用于工矿重载车辆的实心轮胎及其制造方法与流程

该发明涉及实心轮胎技术领域，尤其是适用于工矿场合使用的专用实心轮胎。

背景技术：

本发明中涉及的技术路线，申请人认为有必要介绍以下文献的技术：

其一，米其林研究和技术股份有限公司于2011年03月11日提交的cn201180012953.4号申请中，公开了一种可以支撑负荷并且具有类似于充气轮胎的性能的、具有连续环状加强组件的非充气车轮。其技术路线中，所述车轮包括：

支撑地面接触胎面部分的环形带，所述环形带围绕所述圆周方向延伸；

定位在所述环形带内的连续环状加强组件，该连续环状加强件包括卷绕成螺旋的一个或者多个纱或线缆，该螺旋包括绕圆周方向的至少三圈；

定位在所述环形带的径向内侧的安装带；以及多个腹板轮辐，所述多个腹板轮辐连接到所述环形带和所述安装带并且在所述环形带和所述安装带之间径向地延伸。

提供了包括连续环状加强组件的变型的非充气车轮的各种配置，一个或多个弹性间隔件可以定位于连续环状加强组件并且可以配置成用于接收基体材料。用于改进实心轮胎的顺应性、刚度、维护要求和耐损坏能力。其中，该技术方案中，腹板轮辐可以由具有大约10至100mpa的拉伸模量的弹性体材料形成，且和轮辋部分是一体成型的，不能更换。

同样的，腹板式结构还存在于日本住友橡胶株式会社的cn2015800241570号申请文件中，腹板连接部作为钢板与轮辋和车轴轴套部的连接使用，该技术路线中，连接部仅仅作为一个连接件使用，具有足够的刚性，但是弹性明显不足。

同样的，日本住友橡胶株式会社的cn2016109206649号申请文件中，将连接部设计为了c形的构造，也就是是弧形且扭曲的辐条结构，这种辐条结构可以提供一定的弹性支撑，有效的改进了连接部作为弹性构件使用的效果，以及实现了作为弹性构件使用的可能性，但是，无法避免的，本方案中，和原始公开的方案一致，辐条连接件与轮辋和车轴连接圈之间是焊接的，不可拆卸的连接，周知的，这种结构具有不可拆卸的特点，当辐条部分受损变形后，无法进行修复，造成整体报废，事实上，整体报废是没有必要的。同时，整体的焊接结构，在热处理工艺中难以实现对辐条的局部实施。同样的结构还存在于韩国轮胎株式会社的cn2011103947071申请中。

同时，米其林研究和技术股份有限公司的200880022405.8号申请中，公开的车轮中，包括：轮毂；

剪切带，所述剪切带包括

在径向位置r2沿着所述圆周方向延伸的外部圆周构件；

在径向位置r1沿着所述圆周方向延伸的内部圆周构件，

其中r1与r2的比率为0.8≤(r1/r2)＜1；

多个圆柱形元件，每个都与所述内部圆周构件和所述外部圆周构件连接；以及

多个支撑元件，所述多个支撑元件连接所述轮毂和所述剪切带的所述内部圆周构件；

其中所述剪切带具有至少百分之五十的剪切效率。

本公开文件中，圆柱形元件定位在外部构件和内部构件之间，是作为弹性元件使用的。支撑元件作为连接部件使用。本结构通过弹性的圆柱形元件的使用，实现刚性替代。

以上公开的这些文献，或多或少的提到了使用弹性元件提高实心轮胎舒适度的技术，但是存在一个明显的问题，当局部损坏时，不容易更换，造成整体报废。

事实上，从环境友好的角度出发，当某一些弹性元件或者一个弹性元件损坏后，可以通过局部更换的方式进行维修或者修复，通过极少的代价实现运行。

事实上，上述的各种公开文件中，各种弹性元件的使用都是为了降低实心橡胶轮胎中的生热状况。在实心轮胎的各项指标中，以聚氨酯橡胶轮胎为例，实心轮胎的负重与荷载、车轮的工作转速和轮缘厚度(聚氨酯的厚度)都会对内部生热产生影响，其中，上述的公开文献的目的在于通过刚性轮圈转换为弹性轮圈，降低聚氨酯橡胶的使用量和厚度，降低内部生热，事实上上，改善轮胎整体生热和散热是一种综合工程，需要从生热和散热角度进行综合考虑，目前的技术路线中，散热路线中，更多的是考虑在聚氨酯橡胶层中增加散热孔散热，这种结构，诸如，中国台湾省顺进橡胶工业股份有限公司的cn2639036号公开中，散热孔(通孔或者盲孔)存在的撕裂问题，也就是说散热孔的存在造成了聚氨酯内部应力的集中，在载荷的作用下容易发生破损。

因此，本申请基于上述的问题，从整体上优化，以钢代胶，提高弹性降低成本，模块化设计，便于组装和维护，并尽力的提高内部热量的散热路径。

技术实现要素：

为了解决现有技术的不足，本发明提供一种实心轮胎，用于解决现有的聚氨酯实心轮胎胶层厚、内部容易生热、内部温度累计不容易散热的问题，并尽量提供一种载荷能力强、橡胶用料少的实心轮胎，在降低行驶舒适性的情况下，使得橡胶层厚度有效降低。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案为：

用于工矿重载车辆的实心轮胎，包括轮毂部分、轮辋部分和连接二者的辐条部分，其特征在于，

轮毂部分，整体为碳钢材质的轮毂部分具有和车轴连接的法兰部，以及位于法兰部两侧的圆筒部，所述圆筒部周向具有均布的燕尾槽ⅰ；

轮辋部分，轮辋部分的外表面焊接有倾斜的、与母线成一定夹角的导热管，所述导热管被包覆于导热橡胶层内，所述导热橡胶层的外侧为耐磨层；轮辋部分的内表面沿周向均匀设置有燕尾槽ⅱ；

辐条部分，所述辐条部分为多组弹性组件，弹性组件两端设有和燕尾槽ⅰ、燕尾槽ⅱ进行插接连接的燕尾结构，并在燕尾槽ⅰ和燕尾槽ⅱ上设置有快速定位结构。

进一步地，所述弹性组件是由两个弧形的板簧板组合形成的，且对称设置。

进一步地，所述导热管为无缝钢管，且在无缝钢管设置有细微孔。

进一步地，所述导热管为不锈钢丝编织体，该编织体具有透气的空隙。

进一步地，所述快速定位结构为金属定位销或者定位钢丝。

进一步地，在所述轮毂部分的内表面还设置有肋板。

进一步地，所述耐磨层为聚氨酯或者橡胶材质，且在耐磨层内设置有帘线。

一种实心轮胎的制造方法，其特征在于，

步骤一，钢制部件的制备，分别制备轮毂、轮辋和板簧板，待用，其中，

轮毂上具有和车轴进行连接的法兰部，用于和板簧板插接连接并提供燕尾槽ⅰ支撑的圆筒部；

轮辋内表面具有和板簧板另一端插接连接的燕尾槽ⅱ；轮辋外表面焊接有均布的、倾斜设置的导热管；

板簧板中部为弧形，两端为燕尾结构，且板簧板具有弹性；

步骤二，非金属组分的成型，在轮辋的外表面采用模具成型的方式形成导热橡胶层，导热橡胶层固化后开模，并通过二次模具成型的方式在外侧形成耐磨层；

步骤三，组装，将轮辋和轮毂通过板簧板组件进行快速组装，形成一个整体。

所述导热管为无缝钢管，且在无缝钢管设置有细微孔。

所述导热管为不锈钢丝编织体，该编织体具有透气的空隙。

本发明的有益效果是：

本发明提供一种具有与充气轮胎类似的性能特性同时又没有漏气和爆裂的缺点的非充气轮胎，利用导热橡胶和导热管的组合使用，具有较高的导热效率，且钢、橡胶之间彼此刚性和柔性彼此弥补缺点，形成与外侧的耐磨层类似的弹性，强度满足度较好。

同时，以钢代胶，降低橡胶用量，具备高弹性、高散热、零压力、无空气的非充气轮胎，聚氨酯橡胶层的变薄，使得该轮胎具有提高的载荷处理能力并且在行驶中舒适性没有显著的降低。

同时，该轮胎还具备优异的制备路线和维护、维修路线，该轮胎与传统的轮胎相比能够以更加简化、方便和节约成本的方式进行生产，模块化更换和修复，具有有益的经济性能和环境友好型，可以降低实行轮胎报废带来的环境压力。

附图说明

图1为本发明的立体图。

图2为本发明的主视图。

图3为板簧板组件的组合状态图。

图4为导热管在轮辋上的布置图。

图5为图4中a处局部放大图。

图6为导热橡胶层与轮辋部分的结合示意图。

图7为聚氨酯耐磨层与轮辋部分的结合示意图。

图8为单个轮辋部分的局部断面图。

图9为轮毂部分的立体图。

图10为轮毂部分的剖视图。

图11为实施例二中轮辋部分的断面图。

图12为实施例三中轮辋部分的断面图。

具体实施方式

下面，结合附图1到10，对本发明的结构、实施和运用做详细的说明。

本实施例中，为便于描述，以车轴所在的轴线方向为轴向，对应的，以车轮和地面接触点所在面为支撑面，以垂直于支撑面且通过轴线的面为径向面，以车辆前进过程中的车轮的旋转为顺向，反之为逆向。

实施例一，参考图1,和图2，该实心轮胎，同传统的重载实心轮胎结构类似，是由钢制构件部分和胶质部分组成的，其中钢制构件部分提供轮毂、轮辐和轮辋，胶质部分提供胎面的弹性支撑，组成的实心轮胎要具备平稳的行驶性能、舒适性、耐久性、耐候性，同时尽量降低自重。以下的说明书逻辑中，是自轮毂逐渐向胎面部分过渡介绍的，以求得一个清楚的逻辑顺序。

轮毂部分100，参考图10和图9，包括法兰部110和位于法兰部两侧的圆筒部120，整体为碳钢材质，根据需要可以进行局部或者整体热处理，热处理工艺同现有技术中的轮毂、轮辋制造技术。以及，在法兰部中心处为轴孔130，轴孔通常用来和所需要安装的车轴进行配合，也就是说车轴穿过并套置轴孔处，在法兰部上和对应的车轴固定盘上通过高强度螺栓进行紧固连接，对应的设置螺栓孔140，使得轮毂部分直接的被固定在车轴上，形成一体，通常的轮毂的转动与车轴的转动是同步的，没有时间上的拖延。

结构上，为了避免圆筒部妨碍高强度螺栓的安装，螺栓孔的位置避开圆筒部，例如，一种实施例中，螺栓孔140位于圆筒部的内部空间中，且不影响螺栓的紧固。

在圆筒部120的外表面上设置有燕尾槽ⅰ121，该燕尾槽ⅰ的数量最佳的为大于4的偶数个，例如十六个，均匀在周向上，该燕尾槽ⅰ121的可以通过焊接的方式存在于圆筒上，通常燕尾槽ⅰ走向沿着轴向进行，看图9，单条燕尾槽ⅰ的长度至少大于两条板簧板的宽度，以便具有足够的安装位置，同时在燕尾槽ⅰ的远离法兰部的一端设置有销孔，用于限位销的安装。作为本实施的较佳方式，限位销使用具有特定直径的钢丝150替代，对所有的燕尾槽ⅰ进行定位和固定。也就是说，板簧板的一端插入到该燕尾槽ⅰ内，并使用定位钢丝150进行外侧限位，使得板簧板与燕尾槽ⅰ之间形成插接固定连接。

作为一种较佳的实施方式，上述的两侧圆筒部分别在法兰部的两侧，且两个圆筒部上的燕尾槽彼此交叉设置，其中图3中所示例的为两个板簧板的配置图，也就是说，两侧的板簧板形成三十二个支撑点，理论上，支撑点越多，舒适性越高。

作为一种最佳的方式，圆筒部120与轴孔130同轴设置，这样可以简化板簧板的设计，例如，板簧板可以设计为同规格，以便形成一种标准化的设计。当然，并不排除这种情况，通过非标准化的设置，同样可以通过不等长度的板簧板将轮毂和轮辋进行连接，并保证轮辋部分的圆度。

轮辋部分200，内侧，对应的设置有十六个燕尾槽，标记为燕尾槽ⅱ220，其中本处的燕尾槽ⅱ与燕尾槽ⅰ具有同样的尺寸，可以形成标准化的加工，燕尾槽ⅱ是通过焊接标准块的样式固定在轮辋的内表面。燕尾槽ⅱ的一端通过环形的强化肋板210形成限位，另一端通过销钉221进行固定，板簧板的另一端燕尾部插接在燕尾槽ⅱ内，并使用销钉进行限位。

通过上述的结构，在轮毂部分的两侧分别安装一套轮辋和多组板簧板组件，也就是说两个轮辋部分是分别设置在两侧的，对称设置，两个轮辋部分具有相同的结构。轮辋部分和轮毂部分之间通过板簧板进行快速插接连接，且板簧板具有c形的弧度，当受压时，具有更好弹性性能。

每一组板簧板组件中使用两个板簧板300，也就是说，本实施例中，最佳的结合方式为对称设置，从轴面上看，两个板簧板形成“中”字形的布局，具有更加的恢复力，具有避免失衡的效果。

作为一种最佳的实施例，板簧板300采用弹簧钢材质，在满足载重的情况下，使用薄钢板制作，在板簧板的两端通过墩厚的方式形成两个相同的燕尾结构310，该燕尾结构经过精细加工后形成插接结构，中间为弧形部320，并进行热处理，形成高弹性，板簧板的热处理工艺，可以参考现有板簧的热处理工艺，属于本领域的技术人员的认知范围之内，不再赘述。

本实施例中，高弹性板簧板的使用，可以在周向上形成轮辐条结构，完成轮毂和轮辋之间的快速、弹性的连接。且板簧板本身为具有特定厚度和宽度的产品，四列布置的结构，可以持续提供平稳的行驶性能、良好的耐久性和优良的牵引特性，同时保留实心轮胎整体重量轻、低成本等传统的实心轮胎所没有的特性，而且在提供这些性能的同时并没有降低负荷能力和/或行驶舒适性。同时，由于板簧板的使用使得轮子本身非橡胶部分也具备了一定的弹性，可以降低聚氨酯橡胶的使用数量，使得聚氨酯实心轮胎中聚氨酯的使用数量降低了至少一半，且这种聚氨酯使用数量的降低并没有降低负荷能力和/或行驶舒适性。

无论如何的，本发明中的弹性板簧板300的两端与轮毂和轮辋之间都是非焊接的结构，二是采用可拆装的、便于快速更换的插接结构，在后期的使用服役期间，可以有针对性的对板簧板进行更换。通常的，力学性能角度，圆筒状的轮毂和轮辋在周向上均匀的受到辐条(板簧板)的拉伸、或者压缩作用，其整体的抗变形能力优于板簧板，所以弹性缓冲耗能主要还是发生在通过板簧板实现的。

本实施例中的板簧板共使用了六十四个，数量较多，但是标准化较高，标准化的板簧板便于组装和更换，且可以局部的更换，这些特点是一体成型结构所不具备的。

关于轮辋部分的特性，在轮辋部分200的外侧，焊接有导热管230，该导热管的定义是按照功能进行的，也就是说该导热管的存在，本质上适用于热量的传导。

最为一种可以实现的实施例方式，该导热管230采用金属材质，例如与轮辋材质相同或者相近的无缝钢管，以便进行二者的焊接连接。无缝钢管，内部通透，在导热管上设置有微孔，该微孔的直径在0.1毫米以下，通常这种细微孔是通过特殊工艺形成的，例如激光打孔，激光打孔工艺可以轻而易举地可将光斑直径缩小到微米级，并实现打孔。优选的方式之一，导热管为壁厚不大于1毫米的薄壁金属管，且导热管的内径也控制在3毫米以内，相对于工矿场合使用的直径为1米以上的实心轮胎，例如通常矿用挖掘机的轮胎直径不小于0.6米，最大的为3米左右，该导热管在轮辋上形成微小的存在，上述的细微孔多个，沿着导热管的周向和长度方向分布。细微孔的存在，在模具成型导热橡胶的过程中，流态的导热橡胶不会穿过细微孔，但是气体或者说空气可以穿过细微孔，也就是说，细微孔处可以形成气流的通道。也就是说，细微孔的存在，使得管内外之间建立的通道。

当然上述的细微孔的存在位置和尺寸可以根据实心轮胎的尺寸以及用户对于散热性能的期望而不同，进行区别化的设计。在一个实施例中，细微孔的成型工艺为激光打孔，通常这种细微孔的存在并不会显著的降低导热管本身的抗压能力，且通常的，导热管本身的刚性和弹性足以弥补管内部孔洞带来的空腔的占位，使得导热管和导热橡胶层所处的位置具有类似于外侧聚氨酯橡胶层的弹性、刚度和强度。

作为另外一个实施例，上述的导热管为不锈钢丝编织的编织体，例如编织管，与上述的无缝钢管的区别在于，编织体本身带有气流缝隙，无需专门激光打孔，也就是说，省去了激光打孔的麻烦。当然，编织体的本身刚性略低于无缝钢管，但是无论何种，自身都是具备一定的弹性的，也就是说，在和导热橡胶结合后，根据导热橡胶的硬度和弹性，结合后的整体弹性应接近于聚氨酯橡胶层。

上述的导热管的布置方向，参考图4和图5，导热管与轮毂所在的圆的母线成夹角设置，也就是倾斜设置，这种设计结构，当胎面所在的支撑面与地面接触时，导热管始终具有部分位于正下方，也就是说，可以形成连续的、连贯的形式特性，舒适度更佳。

本发明中，在导热管所在的区域，也就是轮毂的外侧附着的为导热橡胶层240，常识，导热橡胶由于导热剂的加入，其弹性、强度比传统的聚氨酯均下降。

作为一种较佳的实施例，该种导热橡胶，按质量百分数计，原料配比：聚氨酯树脂60％、导热剂30％，阻燃粉1％，发泡剂4％，硅烷偶联剂0.5％，铂黑0.2％和色膏0.5％，剩余为硫化剂。

形成的导热橡胶具有更加优异的弹性性能、多孔特征，同时在这种填充材料中增加导热剂，使其具备一定的导热性能，也就是说，这种弹性发泡材料本身又是热和冷的良导体，同时具备导热能力，可以将聚氨酯橡胶内部的生热及时、快速的传导出去，作为一种优选的方式，这种导热橡胶中使用的为石墨烯材料。

作为可以想到的，例如，可以根据期望来更改成分从而调整该层的硬度、柔软度、导热性能，从而来影响行驶质量、舒适性、载重量，亦或者是导热系数。在一个实施例中，该部分的硬度应当为：肖氏a法测量时具有大于大约50的durameter计示硬度。

导热橡胶的使用，至少完全包覆并填充在导热管之间的空间内，且优选的方式之一，导热橡胶层整体向外略突出于导热管，参考图8，例如三分之一的导热管直径，并形成弹性弥补，例如，当散热橡胶层受压缩时，散热橡胶层具有向导热管之间的空间内压缩的避让动作和空间，且在压缩的过程中，散热橡胶层内的气体通过细微孔排到导热管内，形成气流的交换。

作为一种最佳的样式，该导热橡胶层240在轮毂的中部向外具有一个凸起240，形成一个弧形的凸起，该凸起嵌入到外侧聚氨酯内部，形成一体。该凸起可以将聚氨酯内部的生热传导并通过导热管进行散热。

散热橡胶层中优选参合有发泡剂和导热剂的海绵状材料，例如发泡的聚氨酯弹性体。其中，目前公知的，导热剂选自氧化铝、氧化锌、氮化铝、氮化硼或者石墨烯中的至少一种，亦或者是多种的混合。

在行驶的过程中，随着导热橡胶和聚氨酯层的弹性变形，在支撑面对应的轮胎部位会形成呼吸效应，也就是内部气流的交换，实现快速的热量交换。同时导热管本身为金属材质的、热的良导体，可以有效的增加散热面积，且金属材质本身具有较好的散热特性。同时导热管的存在，使得散热的表面积扩大数倍。

本发明提供的导热橡胶材料通过聚氨酯树脂、导热剂和阻燃粉协同配合，不仅导热系数高，热阻低，导热性能好，而且不渗油，能够保持橡胶材料表面的清洁，同时阻燃效果好，不产生刺激性气味，不会对人员的身体健康带来隐患。唯一的缺点是强度较低，但是通过与导热管的强度进行弥补，可以得到近似于聚氨酯的强度。也就是说导热管的刚度和强度优于聚氨酯，但是导热管的弹性劣于聚氨酯，导热橡胶的刚度和强度劣于聚氨酯，但是导热橡胶的弹性优于聚氨酯。

形成轮胎的主要的聚氨酯材料，通常也可以使用传统的弹性材料例如聚氨酯橡胶形成耐磨层250，并且，根据成型工艺，耐磨层250也可以由一层或多层的聚氨酯复合形成。此外，在聚氨酯橡胶的胎面部分处，可以进行耐磨成分的添加，以期对提高对胎面提供了保护，能够为轮胎提供对uv和臭氧的抵抗力，以及较好的耐磨性。通常为了能提供良好的牵引性能，胎面花纹可以提供一种设计，且胎面花纹的存在还可以使得轮胎本身比较廉价而且轻便。胎面花纹的样式本发明不做限制，附图中的仅仅是一种可能的示例。为强化聚氨酯层的强度，在聚氨酯层内设置了帘线，通常帘线设置为多道，帘线在轮胎的中应用技术属于现有技术范畴，不再赘述。

同时，本实施例，提供了该种实心轮胎的制造方法，整体上说，采用模块化、积木化的装配式构造，各个模块分开制造，最后组装，作为一种较佳的实施例，它包括以下步骤：

步骤一，分别制备轮毂、轮辋和板簧板，待用，其中轮毂外表面上导热管采用焊接的工艺焊接固定，参考图4；

步骤二，在轮辋的外表面采用模具成型的方式加工导热橡胶层，具体的，例如，导热橡胶层的成型过程：将轮辋整体放入到模具ⅰ中，轮辋外表面整体为模腔的部分，在轮辋和模具ⅰ内注入原料，例如，内部配有发泡剂、石墨烯的液体聚氨酯成分，通过注入的压力，使得各成分均匀地分散到整个内部空腔中，直到整个模具ⅰ腔室填满时为止。然后让该成分通常是在外界条件下固化，通常聚氨酯发泡体在二十分钟左右就开始固化或硬化，最后开模即可得到。然后可以将半成品移到另一个规格的模具ⅱ中，同样的方法进行聚氨酯橡胶层的成型，不同的是，此处的液体聚氨酯中不含发泡剂和导热剂，在时间上，该层中填满的聚氨酯应给予更多的时间，例如12小时以便让成分完全固化，形成耐磨的结构，参考图6和图7。

通常，纯得聚氨酯的弹性体综合性能远远优于参有导热剂和发泡剂的导热橡胶。

步骤三，将上述的轮辋和轮毂之间通过板簧板组件进行快速组装，形成一个整体。

本发明中，作为一种常识，适合用于实心轮胎的聚氨酯实例包括但不限于天然橡胶和合成橡胶例。合成橡胶的实例包括聚异戊二烯、聚丁二烯、聚氯丁烯、丁基橡胶、苯乙烯-丁二烯共聚物、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、epdm(乙烯-丙烯-二烯)三元共聚物等。各种添加剂的使用应遵循轮胎成型工艺和使用特性，例如用于增强的碳黑；非活性填充剂；促进系统；硫化迟延剂；促进剂；可塑剂，各种老化、光-保护臭氧保护、疲劳、着色和加工助剂；以及硫。这些添加剂的用量可以大约为橡胶成分的重量的0.1％至大约30％，这一点是本领域的技术人员所公知的。

以聚氨酯为例，聚氨酯大体上由二异氰酸盐和多羟基化合物的混合组合物之间的反应而形成。

实施例二，参考图11，本实施例中省略了帘线层，以求简化制造工艺。

实施例三，参考图12，在本实施例中，在导热橡胶上的凸起设置为多个，具有较好的散热效果。

上面所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域相关技术人员对本发明的各种变形和改进，均应扩如本发明权利要求书所确定的保护范围内。