JP4975434B2 - 大型車両 - Google Patents

Description

本発明は、直径が３．５ｍよりも大きく、軸方向幅が３７インチ（９３．９８ｃｍ）よりも大きいラジアル構造のタイヤを備えた重量がメートル法で５００トンよりも重い例えば輸送車両又は「土木」車両のような大型車両（重車両）に関する。
一般に重量物又は重い荷重を支持するために設計されたかかる車両は、２本の操舵輪（ホイール）を備えたフロント操舵アクスルと、各側に１対ずつ分布して設けられている４本の駆動輪（ホイール）を備えたリヤアクスルとを有し、リヤアクスルは、大抵の場合、剛性である。

アクスルは、車両の固定構造体を地面に連結できるようにする要素の組立体又は集成体として定義される。
タイヤの軸方向又は横断方向は、タイヤの回転軸線に平行である。
タイヤの円周方向又は長手方向は、タイヤの周囲に相当し、タイヤの転がり方向により定められる方向である。
タイヤの回転軸線は、タイヤが通常の使用の際に回転する中心となる軸線である。

積荷（荷重）を輸送する車両、特に鉱山又は砕石場で用いられるようになった車両の場合、接近及び生産の需要の問題により、これら車両の製造業者は、車両の最大積載量を増大させようとしている。その結果、車両は、ますます大型になり、かくしてそれ自体重くなり、一層重い積荷を輸送することができる。これら車両の現行の車重は、メートル法で数百トンに達する場合があり、同じことは、輸送される積荷（荷重）にもいえ、重量の合計は、メートル法で６００トンに達する場合がある。

車両の最大積載量は、タイヤの耐荷力に直接関連しているので、最大積載量を増大するためには、タイヤ中に入れられる空気の量を増大させることが必要であることが知られている。
現在、上述したように、この種の車両、例えば鉱山に用いられるダンプ車は、これら需要に応えるよう１対ずつ配置された４本のホイールが取り付けられているリヤアクスルを有している。

さらに、これらホイールの寸法形状及びその結果としてのタイヤの寸法形状並びに特に下方ゾーンの剛性に鑑みて、リムへのタイヤの取付けを可能にするためにはホイールを幾つかの部品の状態で製造することが必要である。交換又は保守の場合にこのようなタイヤの脱着に必要な作業は、長く且つ厄介である。これら作業中に取り扱う必要のあるクランプ部品の数は、２００を超える場合があり、クランプトルクの非常に高いレベルは、これと関連している。これら作業に要する時間はその結果として長く、したがって鉱山の開発の際の努力目標である生産性にとって好ましくない。

現在の需要は、これら車両の最大積載量の絶えざる増加に向く傾向があるので、上記において列記した種々のパラメータの結果として、タイヤの幅が広くなり、それによりタイヤの中の空気の量が増大している。タイヤの直径は、約４ｍの場合、今や、特にこれらタイヤの輸送上の理由でかかる直径をこれ以上増大させることは事実上不可能であるようになっている。事実、これらタイヤの寸法形状は、その輸送条件、特に道路の幅及び橋の桁下空間によって制限される。同様に、特に駆動力伝動システム及び制動システムの位置設定を可能にするリム直径を減少させることは、事実上不可能である。

これらの研究中、本発明者は、これら「広幅」タイヤにより輸送荷重の増大が効果的に可能になるが、種々の欠点が生じることを立証するのに成功した。事実、試験の示すところによれば、これらタイヤの耐摩耗性は、現行のタイヤの耐摩耗性と比べて減少した。この結果、タイヤの時期尚早な摩耗が生じ、かくして車両の効率が低下すると共に生産性が減少する。

さらに、国際公開第ＷＯ００／７１３６５号パンフレットは、タイヤの取付けを単純化することができる方法を記載しており、タイヤは、リムとして役立つハブに直接取り付けられる。この場合、独立のリングが、リム受座（シート）として役立ち、係止リングにより定位置に保持され、かかる係止リングは、特にプロフィールが相補している結果としてハブにしっかりと連結される。

かくして、本発明者は、摩耗の観点からのタイヤの性質が現行のタイヤの性質に対して見劣りしないままの状態で特に鉱山で用いられる積載車両の最大積載量の一層の増加を期待しているユーザからの新たな需要に応える仕事に取り組んだ。

この目的は、本発明によれば、直径が３．５ｍよりも大きく、軸方向幅が３７インチ（９３．９８ｃｍ）よりも大きいラジアル構造のタイヤを備えた重量がメートル法で５００トンよりも重い例えば輸送車両又は「土木」車両のような大型車両であって、少なくとも２本のタイヤを備えたフロント操舵アクスル及び原動力の少なくとも一部を伝達する少なくとも２本のタイヤを備えた少なくとも１つのリヤアクスルを有する車両において、車両は、少なくとも２本のタイヤを備えた第３の中間アクスルを有し、中間アクスルは操舵アクスルであり、中間アクスルは持ち上げ可能であり、持ち上げ位置において、アクスルのタイヤは、地面に接触していないことを特徴とする車両によって達成される。

本発明の中間アクスルは、車両がカーブしたコースを辿ることができるようにする操舵アクスルであり、したがって車両を方向転換しようとしたときでも車両が直線コース上を引き続き走行しているように見えるという恐れが減少する。

「操舵」という用語は、本発明の目的上、制御される中間操舵アクスル又はタイヤの自動調心に対応した中間操舵アクスルに対応するものと理解されなければならない。

有利には、中間操舵アクスルを制御する場合、本発明によれば、中間アクスルのタイヤのロックは、フロントアクスルのタイヤのロックよりも小さい。

中間操舵アクスルがタイヤの自動調心に対応している場合、これは例えば、トレーリングアーム式のものであり、即ち、タイヤの前に回転軸線を有する。この形態によれば、本発明により更に有利には、特に逆進（バック）のためにタイヤの自由調心をロックすることができる。

本発明の中間アクスルのタイヤは特に、耐荷力に加担できる。

本発明によれば、中間アクスルを持ち上げることができ、即ち、地面に対するその位置を少なくとも２つの位置相互間で変化させることができ、これら２つの位置のうち１つにより、タイヤは地面と接触することができ、したがって耐荷力に寄与することができる。他方の位置、即ち上方位置により、タイヤを地面から或る距離置いたところに保つことができる。この後者の位置により、例えば、車両が空の場合、即ち、車両が積荷を運んでいないとき、したがって他方のアクスルのタイヤが車両荷重を支持するのに十分である場合、タイヤの摩耗を防止することができる。

本発明によれば、乾いた地面上においては、更に車両が空の場合、中間アクスルは有利には、この中間アクスルのタイヤと地面との間の接触を防止し、したがってかかるタイヤの摩耗を減少させるよう持ち上げられる。

軟らかい地面上では且つ（或いは）車両が荷積みされている場合、車両は有利には、特に、車両の操作性を向上させるよう３つのアクスルのタイヤが地面と接触した状態で動作する。さらに、中間アクスルのタイヤが設けられているので、積荷を多くのタイヤ全体にわたって分布させることができ、かくして、特に過荷重の問題を無くすことによりタイヤの摩耗が減少する。

かかる車両の実施形態により、現況に対して品質が低下することはない満足のいく摩耗特性を保持しながらこの種の車両の最大積載量を増大させることができる。本発明者は特に、最大積載量の増大を達成するようタイヤの幅を広くした結果として、特に、これらタイヤがアクスルの両側に１対ずつ配置されている場合、特に車両の辿るカーブした軌道の存在に起因して摩耗の増大が生じるということを立証した。

本発明の好ましい実施形態によれば、車両は荷重（積荷）を支持し、この荷重を地面上で運搬するようになっているので、有利には、中間アクスルの長手方向位置は、荷重及び（又は）地勢の勾配の関数であるようになる。

換言すると、例えば、或る一種類の鉱物を運搬するよう鉱山内の走路上を走行するよう設計されたダンプ車タイプの車両の場合、例えば、運搬される平均の荷重及び取られる軌道の平均勾配により、タイヤの摩耗を可能な限り最高度に減少させ、車両の操作性を向上させるのに最適な長手方向位置を定めることができる。

事実、この種の車両が大きな荷重又は積荷を運んだ状態で勾配を下らなければならない場合、積荷は、車両のフロントの方へ移る。すると、フロントアクスルのタイヤは、より大きな荷重を受ける。本発明によれば、中間アクスルが設けられていることにより、この荷重をより多くのタイヤにわたり良好に分布することができる。さらに、本発明のこの有利な実施形態によれば、中間アクスルの長手方向位置を荷重及び（又は）地勢の勾配の関数として定めて操舵アクスルの種々のタイヤにわたる荷重の考えられる最もバランスのよい分布を達成することができる。

この種の車両は使用場所で従来通り組み立てられるので、車両の設計者は、第１の変形実施形態によれば、上述の中間アクスルを固定するための考えられる幾つかの長手方向位置を提供すると共に中間アクスルと関連した操舵及び持ち上げシステムの考えられる改造を提供することができる。かくして、車両組立体の第１の段階中、中間アクスルの位置を選択し、上記において列記した種々のパラメータの関数として固定する。

本発明の車両の第２の変形実施形態によれば、車両の設計者は有利には、運搬荷重及び車両が遭遇する勾配の関数として変化させたり調節することができる長手方向位置に中間アクスルを提供する。すると、設計者は、中間アクスルと関連した操舵システムと持ち上げシステムの同時改造を行なうことができる。

また有利には，本発明のこの第２の変形実施形態では、中間アクスルの長手方向位置は特に操舵アクスルのタイヤの各々に挿入された種々のセンサに接続されている計算器によりサーボ駆動されると共に制御され、これらセンサは、任意所与の時点でタイヤの動作位置を定め、かくしてタイヤが受ける荷重を特定することができる。
かかる車両の設計において考慮に入れなければならないもう１つのパラメータは、その嵩及び特にその幅である。事実、この種の車両は、例えば、山腹又は山の斜面に形成された走路を辿らなければならない鉱山に用いられることが意図されており、これら走路の幅は、大抵の場合、軌道が最適サイズに切削されているので制限され、かかる切削手順ではそれ自体、結果的に土及び岩の輸送が必要となる。明らかなこととして、本発明の車両の実施形態は、所与の荷重の場合、全体的に有利である。というのは、車両の幅を減少させることが可能だからである。事実、本発明によれば、アクスルは各々例えば、各側に単一のタイヤを備えることができる。

本発明の一変形実施形態によれば、少なくとも１つのアクスルは、このアクスルの両側に１対ずつ配置された４本のタイヤを備える。かかる実施形態によれば、所与の荷重の場合、タイヤの幅を２つのアクスルを有する標準型車両のタイヤの幅に対して減少させることができる。したがって、この場合も又、車両の幅を減少させることができる。

また有利には、リヤアクスルは、少なくとも４本のタイヤを備え、かかる４本のタイヤのうち２本は、原動力を伝達する。この実施形態によれば、２本のタイヤ及び好ましくはリヤアクセルの２本の軸方向外側のタイヤは、有利には、原動力を伝達せず、これらの唯一の本質的な機能として、荷重の一部を支持する機能を有する。かかる実施形態により、特に車両が湾曲部のコースを辿るときに生じる長手方向応力を減少させることができる。事実、対をなした又はツインタイヤを有する車両が湾曲部のコースを辿るとき、軸方向最も外側寄りに位置するタイヤは、もし湾曲部の外側に位置決めされている場合、辿る距離が長く、湾曲部の内側に位置決めされている場合、辿る距離が短い。

同じように、中間アクスルは有利には、４本のタイヤを備え、これら４本のタイヤのうち２本は原動力を伝達する。この実施形態によれば、少なくとも２本のタイヤ及び好ましくは上述の中間アクスルの２本の軸方向外方向のタイヤは有利には、原動力を伝達せず、これらの唯一の本質的な機能として荷重の一部を支持する機能を有する。

特にこれら後者の変形実施形態によれば、本発明は又、有利には原動力の一部を伝達するフロントアクスルのタイヤを提供する。

変形実施形態では、本発明は又、４本のタイヤを備えたフロントアクスルを提供し、このフロントアクスルの少なくとも２本のタイヤは、上述したように原動力の一部を伝達する。好ましくは、２本の軸方向内側のタイヤは好ましくは、原動力を伝達するタイヤである。

本発明の別の変形実施形態では、車両が直線状ではない軌道を辿っているときにのみ、又は好ましくは曲率半径が所定の値よりも小さい湾曲部を車両が辿っているとき、少なくとも２本のタイヤ、好ましくは軸方向外側寄りのリヤアクスルのタイヤは、原動力を伝達しない。かかる実施形態は、タイヤと原動力を伝達する部材との間に設けられた連結解除装置によって達成できる。かかる装置は、当業者に知られている任意の手段により車両の操舵部材によって制御できる。

同じように、本発明は有利には、車両が直線状ではない軌道を辿っているときにのみ、又は好ましくは曲率半径が所定の値よりも小さい湾曲部を車両が辿っているときにのみ効果を示すようフロントアクスルの少なくとも２本のタイヤが、原動力の一部を伝達する変形例を提供する。
本発明は又、各タイヤが例えばタイヤと関連したホイール内に組み込まれ又は以下に再び説明する国際公開第ＷＯ００／７１３６５号パンフレットに記載された方法の実施形態の場合にタイヤの付近でアクスルハブに組み込まれた電気モータと関連した例えば上述したような車両を提供する。

これら種々の考えられる実施形態によれば、電気モータをタイヤと関連して用いることにより、タイヤ及び辿る軌道の関数として原動力を可変的に分布させることができる。
同じように、本発明では又、原動力を伝達するタイヤのうち何本かだけが、電気モータにより制御され、これらタイヤは、例えば、フロントアクスルのタイヤであるのがよく、リヤアクスルのタイヤは、従来型のモータ付き及び伝動方式を保持する。

原動力が電気モータにのみ起因して得られる場合、本発明では又、タイヤのうち或る特定のものだけが、かかる電気モータと関連し、他のタイヤは、これらの本質的機能として耐荷力だけを有する。

本発明は又有利には、上述したような車両とアクスルへのホイールレス（wheel-less）取付け方式を組み合わせることを提案し、タイヤは、この目的でタイヤビード受座を形成する第１の取付けリング及びこの第１のリング、かくしてタイヤの位置設定を保証する第２の係止リングの介在により設けられたアクスルに定位置で取り付けられる。この種の取付けは、上述の国際公開第ＷＯ００／７１３６５号パンフレットに既に記載されている。この実施形態によれば、本発明では、係止リングを受け入れる凹部をアクスルに設けることが必要であり、これらリングのうちの２つの位置決めが、タイヤごとに必要である。かかるタイヤの取付けモードにより、本発明の車両の効率をより一層向上させることができ、それにより、タイヤの摩耗を遅くすることに加えて、タイヤ交換の場合に、作業をより迅速に実施することができる。

本発明の実施形態がどのようなものであれ、タイヤが全て、制動装置と個々に関連したままであり、それにより最適条件下においてこの種の車両を減速し又は停止させることができるので有利であることに変わりはない。

本発明の他の有利な細部及び特徴は、図１〜図３を参照して行なわれる本発明の実施形態の例の説明から以下において明らかになろう。

図の理解を単純にするために図は同一縮尺ではない。図は、車両の長手方向中間平面を表す軸線ＸＸ′に関して対称に延びる車両の半部だけを示している。

図１は、本発明に従って具体化され、３つのアクスル５，６，７に分布して設けられた６本のタイヤを有する車両半部１の略図であり、これらタイヤのうち２本は、フロントアクスル５に取り付けられた操舵タイヤである。図１は、車両の半分だけを示しているので、３本のタイヤ２，３，４だけが示されている。

この図１に概略的に示された車両１は、積載状態における全重量がメートル法で７２０トンオーダの大型車両である。
車両に装着されているタイヤは、アスペクト比Ｈ／Ｓが０．７０に等しい大型タイヤであり、Ｈは、リムに取り付けられたタイヤの高さであり、Ｓは、タイヤがその稼働中のリムに取り付けられ、その推奨圧力までインフレートされたときのタイヤの最大軸方向幅である。このタイヤの寸法は、５９／７０Ｒ６９である。

これらのタイヤは、半径方向に差し向けられ、各タイヤビード内に繋留されたスチールから成る非伸長性金属ケーブルで構成されたラジアルカーカス補強材を有する。

タイヤは、国際公開第ＷＯ００／７１３６５号パンフレットに記載された方法を用いて取り付けられる。この方法によれば、車両の各アクスルは、タイヤビードを受け入れる受座（シート）を形成する表面を備えたリングの介在によりタイヤを受け入れるよう設計されている。これらリングの表面は有利には、形状が切頭円錐形である。受入れリングはそれ自体、係止リングの介在によりアクスルのハブに係止され、係止リングの表面の一部は、ハブに設けられていて、これら係止リングが挿入された凹部と形状が相補している。
中間アクスル６は、車両が荷重又は積荷を運んでいない場合にはタイヤ３を持ち上げることができ、このタイヤ３の使用が必要でない場合にはタイヤ３の摩耗を生じさせないよう持ち上げ可能に設計されている。

タイヤ３の唯一の本質的機能は、荷重を支持することであり、即ち、これは、原動力の伝達には加担しない。かかる実施形態は、タイヤをフリーホィーリング型のシステムに固定したものから成り、それによりこのタイヤ３の自由回転が可能である。本発明は、この種の実施形態に限定されるものと理解されてはならず、他の実施形態によれば、タイヤ３は、もしこれが地面と接触している場合には原動力の一部を伝達することができる。
このように具体化された車両は、現行の車両よりも大きな最大積載量を可能にし、これはメートル法で１０００トンオーダである。同一形式の車両の設計、即ち、同じ最大積載量が得られるよう意図されていて、１対ずつの配置状態の４本のタイヤを備えた車両の設計の結果として、同一のタイヤが用いられることになる。

この種の車両は存在していないので、試験を実施することは不可能であったが、計算及びシミュレーションにより、当業者がかかる車両により運搬可能な荷重、その寸法形状並びにタイヤに課される応力及びその結果としてのタイヤが耐える摩耗及び疲労の見積りについての情報を得ることができる単純な方法が提供される。

全サイズについての計算が、上述の２種類の車両に基づいて行なわれたが、得た結果の示すところによれば、本発明の車両の軸方向幅は、アクスルの方向に測定して８ｍであった。１対ずつ配置された４本のタイヤを有する車両のリヤアクスルについて同じ仕方で測定した軸方向幅は、９．５ｍである。これら２種類の車両相互間のサイズのこの差により、現行の車両の最大積載量よりも大きな荷重を運搬しながら鉱山内の既存の走路に沿って走行する本発明の車両を計画することが可能である。

さらに、本発明の車両に取り付けられたタイヤの有効寿命及び従来型車両のリヤアクスルに１対ずつ取り付けられたタイヤの有効寿命を示すためのシミュレーションを行なった。本発明に従って得た結果は、特に曲がりくねったコースについて摩耗の面で良好である。

本発明では、フロントアクスル５に取り付けられたタイヤ２も又、これまた原動力の伝達に加担することができる。さらに、タイヤ２が原動力の一部を伝達するということにより、カーブした軌道に関して車両の取扱い性が向上する場合がある。事実、フロントアクスル５のタイヤにより部分的に伝達される原動力は、これらのタイヤを方向転換させたとき、特に車両が積載状態にあるとき、軌道の追従を容易にすることができる。事実、或る特定の積載及び走行条件下においては、カーブした軌道に関するかかる車両の取扱いは、非常に困難であり又は事実上不可能である。というのは、かかる車両は、フロントアクスルのタイヤにより課される方向転換に応答しないからである。これら条件の結果として、更に、フロントアクスルのタイヤの割れ及び破壊が生じる場合がある。

図２は、種々のアクスル５′，６，７′に取り付けられていて、それぞれタイヤ２′，３′，４′と対をなす補助タイヤ８′，９′，１０′が設けられていることにより上述の実施形態とは異なる本発明の別の実施形態としての車両１′を示している。これらタイヤの追加により、荷重をより多くのタイヤに分布させることができる。かかる実施形態により、例えば、最大積載量をより一層増大させることができ、又は変形例として、特に所与の荷重の場合において従来型車両の幅よりも小さな車両幅を有する後者の場合、タイヤの寸法を減少させることができる。本発明のかかる形態により、特に、メートル法で１０００トン以上の最大積載量が得られる。
車両１′のかかる実施形態では、タイヤ８′，９′，１０′は、荷重の一部を支持する機能しか備えなくてもよい。他の実施形態によれば、タイヤ８′，９′，１０′又はこれらのうち或る特定のものは、上述したように永続的に又は一時的に、或いは変形例として、例えば電気モータを用いることにより可変的に原動力の伝達に加担することができる。

本発明は又、車両がアクスルのうちの一方のみのアクスルの側又はアクスルのうちの２つの側に１対ずつ配置されたタイヤを有する図示していない実施形態の例を提供する。

図３は、リヤアクスル７″に取り付けられ、タイヤ４″，１０″と関連した補助タイヤ１１″が設けられている点において上述の実施形態とは異なる本発明の車両１″の最後の実施形態を示している。これらタイヤの追加により、荷重をより多くのタイヤに分布させることができる。かかる実施形態により、例えば、最大積載量をより一層増大させることができ、又は変形例として、特に所与の荷重の場合において従来型車両の幅よりも小さな車両幅を有する後者の場合、タイヤの寸法を減少させることができる。本発明のかかる形態により、特に、メートル法で１４００トン以上の最大積載量が得られる。

車両１″のかかる実施形態では、タイヤ８″，９″，１０″，１１″は、例えば荷重の一部を支持する機能しか備えなくてもよい。他の実施形態によれば、タイヤ８″，９″，１０″，１１″又はこれらのうち或る特定のものは、上述したように永続的に又は一時的に、或いは変形例として、例えば電気モータを用いることにより可変的に原動力の伝達に加担することができる。

本発明の車両の上から見た略図である。 本発明の第２の実施形態の車両の上から見た略図である。 本発明の第３の実施形態の車両の上から見た略図である。

Claims (10)

1. 直径が３．５ｍよりも大きく、軸方向幅が３７インチ（９３．９８ｃｍ）よりも大きいラジアル構造のタイヤを備えた重量がメートル法で５００トンよりも重い例えば輸送車両又は「土木」車両のような大型車両であって、少なくとも２本のタイヤを備えたフロント操舵アクスル及び原動力の少なくとも一部を伝達する少なくとも２本のタイヤを備えた少なくとも１つのリヤアクスルを有する車両において、前記車両は、少なくとも２本のタイヤを備えた第３の中間アクスルを有し、前記中間アクスルは操舵アクスルであり、前記中間アクスルは持ち上げ可能であり、持ち上げ位置において、前記中間アクスルの前記タイヤは、地面に接触しておらず、前記中間アクスルが持ち上げ位置にないときには、前記中間アクスルの前記タイヤが荷重を支持し、荷重を地面上で運搬するようになっていて、前記中間アクスルの長手方向位置は、前記荷重及び（又は）地勢の勾配の関数であることを特徴とする車両。
2. 少なくとも１つのアクスルが、４本のタイヤを備えている、請求項１記載の車両。
3. 前記リヤアクスルは、原動力を伝達する少なくとも４本のタイヤを備えている、請求項１又は請求項２に記載の車両。
4. 前記リヤアクスルは、少なくとも４本のタイヤを備え、２本の前記タイヤが、前記原動力の少なくとも一部を伝達する、請求項１又は請求項２に記載の車両。
5. 前記フロントアクスルは、前記原動力の一部を伝達する少なくとも２本のタイヤを備えている、請求項１〜４のうちいずれか一に記載の車両。
6. 前記フロントアクスルは、４本のタイヤを備え、２本のタイヤが前記原動力の少なくとも一部を伝達する、請求項１〜５のうちいずれか一に記載の車両。
7. 前記中間アクスルは、前記原動力の一部を伝達する少なくとも２本のタイヤを備えている、請求項１〜６のうちいずれか一に記載の車両。
8. 前記中間アクスルは、４本のタイヤを備え、２本の前記タイヤが、前記原動力の少なくとも一部を伝達する、請求項１〜７のうちいずれか一に記載の車両。
9. 前記原動力を伝達する前記タイヤのうち少なくとも何本かは、電気モータにより制御される、請求項１〜８のうちいずれか一に記載の車両。
10. 前記タイヤのうち少なくとも何本かは、前記タイヤのビード受座を形成する第１の取付けリング及び前記第１のリングを位置決めするようにする第２の係止リングの仲介によりハブに取り付けられ、前記係止リングは、特にハブに設けられた凹部とプロフィールが相補していることの結果としてハブにしっかりと連結されている、請求項１〜９のうちいずれか一に記載の車両。

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