用於重型土木工程車輛的輪胎胎圈的製作方法

2023-06-11 15:33:31 4

專利名稱：用於重型土木工程車輛的輪胎胎圈的製作方法
技術領域：
本發明涉及旨在裝配到土木工程類型的重型車輛的子午線輪胎。
背景技術：
本發明將更具體地針對旨在安裝在翻鬥車(其為運送從採石場或露天採礦場挖掘出的材料的車輛)上的子午線輪胎進行描述，但本發明不限於這種類型的應用。這種輪胎的輪輞的公稱直徑，在由歐洲輪胎和輪輞技術組織或ETRTO給出的定義內的最小值為25」。如下定義應用於下文中 -「子午平面」為包括輪胎的旋轉軸線的平面。-「赤道平面」為穿過輪胎胎面表面的中間且垂直於輪胎的旋轉軸線的平面。-「徑向方向」為垂直於輪胎的旋轉軸線的方向。-「軸向方向」為平行於輪胎的旋轉軸線的方向。-「周向方向」為垂直於子午平面的方向。-「徑向距離」為從輪胎的旋轉軸線起，與輪胎的旋轉軸線成直角地測量的距離。-「軸向距離」為從赤道平面起，平行於輪胎的旋轉軸線測量的距離。-「徑向地」指的是在徑向方向上。-「軸向地」指的是在軸向方向上。-「在……的徑向內側上或在……的徑向外側上」指的是在更短、或更長的徑向距離上。-「在……的軸向內側上或在……的軸向外側上」指的是在更短、或更長的軸向距離上。輪胎包括兩個胎圈，所述胎圈在輪胎和輪輞(輪胎安裝在其上)之間提供機械連接，胎圈通過兩個胎側分別連接至旨在經由胎面表面與地面接觸的胎面。子午線輪胎更具體地包括增強件，所述增強件包括在胎面的徑向內側上的胎冠增強件和在胎冠增強件的徑向內側上的胎體增強件。用於土木工程類型的重型車輛的子午線輪胎的胎體增強件通常包括至少一個胎體增強件層，所述胎體增強件層由塗布有塗層聚合物材料的金屬增強元件構成。金屬增強元件基本上彼此平行，並與周向方向形成介於85°和95°之間的角度。胎體增強件層包括胎體增強件的主要部分，所述主要部分將兩個胎圈連接在一起，並且在每個胎圈中圍繞胎圈鋼絲芯部卷繞。胎圈鋼絲芯部包括通常由金屬製成的周向增強元件，其由至少一種可由聚合物或織物(非窮舉地)製成的材料環繞。胎體增強件層從輪胎內側朝向外側圍繞胎圈鋼絲芯部卷繞以形成包括端部的胎體增強件的包邊部分。胎體增強件的包邊部分在每個胎圈中將胎體增強件層錨固至那個胎圈的胎圈鋼絲芯部。每個胎圈包括向外徑向延伸所述胎圈鋼絲芯部的填料元件。填料元件在任何子午平面具有基本上三角形的橫截面，且由至少一種填料聚合物材料製成。填料元件可由沿著接觸表面(其沿著子午線與任何子午平面相交)相接觸的至少兩種填料聚合物材料的徑向堆疊構成。填料元件將胎體增強件的主要部分與胎體增強件的包邊部分軸向分離。每個胎圈還包括使胎側徑向內延伸且在胎體增強件的包邊部分的軸向外側上的保護元件。保護元件還至少部分地經由其軸向外部面與輪輞凸緣接觸。保護元件由至少一種保護聚合物材料製成。每個胎圈最終包括填充元件,所述填充元件位於胎側和保護元件的軸向內側上，並位於胎體增強件的包邊部分的軸向外側上。填充元件由至少一種填充聚合物材料製成。聚合物材料在固化後通過由拉伸試驗確定的拉伸應力-變形特性加以機械錶徵。該拉伸試驗由本領域技術人員在試樣上根據已知的方法，例如根據國際標準ISO 37，且在由國際標準ISO 471限定的正常溫度(23±2° C)和溼度(50±5%相對溼度)條件下進行。試樣在10%伸長率時測得的拉伸應力被稱為聚合物共混物在10%伸長率時的彈性模量，以兆帕(MPa)表示。聚合物材料在固化後還通過其硬度加以機械錶徵。硬度特別地由根據ASTM D 2240-86測定的肖氏A硬度限定。當車輛行駛時，安裝在輪胎的輪輞上、在車輛的載荷下被充氣和壓縮的輪胎特別地在其胎圈及其胎側處承受彎曲循環。彎曲循環導致在胎體增強件的主要部分和胎體增強件的包邊部分處的曲率變化以及金屬增強元件的張力變化。由於在輪輞凸輪上胎圈的彎曲，彎曲循環特別地導致在胎體增強件的包邊部分的軸向外部面上的塗層聚合物材料和填充聚合物材料中主要在剪切和壓縮方面的應力和變形。特別地，在胎圈圍繞輪輞凸緣纏繞的區域中，彎曲循環在胎體增強件的包邊部分的軸向外部面上引發裂縫。這些裂縫在塗層聚合物材料中接著在填充聚合物材料中擴展，在其中，裂縫形成腔，所述腔隨時間有可能導致輪胎的降解，由此需要將輪胎替換。裂縫擴展速度首先取決於應力和應變變形周期的幅度和頻率，其次取決於在裂縫區中的聚合物材料的剛度。文獻JP 2004345414已經描述了在具有徑向胎體增強件、胎圈的輪胎的情況下，其設計目的在於防止在胎體增強件的包邊部分與圍繞胎圈鋼絲芯部的徑向內部部分的金屬增強元件的層的徑向外端之間重疊的區域中產生裂縫。在提出的技術方案中，將由聚合物材料製成的元件插在胎體增強件的包邊部分與圍繞胎圈鋼絲芯部的徑向內部部分的金屬增強元件的層的徑向外端之間。

發明內容
本發明人已經自己設定了這樣的目標通過降低出現在胎體增強件的包邊部分的軸向外部面上然後經過塗層聚合物材料和填充聚合物材料而擴展的裂縫的擴展速度來改進用於土木工程類型的重型車輛的子午線輪胎的胎圈的耐久性。根據本發明，該目標已經如下實現-用於土木工程類型的重型車輛的輪胎，其包括用於接觸輪輞的兩個胎圈，所述輪輞包括兩個至少部分為圓形的輪輞凸緣，-胎體增強件包括至少一個由塗層聚合物材料塗布的金屬增強元件構成的胎體增強件層，-所述胎體增強件層包括胎體增強件的主要部分，所述主要部分在每個胎圈中由輪胎內側朝向外側圍繞胎圈鋼絲芯部卷繞以形成胎體增強件的包邊部分，-每個胎圈包括使胎側軸向向內延伸的保護元件以及填充元件,所述填充元件位於保護元件和胎側的軸向內側上且位於胎體增強件的包邊部分的軸向外側上，-所述保護元件和填充元件分別由至少一種保護聚合物材料和一種填充聚合物材料構成，-填充聚合物材料在10%伸長率時的彈性模量小於塗層聚合物材料在10%伸長率時的彈性模量，-由過渡聚合物材料製成的過渡元件經由其軸向內部面與胎體增強件的包邊部分的軸向外部面的塗層聚合物材料接觸，且經由其軸向外部面與所述填充聚合物材料接觸， 並且-所述過渡聚合物材料在10%伸長率時的彈性模量介於所述塗層聚合物材料和所述填充聚合物材料各自在10%伸長率時的彈性模量之間。根據本發明，有利的是由過渡聚合物材料製成的過渡元件經由其軸向內部面與胎體增強件的包邊部分的軸向外部面的塗層聚合物材料接觸，且經由其軸向外部面與所述填充聚合物材料接觸。這是由於，加入過渡元件使得有可能產生剛度梯度並局部地限制應力和變形的水平，出現在胎體增強件的包邊部分的軸向外部面上並經過塗層聚合物材料和填充聚合物材料擴展的裂縫的擴展速度取決於這些應力和變形的水平。所述過渡聚合物材料在10%伸長率時的彈性模量有利地介於過渡元件所接觸的塗層聚合物材料和填充聚合物材料各自在10%伸長率時的彈性模量之間。從塗層聚合物材料到過渡聚合物材料，再到填充聚合物材料，在10%伸長率時的彈性模量的逐漸降低導致下降的和漸變的剛度梯度，這使得有可能減少胎體增強件的包邊部分的軸向外部面上的應力和變形，並因此減緩裂縫的擴展。塗層聚合物材料與填充聚合物材料各自在10%伸長率時的彈性模量之差越大，由過渡聚合物材料在10%伸長率時的中間彈性模量所帶來的優勢越顯著。在根據本發明的輪胎的研究實例中，塗層聚合物材料在10%伸長率時的彈性模量等於填充聚合物材料在10%伸長率時的彈性模量的I. 6倍。還有利的是，使得過渡元件的徑向外端位於經過輪輞凸緣的圓的中心且相對於軸向方向成+70°角度的直線的徑向外側上。還有利的是，使得過渡元件的徑向內端位於經過輪輞凸緣的圓的中心且相對於軸向方向成+40°角度的直線的徑向內側上。由於輪胎的輪輞包括兩個相對於輪胎的赤道平面對稱的輪輞凸緣，且由於每個輪輞凸緣在其徑向最外部分包括圓形部分，為每個輪輞凸緣限定局部參照系，該局部參照系的原點為輪輞凸緣的圓的中心，其軸為經過輪輞凸緣的圓的中心的兩條直線，且這兩條直線分別軸向朝向輪胎的內側和徑向朝向輪胎的外側取向。穿過輪輞凸緣的圓的中心的直線相對於軸向方向的角度為該直線相對於穿過輪輞凸緣的圓的中心並朝向輪胎內側導向的軸嚮導向的直線的角度。如果從穿過輪輞凸緣的圓的中心並朝向輪胎內側軸向取向的直線朝向所述直線測得的角度在三角方向上進行測量的話，該角度為正的。過渡元件的端部的幾何位置在輪胎(安裝在其輪輞上)上測量，亦即，所述輪胎被充氣至確保輪胎的胎圈相對於輪輞凸緣正確定位的最小壓力。舉例而言，該最小壓力可以等於如ETRTO標準中所規定的額定充氣壓力的10%。發明人已經證實，對於胎體增強件的包邊部分的軸向外部面上的破裂敏感的區域包括在經過輪輞凸緣的圓的中心的直線之間，所述直線相對於軸向方向各自成等於+40°的最小角度和等於+70°的最大角度。這實際上是在施加於輪胎的載荷下圍繞輪輞凸緣纏繞胎圈時的最大壓縮和最大剪切的區域。結果，過渡元件至少需要覆蓋對於胎體增強件的包邊部分的軸向外部面上的破裂敏感的該區域，記住過渡元件相對於胎體增強件的包邊部分定位的公差，該公差是該製造方法固有的。
根據本發明的一個有利的實施例，過渡元件的厚度至少等於塗層聚合物材料的厚度。過渡元件的厚度指的是在過渡元件的端部處的漸縮區域的外側測得的過渡元件的恆定厚度。塗層聚合物材料的厚度指的是在胎體增強件的包邊部分的軸向外部面上測得的塗層聚合物材料始於並垂直於胎體增強件的包邊部分的圓柱形金屬增強元件的軸向外部母線的厚度。過渡元件的該最小厚度使得有可能建立最小的剛度梯度，從而降低裂縫的擴展速度。過渡元件的厚度有利地至多等於塗層聚合物材料的厚度的5倍。這是因為，由於過渡聚合物材料在10%伸長率時的彈性模量較高，因此過渡聚合物材料的熱耗散大於填充聚合物材料的熱耗散。結果，過渡聚合物材料的過高體積導致胎圈溫度增加，這損害了胎圈的壽命，因此重要的是為過渡元件的厚度設定上限。本發明的一個有利的實施例是使得過渡聚合物材料在10%伸長率時的彈性模量至少等於塗層聚合物材料和填充聚合物材料各自在10%伸長率時的彈性模量的算數平均值的0. 9倍且至多等於該算數平均值的I. I倍。過渡聚合物材料在10%伸長率時的彈性模量的該範圍的值保證了從塗層聚合物材料連續移動至過渡聚合物材料，接著到填充聚合物材料的剛度梯度最小，由此使得裂縫擴展速度顯著下降。


根據所附的圖I至圖2的說明，本發明的特徵將會得到更清楚的理解-圖I是現有技術中用於土木工程類型的重型車輛的輪胎的胎圈的子午平面的橫截面圖。-圖2是根據本發明的用於土木工程類型的重型車輛的輪胎的胎圈的子午平面的橫截面圖。為了使得它們更易於理解，圖I和2沒有按比例繪製。
具體實施例方式圖I顯示了現有技術中用於土木工程類型的重型車輛的輪胎的胎圈，包括
-胎體增強件，所述胎體增強件包括單層的胎體增強件1，所述單層的胎體增強件I由以塗層聚合物材料塗布的金屬增強元件構成，胎體增強件的主要部分Ia從輪胎內側朝向外側圍繞胎圈鋼絲芯部2卷繞以形成胎體增強件的包邊部分lb，-填料元件3，所述填料元件3徑向向外延伸胎圈鋼絲芯部2，且在任何子午平面中具有基本上三角的橫截面，並由兩種填料聚合物材料製成，-第一填料聚合物材料3a，所述第一填料聚合物材料3a位於胎圈鋼絲芯部2的徑向外側並與胎圈鋼絲芯部2接觸，-第二填料聚合物材料3b，所述第二填料聚合物材料3b位於第一填料聚合物材料3a的徑向外側並與第一填料聚合物材料3a接觸，-保護元件4，所述保護元件4徑向向內延伸胎側5，並由至少一種保護聚合物材料製成， -填充元件6，所述填充元件6位於保護元件4和胎側5的軸向內側上，並位於胎體增強件的包邊部分Ib的軸向外側上,且由填充聚合物材料製成。圖2顯示了根據本發明的用於土木工程類型的重型車輛的輪胎的胎圈，包括-胎體增強件，所述胎體增強件包括單層的胎體增強件21，所述單層的胎體增強件21由以塗層聚合物材料塗布的金屬增強元件構成，胎體增強件的主要部分21a從輪胎內側朝向外側圍繞胎圈鋼絲芯部22卷繞以形成胎體增強件的包邊部分21b，-填料元件23，所述填料元件23徑向向外延伸胎圈鋼絲芯部22，且在任何子午平面中具有基本上三角的橫截面，並由兩種填料聚合物材料製成，
-第一填料聚合物材料23a，所述第一填料聚合物材料23a位於胎圈鋼絲芯部22的徑向外側並與胎圈鋼絲芯部22接觸，-第二填料聚合物材料23b，所述第二填料聚合物材料23b位於第一填料聚合物材料23a的徑向外側並與第一填料聚合物材料23a接觸，-保護元件24，所述保護元件24徑向向內延伸胎側25，並由至少一種保護聚合物材料製成，-填充元件26，所述填充元件26位於保護元件24和胎側25的軸向內側上，並位於胎體增強件的包邊部分21b的軸向外側上，且由填充聚合物材料製成，-過渡元件28，所述過渡元件28經由其軸向內部面與胎體增強件的包邊部分的軸向外部面的塗層聚合物材料接觸，且經由其軸向外部面與填充聚合物材料接觸。過渡元件28具有示意性地示為恆定值的厚度e，但是該厚度實際上在其各自的徑向外端E和徑向內端I處通常為漸縮的。過渡元件28的徑向外端E和徑向內端I的各自的幾何位置相對於局部參照系定義，該局部參照系的原點為輪輞凸緣27的圓的中心0，其軸線YYlP ZZ』為經過輪輞凸緣的圓的中心0的兩條直線，且這兩條直線分別軸向朝向輪胎的內側和徑向朝向輪胎的外側取向。如果從軸線YY』到直線進行的測量是在三角方向上測量，則經過輪輞凸緣的圓的中心0的直線所成的角度稱為正的。過渡元件28的徑向外端E和徑向內端I分別位於直線D和d上，這兩條直線與軸線YY』所成的角度為A和a。過渡元件28的徑向外端E和徑向內端I分別位於相對於軸線YY』成+70°角度的直線Dmin的徑向外側上和相對於軸線Ti』成+40°角度的直線dmax的徑向內側上。本發明更具體地針對用於尺寸為59/80R63的翻鬥車類型的重型車輛的輪胎進行了研究。根據ETRTO標準，使用這種輪胎的正常條件如下6巴的充氣壓力、99噸的靜載荷和在I小時內覆蓋介於16千米和32千米之間的距離。
根據本發明設計59/80R63輪胎，如圖2所示。經過過渡元件28的徑向外端E的直線D的角度A等於+80°，因此大於+70°。經過過渡元件28的徑向內端I的直線d的角度a等於+35°，因此小於+40°。過渡元件28的厚度e等於I. 5毫米，因而介於等於I毫米的塗層聚合物材料的厚度與聚合物塗層材料的厚度的5倍之間。塗層聚合物材料、過渡聚合物材料和填充聚合物材料在10%伸長率時的彈性模量分別等於6MPa、4. 8MPa和3. 5MPa。因此，過渡聚合物材料在10%伸長率時的彈性模量等於塗層聚合物材料和填充聚合物材料各自在10%伸長率時的彈性模量的算數平均值。在如圖I所示的參照輪胎和如圖2所示的根據本發明的輪胎上分別進行了有限元計算仿真。對於參照輪胎而言，在對於破裂敏感的區域中的填料聚合物材料在胎體增強件的包邊部分Ib的軸向外部面上的伸長率等於與之接觸的塗層聚合物材料的伸長率的I. 3倍，這些伸長平行於胎體增強件的包邊部分。對於根據本發明的輪胎而言，在對於破裂敏感的區域中的過渡聚合物材料28在胎體增強件的包邊部分21b的軸向外部面上的伸長率等於塗層聚合物材料的伸長率的I. I倍。結果，在本發明的情況下裂縫從塗層聚合物材料擴展到過渡聚合物材料28的擴展速度低於在參照輪胎的情況下裂縫從塗層聚合物材料擴展到填充聚合物材料6的擴展速度，因為過渡聚合物材料28的伸長率與塗層聚合物材料的伸長率之比(等於I. I)低於填充聚合物材料6的伸長率與塗層聚合物材料的伸長率之比(等於 I. 3)。本發明不應該解釋為受限於圖2所示的實例，而是可擴展至其他實施例變型，例如(作為示例且非窮舉地)使得過渡聚合物材料的數量包括在塗層聚合物材料與填充聚合物材料之間。
權利要求
1.用於土木工程類型的重型車輛的輪胎，其包括用於接觸輪輞的兩個胎圈、胎體增強件，所述輪輞包括兩個至少部分為圓形的輪輞凸緣(7，27)，所述胎體增強件包括至少一個由塗層聚合物材料塗布的金屬增強元件構成的胎體增強件層(1，21 )，所述胎體增強件層包括胎體增強件的主要部分(la, 21a)，所述主要部分在每個胎圈中由輪胎內側朝向外側圍繞胎圈鋼絲芯部(2，22)卷繞以形成胎體增強件的包邊部分(lb，21b)，每個胎圈包括使胎側(5，25 )徑向向內延伸的保護元件(4，24 )以及填充元件(6，26 )，所述填充元件(6，26 )位於保護元件和胎側的軸向內側上且位於胎體增強件的包邊部分的軸向外側上，所述保護元件和填充元件分別由至少一種保護聚合物材料和一種填充聚合物材料構成，所述填充聚合物材料在10%伸長率時的彈性模量小於所述塗層聚合物材料在10%伸長率時的彈性模量，其特徵在於，由過渡聚合物材料製成的過渡元件(28)經由其軸向內部面與胎體增強件的包邊部分(21b)的軸向外部面的塗層聚合物材料接觸，且經由其軸向外部面與所述填充聚合物材料(26)接觸，所述過渡聚合物材料在10%伸長率時的彈性模量介於所述塗層聚合物材料和所述填充聚合物材料各自在10%伸長率時的彈性模量之間。
2.根據權利要求I所述的用於土木工程類型的重型車輛的輪胎，其特徵在於，所述過渡元件(28)的徑向外端(E)位於經過所述輪輞凸緣(27)的圓的中心(O)且相對於所述軸向方向(YY』)成+70°角度的直線(Dmin)的徑向外側上。
3.根據權利要求I和2中任一項所述的用於土木工程類型的重型車輛的輪胎，其特徵在於，所述過渡元件(28)的徑向內端(I)位於經過所述輪輞凸緣(27)的圓的中心(0)且相對於所述軸向方向(YY』 )成+40°角度的直線(dmax)的徑向內側上。
4.根據權利要求I至3中任一項所述的用於土木工程類型的重型車輛的輪胎，其特徵在於，所述過渡元件(28)的厚度(e)至少等於所述塗層聚合物材料的厚度。
5.根據權利要求I至4中任一項所述的用於土木工程類型的重型車輛的輪胎，其特徵在於，所述過渡元件(28)的厚度(e)至多等於所述塗層聚合物材料的厚度的5倍。
6.根據權利要求I至5中任一項所述的用於土木工程類型的重型車輛的輪胎，其特徵在於，所述過渡聚合物材料在10%伸長率時的彈性模量至少等於所述塗層聚合物材料和所述填充聚合物材料各自在10%伸長率時的彈性模量的算數平均值的0. 9倍，且至多等於該算數平均值的I. I倍。
全文摘要
本發明涉及通過降低裂縫的擴展速度來改進用於重型土木工程車輛的子午線輪胎的胎圈的耐久性，這些裂縫出現在胎體增強件框架的軸向外表面上並且經過塗層聚合物材料和填充聚合物材料擴展。根據本發明，由過渡聚合物材料製成的過渡元件(28)經由其軸向內表面與胎體增強件框架(21b)的軸向外表面的塗層聚合物材料接觸，並且經由其軸向外表面與填充聚合物材料(26)接觸，過渡聚合物材料在10%伸長率時的彈性模量介於塗層聚合物材料與填充聚合物材料各自在10%伸長率時的彈性模量之間。
文檔編號B60C13/04GK102770288SQ201080055678
公開日2012年11月7日 申請日期2010年12月7日 優先權日2009年12月9日
發明者L·邦迪 申請人:米其林研究和技術股份有限公司, 米其林集團總公司