用于施工场地类型的重型车辆的轮胎的胎圈

摘要

用于施工场地类型的重型车辆的子午线轮胎，其包括通过包括至少一个层(5)的胎体增强件(4)连接到一起的两个胎圈(2)，该层包括在每个胎圈(2)中折返、轴向地从轮胎的内侧朝向外侧、绕着胎圈金属丝(7)以形成具有自由端(E)的卷边(8)的主体部(6)。卷边(8)和主体部(6)之间的距离(l)从胎圈金属丝(7)连续地减小到在卷边(8)的第一点(A)处达到的第一最小距离(a)，随后从卷边(8)的第一点(A)连续地增大到在卷边(8)的第二点(B)处达到的最大距离(b)。距离(l)从第二点(B)连续地减小直到在卷边(8)的第三点(C)处达到的第二最小距离(c)，随后从第三点(C)连续地增大直到在卷边(8)的第四点(D)达到的第二最大距离(d)，该第四点位于卷边(8)的自由端(E)的径向内侧。

说明书

技术领域

本发明涉及一种安装到施工场地类型的重型车辆的子午线轮胎。

背景技术

尽管不限于这种应用的类型，本发明将更具体地参考大尺寸子午 线轮胎来描述，该轮胎旨在安装至用于运输从采石场或从露天矿场开 采的材料的车辆上(例如倾翻车上)。根据“European Tyre and Rim  Technical Organisation”或ETRTO标准的限定，这种轮胎的公称轮辋 直径至少等于25英尺。

轮胎包括两个胎圈，其提供轮胎和轮辋(轮胎安装在该轮辋上) 之间的机械连接，胎圈通过两个侧壁分别连接到胎面，该胎面旨在通 过胎面表面与地面接触。

在下文中，周向、轴向和径向方向分别表示沿轮胎旋转的方向与 胎面表面相切的方向、与轮胎的旋转轴线平行的方向以及与轮胎的旋 转轴线垂直的方向。“径向内侧”和“径向外侧”分别指“接近”和“远 离”轮胎的旋转轴线。“轴向内侧”和“轴向外侧”分别指“接近”和 “远离”轮胎的赤道平面，轮胎的赤道平面为穿过轮胎的胎面表面的 中部并且与轮胎的旋转轴线垂直的平面。

子午线轮胎更具体地包括增强件，该增强件包括在胎面径向内侧 的胎冠增强件，和在胎冠增强件的径向内侧的胎体增强件。

用于施工场地类型的重型车辆的子午线轮胎的胎体增强件通常包 括至少一个由加强件组成的胎体层，该加强件一般由金属制成，涂覆 有弹性体涂覆材料或涂覆配混物。在轮胎领域中，通常通过混合材料 的多种成分获得的弹性体材料通常被称之为配混物。胎体层包括主体 部，该主体部将两个胎圈连接到一起并且在每个胎圈内从轮胎的内侧 朝向外侧绕着胎圈金属丝包裹，以形成卷边。金属加强件基本上彼此 平行，在主体部中，其与周向方向形成的角度在85°和95°之间；在卷 边中，角度为75°和105°之间。

胎圈金属丝由周向增强元件组成，该周向增强元件通常由金属制 成、被至少一种涂覆材料包围、非详尽地由弹性体或织物制成。在下 文中，胎圈金属丝的直径定义为胎圈金属丝的基本上圆形的子午截面 的直径，其是绕着胎圈金属丝的子午截面描绘出的圆的直径，其通过 由它的涂覆元件环绕的金属的周向增强元件组成。通过接合有胎体增 强件，在充气时胎圈金属丝与胎体增强件接触的部分会在胎体增强件 中产生反作用拉伸力。该产生的反作用拉伸力取决于胎圈金属丝的扭 转刚度以及卷边的长度。在胎圈金属丝具有较高扭转刚度的通常情况 下，充气时的拉伸力主要地通过胎圈金属丝而起反作用，并且卷边产 生了二次作用。

在每个胎圈中的卷边使得胎体层锚固到相应胎圈中的胎圈金属 丝。在用于施工场地类型的重型车辆的轮胎的情况下，卷边通常很长， 即它的自由端在径向上比胎圈金属丝的轴向最外点更接近轮胎的侧壁 中的胎体增强件的轴向最外的点。

每个胎圈还包括填充元件，该填充元件从胎圈金属丝径向向外延 伸并且基本上为三角形形状。填充元件由至少一个填充弹性体材料或 填充配混物制成，并且经常由具有不同化学成分的至少两个填充配混 物在径向方向上的堆叠而制成。此外，填充元件将主体部与卷边轴向 地分离。

配混物在硫化后的机械表征为拉伸应力-应变特性，其通过拉伸实 验来确定。所述拉伸实验可以通过本领域技术人员使用已知的方法在 试验样本上来实现，例如按照国际标准ISO37，以及由国际标准ISO471 定义的在正常的温度(23±2℃)和相对湿度(50±5％rh)的条件下。 配混物在10％伸长量时的弹性模量被定义为试验样本的10％伸长量时 测量的拉伸应力，其以兆帕(MPa)来表示。

配混物在硫化后的机械表征还有其硬度。硬度特别通过根据标准 ASTM D 2240-86确定的肖氏A硬度而限定。

当车辆行驶时，安装在其轮辋上、充气并在车辆的负载下压缩的 轮胎经受弯曲循环，特别是在其胎圈及其侧壁处。

基于胎圈在轮辋凸缘挠曲，弯曲循环会导致特别是在填充配混物 中主要为剪切和压缩的应力和应变。

文献EP2216189描述了一种轮胎胎圈，轮胎胎圈的耐久性通过减 小由于使用中胎圈在轮辋上挠曲而导致的在卷边中的压缩应变而提 高。这一目标是通过卷边这样的设置来实现的，即，卷边和主体部之 间的距离连续地减小(径向地朝向外侧、从胎圈金属丝直到最小距离) 并且随后连续地增大直到最大的距离。卷边在卷边的对应于卷边和主 体部之间的最大距离的点的外侧径向地延伸。

文献JP2010274862也描述了轮胎胎圈的耐久性的提高，随着使用 中胎圈在轮辋上挠曲，在如文献EP2216189所描述的胎圈的情况下， 具有这样设置的卷边：卷边和主体部之间的距离连续减小(径向地朝 向外侧、从胎圈金属丝直到最小的距离)，随后连续地增大直到最大的 距离。这个目的是借助于在主体部和卷边之间的填充元件的存在而达 到的，该填充元件包括从胎圈金属丝径向地朝向外侧延伸的硬的第一 配混物，以及从硬的第一配混物径向地朝向外侧延伸的第二填充配混 物。第二填充配混物至少部分地存在于主体部和卷边之间的距离最小 的区域中。这个设计使得减小这个区域中的剪切力成为可能，并且由 此进一步提高了胎圈的耐久性。

在分别通过前述文献EP2216189和JP2010274862描述的技术方案 中，卷边使得卷边和主体部之间的距离连续地减小(径向地朝向外侧、 从胎圈金属丝直到最小距离)，这导致卷边显著地靠近胎体层的主体 部。

由于卷边的装配组成，卷边的这样的子午轮廓使得其能够减少卷 边中的压缩，或者甚至将其置于拉伸下，因此填充元件和胎体层的主 体部机械地表现为类似于梁，该梁的截面径向地向外侧减小。

此外，将卷边接近主体部会使得相应地在卷边的轴向外侧的胎圈 的部分厚度增加，并且由至少一个配混物组成。这种厚度增加使得在 与卷边毗邻的轴向外部的配混物和卷边之间的交界面处的剪切负载的 减小，从而使得该交界面具有更好的疲劳强度，从而提高了轮胎的耐 久性。

在另一方面，将卷边靠近主体部会导致轴向地插置在卷边和胎体 层的主体部之间的填充元件的厚度减小。这种厚度减小导致在填充元 件和胎体层的主体部之间的交界面处的剪切负载增大，由此降低该交 界面的疲劳强度，这将削弱轮胎的耐久性。

发明内容

本申请的发明人已经为他们自己设定了提高用于施工场地类型的 重型车辆的子午线轮胎的胎圈的耐久性的任务，并进一步能够克服上 述缺点而同时保持所述的技术优点。

根据本发明，通过用于施工场地类型的重型车辆的轮胎已经实现 上述目标，该轮胎包括：

-两个胎圈，其旨在与轮辋接触并且通过包括至少一个胎体层的胎 体增强件而彼此连接，

-胎体层或每个胎体层包括主体部，该主体部在每个胎圈内、轴向 地从轮胎的内侧朝向外侧、绕着具有直径的胎圈金属丝进行包裹，以 形成具有自由端的卷边，

-每个胎圈包括填充元件，该填充元件具有至少一个填充配混物， 并且从胎圈金属丝径向地朝向外侧延伸，且轴向地位于卷边和主体部 之间，

-卷边和主体部之间的距离从胎圈金属丝连续地减小直到在卷边 的第一点处达到的第一最小距离，随后从卷边的第一点连续地增大直 到在卷边的第二点处达到的第一最大距离，

-卷边和主体部之间的距离从卷边的第二点连续地减小直到在卷 边的第三点处达到的第二最小距离，该第三点位于卷边的自由端的径 向内侧，

-并且卷边和主体部之间的距离从卷边的第三点连续地增大直到 在卷边的第四点处达到的第二最大距离，该第四点位于卷边的自由端 的径向内侧。

按照惯例，卷边和主体部之间的距离，在卷边的给定点处，通过 卷边和主体部的各自的中间线来测量，并与卷边成直角。从实际的观 点来看，在卷边上给定点处的该距离在轮胎的子午截面上测量。

本发明背后的实质思想是具有填充元件，该填充元件将卷边和主 体部分离，包括第一次变窄，接着第一次变宽，接着第二次变窄，本 身接着第二次变宽。换句话说，卷边的子午线轮廓位于胎圈的那个部 分中具有波浪形，即当使用中胎圈在轮辋凸缘弯曲时，机械地承受高 载荷。这样的设计保证了就处于三个潜在的敏感区域之间的耐久性的 折中。

第一敏感区域是与卷边毗邻的轴向外部配混物与卷边之间的交界 面。位于该第一敏感区域中、在卷边的第一点处达到的第一最小距离 使得在卷边的轴向外侧的胎圈部分的局部增厚。该局部增厚使得在与 卷边毗邻的轴向外部的配混物和卷边之间的交界面上的剪切负载的减 小，由此提高该交界面的疲劳强度，这使得提高了轮胎的耐久性。

第二敏感区域是填充元件和胎体层的主体部之间的交界面。位于 该第二敏感区域中、在卷边的第二点处达到的第一最大距离使得填充 元件的局部增厚。该局部增厚使得在填充元件和胎体层的主体部之间 的交界面上的剪切负载的减小，由此提高该交界面的疲劳强度，同样 将提高轮胎的耐久性。

第三敏感区域是卷边承受压缩的部分。当轮胎行驶时，折返的上 述部分基本上对应于胎圈包裹在轮辋凸缘之上的部分，并且更具体 地，包裹在轮辋凸缘的基本上圆形的和径向外部之上的部分。在该胎 圈部分中，弯曲时像梁一样作用，主体部(其好比是梁的外部构造) 处于拉伸状态，而卷边(其好比是梁的内部构造)处于压缩状态。在 卷边的第三点处达到的第二最小距离(在卷边的自由端的径向内侧) 使得卷边和主体部之间的距离(即梁的外部和内部构造之间的距离) 局部地减小，这使得可以减小内部构造(即卷边)被压缩的程度。

最后，在卷边和主体部之间的距离从卷边的第三点连续地增大直 到在卷边的第四点处达到的第二最大距离，该第四点位于以一定的径 向距离在胎圈金属丝的径向最内点的径向外侧上。

有利地，在卷边的第一点处达到的第一最小距离至多等于在卷边 的第三点处达到的第二最小距离。

在卷边的第一点处达到的第一最小距离优选为至少等于胎圈金属 丝直径的0.1倍并且至多等于0.2倍。

卷边的第一点以给定径向距离位于的胎圈金属丝的径向最内点的 径向外侧，卷边的第一点和胎圈金属丝径向最内点之间的径向距离也 优选为至少等于胎圈金属丝直径的1.5倍并且至多等于2倍。

如之前定义的第一最小距离的数值范围以及对应于第一最小距离 的卷边的第一点的径向位置的数值范围，可以使得将第一敏感区域中 (在与卷边毗邻的轴向外部配混物和卷边之间的交界面上)的剪切负 载最小化。

在卷边的第二点处达到的第一最大距离至少等于在卷边的第一点 处达到的第一最小距离的1.2倍并且至多等于2.5倍。

卷边的第二点以给定径向距离位于胎圈金属丝的径向最内点的径 向外侧，卷边的第二点和胎圈金属丝径向最内点之间的径向距离为至 少等于胎圈金属丝直径的1.55倍并且至多等于2.2倍。

如之前定义的第一最大距离的数值范围以及对应于第一最大距离 的卷边的第二点的径向位置的数值范围，可以使得将第二敏感区域中 (在填充元件和胎体层的主体部之间的交界面上)的剪切负载最小 化。

在卷边的第三点处达到的第二最小距离至少等于在卷边第一点处 达到的第一最小距离的0.5倍，优选至少等于1倍，并且至多等于2.4 倍。

卷边的第三点以给定径向距离位于胎圈金属丝的径向最内点的径 向外侧，卷边的第三点和胎圈金属丝(7)径向最内点之间的径向距离 为至少等于胎圈金属丝直径的1.8倍并且至多等于2.5倍。

如之前定义的第二最小距离的数值范围以及对应于第二最小距离 的卷边的第三点的径向位置的数值范围，通过将卷边置于拉伸状态 中，可以使得将第三敏感区域中(对应于经受压缩的折返的部分)的 压缩负载最小化。

进一步有利的是，卷边的第四点以给定径向距离位于胎圈金属丝 的径向最内点的径向外侧，卷边的第四点和胎圈金属丝径向最内点之 间的径向距离为至少等于卷边的第一点和胎圈金属丝的径向最内点之 间的径向距离的1.5倍。

该第二最大距离与填充元件的第二最大厚度相应，也使得减小填 充元件中的剪切负载成为可能。在上述实施方案中，填充元件的厚度 因此先后通过了第一最小、接着第一最大、接着第二最小以及最后第 二最大，这意味着在卷边中存在双波浪。

卷边的自由端以给定径向距离位于胎圈金属丝的径向最内点的径 向外侧，并且主体部的轴向最外点，以给定径向距离位于胎圈金属丝 的径向最内点的径向外侧，卷边的自由端与胎圈金属丝的径向最内点 的径向距离至少等于主体部的轴向最外点与胎圈金属丝的径向最内点 之间的径向距离的0.8倍。换句话说，卷边自由端的径向位置接近主 体部的轴向最外点。该主体部的轴向最外点(在该点处主体部的切线 为径向方向)定义了在侧壁处的轮胎的轴向宽度。该卷边的自由端的 径向位置是所谓的长卷边的卷边特性。长卷边有助于对充气时在胎体 增强层中(在胎体增强层中胎圈金属丝的扭转刚度足够低)的拉伸力 的进行反作用。取决于卷边的端部是位于胎体增强件的轴向最外点的 径向内侧或径向外侧，当在行驶中侧壁弯曲时，卷边的端部可被径向 地朝外拉并处于拉伸状态，或者另一方面，径向地朝内推并处于压缩 的状态。因此，卷边的端部的径向位置决定了卷边是否处于压缩的状 态。

当填充元件包括至少部分地相互接触的第一填充配混物和第二填 充配混物时，第一填充配混物从胎圈金属丝径向地向外延伸直到第一 填充配混物的径向最外点处并且与主体部相接触，所述点以给定径向 距离位于胎圈金属丝的径向最内点的径向外侧，并且第一填充配混物 的10％伸长量下的弹性模量至少等于第二填充配混物的10％伸长量下 的弹性模量，第一填充配混物的径向最外点(和主体部相接触的)和 胎圈金属丝的径向最内点之间的径向距离，至多等于卷边的第一点 (与第一最小距离相应)和胎圈金属丝的径向最内点之间的径向距 离。

在由两次变窄分隔的局部增厚的区域中，导致了具有较小的弹性 模量(在10％伸长量下)的第二填充配混物的存在；这反过来又导致 了在梁中剪切负载的额外减小，并由此避免了填充元件和胎体层的主 体部之间的交界面上破裂或脱胶的风险。

第二填充配混物从胎圈金属丝沿着卷边径向地向外延伸，并且从 卷边轴向地向内延伸，与胎圈金属丝相接触。

在胎圈金属丝的径向外侧的填充元件和卷边之间的交界面的区 域，也是脱胶的敏感区域。具有在10％伸长量下的弹性模量(小于第 一填充配混物的该值)的第二填充配混物的存在，可以减小在交界面 区域中的剪切应力，从而使其不易于脱胶。

根据前面实施方案优选的另一个形式，第二填充配混物的轴向最 内点(也与胎圈金属丝接触)以给定轴向距离位于卷边的轴向内侧， 第二填充配混物轴向最内点(也与胎圈金属丝接触)与卷边之间的轴 向距离至少等于胎圈金属丝直径的0.15倍并且至多等于0.35倍。

与上文所定义的数值范围相关，最小值保证了所述解决方案的最 低有效性，而最大值保证了填充元件的整体剪切刚度维持足够高以防 止胎体层变成非径向的任何风险。

有利地，胎体层或每个胎体层由涂覆有涂覆配混物的、互相平行 的加强件组成，第二填充配混物的10％伸长量下的弹性模量为至少等 于涂覆配混物的10％伸长量下的弹性模量的0.75倍，优选地至少等于 涂覆配混物的10％伸长量下的弹性模量。

如果第二填充配混物的10％伸长量下的弹性模量低于该值时，将 会提高第一和第二填充配混物之间的交界面的破裂或脱胶的风险(由 于它们各自的10％伸长量下的弹性模量之间的差异太大导致)。

如果第二填充配混物和涂覆配混物各自的10％伸长量下的弹性模 量相同，涂覆配混物和第二填充配混物之间的交界面上就没有刚度变 化。这降低了该交界面区域对于脱胶的敏感性。

第一填充配混物的10％伸长量下的弹性模量为，就其本身而言， 有利地至少等于涂覆配混物的10％伸长量下的弹性模量。

第二填充配混物有利地具有与涂覆配混物相同的化学成分。两个 配混物之间交界面的结合性通过它们化学成分相同而进一步提高。

附图说明

本发明的特征在附图1-3的描述的帮助下将能更好地被理解，其 中附图1-3为简化的示意而不是按比例绘制。

-图1为根据本发明的第一实施方案的用于施工场地类型的重型 车辆的轮胎在子午平面的截面图的一半视图。

-图2为根据本发明的第二实施方案的用于施工场地类型的重型 车辆的轮胎胎圈在子午平面的截面图的视图。

-图3为根据本发明的第三实施方案的用于施工场地类型的重型 车辆的轮胎胎圈在子午平面的截面图的视图。

具体实施方式

图1为根据本发明的第一实施方案的用于施工场地类型的重型车 辆的轮胎在子午平面的截面图的一半视图。轮胎1包括：旨在与轮辋3 接触的胎圈2以及包括单个胎体层5的胎体增强件4。胎体层5包括主 体部6，该主体部6在胎圈2中从轮胎的内侧朝向外侧轴向地绕着具有 直径L的胎圈金属丝7进行包裹，以形成具有自由端E的卷边8。胎 圈2包括填充元件9，该填充元件9包括填充配混物10，并且从胎圈 金属丝7径向地朝向外侧延伸且在卷边8和主体部6之间轴向地延伸。 卷边8和主体部6之间的距离l从胎圈金属丝7直到第一最小距离a(在 卷边8的第一点A处达到该第一最小距离a)连续地减小，随后从卷 边8的第一点A直到第一最大距离b(在卷边8的第二点B处达到该 第一最大距离b)连续地增大。根据本发明，卷边8和主体部6之间的 距离l随后从卷边8的第二点B直到第二最小距离c(在卷边8第三点 C处达到该第二最小距离c，该第三点C在卷边8的自由端E的径向 的内侧)连续地减小，随后卷边8和主体部6之间的距离l从卷边8 的第三点C直到第二最大距离d(在卷边8的第四点D处达到该第二 最大距离d，该第四点D在卷边8的自由端E的径向的内侧)连续地 增大。卷边8的第一、第二、第三和第四点A、B、C和D分别以径向 距离H_A、H_B、H_C和H_D位于胎圈金属丝7的径向最内点I的径向外 侧。卷边8的自由端E以径向距离H_E位于胎圈金属丝7的径向最内点 I的径向外侧。

图2为根据本发明的第二实施方案的用于施工场地类型的重型车 辆的轮胎胎圈2在子午平面的截面图的视图。图2中的第二实施方案 与图1中的第一实施方案由于填充元件9包括至少部分地相互接触的 第一填充配混物10和第二填充配混物11而不同。第一填充配混物10 从胎圈金属丝7径向地朝向外侧延伸到第一填充配混物的径向最外点 G，并且与主体部6相接触。点G(第一填充配混物10的径向地朝向 外侧的最远点且与主体部6相接触)以径向距离H_G径向地位于胎圈金 属丝7的径向最内点I的外侧。

图3为根据本发明的第三实施方案的用于施工场地类型的重型车 辆的轮胎胎圈2在子午平面的截面图的视图。图3中的第三实施方案 与图2中的第二实施方案由于填充元件9包括从胎圈金属丝7径向向 外、沿着卷边8并且从卷边8轴向向内延伸且与胎圈金属丝7接触的 第二填充配混物11而不同。第二填充配混物11的点H(轴向地朝向 内侧的最远点且与胎圈金属丝7相接触)为从卷边8具有轴向距离h。

根据本发明图3中所示的第三实施方案，本发明已经研究了具体 为用于大型倾翻车的尺寸是59/80R63的轮胎的情况。轮胎的胎圈金属 丝7具有等于9cm的直径L。填充元件9包括第一和第二填充配混物 (10，11)，它们各自的10％伸长量下的弹性模量为等于9.5MPa和6 MPa。卷边8的第一、第二、第三和第四点A、B、C和D以径向距离 H_A、H_B、H_C和H_D径向地位于胎圈金属丝7的径向最内点I的外侧， 所述径向距离H_A、H_B、H_C和H_D分别等于17.5cm、20cm、22cm和 30cm。在卷边8和主体部6之间、在卷边8的点A、B、C和D处量 得的距离a、b、c和d，即填充元件9在这些点处的厚度，分别等于 10mm、20mm、17mm和22mm。

通过对在上文中描述的轮胎进行有限元计算的模拟，显示了在之 前确定的三个敏感区域中的剪切负载与现有技术的相关轮胎相比明显 减小。

本发明不受限于上文中所描述的特征，并且可扩展到其他胎圈配 置，包括但不局限于例如下述结构：

-一个或多个填充配混物轴向地插置在第一和第二填充配混物之 间，

-两个以上的填充配混物在径向堆叠。