專利名稱：用于重型土木工程車輛的輪胎胎圈的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)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(shù)：
本發(fā)明將更具體地針對旨在安裝在翻斗車(其為運送從采石場或露天采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(fā)明不限于這種類型的應用。這種輪胎的輪輞的公稱直徑，在由歐洲輪胎和輪輞技術(shù)組織或ETRTO給出的定義內(nèi)的最小值為25”。如下定義應用于下文中 -“子午平面”為包括輪胎的旋轉(zhuǎn)軸線的平面。-“赤道平面”為穿過輪胎胎面表面的中間且垂直于輪胎的旋轉(zhuǎn)軸線的平面。-“徑向方向”為垂直于輪胎的旋轉(zhuǎn)軸線的方向。-“軸向方向”為平行于輪胎的旋轉(zhuǎn)軸線的方向。-“周向方向”為垂直于子午平面的方向。-“徑向距離”為從輪胎的旋轉(zhuǎn)軸線起，與輪胎的旋轉(zhuǎn)軸線成直角地測量的距離。-“軸向距離”為從赤道平面起，平行于輪胎的旋轉(zhuǎn)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(nèi)側(cè)上或在……的徑向外側(cè)上”指的是在更短、或更長的徑向距離上。-“在……的軸向內(nèi)側(cè)上或在……的軸向外側(cè)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(cè)分別連接至旨在經(jīng)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(nèi)側(cè)上的胎冠增強件和在胎冠增強件的徑向內(nèi)側(cè)上的胎體增強件。用于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涂布有涂層聚合物材料的金屬增強元件構(gòu)成。金屬增強元件基本上彼此平行，并與周向方向形成介于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，并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制成的周向增強元件，其由至少一種可由聚合物或織物(非窮舉地)制成的材料環(huán)繞。胎體增強件層從輪胎內(nèi)側(cè)朝向外側(cè)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制成。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(gòu)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(cè)徑向內(nèi)延伸且在胎體增強件的包邊部分的軸向外側(cè)上的保護元件。保護元件還至少部分地經(jīng)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制成。每個胎圈最終包括填充元件,所述填充元件位于胎側(cè)和保護元件的軸向內(nèi)側(cè)上，并位于胎體增強件的包邊部分的軸向外側(cè)上。填充元件由至少一種填充聚合物材料制成。聚合物材料在固化后通過由拉伸試驗確定的拉伸應力-變形特性加以機械表征。該拉伸試驗由本領(lǐng)域技術(shù)人員在試樣上根據(jù)已知的方法，例如根據(jù)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)和濕度(50±5%相對濕度)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。聚合物材料在固化后還通過其硬度加以機械表征。硬度特別地由根據(jù)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(cè)處承受彎曲循環(huán)。彎曲循環(huán)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。由于在輪輞凸輪上胎圈的彎曲，彎曲循環(huán)特別地導致在胎體增強件的包邊部分的軸向外部面上的涂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(qū)域中，彎曲循環(huán)在胎體增強件的包邊部分的軸向外部面上引發(fā)裂縫。這些裂縫在涂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于應力和應變變形周期的幅度和頻率，其次取決于在裂縫區(qū)中的聚合物材料的剛度。文獻JP 2004345414已經(jīng)描述了在具有徑向胎體增強件、胎圈的輪胎的情況下，其設(shè)計目的在于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(nèi)部部分的金屬增強元件的層的徑向外端之間重疊的區(qū)域中產(chǎn)生裂縫。在提出的技術(shù)方案中，將由聚合物材料制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(nèi)部部分的金屬增強元件的層的徑向外端之間。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明人已經(jīng)自己設(shè)定了這樣的目標通過降低出現(xiàn)在胎體增強件的包邊部分的軸向外部面上然后經(jīng)過涂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于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(jù)本發(fā)明，該目標已經(jīng)如下實現(xiàn)-用于土木工程類型的重型車輛的輪胎，其包括用于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涂層聚合物材料涂布的金屬增強元件構(gòu)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(nèi)側(cè)朝向外側(cè)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(cè)軸向向內(nèi)延伸的保護元件以及填充元件,所述填充元件位于保護元件和胎側(cè)的軸向內(nèi)側(cè)上且位于胎體增強件的包邊部分的軸向外側(cè)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(gòu)成，-填充聚合物材料在10%伸長率時的彈性模量小于涂層聚合物材料在10%伸長率時的彈性模量，-由過渡聚合物材料制成的過渡元件經(jīng)由其軸向內(nèi)部面與胎體增強件的包邊部分的軸向外部面的涂層聚合物材料接觸，且經(jīng)由其軸向外部面與所述填充聚合物材料接觸， 并且-所述過渡聚合物材料在10%伸長率時的彈性模量介于所述涂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(jù)本發(fā)明，有利的是由過渡聚合物材料制成的過渡元件經(jīng)由其軸向內(nèi)部面與胎體增強件的包邊部分的軸向外部面的涂層聚合物材料接觸，且經(jīng)由其軸向外部面與所述填充聚合物材料接觸。這是由于，加入過渡元件使得有可能產(chǎn)生剛度梯度并局部地限制應力和變形的水平，出現(xiàn)在胎體增強件的包邊部分的軸向外部面上并經(jīng)過涂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于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于過渡元件所接觸的涂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。從涂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，并因此減緩裂縫的擴展。涂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(yōu)勢越顯著。在根據(jù)本發(fā)明的輪胎的研究實例中，涂層聚合物材料在10%伸長率時的彈性模量等于填充聚合物材料在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于經(jīng)過輪輞凸緣的圓的中心且相對于軸向方向成+70°角度的直線的徑向外側(cè)上。還有利的是，使得過渡元件的徑向內(nèi)端位于經(jīng)過輪輞凸緣的圓的中心且相對于軸向方向成+40°角度的直線的徑向內(nèi)側(cè)上。由于輪胎的輪輞包括兩個相對于輪胎的赤道平面對稱的輪輞凸緣，且由于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(jīng)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(nèi)側(cè)和徑向朝向輪胎的外側(cè)取向。穿過輪輞凸緣的圓的中心的直線相對于軸向方向的角度為該直線相對于穿過輪輞凸緣的圓的中心并朝向輪胎內(nèi)側(cè)導向的軸向?qū)虻闹本€的角度。如果從穿過輪輞凸緣的圓的中心并朝向輪胎內(nèi)側(cè)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于輪輞凸緣正確定位的最小壓力。舉例而言，該最小壓力可以等于如ETRTO標準中所規(guī)定的額定充氣壓力的10%。發(fā)明人已經(jīng)證實，對于胎體增強件的包邊部分的軸向外部面上的破裂敏感的區(qū)域包括在經(jīng)過輪輞凸緣的圓的中心的直線之間，所述直線相對于軸向方向各自成等于+40°的最小角度和等于+70°的最大角度。這實際上是在施加于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(qū)域。結(jié)果，過渡元件至少需要覆蓋對于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(qū)域，記住過渡元件相對于胎體增強件的包邊部分定位的公差，該公差是該制造方法固有的。
根據(jù)本發(fā)明的一個有利的實施例，過渡元件的厚度至少等于涂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(qū)域的外側(cè)測得的過渡元件的恒定厚度。涂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涂層聚合物材料始于并垂直于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于涂層聚合物材料的厚度的5倍。這是因為，由于過渡聚合物材料在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于填充聚合物材料的熱耗散。結(jié)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(shè)定上限。本發(fā)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于涂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(shù)平均值的0. 9倍且至多等于該算數(shù)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范圍的值保證了從涂層聚合物材料連續(xù)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(jù)所附的圖I至圖2的說明，本發(fā)明的特征將會得到更清楚的理解-圖I是現(xiàn)有技術(shù)中用于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(jù)本發(fā)明的用于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。為了使得它們更易于理解，圖I和2沒有按比例繪制。
具體實施例方式圖I顯示了現(xiàn)有技術(shù)中用于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由以涂層聚合物材料涂布的金屬增強元件構(gòu)成，胎體增強件的主要部分Ia從輪胎內(nèi)側(cè)朝向外側(cè)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，并由兩種填料聚合物材料制成，-第一填料聚合物材料3a，所述第一填料聚合物材料3a位于胎圈鋼絲芯部2的徑向外側(cè)并與胎圈鋼絲芯部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位于第一填料聚合物材料3a的徑向外側(cè)并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(nèi)延伸胎側(cè)5，并由至少一種保護聚合物材料制成， -填充元件6，所述填充元件6位于保護元件4和胎側(cè)5的軸向內(nèi)側(cè)上，并位于胎體增強件的包邊部分Ib的軸向外側(cè)上,且由填充聚合物材料制成。圖2顯示了根據(jù)本發(fā)明的用于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由以涂層聚合物材料涂布的金屬增強元件構(gòu)成，胎體增強件的主要部分21a從輪胎內(nèi)側(cè)朝向外側(cè)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，并由兩種填料聚合物材料制成，
-第一填料聚合物材料23a，所述第一填料聚合物材料23a位于胎圈鋼絲芯部22的徑向外側(cè)并與胎圈鋼絲芯部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位于第一填料聚合物材料23a的徑向外側(cè)并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(nèi)延伸胎側(cè)25，并由至少一種保護聚合物材料制成，-填充元件26，所述填充元件26位于保護元件24和胎側(cè)25的軸向內(nèi)側(cè)上，并位于胎體增強件的包邊部分21b的軸向外側(cè)上，且由填充聚合物材料制成，-過渡元件28，所述過渡元件28經(jīng)由其軸向內(nèi)部面與胎體增強件的包邊部分的軸向外部面的涂層聚合物材料接觸，且經(jīng)由其軸向外部面與填充聚合物材料接觸。過渡元件28具有示意性地示為恒定值的厚度e，但是該厚度實際上在其各自的徑向外端E和徑向內(nèi)端I處通常為漸縮的。過渡元件28的徑向外端E和徑向內(nèi)端I的各自的幾何位置相對于局部參照系定義，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(jīng)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(nèi)側(cè)和徑向朝向輪胎的外側(cè)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(jīng)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(nèi)端I分別位于直線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(nèi)端I分別位于相對于軸線YY’成+70°角度的直線Dmin的徑向外側(cè)上和相對于軸線Ti’成+40°角度的直線dmax的徑向內(nèi)側(cè)上。本發(fā)明更具體地針對用于尺寸為59/80R63的翻斗車類型的重型車輛的輪胎進行了研究。根據(jù)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(nèi)覆蓋介于16千米和32千米之間的距離。
根據(jù)本發(fā)明設(shè)計59/80R63輪胎，如圖2所示。經(jīng)過過渡元件28的徑向外端E的直線D的角度A等于+80°，因此大于+70°。經(jīng)過過渡元件28的徑向內(nèi)端I的直線d的角度a等于+35°，因此小于+40°。過渡元件28的厚度e等于I. 5毫米，因而介于等于I毫米的涂層聚合物材料的厚度與聚合物涂層材料的厚度的5倍之間。涂層聚合物材料、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于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于涂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(shù)平均值。在如圖I所示的參照輪胎和如圖2所示的根據(jù)本發(fā)明的輪胎上分別進行了有限元計算仿真。對于參照輪胎而言，在對于破裂敏感的區(qū)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于與之接觸的涂層聚合物材料的伸長率的I. 3倍，這些伸長平行于胎體增強件的包邊部分。對于根據(jù)本發(fā)明的輪胎而言，在對于破裂敏感的區(qū)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于涂層聚合物材料的伸長率的I. I倍。結(jié)果，在本發(fā)明的情況下裂縫從涂層聚合物材料擴展到過渡聚合物材料28的擴展速度低于在參照輪胎的情況下裂縫從涂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的伸長率與涂層聚合物材料的伸長率之比(等于I. I)低于填充聚合物材料6的伸長率與涂層聚合物材料的伸長率之比(等于 I. 3)。本發(fā)明不應該解釋為受限于圖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(shù)量包括在涂層聚合物材料與填充聚合物材料之間。
權(quán)利要求
1.用于土木工程類型的重型車輛的輪胎，其包括用于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涂層聚合物材料涂布的金屬增強元件構(gòu)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(nèi)側(cè)朝向外側(cè)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(cè)(5，25 )徑向向內(nèi)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 )位于保護元件和胎側(cè)的軸向內(nèi)側(cè)上且位于胎體增強件的包邊部分的軸向外側(cè)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(gòu)成，所述填充聚合物材料在10%伸長率時的彈性模量小于所述涂層聚合物材料在10%伸長率時的彈性模量，其特征在于，由過渡聚合物材料制成的過渡元件(28)經(jīng)由其軸向內(nèi)部面與胎體增強件的包邊部分(21b)的軸向外部面的涂層聚合物材料接觸，且經(jīng)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于所述涂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(jù)權(quán)利要求I所述的用于土木工程類型的重型車輛的輪胎，其特征在于，所述過渡元件(28)的徑向外端(E)位于經(jīng)過所述輪輞凸緣(27)的圓的中心(O)且相對于所述軸向方向(YY’)成+70°角度的直線(Dmin)的徑向外側(cè)上。
3.根據(jù)權(quán)利要求I和2中任一項所述的用于土木工程類型的重型車輛的輪胎，其特征在于，所述過渡元件(28)的徑向內(nèi)端(I)位于經(jīng)過所述輪輞凸緣(27)的圓的中心(0)且相對于所述軸向方向(YY’ )成+40°角度的直線(dmax)的徑向內(nèi)側(cè)上。
4.根據(jù)權(quán)利要求I至3中任一項所述的用于土木工程類型的重型車輛的輪胎，其特征在于，所述過渡元件(28)的厚度(e)至少等于所述涂層聚合物材料的厚度。
5.根據(jù)權(quán)利要求I至4中任一項所述的用于土木工程類型的重型車輛的輪胎，其特征在于，所述過渡元件(28)的厚度(e)至多等于所述涂層聚合物材料的厚度的5倍。
6.根據(jù)權(quán)利要求I至5中任一項所述的用于土木工程類型的重型車輛的輪胎，其特征在于，所述過渡聚合物材料在10%伸長率時的彈性模量至少等于所述涂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(shù)平均值的0. 9倍，且至多等于該算數(shù)平均值的I. I倍。
全文摘要
本發(fā)明涉及通過降低裂縫的擴展速度來改進用于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(xiàn)在胎體增強件框架的軸向外表面上并且經(jīng)過涂層聚合物材料和填充聚合物材料擴展。根據(jù)本發(fā)明，由過渡聚合物材料制成的過渡元件(28)經(jīng)由其軸向內(nèi)表面與胎體增強件框架(21b)的軸向外表面的涂層聚合物材料接觸，并且經(jīng)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于涂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(yōu)先權(quán)日2009年12月9日
發(fā)明者L·邦迪 申請人:米其林研究和技術(shù)股份有限公司, 米其林集團總公司