低压实悬臂式轮胎的制作方法

低压实悬臂式轮胎的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种低压实悬臂式轮胎构造，所述低压实悬臂式轮胎构造设计用于在相对较低充气压力下使用，并具有侧壁，并且在所述侧壁的大部分位置具有相对均匀的抗弯性能。当所述轮胎置于高负荷、低充气压力下时，所述侧壁基本上径向挠曲，并允许所述轮胎的所述胎面部分保持其期望形状，从而提高所述轮胎的所述接触面积，并提供具有相对较高接触面积以致针对给定负载具有相对较低土壤压实的轮胎。
【专利说明】
低压实悬臂式轮胎
【背景技术】
[0001 ] 1.
技术领域
[0002]本发明涉及充气轮胎，并且更具体地讲，涉及用于需要大接触面积和大牵引力的情况下的轮胎，诸如用于农业应用中的轮胎。
[0003]2.现有技术的描述
[0004]农用轮胎所面临的一个问题是需要减少土壤压实。土壤压实对植物根系生长产生不利影响，从而降低作物产量。可通过降低接触压力来缓解土壤压实和对地面的损坏。可通过增大地面与轮胎的接触面积来实现更低的接触压力。
[0005]农用轮胎需要不断改进，尤其是可承载必要负荷并同时降低土壤压实程度的轮月台O

【发明内容】

[0006]在一个方面，充气轮胎包括:周向胎面部分、包括一对胎圈和在所述胎圈之间延伸并包绕所述胎圈的一个或多个径向胎体帘布层的胎体、设置在所述胎体和所述周向胎面部分之间的一条或多条带束，以及从所述胎圈延伸到所述胎面部分的一对侧壁部分。每个所述侧壁部分均可包括下悬臂式侧壁部分，除了所述一个或多个径向胎体帘布层外，该下悬臂式侧壁部分的至少轴向向外的一半不含任何增强层。所述下悬臂式侧壁部分可被构造成使得当轮胎被充气至制造商推荐的轮胎压力范围内的充气压力时，以及当轮胎负载该充气压力下的最大额定负荷时，所述下悬臂式侧壁部分呈现出径向向内、轴向向外的倾斜。
[0007]在另一方面，充气轮胎可包括周向胎面部分和胎体，该胎体包括一对胎圈和在所述胎圈之间延伸并包绕所述胎圈的一个或多个径向帘布层，并且所述胎体帘布层止于反包端部。所述轮胎还可包括被设置在所述胎体和所述周向胎面部分之间的一条或多条带束。所述轮胎可具有截面宽度，并且所述轮胎可被构造成安装在轮辋上，该轮辋具有轮辋凸缘，并具有尺寸为轮胎截面宽度的30%至70%的轮辋宽度。所述轮胎可具有从所述胎圈部分延伸到所述胎面部分的一对侧壁部分，每个所述侧壁部分均包括下悬臂式侧壁部分，除了所述胎体帘布层外，该下悬臂式侧壁部分的至少轴向向外的一半不包含任何增强层，并且从所述下悬臂式侧壁部分中的所述反包端部的最高者，到高至轮胎截面高度的至少60%，每个所述侧壁部分均具有基本均匀的抗弯性能。
[0008]在任何一个上述实施例中，在轮胎处于未负载的情况下，所述下悬臂式侧壁部分可呈现出径向向外、轴向向外的倾斜。
[0009]在任何一个上述实施例中，轮胎具有轮胎截面宽度，并且轮胎可被构造成安装在轮辋上，该轮辋具有轮辋凸缘，并具有尺寸为轮胎截面宽度的30%至70%的轮辋宽度。
[0010]在任何一个上述实施例中，当轮胎充气至制造推荐的轮胎压力范围内的充气压力时，以及当轮胎负载该充气压力下的最大额定负荷时，胎体可在向下延伸至轮胎截面宽度的40%或更小的每个侧壁部分的整个上部保持正曲率。
[0011]在任何一个上述实施例中，所述胎体的所述胎体帘布层可止于反包端部，并且所述胎体可至少在低至所述反包端部的最高者上保持正曲率。
[0012]在任何一个上述实施例中，从所述下悬臂式侧壁部分的轴向向外的一半，到高至轮胎截面高度的至少60%，除了一个或多个径向胎体帘布层外，每个侧壁部分均可不包含任何增强层。
[0013]在任何一个上述实施例中，从所述下悬臂式侧壁部分的轴向向外的一半，到高至轮胎截面高度的至少70%，除了一个或多个径向胎体帘布层外，每个侧壁部分均可不包含任何增强层。
[0014]在任何一个上述实施例中，所述胎体的所述胎体帘布层可止于反包端部，并且从所述反包端部的最高者到高至轮胎截面高度的至少60%，更优选地到高至轮胎截面高度的至少70%，所述侧壁部分可具有基本均匀的抗弯性能。
[0015]在任何一个上述实施例中，该轮胎可为农用驱动轮胎，并可包括包含农用胎面的周向胎面，该农用胎面包括从所述胎面部分的第一和第二胎肩向轮胎的赤道面延伸的第一和第二排胎面突起花纹，所述突起花纹以0°至50°的角度延伸到轮胎的旋转轴线，所述胎面的接触面积与总胎面面积的比率小于50%。
[0016]在任何一个上述实施例中，轮胎尺寸可为420/75R30，并可额定为在Ilpsi的冷充气压力下负载至少约5200镑的负荷。
[0017]在任何一个上述实施例中，可调整轮胎尺寸以配合标称直径为至少20英寸的轮辋。
[0018]在任何一个上述实施例中，根据轮胎和轮辋协会(The Tire and RimAssociat1n)的标准，轮胎可具有超出VF额定负荷的额定负荷，并且根据轮胎和轮辋协会的标准，轮胎可优选地具有至少为标准额定负荷的约160%的额定负荷。
[0019]对于本领域技术人员而言，当结合附图阅读下面的公开内容时，本发明的许多目的、特征和优点将变得十分明显。
【附图说明】
[0020]图1是根据本发明构造的轮胎右侧的横截面视图。
[0021]图2为图1的轮胎的示意性横截面视图，其示出轮胎被安装在轮辋上，并将其与本发明将替代的典型现有技术轮胎构造的横截面和轮辋进行对比。
[0022]图3是图1的轮胎的胎面部分的展开平面图。
[0023]图4A是图2中虚线所示的典型现有技术轮胎胎体在未负载和负载时的横截面形状的示意图。
[0024]图4B是图1的轮胎胎体在未负载和负载时的形状对比的示意性横截面视图。
[0025]图5A与图4A的信息有关，并示出了当负载相同的各种负荷时，常规的现有技术轮胎的轮胎胎体曲率的图形和示意性曲线。
[0026]图5B与图4B所示信息有关，并以与图5A类似的方式通过图形和示意图示出了在各种负荷下的本发明轮胎的一个例子的胎体曲率变化。
[0027]图6为曲线图，其相较于标准轮胎额定值描绘并比较了压力的降低，这可用于具有IF和VF额定值的轮胎以及被表示为新额定值的本发明轮胎。图表示出当使用IF、VF、和新额定值类别的轮胎时，降低的压力可用于相当的负荷。
[0028]图7A示出了典型现有技术轮胎的右手侧的示意性横截面视图，以及当轮胎处于最大负荷时在Ilpsi和23psi的充气压力下的相应压痕。
[0029]图7B示出了类似于图7A的本发明的低压实悬臂轮胎设计例子的示意性横截面视图和压痕。
[0030]图8为曲线图，其示出了接触面积随标准负荷百分比的变化，并将本发明的低压实轮胎与典型的现有技术轮胎进行了比较。
[0031]图9A和9B为在2995镑负荷下，现有技术轮胎和本发明的示例性轮胎的接触压力的并排比较。
[0032]图1OA和1B为在3744镑负荷下，现有技术轮胎和本发明的示例性轮胎的接触压力的并排比较。
[0033]图1lA和IlB为在4493镑负荷下，现有技术轮胎和本发明的示例性轮胎的接触压力的并排比较。
[0034]图12的上部示出了以双胎安装构造并排安装的两个常规轮胎的示意性横截面视图，其右侧示出了相应的压痕，并且图12的下部示出了本发明轮胎的双胎安装的轮胎构造的相同特征，示出了本发明轮胎以减少的履带宽度提供相同压痕尺寸的能力。
[0035]图13的上部示出了以双胎安装构造并排安装的两个常规轮胎的示意性横截面视图，其右侧示出了相应的压痕，并且图13的下部示出了本发明轮胎的双胎安装的轮胎构造的相同特征，示出了在相同的履带宽度下，本发明轮胎具有更宽的压痕。
【具体实施方式】
[0036]下文为本文所采用的所选术语的定义。这些定义包括落入术语范围内且可用于实施的部件的各种例子和/或形式。所述例子并非旨在进行限制。术语的单数和复数形式均可在所述定义之内。
[0037]“纵横比”是指轮胎的截面高度与其截面宽度的比值。
[0038]“轴向”和“轴向地”是指平行于轮胎旋转轴线的方向。
[0039]“胎圈”或“胎圈芯”是指轮胎上包括环形受拉构件的部分，在具有或不具有其他加强元件的情况下，胎圈芯被帘线层包绕并成形为配合所设计的轮辋。
[0040]“带束”或“带束层”是指织造的或非织造的环形层或平行帘线层，位于胎面下方、未锚定至胎圈。
[0041]“胎体”是指除带束结构、胎面、底胎面和侧壁橡胶以外但包含胎圈的轮胎结构(胎体帘布层被包绕在胎圈周围)。
[0042]“周向”是指沿环形胎面表面的圆周延伸的与轴向垂直的线或方向。
[0043]“帘线”是指组成轮胎中帘布层的加强线束之一。
[0044]“胎冠”基本上是指设置胎面的轮胎外周。
[0045]“赤道面(EP)”是指垂直于轮胎的旋转轴线并且穿过轮胎胎面中心的平面。
[0046]“气密层”是指弹性体或其他材料的层，其形成无内胎轮胎的内表面，并在轮胎内包含充气流体。
[0047]“轮辋标称直径”是指在轮胎胎圈部分所处位置的轮辋凸缘的平均直径。
[0048]“帘布层”是指橡胶涂覆的平行线的连续层。
[0049]“径向”和“径向地”是指垂直于轮胎旋转轴线的方向。
[0050]“径向帘布层”或“径向帘布层轮胎”是指带束的或周向限制的充气轮胎，在这种充气轮胎中，从胎圈延伸到胎圈的帘线层以相对于轮胎赤道面成65度与90度之间的帘线角设置。
[0051]“截面高度”(SH)是指从胎圈芯的基部到在其赤道面上的轮胎外径的径向距离。
[0052]“截面宽度”(SW)是指轮胎在未负载的情况下，在正常充气压力下充气24小时的时候或充气完成后，其侧壁外部之间的平行于轮胎轴线的最大直线距离，不包括侧壁由于贴标签、装饰或保护带而提升的高度。
[0053]“反包高度”(TH)是指从胎圈芯的基部到反包上端的径向距离。
[0054]本申请还结合轮胎的旋转轴线来阐明了方向。术语“向上”和“向上地”是指朝向轮胎胎面的总体方向，而“向下”和“向下地”是指朝向轮胎旋转轴线的总体方向。因此，当相对的方向性术语(例如，“上部”和“下部”)结合元件使用时，“上部”元件比“下部”元件更靠近胎面。此外，当相对的方向性术语(例如，“上方”或“下方”)结合元件使用时，如果某一元件位于另一元件的“上方”，则意味着该元件比另一元件更靠近胎面。术语“轴向向内”和“轴向向内地”是指朝向轮胎赤道面的总体方向，而“轴向向外”和“轴向向外地”是指远离轮胎赤道面并且朝向轮胎侧壁的总体方向。
[0055]就在说明书或权利要求书中使用术语“包括”或“具有”而言，其旨在以类似于术语“包含”在权利要求中用作过渡词时所理解的方式来具有包容性。此外，就采用术语“或”(例如，A或B)而言，其旨在表示“A或B或两者”。当
【申请人】旨在指示“仅A或B但不是两者”时，则将采用术语“仅A或B但不是两者”。因此，本文中术语“或”的使用具有包容性，不具有排他性。参见 Bryan A.Garner ,A Dict1nary of Modern Legal Usage 624 (2d.Ed.1995) (BryanA.Garner，现代法律用法辞典624(第二版，1995年))。此外，就在说明书和权利要求书中使用术语“在…中”或“到…中”而言，其旨在另外表示“在…上”或“到…上”。此外，就在说明书或权利要求书中使用术语“连接”而言，其旨在不仅表示“直接连接到”，而且也表示“间接连接到”，例如通过另外的一个部件或多个部件进行连接。
[0056]在高挠曲情况下，本发明的低压实悬臂式轮胎提供大的压痕。相较于常规的农用轮胎，低压实悬臂式轮胎设计具有更大的轮辋直径和更窄的轮辋宽度。优选地，该构造在胎身内具有径向帘线，并在胎冠中具有带束构造。在高挠曲情况下，这种形状和构造的结合产生相对大的长平压痕。在高挠曲下，由于上部侧壁形状变化，常规农用轮胎失去接触面积。相比之下，在高挠曲情况下，低压实悬臂式轮胎的上部侧壁保持其形状。低压实悬臂式轮胎的设计允许下部侧壁挠曲。这一机制减少了上部侧壁的挠曲和形状变化。这使得低压实悬臂式轮胎实现了比常规的农用轮胎构造更大的接触面积和更小的接触压力。
[0057]虽然本发明在农用轮胎申请的语境中说明，但本发明的概念具有更广泛的应用，并非常适用于主要设计目标为大接触面积和大牵引力的其他情况。例如，图1中所示的轮胎构造可用于自由滚动轮胎、组合式轮胎、运粮拖车轮胎、非驱动实现轮胎、越野轮胎和浮选轮胎。
[0058]现在参见附图，特别是图1和图2，充气轮胎10包括周向胎面部分12。胎体18包括一对胎圈14和胎圈16，以及在胎圈14和胎圈16之间延伸并包绕这两个胎圈，并止于反包端部20A-C和22A-C的一个或多个径向帘布层18A、18B和18C。胎圈填料15和胎圈填料17位于胎圈14和胎圈16之上。
[0059]可由一条或多条带束24A-D制成的带束组件24被设置在胎体18和周向胎面部分12之间。
[0060]一对侧壁部分26和28从胎圈14和胎圈16延伸到胎面部分12。侧壁部分26和侧壁部分28包括第一低悬臂壁部分26A和第二低悬臂壁部分28A。轮胎10具有截面宽度37和截面高度38 ο
[0061 ]帘布层18内是气密层19。楔形稳定帘布层嵌件21具有上部渐缩部分和下部渐缩部分，该上部渐缩部分在帘布层18与下部带束层24A之间延伸，而该下部渐缩部分在帘布层18和侧壁橡胶上部之间延伸。通常，构造稳定帘布层嵌件21的材料与侧壁橡胶的材料相同。
[0062]悬臂式侧壁部分的概念最好结合图2进行说明，该图中对比了本发明的悬臂式轮胎构造10和如轮胎100所指示的非悬臂式常规现有技术轮胎构造。对于典型的非悬臂式轮胎，对轮胎的胎圈部分进行设计、构造和尺寸设定，使其适合于轮辋宽度与轮胎100的截面宽度非常相似的轮辋102。然而，悬臂式轮胎构造轮胎的尺寸可被设定为使得轮胎10被构造成安装在轮辋40上，该轮辋具有轮辋凸缘42，并具有尺寸为截面宽度36的30%至70%的轮辋宽度44。因此，相较于与具有相似截面宽度和总外径的典型现有技术轮胎100结合使用的轮辋102，与低压实悬臂式轮胎设计10结合使用的轮辋40将具有更大的轮辋直径。因此，侧壁部分26和侧壁部分28的悬臂部分26A和悬臂部分28A是那些通常能轴向向外延伸并超出轮辋宽度的部分。应当理解，悬臂部分通常将不平行于轮胎的旋转轴线，而是将与轮胎的旋转轴线呈一定角度。还应当理解，不存在悬臂式侧壁部分结束的确切的点，也不存在更为传统的大致垂直的侧壁上部分开始的确切的点，这将部分取决于轮胎的负荷。
[0063]轮胎10的下悬臂式侧壁部分可被构造使得当轮胎以制造推荐的压力充气以及当轮胎处于未负载的情况下时，如图1中大致所示，下悬臂式侧壁部分呈现出径向向外、轴向向外的倾斜，该倾斜通常由侧壁部分的外表面切线相对于与轮胎旋转轴线平行的线32所成的30度角表示。
[0064]相比之下，当轮胎以制造推荐的压力充气以及当轮胎负载最大额定负荷时，如图4B的实线部分示意性所示，下悬臂式侧壁部分可呈现出径向向内、轴向向外的倾斜34，该倾斜限定相对于与轮胎旋转轴线平行的线的负角36。
[0065]将在下文中进一步说明，优选地，除了胎体帘布层18外，下侧壁部分26A和下侧壁部分28A，以及下侧壁部分26A和下侧壁部分28A的至少轴向向外的一半不具有任何加强层，以允许下侧壁部分自由屈曲至挠曲，如图4B和5B示意性所示。如本文所用，术语“加强层”是指向侧壁添加显著刚度的结构层，包括帘线加强材料的帘布层嵌件或硬橡胶嵌件(例如肖氏A级硬度为70或更大的那些帘布层嵌件或硬橡胶嵌件)。“加强层”不包括在硬度上与侧壁橡胶自身相比相对较软的橡胶的层。
[0066]如图1所示的低压实悬臂式轮胎构造的具体例子可以是农用轮胎，尤其可以是适用于拖拉机的机械式前轮驱动的前驱动轮。如图3进一步所示，此类轮胎可具有胎面部分12，其中周向胎面部分12包括农用胎面，该农用轮胎包括自胎面部分的第一胎肩48和第二胎肩50向轮胎赤道面52延伸的第一和第二排胎面突起花纹46。突起花纹46可以0°至50°的角度54延伸至轮胎10的旋转轴线。如图3所示，胎面部分12的接触面积和总胎面面积的比率将通常小于50 %。
[0067]现在参见图4A和图4B，示出了如图4A所示的典型现有技术的轮胎100的挠曲和如图4B所示的低压实悬臂式轮胎10的挠曲的对比。
[0068]在各个图中，各轮胎在图的上虚线部分示出了其充气未负载位置，并在图的下实线部分示出了其充气满负载位置。在图4A和4B中，为了易于说明，仅示出轮胎的胎体构件和带束。
[0069]图4A和4B的实线下部示出了当轮胎以制造推荐的压力充气以及当轮胎位于最大额定负载时的各轮胎的挠曲位置。
[0070]可从针对典型现有技术轮胎的图4A中看出，由于轮胎负载，下侧壁部分主要沿着侦响挠曲，即轴向向外弯曲，并具有箭头106所指出的高横向挠曲。还值得注意到的是，现有技术轮胎的上侧壁部分中的胎体108在侧壁挠曲过程中大幅度地改变了形状。参照图5A将在下文中进一步说明，这种高挠曲将使得现有技术轮胎的胎面部分的胎肩处的压力增加，并且现有技术轮胎的压痕的中心位置在高负载下将开始脱离地面。
[0071]相比之下，如图4B所示，低压实悬臂式轮胎10的下侧壁部分28A在挠曲过程中主要沿径向移动。另外，如箭头56所指出的，低压实悬臂式轮胎具有相对较低的侧向挠曲。这使得低压实悬臂式轮胎10的胎体18的上侧壁部分58保持其预期形状，因此，相较于传统轮胎100，低压实悬臂式轮胎10的压痕的中心具有更小的脱离或被抬起远离地面的趋势。
[0072]图5A和5B提供了示出和解释根据图4A和4B所述的比较胎体挠曲的附加信息。图5A和5B中所示的轮胎横截面和压痕是将尺寸为420/85R26的传统轮胎构造100与尺寸为420/75R30的低压实悬臂式轮胎构造10进行对比。420/75R30轮胎的截面宽度为17.2英寸，并被设计用于宽度为9.0英寸的轮辋。相比之下，现有技术420/85R26轮胎的截面宽度为16.5英寸，并被设计用于宽度为15英寸的轮辋。
[0073]在图5A中，上图示出了轮胎胎体的曲率随着轮胎沿胎体距离赤道面的位置的变化。曲率是轮胎胎体倾斜的改变。因此，零曲率表示轮胎胎体限定直线的点，正曲率表示斜率上升的点，而负曲率表示斜率下降的点。
[0074]通过如图5A所示的现有技术轮胎100可以看出，在距离赤道面约7.7英寸的点处，存在斜率停止上升并开始下降的转折点或零曲率的点。根据图8-11将在下文中进一步说明，强加于整体轮胎横截面的此类型弯曲倾向于使得位于朝向赤道面的轮胎压痕部分开始脱离地面或至少表现出减少的接触压力。
[0075]相比之下，如图5B所示的本发明轮胎10在所有代表性负载情况下表现出贯穿轮胎侧壁的上部分的正曲率。
[0076]在图5A和5B中，在三个不同的负载情况下示意性地示出了轮胎胎体的横截面轮廓。在图5A中，虚线对应于2995镑的IF负载情况。折线表示3744镑的VF负载情况。实线表示4493镑的新负载情况。
[0077]优选地，本发明的轮胎10被构造使得在向下延伸至轮胎截面高度的40%或更少的每个侧壁部分的整个上部分58中，胎体18保持该正曲率。优选地，胎体18保持至少向下至最高反包端部28C的正曲率。
[0078]通过避免在所述侧壁部分中使用除了胎体帘布层之外的任何加强层，使得所述侧壁部分将具有贯穿侧壁部分的大部分的基本上均匀的抗弯性能，从而允许所述侧壁部分主要沿着径向方向平稳挠曲，如图4B和5B所示。优选地，轮胎10的侧壁部分将在至少自最高反包端部22C向上至轮胎截面高度的至少60%处(并且优选地，至少70%处)具有基本上均匀的抗弯性能。这可对应于侧壁部分在高达轮胎的截面高度的至少60% (优选地，高达至少70%)的侧壁的那些相同部分中，除了胎体帘布层之外不具有任何加强层。
[0079]值得注意的是，图1的例子所示的反包端部22A、22B和22C均位于侧壁的下悬臂式部分中。所述胎体帘布层的那些反包部分增加了所述胎体帘布层的反包部分所处的下侧壁的那些部分的抗弯性能。然而，存在这样的轮胎设计:所述胎体帘布层穿过大部分或甚至全部侧壁在胎圈下且围绕胎圈延伸、然后向上返回。尽管此类反包部分会增加侧壁的抗弯性能，但不会影响抗弯性能的均匀性。当在低充气压力下进行重负载时，最影响侧壁形状的是抗弯性能的均匀性。
[0080]值得注意的是，现有技术已包括悬臂式轮胎设计，那些轮胎很多时候旨在用作防爆轮胎，并被设计成当轮胎没气且轮胎的胎面部分或侧壁部分与轮胎轮辋实际啮合时，提供特定特性。那些现有技术悬臂式轮胎设计通常具有被添加在侧壁中的各种加强层，以在轮胎没气时控制侧壁形状。相比之下，当轮胎在相对较低的充气压力下仍然充气时，本发明的轮胎10利用具有贯穿侧壁的相对均匀的抗弯性能的悬臂式轮胎构造，以提供所需形状。本发明的轮胎10并非设计用作非充气模式的防爆轮胎。
[0081]通常，通过TheTire and Rim Associat1n, Inc., 175 Montrose West Avenue,Suite 150,Copley,OH 44321 (俄亥俄州，蒙特罗斯西大街175号，150套房，科普利，轮胎和轮辋协会公司，44321)(轮胎和轮辋协会)提出的标准来确定轮胎的允许负荷。轮胎和轮辋协会是美国轮胎、轮辋、阀和联合零部件行业的标准化机构。轮胎和轮辋协会标准公布于The Tire and Rim Year Book(轮胎和轮辋年报)和可购自轮胎和轮辋协会的其他补充出版物中。
[0082]应当理解，给定的轮胎设计将具有针对更高充气压力(高达轮胎制造商设定的最大推荐充气压力)的更高允许负荷。轮胎和轮辋协会已指定了用于径向帘布层公制农用拖拉机驱动轮胎的特定“标准”额定负载。另外，轮胎和轮辋协会已开发了针对有时被称为“高挠曲”轮胎的“ΙΓ额定负载，以及针对有时被称为“非常高挠曲”轮胎的“vr额定负载。
[0083]“IF”和“VF”额定负载是先前已开发的用于径向帘布层公制农用拖拉机驱动轮胎的额定标准，并公开为表IF-1和表VF-1，例如公开于The Tire and Rim Year Book(轮胎和轮辋年报)2012中。那些公布的表基于轮胎和轮辋协会公布的针对“IF”和“VF”额定的额定公式，这些表出自于轮胎和轮辋协会出版的Engineering Design Informat1n(工程设计信息)书中。该额定公式出自于轮胎和轮辋协会出版的出版日期为10/22/10的EngineeringDesign Informat1n(工程设计信息)书第I修订版的第5-53页中，并将用作因数仏，特殊IF因数为1.20或特殊VF因数为1.40。
[0084]出于本公开被称为新额定的目的，本发明的低压实悬臂式轮胎设计10旨在提供能够比IF或VF额定更具极端挠曲的轮胎构造。该新额定负荷提议将因数1.60用作轮胎和轮辋协会的额定公式中的因数K。
[0085]图6为相对于标准(STND)额定负载，将针对IF、VF和新额定负载的充气压力进行比较，用于负载极限范围的图形表示。尽管没有在图6的水平轴线上示出具体的负载极限，但是应当理解，图6图表中线的向上倾斜表示在图6图表的各曲线所示的6psi至23psi的各种冷态充气压力下，负载极限增加。因此，例如，针对图6所示的标准(STND)额定负载，允许充气压力的范围可被理解为由15psi扩大至23psi，其中23psi为制造商针对传统设计的420/85R26轮胎建议的最大充气压力。最大充气压力下的轮胎负载极限为5200镑。图6指出，对于相同轮胎负载极限5200镑，IF额定轮胎可承载约ISpsi的充气压力下的负载，VF额定轮胎可承载约14psi的充气压力下的相同负载，而新额定轮胎可承载约Ilpsi的充气压力下的相同负载。
[0086]随后，图7A和7B通过将图7B所示的本发明轮胎1和图7A所示的传统构造的相同尺寸的轮胎进行对比，以完成压痕对照。
[0087]因此，图7A的左手边示出了尺寸为420/85R26的传统轮胎的横截面形状的示意图。右手边的图示出了当轮胎充气至23psi的充气压力，并在5200镑负载极限下负载时的轮胎的压痕。随后，出于对照目的，图7A的中间图像示出了如果其充气压力降低至Ilpsi(图7B的轮胎的允许充气压力)，传统轮胎将形成的压痕，应当理解，传统轮胎实际上并没有被额定用于此类低充气压力及该负荷下。
[0088]随后，图7B最左边的图像示出了用于比较的叠加在传统轮胎横截面形状上的本发明轮胎10的横截面形状的示意图。随后，图7B的中间图像示出了在Ilpsi的充气压力下负载至5200镑的轮胎负载极限的本发明轮胎10的压痕。随后，经过比较，图7B右手边的图像示出了如果充气至23psi，本发明轮胎10的压痕，仅用于和图7A的传统轮胎进行比较。图7B示出的420/75R30可被描述为在Ilpsi的冷充气压力下额定至少约5200镑的负载。
[0089]通过轮胎的数值建模创建了图7A和7B的压痕描述。使用ABAQUS/STANDARD有限元分析软件完成有限元分析。模型和过程如下。使胎面花纹和胎体分离。将弹性材料属性施加到胎面花纹和胎体上。通过绑定约束(数值上胶)使胎面花纹附接到胎体上。将充气力施加到胎体内侧。将负荷施加到轮辋表面。分析所得的压痕面积和接触压力。
[0090]数字建模示出，相较于充气至IIpsi时的图7A中间图像的传统轮胎示出的接触面积，充气至11P s i时的本发明轮胎1的图7 B中间图像中示出的压痕的接触面积要大14 %。
[0091]因此，利用低压实悬臂式轮胎特性的本发明轮胎设计将提供能够在低充气压力下承载比先前STND、IF或VF轮胎额定中任一个更重的负载，并提供比那些现有轮胎构造中任一个更大的针对给定充气压力和负载的接触面积的轮胎构造。
[0092]相较于传统轮胎，用于本发明轮胎10的增加的接触面积是通过先前在图5A和58对比中示出的负载下的轮胎完成的不同挠曲形状的结果。图5A所示的传统轮胎的胎体的曲率使得靠近轮胎赤道面的轮胎部分开始离地。这一现象在图8-11中更加充分地示出。
[0093]现在参见图8，图像显示了传统和低压实悬臂式轮胎构造的接触面积随标准负载百分比的变化。曲线62示出了低压实悬臂式轮胎10的接触面积。曲线116示出了传统轮胎构造100的接触面积。值得注意的是，曲线116达到峰值，并开始下降，这是因为传统轮胎的上侧壁部分和胎面区域的不期望挠曲，使得传统轮胎压痕在所述压痕的中心区域110离地。
[0094]另外，图8还示出了对应于轮胎的不同负载水平的若干条垂直负载线。100%标准负载处的垂直线64表示由轮胎和轮辋协会指定针对所示尺寸的轮胎的标准指定最大负载。轮胎和轮辋协会还定义了分别约为标准负载120 %和140 %的高屈曲IF和VF农用负载情况。垂直线66示出了 IF负载情况，垂直线68示出了 VF负载情况。
[0095]垂直线70示出了还未被轮胎和轮辋协会定义的、在本文中被称为新负载情况的新负载情况，它使得低压实悬臂式轮胎构造10成为可能。根据轮胎和轮辋协会的标准，该新负载构造可被描述为超过VF额定负载。
[0096]图9A-9B、图10A-10B和图11A-11B中示出了传统轮胎和本发明低压实悬臂式轮胎设计的接触压力的并排对比。靠近胎肩112和胎肩114的较暗区域通常比靠近中心区域110的较亮区域具有更高的压力。
[0097]图9A示出了6psi充气压力和2995镑负载下的现有技术轮胎设计的接触压力。图9B示出了 6psi充气压力和2995镑负载下的本发明低压实悬臂式轮胎10的接触面积。
[0098]图1OA示出了6psi充气压力和3744镑负载下的现有技术轮胎设计的接触压力。图1OB示出了 6psi充气压力和3744镑负载下的本发明低压实悬臂式轮胎10的接触面积。
[00"]图1IA示出了 6psi充气压力和4493镑负载下的现有技术轮胎设计的接触压力。图1lB示出了 6psi充气压力和4493镑负载下的本发明低压实悬臂式轮胎10的接触面积。
[0100]在图1lA和IlB的对比中最清晰可见的是，左手侧示出的传统轮胎具有靠近轮胎赤道面的具有相对较低接触压力的显著区域110。
[0101]在所有图9-11中，所建模的传统轮胎依然是420/85R26，而所建模的低压实悬臂式轮胎为根据图1设计构造的420/75R30。
[0102]值得注意的是，任何的产品轮胎将通常标记额定充气压力。该标记代表制造商选择的任意标准化点。但是将轮胎描述为在某一具体充气压力下具有最大负载是有意义的，该具体充气压力可以是制造商为轮胎指定的额定充气压力。例如，本文所述的420/75R30可被描述为在Ilpsi的冷充气压力下额定至少约5200镑的负载。此类描述不要求制造商将轮胎标记为具有Ilpsi的额定充气压力。
[0103]应当理解，当轮胎在本文中被描述为具有特定额定负载时，这是针对该尺寸和构造的轮胎由合适标准制定协会指定的额定负载的引用，例如轮胎和轮辋协会。这不要求制造商实际上完全照此标明轮胎，或在轮胎上完全按照指定内容进行额定标记。
[0104]多个的现场安装
[0105]图12和13示出了当该构造用于安装多个轮胎(诸如有时用于农用设备和其他重型设备的两个或三个轮胎应用)时，低压实悬臂式轮胎构造的又一个优点。低压实悬臂式轮胎构造10的相对较低的侧壁侧向挠曲使得在两个和三个应用中将多个轮胎紧密放置在一起，而不会使得当相邻轮胎处于高负载情况下时彼此摩擦。此功能赋予了农民或其他设备操作人员改进性能的两种可能。如图12的下部所示的第一选项是将低压实悬臂式轮胎紧密放置在一起。相较于同等尺寸的传统轮胎的双安装，这使得轨迹宽度减小。
[0106]如图13所示的第二选项是保持两个轮胎的相同轨迹宽度，但使用更宽的低压实悬臂式轮胎10。这使得在保持两个轮胎构造的相同整体轨迹宽度的同时，接触面积增大。
[0107]因此，可以看出，本发明的装置和方法易于实现所提及的结果和优势，以及其中固有的那些结果和优势。虽然出于本公开的目的已示出并描述了本发明的特定优选实施例，但本领域的技术人员可对零部件和步骤的布置及构造进行许多改变，这些改变包含在附加权利要求所限定的本发明的范围和精神内。
【主权项】
1.一种充气轮胎，包括: 周向胎面部分； 包括一对胎圈和在所述胎圈之间延伸并包绕所述胎圈的一个或多个径向胎体帘布层； 设置于所述胎体和所述周向胎面部分之间的一个或多个带束；以及 自所述胎圈向所述胎面部分延伸的一对侧壁部分，每个所述侧壁部分均包括下悬臂式侧壁部分，除了所述一个或多个径向胎体帘布层外，所述下悬臂式侧壁部分的至少轴向向外的一半不具有任何加强层，所述下悬臂式侧壁部分被构造使得当所述轮胎以制造商推荐的所述轮胎压力范围内的充气压力充气及当所述轮胎负载针对所述充气压力的最大额定负载时，所述下悬臂式侧壁部分呈现出径向向内、轴向向外的倾斜。2.根据权利要求1所述的轮胎，其中: 当所述轮胎处于未负载情况下时，所述下悬臂式侧壁部分呈现出径向向外、轴向向外的倾斜。3.根据权利要求1所述的轮胎，其中: 所述轮胎具有轮胎截面宽度；以及 所述轮胎被构造成安装在轮辋上，所述轮辋具有轮辋凸缘，并具有尺寸为所述轮胎截面宽度的30%至70%的轮辋宽度。4.根据权利要求1所述的轮胎，其中: 当所述轮胎充气至所述充气压力时，以及当所述轮胎负载针对所述充气压力的最大额定负荷时，所述胎体在向下延伸至所述轮胎截面高度的40%或更小的每个侧壁部分的整个上部保持正曲率。5.根据权利要求4所述的轮胎，其中: 所述胎体的所述胎体帘布层终止于反包端部；以及 所述胎体保持至少向下至所述反包端部的最高者的正曲率。6.根据权利要求1所述的轮胎，其中: 从所述下悬臂式侧壁部分的所述轴向向外的一半，到高至所述轮胎截面高度的至少60 %，除了所述一个或多个径向胎体帘布层外，每个所述侧壁部分均不包含任何增强层。7.根据权利要求1所述的轮胎，其中: 从所述下悬臂式侧壁部分的所述轴向向外的一半，到高至所述轮胎截面高度的至少70 %，除了所述一个或多个径向胎体帘布层外，每个所述侧壁部分均不包含任何增强层。8.根据权利要求1所述的轮胎，其中: 所述胎体的所述胎体帘布层终止于反包端部；以及 从所述反包端部的最高者向上至所述轮胎截面高度的至少60%处，所述侧壁部分具有基本上均匀的抗弯性能。9.根据权利要求8所述的轮胎，其中: 从所述反包端部的最高者向上至所述轮胎所述截面高度的至少70%处，所述侧壁部分具有基本上均匀的抗弯性能。10.根据权利要求1所述的轮胎，其中所述轮胎为农用驱动轮胎。11.根据权利要求10所述的轮胎，其中: 所述周向胎面包括农用胎面，所述农用胎面包括从所述胎面部分的第一和第二胎肩向所述轮胎的赤道面延伸的第一和第二排胎面突起花纹，所述突起花纹以0°至50°的角度延伸到所述轮胎的旋转轴线，所述胎面的接触面积与总胎面面积的比率小于50%。12.根据权利要求1所述的轮胎，其中: 所述轮胎的尺寸为420/75R30，并额定为在lips i的冷充气压力下负载至少约为5200镑的负荷。13.根据权利要求1所述的轮胎，其中根据轮胎和轮辋协会的标准，所述轮胎的额定负载超过VF额定负载。14.一种充气轮胎，包括: 周向胎面部分； 包括一对胎圈和在所述胎圈之间延伸并包绕所述胎圈的一个或多个径向胎体帘布层；所述胎体帘布层终止于反包端部； 设置于所述胎体和所述周向胎面部分之间的一个或多个带束； 所述轮胎具有截面宽度，并且所述轮胎被构造成安装在轮辋上，所述轮辋具有轮辋凸缘，并具有尺寸为所述轮胎截面宽度的30%至70%的轮辋宽度；以及 从所述胎圈向所述胎面部分延伸的一对侧壁部分，每个所述侧壁部分均包括下悬臂式侧壁部分，除了所述胎体帘布层外，所述下悬臂式侧壁部分的至少轴向向外的一半不包含任何增强层，并且从所述下悬臂式侧壁部分中的所述反包端部的最高者，到高至所述轮胎截面高度的至少60%，每个所述侧壁部分均具有基本均匀的抗弯性能。15.根据权利要求14所述的轮胎，其中: 所述下悬臂式侧壁部分被构造使得当所述轮胎被充气至制造商推荐的所述轮胎压力范围内的充气压力时，以及当所述轮胎处于未负载情况下时，所述下悬臂式侧壁部分各自呈现出径向向外、轴向向外的倾斜，并且当所述轮胎负载针对所述充气压力的最大额定负载时，所述下悬臂式侧壁部分各自呈现出径向向内、轴向向外的倾斜。16.根据权利要求14所述的轮胎，其中: 当所述轮胎充气至制造商推荐的所述轮胎压力范围内的充气压力时，以及当所述轮胎负载针对所述充气压力的最大额定负载时，所述胎体在向下延伸至所述轮胎截面宽度的40%或更小的每个侧壁的整个上部保持正曲率。17.根据权利要求16所述的轮胎，其中: 所述胎体保持至少向下至所述反包端部的最高者的正曲率。18.根据权利要求14所述的轮胎，其中: 从所述下悬臂式侧壁部分的所述轴向向外的一半，到高至所述轮胎截面高度的至少60 %，除了所述一个或多个径向胎体帘布层外，每个所述侧壁部分均不包含任何增强层。19.根据权利要求18所述的轮胎，其中: 从所述下悬臂式侧壁部分的所述轴向向外的一半，到高至所述轮胎所述截面高度的至少70 %，除了所述一个或多个径向胎体帘布层外，每个所述侧壁部分均不包含任何增强层。20.根据权利要求14所述的轮胎，其中: 从所述最高反包端部向上至所述轮胎所述截面高度的至少70%处，所述侧壁部分具有基本上均匀的抗弯性能。21.根据权利要求14所述的轮胎，其中根据轮胎和轮辋协会的标准，所述轮胎的额定负载超过VF额定负载。22.根据权利要求14所述的轮胎，其中所述轮胎为农用驱动轮胎。23.根据权利要求22所述的轮胎，其中: 所述周向胎面包括农用胎面，所述农用胎面包括从所述胎面部分的第一和第二胎肩向所述轮胎的赤道面延伸的第一和第二排胎面突起花纹，所述突起花纹以0°至50°的角度延伸到所述轮胎的旋转轴线，所述胎面的接触面积与总胎面面积的比率小于50%。24.根据权利要求14所述的轮胎，其中: 所述轮胎的尺寸为420/75R30，并额定为在lips i的冷充气压力下负载至少约为5200镑的负荷。
【文档编号】B60C9/18GK106029400SQ201580008815
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2015年2月4日
【发明人】贾森·R·巴里, 塞缪尔·O·吉芬斯, 罗伯特·W·阿斯珀, 丹尼斯·W·辛德
【申请人】普利司通美国轮胎运营有限责任公司