CN115003522B - 农业或土木工程类型的重型轮胎的优化结构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于重型车辆的子午线轮胎(1)，其中，在赤道平面的两侧，沿径向布置在工作层外侧的超弹性增强体帘布层(323)覆盖具有较小轴向宽度的工作层(322)的轴向端部，所述轴向端部距包含超弹性帘线(50)的所述端部最小轴向距离(Ds/2)。所述帘线包括单个层(52)上的丝状元件(54)。所述层(52)的每个丝状元件(54)的中心与帘线的主轴线(A)之间的距离等于螺旋直径Dh的一半，并且对于所述层(52)的所有金属丝状元件(54)均基本上恒定且相等，金属丝状元件(54)限定了帘线的内部拱形(58)，所述内部拱形(58)具有直径Dv。每个金属丝状元件(54)具有直径Df和螺旋曲率半径Rf，满足：9≤Rf/Df≤30且1.30≤Dv/Df≤4.5。所述超弹性帘线嵌入在橡胶配混物中。

Description

农业或土木工程类型的重型轮胎的优化结构
技术领域
本发明的主题为一种旨在装配施工场地、农业或货物运输类型的重型车辆的子午线轮胎，更具体地涉及这种轮胎的胎冠增强件，甚至更具体地涉及其环箍增强件。
背景技术
在欧洲轮胎轮辋技术组织或ETRTO标准的含义内指定了旨在装配施工场地、农业或货物运输类型的重型车辆的子午线轮胎。
例如，在欧洲轮胎轮辋技术组织或ETRTO标准的含义内，用于施工场地类型的重型车辆的子午线轮胎旨在安装到直径至少等于25英寸的轮辋上。尽管不限于这种类型的应用，但是本发明针对大尺寸的子午线轮胎进行描述，所述子午线轮胎旨在通过直径至少等于35英寸，尽可能等于57英寸，或甚至等于63英寸的轮辋安装到自卸车上，特别是安装到用于运输从采石场或露天矿山开采的材料的车辆上。
由于轮胎的几何形状呈现出围绕旋转轴线的旋转对称性，因此通常在包含轮胎的旋转轴线的子午平面中描述轮胎的几何形状。对于给定的子午平面，径向方向、轴向方向和周向方向分别表示垂直于轮胎的旋转轴线的方向、平行于轮胎的旋转轴线的方向和垂直于子午平面的方向。周向方向与轮胎的圆周相切。
在下文中，表述“径向内侧/沿径向位于内侧”和“径向外侧/沿径向位于外侧”分别意指“更靠近轮胎的旋转轴线”和“更远离轮胎的旋转轴线”。“轴向内侧/沿轴向位于内侧”和“轴向外侧/沿轴向位于外侧”分别意指“更靠近轮胎的赤道平面”和“更远离轮胎的赤道平面”，其中轮胎的赤道平面为穿过胎面表面的中间并且垂直于旋转轴线的平面。“元件A沿轴向以轴向距离Ds位于元件B的内侧”意指元件A比元件B更靠近赤道平面且两个元件之间的轴向距离等于距离Ds。这种类型的语句可概括为径向方向和周向方向以及一个元件或另一个元件的外侧和内侧的位置。
通常，轮胎包括胎面，所述胎面旨在通过胎面表面与地面接触，所述胎面的两个轴向端部通过两个胎侧连接至两个胎圈，所述两个胎圈提供轮胎和旨在安装所述轮胎的轮辋之间的机械连接。
子午线轮胎还包括由沿径向位于胎面内侧的胎冠增强件和沿径向位于胎冠增强件内侧的胎体增强件构成的增强件。
用于施工场地、农业或货物运输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胎体层，所述胎体层通常包括金属增强体，所述金属增强体涂覆有通过混合获得并称为涂覆混合物的弹性体类型或弹性类型的聚合物材料。胎体层包括主要部分，所述主要部分将两个胎圈连接在一起，并通常在每个胎圈中从轮胎的内侧至外侧围绕通常称为胎圈线的金属周向增强元件缠绕，从而形成卷边。胎体层的金属增强体基本上互相平行，并与周向方向形成在85°至95°之间的角度。
用于施工场地、农业或货物运输类型的车辆的子午线轮胎的胎冠增强件包括沿径向位于胎体增强件外侧的沿周向延伸的胎冠层的叠加。每个胎冠层通常由金属增强体构成，所述金属增强体互相平行，并涂覆有弹性体类型或涂覆配混物类型的聚合物材料。
关于金属增强体，金属增强体的机械特征在于表示施加至金属增强体的拉伸力(以N计)随其相对伸长(以％)变化的曲线，所述曲线被称为力-伸长曲线。金属增强体的机械拉伸特征(例如结构伸长As(以％计)、总断裂伸长At(以％计)、断裂力Fm(最大负载，以N计)和断裂强度Rm(以MPa计))得自该力-伸长曲线，这些特征根据2014年的标准ASTM D2969-04测量。
根据定义，金属增强体的总伸长At为其结构伸长、弹性伸长和塑性伸长之和(At＝As+Ae+Ap)，特别是在断裂时，其中每种伸长均是非零的。结构伸长As由构成金属增强体的金属丝线在低拉伸力下的相对定位产生。弹性伸长Ae由构成金属增强体的单独考虑的金属丝线的金属的实际弹性产生，所述金属的行为遵循胡克定律。塑性伸长Ap由单独考虑的这些金属丝线的金属的塑性(即超过屈服点的不可逆变形)产生。这些不同的伸长及其各自的含义是本领域技术人员公知的，并且例如描述于文献US5843583、WO2005/014925和WO2007/090603中。
在金属增强体的力-伸长曲线上的每个点处，还定义了以GPa表示的拉伸模量，其表示在该点处与力-伸长曲线相切的直线的斜率。特别地，力-伸长曲线的弹性线性部分的拉伸模量被称为拉伸弹性模量或杨氏模量。
在金属增强体中，通常区分弹性金属增强体(例如在保护层中使用的金属增强体)和非伸展或不可伸展的金属增强体。
弹性金属增强体在其非橡胶化状态下的特征在于结构伸长As至少等于1％且总断裂伸长At至少等于4％。此外，弹性金属增强体的拉伸弹性模量至多等于180GPa，通常在40GPa至150GPa之间。
例如，现有技术中已知包括具有螺旋缠绕的N＝5个金属丝状元件的单个层的金属帘线。每个金属丝状元件均由钢单丝制成，并具有等于0.38mm的直径。每个金属丝状元件以节距P缠绕(此处P＝6.7mm)，并在金属丝状元件的最终螺旋组装步骤之前单独预成型。金属丝状元件限定了帘线的内部拱形，从而使得可以限定拱形直径Dv。在组装之后，预成型和内部拱形赋予帘线相对显著的通气性，换言之，每对相邻的金属丝状元件之间的空间相对较大。这种通气性导致帘线的结构伸长As等于2.3％。这种帘线特别地旨在用于轮胎，例如用于重型类型车辆的轮胎。
不可伸展的金属增强体的特征在于，在等于断裂力Fm的10％的拉伸力下，总伸长At至多等于0.2％。此外，不可伸展的金属增强体的拉伸弹性模量通常在150GPa至200GPa之间。
在胎冠层中，通常区分通常为弹性的保护层和不可伸展的工作层(WO2007/003562A1)，所述保护层构成保护增强件并沿径向位于最外侧，所述工作层构成工作增强件并沿径向介于保护增强件和胎体增强件之间。
包括至少一个保护层的保护增强件基本上保护工作层免受机械攻击或物理化学攻击，这些攻击可能通过胎面沿径向朝向轮胎的内部传播。
保护增强件通常包括两个径向叠加的保护层，所述保护层由弹性金属增强体形成，所述弹性金属增强体在每个层中互相平行，从一个层至另一个层交叉，并与周向方向形成至少等于10°的角度。
包括至少两个工作层的工作增强件的功能在于环绕轮胎并确保其刚度和道路保持性。所述工作增强件吸收机械充气应力和由行驶造成的机械应力，所述机械充气应力由轮胎充气压力产生并通过胎体增强件传递，所述由行驶造成的机械应力由轮胎在地面上的行驶产生并通过胎面传递。所述工作增强件还旨在通过其固有设计和保护增强件的固有设计来承受氧化、冲击和穿孔。
工作增强件通常包括两个径向叠加的工作层，所述工作层由不可伸展的金属增强体形成，所述不可伸展的金属增强体在每个层中互相平行，从一个层至另一个层交叉，并与周向方向形成至多等于60°，优选至少等于15°且至多等于45°的角度。为了降低橡胶配混物在工作层的轴向端部处的剪切，通常使所述端部的位置相对于彼此沿轴向偏移。因此，胎冠增强件通常包括具有最大轴向宽度的工作层和具有最小轴向宽度的工作层。在具有最小轴向宽度的工作层的端部处，橡胶配混物的剪切最大。具体地，由具有最小轴向宽度的工作层的端部的位移导致的这种最大剪切分布在具有最小轴向宽度的工作层和具有最大轴向宽度的工作层之间的橡胶配混物的径向厚度上。这种剪切通过具有最大轴向宽度的工作层的变形而放大。具体地，给定金属增强体与具有最小宽度的工作层的金属增强体交叉的角度，具有最大轴向宽度的工作层在另一个方向中变形，这增加了橡胶配混物的变形。通常通过在具有最小轴向宽度的工作层和具有最大轴向宽度的工作层的端部之间加入脱离联接橡胶来减小这些剪切最大值。具有最大轴向宽度的工作层的端部也经受较强的剪切，但是通常幅度较小，考虑到此目的，橡胶配混物的厚度更大，并且变形不再因其它工作层的存在而放大。
为了降低传递至工作增强件的机械充气应力和行驶应力以及覆盖工作增强件的橡胶配混物的剪切，已知的是在胎体增强件的径向外侧布置环箍增强件。环箍增强件的功能在于至少部分地吸收机械充气应力，其通过加强胎冠增强件来改善胎冠增强件的耐久性。环箍增强件可以沿径向位于工作增强件的内侧，介于工作增强件的两个工作层之间，或者沿径向位于工作增强件的外侧。
在施工场地类型应用中，环箍增强件可以包括两个径向叠加的环箍层，所述环箍层由金属增强体形成，所述金属增强体在每个层中彼此平行并从一个层至另一个层交叉，且与周向方向形成至多等于10°的角度。
在用于负载运输的重型车辆类型应用中，环箍增强件通常包括环箍层，所述环箍层通过沿周向缠绕环箍丝线或连续环箍条带而产生，所述环箍丝线或连续环箍条带与周向方向形成至多等于5°的角度。
在这两种情况下，环箍层的轴向宽度均小于具有最小轴向宽度的工作层。具体地，由于行驶导致的端部处的应力在拉伸和压缩方面非常高，并导致布置在工作层端部附近的金属增强体断裂。文献WO2014/095099公开了一种胎肩覆盖条带，所述胎肩覆盖条带的宽度由于这些应力而受到限制。即使使用现有技术中已知的弹性帘线，在行驶过程中的屈曲现象和在用于重型车辆的轮胎的轮胎模制过程中增强体的As的高度消耗也使得这些解决方案不能令人满意。具体地，用于重型车辆的轮胎具有用于重型车辆轮胎的至少等于10mm的显著胎面高度，有时对于农业轮胎和施工场地轮胎则更高，特别是在轮胎的胎肩处。模制需要将胎面的橡胶配混物压入到模具中。为此，在固化之前，轮胎具有较小的直径，并且模制压力使胎冠以接近胎面高度的半径位移。由于增强体的角度，工作层易于变形，工作层的橡胶配混物吸收变形。对于环箍层，通过使用弹性金属增强体或通过使用具有不连续的金属增强体的环箍层来促进其变形。然而，在胎肩处，需要具有比中心处更大的弹性性质，并且必须改进所提出的解决方案，以真正有利。
发明内容
对于用于施工场地、重型车辆或农业类型的车辆的子午线轮胎，发明人为其自身设定的目标为降低行驶时轮胎的工作层的端部的橡胶配混物开裂的风险，同时降低径向外部环箍层的增强元件断裂的风险。
根据本发明，该目的已通过用于重型车辆、施工场地或农业类型的车辆的轮胎实现，所述轮胎包括：
·正中周向平面，所述正中周向平面被称为赤道平面，垂直于轮胎的旋转轴线并将轮胎分为两个基本上对称的半环面形状，
·胎冠增强件，所述胎冠增强件沿径向位于胎面的内侧，并沿径向位于胎体增强件的外侧；
·胎冠增强件包括至少一个工作增强件，胎冠增强件包括至少两个工作层，一个工作层具有最大轴向宽度，一个工作层具有最小轴向宽度，
·每个工作层包括不可伸展的增强元件，所述不可伸展的增强元件彼此平行，并与周向方向形成至少等于15°且至多等于40°的定向角度，两个工作层的两个角度具有相反的符号，
·轴向距离Ds为在赤道平面的两侧在具有最小轴向宽度的工作层的轴向端部和具有最大轴向宽度的工作层的轴向端部之间测得的轴向距离的最大值，
·在赤道平面的两侧，胎冠增强件包括至少一个环箍层，所述环箍层沿径向位于径向最外工作层的外侧，并被称为超弹性径向外部环箍层，所述超弹性径向外部环箍层的轴向最外轴向端部沿轴向以至少等于Ds/2的轴向距离位于具有最小轴向宽度的工作层的轴向端部的外侧，所述超弹性径向外部环箍层的轴向最内点沿轴向以至少等于Ds/2的轴向距离位于具有最小轴向宽度的工作层的轴向端部的内侧，
·在赤道平面的两侧，所述超弹性径向外部环箍层包括超弹性金属增强体，所述超弹性金属增强体彼此平行，并与轮胎的周向方向(XX’)形成至多等于5°的角度，每个超弹性金属增强体包括至少一个帘线，所述帘线被称为超弹性帘线，
·所述超弹性帘线包括由N个螺旋缠绕的金属丝状元件构成的单个层并具有外径D，当帘线沿基本上直线方向延伸时，所述层的每个金属丝状元件呈现围绕基本上平行于基本上直线方向的主轴线(A)的螺旋形式的轨迹，使得在基本上垂直于主轴线(A)的截面平面中，所述层的每个金属丝状元件的中心和主轴线(A)之间的距离等于螺旋直径Dh的一半，并且对于所述层的所有金属丝状元件均基本上恒定且相等，金属丝状元件限定了帘线的内部拱形，所述内部拱形具有直径Dv，每个金属丝状元件具有直径Df和通过Rf＝P/(π×Sin(2α))限定的螺旋曲率半径Rf，其中P为每个金属丝状元件以毫米表示的节距，α为每个金属丝状元件的螺旋角度，其特征在于，Dh、D、Dv、Df和Rf以毫米表示：
·9≤Rf/Df≤30，并且
·1.30≤Dv/Df≤4.5，
·所述超弹性帘线嵌入在橡胶配混物中。
发明人通过直接使用超弹性帘线或多股超弹性帘线作为径向外部环箍层的金属增强体来降低胎冠的橡胶配混物开裂的风险，而不降低其它性能，所述超弹性帘线具有特定的几何特征。环箍层被称为径向外部环箍层，因为其始终沿径向位于工作层的外侧。环箍层被称为超弹性环箍层，因为其金属增强体是超弹性的。
与金属丝状元件的直径Df相比，超弹性径向外部环箍层的超弹性金属增强体的拱形直径Dv必须足够大，以能够压缩变形并改善耐屈曲性，并且必须足够小，以限定符合限制轮胎的质量并因此限制其生产所需的材料资源的目的的超弹性径向外部环箍层的厚度。类似地，与金属丝状元件的直径Df相比，螺旋曲率半径Rf必须足够小，以产生将在模制轮胎的过程中使用的显著结构伸长，并且必须足够大，以获得足以在行驶时(特别是在转弯时的横向力下)在应力下不发生断裂的超弹性径向外部环箍层的线型断裂强度。
与常规混合型或非混合型弹性帘线相比，这种帘线的优点在于不仅具有高拉伸弹性，而且具有良好的耐屈曲性。具体地，工作层的端部区域(特别在转弯的过程中)在横向力下在赤道平面的两侧受到纵向拉伸和压缩应力。
特征Df、Dv和Rf以及下文描述的其它特征的值在制造帘线之后(即在嵌入弹性体基质的任何步骤之前)直接在所述帘线上测得或从所述帘线确定，或者在从例如轮胎的弹性体基质中取出帘线之后(因此帘线经受清洁步骤，在所述清洁步骤的过程中，从帘线上除去任何弹性体基质，特别是存在于帘线内部的任何材料)在所述帘线上测得或从所述帘线确定。为了确保原始状态，需要消除每个金属丝状元件和弹性体基质之间的粘合界面，例如通过碳酸钠浴中的电化学过程。通过取出帘布层和帘线消除了与下文所述的用于制造轮胎的方法的成型步骤相关的影响(特别是帘线的伸长)，在取出的过程中，所述帘线基本上恢复了成型步骤之前的特征。
根据本发明的帘线包括螺旋缠绕的金属丝状元件的单个层。换言之，根据本发明的帘线包括螺旋缠绕的金属丝状元件的一个层，而不是两个或多于两个的层。所述层由金属丝状元件(即多个金属丝状元件)构成，而不是仅由一个金属丝状元件构成。在帘线的一个实施方案中，例如当通过帘线的制造方法获得帘线时，根据本发明的帘线由缠绕金属丝状元件的层构成。
根据本发明的帘线具有单螺旋。根据定义，单螺旋帘线为这样的帘线，其中所述层的每个金属丝状元件的轴线呈现单螺旋，相比之下，在双螺旋帘线中，每个金属丝状元件的轴线呈现围绕帘线的轴线的第一螺旋和围绕通过帘线的轴线呈现的螺旋的第二螺旋。换言之，当帘线沿基本上直线方向延伸时，所述帘线包括螺旋缠绕在一起的金属丝状元件的单个层，所述层的每个金属丝状元件呈现围绕基本上直线方向的螺旋形式的轨迹，使得所述层的每个金属丝状元件的中心和基本上直线方向的轴线之间的距离对于所述层的所有金属丝状元件基本上恒定且相等。相比之下，当双螺旋帘线沿基本上直线方向延伸时，所述层的每个金属丝状元件的中心和基本上直线方向之间的距离对于所述层的所有金属丝状元件是不同的。
根据本发明的帘线不具有中心金属芯部。其也被称为结构1×N(其中N为金属丝状元件的数量)的帘线或开放式帘线。
根据本发明的帘线的拱形由金属丝状元件界定，并对应于由一方面沿径向位于每个金属丝状元件的内侧并且另一方面与每个金属丝状元件相切的理论圆界定的体积。
丝状元件意指沿主轴线纵向延伸并具有垂直于主轴线的截面的元件，与沿主轴线的尺寸L相比，截面的最大尺寸G相对较小。表述“相对较小”意指L/G大于或等于100，优选大于或等于1000。该定义涵盖了具有圆形截面的丝状元件和具有非圆形截面(例如多边形截面或椭圆形截面)的丝状元件。非常优选地，每个金属丝状元件均具有圆形截面。
根据定义，术语金属意指丝状元件主要(即大于其重量的50％)或完全(其重量的100％)由金属材料制成。每个金属丝状元件优选由钢制成，更优选由珠光体或铁素体-珠光体碳钢(通常被本领域技术人员称为碳钢)制成或者由不锈钢制成(根据定义，钢包含至少10.5％的铬)。
螺旋角度α是本领域技术人员公知的参数，并且可以使用包括三次迭代的以下迭代计算确定，其中指数i表示迭代次数1、2或3。已知结构伸长As以％表示，螺旋角度α(i)满足α(i)＝Arcos[(100/(100+As)×Cos[Arctan((π×Df)/(P×Cos(α(i-1))×Sin(π/N))]]，其中式P为每个金属丝状元件缠绕的节距(以毫米表示)，N为层中的金属丝状元件的数量，Df为每个金属丝状元件以毫米表示的直径，Arcos、Cos、Arctan和Sin分别表示反余弦函数、余弦函数、反正切函数和正弦函数。对于第一次迭代，即对于α(1)的计算，α(0)＝0。在第三次迭代时，当α以度表示时，获得了小数点后具有至少一位有效数字的α(3)＝α。
使用关系式Dh＝P×Tan(α)/π计算以毫米表示的螺旋直径Dh，其中P为每个金属丝状元件缠绕的节距(以毫米表示)，α为如上确定的每个金属丝状元件的螺旋角度，Tan为正切函数。螺旋直径Dh对应于在垂直于帘线的轴线的平面中穿过层的金属丝状元件的中心的理论圆的直径。
使用关系式Dv＝Dh-Df计算以毫米表示的拱形直径Dv，其中Df为每个金属丝状元件的直径，Dh为螺旋直径，其均以毫米表示。
根据关系式Rf＝P/(π×Sin(2α))计算以毫米表示的曲率半径Rf，其中P为以毫米表示的节距，α为每个金属丝状元件的螺旋角度，Sin为正弦函数。
将回想的是，每个金属丝状元件缠绕的节距为在具有该节距的丝状元件围绕帘线的轴线缠绕一整圈之后平行于帘线所处的所述轴线测量的该丝状元件覆盖的长度。
下文描述的任选的特征可以彼此组合，只要这种组合在技术上兼容。
在有利的实施方案中，所有金属丝状元件均具有相同的直径Df。
角度的取向意指需要从限定角度的参考直线(在这种情况下为轮胎的周向方向)开始旋转以到达限定角度的另一条直线的顺时针方向或逆时针方向。
在优选的实施方案中，9≤Rf/Df≤25。在旨在增强用于选自货车、重型车辆(例如轻轨车辆、大客车、重型道路运输车辆(卡车、拖拉机、拖车))的工业车辆的轮胎的帘线的一个实施方案中，9≤Rf/Df≤15。
在旨在增强用于选自货车、重型车辆(例如轻轨车辆、大客车、重型道路运输车辆(卡车、拖拉机、拖车))的工业车辆的轮胎的帘线的一个实施方案中，1.70≤Dv/Df≤2.50。
有利地，螺旋曲率半径Rf满足2mm≤Rf≤7mm。在旨在增强用于选自货车、重型车辆(例如轻轨车辆、大客车、重型道路运输车辆(卡车、拖拉机、拖车))的工业车辆的轮胎的帘线的一个实施方案中，4mm≤Rf≤6mm，优选地，4mm≤Rf≤5mm。
在旨在增强用于越野车辆(例如农业车辆或施工场地车辆)的轮胎的帘线的一个实施方案中，4mm≤Rf≤7mm，优选地，4.5mm≤Rf≤6.5mm。
有利地，每个金属丝状元件的螺旋直径Dh满足0.40mm≤Dh≤1.60mm。
在旨在增强用于选自货车、重型车辆(例如轻轨车辆、大客车、重型道路运输车辆(卡车、拖拉机、拖车))的工业车辆的轮胎的帘线的一个实施方案中，0.85mm≤Dh≤1.60mm，优选地，0.90mm≤Dh≤1.60mm。
在旨在增强用于越野车辆(例如农业车辆或施工场地车辆)的轮胎的帘线的一个实施方案中，0.95mm≤Dh≤1.40mm，优选地，1.00mm≤Dh≤1.35mm。
有利地，Df满足0.10mm≤Df≤0.50mm。
在旨在增强用于选自货车、重型车辆(例如轻轨车辆、大客车、重型道路运输车辆(卡车、拖拉机、拖车))的工业车辆的轮胎的帘线的一个实施方案中，0.22mm≤Df≤0.50mm，优选地，0.25mm≤Df≤0.45mm。
在旨在增强用于越野车辆(例如农业车辆或施工场地车辆)的轮胎的帘线的一个实施方案中，0.32mm≤Df≤0.50mm，优选地，0.35mm≤Df≤0.50mm。
有利地，Dv满足Dv≥0.46mm，更优选地，0.50mm≤Dv≤1.20mm。
在旨在增强用于选自货车、重型车辆(例如轻轨车辆、大客车、重型道路运输车辆(卡车、拖拉机、拖车))的工业车辆的轮胎的帘线的一个实施方案中，0.65mm≤Dv≤0.80mm。
在旨在增强用于越野车辆(例如农业车辆或施工场地车辆)的轮胎的帘线的一个实施方案中，0.55mm≤Dv≤1.00mm。
有利地，每个金属丝状元件缠绕的节距P满足3mm≤P≤15mm。
在旨在增强用于选自货车、重型车辆(例如轻轨车辆、大客车、重型道路运输车辆(卡车、拖拉机、拖车))的工业车辆的轮胎的帘线的一个实施方案中，7mm≤P≤15mm，优选地，7.5mm≤P≤11mm。
在旨在增强用于越野车辆(例如农业车辆或施工场地车辆)的轮胎的帘线的一个实施方案中，9mm≤P≤15mm。
有利地，帘线的直径D满足D≤2.10mm。
通过测厚仪测量直径或可见直径(表示为D)，其触点的直径至少等于丝状元件的缠绕节距P的1.5倍(例如可提及来自Kaefer的型号JD50，其能够实现1/100毫米的精度，装配有a型触点，并具有约0.6N的接触压力)。测量方案包括一组三次测量的三次重复(垂直于帘线的轴线并在零张力下进行)，其中第二次和第三次测量在通过围绕帘线的轴线旋转测量方向在相对于前一次测量的角度偏移三分之一圈的方向上进行。
在旨在增强用于选自货车、重型车辆(例如轻轨车辆、大客车、重型道路运输车辆(卡车、拖拉机、拖车))的工业车辆的轮胎的帘线的一个实施方案中，1.15mm≤D≤1.55mm。
在旨在增强用于越野车辆(例如农业车辆或施工场地车辆)的轮胎的帘线的一个实施方案中，1.5mm≤D≤2mm。
在一个实施方案中，每个金属丝状元件包括单个金属单丝。此处，每个金属丝状元件有利地由金属单丝构成。在该实施方案的变体形式中，金属单丝直接涂覆有金属涂层，所述金属涂层包含铜、锌、锡、钴或这些金属的合金(例如黄铜或青铜)。在该变体形式中，每个金属丝状元件然后由金属单丝制成，从而形成芯部，所述金属单丝例如由钢制成，所述芯部直接涂覆有金属涂层。
在该实施方案中，如上所述，每个金属基本单丝优选由钢制成，并且具有1000MPa至5000MPa的机械强度。这种机械强度对应于轮胎领域中常见的钢种，即NT(正常拉伸)、HT(高拉伸)、ST(超拉伸)、SHT(超高拉伸)、UT(极拉伸)、UHT(极高拉伸)和MT(巨大拉伸)等级，高机械强度的使用可能能够改善帘线旨在嵌入的基质的增强，并减轻以这种方式增强的基质的重量。
有利地，层由N个螺旋缠绕的金属丝状元件构成，N的范围为3至18，优选为5至12，更优选为6至9。
所述超弹性径向外部环箍层的目的为降低具有最小轴向宽度的工作层的端部附近的橡胶配混物的最大剪切。为了降低这些应力，设计者使这些工作层的两个端部以长度Ds分隔开。因此，长度Ds使得如果在端部之间观察到该距离，则连接至两个端部的过应力不会以破坏性的方式增加。因此，Ds/2为端部处的过应力的影响距离的数量级。因此，有利的是，将超弹性径向外部环箍层布置在具有最小轴向宽度的工作层的端部的两侧至少Ds/2的距离上，以降低该整个区域上的剪切。
有利地，在赤道平面的两侧，超弹性径向外部环箍层的轴向最外轴向端部沿轴向以至少等于Ds/2的距离位于具有最大轴向宽度的工作层的轴向端部的外侧，从而同样降低具有最大轴向宽度的工作层的端部处的剪切。在这种构造中，其中超弹性径向外部环箍层降低了工作层的端部附近的橡胶配混物开裂的风险，并由能够承受较大变形(例如由轮胎行驶的地面上能够造成胎冠断裂的障碍物导致的变形)的超弹性帘线或线股构成，其可以在该区域中充当保护层。因此，为了减轻轮胎的包括保护增强件的保护层的质量(所述保护增强件沿径向位于工作增强件的外侧并包括至少一个保护层)并因此减轻轮胎的质量，如果超弹性径向外部环箍层包括轴向内端部，则有利的是，在赤道平面的两侧，具有最大轴向宽度的保护层的轴向端部沿轴向位于超弹性径向外部环箍层的轴向最内轴向端部的内侧。
在超弹性径向外部环箍层的轴向外部部分上，必须存在该层的端部。在超弹性径向外部环箍层的轴向内部部分上，可以布置从第一轴向外端部穿过赤道平面至位于轮胎的赤道平面另一侧的另一个轴向外端部不间断延伸的超弹性径向外部环箍层。在这种情况下，在赤道平面的每一侧，轴向最内点均位于赤道平面上，尽管径向外部环箍层不具有轴向内端部。
尽管超弹性径向外部环箍层不包括轴向内端部并因此具有全宽度，但是取决于轮胎的类型和其经受的应力，除去保护层或减少其数量是有利的。
有利地，所述超弹性帘线的每个金属丝状元件的节距P与直径Df的比值K满足19≤K≤44，优选地20≤K≤40，更优选地23≤K≤39，P和Df以毫米表示。在旨在增强用于选自货车、重型车辆(例如轻轨车辆、大客车、重型道路运输车辆(卡车、拖拉机、拖车))的工业车辆的轮胎的帘线的一个实施方案中，19≤K≤35，优选地，23≤K≤30。
有利地，每个金属丝状元件的螺旋角度α满足13°≤α≤30°，优选地，17°≤α≤26°。在旨在增强用于选自货车、重型车辆(例如轻轨车辆、大客车、重型道路运输车辆(卡车、拖拉机、拖车))的工业车辆的轮胎的帘线的一个实施方案中，18.5°≤α≤30°，优选地，18.5°≤α≤26°。
在比值K的值过高的情况下或在螺旋角度的值过低的情况下，帘线的纵向压缩性降低。在比值K的值过低的情况下或在螺旋角度的值过高的情况下，帘线的纵向刚度降低，因此其增强能力降低。
有利地，帘线的结构伸长As满足As≥1％，优选地As≥2.5％，更优选地As≥3％。
最后，相对径向间隙Jr表示将每对相邻的金属丝状元件分隔至可用于在层上定位金属丝状元件的长度的距离。更准确地，Jr＝N/(π*(D-Df))×(Dh×Sin(π/N)-(Df/Cos(α×π/180)))，α为每个金属丝状元件(54)以度表示的螺旋角度，Dv＝Dh-Df。因此，相对于层可以容纳的金属丝状元件的最大数量，Jr越大，分隔两个相邻的金属丝状元件的空间越大。相反地，相对于层可以容纳的金属丝状元件的最大数量，Jr越小，分隔两个相邻的金属丝状元件的空间越小。在根据本发明的范围内，Jr能够使层上存在的金属丝状元件的数量最大化，从而使帘线的增强能力最大化，但不会降低适应纵向压缩变形的能力。
有利地，超弹性径向外部环箍层的弹性金属增强体中包括的所述超弹性帘线在两个相邻的丝状元件之间的相对径向间隙Jr满足0.10≤Jr≤0.60，优选地0.30≤Jr≤0.60。两个相邻的丝状元件之间的相对径向间隙能够在这种类型的应用中调节帘线的通气性和平衡。通气性太差的帘线的行为与常规帘线类似，并且无法提供相同水平的性能增益。过于通气(超过0.6的相对间隙)的帘线易于变形，但不会在拉伸或压缩中抵抗纵向力。
取决于所设计的轮胎的类型，取决于每种特定用途(即货车、重型车辆或施工场地车辆，其尺寸从16英寸至63英寸变化)对拉伸强度的需求，超弹性径向外部环箍层的每个金属增强体均由如上限定的单个超弹性帘线构成，或者由组装在一起的多个所述帘线(即超弹性帘线的线股)构成。具体地，多个超弹性帘线的组件保持超弹性帘线的压缩性质。
优选地，对于超弹性径向外部环箍层的金属增强体的正确耐久性性能，所述超弹性径向外部环箍层的超弹性金属增强体具有至多等于80GPa的在2％伸长下的割线模量和至少等于4％的断裂伸长。
有利地，对于超弹性径向外部环箍层的增强件的正确耐久性性能，所述超弹性径向外部环箍层的超弹性金属增强体的压缩屈曲变形值至少等于2％。
优选地，在赤道平面的两侧，通过沿周向缠绕超弹性金属增强体或由多个超弹性金属增强体构成的条带而形成超弹性径向外部环箍层，与非连续的增强件的层相比，这能够减少帘线或线股的端部的数量，并能够沿周向使用金属增强体的所有抵抗力潜力，所述端部可能是多个裂纹起始点。
对于用于施工场地类型的重型车辆的轮胎，根据保护层的优选实施方案，保护层的弹性金属增强体与周向方向形成至少等于15°且至多等于35°的角度。
对于用于施工场地类型的重型车辆的轮胎，优选的实施方案包括两个保护层，所述保护层包括弹性体或超弹性金属增强体。更有利地，两个保护层的各自金属增强体从一个保护层至另一个保护层交叉。更有利地，对于生产率增益，径向最内保护层的金属增强体与周向方向(XX’)形成的角度的绝对值等于径向最外保护层的金属增强体与周向方向(XX’)形成的角度。更有利地，为了在每个胎冠增强件的层所承受的力的分布中具有均匀的行为，保护层的金属增强体与周向方向形成的角度的绝对值基本上等于工作层的金属增强体与周向方向(XX’)形成的角度的绝对值的平均值。
轮胎可以包括保护增强件，所述保护增强件沿径向位于工作增强件的外侧，并包括至少一个保护层。根据胎冠增强件的优选实施方案，为了改善敲击性能(即橡胶材料的开裂)，径向最内保护层的轴向宽度LP1至少等于具有最大轴向宽度的工作层的最大轴向宽度LTmax的1.05倍且至多等于具有最大轴向宽度的工作层的最大轴向宽度LTmax的1.25倍。低于轴向宽度LTmax的1.05倍时，径向最内保护层不能充分突出到具有最大轴向宽度的工作层之外，以提供有效的敲击保护。高于轴向宽度LTmax的1.25倍时，径向最内保护层的轴向端部非常靠近胎面的轴向端部，从而增加了所述保护层的轴向端部和胎面的轴向端部之间开裂的风险。
根据施工场地轮胎的胎冠增强件的优选实施方案，胎冠增强件包括环箍增强件，所述环箍增强件包括两个环箍层，并沿径向位于径向最外工作层的内侧，所述环箍层的各自金属增强体涂覆有弹性体材料，彼此平行，与周向方向形成至多等于10°的角度，并从一个环箍层至另一个环箍层交叉。通常区分成角度的环箍层和周向环箍层，所述成角度的环箍层的增强体形成至少等于5°且至多等于8°的角度，所述周向环箍层的增强体是基本上周向的，并形成接近0°且至多等于5°的角度。环箍层的金属增强体可以为弹性金属增强体或者不可伸展的金属增强体。环箍增强件可以沿径向位于工作增强件的内侧并介于工作增强件的两个工作层之间。
附图说明
在未按比例绘制的示意性图1至图4中参考尺寸为53/80R63的轮胎说明了本发明的特征：
·图1：根据本发明的轮胎胎冠的子午横截面。
·图2：根据本发明的轮胎胎冠的子午横截面。
·图3：根据本发明的轮胎胎冠的子午横截面。
·图4：构成根据本发明的保护增强件的全部或部分金属增强体的超弹性帘线的横截面。
具体实施方式
图1显示了用于施工场地类型的重型车辆的轮胎1的子午横截面，所述轮胎1包括胎冠增强件3，所述胎冠增强件3沿径向位于胎面2的内侧并沿径向位于胎体增强件4的外侧。胎冠增强件3沿径向从外到内包括保护增强件31、工作增强件32和环箍增强件33。保护增强件31包括两个保护层(311、312)，所述保护层(311、312)包括弹性金属增强体，所述弹性金属增强体涂覆有弹性体材料、互相平行并与和轮胎的圆周相切的周向方向XX’形成等于24°的角度，每个保护层各自的金属增强体从一个保护层至另一个保护层交叉。工作增强件32包括两个工作层321、322，其各自的不可伸展的金属增强体涂覆有弹性体材料，互相平行并与周向方向XX’分别形成等于33°(对于径向最内工作层321，其沿周向也是具有最大轴向宽度的工作层)和19°(对于径向最外工作层322，其沿周向也是具有最小轴向宽度的工作层)的角度，所述不可伸展的金属增强体从一个工作层至另一个工作层交叉。工作增强件还包括超弹性径向外部环箍层323，所述超弹性径向外部环箍层323包括超弹性帘线，且轴向宽度至少等于Ds，并布置为使得轴向最外轴向端部沿轴向以至少等于Ds/2的轴向距离位于具有最小轴向宽度的工作层(322)的轴向端部的外侧，且轴向最内端部沿轴向以至少等于Ds/2的轴向距离位于具有最小轴向宽度的工作层(322)的轴向端部的内侧。超弹性径向外部环箍层的超弹性金属增强体为与周向方向形成0.5°的角度的超弹性帘线的周向缠绕。径向最内保护层311沿轴向突出到具有最大轴向宽度的工作层(此处为径向最内工作层321)之外。在所示出的情况下，轴向宽度LP1等于轴向宽度LTmax的1.15倍。环箍增强件33包括两个环箍层331、332，其各自的金属增强体涂覆有弹性体材料，互相平行并与周向方向XX’形成在5°至10°之间的角度，所述金属增强体从一个环箍层至另一个环箍层交叉。
图2为本发明的变体形式，其中超弹性径向外部环箍层(323)的轴向最外轴向端部沿轴向以至少等于Ds/2的距离位于具有最大轴向宽度的工作层(321)的轴向端部的外侧。
图3为本发明的变体形式，其中超弹性径向外部环箍层(323)的轴向最外轴向端部沿轴向以至少等于Ds/2的距离位于具有最大轴向宽度的工作层(321)的轴向端部的外侧，且具有最大轴向宽度的保护层(311)的轴向端部沿轴向位于超弹性径向外部环箍层的轴向最内轴向端部的内侧。
图4示出了在生产超弹性径向外部环箍层的增强元件中涉及的帘线，所述帘线构成增强元件，或者为构成所述环箍层的增强元件的线股的帘线之一。根据本发明的帘线50包括螺旋缠绕的金属丝状元件54的单个层52。在这种情况下，帘线50由单个层52构成，换言之，帘线50不包括除了层52的金属丝状元件之外的任何其它金属丝状元件。层52由9个螺旋缠绕的金属丝状元件构成，所述金属丝状元件嵌入到超弹性径向外部环箍层的橡胶配混物基质中，内部拱形58本身填充有所述橡胶配混物。
本发明在计算工具上进行了模拟，并在尺寸为24.00R35的轮胎上进行测试。考虑到材料的机械特性和滞后性特性，模拟能够在较大移动和较大变形下通过有限元的技术评估轮胎的机械应力和热应力。在周长为22m的转鼓上进行的行驶测试中也比较了这些轮胎。相同的测试过程适用于根据本发明的轮胎和根据现有技术的参比轮胎。
第一个测试包括在对应于推荐压力下的负载指数的负载下以零侧偏角度行驶。测试速度为30km/h。测试的结果为在轮胎损失压力或胎冠剥离之前轮胎的里程数。该第一个测试评估胎冠承受行驶循环的耐久性能力，所述行驶循环在工作层的端部区域中产生循环剪切应力以及较高且不断增加的热应力，所述热应力主要对该区域中的橡胶配混物产生应力。
第二个测试包括以在对应于推荐压力下的负载指数的负载上施加的横向力行驶。横向力等于负载的30％，在10分钟的循环时间内交替。测试速度为15km/h。测试的结果为在轮胎损失压力或胎冠剥离之前轮胎的里程数。该测试评估胎冠在转弯下承受行驶循环的耐久性能力，所述行驶循环在工作层的端部区域上产生高拉伸/压缩循环应力以及比前一个测试较小的热应力，因此对金属增强体产生更大的应力。
参比轮胎和根据本发明的轮胎是相同的，除了胎冠增强件，在根据本发明的轮胎上存在超弹性径向外部环箍层。它们具有相同的胎面花纹和相同的胎体层(4)、环箍层(331、332)、工作层(321、322)和保护层的增强体，并且对于轮胎的不同部分具有相同的橡胶配混物。
对于参比轮胎，胎冠增强件沿径向从外向内由两个保护层、两个工作层和两个环箍层构成。径向最外保护层的宽度为400mm，且其金属增强体与周向方向形成24°的角度。径向最内保护层的宽度为520mm，且其金属增强体与周向方向形成-24°的角度。径向最外工作层的宽度为380mm，且其金属增强体与周向方向形成19°的角度。径向最内工作层的宽度为450mm，且其金属增强体与周向方向形成-33°的角度。径向最外环箍层的宽度为200mm，且其金属增强体与周向方向形成8°的角度。径向最外环箍层的宽度为240mm，且其金属增强体与周向方向形成-8°的角度。工作层和环箍层的金属增强体为不可伸展的26.30金属增强体，即具有26根直径为0.3mm的丝线的帘线，这些帘线布置为三层，中间层包括3根丝线，第二层包括9根丝线，外层包括14根丝线。所述线股以3.4mm的间距布置。参比轮胎的保护增强件的弹性金属增强体为24.26帘线，即具有4根包括6根直径为0.26mm的丝线的帘线的线股。所述线股以2.5mm的间距布置。
除了参比轮胎的胎冠增强件之外，根据本发明的轮胎在赤道平面的两侧还包括超弹性径向外部环箍层，所述超弹性径向外部环箍层的金属增强体为超弹性金属增强体。在赤道平面的两侧，超弹性径向外部环箍层具有35mm的轴向宽度(等于Ds)，并且以径向最外工作层(其也是具有最小轴向宽度的工作层)的轴向端部为中心。
根据本发明的轮胎1的超弹性径向外部环箍层的超弹性金属增强体为18.45，即根据本发明的由3根包括6根直径Df为0.45mm的丝线的帘线构成的线股。所述线股以4.8mm的间距布置。所述丝线的拱形直径Dv等于1.11mm。螺旋曲率半径Rf等于4.2mm。两个相邻的丝状元件之间的相对径向间隙Jr等于0.35。
超弹性线股具有至少等于3％的结构伸长As和至少等于8％的总断裂伸长。
根据有限元计算，与参比轮胎相比，根据本发明的轮胎1在由工作层的轴向端部附近的橡胶配混物的开裂导致的轮胎失效之前的里程数性能的增益为约15％。因此，所提出的发明能够改善轮胎的耐久性。

Claims (13)

1.用于重型、施工场地或农业类型的车辆的轮胎(1)，所述轮胎(1)包括：
·正中周向平面，所述正中周向平面被称为赤道平面，垂直于轮胎的旋转轴线并将轮胎分为两个基本上对称的半环面形状，
·胎冠增强件(3)，所述胎冠增强件(3)沿径向位于胎面(2)的内侧，并沿径向位于胎体增强件(4)的外侧；
·胎冠增强件(3)包括至少一个工作增强件(32)，胎冠增强件包括至少两个工作层(321、322)，一个工作层(321)具有最大轴向宽度，一个工作层(322)具有最小轴向宽度，
·每个工作层(321、322)包括不可伸展的增强元件，所述不可伸展的增强元件彼此平行，并与周向方向形成至少等于15°且至多等于40°的定向角度，两个工作层的两个角度具有相反的符号，
·轴向距离Ds为在赤道平面的两侧在具有最小轴向宽度的工作层(322)的轴向端部和具有最大轴向宽度的工作层(321)的轴向端部之间测得的轴向距离的最大值，
·在赤道平面的两侧，胎冠增强件包括至少一个环箍层(323)，所述环箍层(323)沿径向位于径向最外的工作层的外侧，并被称为超弹性径向外部环箍层，所述超弹性径向外部环箍层的轴向最外轴向端部沿轴向以至少等于Ds/2的轴向距离位于具有最小轴向宽度的工作层(322)的轴向端部的外侧，所述超弹性径向外部环箍层的轴向最内点沿轴向以至少等于Ds/2的轴向距离位于具有最小轴向宽度的工作层(322)的轴向端部的内侧，
·在赤道平面的两侧，所述超弹性径向外部环箍层(323)包括超弹性金属增强体，所述超弹性金属增强体彼此平行，并与轮胎的周向方向(XX’)形成至多等于5°的角度，每个超弹性金属增强体包括至少一个帘线，所述帘线被称为超弹性帘线(50)：
·其特征在于，所述超弹性帘线(50)包括由N个螺旋缠绕的金属丝状元件(54)构成的单个层(52)并具有外径D，当帘线(50)沿基本上直线方向延伸时，所述层(52)的每个金属丝状元件(54)呈现围绕基本上平行于基本上直线方向的主轴线(A)的螺旋形式的轨迹，使得在基本上垂直于主轴线(A)的截面平面中，所述层(52)的每个金属丝状元件(54)的中心和主轴线(A)之间的距离等于螺旋直径Dh的一半，并且对于所述层(52)的所有金属丝状元件(54)均基本上恒定且相等，所述金属丝状元件(54)限定了帘线的内部拱形(58)，所述内部拱形(58)具有直径Dv，每个金属丝状元件(54)具有直径Df和通过Rf＝P/(π×Sin(2α))限定的螺旋曲率半径Rf，其中P为每个金属丝状元件以毫米表示的节距，α为每个金属丝状元件(54)的螺旋角度，Dh、D、Dv、Df和Rf以毫米表示：
·9≤Rf/Df≤30，和
·1.30≤Dv/Df≤4.5，
·所述超弹性帘线嵌入在橡胶配混物中。
2.根据权利要求1所述的轮胎(1)，其中，所述超弹性帘线的每个金属丝状元件(54)的节距P与直径Df的比值K满足19≤K≤44，P和Df以毫米表示。
3.根据权利要求2所述的轮胎(1)，其中，所述超弹性帘线的每个金属丝状元件(54)的节距P与直径Df的比值K满足20≤K≤40，P和Df以毫米表示。
4.根据权利要求2所述的轮胎(1)，其中，所述超弹性帘线的每个金属丝状元件(54)的节距P与直径Df的比值K满足23≤K≤39，P和Df以毫米表示。
5.根据权利要求1或2中任一项所述的轮胎(1)，其中，在所述超弹性帘线的两个相邻的丝状元件之间存在相对径向间隙Jr，Jr＝N/(π*(D-Df))×(Dh×Sin(π/N)-(Df/Cos(α×π/180)))，N为金属丝状元件的数量，α为每个金属丝状元件(54)以度表示的螺旋角度，Dv＝Dh-Df，并且环箍层(323)的弹性金属增强体的Jr满足0.10≤Jr≤0.6。
6.根据权利要求1所述的轮胎(1)，其中，所述超弹性径向外部环箍层(323)的每个超弹性金属增强体均为超弹性帘线。
7.根据权利要求1所述的轮胎(1)，其中，所述超弹性径向外部环箍层(323)的每个超弹性金属增强体均为超弹性帘线的线股。
8.根据权利要求1所述的轮胎(1)，其中，所述超弹性径向外部环箍层(323)的超弹性金属增强体具有至多等于80GPa的在2％伸长下的割线模量和至少等于4％的断裂伸长。
9.根据权利要求1所述的轮胎(1)，其中，所述超弹性径向外部环箍层(323)的超弹性金属增强体的压缩屈曲变形值至少等于2％。
10.根据权利要求1所述的轮胎(1)，其中，在赤道平面的两侧，超弹性径向外部环箍层(323)通过沿周向缠绕由多个超弹性金属增强体构成的条带而形成。
11.根据权利要求1所述的轮胎(1)，其中，在赤道平面的两侧，超弹性径向外部环箍层(323)的轴向最外轴向端部沿轴向以至少等于Ds/2的距离位于具有最大轴向宽度的工作层(321)的轴向端部的外侧。
12.根据权利要求1所述的轮胎(1)，所述轮胎(1)包括保护增强件(31)，所述保护增强件(31)沿径向位于工作增强件(32)的外侧，并包括至少一个保护层(311、312)，其中，径向最内的保护层(311)的轴向宽度LP1至少等于具有最大轴向宽度的工作层(321)的最大轴向宽度LTmax的1.05倍，且至多等于具有最大轴向宽度的工作层(321)的最大轴向宽度LTmax的1.25倍。
13.根据权利要求1所述的轮胎(1)，所述轮胎(1)包括保护增强件(31)，所述保护增强件(31)沿径向位于工作增强件(32)的外侧，并包括至少一个保护层(311、312)，所述轮胎在赤道平面的两侧包括超弹性径向外部环箍层(323)，所述超弹性径向外部环箍层(323)包括轴向内端部，其中，在赤道平面的两侧，具有最大轴向宽度的保护层(311)的轴向端部沿轴向位于超弹性径向外部环箍层(323)的轴向最内轴向端部的内侧。
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