔的应用空间。

本发明提供的新型安全轮胎具有非常良好的弹性，且该安全轮胎具有更灵活的类型选择，减振弹簧、减振橡胶柱、限位橡胶圈等的参数可根据载荷要求来进行组合。对于特殊环境使用要求的轮胎，固定圈上的贝壳状仿生凸起结构，起到防扎、防弹及爆炸冲击的作用。又能与外覆橡胶很好地结合，增大地面摩擦力。客车轮胎可全部采用弹簧套筒式结构，以保证良好的乘坐舒适性。而橡胶柱套筒式结构非常适合于货车运输，其更加简便，轮胎自身质量更轻。

传统的充气轮胎的胎压一般在500-790KPa之间，高压胎更是高达900KPa，在实际使用中其实非常硬，尤其是在客车运输中，传统的充气轮胎乘坐效果并不能让人满意。由于需要承载巨大的胎压，外胎一般会采用全钢丝，必须做的非常重，已没有可减重的空间，而且一旦扎破或气压不足将是非常危险的。再者充气轮胎的高气压，使得车辆在高速行驶中，如遇地面砾石，也会非常危险，夏季还容易产生高温爆胎。

而本非充气轮胎的陶瓷蛋壳与外面的发泡聚乙烯固结形成大小不同的空腔结构，使轮胎具备非常好的吸振作用，避免这种危险的发生，保证车辆在野外不平路面上高速安全行驶。

本安全轮胎由于不需要承担巨大的胎压，相比传统充气轮胎整体减重幅度超过20％以上。而减振橡胶柱形式的非充气轮胎，由于橡胶比弹簧轻很多，减重效果更加明显。本发明提供的新型安全轮胎的蛋壳空腔与聚乙烯发泡填充形成广谱的吸振结构，且空腔间物质在承受径向压力时能表现出一种负泊松比，既可减重，又可以优化轮胎的固有振动特性。并随着新材料的发展体现更优越的性能，实现进一步的减重，可广泛应用于行驶环境复杂、对安全性要求高的中、小型客货车、越野车、专用车(仪表车、装甲运兵车、赛车)等。

本发明提供的非充气轮胎的轮胎宽度达到265mm，可根据载荷灵活调整弹性支撑体的参数、数量和轮胎宽度、半径，以适应不同的车辆使用，用于装配包括1.5吨吉普车，3.5吨指挥车，5吨运兵车，10吨，15吨轻型越野车，30吨，35吨，40吨中型越野车，该免充气轮胎可广泛应用于行驶环境复杂、对安全性要求高的中、小型客货车、越野车、专用车(仪表车、装甲运兵车、赛车)等。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种仿生学结构的免充气防爆安全轮胎，其特征在于，包括轮辋、以轮辋圆周均匀分布的若干组弹性支撑机构、若干组减振单元、以及填充部、固定圈和轮胎橡胶面，固定圈与轮胎橡胶面附着固结，每组弹性支撑机构和减振单元间隔设置，所述填充部填充于轮辋和固定圈之间的空腔中；

每组所述弹性支撑机构包含若干个弹性套筒，每个弹性套筒内设置弹性支撑体，所述弹性套筒包含内套筒和外套筒，所述内套筒与轮辋一次成型；所述外套筒一端套于内套筒外围，另一端焊接固定至固定圈；

还包括设置于内套筒外周、位于轮辋和外套筒之间的第一限位机构；

所述第一限位机构选自限位橡胶圈或副簧。

2.根据权利要求1所述的一种仿生学结构的免充气防爆安全轮胎，其特征在于，所述弹性支撑体为压缩弹簧，两端分别固定至轮辋和固定圈；所述内套筒顶部开口。

3.根据权利要求1所述的一种仿生学结构的免充气防爆安全轮胎，其特征在于，所述弹性支撑体为橡胶柱，所述橡胶柱包括软橡胶柱和硬橡胶柱；所述内套筒顶端封闭，所述橡胶柱位于内套筒顶端上方、外套筒的空腔内。

4.根据权利要求1所述的一种仿生学结构的免充气防爆安全轮胎，其特征在于，每组弹性支撑机构沿轮辋轴向的前后两侧分别设置一限位机构，所述限位机构包括底端固定至轮辋的滑槽、顶端固定至固定圈的滑板、以及固定于滑板的滑键，所述滑槽顶部和滑板底部重叠，所述滑槽沿轮辋径向设置开口，所述滑键设置于滑板面向滑槽一面，滑键嵌在滑槽的开口处，所述滑槽和滑板以滑键为导向相对滑动。

5.根据权利要求4所述的一种仿生学结构的免充气防爆安全轮胎，其特征在于，相邻两个限位机构之间设置加强块，所述加强块两侧固定至限位机构的滑板，顶端固定至固定圈；相邻两个限位机构之间，于所述滑槽内侧焊接一件固定至轮辋的封板，于所述滑板外侧焊接一件固定至轮辋的封板，两部分封板的边沿存在重叠部分，可相对滑动。

6.根据权利要求1所述的一种仿生学结构的免充气防爆安全轮胎，其特征在于，所述减振单元包括带空腔的椭圆球壳体、空心橡胶托和套圈，所述套圈、内套筒和轮辋一次成型制作，所述空心橡胶托置于套圈中，所述椭圆球壳体与空心橡胶托粘合固定；椭圆球壳体采用氧化铝陶瓷制作空腔壁。

7.根据权利要求6所述的一种仿生学结构的免充气防爆安全轮胎，其特征在于，所述填充部以聚乙烯为填充材料，以椭圆球壳体外壁为骨架，填充部通过如下方式制备：采用超临界流体挤出发泡法填充聚乙烯，含气泡的熔体注入轮胎空腔内冷却固化成型。

8.根据权利要求1所述的一种仿生学结构的免充气防爆安全轮胎，其特征在于，固定圈外表面具有贝壳状凸起。

9.根据权利要求1～8任一项所述仿生学结构的免充气防爆安全轮胎的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，弹性套筒的内套筒、椭圆球壳体的套圈与轮辋一次成型；

而后将限位橡胶圈套于内套筒与轮辋接触一端，限位橡胶圈与轮辋固定连接，限位橡胶圈外套玻璃纤维布；

步骤2，安装椭圆球壳体减振单元：在套圈中塞入空心橡胶托，然后将椭圆球壳体外壁与空心橡胶托粘合固定；所述椭圆球壳体结构材料为氧化铝陶瓷预先制备；

步骤3，装配外套筒与内套筒，然后将预留有外套筒安装孔的固定圈套到各个外套筒上，将外套筒与固定圈焊合；

橡胶柱作为弹性支撑体时，先向外套筒中塞入橡胶柱，将橡胶柱与外套筒作为一体套到内套筒上；

弹簧作为弹性支撑体时，先将弹簧装入内套筒中，弹簧一直通到内套筒底部，再将外套筒套到内套筒及弹簧上；

在轮胎内壁覆盖纤维布；

然后将带滑键的滑板焊到固定圈左、右两侧，非受力空白区域焊封板；

将滑槽与滑键配合后，滑槽焊到轮辋上，非受力空白区域焊封板，与所述滑板处的封板边沿部分重叠，轮辋、固定圈、及封板形成充填发泡聚乙烯的封闭空腔；

步骤4，填充聚乙烯材料：具体填充工艺为，采用超临界流体挤出发泡法注入聚乙烯，含气泡的熔体注入轮辋、固定圈、及封板形成的轮胎空腔内冷却固化成型；

步骤5，在固定圈外表面及与固定圈连接的封板处附着橡胶层，在橡胶冷却过程中用模具压出双燕型胎纹，完成安全轮胎的制备。

10.根据权利要求9所述仿生学结构的免充气防爆安全轮胎的制备方法，其特征在于，步骤3中，在装配固定圈前，预先在固定圈外表面一次热成型压出贝壳状凸起，形成各个抗变型及抗冲击结构体，再将外套筒与含有贝壳状凸起的固定圈上预留的孔焊接；焊接完毕后固定圈为连续的多边形整板。