CN107097591A - 具有短程线帘布层及胎圈的非充气轮胎 - Google Patents

Abstract

本发明涉及具有短程线帘布层及胎圈的非充气轮胎。一种结构支撑型轮胎包括接触地面的环形胎面部分、环形剪切带和短程线帘布层。

Description

具有短程线帘布层及胎圈的非充气轮胎

技术领域

本发明大体涉及运载工具轮胎和非充气轮胎，且更确切的地涉及非充气轮胎。

背景技术

一个多世纪以来，充气轮胎已成为实现运载工具机动性的选择方案。充气轮胎是拉伸性结构。充气轮胎具有使充气轮胎现今如此占主导地位的至少四个特征。充气轮胎在承载载荷方面是有效的，因为轮胎结构全部参与承载载荷。充气轮胎也是满足需要的，因为其具有低接触压力，从而由于运载工具载荷的分布使得在路面上的磨损较小。充气轮胎还具有低刚度，从而确保运载工具中乘坐的舒适度。充气轮胎的主要缺点是其需要压缩流体。在充气压力完全丧失之后，使常规充气轮胎失效。

设计成在无充气压力的情况下操作的轮胎可消除与充气轮胎相关的许多问题和危害。既不需要压力维持，也不需要压力监控。结构支撑型轮胎（例如，实心轮胎或其它弹性体结构）到目前为止并未提供从常规充气轮胎所需的性能水平。实现类似于充气轮胎性能的结构支撑型轮胎的解决方案将是一项令人期望的改进。

非充气轮胎通常由其载荷承载效率所限定。“底部装载机”基本上是在结构的位于轮毂下方的部分中承载大部分载荷的刚性结构。“顶部装载机”设计成使得结构全部参与承载载荷。顶部装载机因此具有高于底部装载机的载荷承载效率的载荷承载效率，允许实现质量更小的设计。

因此，期望改进非充气轮胎，使得其具有充气轮胎的所有特征，而没有需要充气的缺点。

发明内容

本发明的一个或更多个实施例提供一种非充气轮胎，其包括接触地面的环形胎面部分、剪切带和定位在胎面的径向内侧的加强结构，所述加强结构具有定位于所述剪切带的径向外侧的第一端部和固定到胎圈的第二端部。

本发明的一个或更多个实施例提供一种非充气轮胎，其包括接触地面的环形胎面部分、剪切带和定位在胎面的径向内侧的加强结构，所述加强结构具有定位于所述剪切带的径向外侧的第一端部和固定到胎圈的第二端部，其中，所述加强结构是一层帘布层。

本发明的一个或更多个实施例提供一种非充气轮胎，其包括接触地面的环形胎面部分、剪切带和定位在胎面的径向内侧的加强结构，所述加强结构具有定位于所述剪切带的径向外侧的第一端部和固定到胎圈的第二端部，其中，所述加强结构是材料的多个条带。

本发明的一个或更多个实施例提供一种非充气轮胎，其包括接触地面的环形胎面部分、剪切带和定位在胎面的径向内侧的加强结构，所述加强结构具有定位于所述剪切带的径向外侧的第一端部和固定到胎圈的第二端部，其中，所述加强结构是材料的多个条带，并且其中，所述条带是以一个或更多个平行加强件所加强的。

本发明的一个或更多个实施例提供一种非充气轮胎，其包括接触地面的环形胎面部分、剪切带和定位在胎面的径向内侧的加强结构，所述加强结构具有定位于所述剪切带的径向外侧的第一端部和固定到胎圈的第二端部，其中，所述加强结构是向内成角度的。

本发明的一个或更多个实施例提供一种非充气轮胎，其包括接触地面的环形胎面部分、剪切带和定位在胎面的径向内侧的加强结构，所述加强结构具有定位于所述剪切带的径向外侧的第一端部和固定到胎圈的第二端部，其中，所述条带取向成在径向方向上，从而形成帘布层轮辐。

本发明的一个或更多个实施例提供一种非充气轮胎，其包括接触地面的环形胎面部分、剪切带和定位在胎面的径向内侧的加强结构，所述加强结构具有定位于所述剪切带的径向外侧的第一端部和固定到胎圈的第二端部，其中，所述非充气轮胎安装在标准轮辋上。

本发明的一个或更多个实施例提供一种非充气轮胎，其包括接触地面的环形胎面部分、剪切带和定位在胎面的径向内侧的加强结构，所述加强结构具有定位于所述剪切带的径向外侧的第一端部和固定到胎圈的第二端部，其中，所述非充气轮胎安装在轮辋上，其中，所述轮辋是可轴向调节的。

本发明的一个或更多个实施例提供一种非充气轮胎，其包括接触地面的环形胎面部分、剪切带和定位在胎面的径向内侧的加强结构，所述加强结构具有定位于所述剪切带的径向外侧的第一端部和固定到胎圈的第二端部，其中，所述加强结构是材料的多个条带，其中，所述条带是以一个或更多个平行加强件所加强的，并且其中，角度α是在-20到+20度的范围中。

本发明的一个或更多个实施例提供一种非充气轮胎，其包括接触地面的环形胎面部分、剪切带和定位在胎面的径向内侧的加强结构，所述加强结构具有位于剪切带之间的第一端部和固定到胎圈的第二端部。

本发明的一个或更多个实施例提供一种非充气轮胎，其包括接触地面的环形胎面部分、剪切带和定位在胎面的径向内侧的加强结构，所述加强结构具有定位于所述剪切带的径向外侧的第一端部和固定到胎圈的第二端部，其中，所述加强结构是一层帘布层。

本发明的一个或更多个实施例提供一种非充气轮胎，其包括接触地面的环形胎面部分、剪切带和定位在胎面的径向内侧的加强结构，所述加强结构具有定位于所述剪切带的径向外侧的第一端部和固定到胎圈的第二端部，其中，所述加强结构是材料的多个条带。

本发明的一个或更多个实施例提供一种非充气轮胎，其包括接触地面的环形胎面部分、剪切带和定位在胎面的径向内侧的加强结构，所述加强结构具有定位于所述剪切带的径向外侧的第一端部和固定到胎圈的第二端部，其中，所述加强结构是材料的多个条带，并且其中，所述条带是以一个或更多个平行加强件所加强的。

本发明的一个或更多个实施例提供一种非充气轮胎，其包括接触地面的环形胎面部分、剪切带和定位在胎面的径向内侧的加强结构，所述加强结构具有定位于所述剪切带的径向外侧的第一端部和固定到胎圈的第二端部，其中，所述加强结构是向内成角度的。

本发明的一个或更多个实施例提供一种非充气轮胎，其包括接触地面的环形胎面部分、剪切带和定位在胎面的径向内侧的加强结构，所述加强结构具有定位于所述剪切带的径向外侧的第一端部和固定到胎圈的第二端部，其中，所述加强结构是材料的多个条带，并且其中，所述条带取向成在径向方向上，从而形成帘布层轮辐。

本发明的一个或更多个实施例提供一种非充气轮胎，其包括接触地面的环形胎面部分、剪切带和定位在胎面的径向内侧的加强结构，所述加强结构具有位于剪切带之间的第一端部和固定到胎圈的第二端部，其中，所述非充气轮胎安装在标准轮辋上。

本发明的一个或更多个实施例提供一种非充气轮胎，其包括接触地面的环形胎面部分、剪切带和定位在胎面的径向内侧的加强结构，所述加强结构由多个条带形成，每个所述条带具有第一端部、本体和第二端部，其中，所述第一端部在胎面的内侧径向地延伸，且所述本体环绕在胎圈周围，且所述第二端部定位成邻近所述第一端部。

本发明的一个或更多个实施例提供一种非充气轮胎，其包括接触地面的环形胎面部分、剪切带和定位在胎面的径向内侧的加强结构，所述加强结构由多个条带形成，每个所述条带具有第一端部、本体和第二端部，其中，所述第一端部在胎面的内侧径向地延伸，且所述本体环绕在胎圈周围，且所述第二端部定位成邻近所述第一端部，并且其中，所述第一端部和所述第二端部定位在所述胎面与所述剪切带之间。

本发明的一个或更多个实施例提供一种非充气轮胎，其包括接触地面的环形胎面部分、剪切带和定位在胎面的径向内侧的加强结构，所述加强结构由多个条带形成，每个所述条带具有第一端部、本体和第二端部，其中，所述第一端部在胎面的内侧径向地延伸，且所述本体环绕在胎圈周围，且所述第二端部定位成邻近所述第一端部，并且其中，所述第一端部和所述第二端部定位在所述剪切带的第一加强层与第二加强层之间。

本发明的一个或更多个实施例提供一种非充气轮胎，其包括接触地面的环形胎面部分、剪切带和定位在胎面的径向内侧的加强结构，所述加强结构由多个条带形成，每个所述条带具有第一端部、本体和第二端部，其中，所述第一端部在胎面的内侧径向地延伸，且所述本体环绕在胎圈周围，且所述第二端部定位成邻近所述第一端部，并且其中，右侧的第一端部和第二端部与左侧的第一端部和第二端部重叠。

本发明的一个或更多个实施例提供一种非充气轮胎，其包括接触地面的环形胎面部分、剪切带和定位在胎面的径向内侧的加强结构，所述加强结构由多个条带形成，每个所述条带具有第一端部、本体和第二端部，其中，第一端部在胎面的内侧径向地延伸，且所述本体环绕在胎圈周围，且所述第二端部定位成邻近所述第一端部，并且其中，所述第一端部和所述第二端部延伸穿过所述剪切带的全轴向宽度。

根据本发明，其还存在以下技术方案：

1. 一种非充气轮胎，其包括：

接触地面的环形胎面部分；

剪切带；以及

定位在胎面的径向内侧的加强结构，

所述加强结构具有定位于所述剪切带的径向外侧的第一端部和固定到胎圈的第二端部。

2. 根据技术方案1所述的非充气轮胎，其中，所述加强结构是一层帘布层。

3. 根据技术方案1所述的非充气轮胎，其中，所述加强结构是材料的多个条带。

4. 根据技术方案3所述的非充气轮胎，其中，所述条带是以一个或更多个平行加强件所加强的。

5. 根据技术方案1所述的非充气轮胎，其中，所述加强结构是向内成角度的。

6. 根据技术方案1所述的非充气轮胎，其中，所述条带取向成在径向方向上，从而形成帘布层轮辐。

7. 根据技术方案1所述的非充气轮胎，其中，所述非充气轮胎安装在标准轮辋上。

8. 根据技术方案1所述的非充气轮胎，其中，所述非充气轮胎安装在轮辋上，其中，能够轴向地调节所述轮辋。

9. 根据技术方案4所述的结构支撑型的非充气轮胎，其中，角度α是在-20到+20度的范围中。

10. 一种非充气轮胎，其包括：

接触地面的环形胎面部分；

剪切带；以及

定位在胎面的径向内侧的加强结构，

所述加强结构具有位于所述剪切带之间的第一端部和固定到胎圈的第二端部。

11. 根据技术方案1所述的非充气轮胎，其中，所述加强结构是一层帘布层。

12. 根据技术方案1所述的非充气轮胎，其中，所述加强结构是材料的多个条带。

13. 根据技术方案12所述的非充气轮胎，其中，所述条带是以一个或更多个平行加强件所加强的。

14. 根据技术方案1所述的非充气轮胎，其中，所述加强结构是向内成角度的。

15. 根据技术方案12所述的非充气轮胎，其中，所述条带取向成在径向方向上，从而形成帘布层轮辐。

16. 根据技术方案10所述的非充气轮胎，其中，所述非充气轮胎安装在标准轮辋上。

17. 一种非充气轮胎，其包括：

接触地面的环形胎面部分；

剪切带；以及

定位在胎面的径向内侧的加强结构，

所述加强结构由多个条带形成，每个所述条带具有第一端部、本体和第二端部，其中，所述第一端部在所述胎面的内侧径向地延伸，且所述本体环绕在胎圈周围，且所述第二端部定位成邻近所述第一端部。

18. 根据技术方案17所述的非充气轮胎，其中，所述第一端部和第二端部定位在所述胎面与所述剪切带之间。

19. 根据技术方案17所述的非充气轮胎，其中，所述第一端部和第二端部定位在所述剪切带的第一加强层与第二加强层之间。

20. 根据技术方案17所述的非充气轮胎，其中，所述右侧的第一端部和第二端部与所述左侧的第一端部和第二端部重叠。

21. 根据技术方案17所述的非充气轮胎，其中，所述第一端部和所述第二端部延伸穿过所述剪切带的全轴向宽度。

附图说明

将通过参考以下描述和附图来更好地理解本发明，在附图中：

图1是本发明的非充气轮胎的第一实施例的透视图；

图2是图1的非充气轮胎的侧视图；

图3是图1的非充气轮胎的俯视图；

图4是图1的非充气轮胎的剖视图；

图5是短程线帘布层轮辐的第一可替代实施例；

图6是短程线帘布层轮辐的第二可替代实施例；

图7是本发明的第三实施例的剖视图；

图8是本发明的第四实施例的剖视图；

图9是本发明的第五实施例的透视图；

图10是供与本发明一起使用的两件式轮辋的侧视图；

图11a图示针对剪切带的弹簧刚度测试，且图11b图示从力位移曲线的斜率确定的弹簧刚度k;

图12是通过力F进行的剪切带上的挠度测量。

具体实施方式

定义

针对此说明书按如下定义以下术语。

“赤道面”意指垂直于轮胎的旋转轴线并经过轮胎中心线的平面。

“子午面”意指平行于轮胎旋转轴线并从所述轴线径向向外延伸的平面。

“迟滞”意指在10%动态剪切应变下且在25°C下测得的动态损耗正切。

在附图中示出了本发明的非充气轮胎100。本发明的轮胎包括径向外地面接合胎面200、剪切带300和一个或更多个加强层400。本发明的非充气轮胎设计成顶部装载结构，使得剪切带300和加强层400有效地承载载荷。剪切带300和加强层400设计成使得剪切带的刚度与轮胎的弹簧刚度直接相关。加强层设计成刚性结构，其在轮胎印迹中屈曲或变形，并且不压缩或承载压缩载荷。这允许结构的不在印迹区域中的其余部分承载载荷的能力，从而引起非常载荷有效的结构。由于上述原因，希望使该载荷最小化，并且允许剪切带弯曲以克服道路障碍物。近似载荷分布使得大约95-100％的载荷由剪切带和加强层400的径向上部部分承载，使得加强结构的经受压缩的下部部分承载几乎为零且优选小于10％的载荷。

胎面部分200可以是根据需要的常规胎面，并且可包括花纹沟或多个纵向定向的胎面花纹沟，在其之间形成大致纵向的胎面肋。肋可进一步分成横向或纵向，以形成适合于特定运载工具应用的使用要求的胎面花纹。胎面花纹沟可具有与轮胎的预期用途一致的任何深度。轮胎胎面200可根据期望包括诸如肋、花纹块、突起部、花纹沟和花纹细缝的元件，以在各种条件下改善轮胎的性能。

剪切带

剪切带300优选是环形的。剪切带的剖视图在图4中示出。剪切带300定位于轮胎胎面200的径向内侧。剪切带300包括第一和第二弹性体加强层310、320。在剪切带300的第一实施例中，剪切带包括平行布置并由弹性体的剪切基体330分隔开的不可延伸的两个加强层310、320。每个不可延伸层310、320可由嵌在弹性体涂层中的平行的不可延伸的加强帘线311、321形成。加强帘线311、321可以是钢材、芳族聚酰胺、尼龙、聚酯或其它不可延伸的结构。剪切带300可还可选地包括位于第一和第二弹性体加强层310、320之间的第三弹性体加强层340（未示出）。

另外优选的是，剪切带的侧向外端302、304是倒圆的，以便控制侧壁的屈曲形状并且减小弯曲应力。

在第一弹性体加强层310中，加强帘线相对于轮胎赤道面取向成在0至约+/-10度范围内的角度Φ。在第二弹性体加强层320中，加强帘线相对于轮胎赤道面取向成在0至约+/- 10度的范围内的角度。优选地，第一层的角度Φ是在第二层中的加强帘线的角度的相反方向上。也就是说，第一弹性体加强层中的角度+Φ和第二弹性体加强层中的角度- 。

剪切基体330具有在约0.10英寸至约0.2英寸的范围内的径向厚度，更优选地约0.15英寸。剪切基体优选由具有的剪切模量Gm在15至80 MPa范围内，且更优选在40至60MPA范围内的弹性体材料形成。

剪切带具有剪切刚度GA。剪切刚度GA可通过测量从剪切带获得的代表性测试样品上的挠度来确定。测试样品的上表面受到如下所示的侧向力F。测试样品是从剪切基体材料所取得的具有相同径向厚度的代表性样本。

然后由以下等式计算剪切刚度GA：

GA=F*L/ΔX

剪切带具有弯曲刚度EI。弯曲刚度EI可使用经受代表剪切带的测试样品的三点弯曲试验由梁力学来确定。它表示梁搁置在两个滚柱支撑件上并承受施加在梁中间的集中载荷的情况。弯曲刚度EI由下式确定：EI = PL3 / 48 *ΔX，其中P是载荷，L是梁长度，以及ΔX是挠度。

期望使剪切带的弯曲刚度EI最大化并使剪切带刚度GA最小化。可接受的GA / EI比将在0.01到20之间，其中优选范围在0.01到5之间。EA是剪切带的可延伸刚度，且其是以实验方法通过施加拉伸力并测量长度变化所确定的。剪切带的EA与EI的比在0.02至100的范围内是可接受的，其中优选范围为1至50。剪切带300优选那个承受15-30％范围内的最大剪切应变。

剪切带300具有弹簧刚度k，其可以实验方法通过在剪切带的顶部处的水平板上施加向下的力并测量挠度量来确定，如图11a所示。弹簧刚度k由力与挠度曲线的斜率确定，如图11b所示。

非充气轮胎具有以实验方法确定的总弹簧刚度k_t。非充气轮胎安装在轮辋上，并且通过轮辋将载荷施加到轮胎的中心。弹簧刚度k_t由力-挠度曲线的斜率所确定。对于诸如割草机的小型低速运载工具，弹簧刚度k_t优选地在500至1000的范围内。

本发明不限于本文所公开的剪切带结构，并且可包括具有下列各项的任何结构：在0.01至20的范围内的GA/EI，或在0.02至100的范围内的EA/EI比，或在500至1000的范围内的弹簧刚度k_t，以及其任何组合。更优选地，剪切带具有0.01至5的GA/EI比或1至50的EA/EI比及其任何子组合。轮胎胎面优选地围绕剪切带缠绕并且优选地整体模制到剪切带。

加强结构

图1到图4中示出了本发明的非充气轮胎的第一实施例。加强结构400用于承载从剪切层所传递的载荷。加强结构400主要承受张力和剪力，而且在受压时不承载载荷。如图1到图2中所示，加强结构由取向在径向方向上的多个条带形成。这些条带可重叠。加强条带400可包括任何织物或柔性结构，例如，尼龙、聚酯、棉、橡胶。优选地，加强条带400包括由平行的加强件形成的加强橡胶条带或帘布层条带，所述加强件是尼龙、聚酯或芳族聚酰胺。加强条带优选地为大约0.25到0.5英寸宽。

如图4中所示，每个加强条带400具有第一端部402a、402b，所述第一端部位于剪切带300的径向外侧且位于剪切带的侧向边缘302、304的轴向内侧。第一端部402a、402b可延伸完全穿过胎冠或者不完全穿过胎冠。加强条带400径向向内地延伸并缠绕在胎圈430周围，从而终止于终端405a、405b中。胎圈430是环形的不可延伸构件，且由常规金属丝织物制成。胎圈430小于对于相同尺寸的充气轮胎中所使用的胎圈。因此，非充气轮胎通过胎圈固定至本领域技术人员所已知的常规轮胎轮辋。

优选地，加强条带取向成在径向方向上。出于若干原因，优选将轮胎帘布层用作加强材料。首先，轮胎帘布层是用于非充气轮胎应用的理想的连接结构，因为其是薄的并且具有低弯曲刚度，而没有抗压缩性或屈曲。轮胎帘布层具有非充气轮胎应用中所需的高抗拉刚度和强度。轮胎帘布层也是便宜的，其具有已知的耐久性且可容易获得。

如图4中所示，加强层优选地取向成使得其相对于径向方向成一角度α。角度α能够有助于预拉伸加强件400，并且还增加并调整轮胎的侧向刚度。这产生具有成角度侧壁的非充气轮胎。角度α是相对于径向方向测得的，并且可为+/- 40度，且更优选地为+/- 20度。能够根据需要使用轮辋502的轴向调节特征来调整角度α。可轴向地调节轮辋502以使轴向轮辋宽度变窄或扩大。这种轴向调节控制帘布层拉伸，从而允许以独立于径向刚度的方式来调节轮胎侧向刚度。可由安装在相对的轮辋平行壁506、508中的张紧构件或螺栓504来调节轮辋。

使加强层定位于剪切带的径向外侧是有利的，因为其消除了剪切带与载荷承载构件或连接结构之间的结合部上的拉伸应力。当剪切带和帘布层是不同材料时，此优点尤为重要。剪切带与连接腹板的界面由于其是不同材料的界面通常为故障点。

图5图示帘布层轮辐的可替代实施例。通过使多个条带环绕615在相应胎圈430周围来形成加强层，使得第一端部600与第二端部610定位成邻近彼此。第一端部与第二端部600、610优选地定位于剪切带的径向外侧或形成于剪切带中。条带因此环绕在胎圈周围，从而形成第一侧壁。多个条带在轮胎的另一侧上环绕在胎圈430周围以形成第二侧壁。加强条带的第一端部700环绕在胎圈430周围，且然后径向向外延伸使得第二端部710安装在剪切带上方且邻近第一端部700。安装在轮胎右侧上的第一条带的第一端部和第二端部600、610可轴向地延伸穿过剪切带到剪切带的左侧302。安装在轮胎左侧上的第一端部和第二端部700、710也可同样轴向地延伸穿过剪切带到剪切带的右侧304。端部700可与条带端部600重叠。端部700可以交替方式与条带端部600重叠。

可替代地，加强帘布层条可从轮胎的一侧连续地缠绕到另一侧，从而形成如图6中所示的多个径向帘布层轮辐。加强条带在径向上定位于剪切带300的外侧。加强条带缠绕在第一胎圈周围并以连续的方式至另一胎圈等等，从而形成环状帘布层。帘布层轮辐或条带预加载在张紧状态中。

加强结构400无需在径向上定位在剪切带的外侧。加强结构可在径向上定位在剪切带的内侧和下方（未示出）。

可替代地，加强条带400的第一端部402a、402b可定位在剪切带的加强层之间，如图7中所示。加强条带400可在轴向方向上延伸完全穿过剪切带，如图8中所示。此外，尽管已将本发明的帘布层条带描述为取向来形成在径向方向上延伸的轮辐，但如图9中所示的一层帘布层800可用来形成本文中所描述的任何构造。尽管本发明可与常规轮胎轮辋一起使用，但本发明也可与分成两半的常规轮胎轮辋（如图10中所示）一起使用，从而可提供轮辋之间的轴向调节。申请人理解到，从对以上说明书的阅读，许多其它变化对于本领域普通技术人员是清楚的。这些变化和其它变化是在如由以下所附权利要求所限定的本发明的精神和范围内。

Claims (10)

1.一种非充气轮胎，其包括：

接触地面的环形胎面部分；

剪切带；以及

定位在胎面的径向内侧的加强结构，

所述加强结构具有定位于所述剪切带的径向外侧的第一端部和固定到胎圈的第二端部。

2.根据权利要求1所述的非充气轮胎，其中，所述加强结构是一层帘布层。

3.根据权利要求1所述的非充气轮胎，其中，所述加强结构是材料的多个条带。

4.根据权利要求3所述的非充气轮胎，其中，所述条带是以一个或更多个平行加强件所加强的。

5.根据权利要求1所述的非充气轮胎，其中，所述加强结构是向内成角度的。

6.根据权利要求1所述的非充气轮胎，其中，所述条带取向成在径向方向上，从而形成帘布层轮辐。

7.根据权利要求1所述的非充气轮胎，其中，所述非充气轮胎安装在标准轮辋上。

8.根据权利要求1所述的非充气轮胎，其中，所述非充气轮胎安装在轮辋上，其中，能够轴向地调节所述轮辋。

9.根据权利要求4所述的结构支撑型的非充气轮胎，其中，角度α是在-20到+20度的范围中。

10.一种非充气轮胎，其包括：

接触地面的环形胎面部分；

剪切带；以及

定位在胎面的径向内侧的加强结构，

所述加强结构具有位于所述剪切带之间的第一端部和固定到胎圈的第二端部。