CN1284917A - 一种具有周向加强元件轮胎的轮胎边 - Google Patents

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Abstract

一种轮胎,此种轮胎至少包括一件径向胎体加强件(2),它在每条轮胎边B内至少锚定至一根轮胎边缆索(1),以形成向上倒翻物(20),其特征在于,在子午截面察看,胎体加强件(2)具有一个子午剖面,该子午剖面最大轴向宽度点A及与锚定轮胎边缆索(1)的覆盖层(10)的外接圆的相切点T之间的轨迹在其整个长度上凸形的,以致轮胎边B的厚度ε是侧壁厚度的2.5至3.0倍,其中轮胎边B的厚度ε在所述子午剖面C点的垂直线上测得,C点相对于底座YY’测得的高度hc在30与40mm之间,而侧壁厚度e在最大轴向宽度的直线D”上测得,所述胎体加强件(2)在其非向上倒翻部分被附加加强件保护壳(6)加以加强,附加加强件保护壳(6)至少由一层周向加强元件的线网层(61)构成,该线网层(61)布置在所述非向上倒翻部分的轴向内侧。

Description

一种具有周向加强元件轮胎的轮胎边
本发明涉及具有径向胎体加强件的轮胎，这种轮胎用于承受重的负载，更为具体地讲，涉及“重型车辆”型的轮胎，用于安装在诸如象卡车，道路牵引车、大公共汽车、拖车等车辆上，更特别的是涉及用于所述轮胎的轮胎边的新型加强结构。
一般讲，所讨论类型的轮胎包括胎体加强件，该胎体加强件至少由一层金属钢丝线网层构成，该层线网层在每条轮胎边中至少锚定至一根轮胎边缆索，并形成向上倒翻物。胎体加强件沿径向在顶上覆盖有顶部加强件，该顶部加强件至少由两层金属钢丝线网层构成，金属钢丝由一层线网层向下一层线网层交叉，与周向形成在10°与45°之间的角度。胎体加强件向上倒翻物一般至少由一层轮胎边加强线网层加以加强，轮胎边加强线网层由金属钢丝构成，它们相对于周向成小角度而指向，此小角度一般在10°与30°之间。
当存在单层轮胎边加强线网层时，后者通常沿着胎体加强件向上倒翻物位于轴向外侧，其径向上端或位于胎体加强件向上倒翻物的径向上端之上，或位于胎体加强件向上倒翻物的径向上端之下。至于此层加强线网层的径向下端，它通常位于一条直线上，该直线平行于旋转轴线，并大致通过胎体加强件的锚定轮胎边缆索的子午截面的重心。
已知一种解决方案，其目的在于避免胎体加强件向上倒翻物的钢丝的脱离辐射状态，并使所述向上倒翻物的端部及覆盖着轮胎边和提供与轮箍连接的外橡胶层所承受的径向、周向变形达到最小。
由于已获得的成就，以及这样一个事实，即，就所考虑的胎面磨损而言某些类型的行驶已成为不那么不利，因而重型车辆轮胎的寿命也变得必须改进轮胎边的耐用性。所述改进必须集中在位于胎体加强件向上倒翻物端部以及轮胎边加强线网层径向外端部水平上的橡胶层的退化。特别是当轮胎进行延期行驶时，由于安装轮箍达到的温度，该种行驶常常引起轮胎边的高温，于是，与轮箍接触的橡胶混合物的刚度下降，并多少受到缓慢的氧化，从而在内部充气压力的作用下，引发胎体加强件从所围绕的轮胎边缆索松开的十分的明显的趋向，尽管存在一层或多层轮胎边加强线网层。于是在线网层的所有端部产生轮胎边缆索的移动和剪切变形，造成轮胎边破坏。所述改进也主要必须集中于老化的第二种可能性上。
径向轮胎的胎体加强件，当径向轮胎安装在其运行轮箍上并充气至建议压力时，在一面侧壁中，大致在与顶部加强件子午剖面的连接区域和与轮胎边的连接区域之间具有规则的凸形子午剖面。特别是，从胎体加强件受到轮胎边加强线网层(线网层组)作用的半径开始，所述加强件具有一个子午剖面，它基本上为一直线，或甚至在与侧壁中曲率相反的方向进行弯曲，也即是，从在径向近似位于轮胎边加强线网层的径向上端部的水平的拐点开始，基本上平行于轮箍突缘的曲率，其中轮胎边加强线网层沿胎体加强件向上倒翻物而放置。这种结构造成较厚的轮胎边。
上述由轮胎边运行温度作用造成的耐用度问题已由所谓的“变薄的”轮胎边结构在十分微小的程度上得到解决。这种“变薄的”轮胎边结构可例如借助于法国专利2 451 016中说明的方法获得，在此方面，此专利告诉人们，当轮胎安装在其运行轮箍上，并充气至建议压力时，需给予所述侧壁不再接触轮箍的点与所述侧壁获得其相对于赤道平面最大距离的点之间的轮胎外侧壁以较大的凹度。
这种布置变得不够了，特别是当轮箍的高度H与轮胎的最大轴向宽度S之比减小时，并在装载的负载变得大于或者充气压力小于建议负载和压力时，要求加以改进。
本申请人的研究导致这样的结论，即轮胎边的变薄必须从轮胎的内侧而不是从外侧实施，并且它必须结合所述轮胎边的特定加强件特征加以实施。
为改进承受重负载的车辆轮胎的轮胎边的耐用度，本发明提出的所述轮胎至少包括一件径向胎件加强件，它至少由一层不可伸展的周向加强元件的线网层构成，并在每条轮胎边B内至少锚定至一根轮胎边缆索以形成向上侧翻物，每条轮胎边B由用金属元件构成的附加加强件保护壳加以加强。其特征在于，在子午截面察看，胎体加强件具有子午剖面，该子午剖面在最大轴向宽度的点A及与锚定轮胎边缆索的实际上为圆形的覆盖层的第一相切点T之间的轨迹在其整个长度上是凸形的，以致轮胎边B的厚度ε是侧壁厚度e的2.5至3.0倍，其中轮胎边B的厚度ε在所述子午剖面C点的垂直线上测得的，C点相对于底座YY’的底测得的高度hc在30与40mm之间，而侧壁厚度在最大的轴向宽度线的直线D”上测得，所述胎体加强件在其非向上倒翻部分由附加加强件保护壳加以加强，附加加强件保护壳至少由一层周向加强元件的线网层构成，它布置在所述非向上倒翻部分的轴向内侧。
按定义，最大轴向宽度的点A是胎件加强件的子午剖面的点，它对应，当轮胎安装在其运行轮箍上、非加载、并充气至建议压力时的胎体加强件的最大轴向宽度点，最大轴向宽度的直线D”是平行于旋转轴线、通过A的直线。
附加加强件保护壳的元件被称为是周向的，如果它们与周向形成的角度在+5°与-5°之间。
胎体加强件的子午剖面的凸形轨迹通常由若干相邻的圆弧构成，它们的曲率半径从最大轴向宽度点A向着与锚定轮胎边缆索基本上为圆形的覆盖层相切的点T增加，但点A与点T之间的轨迹也可是凸出圆形的，其曲率的中心位于最大轴向宽度的直线上。
以下措施是有利的，即轴向位于胎体加强件的非向上倒翻部分内侧的附加加强件保护壳的线网层或线网层组所具的其(它们的)径向下端部径向位于直线D’之下，直线D’平行于旋转轴线，并通过锚定轮胎边缆索的覆盖层的径向离旋转轴线最远的点，但位于直线D之上，直线D平行于旋转轴线，并通过锚定轮胎边缆索的覆盖层的径向最靠近旋转轴线的点，且径向上端部所在处与直线D相距的径向距离在两个量之间，其中一个量等于直线D和D”之间径向的距离的一半加上直线D和D’之间径向距离的一半，而另一个量等于直线D和D”之间径向距离的一半减去直线D和D’之间径向距离的一半。
这样，此结构得以部分负担胎体加强件遭受的子午面拉伸力，从而不管行驶条件如何，都得以使胎体加强件向上倒翻物端部处的径向变形达到最小。
附加保护壳的加强元件的数目越多，力的分担将越大；它们最好是钢制的金属元件，在附加线网层内相互平行，并在加强件保护壳的整个宽度上连接。加强元件被称为连接的，如果在所述元件的垂直方向，两相邻元件之间的距离尽可能缩小。
胎体加强件的子午面拉伸力的负担实质上已由无数文件中得知。本申请人提出的法国专利750726提出，将胎体加强线网层粘结至辅助加强件上，每一线网层均由缠绕成螺旋线的绳索构成，因而在横向具有显著的弹性。所述粘结被实现，从而两层胎体加强件线网层紧紧地包围着辅助加强件，此包围是没有轮胎边缆索和胎体加强件向上倒翻物的情况下存在的。
法国专利1 169 474还提出省略轮胎边缆索，该轮胎边缆索通常被在平行的吊钩线上倾斜的金属绳索或钢丝的小线网层所应用，倾斜角可低至5°，胎体加强线网层(若干线网层)向上倒翻或不向上倒翻。
法国专利1 234 995提出用周向元件替换轮胎边加强线网层(若干线网层)的通常是倾斜的加强元件，试图减少吊钩相对于轮箍突缘的运动，加强件保护壳可布置在胎体加强件主要部分与所述加强件的向上倒翻物之间，或布置在所述胎体加强件向上倒翻物的轴向外侧。
我们发现在法国专利1 256 432中具有周向元件的同样的轮胎边加强件保护壳，所述元件计划在客车轮胎情况和在缺少锚定轮胎边缆索或任何其它加强线网层的情况下，负担胎体加强件整体的拉伸力。
文件FR 2 055 988提出了具有周向元件的轮胎边加强件保护壳的若干可能应用，特别应用这样一种保护壳以替代常规保护壳，它具有倾斜元件，该倾斜元件布置在胎体加强件向上倒翻物的轴向外侧。
本发明提出的子午剖面与轮胎边加强件保护壳的存在的结合不仅得以改进轮胎边的耐用度，其中轮胎边加强件保护壳具有周向元件，且其线网层中至少有一层线网层布置在胎体加强件的非向上倒翻部分或主要部分内，而且它还可能十分显著地减轻轮胎的重量，同时又不对其性能起负面影响，当上述轮胎边加强件保护壳的存在与具有矩形金属缆索的轮胎边缆索的替换相结合，这种矩形金属缆索的轮胎边缆索的替换经常在所讨论的具有更为经济的纺织型轮胎边缆索的轮胎中应用，也即，由若干金属缆索按螺旋线编织形成的轮胎边缆索，或具有多角形截面堆积型的轮胎边缆索，也即，通过将金属缆索缠绕在模板上，形成若干层不同宽度层而获得的轮胎边缆索。上述各种类型的轮胎边缆索意味着将占据较小的空间，这是因为它们横截面的形状，也因为这样一个事实，即力被附加保护壳负担，这使所述截面得以显著减少。不管轮胎边缆索的类型是什么，不管是编织型的还是堆积型的，相对于将本发明应用于矩形缆索的轮胎边缆索的情况(具有矩形缆索的轮胎缆索占据更多的空间)，其横截面可减少30-50％，从而或造成轮胎边的厚度较薄，或轮胎边厚度不变但子午剖面被称为较平坦，意味着其凸度较为不显著。
如此描述的轮胎加强件保护壳可通过分别在适当形状的水平支承上进行螺旋线缠绕，然后再转移至未硫化轮胎毛坯而生产。然而，通过使用钢丝段或钢丝段组合件或钢丝段组作为加强元件将很好地促进此种轮胎的生产，钢丝段的周向长度为加强件保护壳的平均周向长度的0.2至0.4倍，这得以使轮胎边加强件保护壳铺设在胎体加强件毛坯的建筑鼓上，且没有很大困难地将所述毛坯成形成环面，所述平均长度是在敷设于所述建筑鼓上时进行测量的。截断元件之间的周向间隙或切口最好相互偏移。
为了给予轮胎的轮胎边以更大的横向刚度，同时得以更大地改进轮胎边的耐用度，以下措施也是有利的，即在附加加强件保护壳中至少一层线网层由周向金属元件构成，并放置在胎体加强件非向上倒翻部分的轴向外侧。位于轴向外侧的所述附加线网层的径向上端部在径向的定位方式与位于轴向内侧的线网层或若干线网层的方式相同，而此第二线网层的径向下端部最好位于直线D’与一条直线之间，该条直线平行于D’，并位于其径向外侧，径向相距D’的距离等于D’与D之间的径向距离。所述第二线网层的加强元件最好是钢制的金属钢丝段或钢丝段组合件，其周向长度最多等于用此种方法制成的加强件保护壳的平均周向长度的0.4倍。
参考下述说明，并结合附图可更好地了解本发明的特征，附图以非限定方式展示了实施的例子，其中：
图1是现有技术中已知的轮胎结构的横截面示意图；
图2是本发明提出的轮胎边的第一个方案的放大示意图，图中是其最为简化的版本；
图3是本发明提出的轮胎边的第二个方案的示意图，轮胎边缆索是编织型轮胎边缆索，且轮胎边加强件保护壳具有两层线网。
图1所示的轮胎P是一种尺寸为315/80 R 22.5的轮胎，它计划安装在一种轮箍上，此种轮箍包括在15°下倾斜的轮箍底座J。所述轮胎包括胎面4，胎面4借助于两面侧壁5连接至两条轮胎边B。每条轮胎边B由轮胎边缆索1加以加强，轮胎边缆索1通过将四方形截面的绳索缠绕成适当的形式，直至获得若干径向并列的绳索列而构成。围绕所述轮胎边缆索1锚定了胎体加强件2，胎体加强件2由单层的金属钢丝线网层构成。胎体加强件被向上倒翻物20围绕橡胶混合物层10而锚定，该橡胶混合物层10覆盖轮胎边缆索1，所述向上倒翻物20的径向上端部与直线YY’之间的径向距离h在所讨论的尺寸为315/80 R 22.5的轮胎实例中等于37mm，直线YY’平行于旋转轴，并限定轮胎边的名义直径(在所述情况中，它与运行轮箍的直径相同)。在胎体加强件2与其向上倒翻物20之间、轮胎边缆索1的径向之上处布置了橡胶混合物的轮胎边填充物71，此橡胶混合物通常具有高的肖氏硬度。在向上倒翻物20的轴向外侧为加强线网层6，该加强线网层6由不可伸展的金属钢丝构成，它们相对于周向略为倾斜而定向，而其径向上端部比胎体加强件2的向上倒翻物20的上端部更远离旋转轴线。所述线网层6被第二填入的填充物72与轮胎边填充物71隔开，并被橡胶混合物的成型构件73与围绕轮胎边B的保护性橡胶混合物8隔开。
本发明提出并示于图2的、具有相同尺寸的轮胎边B同样被轮胎边缆索1所加强，它具有若干矩形的缆索，并被具有高拉伸模量的橡胶混合物层10所包围，胎体加强件2围绕橡胶混合物层10而锚定以形成向上倒翻物20。所述轮胎边B具有以下两个基本的组合特征：在子午截面中察看，胎体加强件2的子午剖面在最大轴向宽度点A与轮胎边缆索1的带有实际为圆形的覆盖层10的所述轮廓的第一切点T之间是连续凸出的，在所说明的实例中，轮胎边加强件保护壳6由单层的周向元件线网层61构成，它被放置在胎体加强件2的非向上倒翻部分的轴向内侧，而相对于胎体加强件的向上倒翻物20，则被放置在向上倒翻物20的非轴向外侧。子午剖面从点A至点T的连续的凸度使其可能相对于现有技术的轮胎而言，不是不显著地减薄轮胎边B，而现有技术的轮胎剖面轨迹则是从凸起过渡到凹入。如果我们认为轮胎边的厚度ε为在胎体加强件子午剖面下降至点C处的垂直线上进行测量的距离，所述子午剖面的点C与直线YY’相距30-40mm之间的高度hc，则本发明提出的轮胎边厚度等于侧壁厚度e的2.9倍，侧壁厚度e在平行于旋转轴线、为最大轴向高度的直线D”上测量，而图1中轮胎的轮胎边B在相同条件下测得的厚度等于厚度e的3.4倍。图2中分别展示了现有技术轮胎内侧壁与本发明提出的轮胎内侧壁轨迹的不同，轨迹不同形成的所述减薄只有在下述情况下才能产生令人满意的结果，即，如果轮胎边B至少被一层附加加强线网层61所加强，该线网层61的元件具有高的弹性模量，并沿周向加以布置，所述线网层61位于胎体加强件2的轴向内侧，其子午剖面是凸的。线网层61的加强元件是金属27×23钢丝段，所述元件的长度或缆索段的长度等于所述线网层61周向长度的1/4，该长度在其敷设于胎体加强件坯料的建筑鼓上时测得。元件端部间的间隔是低幅值的：3mm(也在敷设时测量)，且在周向相互偏移。
线网层61的径向下端部基本上布置在一条直线上，该直线平行于旋转轴线，并通过轮胎边缆索1的最靠近旋转轴线的点，该点位于与旋转轴线相距290mm的距离上，距离290mm位于距离280mm与距离305mm之间，距离280mm位于旋转轴线与通过锚定轮胎边缆索1的覆盖层10的最靠近旋转轴线的点的直线D之间，而距离305mm位于旋转轴线与通过覆盖层10的距所述旋转轴线最远的点的直线D’之间。
至于径向上端部，在所讨论的情况下，它在径向位于与旋转轴线相距335mm的距离re上，该量位于量357.5mm与量332.5mm之间，量357.5mm等于直线D和D”各自相距旋转轴线的距离的和一半(410+280)/2=345mm，加上直线D和D’之间径向距离的一半(305-280)/2=12.5mm，其中最大轴向宽度的直线D”通过与旋转轴线相距410mm的点A，而量332.5mm等于直线D和D”各自相距旋转轴线的距离的和的一半345mm减去直线D和D’之间径向距离的一半12.5mm。轮胎边B由径向在轮胎边缆索1之上的单个填充物71和保护层8加以完成。
图3所示的轮胎边B与图2所示的不同处首先在于这一事实，即胎体加强件2的锚定轮胎边缆索1是“编织”型(也可是“堆积”型的)的轮胎边缆索，它得以节省重量，并意味着占据较小空间，同时保持轮胎边缆索的有效横截面基本上恒定，还得以降低轮胎的成本，其次在于这一事实，即附加轮胎边加强件保护壳6包括两层切割加强元件的线网层61和62。假如图3的轮胎边与图2的轮胎边相比，特别将胎体加强件的各自子午剖面进行比较，可清楚的看到，轮胎边厚度ε较小，并在此实例中等于侧壁厚度8.9mm的2.5倍，轮胎边厚度ε是这样一个距离，它总是在胎体加强件的子午剖面的下部的所述子午剖面的相同点C处的垂直方向测得，而侧壁厚度则在直线D”上测得，直线D”平行于旋转轴线，并是最大轴向宽度的直线。
与上述相同，第一附加加强线网层61位于胎体加强件2的非向上倒翻部分的凸形剖面的轴向内侧，而第二线网层62则位于所述剖面的轴向外侧。轮胎这一部分的刚度的径向连续性由两层线网层61和62的相应端部的非对准加以保证，第一线网层61的端部保留在前述限定的范围内；但是，第二线网层62的径向上端部位于第一线网层61的径向上端部的径向下方，而第二线网层62的径向下端部则稍微在直线D’的上方。
已将对应图2进行说明的、由本发明提出的轮胎PC与下述轮胎进行了比较；
--普通轮胎PT，也即这类轮胎PT包括常规厚度的轮胎边，其中如图1所示，轮胎边加强线网层是连续金属钢丝的线网层，钢丝与周向成22°而指向，线网布置在胎体加强件向上倒翻物的轴向外侧，和
--轮胎PA，此类轮胎包括正常厚度的轮胎边，但是，轮胎边加强线网层布置在胎体加强件的轴向内侧，并由沿周向定向的、相同的钢丝段构成，和
--轮胎PB，此类轮胎包括厚度减小的轮胎边，轮胎边加强线网层布置在胎体加强件向上倒翻物的轴向外侧，并由相对于周向成22°角定向的连续金属钢丝构成。
比较根据两个质量准则进行，这两个质量准则对轮胎的轮胎边耐用度是基础性的：超重负载下的耐用度和在受热轮箍上的耐用度。所有轮胎在相同滚动条件下进行测试，普通轮胎PT平均(每类测试两只轮胎)在超重负载下行驶53000km，在受热轮箍时行驶5200km。轮胎PA分别走过101000km和8100km，而轮胎PB则分别走过32000km和3300km，本发明提出的轮胎PC分别走过105000km和8200km。以上结果完全地说明了应用轴向置于胎体加强件主要部分内侧的、周向间断元件的加强件保护壳以替代胎体加强件向上倒翻物上倾斜元件的加强件保护壳的有利效果。此外，所述结果说明了存在于轮胎边两种参数厚度以及轮胎边加强件保护壳的结构和位置的明智选择的明显协同效果：例如，当在受热轮箍上行驶时，如果加强件保护壳具有放置在胎体加强件内的周向间断钢丝就得以比普通厚度的轮胎边获得2900km的平均增益，同样的变化得以比减薄的轮胎边获得4900km的增益。这同样适用于超重负载下的行驶结果：加强件保护壳中的变化产生比普通厚度的轮胎边获得48000km的增益，而同样的变化得以产生73000km的增益，也即实际上比减薄轮胎边多两倍多。此协同效果迄今未受到怀疑，这得以使其轮胎边具有上述参数组合的轮胎可能比目前已知的轮胎具有十分显著增大的耐用度，同时在轮胎的总重量方面得以降低，并在其成本方面略有下降。

Claims (7)

1、一种轮胎，此种轮胎至少包括一件径向胎体加强件(2)，它至少由一层不可伸展元件的线网层(2)构成，并在每条轮胎边B内锚定至轮胎边缆索(1)以形成向上倒翻物(20)，每条轮胎边B由附加加强件保护壳(6)加以加强，附加加强件保护壳(6)至少由一层金属元件构成的线网层(61)形成，线网层(61)布置在所述胎体加强件(2)的非向上倒翻部分的轴向内侧，其特征在于，在子午截面内容看，胎体加强件(2)具有子午剖面，该子午剖面在最大轴向宽度的点A及与锚定轮胎边缆索(1)的实际上为圆形的覆盖层相切点T之间的轨迹在其整个长度上是凸形的，以致轮胎边B的厚度ε是侧壁厚度e的2.5至3.0倍，其中轮胎边B的厚度ε在所述子午剖面C点的垂直线上测得，C点相对于底座YY’的底测得的高度hc在30与40mm之间，而侧壁厚度在最大轴向宽度线的直线D”上测得，所述胎体加强件(2)在其非向上倒翻部分被附加加强件保护壳(6)加以加强，附加加强件保护壳(6)至少由一层周向加强元件的线网层(61)构成。
2、如权利要求1的轮胎，其特征在于，轴向位于胎体加强件(2)的非向上倒翻部分内侧的附加加强件保护壳(6)的线网层/线网层组(61)按下述布置是有利的，即所具的其径向下端部径向位于直线D’之下，直线D’平行于旋转轴线，并通过锚定轮胎边缆索(1)的覆盖层(10)的径向离旋转轴线最远的点，但位于直线D之上，直线D平行于旋转轴线，并通过锚定轮胎边缆索(1)的覆盖层(10)的径向最靠近旋转轴线的点，且一个/若干径向上端部所在的与直线D相距的径向距离在两个量之间，其中一个量等于直线D和D”之间径向距离的一半加上直线D和D’之间径向距离的一半，而另一个量等于直线D和D”之间径向距离的一半减去直线D和D’之间径向距离的一半。
3、如权利要求1或2的轮胎，其特征在于，附加加强件保护壳(6)还至少包括一层线网层(62)，它由周向金属元件构成，并布置在胎体加强件(2)的非向上倒翻部分的轴向外侧，所述附加线网层(62)的径向上端部在径向的定位方式与位于轴向内侧的线网层或若干线网层(61)的方式相同，而，在组合中其径向下端位于直线D’与一条直线之间，该条直线平行于D’并位于其径向外侧，径向相距D’的距离等于D’与D之间的径向距离。
4、如权利要求1至3之一的轮胎，其特征在于，附加保护壳(6)的周向加强元件是钢制的金属元件，并在所述保护壳的整个宽度上进行连接。
5、如权利要求1至4之一的轮胎，其特征在于，胎体加强件(2)的锚定轮胎边缆索(1)是“编织”型的轮胎边缆索。
6、如权利要求1至5之一的轮胎，其特征在于，加强件保护壳(6)的加强元件是钢丝段或钢丝段组合件，段的周向长度在保护壳平均周向长度的0.2与0.4倍之间，并当其敷设于胎体毛坯的建筑鼓上时加以测量。
7、如权利要求6的轮胎，其特征在于，切割段之间的周向间隙或切口相互偏移。
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