重载充气轮胎带束层结构以及该带束层贴合鼓形状的确定方法与流程

本发明涉及一种重载充气轮胎带束层结构以及该带束层贴合鼓形状的确定方法。
背景技术：
：一直以来，作为充气子午线轮胎的带束层，0度带束层结构是市场上卡客车常用的轮胎带束层结构。0度带束层结构的充气子午线轮胎，肩部在零度带束层作用下，有效的控制了轮胎肩部的扩张，降低了肩部偏磨现象的发生。不可忽视的是传统方法贴合的0度带束层结构存在零度带束层内外端点位置的伸张率不同(内侧大于外侧的伸张率)，钢丝的性能不能充分发挥，大大降低了轮胎使用性能；而使用两层零度带束层结构来补充钢丝性能的不足，在高气压与高载荷的恶劣环境下，刚性大生热高，易出现肩空现象；而使用一层零度带束层，在传统贴合方式下，不能充分发挥其钢丝的性能，易出现耐久性不足这个重大的问题，影响轮胎的使用寿命。图2是常用的载重用充气子午线无内胎轮胎的带束层贴合鼓形状截面示意图。在此形状上贴合带束层和零度带束层，由于硫化后模具内轮胎的带束层成拱弧形状，尤其是零度带束层，内外端点位置的伸张率不同，导致钢丝的伸张性能不同，不能充分发挥其钢丝性能，箍紧耐张力层端部，不能均衡器张力，导致应力集中，生热升高，从而导致轮胎的使用性能下降。图3是零度带束层钢丝的张力-伸张特性曲线图。钢丝的拉伸曲线图可以看出，在结构性拉伸拐点左侧是钢丝的机械拉伸区域a，右侧是材料伸张区域b(功能区)。轮胎硫化后模具内的带束层成拱弧形状，而利用传统方式贴合的零度带束层，零度带束层内外端点位置的伸张率不同，其内侧钢丝伸张率大于外侧钢丝的伸张率。若钢丝的充气前所受的伸张率处于张力-伸张特性曲线的材料伸张区域b，在充气作用后钢丝的能够剩余张力就减少，尤其在高气压、高载荷恶劣环境下，钢丝易发生断裂，导致轮胎耐久性能和安全性能的下降。若钢丝的充气前所受的伸张率处于张力-伸张特性曲线的机械拉伸区域a，且由于零度带束层内侧钢丝伸张率大于外侧钢丝的伸张率，也就是说，零度带束层的内侧位置的钢丝性能已达到钢丝的功能区性能，而外侧位置的伸张率未达到功能区，使用时不能充分发挥其性能，尤其在高气压、高载荷环境下，不能达到箍紧耐张力层的端部的作用，端部应力易集中，生热升高，轮胎的耐久性和使用寿命都会大大降低。技术实现要素：为了解决上述的技术问题，本发明的目的是确定出一种重载充气轮胎带束层贴合鼓形状的确定方法，能够解决上文所述的高气压、高负荷下零度带束层钢丝不能能充分发挥其性能，或者钢丝伸张余地太小而钢丝发生断裂，导致轮胎耐久性能和安全性能下降的问题。为了实现上述的目的，本发明采用了以下的技术方案：重载充气轮胎用带束层贴合鼓形状的确定方法，该带束层贴合鼓形状采用拱弧形状贴合鼓，至少有一段弧组成，且拱弧位置用来贴合零度带束层；成型时带束层贴合鼓中心第一部分半径ra’，硫化后模具内1号带束层中心底部半径ra，零度带束层内端点到贴合鼓中心轴向距离w1，零度带束层外端点到贴合鼓中心轴向距离w2；成型时贴合鼓与零度带束层的内侧相对应的位置到贴合鼓中心的径向距离a’，贴合鼓与零度带束层的外侧相对应的位置到贴合鼓中心的径向距离b’，硫化后模具内1号带束层与零度带束层的内侧相对应的位置到胎冠中心的径向距离a，1号带束层与零度带束层的外侧相对应的位置到胎冠中心的径向距离b；其中，各个数值应满足以下关系：a’≥a，b’≥b，ra’≥ra-d，其中d为1号带束层的厚度。本发明的第二个目的是提供一种重载充气轮胎带束层结构，包括设置在胎体外侧至少2层以上交叉的耐张力带束层，以及覆盖在2层耐张力带束层外侧端部区域的零度带束层，其成型贴合时，采用权利要求1所述的带束层贴合鼓，在带束层贴合鼓上由下到上依次叠加贴合带束层，首先贴合两层以上的耐张力带束层，其次，在耐张力带束层外侧端部区域贴合零度带束层，再贴合胎面，该带束层结构的零度带束层的内侧和外侧钢丝伸张特性满足，εin<εout或者εin≈εout，其中，εin，轮胎的零度带束层内侧端点伸张率；εout，轮胎的零度带束层外侧端点伸张率。在本发明中，通过本方法确定的带束层贴合鼓形状，使得零度带束层内外侧钢丝的伸张特性在高气压、高负荷下恶劣条件下仍然能够实现较大的伸张特性，每一根零度带束层钢丝都能充分发挥其性能，使其在受到伸张应变时能够比较容易地发生追随，从而缓和耐张力带束层上端点附近的应变，减少肩部生热，提高了轮胎耐久性。附图说明图1是本发明适用的载重用充气子午线轮胎断面示意图(硫化后模具内轮胎的冠部截面示意图)。图2是常用的带束层贴合鼓截面示意图。图3是钢丝帘线的伸长率-载荷曲线的图表。图4是本发明实施案例1示意图。图5是本发明实施案例2示意图。具体实施方式下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。重载充气轮胎用带束层贴合鼓形状的确定方法，该带束层贴合鼓形状采用拱弧形状贴合鼓，至少有一段弧组成，且拱弧位置用来贴合零度带束层；成型时带束层贴合鼓中心第一部分半径ra’，硫化后模具内1号带束层中心底部半径ra，零度带束层内端点到贴合鼓中心轴向距离w1，零度带束层外端点到贴合鼓中心轴向距离w2；成型时贴合鼓与零度带束层的内侧相对应的位置到贴合鼓中心的径向距离a’，贴合鼓与零度带束层的外侧相对应的位置到贴合鼓中心的径向距离b’，硫化后模具内1号带束层与零度带束层的内侧相对应的位置到胎冠中心的径向距离a，1号带束层与零度带束层的外侧相对应的位置到胎冠中心的径向距离b；其中，各个数值应满足以下关系：a’≥a，b’≥b，ra’≥ra-d，其中d为1号带束层的厚度。如图1所示的一种重载充气轮胎带束层结构，包括设置在胎体外侧至少2层以上交叉的耐张力带束层，以及覆盖在2层耐张力带束层外侧端部区域的零度带束层，其成型贴合时，采用权利要求1所述的带束层贴合鼓，在带束层贴合鼓上由下到上依次叠加贴合带束层，首先贴合两层以上的耐张力带束层，其次，在耐张力带束层外侧端部区域贴合零度带束层，再贴合胎面5，该带束层结构的零度带束层的内侧和外侧钢丝伸张特性满足，εin<εout或者εin≈εout，其中，εin，轮胎的零度带束层内侧端点伸张率；εout，轮胎的零度带束层外侧端点伸张率。以13r22.5重载充气子午线轮胎为例，其对带束层材料通过不同的带束层贴合鼓形状上进行贴合，结果发现通过本发明成型的带束层结构的轮胎明显高于传统的。本发明确定的带束层结构是：两侧钢丝圈之间具有一层沿周向成90°角排列的钢丝胎体层6，在胎体外侧至少有2层以上交叉的耐张力带束层，分别是1号带束层1、2号带束层2、3号带束层3，以及覆盖耐张力带束层外侧端部区域的零度带束层4组成的充气子午线轮胎带束层结构。零度带束层钢丝的张力-伸张特性曲线如图2所示，其结构性拐点为2％，在拐点的左侧是机械的拉伸区域a，在拐点的右侧是钢丝材料的拉伸区域b(也就是功能区域)。如图4所示部分拱弧组成的带束层贴合鼓形状的截面示意图s，该带束层贴合鼓形状采用拱弧形状贴合鼓，部分拱弧组成，即贴合鼓中心部分是平鼓形状s1，贴合零度带束层的贴合鼓区域是拱弧形状s2，且拱弧段宽度大于零度带束层宽度。如图5所示两段拱弧组成的带束层贴合鼓形状的截面示意图s。该带束层贴合鼓形状采用两段拱弧形状贴合鼓，即贴合鼓中心部分是第一段拱弧形状s1，贴合零度带束层的贴合鼓区域是第二段拱弧形状s2，且两段弧切点位置q位于零度带束层内侧端点位置w1以内，且第二部分拱弧宽度大于零度带束层宽度。成型时带束层贴合鼓中心第一部分半径ra’，硫化后模具内1号带束层中心底部半径ra，0度带束层内端点到贴合鼓中心轴向距离w1，0度带束层外端点到贴合鼓中心轴向距离w2，成型时贴合鼓w1位置到贴合鼓中心的径向距离a’，贴合鼓w2位置到贴合鼓中心的径向距离b’，硫化后模具内1号带束层底部w1位置到胎冠中心的径向距离a，1号带束层底部w2位置到胎冠中心的径向距离b。其中，各个数值应满足以下关系：a’≥a，b’≥b，ra’≥ra-d。使用这种方法确定的带束层贴合鼓形状，就可以使得零度带束层的每一根钢丝在中高应力状态下的钢丝性能得到充分发挥，且零度带束层内外侧钢丝能均衡伸张，箍紧耐张力层端部区域，减小其应力集中，减少肩部生热，从而让钢丝带束层能够经受住轮胎长时间的使用。试验对象是13r22.5，具有钢丝带束层、钢丝胎体层结构的载重用充气子午线轮胎。按照表1所示的以下方案制作几种不同带束层贴合鼓形状上贴合带束层而成型的试验轮胎：表1贴合鼓形状零度带束层钢丝零度带束层宽度(mm)试验方案1水平线+一段弧组成的形状3×7×0.20he39试验方案2两段弧组成的形状3×7×0.20he39比较方案3平鼓(常用的)3×7×0.20he39*去除外层环绕钢丝后的直径【室内机床耐久试验】把试验轮胎安装在22.5×9.75的轮辋上，标准气压830kpa，标准负荷3750kg，在30℃的室内温度下，以48km/h的速度行驶，按企业标准测试方法测试，如表2，至轮胎损坏止。表2试验速度与试验温度的设定是为了尽量避免轮胎由于胎面的过量生热到导致轮胎损坏，确保能真实反映出胎肩部分的性能水平，实验结果如表3。表3耐久性(指数)损坏现象试验方案1145h2号带束层钢丝端点位置伞状破裂试验方案2150h2号带束层钢丝端点位置伞状破裂比较方案3121h2号带束层钢丝端点位置伞状破裂从表3的结果可以看出，通过本发明生产的轮胎在耐久性能方面明显优于传统方案生产的轮胎，这也说明了弧状贴合鼓生产的轮胎带束层，有效保障了零度带束层每一根钢丝的伸张率，使钢丝性能得到了充分发挥，从而均衡耐张力层的张力，因此，产品的耐久性表现的更好。方案2的耐久性能优于方案1的，这是由于方案2是两段弧组成的带束层贴合鼓，整个带束层都成拱弧形状，有效保证了硫化后模具内带束层张力均衡，减少了带束层应力集中现象，提高了产品的耐久性能。但是完全在弧状贴合鼓上成型对成型工艺要求较高，从而一段平鼓与一段弧状组成的贴合鼓优点就明显了，这就导致方案1操作上优于方案2。综上所述，本发明的两个实施案例实验结果明显优于对比方案，且实施案例2略优于实施案例1，但是实施案例1的工艺实现上更容易。以上为对本发明实施例的描述，通过对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的。本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施列，而是要符合与本文所公开的原理和新颖点相一致的最宽的范围。当前第1页12