CN1730301A - 重载轮胎 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种重载轮胎，其包括一个单胎体帘线层及一个胎面加强带束层。每个胎体帘线层的卷起部分都包括位于胎圈芯之下的基部以及朝胎体帘线层的主体部分轴向向内延伸的径向外部。带束层包括三个帘线层，其中径向外层的帘线相对于轮胎赤道成一13至23度的角度朝一个方向倾斜；中间层的帘线成一13至23度的角度朝与所述径向外层的方向相反的一个方向倾斜；且径向内层的帘线朝与径向外侧的带束层的方向相反的一个方向成一30至70度的角度倾斜。所述三个带束层的强度总和在120至170KN的范围内。优选地，所述强度满足(1)中间层＞＝外层＞＝内层且(2)中间层＞内层。

Description

重载轮胎

技术领域

本发明涉及一种充气轮胎，更具体的，涉及一种具有胎圈结构及胎面加强带束层的特定组合的重载轮胎。

背景技术

在艰难运行条件下所使用的处于重载及高充气压力状况下的重载轮胎中，如图4所示，通常通过沿胎圈三角胶芯(c)的轴向外表面将胎体帘线层(a)向上卷起至较高位置(ha)并沿卷起部分(a1)布置橡胶层，而使重载轮胎的胎圈部分形成得又硬又厚。因此，胎圈部分的重量较大且由此轮胎变得较重。

近年来，为了实现节省燃料消耗等目的而减小重载轮胎的重量，已经提出了所谓的细长式胎圈结构，如图5所示，其中胎体帘线层(a)几乎绕胎圈芯(b)缠绕一周，且小缠绕部分(a1)固定于胎圈三角胶芯(c)与胎圈芯(b)之间，胎圈橡胶量减少。未经审查的日本专利公开号11-321244及2000-219016公开了此细长式胎圈结构。

在此结构中，相较于如图4所示的传统的胎体帘线层卷起结构来说，抵抗横向力的胎圈部分的刚性变小。因此，这种结构的胎侧较弱，从而轮胎的横向弹性常量及偏转刚度变得相对较小，且轮胎在操纵稳定性方面往往变得较差。

发明内容

因此，为了改善具有细长式胎圈结构的轮胎的操纵稳定性，本发明人研究并发现：与公知常识相反，在细长式胎圈结构的情况下，通过减少胎面加强带束层的数量—由四层减至三层，且通过具体限定带束层的帘线角度、帘线定向方向及带束层的帘线层强度，相反于以往经验，可增加轮胎的横向弹性常量及偏转刚度，从而在实现重量进一步减轻的同时提高了操纵稳定性。

因此，本发明的一个目的是提供一种重载轮胎，其具有细长式胎圈结构，其中轮胎的横向弹性常量及偏转刚度得到增强以改善操纵稳定性，同时可进一步减轻轮胎的重量。

根据本发明，一种重载轮胎包括：

胎体层，其在一对胎圈部分之间延伸通过胎面部分及一对胎侧部分，并在每个所述胎圈部分中由所述轮胎的内侧向外侧绕胎圈芯卷起而形成一对卷起部分及一个位于卷起部分之间的主体部分，

每个卷起部分包括位于所述胎圈芯之下的基部及朝向所述主体部分轴向向内延伸的径向外部；及

带束层，其在所述胎面部分中布置在所述胎体的径向外侧，并包括三个帘线层，其中

径向外侧的第三帘线层的帘线以一相对于轮胎赤道成13至23度的角度朝一个方向倾斜，

中间的第二帘线层的帘线以一相对于所述轮胎赤道成13至23度的角度朝与所述径向外侧的第三帘线层的方向相反的一个方向倾斜，

所述径向内侧的第一帘线层的帘线以一相对于所述轮胎赤道成30至70度的角度朝与所述径向外侧的第三帘线层的方向相反的一个方向倾斜；且

所述带束层的第一帘线层、第二帘线层以及第三帘线层的强度S1、S2及S3的总和在由120至170KN的范围内，其中每层的强度是沿帘线的垂直方向的包含在5cm的帘线层宽度内的帘线断裂时的力的总和。

在本说明书中，除非特别指明，轮胎的尺寸是在轮胎安装在车轮轮辋上并充气至50Kpa但没有加载轮胎负载的状态(以下称为“测量状态”)下测量的。

这里，车轮轮辋是由标准组织例如JATMA(日本及亚洲)、T&RA(北美)、ETRTO(欧洲)、STRO(斯堪的纳维亚半岛)等官方认可的用于轮胎的车轮轮辋。

附图说明

现将结合附图来详细描述本发明的实施例。

图1是根据本发明的重载轮胎的剖面图。

图2a及2b是胎圈部分的剖面图。

图3是示出帘线布置的带束层的示意性局部平面图。

图4是示出用于重载轮胎的传统的胎圈结构的剖面图。

图5是示出用于重载轮胎的细长式胎圈结构的剖面图。

具体实施方式

在图中，根据本发明的重载轮胎1包括：胎面部分2；一对胎侧部分3；一对轴向间隔的胎圈部分4，每个胎圈部分中都具有胎圈芯5；延伸于胎圈部分4之间的胎体6；以及布置在胎面部分中位于胎体轴向外侧的带束层7。

图1示出了在上述测量状态下的轮胎。本示例中的轮胎是要安装在标准轮辋J上的无内胎轮胎，标准轮辋J为中心陷入呈15度减缩的轮辋。因此，胎圈部分3的底部相对于轮胎轴向方向倾斜15度或稍大的角度。

上述胎圈芯5是通过以有序方式缠绕钢丝而形成的不可伸展的环。即，胎圈丝缠绕成特定的截面形状。在本实施例中，该截面形状是扁平的六角形，其在基本平行于胎圈部分的底部的方向上较长。更具体地，胎圈芯5具有基本平行于车轮轮辋J的胎圈座J1的径向内侧面SL及径向外侧面SU。在此实施例中，因为胎圈座J1倾斜15度，由此径向内侧SL面及径向外侧面SU相对于轮胎轴向方向倾斜大致15度。对于截面形状，除了扁平的六角形，也可以采用在上述方向上较长的等边六角形或矩形等其它形状。另外，胎圈芯5可以包绕有橡胶皮或带或织物以防止松散。

胎体6包括由钢帘线构成的单帘线层6A，其中钢帘线布置为相对于轮胎赤道Co径向成90至70度角，并在胎圈部分4之间延伸通过胎面部分2及胎侧部分3，且在每个胎圈部分4中由轮胎的内侧向外侧绕胎圈芯5卷起，由此形成一对卷起部分6b及一个位于卷起部分6b之间从其中一个胎圈芯5延伸至另一个胎圈芯的主体部分6a。

胎体帘线层6A的每个边缘部分几乎都绕胎圈芯5缠绕一周，使得卷起部分6b在主体部分6a之前终止，同时在其边缘Ma与主体部分6a之间留下明确的间隙Lb。卷起部分的边缘固定在胎圈三角胶芯8与胎圈芯5之间。因此，本发明未设有传统的沿胎圈三角胶芯的轴向外侧而径向向外延伸的胎体卷起部分。

在本实施例中，卷起部分6b包括弧形基部10及径向外部11。

弧形基部10沿胎圈芯5的轴向内侧面Si、径向内侧面SL及轴向外侧面So延伸。

径向外部11可以由基部10延伸而与胎圈芯5的径向外侧面SU相接触。然而，在此实施例中，径向外部11由基部10延伸而与胎圈芯5的径向外侧面SU分离。

在此，径向外部11限定为位于直线K的径向外侧上的部分，直线K限定为在径向外侧面SU上延伸。在截面形状不是上述扁平的六角形的情况下，直线K限定为胎圈芯的切线，其以与胎圈部分的底部或车轮轮辋的胎圈座相同的角度倾斜，即，在此示例中为15度。

径向外部11相对于径向外侧面SU或直线K以小于90度、优选地小于75度的角度θ朝胎体帘线层的主体部分6a倾斜。径向外部11在轮胎截面中可以是直的，但在此实施例中，径向外部11在朝向其径向内端Mb的位置处略微径向向内弯折。此外，径向外部11也可采用一个单一半径的弧形等结构略微径向向内弯曲。

在任何情况下，径向外部11的径向外端Ma与直线K间隔开不小于3mm、优选大于4mm的距离La，该距离是垂直于直线K测量的。由此，即使帘线由显示出强回弹性的材料制成，也可以避免由径向外部11的回弹而导致的诸如空隙以及分离等缺陷。如果距离La变得太大，当外端Ma达到大应变区域时，在外端Ma处就易于发生损坏。因此，距离La优选地不超过12mm，更优选地小于10mm。

此外，还优选的是在外端Ma与主体部分6a之间的最小距离Lb大于1mm，优选地大于2mm，更优选地大于3mm，这是因为，如果距离Lb小于1mm，在轮胎产生大的变形时，外端Ma与主体部分6a很有可能会相接触，从而由此产生摩擦磨损。如果距离Lb大于10mm，当径向外部11变得相当短时，很难将卷起部分6b固定至胎圈芯。因此，距离Lb不大于10mm，优选地小于6mm，更优选地小于5mm，更加优选的小于4mm。

在胎圈芯5与卷起部分6b之间，布置有由软橡胶制成的胎圈填充物12。

在此实施例中，当径向外部11与胎圈芯5分离时，胎圈填充物12在由胎圈芯5、径向外部11及胎体帘线层的主体部分6a所包围的空间内具有一主体部12A，从而具有大致三角形截面形状。此外，胎边芯12在弧形基部10与胎圈芯5之间具有相对较薄的部分12B。

为了使胎圈填充物12可以减轻在外端Ma周围的应力集中，胎圈填充物12的软橡胶具有不大于25Mpa、但大于2Mpa的相对较小的复合弹性系数Ea*。

在此，复合弹性系数在以下条件测量：70摄氏度的温度，10Hz的频率，以及正/负2％的动态失真。

为了可与上述的胎圈结构配合以增加横向弹性常数及偏转刚度从而改善操纵稳定性，尽管是在重载轮胎的情况下，带束层7也由三层带束层帘线制成，并在三层式结构的基础上，具体限定了三个带束层的帘线角、帘线定位方向以及帘线层强度。

如图1所示，带束层7由第一帘线层7A、第二帘线层7B以及第三帘线层7C构成，上述三个帘线层由胎体6向径向外侧以上述次序叠置。

如图5所示，最外部的第三帘线层7C的带束层帘线相对于轮胎赤道Co以一13至23度的角度α3朝向一个方向(图3中的左上方方向)倾斜，第二帘线层7B的带束层帘线朝一个与第三带束层7C相反的方向(右上方向)相对于轮胎赤道Co成一13至23度的角度α2倾斜，且最内部的第一帘线层7A的带束层帘线朝一个与第三带束层7C相反的方向(右上方向)相对于轮胎赤道Co成一30至70度的角度α1倾斜。

在此实施例中，所有的带束层帘线都是钢帘线。带束层7的宽度BW(最宽帘线层的宽度)优选为胎面边缘之间的胎面宽度TW的85％至95％。在本实施例中，最宽帘线层是中间的第二帘线层7B，且最内侧的第一帘线层7A是最窄的，第二帘线层7B及第一帘线层7A的宽度也在胎面宽度TW的85％至95％的范围内。

为了改善操纵稳定性，以下是很重要的，即第一、第二及第三帘线层7A、7B及7C的强度S1、S2及S3的总和∑S(以下总称“强度S”)设置在不小于120KN、选地大于130KN，但不大于170KN、优选地小于160KN、更优选地小于150KN的范围内。

这里，带束层的强度S是在帘线方向的垂直方向上的包含在5厘米帘线层宽度内的帘线断裂时的力的总和。因此，当在一个帘线层中的所有帘线都相同时，强度S可以通过一个帘线断裂时的力E与帘线数量N(/5cm)相乘而获得。即，S＝E×N，S1＝E1×N1，S2＝E2×N2，S3＝E3×N3。

断裂时的力E(E1，E2，E3)按照日本工业标准JIS-G3510“钢轮胎帘线的测试方法(Testing methods for steel tire cords)”中第6.4段“断裂时的力及断裂时的伸长”中描述的拉力测试来测量。

上述的帘线层的强度S1、S2与S3的总和∑S的下限值120KN大于用于重载轮胎的传统四层式结构的带束层的第一至第三帘线层的各层强度的总和。因此，本发明中的带束层结构与传统的四层式结构中的带束层的第一至第三帘线层不同。如果总和∑S小于120KN，则带束层的刚性及箍紧效果将变得不充分，且难以获得所需的横向弹性常数及偏转刚度。如果总和∑S大于170KN，则带束层的重量不可避免地大大增加，这将抵消由于细长式胎圈结构及三层式带束层结构所带来的重量减轻。由此，通过将强度总和设置在上述范围内，在获得重量显著减小的同时，横向弹性常数及偏转刚度可得以增加。

在传统的四层式带束层结构中，如果带束层层数减少至三层，则当轮胎压到诸如石头等尖角物体时，带束层帘线将变得易于切断。因此，由于在日本工业标准JIS-D4230“汽车轮胎(Automobile tires)”中第6.1段“轮胎强度(断裂能)测试”中描述的通用方法不能反映帘线切断或损坏的实际情况，为了不降低抗切断性，或者如果有可能，为了改善抗切断性，本发明人进行了研究并同时对抗切断性的评价方法做了研究。

作为研究的结果，发现当轮胎充气至1200Kpa(大约为最大压力的150％或更多)的非常高的压力并且充气至一定重量，且顶端为半径19mm的半球形的重物自由下落至胎面部分时，总的帘线的切断及损坏情况反映了在实际运行状况下发生的在容许修正值内的帘线切断情况。因此，通过使用此方法及各种测试轮胎进行了实验，且因此发现了以下事实。

在三层都具有相同强度的三层式带束层结构中，帘线从第二帘线层7B开始切断，然后是第三帘线层7C切断，最后是第一帘线层7A切断。由此通过设置不同的强度，可以改善抗切断性。

因此，在本发明中，第一帘线层7A、第二帘线层7B以及第三帘线层7C的强度S1、S2及S3分别设置为至少满足以下条件(1)及(2)：

(1)S2＞＝S3＞＝S1

(2)S2＞S1

此外，从进一步的研究结果中发现，通过满足以下条件(3)及(4)及优选满足另一条件(5)，可以用最少的材料获得最大的效果。

(3)2.1＞＝S2/S1＞＝1.7

(4)1.5＞＝S2/S3＞＝1.2

(5)64KN＞＝S2＞＝52KN

这样，有效地改善了抗切断性，且可以获得有利的结果—冲击破坏能变得大于1000焦耳，其大于传统的四层式带束层结构中的冲击破坏能。

此外，在此实施例中，为了提高胎圈部分4的耐久性，如图2b所示设置胎圈加强层16。

胎圈加强层16是钢帘线的单帘线层，其中钢帘线相对于轮胎周向方向成一10至40度的角度布置。胎圈加强层16包括：布置在胎体帘线层的弧形基部10的径向内侧上的弧形基部16A；以及径向向外延伸、与弧形基部10分离并轴向向外倾斜的轴向外部16o；以及可选地，沿胎体帘线层的主体部分6a的轴向内表面延伸的的周向内部16i。

在细长式胎圈结构的情况下，当加载时，胎侧部分的变形相对较大。因此，为了不使压缩应力集中，轴向外部16o的径向外端定位在胎圈部分4中。具体地，其径向高度Ho设置在距胎圈基线BL5至20mm的范围内。此外，径向高度Ho优选地低于径向外部11的外端Ma的径向高度ha。

另一方面，当轴向内部16i邻近胎体帘线层的主体部分6a布置时，径向外端可以位于相对较高的位置，从而使胎圈部分被有效地加强。但是，从乘坐舒适性及重量减轻的角度考虑，优选的是轴向内部16i的径向高度Hi处于不大于70mm、更优选地小于50mm的范围内，但在本示例中，相对于胎圈基线BL来说，其高于高度Ho也同时高于高度ha。在此，胎圈基线BL是通过相应于车轮轮辋直径位置所绘制的轴向线。

对比测试

制造具有图1所示结构及表1所示参数的测试轮胎—尺寸为11R22.5(轮辋尺寸为7.50×22.5)的重载子午线轮胎，并测试了其偏转刚度、横向弹性常数、操纵稳定性、胎圈耐久性以及轮胎强度。除了表1中所示参数之外，所有轮胎的其他参数相同。

(1)偏转刚度测试：在以下条件下测量偏转刚度：

偏离角：1度

速度：4m/hr

竖直轮胎负载：26.72KN

轮胎充气压力：800Kpa

(2)横向弹性常数测试：对轮胎施加横向力，在以下条件下测量轮胎的横向变形，且由横向力(负载)/横向变形的比值得到横向弹性常数。

横向力(负载)：2KN

竖直轮胎负载：26.72KN

轮胎充气压力：800Kpa

(3)操纵稳定性测试：在轮胎测试过程中，安装有十个具有测试轮胎的车轮的A 2-2-D型卡车(负载量22吨)运行在干的铺有沥青的路面上。(轮胎充气压力为800Kpa)

操纵稳定性由测试驾驶员基于回转特性及收敛性评价。结果采用基于传统轮胎的指数而显示在表1中，传统轮胎指数为100，其中指数值越大，操纵稳定性佳。

(4)胎圈耐久性测试：在以下条件下，使用鼓形测试仪测量直到引起胎圈损坏的总的运行时间：

竖直轮胎负载：26.72KN×3＝80.16KN

运行速度：20km/hr

轮胎充气压力：800Kpa

结果使用基于传统轮胎的指数而显示在表1中，传统轮胎的指数为100，其中指数值越大，耐久性越佳。

(5)轮胎强度测试：

(5A)冲头冲打测试(plunger test)：根据日本工业标准JIS-D4230“汽车轮胎”中第6.1段“轮胎强度(断裂能)测试”，通过使用冲头测试机来测量断裂能。测量条件如下：

冲头直径：19mm

冲头速度：50.0+/-2.5mm/minute

轮胎充气压力：800Kpa

撞击测试：如上所述，轮胎安装在标准车轮轮辋上并充气至很高的压力，且通过使重物由不同的高度自由下落而使其顶端与胎面部分相碰撞，并通过增加自由下落的高度，当胎面部分破损时，断裂能根据自由下落高度及重物质量来计算。

轮胎充气压力：1200Kpa

重物质量：200Kg

顶端形状：半径19mm的半球形

结果显示在表1中，其中值越大，强度越大。

由测试结果可以确定，在获得进一步重量减轻的同时，可以改善操纵稳定性，具体来说，通过以特定关系设置层的强度，轮胎强度可以有效地增加。

表1

轮胎	传统	例1	例2	例3	例4	参考1	参考2	参考3	参考4
										胎圈结构卷起部分距离La(mm)距离Lb(mm)高度ha(mm)	图4----55	图22727	图22750	图22727	图22727	图22727	图22727	图22727	图22727
带束层第一层倾斜方向帘线角度α1(o)层强度S1(kN)第二层倾斜方向帘线角度α2(o)层强度S2(kN)第三层倾斜方向帘线角度α3(o)层强度S3(kN)第四层倾斜方向帘线角度α4(o)层强度S4(kN)总强度∑SS2/S1S2/S3带束层重量(Kg)	R5031R2043L2043L20431601.417.58	R5031R2056L2056------1431.817.4	R5031R2056L2056------1431.817.4	R5031R2061L2043------13521.47.18	R5031R2056L2043------1301.81.37	R2061L2061L2056------17811.18.3	R2061L2061L2043------16511.48.1	R5031R2061L2061------153217.81	R5031R2043L2043------1171.416.48
										偏转刚度(N)	2750	2850	2830	2850	2830	2580	2580	2820	2650
横向弹性常数(N/mm)	320	335	341	335	330	310	310	340	312
										操纵稳定性回转特性收敛性	100100	110105	110110	110105	110110	9090	9090	110110	9595
胎圈耐久性	100	110	103	110	110	110	110	110	110
										轮胎强度冲头冲打测试(J)撞击测试(J)	3010900	39601010	39501010	39001070	38501050	40501170	40101120	39501080	2810850

Claims (6)

1.一种重载轮胎，包括：

胎体帘线层，其在一对胎圈部分之间延伸通过胎面部分及一对胎侧部分，并且在每个所述胎圈部分中由轮胎的内侧向外侧绕一胎圈芯卷起而形成一对卷起部分及一个位于所述卷起部分之间的主体部分，每个所述卷起部分包括位于所述胎圈芯之下的基部及朝所述主体部分轴向向内延伸的径向外部；

带束层，其在所述胎面部分中布置在所述胎体的径向外侧，并且包括三个帘线层，其中

径向外侧的第三帘线层的帘线以一相对于轮胎赤道成3至23度的角度朝一个方向倾斜，

中间的第二帘线层的帘线以一相对于所述轮胎赤道成13至23度的角度朝一个方向倾斜，该方向与所述径向外侧的第三帘线层的方向相反，

径向内侧的第一帘线层的帘线以一相对于所述轮胎赤道成30至70度的角度朝一个方向设置，该方向与所述径向外侧的第三帘线层的方向相反；且

所述带束层的第一帘线层、第二帘线层以及第三帘线层的强度S1、S2及S3的总和在120至170千牛顿的范围内，其中，每层的强度是沿帘线方向的垂直方向包含于5厘米宽的帘线层中的帘线断裂时的力的总和。

2.如权利要求1所述的重载轮胎，其中，所述强度S1、S2及S3满足以下条件(1)及(2)：

(1)S2＞＝S3＞＝S1

(2)S2＞S1

3.如权利要求2所述的重载轮胎，其中，所述强度S1、S2及S3满足以下条件(3)及(4)：

(3)2.1＞＝S2/S1＞＝1.7

(4)1.5＞＝S2/S3＞＝1.2

4.如权利要求1、2或3所述的重载轮胎，其中，所述强度S2满足以下条件(5)：

(5)64KN＞＝S2＞＝52KN

5.如权利要求1所述的重载轮胎，其中，朝所述主体部分延伸的径向外部在所述主体部分之前终止，且

在该径向外部的端部与所述主体部分之间的距离大于1毫米。

6.如权利要求1所述的重载轮胎，其中，朝所述主体部分延伸的径向外部在所述主体部分之前终止，且

在该径向外部的端部与胎圈芯之间的距离不大于12毫米。

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