CN111993846B - 一种具有高承载性能的小型全钢轮胎 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有高承载性能的小型全钢轮胎，涉及全钢轮胎领域，包括轮胎本体，所述轮胎本体包括胎体、胎面部和胎圈部，所述胎体沿轮胎径向向外延伸的端点A高度与轮胎轴向断面高度的比值范围为0.19‑0.28，本发明结构简单，相对于现有技术的增加胎体填充胶结构来平缓过渡应力的方式，本发明通过肩垫胶下端与上三角胶上端平滑过渡并固定的结构来平缓过渡应力，相对于现有技术减少了胎体填充胶的部件，降低了生产复杂度，降低了生产成本，现有技术的胎体反包端点位于胎侧区的下部或中部且无钢丝包布，胎侧区曲挠变形较大，在胎体反包端点处易发生故障，本发明胎体反包端点设置在胎圈部，变形较小，且设置有钢丝包布降低胎体反包端点处的应力。

Description

一种具有高承载性能的小型全钢轮胎

技术领域

本发明涉及全钢轮胎领域，具体是一种具有高承载性能的小型全钢轮胎。

背景技术

目前大件运输市场主要运输不可拆卸的大型设备，行驶速度较慢，对承载要求较高。因货物的高度不可调整，需尽可能地减小轮胎外直径以降低车辆底盘高度。针对该市场对承载要求高、要求轮胎外直径小的特点，现有半钢轿车轮胎可满足外直径小的要求，但承载能力较低，而现有全钢轮胎可满足承载要求，但外直径较大。

当轮胎外直径较小时，胎侧变形区域小，三角胶如不搭接在肩垫胶上，则位于胎侧曲挠区的三角胶上端点与肩垫胶下端点间距较小，在三角胶上端点与肩垫胶下端点处应力集中，在轮胎使用过程中胎侧区域反复曲挠，易在三角胶上端点与肩垫胶下端点处发生侧爆。因此现有轮胎市场上需要既能够满足高承载性又能够满足直径小的轮胎。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有高承载性能的小型全钢轮胎，通过增加胎体填充胶以及改变轮胎三角胶与其向配合的尺寸，能够有效增强胎侧部的刚性，减少胎侧部故障，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种具有高承载性能的小型全钢轮胎，包括轮胎本体，所述轮胎本体包括胎体、胎面部和胎圈部，所述胎圈部包括钢丝圈、下三角胶、上三角胶，所述轮胎本体轴向断面宽度小于210mm，所述轮胎本体轴向断面高度小于150mm，所述轮胎本体外直径小于700mm，所述胎面部包括与上三角胶靠近轮胎空腔的一侧向上平滑连接且固定的肩垫胶，所述胎体靠近钢丝圈的一端绕过钢丝圈沿轮胎径向向内的一端面再沿轮胎径向向外延伸，所述上三角胶与肩垫胶重合部分沿轮胎径向的宽度为5mm-30mm，所述胎体沿轮胎径向向外延伸的端点A高度与轮胎轴向断面高度的比值范围为0.19-0.28。

作为本发明进一步的方案：所述胎体的外端设有包裹胎体一侧面的钢丝包布，所述钢丝包布沿轮胎轴向向外的一端点B的高度与轮胎轴向断面高度的比值不小于0.13，钢丝包布沿轮胎轴向向外的一端点B的高度低于胎体沿轮胎径向向外延伸的端点A高度的2mm以上，所述钢丝包布沿轮胎轴向内端点D的高度与轮胎轴向断面高度的比值不小于0.33，所述钢丝包布沿轮胎轴向内端点D位于肩垫胶沿轮胎径向向内一端点的沿轮胎径向的内侧，所述钢丝包布沿轮胎轴向内端点D位于下三角胶沿轮胎径向外端点的沿轮胎径向的外侧。

作为本发明进一步的方案：所述下三角胶沿轮胎径向向外的一端点C与轮胎轴向断面高度的比值不小于0.27，同时下三角胶沿轮胎径向向外的一端点C低于钢丝包布沿轮胎轴向内端点D高度的2mm以上。

作为本发明进一步的方案：所述轮胎本体胎侧沿轮胎轴向的最薄处的厚度不小于11.5mm。

作为本发明进一步的方案：所述下三角胶邵氏硬度范围为75°-95°，上三角胶和肩垫胶的邵氏硬度范围均为45°-65°，上三角胶和肩垫胶的邵氏硬度差异不大于5°。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明结构新颖，相对于现有技术的增加胎体填充胶结构来平缓过渡应力的方式，本发明通过肩垫胶下端与上三角胶上端平滑过渡并固定的结构来平缓过渡应力，相对于现有技术减少了胎体填充胶的部件，降低了生产复杂度，降低了生产成本；现有技术的胎体反包端点位于胎侧区的下部或中部且无钢丝包布，胎侧区曲挠变形较大，在胎体反包端点处易发生故障，本发明胎体反包端点设置在胎圈部，变形较小，且设置有钢丝包布降低胎体反包端点处的应力。

附图说明

图1为一种具有高承载性能的小型全钢轮胎的部分剖面结构示意图；

图中：1-轮胎本体；2-带束层；3-肩垫胶；4-胎体；5-钢丝包布；6-钢丝圈；7-下三角胶；8-上三角胶。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，本发明实施例中，一种具有高承载性能的小型全钢轮胎，包括轮胎本体1，所述轮胎本体1包括胎体4、带束层2、胎侧部以及胎圈部，所述轮胎本体轴向断面宽度L1小于210mm，所述轮胎本体轴向断面高度L2小于150mm，所述轮胎本体外直径小于700mm，使本发明在制造过程中的体积相较于现有技术，能够实现轮胎的小型化，降低使用该轮胎的汽车底盘距离地面的高度。

所述轮胎胎侧沿轮胎轴向的最薄处的厚度不小于11.5mm，因轮胎外直径小、断面高度小，使胎侧部区域变小，同时相较于轮胎厚度较厚、刚性较强的轮胎胎肩部和胎圈部，胎侧部的厚度较薄，刚性也较弱，且轮胎在行驶的过程中受力变形较大，因此胎侧易出现侧爆等故障。本发明增加胎侧部最薄处的厚度，可增强胎侧部的刚性，使轮胎由胎肩部至胎圈部刚性平滑过渡，减少胎侧部故障的可能性。

所述胎圈部包括钢丝圈6、固定在钢丝圈外的下三角胶7、与下三角胶平滑相连接固定的上三角胶8以及钢丝包布5，所述胎面部包括与上三角胶靠近轮胎空腔的一侧向上平滑连接且固定的肩垫胶；所述上三角胶与肩垫胶重合部分沿轮胎径向的宽度为5mm-30mm，当上三角胶与肩垫胶的重合部分的宽度较小时，上三角胶沿轮胎径向外端点和肩垫胶沿轮胎径向内端点均为应力集中点，两端点距离较小时会加剧胎侧应力集中的现象；当上三角胶与肩垫胶的重合部分的宽度较大时，则会导致上三角胶沿轮胎径向外端点距离胎肩部各部位的端点过近，同时肩垫胶下端点距离胎圈部的各端点过近，同样会加剧应力集中的现象。

为验证上述三角胶与肩垫胶之间的设置方式，具有上述理论推导的效果，本实施例中通过下述实验进行实验数据的验证：

通过有限元分析205/55R17.5轮胎,装配6.75×17.5轮辋，在充100％气压、加载100％负荷，及充130％气压、加载150％负荷条件下，分析轮胎径向刚度和胎侧侧向刚度。

通过有限元分析现有技术6.50R16LT轮胎,装配5.50F-16轮辋，在与205/55R17.5相同的气压、负荷条件下，分析轮胎径向刚度和胎侧侧向刚度。

不搭接的定义为：两者之间不接触。

通过上述表格中反映出的实验数据结果，能够得出：

三角胶与肩垫胶平滑连接且固定的方式相较于三角胶与肩垫胶不搭接的方式，本发明在轮胎径向刚度和胎侧侧向刚度均有一定的增加，同时增强轮胎径向刚度可提高轮胎的承载能力、增强胎侧侧向刚度可使轮胎由胎肩部至胎圈部刚性过渡更平滑，因此本发明采用三角胶与肩垫胶平滑连接且固定的方式能够有效减少胎侧部故障。

205/55R17.5的外直径为675mm，断面高为116.3mm，现有技术6.50R16LT的外直径为750mm，断面高为173.5mm，通过对本发明的小型轮胎在上述实验条件下与现有技术中的正常轮胎相比，轮胎径向刚度和胎侧侧向刚度均有一定的增加，因此可以反向证明本发明在有效降低汽车底盘高度的同时，能够增加轮胎的径向刚度以及胎侧侧向刚度的性能。

所述钢丝包布沿轮胎轴向外端点B的高度与轮胎轴向断面高度的比值范围为≥0.13，低于胎体沿轮胎径向向外延伸的端点A高度的2mm以上。轮胎与轮辋轮缘接触部位的应力较高，如钢丝包布沿轮胎轴向外端点的高度过高，会位于钢丝包布沿轮胎轴向外端点外端的胎体、下三角胶和钢丝包布上的端点高度过高，甚至接近变形较大的胎侧部的中部，易引起各端点处故障，钢丝包布沿轮胎轴向向外的一端点B的高度低于胎体沿轮胎径向向外延伸的端点A高度的2mm以上，两端点均为应力集中点，距离过近会导致应力集中。

所述胎体靠近钢丝圈的一端绕过钢丝圈沿轮胎径向向内的一端面再沿轮胎径向向外延伸，所述胎体沿轮胎径向向外延伸的端点A高度与轮胎轴向断面高度的比值范围为0.19-0.28；所述下三角胶沿轮胎径向的外端点C与轮胎轴向断面高度的比值范围为≥0.27，同时下三角胶沿轮胎径向向外的一端点C低于钢丝包布沿轮胎轴向内端点D高度的2mm以上，所述钢丝包布沿轮胎轴向内端点D的高度与断面高度的比值范围为≥0.33，且D点位于肩垫胶沿轮胎径向向内一端点的沿轮胎径向的内侧，所述钢丝包布沿轮胎轴向的外端点B、胎体沿轮胎径向向外延伸的端点A、下三角胶沿轮胎径向的外端点C和钢丝包布沿轮胎轴向的内端点D均是刚性发生较大变化的点，将上述各个端点在轮胎径向方向上错开，有利于轮胎刚性的均匀过渡，且上述各个端点均为应力集中点，在轮胎径向方向上错开，可降低应力集中的问题；所述钢丝包布沿轮胎轴向的内端点D位于下三角胶沿轮胎径向外端点C的沿轮胎径向的外侧，因钢丝的刚性较强，可加强胎圈部的整体刚性，提高载重能力。

为验证对上述各端点位置限定后，所得到理论推导结果的准确性，本发明对上述各端点高度占轮胎轴向断面高度的比值进行分别验证：

通过有限元分析205/55R17.5三角胶与肩垫胶搭接方案的轮胎,装配6.75×17.5轮辋，在充100％气压、加载100％负荷条件下，分析胎体外端点剪应变、钢丝包布外端点剪应变、轮胎径向刚度；通过有限元分析现有技术6.50R16LT轮胎，装配5.50F-16轮辋，在与205/55R17.5相同的气压、负荷条件下，分析胎体外端点剪应变、钢丝包布外端点剪应变、轮胎径向刚度；将上述两种轮胎实验最后得出的实验性能进行对比。

为简化描述，下述表格中的胎体外端点A为胎体沿轮胎径向向外延伸的端点；钢丝包布外端点B为钢丝包布沿轮胎轴向向外的一端点；下三角胶外端点C为下三角胶沿轮胎径向向外的一端点；钢丝包布内端点D为钢丝包布沿轮胎轴向向内的一端点。

下述实验中取胎体外端点高度A与轮胎轴向断面高度比值范围的上限取0.28、下限取0.19、中间值取0.24、超出上限取0.3、超出下限取0.17；轮胎钢丝包布外端点B的高度与轮胎轴向断面高度的比值取范围内取0.16、下限取0.13、超出下限取0.10；轮胎下三角胶外端点C高度与轮胎轴向断面高度的比值取范围内取0.31、下限取0.27、超出下限取0.24；轮胎钢丝包布内端点D的高度与轮胎轴向断面高度的比值取范围内取0.36、下限取0.33、超出下限取0.30。

注：下表中数值越低，表示结果越差。

根据上述表格中的实验数据能够得出：

1、当胎体外端点高度占比为0.24、钢丝包布外端点高度占比为0.16、下三角胶外端点高度占比为0.31、钢丝包布内端点高度占比为0.36时，胎体外端点的剪应变、钢丝包布外端点剪应变以及轮胎径向刚度数值能够同时达到较佳水平，实施例1中的轮胎综合数据最优。

2、从对比例1、对比例2以及实施例1、实施例2和实施例3相比较中，保持B点、C点、D点的高度占比相同，仅改变胎体外端点A点的高度占比，可以得出：当胎体外端点A点的高度占轮胎轴向断面高度的比值为0.19、0.24和0.28时，其胎体外端点A的剪应变和钢丝包布外端点B的剪应变与现有技术及超出上限0.28或小于下限0.19时相比均有一定程度的提高。

3、从对比例3以及实施例1和实施例4相比较中，保持A点、C点、D点的高度占比相同，仅改变钢丝包布外端点B点的高度占比，可以得出：当钢丝包布外端点B点的高度与轮胎轴向断面高度的比值为0.13和0.16时，胎体外端点A的剪应变和钢丝包布外端点B的剪应变与小于下限0.13相比均有一定程度的提高。现有技术无胎圈包布，本发明与现有技术相比，增加胎圈包布明显降低了胎体外端点A的剪应变。

4、从对比例4以及实施例1和实施例5相比较中，保持A点、B点、D点的高度占比相同，仅改变下三角胶外端点C点的高度占比，可以得出：当下三角胶外端点C点的高度与轮胎轴向断面高度的比值范围为0.27和0.31时，其轮胎径向刚度与现有技术及小于下限0.27相比均有一定程度的提高，下三角胶外端点C点的变化对胎体外端点A的剪应变和钢丝包布外端点B的剪应变影响较小，因此未作分析。

5、从对比例5以及实施例1和实施例6相比较中，保持A点、B点、C点的高度占比相同，仅改变钢丝包布内端点D点的高度占比，可以得出：当钢丝包布内端点D点的高度与轮胎轴向断面的高度的比值为0.33和0.36时，其轮胎的径向刚度与小于下限0.33相比均有一定程度的提高。

对比例6：胎体外端点、钢丝包布外端点、下三角胶外端点、钢丝包布内端点均超出下限时，胎体外端点剪应变、钢丝包布外端点剪应变变差，径向刚度下降。

在上述实验数据中，通过对各个端点的高度占轮胎轴向断面高度的比值范围内数值进行验证，并将其实验效果与现有技术相比较，以证明本发明中各个端点高度占比的范围均具有特殊性，同时通过对各个端点的高度占轮胎轴向断面高度的比值范围外的数值进行验证，并将其实验效果与现有技术相比较，以反向证明本发明中各个端点高度占比的范围均具有特殊性。

所述下三角胶邵氏硬度范围为75°-95°，上三角胶和肩垫胶的邵氏硬度范围为45°-65°，上三角胶和肩垫胶的邵氏硬度差异不大于5°；上三角胶和肩垫胶的邵氏硬度低于下三角胶，利于由胎圈部到胎侧部、胎肩部的刚性过渡。胎侧部变形较大，上三角胶和肩垫胶的邵氏硬度较低且相当，可降低上三角胶上端点和肩垫胶下端点处的应力集中。

本发明所述的一种具有高承载性能的小型全钢轮胎，主要包括以下步骤：

1、选择轮胎规格为205/55R17.5，外直径确定为675mm，断面宽确定为203mm,断面高确定为116.3mm；

2、通过挤出机挤压出肩垫胶，肩垫胶在成品轮胎中的邵氏硬度为55°；

3、通过挤出机制备出三角胶复合件，下三角胶在成品轮胎中的邵氏硬度为83°，上三角胶在成品轮胎中的邵氏硬度为54°；

4、成型时依次在成型鼓上贴合胎侧、内衬层、钢丝包布、胎体，由机械装置将复合在一起的钢丝圈、下三角胶和上三角胶传递至成型鼓上，贴合完肩垫胶后，机械装置将贴合在一起的带束层和胎冠传递至成型鼓上，成型鼓充气并鼓起，由打压辊打压胎冠、三角胶，再进行胎侧的反包和打压，胎胚成型完成后进行硫化并检验、包装。

本发明中轮胎通过上述步骤制造完成后，再对轮胎的耐久性进行实验：

试验轮胎被安装在一个6.75×17.5的轮辋上，以1050kPa的气压充气，在38℃的环境温度下，按以下步骤进行耐久试验：

按以上耐久试验方法，试验轮胎运行47h后完好，满足市场使用需求。

本发明结构新颖，运行稳定，本发明在使用时，相对于现有技术的增加胎体填充胶结构来平缓过渡应力的方式，本发明通过肩垫胶下端与上三角胶上端平滑过渡并固定的结构来平缓过渡应力，相对于现有技术减少了胎体填充胶的部件，降低了生产复杂度，降低了生产成本；现有技术的胎体反包端点位于胎侧部的下部或中部且无钢丝包布，胎侧部曲挠变形较大，在胎体反包端点处易发生故障，本发明胎体反包端点设置在胎圈部，变形较小，且设置有钢丝包布降低胎体反包端点处的应力。

本发明相较于现有技术中的轮胎，通过对轮胎结构中上述的各个端点与轮胎轴向断面高度的比值的改进和调整，使轮胎结构中上述的各个端点在轮胎径向方向上错开，有利于轮胎刚性的均匀过渡，且上述各个端点均为应力集中点，在轮胎径向方向上错开，可降低轮胎应力集中的问题，且本发明增加了钢丝圈外侧的钢丝包布，同时对钢丝包布接触点的位置进行限定，因钢丝的刚性较强，可加强胎圈部的整体刚性，提高载重能力。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (5)

1.一种具有高承载性能的小型全钢轮胎，包括轮胎本体(1)，所述轮胎本体包括胎体(4)、胎面部和胎圈部，所述胎圈部包括钢丝圈(6)、下三角胶(7)、上三角胶(8)，所述轮胎本体轴向断面宽度小于210mm，所述轮胎本体轴向断面高度小于150mm，所述轮胎本体外直径小于700mm，其特征在于，所述胎面部包括与上三角胶靠近轮胎空腔的一侧向上平滑连接且固定的肩垫胶(3)，所述胎体(4)靠近钢丝圈的一端绕过钢丝圈沿轮胎径向向内的一端面再沿轮胎径向向外延伸，所述上三角胶与肩垫胶重合部分沿轮胎径向的宽度为5mm-30mm，所述胎体沿轮胎径向向外延伸的端点A高度与轮胎轴向断面高度的比值范围为0.19-0.28。

2.根据权利要求1所述的一种具有高承载性能的小型全钢轮胎，其特征在于，所述胎体(4)的外端设有包裹胎体一侧面的钢丝包布(5)，所述钢丝包布沿轮胎轴向向外的一端点B的高度与轮胎轴向断面高度的比值不小于0.13，钢丝包布沿轮胎轴向向外的一端点B的高度低于胎体沿轮胎径向向外延伸的端点A高度的2mm以上，所述钢丝包布沿轮胎轴向内端点D的高度与轮胎轴向断面高度的比值不小于0.33，所述钢丝包布沿轮胎轴向内端点D位于肩垫胶沿轮胎径向向内一端点的沿轮胎径向的内侧，所述钢丝包布沿轮胎轴向内端点D位于下三角胶沿轮胎径向外端点的沿轮胎径向的外侧。

3.根据权利要求2所述的一种具有高承载性能的小型全钢轮胎，其特征在于，所述下三角胶沿轮胎径向向外的一端点C与轮胎轴向断面高度的比值不小于0.27，同时下三角胶沿轮胎径向向外的一端点C低于钢丝包布(5)沿轮胎轴向内端点D高度的2mm以上。

4.根据权利要求1所述的一种具有高承载性能的小型全钢轮胎，其特征在于，所述轮胎本体的胎侧沿轮胎轴向的最薄处的厚度不小于11.5mm。

5.根据权利要求3所述的一种具有高承载性能的小型全钢轮胎，其特征在于，下三角胶邵氏硬度范围为75°-95°，上三角胶和肩垫胶的邵氏硬度范围为45°-65°，上三角胶和肩垫胶的邵氏硬度差异不大于5°。

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