CN1051965C - 农用拖拉机及其他类似车辆用无向充气轮胎 - Google Patents

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Abstract

披露一种具有独特无向胎面32的充气农用轮胎20。胎面32具有许多花纹块50。花纹块50系按每至少3，较好4个花纹块一组60布置的，各块均有基本上互相平行的块中心线63，组60绕胎面32一周不断重复。组60从胎面边缘到胎面边缘沿一条基本上贯穿块中心点61的直线62延伸。块50A、50B、50C和50D中每一块的中心线基本上互相平行，并与中心平面构成一个约45°的锐角。

Description

农用拖拉机及其他类似车辆用无向充气轮胎
本发明关于发用拖拉机及类似的农用车辆用的无向、充气、农用轮胎。拖拉机轮胎，在保持良好牵引或牵引杆特性的同时，还必须具备良好的路面及离路行驶的耐震特性。此种轮胎还必须提供田间作业时的除土、除泥等能力。
过去，农用车辆由马牵引。随着机动拖拉机于本世纪初逐渐推广，农用车辆便开始用钢制做，并在钢轮表面布满抓地板。E.J.Farkas于1922年获得用于拖拉机轮的可拆卸胎面的专利。U.S.专利1,423,519描述一种橡胶胎面构件，它可以被加到钢抓地板上从而使之可以穿过道路而不会破坏路面。这些历史上的车辆，用于农活其马力远远不足。所以，这些轮子通常被设计成某种程度上(如果说不是完全地)无定向性的，而抓地板则与行驶方向倾斜或垂直。当拖拉机被陷住时，这种无向特性是有益的。发生这种情况时，常常将马匹套在车尾，于是拖拉机借助附加的马力能够倒出软泥坑。
随着拖拉机马达的改进，轮胎变成有向型式的。当时拖拉机的主要作用是前向拉力，故轮胎也设计成加强这一性能。
1942年一位农用轮胎工程师，James E.Hale研制了一种适用于软泥地的充气轮胎。U.S.专利2,271,337描述了旨在设计一种具有中央突棱的无定向轮胎的尝试。Hale的轮胎，虽然据说是无向的但又说在胎的每一侧仅有一个方向自清理能力。这种夹泥特性曾经是所有拖拉机轮胎的一个共同问题，而且是无向拖拉机轮胎特别麻烦的问题。
随着农用胎设计和结构的进步，该轮胎技术领域已成为几乎是有向胎面花纹的一统天下。
与之相关的大型挖/推土机轮胎技术领域，虽然有一定的有向胎面设计，却采用较多的无向胎面花纹。一般大型挖/推土机轮胎具有呈现出花纹块面积(与全部接着面积之比)为40％以上的较封闭的胎面花纹，而农用胎则具有小于40％，典型地小于30％的花纹块面积，即；较为开放。1974年的U.S.专利3,844,326描述了一种采用无向型花纹的重型工程机械用凸块轮胎。
类似地，U.S.外观设计专利178,166展示一种多凸块无向花纹。这类胎面花纹通常采用沿胎面(冠)中央较大花纹块面积，且突块的径向朝外面块宽大于块径向高度的2/3。设计用于能经受离路条件重载的大型挖/推土机轮胎，其胎冠中心部分能容许一定程度的塞泥。最近，已开发出一种新型农用拖拉机，要求具有荷载下基本相当的向前和向后的牵引力。这类多用途拖拉机相应地要求一种无向胎面花纹。
本发明描述了一种无向充气农用轮胎20。轮胎20具有一个最大断面宽度、一条转动轴线、一个垂直于该轴线的中心平面(赤道平面)；该中心平面位于最大断面宽度的中点。轮胎20较好具有24.0英寸或更大的公称轮辋直径。轮胎20具有涂胶帘子线增强的胎体21和沿胎体21径向朝外配置的橡胶胎面(冠)32。胎面32具有第一和第二胎面边缘33A、33B，以及配置于此二边缘之间的许多胎面花纹块50。花纹块具有至少为其断面宽度10％的长度。该胎面(冠)在正常荷载及充气条件下具有小于40％，较好约30％或稍低的花纹块面积。
胎面32具有包括至少3个，较好4个花纹块50构成的组60。花纹块50具有基本上平行的花纹块中心线63。组60沿胎面32一周被重复许多次。组60沿块中心点61连线62，从第一胎面边缘33A，基本上直线地跨过胎面32伸向第二胎面边缘33B。每只花纹块50的中心线63为彼此平行，且与中心平面呈约45°的锐角θ。
轮胎的“高宽比”意指其断面高度(SH)与其断面宽度(SW)之比，再乘上100％以表示为百分数。
“轴向”意指平行于轮胎转动轴线的直线或方向。
“钢丝圈”意指这样的轮胎构件，它包括一个环形抗张元件，该元件由多层帘子线包缠并做成带或不带其他，例如挡泥环、剥离片、背斜脊、护趾和胎圈包布等增强构件，以便与设计轮辋相配。
“带状增强结构”意指至少2层平行帘子(股)线，可以是织造成非织造的，铺在胎面底下、不与钢丝圈锚固，且帘子线与轮胎中心平面分别呈17°至27°的左和右帘子线角。
“胎体”意指除去带状结构、胎冠(面)、胎面下层及帘子线表面的侧壁橡胶，然而却包括钢丝圈在内的轮胎结构。
“周向”意指沿环形胎面延伸并垂直于轴线方向的直线或方向。
“设计轮辋”意指具有规定形状和宽度的轮辋。为本说明的目的，设计轮辋和设计轮辋宽度系按照轮胎制造所在地现行工业标准规定的。譬如，在美国，设计轮辋是由“Tire and Rim Association”规定的。在欧洲，轮辋由“European Tyre and Rim TechnicalOrganization-Standards Manual”规定的，而“设计轮辋”一词即指标准尺寸轮辋。在日本，该标准组织是“The Japan AutomobileTire Manufacturer′s Association”。
“设计轮辋宽度”是针对每种轮胎尺寸具体市售的轮辋宽度，且典型地介于该具体轮胎断面宽度的75％到90％之间。
“中心平面(EP)”意指贯穿轮胎胎冠中心并垂直于其转动轴线的平面。
“印迹”意指在静止及正常载荷和气压下，轮胎胎面与一平直表面的接触点或接触面积。
“内侧”意指朝向轮胎的内部，而“外侧”指朝向轮胎的外部。
“横向边缘”意指胎冠的轴向最外边缘，由平行于中心平面并与轴向最外牵引花纹块外侧端交于内(底)侧胎冠表面径向高度一点的平面来确定。
“前”指轮胎沿行驶方向旋转时，相对于一系列其他部分最先着地的那部分或那个胎面要素。
“花纹块面积百分数”意指在正常载荷和正常充气下与坚硬平直表面接触的轮胎胎面橡胶面积，除以胎面面积(包括沿轮胎整个周长测量时诸如沟槽等非接触部分)所得之比值。
“正常充气压力”指由轮胎使用条件的适当标准组织指定的具体设计充气压力和载荷。
“正常载荷”指由轮胎使用条件的适当标准组织指定的具体设计充气压力和载荷。
“径向的”和“径向地”意指朝向或背向轮胎回转轴线的半径方向。
“子午合股轮胎”意指一种束带或周向受限充气轮胎，其中从钢丝圈配置的合股帘子线被沿着与轮胎中心平面成65°-90°之间的帘子线角放置。
“断面高度(SH)”意指轮胎中心平面内由公称轮辋直径至轮胎外径的距离。
“断面宽度(SW)”意指当轮胎被充以正常气压但不装载，并保持24小时之后，其二侧壁外面之间平行于轴线的最大直线距离，不包括因贴标签、装饰或保护性缠带引起的侧壁加厚。
“轮胎设计荷载”是为轮胎指定的特定充压和使用条件下的基准或参考荷载：该轮胎的其他荷载-充压关系是参照此基准或参考载荷。
“后(部)”指轮胎沿行驶方向转动时，相对于其他部件或部分，最后与地面接触的胎面部件或部分。
“胎冠弧宽(TAW)”意指，当轮胎安装在为其指定的轮辋上并充至其规定的气压但不承受任何载重时，中心点位于(EP)平面且基本重合于轮胎胎面横向或轴向宽度之间各种牵引要素(花纹块、钮形块、突棱等等)的径向最外表面的一段弧宽。
“胎冠宽”意指胎冠表面沿轴向的弧(对弦)长，即位置穿过轮胎转动轴线一个平面内的一段。
“单位胎面压力”意指单位胎面表面(平方厘米或平方英寸)，当该表面位于正常充压和正常承载轮胎的印迹之内时所受的径向载荷。
下面对附图做一简要说明，其中相同部分标有相同参考数字，这些图是：
图1是按本发明的一个较好轮胎的透视图。
图2是按本发明的一个较好轮胎的平面图。
图3是按本发明的一个较好轮胎的侧视图。
图4是按本发明的一个较好轮胎的胎冠局部视图。
图5是图2所示的较好轮胎沿5-5线剖视图。
图6A是按本发明的较好轮胎部分接触印迹的平面图；图6B是一个3花纹块组的类似视图；而图6C是一个5花纹块组视图。
图7是按本发明的轮胎的另一可供选择的方案。
下面来看图5，图中表示出一个轮胎的断面图，通称为20。该充气轮胎具有一个胎体21，它具有围绕轮胎20转动轴线周向延伸的一至多层胎体帘子线22。该胎体帘子线裹住一对基本上不可伸长的环形钢丝圈24而被锚固。一个带状增强构件26被从胎体帘子线径向朝外地配置，构件26包含一至多层带状帘子线28。该带状帘子线为胎冠区域提供了增强。周向延伸出的胎面部分32是从带状增强结构26表面径向朝外地配置的。
侧壁部分33从胎的每一胎边缘33A、33B出发，轴向或横向地向其中置有钢丝圈24的环形钢丝圈部分35延伸。
胎体帘子线层22较好具有加强帘子线层的纺织或合成帘子线。该帘子线较好沿径向取向。最好，该帘子线用聚酯或尼龙材料制做。典型地说，轮胎可具有2、3或4层(胎体帘子线)，每种结构，随层数增加其载重量相应提高。
带状增强构件26较好包括至少2层由人造丝或芳酰胺合纤帘子线加强的带。
接下去看图1-5，表示了按照本发明的一个轮胎20。按本发明的轮胎20具有一个独特胎面32。该胎面32具有第一胎面边缘33A和第二胎面33B。配置在该2胎面边缘33A、33B之间的是内胎面34和从该内胎面沿径向朝外伸出的许多花纹块50。
如图4所示，每个花纹块50有一个径向外表面58、第一边缘52、第二边缘54和夹在第一和第二边缘之间的中心线63。每一花纹块50一般地轴向向内从轴向外端51延伸到轴向内端53。
如同图6A、6B和6C所示，从接触印迹方向看，径向外表面58具有多角形状。该表面58，当用一矩形65围起之后，表现出花纹块50的大致取向。为本发明的目的，花纹块50的中心线63用一条中分贯通，从而中间等分矩形短边的直线近似代表，该直线平行于矩形65长边。
要指出的重要一点是，花纹块具有至少三倍于该构件宽度的长度，相比之下，方块形构件具有大于该构件长度的1/3的宽度。本发明用的花纹块具有至少10％轮胎断面宽度的长度。
在轴向外和内端面51和53之间沿中心线63的距离定义了花纹块50的长度(l1)。
该花纹块第一和第二边缘52、54之间基本上垂直距离定义了块宽(lw)。块50的两边缘52、54和底胎面34之间径向距离定义了径向块高(lh)。沿至少70％块长度(l1)内，块宽(lw)与块径向高度(lh)之比小于2/3。
在如图1-4所示本发明较好实施方案中，块50按至少每3块一组60布置，较好每4块(50A、50B、50C和50D)基本互相平行的块一组。在如图所示的每组60内，50A、50B、50C和50D中的每一块基本上互相平行走向；块50A和50D靠近胎面边缘33A和33B；块50B和50C位于块50A和50D之间，块50B和50C靠近中心平面并部分与中心平面相交。块50B和50C长度基本相同，而块50A和50D，如图示，具有长度大于块50B和50C的组合形状。在画出的方案中，组60内每一块(50A、50B、50C和50D)的端面51或53系沿轴向对准，而周向上成几乎一条直线轨迹62。此近似直线轨迹62与中心平面夹一角α，角α为约45°。花纹块的这种角度对齐和定位保证能维持一条开放的排泥通道64，以防止泥土塞住胎面。理想地，每一块的外表面58与相邻块50的外表面58之间保持至少为断面宽度(SW)的5％，较好约10％的间隙。
如同图中进一步表示的，块50构成的组60沿轮胎面32一圈的周向重复。块组沿块中心点61的连线62，从胎面边到胎面边排成基本上一条直线，直线62大致与该组内块50的各中心线63呈垂直。如图示，每块的中心线63基本上(相互)平行，并同中心平面交成一锐角θ，约45°。据信，较好的是，一组60内每个块50具有与中心平面倾斜的中心线63，每条块中心线63的构成介于35°到55°之间的平均锐角。
如图1-6A所示，较好的胎面花纹具有每组4块(50A、50B、50C和50D)。如图6A所示，大致贯通各中心点61的直线62是沿与中心平面成一角度α取向的，α约为45°，在较好的方案中，α等于48.5°。为本发明的目的，直线62被画出至少与靠近胎面边缘33A、33B的花纹块中心相交。另外，本发明也可以采用如图6B所示的3块(50A、50B和50C)，或者如图6C所示的5块(50A、50B、50C、50D和50E)方案。在图6B和6C中，角α为约45°；如在图6B中画出的，α＝49°；在图6C中，α＝48°。在每张图中，每块的中心线63大致与直线62垂直。如图所示，每个块50的中心点61被或大致被直线62贯通。
基本上互相平行的花纹块50可以从一个胎面边缘出发延伸，或者如同图中给出的，从两个边缘出发延伸。
作为无向型的本发明轮胎20，被设计成具有靠中心线配置的花纹块50B或者50B和50C，它们均具有两端，每一端均带有扩大的花纹块头55。
不象由具有长条或块的拖拉机轮胎所形成的长沟槽，本发明的胎面具有的长沟槽64与许多横沟66相交。这些沟槽64、66为泥土在轮胎转动时被置换提供位置。此种特征大大有助于拖拉机通过泥土时的机动性。
图示的花纹块50长度，与轮胎断面宽度相对而言，比较短。这些花纹块短于断面宽的40％，较好短于30％，更好短于20％。此种花块还具有较好最小长度为断面宽的至少10％。此种较短的花纹块50大大改进了胎面的灵活性，且据信造成与传统的长块相比，大大减轻的对土壤压实作用。如画出的，一组60内的花纹块在形状和长度上可以变化。而且，周向相邻的组60可以有在长度上有变化花纹块，以实现沿胎面32的可变节距花纹。
如图6A所示，花纹块50A、50B、50C和50D的走向是这样的，径向最外表面58，从一个块的边缘到相邻块最近边缘测量，其间隙为“d”。此间隙“d”约等于最大断面宽的至少5％，较好10％。
由于此种胎面采用了许多短花纹块，实际上加大了花纹块的牵引前沿剪力区，同时也增加了块50的径向外表面58的总面积。这种表面面积的增加使得可以得到两个实惠。按本发明的轮胎可具有比先有技术无向轮胎较轻的重量，且花纹块沿径向可做得较短，同时同先有技术轮胎相比，在两个方向上都的超卓的牵引力。
在图7的供选方案轮胎中，表示出从每个沿中心线布置的花纹块50B、50C的一端延伸出突台57。突台57的径向高度(rh)不到花纹块径向高度(lh)的一半。如图示，突台57直伸入周向相邻从同一胎面边缘33A或33B伸展过来的50A之间或50B之间。尽管突台57算作供选的，它的确起到清除污泥的作用。图示的式样据信有足够的自清理能力。以至不需再附加此类作用的装置。
虽然在附图中未曾给出，相信，还可生产这样一种轮胎，即分左、右侧的轮胎，互为映象。这种方案保证，在推、拉重负荷、车胎打滑情况下，车辆仍具有与之抗衡的横向力。使用此种轮胎便消除了车辆侧向打滑的潜在危险。本文给出的轮胎虽不要求这种特征，但是这一概念仍算作本发明公开的范围之内。

Claims (9)

1.一种无向充气农用轮胎(20)，具有最大断面宽度(SW)、转动轴线、垂直于轴线的赤道平面(EP)、具有涂胶帘子线增强的胎体(21)的壳体、在胎体(21)上径向向外铺设的橡胶胎面(32)；该胎面(32)包括底胎面(34)和许多胎面花纹块(50)；该花纹块(50)具有长度为最大断面宽度的至少10％的表面(58)、由中分包围该胎面表面矩形(65)的直线定义的中心线(63)；该胎面表面具有第一和第二胎面边缘(33A，33B)以及小于40％的净的花纹块面积/总胎面的比率；该胎面(32)包括一种组(60)，每组包括具有基本上互相平行的花纹块中心线(63)的花纹块(50)；该组沿胎面周围重复许多次；该组(60)以大致沿基本上一条直线贯穿各花纹块中心点(61)的线(62)延伸；每花纹块(50A，50B，50C，50D)的中心线(63)基本上互相平行并与赤道平面构成约45°的锐角θ，其特征在于，每组(60)包括至少3个花纹块(50)并且从第一胎面边缘(33A)横过胎面到第2胎面边缘(33B)延伸。
2.权利要求1的无向充气农用轮胎(20)，其中各组(60)具有至少4个基本上互相平行的花纹块(50A，50B，50C，50D)。
3.权利要求1的无向充气农用轮胎(20)，其中该组具有从至少一个胎面边缘(33A，33B)延伸的基本上互相平行的花纹块。
4.权利要求1的无向充气农用轮胎(20)，其中该组具有从每一胎面边缘延伸的基本上互相平行的花纹块。
5.权利要求1的无向充气农用轮胎(20)，其中各组(60)具有至少一个沿中心布置的基本上互相平行的花纹块，该花纹块***同组的两个轴向靠外侧基本上互相平行的花纹块之间；沿中心布置的一至多个块具有两端(51，53)，每端具有扩大的花纹块头(55)。
6.权利要求5的无向充气农用轮胎(20)，其中各组(60)具有径向花纹块高度为lh的花纹块(50)；沿中心布置的花纹块具有从至少一端轴向朝外延伸出去的突台(57)；该突台(57)具有径向高度(rh)小于lh的一半并沿从同一胎面边缘(33A，33B)延伸的2周向相邻花纹块之间延伸。
7.权利要求1的无向充气农用轮胎(20)，其中所有花纹块(50)的表面(58)与相邻花纹块表面间隔一个至少为最大断面宽度10％的距离(d)。
8.权利要求4的无向充气农用轮胎(20)，其中一组(60)中每一花纹块(50)具有与赤道平面呈倾斜的中心线(63)，每条花纹块中心线(63)构成一个介于35°到55°之间的锐角。
9.权利要求1的无向充气农用轮胎(20)，其中大致贯穿花纹块中心点(61)的直线(62)与赤道平面倾斜成一个约45°的角度α，且该直线大致垂直于花纹块中心线(63)取向。
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