CN1827407B - 重载轮胎 - Google Patents
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Abstract
一种重载轮胎，其包括：设置在每个胎圈部分中的胎圈芯以及在胎圈部分之间延伸的钢帘线的胎体帘布层。所述胎体帘布层的边缘部绕所述胎圈芯从轮胎轴向内侧向外侧卷绕，从而形成一对卷起部分和一个位于该卷起部分之间的主体部分。所述绕每个胎圈芯的卷起部分包括一个轴向向内延伸、位于胎圈芯上方的折回部，以及一个位于胎圈芯下方的基部。所述基部凹曲以形成一个介于所述基部和胎圈芯之间的空间；且一复合弹性模量为20到80MPa的锚固橡胶设置在所述空间中，从而箍紧锚固橡胶和轮辋的胎圈座之间的胎体帘线。
Description
技术领域
本发明涉及一种充气轮胎，更具体地涉及一种适用于重载轮胎、能够改善胎圈耐久性的胎圈结构。
背景技术
一般来说，要将诸如卡车、公共汽车轮胎等的重载轮胎充气至600至800KPa的高压。
这样的重载轮胎公开于日本专利3,441,720号文献及其同族美国专利6,736,177号文献中，其中将钢帘线的胎体帘布层(b)通过绕胎圈芯(c)卷绕该帘布层的边缘(b2)而固定至胎圈部分中的胎圈芯，如图6所示。
在这种轮胎的胎圈部分中，由于高充气压力以及重载的施加，胎体帘布层的主体部分(b1)被径向外拉，产生了旋转胎圈芯(c)的力。因此，胎体帘线被移动，并且在胎体帘布层之后，构成胎圈芯(c)的胎圈线被移动，进而胎圈芯变形。此外，胎圈趾(Bt)由轮辋(J)的胎圈座(Js)抬起。这样的变形状态在由拉力释放后往往极易保持下来。因此，如果一旦从轮辋取下轮胎，则再难以将该轮胎重新安装到轮辋上，这是因为注入到轮胎中以使轮胎膨胀并使胎圈部分放置在位的空气的很大一部分从胎圈底部和胎圈座之间泄漏。而且，如果要进行重新安装，会有在极为恶劣的使用条件下胎圈离座以及耐久性下降的可能性。
发明内容
因此，本发明的一个目的在于提供一种重载轮胎，其中将胎体帘线的运动最小化并由此有效防止了诸如胎圈趾抬起等的胎圈部分的变形以及胎圈芯的旋转与变形，从而改进了胎圈的耐久性。
根据本发明，一种重载轮胎包括：
一胎面部分；
一对胎侧部分；
一对胎圈部分，每个胎圈部分中具有一个胎圈芯；
一钢帘线的胎体帘布层，其延伸于所述胎圈部分之间，且所述胎体帘布层的边缘部绕所述胎圈芯从轮胎轴向内侧向外侧卷绕，从而形成一对卷起部分和一个位于该卷起部分之间的主体部分，其中，
所述绕每个胎圈芯的卷起部分包括一个轴向向内延伸、位于胎圈芯上方的折回部，以及一个位于胎圈芯下方的基部；
所述基部凹曲以形成一个介于该基部和胎圈芯之间的空间；且
在所述空间中设置有复合弹性模量为20到80MPa的锚固橡胶。
本文中，复合弹性模量以IWAMOTO SEISAKUSYO制造的“VESF-3型”粘弹性分光计并使用长30mm、宽4mm、厚1-2mm的样本来测量。该样本由拆卸下来的轮胎取出并且通过抛光使切割表面平滑。测量条件如下：温度70摄氏度、频率10Hz、初始延伸率10％且半振幅为1％。
因此，当轮胎安装在轮辋上时，锚固橡胶与轮辋的胎圈座一起箍缩胎体帘线层卷起部分的基部，并且即使受拉，胎体帘布层的运动也被有效地限制而防止了胎圈芯的变形和旋转以及胎圈部分的变形——例如胎圈趾抬起。因此，提高了胎圈耐久性且消除了重新安装轮胎的难度。
附图说明
以下结合附图详细说明本发明的实施方式。
图1为根据本发明的重载轮胎的截面图。
图2为其胎圈部分及下部胎侧部分的截面图。
图3为示出胎圈芯布置的图示。
图4和图5均为示出位于胎圈芯下方的锚固橡胶的示例的放大示意性截面图。
图6为用于说明本发明要解决的问题的图示。
图7为示出下述比较测试中所用的传统胎圈结构的示意性截面图。
具体实施方式
附图中，根据本发明的重载轮胎1包括：一胎面部分2；一对轴向间隔的胎圈部分4，每个胎圈部分中各具有一个胎圈芯5；一对胎侧部分3，其延伸于胎面边缘和胎圈部分之间；一胎体6，其延伸于胎圈部分之间；以及，一带束层7，其设置在胎面部分2中的胎体6的径向外侧。
图1示出了轮胎的常规的充气未加载状态。在此，所述常规的充气未加载状态为：轮胎安装在标准轮辋J上且充气至标准压力，但未加载轮胎载荷。该标准轮辋J为由标准组织官方认可的用于轮胎的轮辋，所述标准组织即JATMA(日本和亚洲)、T&RA(北美)、ETRTO(欧洲)、STRO(斯堪的纳维亚)等。所述标准压力和标准轮胎载荷为在空气压力/最大载荷表或类似列表中由同一组织规定的最大空气压力和最大轮胎载荷。例如，标准轮辋为JATMA中规定的“标准轮辋(Standard Rim)”，ETRTO中的“测量轮辋(Measuring Rim)”，TRA中的“设计轮辋(DesignRim)”等。标准压力为JATMA中的“最大空气压力(Maximum AirPressure)”，ETRTO中的“充气压力(Inflation Pressure)”，TRA中的“各种冷充气压力下的轮胎载荷极限(Tire Load Limits at Various ColdInflation Pressure)”表中给出的最大压力等。标准载荷为JATMA 中的“最大载荷量(Maximum Load Capacity)”，ETRTO中的“载荷量(LoadCapacity)”，TRA中的上述表中给出的最大值等。
轮辋J包括：一对用于胎圈部分4的胎圈座Js；一个由每个胎圈座Js的轴向外端径向向外延伸的突缘；以及一个用于轮胎安装、形成于胎圈座之间的轮辋鞍边(图未示)。
在下述实施方式中，重载轮胎1为要安装在15度渐缩的中心下降型轮辋上的无内胎子午线轮胎。胎圈座Js成15度轴向向内渐缩，因此，胎圈部分4的底部也成大致15度倾斜，更准确来说成15度或略大的角度倾斜。
在胎面部分2中，带束层7设置在胎体6的冠部的径向外侧。
带束层7由至少两个交叉帘布层7B和7C构成，在本实施方式中，由三个帘布层7A、7B和7C构成，每个帘布层由彼此平行放置的钢帘线制成。径向最内侧的第一帘布层7A的帘线相对轮胎赤道线C成45到75度的一个角度放置。径向外部的第二和第三帘布层——即交叉帘布层7B和7C相对轮胎赤道线C成10到35度的较小角度设置。
胎体6由至少一个帘布层6A构成，该帘布层6A的帘线相对轮胎赤道线CO成80到90度范围内的一个角度径向设置；该帘布层6A经过胎面部分2和胎侧部分3在胎圈部分4之间延伸，且在每个胎圈部分4从轮胎的轴向内侧向轴向外侧绕胎圈芯5卷绕而形成一对卷起部分6b和一个位于卷起部分之间的主体部分6a。可使用钢帘线以及有机纤维帘线(例如聚酯、芳族聚酰胺、人造纤维、尼龙等)作为胎体帘线。胎体帘线上涂覆有顶层橡胶(topping rubber)tg，以改进胎体帘线和相邻橡胶之间的粘附性。在本实施方式中，胎体6由单个帘布层6A构成，其中帘布层6A的钢帘线6C相对轮胎赤道线CO成90度的角度径向设置。在钢胎体帘线6C的情况下，优选使用相对较软的橡胶材料作为顶层橡胶tg，该橡胶材料的复合弹性模量优选小于20MPa、更优选小于11MPa、但不小于7Mpa，且该橡胶材料相对天然橡胶等来说在粘附性方面极佳。
在胎面部分中，胎面橡胶设置在带束层的径向外侧，形成胎面表面。在胎侧部分中，胎侧橡胶设置在胎体的轴向外侧，形成胎侧表面。在胎圈部分中，胎圈橡胶沿胎圈趾和胎圈踵之间的胎圈底部4b设置并从胎圈趾和胎圈踵轴向向外延伸。在轮胎的轴向外表面上，胎圈橡胶延伸超出与轮辋突缘的接触点并在下述胎圈填充物15轴向外侧上与胎侧橡胶拼接。
在各胎圈部分4中设置胎圈芯5以增强胎圈与轮辋J之间的接合。
胎圈芯5通过顺序卷绕具有圆形横截面的钢线5w而形成。因此，胎圈芯通过卷绕单根钢线5w构成。
在轮胎的子午线截面——即包括轮胎旋转轴线的截面中，胎圈芯的轮廓线或截面形状在平行于胎圈座Js倾斜的方向(Id)上拉长，上述方向基本与胎圈底部4b的倾斜度相同，如图3所示。
在本示例中，钢线5w在每层中的卷绕数量从径向内侧到径向外侧分别为9、10、11、10以及9。胎圈芯5具有六角形截面形状，其具有径向内侧和径向外侧，且该径向内侧和径向外侧基本平行于上述倾斜方向(Id)并分别限定胎圈芯5的径向内面SL和径向外面SU。此外，六角形截面形状具有两个限定了胎圈芯5的轴向内面Si的轴向内侧，以及两个限定胎圈芯5的轴向外面So的轴向外侧。由于胎圈座Js相对轮胎轴向倾斜15度，胎圈芯5的径向内面SL和径向外面SU相对轮胎轴向倾斜大致15度。
为了在胎圈底部宽度的范围内提供均匀的结合力并防止胎圈趾的抬起等类似情况，沿上述倾斜方向(Id)测得的最大宽度Wc与垂直于该方向测得的最大高度Hc的纵横比(Hc/Wc)优选设置在不小于0.43、更优选大于0.45，但不大于0.58、更优选小于0.56的范围内。但是，这并不必然意味着该截面形状被限制于这样的一个六角形形状。例如，也可使用矩形、椭圆形等沿该方向(Id)较长的形状以及正六边形、圆形等。
此外，本示例中的胎圈芯5用包绕材料12包绕。该包绕材料12保持胎圈芯的截面形状并同时防止钢胎圈线与钢胎体帘线6C之间的直接接触以防止其腐蚀磨损。为此目的，例如，优选使用涂胶的纺织或非纺织有机纤维织物的条或带，并且将其绕胎圈芯卷绕。
上述胎体帘布层6A由环面状的主体部分6a以及一对卷起部分6b构成，该主体部分6a在胎圈芯5之间延伸，该对卷起部分6b由轮胎轴向内侧向轴向外侧绕胎圈芯5卷绕。
卷起部分6b具有沿上述胎圈芯5的面Si、SL和So呈弧状弯曲的基部10以及从基部10的轴向外端向内轴向延伸的折回部11。因此，在本实施方式中，在基部10和径向内面SL之间形成有一个具有月牙形截面形状及一定的沿轮胎周向延续的容积的空间(A)。
折回部11在尚未与胎体帘布层的主体部分6a接触之前终止，且其端部11e和胎体帘布层的主体部分6a之间的间隙U2优选设置在1到5mm范围内(帘线到帘线距离)。如果距离U2小于1mm，则主体部分6a与折回部11的端部11e之间的橡胶难于吸收端部11e的运动并难以减轻端部11e处的应力。如果距离U2大于5mm，则将折回部11固定至胎圈芯5的力变得不够大。
为了将折回部11的端部11e放置在行驶过程中变形最小的区域内，端部11e距胎圈芯5的距离U1(不是距包绕材料12的距离)设置在不小于3.0mm、更优选大于4.0mm、但不大于8.0mm、更优选小于7.0mm的范围内。在本实施方式中，距离U1为垂直于胎圈芯的径向外面SU测量时所得的最小距离。如果距离U1小于3.0mm，折回部11回弹性较强，而难于防止折回部11与相邻橡胶间形成小腔室。如果距离U1大于8.0mm，则卷起部分6b于胎圈芯5上的固定往往会变得不够充分。
用胎圈三角胶芯14填充由胎体帘布层的主体部分6a、折回部11以及胎圈芯5围成的总体呈三角形的截面形状的空间。为了减轻折回部11的端部11e的应力和振动，胎圈三角胶芯14由低弹性的橡胶制成，其复合弹性模量E*a不小于5MPa、优选大于6MPa、更优选大于7MPa、但不大于15MPa、优选小于13MPa、更优选小于11MPa。如果复合弹性模量E*a小于5MPa，由于在行驶过程中折回部的端部11e的运动增加，难以实现其目的。如果复合弹性模量E*a大于15MPa，由于胎圈三角胶芯14变硬，当主体部分6a在行驶过程中变形而轴向向外倾斜时，胎圈三角胶芯14往往会旋转胎圈芯5，这与本发明的目的相反。
在本实施方式中，为了防止折回部11的回弹，在折回部11的径向外侧设置一辅助帘线层8。
该辅助帘线层8通过绕折回部11螺旋卷绕单个帘线8w至少一周，优选2到8周，而形成。该辅助帘线8在单根帘线形式下或卷绕集合体形式下涂覆有顶层橡胶tg。帘线8w的强度优选在2000到4000N范围内，更优选在2500到3500N范围内。钢帘线(考虑单根帘线)或有机帘线(考虑单丝)可用作该帘线8w。在本实施方式中，使用覆盖有顶层橡胶tg的钢线作为帘线8w。
在折回部11的径向外侧还设置有胎圈填充物15。
该胎圈填充物15沿胎体帘布层的主体外部6a的轴向外侧延伸，同时向其径向外端渐缩。在本实施方式中，胎圈填充物15包括一个径向内部加强件15a，其复合弹性模量E*b为20到70MPa；和一个径向外部缓冲件15b，其复合弹性模量E*c小于E*b。优选地，缓冲件15b的复合弹性模量E*c在不小于3MPa、优选大于3.5MPa、但不大于7MPa、优选小于5MPa的范围内。上述加强件15a的复合弹性模量E*b优选设置在不小于25MPa、优选大于30MPa、但不大于65MPa、更优选小于60MPa的范围内。
胎圈填充物15(加强件15a)穿过上述间隙U2与胎圈三角胶芯14接触并结合。因此，折回部11固定于加强件15a和胎圈三角胶芯14之间。
加强件15a沿胎体帘布层的主体部分6a径向向外延伸，且径向最外端置于主体部分6a的轴向外表面上。从此径向最外端，加强件15a的轴向外表面径向向内呈凹曲状延伸至胎圈填充物15的轴向外表面上的一个位置，该位置位于径向高度大致与折回部11的端部11e相同处。缓冲件15b的轴向外表面从此位置径向向外延伸至径向外端，并且该缓冲件15b的轴向内表面在该径向外端和径向内端之间延伸，抵接主体部分6a和加强件15a的轴向外表面上。因此，缓冲件15b具有流线型截面形状。这样，加强件15a可以旁通使主体部分6a轴向向外倾斜的力，并由此防止胎圈芯5旋转。
在本实施方式中，胎圈部分4还设有钢帘线制成的钢帘线层9，其中钢帘线相对轮胎周向成10到40度的一个角度倾斜。
钢帘线层9成U形沿胎体帘布层6A从胎体帘布层的主体部分6a的轴向内侧延伸到卷起部分6b的轴向外侧。从而，钢帘线层9具有一个沿基部10的基础部分9b、一个轴向内部部分9a以及一个轴向外部部分9c。该内部部分9a沿胎体帘布层的主体部分6a径向向外延伸，并且该外部部分9c沿胎圈填充物15的轴向外侧径向向外延伸，从胎体帘布层分离。部分9a和9c延伸进入下部侧壁部分，超出轮辋J的突缘的径向外端。因此，钢帘线层9能分散通过轮辋从车辆的刹车装置传来的热量以及胎圈部分自身产生的热量。从而，钢帘线层9起到了隔热器和热保护器的功能。而且，由于加强件15a延伸于轴向内部部分9a和外部部分9c之间以封闭U形开口，卷起部分6b绕胎圈芯部分压紧，其抗拉性进一步得到改善。
如果加强件15a的复合弹性模量E*b小于20MPa，用以固定折回部11的力往往会变得不够大。如果复合弹性模量E*b大于60MPa，在钢帘线层9的外部部分9c的径向外边缘E2处的应力集中增加且趋于发生分离破坏。
如果缓冲件的复合弹性模量E*c小于3MPa，则在加强件15a之间的交接面处易于发生分离破坏。如果复合弹性模量E*c大于7MPa，则在缓冲件15b的径向外边缘处易于发生弯曲应力集中，并且易于由此点开始损坏。
如图4和图5所示，每个胎圈部分4在胎圈芯5之下都设置有锚固橡胶13。
当轮胎安装与轮辋J上时，锚固橡胶13通过胎圈芯向胎圈底部4b相对施压并且将胎体帘线压向由轮辋J的胎圈座Js牢固地支撑的胎圈底部4b，并由此将胎体帘线6C紧紧地箍缩于锚固橡胶13和胎圈座Js之间。
为此目的，锚固橡胶13的复合弹性模量必须不小于20MPa、优选大于25MPa、更优选大于28MPa、进一步优选大于30MPa、但不大于80MPa、优选小于70MPa、更优选小于65MPa、进一步优选小于60MPa。如果该复合弹性模量小于20MPa，橡胶过软且难以固定帘线。如果大于80MPa，则橡胶可塑性下降。
而且，从胎圈底部4b到相邻的胎体帘线6C的最小距离tmin设置在小于2.0mm、优选小于1.5mm、但大于0.3mm的范围内。在此最小距离位置，胎体帘线顶层橡胶厚度非常小，例如约0.1到0.5mm，且其余的胎圈橡胶的复合弹性模量为8到20MPa且胎圈橡胶最小厚度设置在大约0.2mm到2.0mm的范围内。如果最小厚度大于2.0mm，则难以牢固地箍缩胎体帘线。
图4示出锚固橡胶13为单层的示例。
图5示出锚固橡胶13为双层的示例。在本示例中，锚固橡胶由径向外层13a和径向内层13b构成。径向内层13b的复合弹性模量小于径向外层13a的复合弹性模量。内层13b设置为与顶层橡胶tg相接触并将外层13a与胎体帘线6C的顶层橡胶tg基本隔开(在此例中完全隔开)。为了减少径向内层13b和外层13a之间的交接面处的应力，其间的复合弹性模量差值设置在5到10MPa范围内。
为了达到该目的，锚固橡胶13必须设置在形成于胎圈芯5和弯曲的胎体帘布层卷起部分6b的基部10之间的空间中。并且要求锚固橡胶13填满该空间。确切的说，在本实施方式中，由于胎圈芯5包括包绕材料12且胎体帘布层包括顶层橡胶tg，该空间实际形成在包绕材料12和胎体顶层橡胶tg之间。
对于位于胎圈芯5的径向内面SL(除去包绕材料12)和胎体帘布层卷起部分6b的弯曲的基部10(除去顶层橡胶tg)(如图3所示)之间的区域来说，至少存在锚固橡胶13、包绕材料12和顶层橡胶tg。如果锚固橡胶13相对总体的体积或截面面积的百分比过小，则难以或不可能固定胎体帘线。但是，如果该百分比过大，易于发生胎圈离座。此外，有可能发生锚固橡胶13后推顶层橡胶tg进而直接接触钢帘线的情况。而且，如果百分比改变，基部10的曲率和尺寸都会改变。
因此，优选地，就轮胎子午线截面中的体积或截面面积来说，锚固橡胶13所占比例设置在不大于95％、更优选小于90％、但不小于20％、更优选大于30％、进一步优选大于40％的一个范围内。
比较测试
制造尺寸为11R22.5(轮辋尺寸7.50×22.5)的重载子午线轮胎，且进行下述重新安装测试以及胎圈耐久性测试。
测试轮胎除了胎圈结构外具有图1所示的相同的轮胎结构。但是，所有的胎圈结构都包括具有包绕材料12的胎圈芯5和钢帘线层9(内部部分和外部部分的径向高度为27mm)。其参数在表1中给出。
重新安装测试(充气测试)：
将安装在轮辋上并充气至700KPa的测试轮胎保持在80摄氏度的温度下72个小时并移去轮辋。然后，熟练工人再次安装该轮胎至该轮辋上并充气以使胎圈部分座于适当位置处，且该熟练工人检验轮胎是否易于充气(换句话说，是否空气泄漏较少)。而且，将该重新安装的轮胎充气至700KPa并使用X射线CT扫描仪测量胎圈趾之间的轴向距离。轴向距离越大，胎圈和轮辋之间的接合力越大。
测试结果通过指数示于表1中，其中以参照1的指数为100为基础。
冷胎圈耐久性测试：
使用轮胎鼓型测试机，该测试轮胎在下述加速测试条件连续行驶直至胎圈有损坏发生，并测量其总的行驶距离。
轮胎载荷：27.25kN的常规载荷的300％
轮胎压力：700KPa
行驶速度：20km/hr
热胎圈耐久性测试：
将轮辋加热至130摄氏度，然后进行与上述相同的测试。
测试结果通过指数示于表1中，其中以参照1的指数为100为基础。值越大，耐久性越好。
Claims (8)
1.一种重载轮胎，包括：
一胎面部分；
一对胎侧部分；
一对胎圈部分，每个胎圈部分中具有一个胎圈芯；
一钢帘线的胎体帘布层，所述胎体帘布层延伸于所述胎圈部分之间，且该胎体帘布层的边缘部绕所述胎圈芯从轮胎轴向内侧向外侧卷绕，从而形成一对卷起部分和一个位于该卷起部分之间的主体部分，其特征在于：
所述绕每个胎圈芯的卷起部分包括一个轴向向内延伸、位于胎圈芯上方的折回部，以及一个位于胎圈芯下方的基部；
所述基部凹曲以形成一个介于所述基部和胎圈芯之间的空间；且
一锚固橡胶设置在所述空间中，在温度为70摄氏度、频率为10赫兹的情况下该锚固橡胶的复合弹性模量为20到80兆帕。
2.如权利要求1所述的重载轮胎，其特征在于：
所述锚固橡胶的复合弹性模量大于25兆帕且小于70兆帕。
3.如权利要求1所述的重载轮胎，其特征在于：
所述胎体帘布层的钢帘线涂敷有顶层橡胶，该顶层橡胶的复合弹性模量小于所述锚固橡胶的复合弹性模量。
4.如权利要求1所述的重载充气轮胎，其特征在于：
所述锚固橡胶具有向所述卷起部分的基部凹曲的截面形状。
5.如权利要求1所述的重载充气轮胎，其特征在于：
所述锚固橡胶分成不同的复合弹性模量层，其中具有较低复合弹性模量的层介于具有较高复合弹性模量的层和卷起部分的基部之间。
6.如权利要求5所述的重载轮胎，其特征在于：
所述具有较高复合弹性模量的层具有向所述卷起部分的基部凹曲的截面形状。
7.如权利要求1所述的重载轮胎，其特征在于：
所述折回部在所述主体部分之前终止，在所述折回部的端部和所述主体部分之间留有一间隙，且所述端部定位于距离所述胎圈芯的径向外侧3.0到8.0毫米处。
8.如权利要求1所述的重载轮胎，其特征在于：
所述胎圈芯的截面形状在平行于所述胎圈底部的方向拉长而具有0.43到0.58的纵横比。
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