CN1514776A - 充气轮胎 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种充气轮胎，其轮胎面橡胶的弹性体积系数小，轮胎面的反向“V”字弯曲变形得到有效抑制，有效地防止了带层分离故障、破裂等，它含有一个辐射骨架、一条带子(它含有两个或多个加强轮胎面的位于辐射骨架周围皇冠外周部分的带层，这些层的绳子彼此交错)、一个橡胶加强层(它在交叉区域具有月牙的形状，形成轮胎的触地面的轮胎面橡胶具有的弹性体积系数不超过4GPa)、一个附加带层(其绳子相对于轮胎赤道面的角度大于带层绳子的角度，位于带子的外周部分，并且轮胎面宽度方向的压缩刚性比带层的要高2倍或者更高)。

Description

充气轮胎

技术领域

本发明涉及充气轮胎，尤其是涉及雪地轮胎(studless tire)，特别是涉及一种防止带层分离故障(separation failture)或断裂的技术，它通过抑制较低内压下行驶的轮胎面的折进(buckling)来实现。

背景技术

如果轮胎在负荷行驶时被钉子或者其他的尖锐的物品穿过轮胎面，其内部压力会逐渐减少，轮胎面的折进会导致带层的分离故障，这样就会因为轮胎面橡胶的剥落而有爆炸或者类似的危险、带层的损坏等。

特别地，当轮胎在很低的内部压力状态下在低摩擦系数的路面(比如旧沥青路面、石铺路面等具有较低表面粗糙度)跑时，轮胎面的折进是显著的。在本发明中，如图1a横向剖面图所示，轮胎面的横向中心部位从路面向上升起，使轮胎面折进成一个反向“V”字的形状，这样，在这个折进部分就特别容易发生带层分离故障、破裂等故障。

如图1b所示的赤道面(equatorial plane)剖面图，即使在轮胎面的圆周方向也会发生类似的结果，轮胎面接触地面的区域在负载部位周围的圆周方向受到压缩，结果增加了轮胎面中央部分的升高趋势。

根据这种折进现象，主要位于外周部分的轮胎面橡胶受到轮胎面中央部分两侧和圆周方向的压迫形成形状改变。

为此目的，当使用不容易发生形状改变和具有较高弹性体积系数的橡胶制作轮胎面时，可以通过高弹性体积系数有效地抑制图1a所示的轮胎面折进变形，从而显著地控制带层的分离故障、破损等。附带地，当轮胎面橡胶具有大于5Gpa的弹性体积系数时，即使轮胎内部的压力降低到10kPa，它也仍然可以跑200km。

但是，当轮胎面橡胶具有小于4Gpa的弹性体积系数时，通常用于雪地胎(studless tire)，上述的反向“V”字弯曲变形不能得到充分的抑制，因而轮胎内部的压力降低到10kPa时，它再跑200km是不可能的。

另一方面，抑制这种折进的常规技术在日本专利JP-A-6-191243中有所披露，其国际公开号是WO97/01452。

在前面的轮胎中，在辐射骨架的圆周部分的外周设计了含有至少两个交错绳层的带子和绕在其外周的有机纤维绳“帽子”，沿着骨架的内面设计了侧面全区域的月牙状的橡胶增强层，并且在带子和“帽子”之间有一个扣系结构，它含有至少一个由多条垂直于轮胎赤道面的绳子组成的层。通过这种扣系结构可以抑制这种缩放行为，相互交错的带层绳子形成菱形状，并在轮胎面的宽度方向伸展，而在轮胎面发生的上述折进程度则得到减弱。

在后面的国际公开号是WO97/01452的轮胎中，包括一些金属绳层的带层和轮胎面连续地排布在辐射骨架圆周的外周，位于骨架内侧的内周面的橡胶加强层承载了一部分重量，并且具有具有月牙的形状，辅助的橡胶纤维绳层位于骨架和带层之间，结果这些有机纤维绳和骨架绳、带层以及中心赤道面形成三明治状。辅助层位于轮胎面折进弯曲的中轴外侧，以通过辅助层的强度阻力加强轮胎面的弯曲强度，从而抑制折进变形。

但是，所有的这些轮胎的目标都是在通常的具有较大摩擦系数的路面上跑，所以它们用于一般不会造成折进的条件，并且轮胎面具有较高的弹性体积系数，因而这种折进现象本身就不严重。

因此，本发明的一个目的是提供一种能够充分抑制轮胎面折进、从而抑制带层的分离故障、破裂等的充气轮胎，它是通过提高阻力和与通常在雪地胎轮胎面发生反向“V”字弯曲变形的橡胶不同的方法来实现的，雪地胎经常在雪地或结冰的低摩擦系数的路面上跑，具有相对较低的弹性体积系数，以确保在路面的抓着力。

发明内容

本发明的充气轮胎包括：

一个轮胎面，

一对与轮胎面相连的侧面部分，

与每一个侧面部分的内周边相连的支撑部分，

一个辐射骨架，它含有一个或多个在卷边核心之间延伸的骨架褶，这些骨架褶安排在各自的支撑部分以加强这些区域，

一条带子，它含有两个或多个加强轮胎面的位于辐射骨架周围皇冠外周部分的带层，这些层的绳子彼此交错，

一个橡胶加强层，它位于沿着辐射骨架内侧面部分的区域，并且在其交叉区域具有月牙的形状，其中形成轮胎的触地面的轮胎面橡胶具有的弹性体积系数不超过4GPa，它通常用于雪地轮胎，以及

一个附加带层，其绳子相对于轮胎赤道面的角度大于带层绳子的角度，位于带子的外周部分，并且轮胎面宽度方向的压缩刚性比带层的要高2倍或者更高。而且，在附加带层以及这里使用的带层中的术语“轮胎面宽度方向的压缩刚性”是指，轮胎面圆周方向上单位宽度的带层对抗轮胎面宽度方向压力的刚性。

例如，当在结冰路面等低摩擦力的路面上跑时，随着轮胎内压的降低，轮胎触地面的肩部倾向于在宽度方向上打滑，这样就很容易发生前述的折进现象。另一方面，雪地轮胎具有低弹性体积系数，不会产生对抗折进的较大阻力，随着轮胎内压的降低，轮胎面的宽度中央部分会从路面上升起。

但是，在本发明中，安排在带层外周的附加带层的作用是支撑反向“V”字弯曲变形和有效地控制这种弯曲。这种弯曲抗力可以通过使附加带层中的绳子相对于轮胎赤道面的角度大于带层中绳子的角度来得到提高，以达到轮胎面宽度方向附加带层的绳子延伸方向，所以即使路面的摩擦系数较低，也可以有效地控制由于轮胎内压降低导致的轮胎面折进现象，从而显著地消除带层的分离故障、破裂等。

而且，根据本发明，轮胎面宽度方向的附加带层压缩刚性要比带层的高2倍或更高，由此，在冰雪路面的轮胎肩部滑行位移可以得到充分的限制，以更有效地防止折进现象的发生。

在本发明中，附加带层优选地由高刚性的钢丝绳制成，以对抗轮胎面宽度方向的压力。尤其是，该绳子优选地具有单绞结构，比如1×N或1+N，并且其弹性压缩系数不低于10GPa。

附加带层也优选地直接安排在带子外周，与带子外层的“帽子”临近，该“帽子”由一层或多层螺旋结构的有机纤维绳子在轮胎面的圆周方向延伸制成。

也就是说，如果附加带层临近帽子的外周侧，带层与附加带层之间的距离就较大，而限制带层变形的力就较小，从而抑制反向“V”字弯曲变形的力也较小。

如果附加带层中的绳子沿着带层最外层的绳子相对于轮胎赤道面的方向延伸，则所谓的“褶掌舵”(ply steer)会减小，从而显著控制轮胎的滚动阻力的增加；如果附加带层中的绳子以与带层最外层的绳子相对于轮胎赤道面的方向相反的方向延伸，轮胎面的刚性可以提高，以有效地抑制折进现象的发生。

而且，为了更好地体现附加带层的功能，附加带层中的绳子相对于轮胎赤道面的角度较佳的是在40～90°的范围内。当其角度小于40°时，不足以提供与带层绳子的20～30°一般延伸角度的差异，因而也不能提供对抗轮胎宽度方向压力的高刚性；当其角度超过90°时，附加带层中绳子相对于轮胎赤道面的延伸方向则与上述情况相反。

附加带层的宽度也较佳的是在带层宽度30～120％的范围内。

当宽度小于30％时，对反向“V”字弯曲变形的支撑作用不够充分，而当其超过120％时，抑制反向“V”字弯曲变形的效果不大，反而会造成轮胎重量的增加。

而且，为了控制由于附加带层导致的轮胎重量的增加在较低水平，使用较低重量的有机纤维绳来制作骨架褶是有效的。

附图说明

图1是说明常规轮胎发生折进的一个实施例的图示。

图2是根据本发明的轮胎实施例的一半的宽度方向截面图。

图3是说明附加带层作用的图解截面图。

图4是弹性体积系数的测量装置示意图。

具体实施方式

在图2所示的本发明的一个实施例中，数字1是轮胎面，数字2是从轮胎面1的侧面部分在辐射方向向内连续延伸的侧面部分，数字3是侧面部分2的内侧外围在辐射方向连续的支撑部分。

辐射骨架5在嵌入各自的支撑部分3之间的支撑核心4之间环形延伸，以加强上述的1、2、3部分，辐射骨架5包含至少一个骨架褶，辐射骨架5的侧面部分围绕支撑核心4在辐射方向向外突出到较高水平。带子8也包含至少两个或多个含有绳子(比如钢丝绳、芳香尼龙纤维绳等)的层，这些绳子在层之间彼此交错，在图中的两个带层6、7安排在辐射骨架5的皇冠部分的外围侧。而且，例如，层9、10的具有沿轮胎圆周方向延伸的螺旋状结构的有机纤维绳子的“帽子”安排在带子8的外层一侧。另外，在交错部分呈月牙状的橡胶加强层11在辐射骨架5的内侧全部覆盖了侧面部分2。

而且，形成轮胎触地面的轮胎面橡胶的弹性体积系数不超过4GPa，而附加带层13直接安排在带子8的外周位置，即位于图示实施例的帽子9、10的内周侧，较佳的，在轮胎赤道面E的带子宽度W的30～120％的范围内。构成附加带层13的绳子，优选的是钢丝绳，相对于赤道面E的延伸角度大于带层6、7中的绳子的角度。而且，附加带层13在轮胎面宽度方向的刚性是带层6、7的2倍或更高。

例如，由于带层6、7各自中的绳子，钢丝、芳香尼龙纤维绳等，一般是以相对于轮胎赤道面E大约20～30°的角度相互反方向延伸，附加带层13中的绳子相对于轮胎赤道面E的优选角度是40～90°。本例中，附加带层中的绳子的延伸方向可以与带层7最外层中的绳子的延伸方向相同或者不同。

更佳的，骨架褶用有机纤维绳制成。

根据具有上述结构的轮胎，当在荷载、内压降低状态情况下在低摩擦系数的路面上跑时，如图3所示，使用钢丝制成的具有高抗压刚性的附加带层13的绳子相对于轮胎赤道面E具有较大角度，可以作为支撑结构来对抗轮胎面1的中央部位从路面向上升起的外部压力和弯曲，以有效控制轮胎面1的弯曲变形，从而带层6、7的分离故障、破裂等问题得到有效控制，并可以防止较长的时间。

实施例

实施例和对比例中的每一个轮胎大小都是245/40R18，并且都有图2所示的结构，尺寸如表1所示，其中使用低损、高刚性橡胶制成的橡胶加强层的最大厚度是8mm，帽子的两层都是由尼龙纤维绳制成，内侧带层的宽度是200mm，外侧带层的宽度是190mm，附加带层的宽度是180mm，它们装在一个18×8JJ的边缘，充气至空气压力为230kPa或0kPa。至于在冰路上的驾驶稳定性，无论是否跑到了200km，在内部压力降低时轮胎面的升起量和跑平稳的持久性都可以达到而不会出现问题，当轮胎内部压力为0kPa、载重4.81kN、速度89km/h时，测试的结果如表1所示。

在表1中，轮胎面橡胶的弹性体积系数通过荷载W和位移之间的关系计算出，轮胎面橡胶的测试片22设定在金属套21中，金属套21的内径为14mm、高度为28mm，其间没有空隙，如图4a所示，金属套21连接在压力测试机23上，如图4b所示，在测试片22的上面和下面以0.6mm/min的速度加重W，通激光位移尺24测量测试片的变形量。

轮胎面在冰面上的升起量也通过测量停在冰面上并填充石膏的轮胎面表面的形状来进行评价。

表1

	常规轮胎	对比例1的轮胎	对比例2的轮胎
				附加带层的位置	无	带子和骨架之间	带子和带子加强层之间
材料	-	芳香尼龙	芳香尼龙
				宽度方向的压力刚性比(附加带层/带层)	-	约为0	约为0

轮胎面的弹性体积系数(GPa)	0.5	0.5	0.5
				冰面上的驾驶稳定性(230kPa)	6	5.5	5.5
冰面上的驾驶稳定性(0kPa)	不能跑	不能跑	不能跑
				冰面上的升起	50mm	35mm	40mm
RF耐久力(0kPa)	30km	180km	100km

	对比例3的轮胎	对比例4的轮胎	实施例1的轮胎
				附加带层的位置	带子和带子加强层之间	带子和带子加强层之间	带子和带子加强层之间
材料	钢丝	钢丝	钢丝
				宽度方向的压力刚性比(附加带层/带层)	1.5	2	2
轮胎面的弹性体积系数(GPa)	0.5	4.5	4
				冰面上的驾驶稳定性(230kPa)	5	1	4
冰面上的驾驶稳定性(0kPa)	不能跑	1	3
				冰面上的升起	25mm	8mm	8mm
RF耐久力(0kPa)	180km	跑完200km	跑完200km

	实施例2的轮胎	实施例3的轮胎	实施例4的轮胎
				附加带层的位置	带子和带子加强层之间	带子和带子加强层之间	带子和带子加强层之间
材料	钢丝	钢丝	钢丝
				宽度方向的压力刚性比(附加带层/带层)	2	10	15
轮胎面的弹性体积系数(GPa)	0.5	0.5	0.5
				冰面上的驾驶稳定性(230kPa)	5	5	5
冰面上的驾驶稳定性(0kPa)	4	4	4
				冰面上的升起	8mm	5.5mm	5mm
RF耐久力(0kPa)	跑完200km	跑完200km	跑完200km

如表1所示，实施例1-4中的所有轮胎在宽度方向的压缩刚性比不低于2，轮胎面的弹性体积系数不高于4GPa，可以充分减少轮胎面在冰面上的升起量，并在轮胎内压充足时充分确保在冰雪路面上的驾驶稳定性，在内压降至0Pa在冰雪路面上也能实现良好的驾驶稳定性，也能达到良好的平稳驾驶持久性。

工业应用性

如上所述，根据本发明，轮胎面橡胶的弹性体积系数可以象雪地轮胎一样减小，并且可以有效的抑制轮胎面部分的折进，以充分防止带层分离故障、破裂等的发生。

Claims (8)

1.一种充气轮胎，其特征在于，它包括：

一个轮胎面，

一对与轮胎面相连的侧面部分，

一个支撑部分，它与每一个侧面部分的内周边相连，

一个辐射骨架，它含有一个或多个在卷边核心之间延伸的骨架褶，这些骨架褶安排在各自的支撑部分以加强这些区域，

一条带子，它含有两个或多个加强轮胎面的位于辐射骨架周围皇冠外周部分的带层，这些层的绳子彼此交错，

一个橡胶加强层，它位于沿着辐射骨架内侧面部分的区域，并且在其交叉区域具有月牙的形状，其中形成轮胎的触地面的轮胎面橡胶具有的弹性体积系数不超过4GPa，它通常用于雪地轮胎，以及

一个附加带层，其绳子相对于轮胎赤道面的角度大于带层绳子的角度，位于带子的外周部分，并且轮胎面宽度方向的压缩刚性比带层的要高2倍或者更高。

2.根据权利要求1所述的充气轮胎，其中附加带层用钢丝绳制成。

3.根据权利要求1或2所述的充气轮胎，其中附加带层的位置接近带子。

4.根据权利要求1～3中任意一项所述的充气轮胎，其中附加带层的绳子相对于轮胎赤道面的延伸方向与带层最外层的方向相同。

5.根据权利要求1～3中任意一项所述的充气轮胎，其中附加带层的绳子相对于轮胎赤道面的延伸方向与带层最外层的方向相反。

6.根据权利要求1～5中任意一项所述的充气轮胎，其中附加带层的绳子相对于轮胎赤道面的角度在40～90°范围内。

7.根据权利要求1～6中任意一项所述的充气轮胎，其中附加带层的宽度在带子宽度的30～120％范围内。

8.根据权利要求1～7中任意一项所述的充气轮胎，其中骨架褶是用有机纤维绳子制成。

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