用于混合用途农用车辆的轮胎的制作方法

本发明涉及一种用于混合用途(即在道路和田间使用)农用车辆(例如农用拖拉机或农用工业车辆)的轮胎，更具体地涉及所述轮胎的胎面。

背景技术：

1、像任何轮胎一样，用于农用车辆的轮胎包括旨在经由胎面表面与地面接触的胎面，该胎面的两个轴向端部经由两个胎侧连接至两个胎圈，从而在轮胎和旨在安装轮胎的轮辋之间提供机械连接。

2、在下文中和按照惯例，周向(或纵向)方向、轴向(或横向)方向和径向方向分别表示与胎面表面相切并以轮胎的旋转方向定向的方向，平行于轮胎的旋转轴线的方向和垂直于轮胎的旋转轴线的方向。径向(或子午)平面由径向方向和轴向方向限定并且包含轮胎的旋转轴线。周向平面由径向方向和周向方向限定并因此垂直于轮胎的旋转轴线。穿过胎面中部的周向平面称为子午周向平面或赤道平面。

3、用于农用车辆的轮胎的胎面通常包括胎面花纹，所述胎面花纹由多个凸起元件组成，所述凸起元件从支承表面径向向外延伸直至胎面表面，并且通过空隙而彼此隔开。

4、在现有技术中，用于农用车辆的胎面通常包括凸块形式的胎面花纹元件。凸块通常具有整体为平行六面体、连续或不连续且由至少一个直线部分或曲线部分组成的细长形状。凸块通过空隙或沟槽与相邻的凸块隔开。凸块从胎面的中间区域轴向延伸至胎面的轴向端部或胎肩。凸块包括接触面、前缘面、后缘面和两个侧面，所述接触面位于胎面表面中并旨在与地面完全接触，所述前缘面与胎面表面相交并且其相交棱旨在最先与地面接触，所述后缘面与胎面表面相交并且其相交棱旨在最后与地面接触。

5、凸块以恒定或可变的间距(在两个连续凸块的中线之间测量)沿周向分布，并且通常设置在轮胎赤道平面的两侧上以形成v形花纹，v形花纹(或人字形花纹)的顶端旨在成为进入与地面接触的接地面的第一部分。凸块通常相对于轮胎的赤道平面对称，两排凸块之间沿周向偏移通常是通过使胎面的一半相对于胎面的另一半围绕轮胎轴线旋转而获得的。

6、用于农用车辆的轮胎旨在在各种类型的地面上行驶，例如或多或少致密的田间土壤、通向田间的未处理小路以及道路的柏油表面。考虑到在田间和在道路上的用途的多样性，用于农用车辆的轮胎需要在松散地面上的田间牵引、抗碎裂性、抗道路磨损性、抗向前行驶性和道路上的振动舒适性(此列表并不详尽)之间提供性能折衷。

7、当农用车辆主要在道路上使用，并且道路行驶距离占道路和田间总行驶距离的例如80％时，轮胎的道路性能就变得最为重要。设计初衷为田间效率的轮胎也必须具有较高的道路性能，特别是在能量效率和关于磨损的使用寿命方面。由于前行阻力(尤其是滚动阻力)有限，能量效率意味着对车辆燃油经济性的重大贡献。在道路磨损方面，轮胎还必须因磨损速度不太快且胎面磨损形式受控而实现较高的行驶里程。

8、然而，在道路使用中，在滚动阻力和磨损方面的使用寿命之间寻求最佳折衷绝不能导致道路制动时附着力的下降，附着力必须保持在符合所需安全要求的水平上，同时保证尽可能短的制动距离。事实上要承认的是，同时提高滚动阻力、使用寿命和附着力是很困难的。为降低滚动阻力，减少构成胎面的橡胶材料的滞后性(即降低其散热能力)是有用的，但另一方面，这也会降低制动时的附着力。同样，增加胎面磨损材料的体积可以延长使用寿命，但有增加滚动阻力的风险。

9、此外，寻求上述道路使用性能的折衷绝不能导致诸如牵引和悬浮能力的田间性能(即不陷入土壤的能力)的损失。

技术实现思路

1、因此，发明人为其自身设定的目的是为道路上使用的农用车辆轮胎的滚动阻力和使用寿命之间提出一个最佳折衷，既不会降低道路制动时的附着力，也不会降低诸如牵引和悬浮能力的田间基本性能。

2、通过用于农用车辆的轮胎实现了根据本发明的这一目的，所述轮胎包括胎面，所述胎面具有轴向宽度并且由成对的块体构成，所述块体通过空隙隔开并且在胎面的整个宽度上排列成一个正中行、两个中间行和两个侧边行，

3、-空隙为与轮胎的周向方向形成至少等于60°角度的横向空隙，或者为与周向方向形成至多等于30°角度的周向空隙，

4、-正中行以轮胎的周向中平面为中心，两个中间行在轴向上位于正中行的两侧并通过周向空隙隔开，两个侧边行分别在轴向上位于中间行的外侧并通过周向空隙隔开，

5、-正中行、中间行和侧边行各自包括周向分布的成对的块体，所述块体通过横向空隙隔开并各自具有平均径向高度、平均周向长度和平均周向细长比，所述平均周向细长比定义为块体的平均径向高度与平均周向长度之间的比值，

6、-同一侧边行的块体在相邻中间行的块体的延伸部中沿轴向向外延伸，使得侧边行和中间行的任何一组两个块体分别在彼此的延伸部中形成凸块，

7、-正中行的两个连续块体通过宽度至多等于2.5mm的横向空隙隔开，

8、-正中行中每个块体的平均周向细长比至少等于0.95且至多等于1.15，

9、-每个中间行的每个块体在轮胎滚动的周向方向上包括前缘面，所述前缘面与轮胎的径向方向形成至少等于30°的平均角度，

10、-每个侧边行的每个块体的平均周向细长比至多等于0.9。

11、根据本发明的轮胎的胎面包括胎面花纹元件，这些胎面花纹元件不是从胎面的中间区域沿轴向延伸至胎面轴向两端或胎肩的常规凸块，而是在胎面宽度上分布的块体。

12、这些块体排列成五个周向行：一个正中行、在轴向上位于正中行两侧的两个中间行，和在轴向上分别位于中间行外侧的两个侧边行。然而，侧边行和相邻中间行的各个块体的排列构成局部凸块系统。

13、凸块包括接触面、前缘面、后缘面和两个侧面，所述接触面位于胎面表面中并旨在与地面完全接触，所述前缘面与胎面表面相交并且其相交棱旨在最先与地面接触，所述后缘面与胎面表面相交并且其相交棱旨在最后与地面接触。各个前缘面和后缘面不一定包含在一个平面内，通常特征在于其与轮胎的径向方向形成的平均角度。

14、每个块体的几何特征可以在于径向方向上的径向高度h、轴向方向上的轴向宽度a和周向方向上的周向长度b。这三个尺寸h、a和b是在块体上测量的平均值。通常，轴向宽度和周向长度会随着胎面花纹元件的高度而变化：例如，由于块体表面的斜度，它们可能会从空隙底部的支承面一直减小到胎面。在用于农用拖拉机从动轮的子午线轮胎的情况下，径向高度h通常至少等于50mm，更经常至少等于60mm。根据这三个尺寸h、a和b，可以确定给定胎面花纹元件的周向细长比h/b、轴向细长比h/a和表面积长宽比b/a，从而确定胎面花纹元件的刚性。

15、块体的周向行通过周向空隙成对地隔开。周向空隙通常与周向方向形成至多等于30°的角度。换言之，其中心线相对于轮胎的周向方向形成的平均角度不为零，而是在[0°；30°]的数值范围内。中心线相对于周向方向的斜率小于相对于轴向方向的斜率。因此，空隙并不是严格周向的，而是基本上周向的。

16、同一周向行的块体通过横向空隙成对地隔开。横向空隙通常与周向方向形成至少等于60°的角度。换言之，其中心线相对于轮胎的周向方向形成的平均角度不为零，而是在[60°；90°]的数值范围内。中心线相对于周向方向的斜率大于相对于轴向方向的斜率。因此，空隙并不是严格横向的，而是基本上横向的。

17、空隙通过其分隔的块体的两个壁界定。在行驶过程中，当块体移动到轮胎与地面的接地面发生变形时，这些壁就会靠拢，它们所界定的空隙就会闭合。这些变形取决于轮胎在行驶过程中受到的机械应力，而这些应力本身随着轮胎的使用条件而变化。用于农用车辆的轮胎的使用条件(载荷、速度、压力)在例如etrto(或“欧洲轮胎和轮辋技术组织”)标准的标准中，在其“标准手册-2019”中的“农用设备轮胎”部分中有所限定。当轮胎在标准推荐的使用条件下使用时，界定空隙的块体壁可能会也可能不会至少部分地相互接触，即空隙可能会也可能不会闭合。当壁之间没有接触时，空隙被称为沟槽。当壁之间至少部分接触时，空隙被称为切口。

18、空隙的几何特征通常在于宽度和深度。垂直于空隙的中间表面测量空隙的宽度，所述空隙的中间表面与界定空隙的壁保持相等的距离，并与胎面持平，或者在某些情况下如果在相对的块体上存在倒角，则与胎面接近。空隙深度是垂直于胎面在开口表面和空隙底部之间测量。

19、根据本发明的第一个基本特征，正中行的两个连续块体通过宽度至多等于2.5mm的横向空隙隔开。

20、换言之，正中横向空隙是切口，在移动到接地面的过程中，倾向于至少部分地闭合。

21、因此，由切口隔开的块体形成的正中行构成了具有周期性切口的准连续肋部，这对道路使用中的磨损性能和滚动阻力性能十分有利。由于正中横向空隙的厚度较小，正中部分的橡胶材料通过磨耗被磨损的体积较大，有利于延长磨损方面的使用寿命。此外，正中部分的橡胶材料旨在与地面接触的面积也很大，这就减少了对地面的接触压力，从而减少了磨耗以及因此的磨损。切口的存在有利于正中行块体在周向方向上变平，这首先限制了块体在地面上的滑动，从而限制了磨损，其次限制了橡胶材料的变形，从而限制了能量耗散，减少了滚动阻力。此外，接地面中的正中横向空隙的闭合导致正中行块体的紧凑，即块体之间相互接触，从而减少正中块体由于泊松效应和剪切应力而产生的变形。结果是减少了正中行块体中橡胶材料的能量耗散，从而降低了滚动阻力。

22、此外，在田间使用时，限制接触压力(胎面中心的接触压力最大)可防止土壤严重压实，从而有助于保护土壤。

23、根据本发明的第二个基本特征，正中行中每个块体的平均周向细长比至少等于0.95且至多等于1.15。

24、对于正中行而言，关于磨损和滚动阻力的周向扁平化与在湿润路面上制动时接地面中获得的滑动水平之间的折衷，正中行块体的周向细长比接近于1时被认为是最佳的。

25、根据本发明的第三个基本特征，每个中间行的每个块体在轮胎滚动的周向方向上包括前缘面，所述前缘面与轮胎的径向方向形成至少等于30°的平均角度。

26、中间行块体前缘面的平均角度至少等于30°，这使得中间块体具有较大的材料体积和较高的周向刚性。较大的材料体积确保了在磨损方面令人满意的使用寿命。较高的周向刚性限制了接地面中的中间行块体的滑动，从而减少磨耗因此减少磨损。此外，由于泊松效应和剪切应力，中间行块体的周向变形也受到限制。结果是减少了中间行块体中橡胶材料的能量耗散，从而降低了滚动阻力。

27、在田间使用时，中间行块体前缘面的平均角度至少等于30°，因此角度较大，可以增加块体前方和下方土壤的内聚力，从而允许产生更大的牵引力。

28、根据本发明的第四个基本特征，每个侧边行的每个块体的平均周向细长比至多等于0.9。

29、相对于现有技术中带凸块轮胎的接近于1的周向细长比，通过增加块体的周向长度来降低每个侧边行中每个块体的平均周向细长比，这使得磨损材料的体积更大(有利于磨损)且周向刚性较高。较大的材料体积确保了在磨损方面令人满意的使用寿命。较高的周向刚性限制了接地面中的中间行块体的滑动，从而减少磨耗因此减少磨损。此外，由于泊松效应和剪切应力，中间行块体的周向变形也受到了限制。结果是减少了中间行块体中橡胶材料的能量耗散，从而降低了滚动阻力。

30、优选地，正中行的轴向宽度至少等于胎面轴向宽度的15％且至多等于25％。

31、正中行的轴向宽度必须足够大，以便在道路使用中显著提高磨损和滚动阻力方面的技术优势，但也不能太大，这样才能正确地确保田间牵引功能。

32、有利地，正中行的局部体积空隙率至多等于20％。

33、轮胎空隙的比例通常由总体积空隙率量化，所述总体积空隙率定义为空隙体积与假定没有空隙的胎面总体积之间的比例，总体积对应于由支承表面和胎面表面界定的几何体积。总体积空隙率也被称为总体积切割率。由于胎面表面根据胎面的磨损程度而变化，因此总体积空隙率通常(但是也不一定)随磨损程度而变化。因此，可以针对全新或处于给定磨损状态的轮胎限定总体积空隙率。举例而言，用于农用拖拉机从动轮的轮胎在全新时具有通常至少等于50％且通常至少等于60％的总体积空隙率。在下文中，表述“总体积空隙率”暗指“轮胎处于全新状态时的总体积空隙率”。

34、还可以针对在轮胎整个圆周上沿周向延伸并从第一周向平面沿轴向延伸至第二周向平面的任何胎面部分限定局部体积空隙率，这两个周向平面之间的距离限定了所述胎面部分的轴向宽度，更简单地称为宽度。局部体积空隙率定义为空隙体积与假定没有空隙的胎面部分的总体积之间的比例，该总体积对应于由支承表面、胎面表面、和两个周向平面界定的几何体积。局部体积空隙率也被称为局部体积切割率。与总体积空隙率相同，可以针对全新或处于给定磨损状态的轮胎限定局部体积空隙率。在下文中，表述“局部体积空隙率”暗指“轮胎处于全新状态时的局部体积空隙率”。

35、正中行的局部体积空隙率至多等于20％确保了在道路使用中对磨损和滚动阻力方面的性能产生显著的有利影响。

36、有利地，分隔正中行的两个连续块体的每个横向空隙与周向方向形成至少等于70°的角度。

37、尽可能接近轴向方向的横向空隙的的角度(即尽可能地接近90°)有利于正中行的周向扁平化。发明人已经发现70°的角度值是这种扁平化效果的最小值。

38、进一步有利地，分隔正中行的两个连续块体的每个横向空隙的深度至少等于块体平均径向高度的50％，优选至少等于70％。

39、在低于块体平均径向高度的50％时，正中行的横向空隙的深度不足以保证允许正中行周向扁平化的铰合效应，对滚动阻力产生重大影响。

40、根据特别有利的实施方案，分隔正中行的两个连续块体的每个横向空隙通过腔体沿径向向内延伸。

41、横向空隙底部存在通常为球形的腔体，通过避免应力集中，降低了从空隙底部开始开裂的风险。此外，在使用寿命末期当磨损水平达到空隙底部时，则空隙会形成两个咬合边缘，这有助于在湿润路面上保持最小的附着力。

42、有利地，每个中间行的轴向宽度至少等于胎面轴向宽度的15％且至多等于25％。

43、每个中间行轴向宽度的这一数值范围保证了胎面大部分在田间的有效牵引。

44、进一步有利地，每个中间行的局部体积空隙率至少等于40％，优选至少等于55％。

45、为了田间的有效牵引，中间行的局部体积空隙率必须达到40％的最小值。

46、进一步有利地，每个中间行的每个块体的平均周向细长比至少等于0.5且至多等于1。

47、中间行的每个块体的平均周向细长比在[0.5；1]的数值范围内，与所述块体的前缘面的平均角度至少等于30°相结合，使得相对于磨损和滚动阻力方面的道路性能与田间牵引之间的折衷，块体的周向刚性是最佳的。

48、优选地，中间行的每个块体包括前缘面，所述前缘面与轮胎的径向方向形成至少等于35°的平均角度。

49、在田间使用时，中间行块体前缘面的平均角度越大，块体前方和下方土壤的内聚力就越大，这使得在田间产生更大的牵引力。

50、有利地，每个侧边行的轴向宽度至少等于胎面轴向宽度的15％且至多等于25％。

51、进一步有利地，每个侧边行的局部体积空隙率至少等于40％，优选至少等于55％。

52、轴向宽度和局部体积空隙率在上述限定数值范围内的侧边行与上述中间行的结合，构成了在田间牵引方面有效的局部凸块系统。

53、有利地，每个侧边行的每个块体的平均周向细长比至多等于0.8。

54、有利地，每个侧边行的每个块体的平均周向细长比至少等于0.6。

55、侧边行中每个块体的平均周向细长比的数值范围为[0.6；0.8]，使得相对于磨损和滚动阻力方面的道路性能与牵引和排土方面的田间性能之间的折衷，块体的周向刚性是最佳的。

56、进一步有利地，侧边行的每个块体包括前缘面，所述前缘面与轮胎的径向方向形成至少等于10°且至多等于30°的平均角度。

57、前缘面的平均角度值超过30°，分隔侧边行的两个连续块体的横向空隙的宽度就会变得太小，无法保证足够的牵引能力和排土(脱土)能力。为了补偿田间牵引损失的风险，横向空隙宽度的减小至少可以通过横向空隙深度的任何增加而得到部分补偿。

58、根据特定的实施方案，侧边行的每个块体包括前缘面和后缘面，所述前缘面和后缘面与轮胎的径向方向形成绝对值相等的平均角度。因此，这种构造意味着侧边行的前缘面和后缘面的坡度是对称的。

59、优选地，每个中间行和侧边行包括至少26个块体。

60、进一步优选地，每个中间行和侧边行包括至多32个块体。

61、对于每一侧边行或中间行而言，周向分布的块体数量的选择是在道路磨损(取决于磨损材料的体积和与地面接触的材料面积)与道路噪音和振动舒适度(尤其取决于同一行中两个连续块体之间的距离)之间进行折衷的结果。