WO2019202240A1 - Armature de protection de pneumatique pour vehicule lourd de type genie civil - Google Patents

Armature de protection de pneumatique pour vehicule lourd de type genie civil Download PDF

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Cédric KHAYAT
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Definitions

  • the present invention relates to a radial tire intended to equip a heavy vehicle type civil engineering, and more particularly relates to the crown reinforcement of such a tire, and even more particularly its protective armature.
  • a radial tire for heavy vehicle type civil engineering within the meaning of the standard of the European Tire and Rim Technical Organization or ETRTO, is intended to be mounted on a rim whose diameter is at least equal to 25 inches.
  • ETRTO European Tire and Rim Technical Organization
  • the invention is described for a radial tire of large size, intended to be mounted on a dumper, vehicle for transporting materials extracted from quarries or surface mines, via a rim with a diameter of at least 49 inches and up to 57 inches or 63 inches.
  • a tire having a geometry of revolution with respect to an axis of rotation the geometry of the tire is generally described in a meridian plane containing the axis of rotation of the tire.
  • the radial, axial and circumferential directions respectively designate the directions perpendicular to the axis of rotation of the tire, parallel to the axis of rotation of the tire and perpendicular to the meridian plane.
  • the circumferential direction is tangent to the circumference of the tire.
  • radially inner means “closer”, respectively “further from the axis of rotation of the tire”.
  • axially inner means “closer” or “furthest from the equatorial plane of the tire” respectively, the equatorial plane of the tire being the plane passing through the middle of the running surface and perpendicular to the axis of rotation.
  • a tire comprises a tread intended to come into contact with a ground via a rolling surface, the two axial ends of which are connected by means of two sidewalls with two beads. providing the mechanical connection between the tire and the rim on which it is intended to be mounted.
  • a radial tire further comprises a reinforcing reinforcement, consisting of a crown reinforcement, radially inner to the tread, and a carcass reinforcement, radially inner to the crown reinforcement.
  • the carcass reinforcement of a radial tire for a heavy vehicle of the civil engineering type usually comprises at least one carcass layer comprising reinforcements generally made of metal, coated with an elastomeric or elastomeric type polymeric material, obtained by mixing and called coating mixture.
  • a carcass layer comprises a main part, connecting the two beads together and generally wrapping, in each bead, from the inside to the outside of the tire around a circumferential reinforcing element, most often a metal called a bead wire, to form a reversal.
  • the metal reinforcements of a carcass layer are substantially parallel to each other and form, with the circumferential direction, an angle of between 85 ° and 95 °.
  • the crown reinforcement of a radial tire for a heavy vehicle of the civil engineering type comprises a superposition of crown layers extending circumferentially, radially outwardly of the carcass reinforcement.
  • Each crown layer consists of generally metallic reinforcements parallel to each other and coated with an elastomeric-type polymeric material or coating mixture.
  • the protective layers constituting the protective armature and radially outermost
  • the working layers constituting the armature and radially between the protective frame and the carcass reinforcement.
  • the protective armature comprising at least one protective layer, essentially protects the working layers from mechanical or physico-chemical aggressions, capable of spreading through the tread radially inwardly of the tire.
  • the protective armor often comprises two radially superimposed protective layers, formed of elastic metal reinforcements, parallel to each other in each layer and crossed from one layer to the next, forming, with the circumferential direction, angles at least equal to 10 °.
  • the reinforcement comprising at least two working layers, has the function of belt the tire and give it rigidity and handling. It takes both mechanical loading of the tire, generated by the inflation pressure of the tire and transmitted by the carcass reinforcement, and mechanical stresses of rolling, generated by the rolling of the tire on a floor and transmitted by the tread . It must also withstand oxidation and shocks and perforations, thanks to its intrinsic design and that of the protective frame.
  • the reinforcement usually comprises two radially superposed working layers, formed of non-extensible metal reinforcements, parallel to one another in each layer and crossed from one layer to the next, forming, with the circumferential direction, angles not more than 60 °, and preferably not less than 15 ° and not more than 45 °.
  • a hooping frame To reduce the mechanical stress of inflation transmitted to the frame of work, it is known to have, radially outside the carcass reinforcement, a hooping frame.
  • the hooping reinforcement whose function is to take up at least part of the mechanical loading of the tire, improves the endurance of the crown reinforcement by stiffening the crown reinforcement.
  • the hooping frame can be positioned radially inside the working frame, between the two working layers of the working frame, or radially outside the working frame.
  • the hooping reinforcement usually comprises two radially superimposed hooping layers, formed of metal reinforcements, parallel to each other in each layer and crossed from one layer to the next, forming, with the circumferential direction, angles at more equal to 10 °.
  • a metal reinforcement is mechanically characterized by a curve representing the tensile force (in N), applied to the metal reinforcement, as a function of its relative elongation (in%), referred to as the force-force curve. elongation. From this force-elongation curve are deduced characteristics Mechanical tensile strength of the metal reinforcement, such as the structural elongation As (in%), the total elongation at break At (in%), the breaking force Fm (maximum load in N) and the breaking strength Rm (in MPa), these characteristics being measured according to ISO 6892 of 1984.
  • the structural elongation As results from the relative positioning of the constituent metal son of the metal reinforcement under a low tensile force.
  • the elastic elongation Ae results from the intrinsic elasticity of the metal of the metal wires, constituting the metal reinforcement, taken individually, the behavior of the metal according to a Hooke law.
  • the plastic elongation Ap results from the plasticity, that is to say the irreversible deformation, beyond the elastic limit, of the metal of these individual metal wires.
  • an extension module expressed in GPa, which represents the slope of the line tangent to the force-elongation curve at this point.
  • GPa the so-called elastic modulus in extension or Young's modulus
  • metal reinforcements there are usually elastic metal reinforcements, such as those used in the protective layers, and non-extensible or inextensible metal reinforcements, such as those used in the working layers.
  • An elastic metal reinforcement is characterized by a structural elongation As at least equal to 1% and a total elongation at break At at least equal to 4%.
  • an elastic metal reinforcement has an elastic modulus in extension at most equal to 150 GPa, and usually between 40 GPa and 150 GPa.
  • a non-extensible metal reinforcement is characterized by a total elongation At, under a tensile force equal to 10% of the breaking force Fm, at most equal to 0.2%.
  • a non-extensible metal reinforcement has an elastic modulus in extension usually between 150 GPa and 200 GPa.
  • the tread of the tire is subjected to repeated shocks, or pounding, generating in particular dynamic shear stresses in the elastomeric mixtures, positioned in the vicinity of the axial ends of the working layers, these shear stresses being likely to cause local cracking and, ultimately, breaking the top.
  • a protective reinforcement and more precisely a most radially inner protective layer with an axial width greater than the axial widths of the working layers, and more generally to the axial widths of all other top layers.
  • Such a protective layer is called the protruding protective layer because it is axially overflowing with respect to the working layers.
  • the most radially inner protective layer having the greatest axial width among all the crown layers, thus mechanically protects the axial end regions of the working layers from hammering by a damping effect.
  • the tread of a tire is also frequently subjected to cuts likely to cross radially inwards to the protective armature, which prevents the propagation of cracks resulting from cuts up to the reinforcement of work: the protective reinforcement thus has a role of shield vis-à-vis the mechanical attacks of the frame of work.
  • the inventors have given themselves the objective, for a radial tire for heavy vehicle type civil engineering, to increase the resistance to hammering of its crown reinforcement, when driving on stones, while maintaining good resistance to attacks of its crown reinforcement, when driving on sharp stones.
  • a tire for a heavy vehicle of the civil engineering type comprising a crown reinforcement, radially inner to a tread and radially external to a carcass reinforcement, the crown reinforcement comprising, radially from the outside towards the inside, a protective reinforcement and a working reinforcement,
  • the protective armature comprising at least one protective layer comprising elastic metal reinforcements having an elastic modulus in extension at most equal to 150 GPa, embedded in an elastomeric material, parallel to each other and forming, with a circumferential direction tangent to the circumference of the tire, an angle at least equal to 10 °,
  • the working armature comprising two working layers respectively comprising non-extensible metal reinforcements having an elastic modulus in extension greater than 150 GPa and at most equal to 200 GPa, embedded in an elastomeric material, parallel to one another, forming, with the circumferential direction, an angle at least equal to 15 ° and at most equal to 45 °, and crossed from one working layer to the next,
  • the protective armature comprising a most radially inner protective layer having an axial width LP1
  • the working armature comprising a most radially inner working layer having an axial width LT1 at most equal to the axial width LP1,
  • the most radially inner protective layer comprising elastic metal reinforcements having a diameter D distributed axially in an axial pitch P,
  • the elastic metal reinforcements of the most radially inner protective layer having an elastic modulus in extension at least equal to 100 GPa and a diameter D at least equal to 3 mm, and being distributed axially in an axial pitch P at least equal to 1.2 times the diameter D.
  • the inventors aimed at increasing the resistance to hammering of the crown reinforcement, propose, in the present invention, a protective reinforcement whose most radially inner protective layer, overflowing with respect to the working layer of the invention.
  • more radially inner of the working frame comprises elastic metal reinforcements with an elastic modulus in extension and diameter sufficiently high, and distributed in a sufficient axial pitch. It has been found that a significant damping effect of the hammering was obtained with a most radially inner protective layer sufficiently flexible but not too much, hence the compromise of reinforcement features previously described.
  • a minimum axial pitch avoids any contact between the reinforcements and the risk of associated corrosion propagation.
  • the elastic metal reinforcements of the most radially inner protective layer have a diameter D at most equal to 6 mm. Beyond this value, the reinforcements become too rigid in bending and no longer provide their damping function, resulting in an increased risk of crack propagation in the elastomeric mixtures present at the axial ends of the working layers.
  • the elastic metal reinforcements of the radially innermost protective layer are distributed axially in an axial pitch P at most equal to 1.5 times the diameter D. Beyond this axial pitch value, the space between reinforcements becomes too high and causes, in particular, excessive relaxation of the axial ends of the most radially inner protective layer, resulting in less effective protection vis-à-vis pounding.
  • the protective layer of elastic metal reinforcements are multilayer cables of structure lxN comprising a single layer of N helically wound strands, each strand comprising an inner layer of M helical wound internal wires and an outer layer of K outer threads wound helically around the inner layer.
  • This type of structure gives the reinforcement an elastic behavior as defined above.
  • a preferred example of a multistrand cable for a protective layer according to the invention has the structure 4 * (3 + 8) .35 or 44.35.
  • the protective layer of metal reinforcements advantageously form, with the circumferential direction, an angle at least equal to 15 ° and at most equal to 35 °. This is a range of values commonly encountered in the design of protective layers.
  • the most radially inner protective layer preferably has an axial width LP1 of at least 1.05 times and at most equal to 1.25 times the axial width LT1 of the most radially inner working layer. Below 1.05 times the axial width LT1, the most radially inner protective layer is not sufficiently protruding with respect to the most radially inner working layer to be able to provide an effective protective role against pounding. . Beyond 1.25 times the axial width LT1, the axial end of the radially innermost protective layer is very close to the axial end of the tread, which increases the risk of cracking between the axial end. of said protective layer and the axial end of the tread.
  • the elastic metal reinforcements of the radially innermost protective layer advantageously form, with the circumferential direction, an angle equal to that formed by the non-extensible metal reinforcements of the most radially inner working layer. These angles are oriented in the same direction relative to the equatorial plane of the tire, and are therefore equal in algebraic value. In other words the reinforcements of said protective layer are parallel to those of said working layer, which reduces the shear and therefore the risk of cracking in the vicinity of the axial end of said working layer.
  • the protective reinforcement comprises two protective layers whose respective metal reinforcements are crossed from one protective layer to the next.
  • a protective frame with two layers crossed relative to each other is a conventional design in the field of tires for heavy vehicles of the civil engineering type.
  • the crown reinforcement also preferably comprises a hooping reinforcement comprising two frettage layers, the respective metal reinforcements, embedded in an elastomeric material, parallel to each other and forming, with the circumferential direction, an angle at most equal to 10. °, are crossed from one hooping layer to the next.
  • the angle fretted layers are usually distinguished, with reinforcements forming angles at least equal to 6 ° and at most equal to 8 °, and the circumferential shrinking layers, with substantially circumferential reinforcements forming angles close to 0 ° and at most equal to 5 °.
  • the hoop layer metal reinforcements may be either elastic or non-extensible.
  • the hooping frame can be positioned radially inside the working frame, between the two working layers of the working frame, or radially outside the working frame.
  • - Figure 1 Meridian section of a pneumatic tire for heavy vehicle type dumper according to the invention.
  • FIG. 1 there is shown a meridian section of a tire 1 for a heavy vehicle type civil engineering dimension 53 / 80R63 comprising a crown reinforcement 3, radially inner to a tread 2 and radially external to a carcass reinforcement 4.
  • the crown reinforcement 3 comprises, radially from the outside towards the inside, a protective reinforcement 5, a working reinforcement 6 and a hooping reinforcement 7.
  • the protective reinforcement 5 comprises two layers protection device (51, 52) comprising elastic metal reinforcements embedded in an elastomeric material, parallel to each other and forming an angle equal to 33 °, with a circumferential direction XX 'tangent to the circumference of the tire, the respective metal reinforcements of each layer protection being crossed from one protective layer to the next.
  • the working reinforcement 6 comprises two working layers (61, 62) whose respective non-extensible metal reinforcements, embedded in an elastomeric material, parallel to each other and forming, with the circumferential direction XX ', angles respectively equal to 33 °, for the most radially inner working layer 61, and 24 °, for the most radially outer working layer 62, are crossed from one working layer to the next.
  • the radially innermost protective layer 51 is axially protruding from the radially innermost working layer 61, i.e. the radially innermost protective layer 51 has an axial width LP1 greater than the axial width LT1 of the most radially inner working layer 61.
  • the axial width LP1 is equal to 1.2 times axial width LT1.
  • the hooping frame 7 comprises two hooping layers (71, 72) whose respective metal reinforcements, embedded in an elastomeric material, parallel to each other and forming, with the circumferential direction XX ', an angle of between 6 ° and 10 ° , are crossed from one frettage layer to the next.
  • FIG. 2 represents a meridian section of a portion of the most radially inner protective layer 51.
  • the protective layer metal reinforcements each have a section of diameter D and are two by two spaced apart from an axial pitch P at least equal to 1.2 times the diameter D, the axial pitch P being the axial distance between the respective centers of the circular sections of two consecutive reinforcements.
  • the reference tire R has a radially innermost protective layer having an axial width LP1 equal to 1120 mm, 120 mm greater than the axial width LT1 of the most radially inner working layer.
  • these reinforcements have an elastic modulus in extension equal to 110 GPa, a diameter D equal to 1.9 mm, and are distributed axially in an axial pitch P equal to 2.5 mm, that is to say equal to 1.32 times the diameter D.
  • the tire according to the invention I has a most radially inner protective layer having an axial width LP1 equal to 1120 mm, 190 mm greater than the axial width LT1 of the most radially inner working layer and therefore equal to at 1.2 times the axial width LT1.
  • these reinforcements have an elastic modulus in extension equal to 130 GPa, thus greater than 100 GPa, a diameter D equal to 3.8 mm, thus greater than 3 mm, and are distributed axially in an axial pitch P equal to 4.9 mm, c that is to say equal to 1.3 times the diameter D, thus greater than 1.2 times the diameter D.
  • the inventors have shown by numerical simulations of the finite element type that the shears in the elastomeric mixtures, positioned between the metal reinforcements of the axial end portions of the most radially inner working layer, as well as in the elastomeric mixtures , positioned radially inside or outside of said axial end portions, were decreased by 15% to 25% for the tire according to the invention I with respect to the reference tire R.
  • the inventors also showed, on experimental tests in customer, that the life of the tire according to the invention I, before removal from the vehicle, was increased by about 12% compared to that of the reference tire R.

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  • Mechanical Engineering (AREA)
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Abstract

La présente invention a pour objet un pneumatique radial (1), pour véhicule lourd de type génie civil, et vise à augmenter la résistance au martèlement de son armature de sommet (3), lors d'un roulage sur des pierres, tout en conservant une bonne résistance aux agressions. Le pneumatique (1) comprenant une armature de protection (5) comprenant au moins une couche de protection (51, 52) comprenant des renforts métalliques élastiques, et une armature de travail (6) comprenant deux couches de travail (61, 62) comprenant des renforts métalliques non extensibles, les renforts métalliques élastiques de la couche de protection la plus radialement intérieure (51) ont un module élastique en extension au moins égal à 100 GPa et un diamètre D au moins égal à 3 mm, et sont répartis axialement selon un pas axial P au moins égal à 1.2 fois le diamètre D.

Description

ARMATURE DE PROTECTION DE PNEUMATIQUE POUR VEHICUEE EOURD DE TYPE GENIE CIVIE
[0001] La présente invention a pour objet un pneumatique radial, destiné à équiper un véhicule lourd de type génie civil, et concerne plus particulièrement l’armature de sommet d’un tel pneumatique, et encore plus particulièrement son armature de protection.
[0002] Typiquement un pneumatique radial pour véhicule lourd de type génie civil, au sens de la norme de la European Tyre and Rim Technical Organisation ou ETRTO, est destiné à être monté sur une jante dont le diamètre est au moins égal à 25 pouces. Bien que non limitée à ce type d’application, l’invention est décrite pour un pneumatique radial de grande dimension, destiné à être monté sur un dumper, véhicule de transport de matériaux extraits de carrières ou de mines de surface, par l’intermédiaire d’une jante dont le diamètre est au moins égal à 49 pouces et peut atteindre 57 pouces, voire 63 pouces.
[0003] Un pneumatique ayant une géométrie de révolution par rapport à un axe de rotation, la géométrie du pneumatique est généralement décrite dans un plan méridien contenant l’axe de rotation du pneumatique. Pour un plan méridien donné, les directions radiale, axiale et circonférentielle désignent respectivement les directions perpendiculaire à l’axe de rotation du pneumatique, parallèle à l’axe de rotation du pneumatique et perpendiculaire au plan méridien. La direction circonférentielle est tangente à la circonférence du pneumatique.
[0004] Dans ce qui suit, les expressions «radialement intérieur», respectivement «radialement extérieur» signifient «plus proche », respectivement «plus éloigné de l’axe de rotation du pneumatique». Par «axialement intérieur», respectivement «axialement extérieur», on entend «plus proche», respectivement «plus éloigné du plan équatorial du pneumatique», le plan équatorial du pneumatique étant le plan passant par le milieu de la surface de roulement et perpendiculaire à l’axe de rotation.
[0005] De façon générale un pneumatique comprend une bande de roulement, destinée à venir en contact avec un sol par l’intermédiaire d’une surface de roulement, dont les deux extrémités axiales sont reliées par l’intermédiaire de deux flancs à deux bourrelets assurant la liaison mécanique entre le pneumatique et la jante sur laquelle il est destiné à être monté.
[0006] Un pneumatique radial comprend en outre une armature de renforcement, constituée d’une armature de sommet, radialement intérieure à la bande de roulement, et d’une armature de carcasse, radialement intérieure à l’armature de sommet.
[0007] L’armature de carcasse d’un pneumatique radial pour véhicule lourd de type génie civil comprend habituellement au moins une couche de carcasse comprenant des renforts généralement métalliques, enrobés par un matériau polymérique de type élastomère ou élastomérique, obtenu par mélangeage et appelé mélange d’enrobage. Une couche de carcasse comprend une partie principale, reliant les deux bourrelets entre eux et s’enroulant généralement, dans chaque bourrelet, de l’intérieur vers l’extérieur du pneumatique autour d’un élément de renforcement circonférentiel le plus souvent métallique appelé tringle, pour former un retournement. Les renforts métalliques d’une couche de carcasse sont sensiblement parallèles entre eux et forment, avec la direction circonférentielle, un angle compris entre 85° et 95°.
[0008] L’armature de sommet d’un pneumatique radial pour véhicule lourd de type génie civil comprend une superposition de couches de sommet s’étendant circonférentiellement, radialement à l’extérieur de l’armature de carcasse. Chaque couche de sommet est constituée de renforts généralement métalliques, parallèles entre eux et enrobés par un matériau polymérique de type élastomère ou mélange d’enrobage.
[0009] Parmi les couches de sommet, on distingue usuellement les couches de protection, constitutives de l’armature de protection et radialement les plus à l’extérieur, et les couches de travail, constitutives de l’armature de travail et radialement comprises entre l’armature de protection et l’armature de carcasse.
[0010] L’armature de protection, comprenant au moins une couche de protection, protège essentiellement les couches de travail des agressions mécaniques ou physico- chimiques, susceptibles de se propager à travers la bande de roulement radialement vers l’intérieur du pneumatique.
[0011] L’armature de protection comprend souvent deux couches de protection, radialement superposées, formées de renforts métalliques élastiques, parallèles entre eux dans chaque couche et croisés d’une couche à la suivante, en formant, avec la direction circonférentielle, des angles au moins égaux à 10°.
[0012] L’armature de travail, comprenant au moins deux couches de travail, a pour fonction de ceinturer le pneumatique et de lui conférer de la rigidité et de la tenue de route. Elle reprend à la fois des sollicitations mécaniques de gonflage, générées par la pression de gonflage du pneumatique et transmises par l’armature de carcasse, et des sollicitations mécaniques de roulage, générées par le roulage du pneumatique sur un sol et transmises par la bande roulement. Elle doit en outre résister à l’oxydation et aux chocs et perforations, grâce à sa conception intrinsèque et à celle de l’armature de protection.
[0013] L’armature de travail comprend usuellement deux couches de travail, radialement superposées, formées de renforts métalliques non extensibles, parallèles entre eux dans chaque couche et croisés d’une couche à la suivante, en formant, avec la direction circonférentielle, des angles au plus égaux à 60°, et, de préférence, au moins égaux à 15° et au plus égaux à 45°.
[0014] Pour diminuer les sollicitations mécaniques de gonflage transmises à l’armature de travail, il est connu de disposer, radialement à l’extérieur de l’armature de carcasse, une armature de frettage. L’armature de frettage, dont la fonction est de reprendre au moins en partie les sollicitations mécaniques de gonflage, améliore l’endurance de l’armature de sommet par une rigidification de l’armature de sommet. L’armature de frettage peut être positionnée radialement à l’intérieur de l’armature de travail, entre les deux couches de travail de l’armature de travail, ou radialement à l’extérieur de l’armature de travail.
[0015] L’armature de frettage comprend usuellement deux couches de frettage, radialement superposées, formées de renforts métalliques, parallèles entre eux dans chaque couche et croisés d’une couche à la suivante, en formant, avec la direction circonférentielle, des angles au plus égaux à 10°.
[0016] En ce qui concerne les renforts métalliques, un renfort métallique est caractérisé mécaniquement par une courbe représentant la force de traction (en N), appliquée au renfort métallique, en fonction de son allongement relatif (en %), dite courbe force- allongement. De cette courbe force-allongement sont déduites des caractéristiques mécaniques en traction du renfort métallique, telles que l’allongement structural As (en %), l’allongement total à la rupture At (en %), la force à la rupture Fm (charge maximale en N) et la résistance à la rupture Rm (en MPa), ces caractéristiques étant mesurées selon la norme ISO 6892 de 1984.
[0017] L'allongement total à la rupture At du renfort métallique est, par définition, la somme de ses allongements respectivement structural, élastique et plastique (At = As + Ae + Ap). L’allongement structural As résulte du positionnement relatif des fils métalliques constitutifs du renfort métallique sous un faible effort de traction. L’allongement élastique Ae résulte de l’élasticité intrinsèque du métal des fils métalliques, constituant le renfort métallique, pris individuellement, le comportement du métal suivant une loi de Hooke. L’allongement plastique Ap résulte de la plasticité, c’est-à-dire de la déformation irréversible, au-delà de la limite d’élasticité, du métal de ces fils métalliques pris individuellement. Ces différents allongements ainsi que leurs significations respectives, bien connus de l’homme du métier, sont décrits, par exemple, dans les documents US5843583, W02005/014925 et W02007/090603.
[0018] On définit également, en tout point de la courbe force-allongement d’un renfort métallique, un module en extension, exprimé en GPa, qui représente la pente de la droite tangente à la courbe force-allongement en ce point. En particulier, on appelle module élastique en extension ou module d’Young, le module en extension de la partie linéaire élastique de la courbe force-allongement.
[0019] Parmi les renforts métalliques, on distingue usuellement les renforts métalliques élastiques, tels que ceux utilisés dans les couches de protection, et les renforts métalliques non extensibles ou inextensibles, tels que ceux utilisés dans les couches de travail.
[0020] Un renfort métallique élastique est caractérisé par un allongement structural As au moins égal à 1% et un allongement total à rupture At au moins égal à 4%. En outre, un renfort métallique élastique a un module élastique en extension au plus égal à 150 GPa, et compris usuellement entre 40 GPa et 150 GPa.
[0021] Un renfort métallique non extensible est caractérisé par un allongement total At, sous une force de traction égale à 10% de la force à rupture Fm, au plus égal à 0.2%. Par ailleurs, un renfort métallique non extensible a un module élastique en extension compris usuellement entre 150 GPa et 200 GPa.
[0022] Lors du roulage du pneumatique sur des pierres présentes sur les pistes sur lesquelles circulent les dumpers, la bande de roulement du pneumatique est soumise à des chocs répétés, ou martèlement, générant en particulier des contraintes de cisaillement dynamiques dans les mélanges élastomériques, positionnés au voisinage des extrémités axiales des couches de travail, ces contraintes de cisaillement étant susceptibles d’entraîner des fissurations locales et, à terme, la rupture du sommet. C’est la raison pour laquelle l’homme du métier a envisagé une armature de protection, et plus précisément une couche de protection la plus radialement intérieure avec une largeur axiale supérieure aux largeurs axiales des couches de travail, et plus généralement aux largeurs axiales de toutes les autres couches de sommet. Une telle couche de protection est appelée couche de protection débordante, car elle est axialement débordante par rapport aux couches de travail. La couche de protection la plus radialement intérieure, ayant la plus grande largeur axiale parmi toutes les couches de sommet, protège ainsi mécaniquement les régions d’extrémités axiales des couches de travail vis-à-vis du martèlement, par un effet d’amortissement.
[0023] Lors du roulage du pneumatique sur des pierres plus ou moins tranchantes, la bande de roulement d’un pneumatique est en outre fréquemment soumise à des coupures susceptibles de la traverser radialement vers l’intérieur jusqu’à l’armature de protection, qui fait obstacle à la propagation des fissures résultant des coupures jusqu’à l’armature de travail : l’armature de protection a ainsi un rôle de bouclier vis-à-vis des agressions mécaniques de l’armature de travail.
[0024] Les inventeurs se sont donnés pour objectif, pour un pneumatique radial pour véhicule lourd de type génie civil, d’augmenter la résistance au martèlement de son armature de sommet, lors d’un roulage sur des pierres, tout en conservant une bonne résistance aux agressions de son armature de sommet, lors d’un roulage sur des pierres tranchantes.
[0025] Cet objectif a été atteint, selon l’invention, par un pneumatique pour véhicule lourd de type génie civil comprenant une armature de sommet, radialement intérieure à une bande de roulement et radialement extérieure à une armature de carcasse, -l’armature de sommet comprenant, radialement de l’extérieur vers l’intérieur, une armature de protection et une armature de travail,
-l’armature de protection comprenant au moins une couche de protection comprenant des renforts métalliques élastiques ayant un module élastique en extension au plus égal à 150 GPa, enrobés dans un matériau élastomérique, parallèles entre eux et formant, avec une direction circonférentielle tangente à la circonférence du pneumatique, un angle au moins égal à 10°,
-l’armature de travail comprenant deux couches de travail comprenant respectivement des renforts métalliques non extensibles ayant un module élastique en extension supérieur à 150 GPa et au plus égal à 200 GPa, enrobés dans un matériau élastomérique, parallèles entre eux, formant, avec la direction circonférentielle, un angle au moins égal à 15° et au plus égal à 45°, et croisés d’une couche de travail à la suivante,
-l’armature de protection comprenant une couche de protection la plus radialement intérieure ayant une largeur axiale LP1,
-l’armature de travail comprenant une couche de travail la plus radialement intérieure ayant une largeur axiale LT1 au plus égale à la largeur axiale LP1,
-la couche de protection la plus radialement intérieure comprenant des renforts métalliques élastiques ayant un diamètre D répartis axialement selon un pas axial P,
-les renforts métalliques élastiques de la couche de protection la plus radialement intérieure ayant un module élastique en extension au moins égal à 100 GPa et un diamètre D au moins égal à 3 mm, et étant répartis axialement selon un pas axial P au moins égal à 1.2 fois le diamètre D.
[0026] Les inventeurs, visant à augmenter la résistance au martèlement de l’armature de sommet, proposent, dans la présente invention, une armature de protection dont la couche de protection la plus radialement intérieure, débordante par rapport à la couche de travail la plus radialement intérieure de l’armature de travail, comprend des renforts métalliques élastiques avec un module élastique en extension et un diamètre suffisamment élevés, et répartis selon un pas axial suffisant. Il a été constaté qu’un effet amortisseur significatif du martèlement était obtenu avec une couche de protection la plus radialement intérieure suffisamment souple mais pas trop, d’où le compromis de caractéristiques de renforts précédemment décrit. De plus, un pas axial minimum évite tout contact entre les renforts et le risque de propagation de corrosion associé.
[0027] Avantageusement les renforts métalliques élastiques de la couche de protection la plus radialement intérieure ont un diamètre D au plus égal à 6 mm. Au-delà de cette valeur, les renforts deviennent trop rigides en flexion et n’assurent plus leur fonction d’amortisseur, d’où un risque accru de propagation de fissures dans les mélanges élastomériques présents aux extrémités axiales des couches de travail.
[0028] Encore avantageusement les renforts métalliques élastiques de la couche de protection la plus radialement intérieure sont répartis axialement selon un pas axial P au plus égal à 1.5 fois le diamètre D. Au-delà de cette valeur de pas axial, l’espace entre renforts devient trop élevé et entraîne, en particulier, un assouplissement trop important des extrémités axiales de la couche de protection la plus radialement intérieure, d’où une moins grande efficacité de la protection vis-à-vis du martèlement.
[0029] Selon un mode de réalisation préféré, les renforts métalliques élastiques de couche de protection sont des câbles multitorons de structure lxN comprenant une unique couche de N torons enroulés en hélice, chaque toron comprenant une couche interne de M fils internes enroulés en hélice et une couche externe de K fils externes enroulés en hélice autour de la couche interne. Ce type de structure confère au renfort un comportement élastique tel que défini précédemment.
[0030] Selon une variante préférée de ce mode de réalisation préféré, l’unique couche de N torons, enroulés en hélice, comprend N=3 ou N=4 torons, de préférence N=4 torons.
[0031] Egalement préférentiellement, la couche interne de M fils internes, enroulés en hélice, de chaque toron comprend M=3, 4 ou 5 fils internes, de préférence M=3 fils internes.
[0032] Encore préférentiellement, la couche externe de K fils externes, enroulés en hélice autour de la couche interne de chaque toron, comprend K=7, 8, 9, 10 ou 11 fils externes, de préférence K=8 fils externes.
[0033] Un exemple préféré de câble multitorons pour une couche de protection selon l’invention a pour structure 4*(3+8).35 ou 44.35. Il s’agit d’un câble multitorons à N=4 torons, chaque toron comprenant une couche interne de M=3 fils internes enroulés en hélice et une couche externe de K=8 fils externes enroulés en hélice autour de la couche interne, les fils ayant une section de diamètre d=0.35 mm.
[0034] Les renforts métalliques de couche de protection forment avantageusement, avec la direction circonférentielle, un angle au moins égal à 15° et au plus égal à 35°. C’est une plage de valeurs couramment rencontrée dans la conception des couches de protection.
[0035] La couche de protection la plus radialement intérieure a préférentiellement une largeur axiale LP1 au moins égale à 1.05 fois et au plus égale à 1.25 fois la largeur axiale LT1 de couche de travail la plus radialement intérieure. En deçà de 1.05 fois la largeur axiale LT1, la couche de protection la plus radialement intérieure n’est pas suffisamment débordante par rapport à la couche de travail la plus radialement intérieure pour pouvoir assurer un rôle de protection efficace vis-à-vis du martèlement. Au-delà de 1.25 fois la largeur axiale LT1, l’extrémité axiale de la couche de protection la plus radialement intérieure est très proche de l’extrémité axiale de la bande de roulement, ce qui augmente le risque de fissuration entre l’extrémité axiale de ladite couche de protection et l’extrémité axiale de la bande de roulement.
[0036] Les renforts métalliques élastiques de la couche de protection la plus radialement intérieure forment avantageusement, avec la direction circonférentielle, un angle égal à celui formé par les renforts métalliques non extensibles de la couche de travail la plus radialement intérieure. Ces angles sont orientés dans le même sens par rapport au plan équatorial du pneumatique, et sont donc égaux en valeur algébrique. En d’autres termes les renforts de ladite couche de protection sont parallèles à ceux de ladite couche de travail, ce qui diminue les cisaillements et donc le risque de fissuration au voisinage de l’extrémité axiale de ladite couche de travail.
[0037] Préférentiellement l’armature de protection comprend deux couches de protection dont les renforts métalliques respectifs sont croisés d’une couche de protection à la suivante. Une armature de protection avec deux couches croisées l’une par rapport à l’autre est une conception usuelle dans le domaine des pneumatiques pour véhicule lourd de type génie civil. [0038] L’armature de sommet comprend encore préférentiellement une armature de frettage comprenant deux couches de frettage dont les renforts métalliques respectifs, enrobés dans un matériau élastomérique, parallèles entre eux et formant, avec la direction circonférentielle, un angle au plus égal à 10°, sont croisés d’une couche de frettage à la suivante. On distingue usuellement les couches de frettage à angle, avec des renforts formant des angles au moins égaux à 6° et au plus égaux à 8°, et les couches de frettage circonférentiel, avec des renforts sensiblement circonférentiels formant des angles voisins de 0° et au plus égaux à 5°. Les renforts métalliques de couche de frettage peuvent être soit élastiques, soit non extensibles. L’armature de frettage peut être positionnée radialement à l’intérieur de l’armature de travail, entre les deux couches de travail de l’armature de travail, ou radialement à l’extérieur de l’armature de travail.
[0039] Les caractéristiques de l’invention sont illustrées par les figures 1 et 2 schématiques et non représentées à l’échelle, en référence à un pneumatique de dimension 53/80R63 :
-figure 1 : coupe méridienne d’un sommet de pneumatique pour véhicule lourd de type dumper selon l’invention.
-figure 2 : coupe méridienne d’une portion de couche de protection la plus radialement intérieure selon l’invention.
[0040] Sur la figure 1, est représentée une coupe méridienne d’un pneumatique 1 pour véhicule lourd de type génie civil de dimension 53/80R63 comprenant une armature de sommet 3, radialement intérieure à une bande de roulement 2 et radialement extérieure à une armature de carcasse 4. L’armature de sommet 3 comprend, radialement de l’extérieur vers l’intérieur, une armature de protection 5, une armature de travail 6 et une armature de frettage 7. L’armature de protection 5 comprend deux couches de protection (51, 52) comprenant des renforts métalliques élastiques enrobés dans un matériau élastomérique, parallèles entre eux et formant un angle égal à 33°, avec une direction circonférentielle XX’ tangente à la circonférence du pneumatique, les renforts métalliques respectifs de chaque couche de protection étant croisés d’une couche de protection à la suivante. L’armature de travail 6 comprend deux couches de travail (61, 62) dont les renforts métalliques respectifs non extensibles, enrobés dans un matériau élastomérique, parallèles entre eux et formant, avec la direction circonférentielle XX’, des angles respectivement égaux à 33°, pour la couche de travail la plus radialement intérieure 61, et 24°, pour la couche de travail la plus radialement extérieure 62, sont croisés d’une couche de travail à la suivante. La couche de protection la plus radialement intérieure 51 est axialement débordante par rapport à la couche de travail la plus radialement intérieure 61, c’est-à-dire que la couche de protection la plus radialement intérieure 51 a une largeur axiale LP1 supérieure à la largeur axiale LT1 de la couche de travail la plus radialement intérieure 61. Dans le cas représenté, la largeur axiale LP1 est égale à 1.2 fois largeur axiale LT1. L’armature de frettage 7 comprend deux couches de frettage (71, 72) dont les renforts métalliques respectifs, enrobés dans un matériau élastomérique, parallèles entre eux et formant, avec la direction circonférentielle XX’, un angle compris entre 6° et 10°, sont croisés d’une couche de frettage à la suivante.
[0041] La figure 2 représente une coupe méridienne d’une portion de couche de protection la plus radialement intérieure 51. Les renforts métalliques de couche de protection ont chacun une section de diamètre D et sont deux à deux espacés d’un pas axial P au moins égal à 1.2 fois le diamètre D, le pas axial P étant la distance axiale entre les centres respectifs des sections circulaires de deux renforts consécutifs.
[0042] Les inventeurs ont comparé un pneumatique selon l’invention I à un pneumatique de référence R dans la dimension 53/80R63, dont les caractéristiques techniques respectives sont présentées dans le tableau 1 ci-dessous:
il
Figure imgf000013_0001
Tableau 1
[0043] Le pneumatique de référence R a une couche de protection la plus radialement intérieure ayant une largeur axiale LP1 égale à 1120 mm, supérieure de 120 mm à la largeur axiale LT1 de la couche de travail la plus radialement intérieure. Les renforts métalliques élastiques de la couche de protection la plus radialement intérieure sont des câbles multitorons de structure 24.26, c’est-à-dire constitués de N=4 torons, chaque toron comprenant une couche interne de M=l fil interne et une couche externe de K=5 fils externes enroulés en hélice autour de la couche interne, les fils ayant une section de diamètre d=0.26 mm. De plus ces renforts ont un module élastique en extension égal à 110 GPa, un diamètre D égal à 1.9 mm, et sont répartis axialement selon un pas axial P égal à 2.5 mm, c’est-à-dire égal à 1.32 fois le diamètre D.
[0044] Le pneumatique selon l’invention I a une couche de protection la plus radialement intérieure ayant une largeur axiale LP1 égale à 1120 mm, supérieure de 190 mm à la largeur axiale LT1 de la couche de travail la plus radialement intérieure et donc égale à 1.2 fois la largeur axiale LT1. Les renforts métalliques élastiques de la couche de protection la plus radialement intérieure sont des câbles multitorons de structure 44.35, c’est-à-dire constitués de N=4 torons, chaque toron comprenant une couche interne de M=3 fils internes enroulés en hélice et une couche externe de K=8 fils externes enroulés en hélice autour de la couche interne, les fils ayant une section de diamètre d=0.35 mm. De plus ces renforts ont un module élastique en extension égal à 130 GPa, donc supérieur à 100 GPa, un diamètre D égal à 3.8 mm, donc supérieur à 3 mm, et sont répartis axialement selon un pas axial P égal à 4.9 mm, c’est-à-dire égal à 1.3 fois le diamètre D donc supérieur à 1.2 fois le diamètre D.
[0045] Les inventeurs ont montré par des simulations numériques de type éléments finis que les cisaillements dans les mélanges élastomériques, positionnés entre les renforts métalliques des portions d’extrémités axiales de la couche de travail la plus radialement intérieure, ainsi que dans les mélanges élastomériques, positionnés radialement à l’intérieur ou à l’extérieur desdites portions d’extrémités axiales, étaient diminués de 15% à 25% pour le pneumatique selon l’invention I par rapport au pneumatique de référence R. Les inventeurs ont également montré, sur des roulages expérimentaux en clientèle, que la durée de vie du pneumatique selon l’invention I, avant son retrait du véhicule, était augmentée d’environ 12% par rapport à celle du pneumatique de référence R.

Claims

REVENDICATIONS
1 - Pneumatique (1) pour véhicule lourd de type génie civil comprenant une armature de sommet (3), radialement intérieure à une bande de roulement (2) et radialement extérieure à une armature de carcasse (4),
-l’armature de sommet (3) comprenant, radialement de l’extérieur vers l’intérieur, une armature de protection (5) et une armature de travail (6),
-l’armature de protection (5) comprenant au moins une couche de protection (51, 52) comprenant des renforts métalliques élastiques ayant un module élastique en extension au plus égal à 150 GPa, enrobés dans un matériau élastomérique, parallèles entre eux et formant, avec une direction circonférentielle (XX’) tangente à la circonférence du pneumatique, un angle au moins égal à 10°,
-l’armature de travail (6) comprenant deux couches de travail (61, 62) comprenant respectivement des renforts métalliques non extensibles ayant un module élastique en extension supérieur à 150 GPa et au plus égal à 200 GPa, enrobés dans un matériau élastomérique, parallèles entre eux, formant, avec la direction circonférentielle (XX’), un angle au moins égal à 15° et au plus égal à 45°, et croisés d’une couche de travail à la suivante,
-l’armature de protection (5) comprenant une couche de protection la plus radialement intérieure (51) ayant une largeur axiale LP 1 ,
-l’armature de travail (6) comprenant une couche de travail la plus radialement intérieure (61) ayant une largeur axiale LT1 au plus égale à la largeur axiale LP1,
-la couche de protection la plus radialement intérieure (51) comprenant des renforts métalliques élastiques ayant un diamètre D répartis axialement selon un pas axial P, caractérisé en ce que les renforts métalliques élastiques de la couche de protection la plus radialement intérieure (51) ont un module élastique en extension au moins égal à 100 GPa et un diamètre D au moins égal à 3 mm, et sont répartis axialement selon un pas axial P au moins égal à 1.2 fois le diamètre D.
2 - Pneumatique (1) pour véhicule lourd de type génie civil selon la revendication 1, dans lequel les renforts métalliques élastiques de la couche de protection la plus radialement intérieure (51) ont un diamètre D au plus égal à 6 mm. 3 - Pneumatique (1) pour véhicule lourd de type génie civil selon l’une des revendications 1 ou 2, dans lequel les renforts métalliques élastiques de la couche de protection la plus radialement intérieure (51) sont répartis axialement selon un pas axial P au plus égal à 1.5 fois le diamètre D. 4 - Pneumatique (1) pour véhicule lourd de type génie civil selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel les renforts métalliques élastiques de couche de protection (51, 52) sont des câbles multitorons de structure lxN comprenant une unique couche de N torons enroulés en hélice, chaque toron comprenant une couche interne de M fils internes enroulés en hélice et une couche externe de K fils externes enroulés en hélice autour de la couche interne.
5 - Pneumatique (1) pour véhicule lourd de type génie civil selon la revendication 4, dans lequel l’unique couche de N torons, enroulés en hélice, comprend N=3 ou N=4 torons, de préférence N=4 torons.
6 - Pneumatique (1) pour véhicule lourd de type génie civil selon l’une des revendications 4 ou 5, dans lequel la couche interne de M fils internes, enroulés en hélice, de chaque toron comprend M=3, 4 ou 5 fils internes, de préférence M=3 fils internes.
7 - Pneumatique (1) pour véhicule lourd de type génie civil selon l’une quelconque des revendications 4 à 6, dans lequel la couche externe de K fils externes, enroulés en hélice autour de la couche interne de chaque toron, comprend K=7, 8, 9, 10 ou 11 fils externes, de préférence K=8 fils externes.
8 - Pneumatique (1) pour véhicule lourd de type génie civil selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel les renforts métalliques de couche de protection (51, 52) forment, avec la direction circonférentielle (XX’), un angle au moins égal à 15° et au plus égal à 35°.
9 - Pneumatique (1) pour véhicule lourd de type génie civil selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel la couche de protection la plus radialement intérieure (51) a une largeur axiale LP1 au moins égale à 1.05 fois et au plus égale à 1.25 fois la largeur axiale LT1 de couche de travail la plus radialement intérieure (61).
10 - Pneumatique (1) pour véhicule lourd de type génie civil selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, dans lequel les renforts métalliques élastiques de la couche de protection la plus radialement intérieure (51) forment, avec la direction circonférentielle (XX’), un angle égal à celui formé par les renforts métalliques non extensibles de la couche de travail la plus radialement intérieure (61).
11 - Pneumatique (1) pour véhicule lourd de type génie civil selon l’une quelconque des revendications 1 à 10, dans lequel l’armature de protection (5) comprend deux couches de protection (51, 52) dont les renforts métalliques respectifs sont croisés d’une couche de protection à la suivante.
12 - Pneumatique (1) pour véhicule lourd de type génie civil selon l’une quelconque des revendications 1 à 11, dans lequel l’armature de sommet (3) comprend une armature de frettage (7) comprenant deux couches de frettage (71, 72) dont les renforts métalliques respectifs, enrobés dans un matériau élastomérique, parallèles entre eux et formant, avec la direction circonférentielle (XX’), un angle au plus égal à 10°, sont croisés d’une couche de frettage à la suivante.
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