專利名稱：工業(yè)實心輪胎方面的改進的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及由用于工業(yè)用途的合成橡膠材料制成的實心輪胎，尤其涉及改進的實心輪胎，它在為汽車乘客提供相當令人滿意的乘座舒適性的同時能承載最大的負荷。
當今在市場上的普通實心輪胎通常用于低速工業(yè)用途，它們要求具有如自動封口，能承載相當重的負荷并具有良好的耐磨和抗裂開的特性的輪胎。當車輛在平滑的表面上運行時，例如鏟車在倉庫內(nèi)的鋪砌或混凝土表面上運行時，使用這種輪胎為車輛乘員提供的乘座舒適性一般是令人滿意的。但是，由實心輪胎提供的乘座舒適性對于用在凹凸和不平的表面，如具有代表性的工廠、礦山、采石碭等地的一些表面上行駛的車輛的乘員來說，則存在較大的問題。在某一位置上由于不良座位引起的不舒適可能傷害車輛乘員;而且，很久以前由于這種乘座舒適性不好以致引起損傷，這種類型的輪胎買主決定拒絕購買這種輪胎。在制成能承受異常重載的輪胎上這種不能令人滿意的乘座舒適性問題進一步增加。
實心輪胎的承載能力可在至少兩個方面得到提高，(1)增加輪胎接觸地面的面積，(2)增加輪胎的回彈率。輪胎接觸地面的表面面積可以通過增加輪胎的直徑和寬度中的一個和兩者來增加，這兩者都受汽車設(shè)計的限制。增加輪胎的回彈率使乘座的剛性提高，因此，在實現(xiàn)增加實心輪胎載荷能力方面也限制了輪胎設(shè)計者。
上面例舉了普通實心輪胎中存在的已知限制。顯然，提供克服上述限制中一個或多個另一種輪胎是有益的。因此，本發(fā)明提出了一種合適的實心輪腫，其含有的特征將在下面詳細地說明。
在本發(fā)明的一個方面，是通過提供一個裝有用于工業(yè)用途中較低速運行的實心輪胎的輪子來實現(xiàn)的，該輪子包括一個適合于安裝在車輛上并具有適合于支承一輪胎的環(huán)形輪緣的環(huán)形內(nèi)輪芯，一個安裝在所述輪緣上由一種合成橡膠成形的實心輪胎，它具有至少三英寸的徑向厚度并在所述輪子的軸向上有至少是所述徑向厚度兩倍的寬度，所述輪胎包括至少一條環(huán)繞著所述輪胎周邊的槽，該槽將所述輪胎分成至少兩個分離的環(huán)形部分，所述的槽具有所述輪胎徑向厚度的至少三分之二的深度，所述槽的深度跟所述環(huán)形部分的至少一個的軸向?qū)挾缺忍幵?.65到1.75的范圍內(nèi)。


圖1 是裝有改進實心輪胎的輪子的端面視圖;
圖2 是從實心輪胎的外胎面觀測輪子的視圖，為表示該輪胎的花紋，輪子和輪胎的一部分被切開;
圖3 是說明在輪子上的垂直載荷作用下輪胎彎曲情況的實心輪胎的橫剖視圖;
圖4 是表示兩條曲線的曲線圖，每一條曲線是依據(jù)不同的垂直座標和一個共同的水平座標繪制的，說明了本發(fā)明輪胎的彎曲部分的優(yōu)選直徑;
圖5 是類似于圖3的視圖，但切去一部分以表示在輪胎上形成一對環(huán)形槽的另一實施例的下半部分。
表示在附圖中的輪子10一般包括一個環(huán)形輪緣11，其外表面上帶有一個環(huán)繞著該輪緣11的實心輪胎12，其內(nèi)側(cè)上具有一個分別焊在或以其它的方式連接在輪緣11的相應(yīng)前、后緣上并繞其內(nèi)部延伸的前輪轂13和后輪轂14。前輪轂13還包括一個較厚的外部15和一個連接在外部15上的較薄的內(nèi)部16，內(nèi)部16在靠近其內(nèi)圓周上具有一系列繞其呈環(huán)狀間隔的安裝孔17，用于容納將輪子安裝在車輛的轎或軸的安裝法蘭上的緊固件。前、后輪轂13和14的外圓周面都帶有傾斜的邊緣18，這兩條邊緣18與輪緣11的外圓周面19平滑的連接。外圓周面19和兩個傾斜的邊緣18都形成支承輪胎12的表面。
實心輪胎12是由一種合成橡膠制成的，這種橡膠具有剛性和彈性，并為車輛提供最大的承載能力，長久的使用壽命和良好的乘座舒適性?？梢杂糜诒景l(fā)明的專門材料將在后面討論。在本發(fā)明的一種形式中，合成橡膠輪胎安排在輪緣11的周邊19上，其方式是輪胎安裝在表面19上，以足以避免使用時輪胎12在輪緣11上滑動(轉(zhuǎn)動)。正如圖中所示，輪胎12包括一個外圓周面或外胎面22，間隔的側(cè)壁23和24，和與輪緣11的圓周面19連接的內(nèi)圓周表面25。圖中所示的輪胎12的外胎面22含有一個呈圓周間隔槽26形式的基本花紋，間隔槽26從側(cè)壁23和24向內(nèi)側(cè)向延伸并大約終止在外胎面22的中間，這些花紋槽26通向相對的側(cè)壁23和24，并在圓周上相互偏置?；y槽26的深度約與普通輪胎花紋一樣深。
如圖2所示，在輪胎12的每一個側(cè)壁23和24上從徑向測量其內(nèi)側(cè)三分之二處形成一個終止在輪胎12內(nèi)徑處的凹面27。座合于輪緣11的外表面19上的輪胎12的內(nèi)圓周面25在斜面18上向外延伸，并與凹面27一起形成一個較薄的唇緣28，該唇緣環(huán)繞著輪胎12的內(nèi)徑。由于唇緣28較薄，使這部分輪胎的應(yīng)力減少，可能使其在這個區(qū)域內(nèi)破壞減少。
為了在使用已知材料的某些用途中獲得所要求的高承載能力，業(yè)已發(fā)現(xiàn)必須使輪胎12相當寬，例如寬達18英寸。不幸的是這樣寬的輪胎使得乘座舒適性不好。已發(fā)現(xiàn)使輪胎12帶有一個環(huán)繞輪胎12的圓周面23并具有一個底部31和一對側(cè)向間隔壁32的槽30。能使乘座舒適性很大改善。槽30將外周面22的寬度分成至少兩個部分36和37，每一部分作為一個獨立的支承表面。槽30的深度可以延伸到輪緣11的圓周面19，不過已發(fā)現(xiàn)沒有這種必要，只要槽30的深度大致為輪胎12的深度的至少0.7就行了。實際上，使槽整個延伸到輪緣11的圓周面19是不希望的，因為這樣會使輪緣11的表面受到腐蝕或類似的損壞。
正如圖2中所示，用槽30形成的每部分36和37的橫截機具有一個從槽底面31到外胎面22的頂部的高度H和從槽30的一個槽壁32到接近槽30底部的輪胎12的外側(cè)的寬度W。該部分的高度H和寬度的比值稱為該部分的縱橫比AR，并已發(fā)現(xiàn)這個比值在設(shè)計一種通過槽30來控制輪胎12的乘座舒適性的輪胎中是重要的。已發(fā)現(xiàn)縱橫比AR在0.65到1.75的范圍比較好，最理想的范圍是0.9到1.2。
當輪胎在地面上轉(zhuǎn)過時，由于在能使輪胎12在垂直方面上偏差的載荷作用下，輪胎12的部分36和37向里或向外彎曲，因此認為獲得了這種改善的乘座舒適性。在充氣輪胎中，當其轉(zhuǎn)動時偏轉(zhuǎn)通過橫截面變型(輪胎空腔變型)發(fā)生，但這種偏轉(zhuǎn)不能出現(xiàn)在一個實心輪胎中，因為它沒有空腔。過去出現(xiàn)在實心輪胎中的變型只能是材料的壓縮和膨脹(更精確地說應(yīng)稱為材料變型)。槽30的設(shè)置將輪胎12分成36和37兩部分，它們在載荷作用下允許在任一方面上彎曲，以便允許用以改進乘座舒適性的附加垂直偏轉(zhuǎn)。
36和37部分的這種彎曲圖示在圖3中，所示的部分37由于作用在輪胎上的垂直載荷而彎曲。圖3還顯示出輪胎部分36和37彎曲導致的垂直偏差△h。理論上，如果輪胎位于一個垂直平面上并沒有側(cè)向力作用在其上，那末作用在輪胎上的垂直向下的力或載荷不會引起輪胎部分36和37的彎曲;而作用在輪胎上的垂直載荷只導致輪胎材料在與地面接觸的輪胎表面面積上的壓縮(變型)。但是，隨著作用在輪胎上的垂直載荷的增加，微小的一點側(cè)向力可能使36和37部分開始彎曲，這種側(cè)向力總是存在于一個轉(zhuǎn)動的輪胎上。一旦輪胎部分36和37不再只是定向于垂直方向，輪胎部分36和37的彎曲量就與作用在輪胎上的垂直載荷有關(guān)，也就是說，彎曲隨著載荷的增加而增加。這種彎曲直接由一個與垂直力有關(guān)的側(cè)向力引起并在大致側(cè)向方向上施加于輪胎。這個側(cè)向力可以被測量出并與輪胎的乘座舒適性有關(guān)。圖3例舉了一個顯示作用在輪胎部分上的垂直載荷F法向力，分量F和側(cè)向力分量F的力三角形圖，該三角形的銳角θ為用“度”度量的輪胎部分的彎曲量。
圖4說明輪胎12的縱橫比AR和輪胎的其它兩個質(zhì)量參數(shù)垂直回彈率VSR和側(cè)向穩(wěn)定因素LSF之間的關(guān)系。垂直回彈率VSR是作用在輪胎部分上的垂直載荷除以只由輪胎材料的壓縮導致的垂直偏差量，有時稱為輪胎的垂直剛性(克服輪胎抗垂直變型所需的力)。垂直回彈率VSR的變化一般與輪胎的乘座舒適性相反并用每英寸磅來度量(輪胎的垂直偏差是由于輪胎材料的壓縮引起的)。
側(cè)向穩(wěn)定因素LSF是輪胎36或37之一引起彎曲的側(cè)向回彈率LSR(有時稱側(cè)向剛度)除以輪胎這部分的VSR量的計算結(jié)果。如果人們把側(cè)向回彈率看作是在一個給定的偏差量范圍內(nèi)，在側(cè)向方向上克服輪胎部分彎曲的阻力所要求的力，則這個術(shù)語“側(cè)向回彈率”是易于理解的。側(cè)向回彈率LSR可以通過一個含有輪胎材料的彈性模數(shù)、輪胎半徑的一個函數(shù)和輪胎的寬度的一個函數(shù)的復(fù)雜的公式計算。然而，對本發(fā)明的理解不要求解釋這個公式。
理論上，輪胎的垂直回彈率VSR要盡可能的低，以便具有良好的乘座舒適性，輪胎不會出現(xiàn)不穩(wěn)定情況，同時輪胎12能承受其載荷，而不會過熱到損壞的程度。人們認為側(cè)向穩(wěn)定因子LSF應(yīng)該保持在接近其峰值40的曲線高部位，因為當縱橫比AR增加時(圖4中移至峰值40的右邊)，輪胎部分的側(cè)向回彈率LSR落到輪胎部分不再可以阻止完全折疊到或彎曲到輪胎迅速過熱并損壞的那個位置。另一方面，如果側(cè)向穩(wěn)定因子LSF移到峰值40的左邊，則垂直回彈率VSR立刻變得很大，使輪胎的乘座太硬?；诒景l(fā)明上述的認識，認為輪胎部分36和37的縱橫比AR應(yīng)該位于側(cè)向穩(wěn)定因子LSF曲線的最大值(峰值40)的87.5%上或附近部分上，這種結(jié)果處在較好的縱橫比AR0.65至1.75范圍內(nèi)。圖4中的點劃線41表示曲線LSF上的87.5%位置，垂直線42和43表示0.65至1.75的AR范圍的端部。此外，還認為最好的乘座舒適性出現(xiàn)在縱橫比AR為0.9到1.2的范圍內(nèi)。
具有用于制造輪胎12特性的合成橡膠可以來自于含有天然橡膠，腈橡膠，苯乙烯聚丁橡膠、順-聚丁橡膠、熱塑橡膠和聚氨基甲酸酯的材料組。所有這些合成橡膠的重要方面具有下列特性性質(zhì) 測量范圍1.硬度，采用ASTM-D224 50A-95A2.撕裂，采用ASTM-D470(磅/線性英寸) 最小30 PLI＊3.滯變(tanδ，100℃)采用ASTM-2235流變性 最大0.104.延伸率采用ASTM-D412 200%-800%注＊PLI＝磅/英寸雖然上述所有的材料都是有用的，但已發(fā)現(xiàn)澆鑄的聚氨基甲酸酯是較理想的，因為它提供了最好的承載能力，韌性和回彈性等屬性。聚氨基甲酸酯具有下列性質(zhì)性質(zhì) 測量范圍1.硬度 65A-75A2.撕裂(PLI＊) 最小503.滯變(tanδ) 最大0.044.延伸率(%) 600-800當輪緣11上澆鑄有聚氨基甲酸酯時，在輪緣11的圓周面19上涂一層良好的粘接劑，如Lord′s chemlock 213或218，或Morton Internat-ional′s Thixon 405或406是有用的，以便在聚氨基甲酸酯和輪緣圓周面19之間確保一種令人滿意的粘接。相當薄的唇部28與粘接劑一起使用足以減少沿著輪胎12的內(nèi)緣粘接的應(yīng)力，否則該內(nèi)緣有可能是開始出現(xiàn)輪胎損壞的地方。
輪子50的另一個實施例表示在圖5中，它是一種含有二個環(huán)形槽55和56的輪胎51，這些槽將輪胎分成三個部分58，59和60。這種輪胎約18英寸寬。這個實施例說明該輪胎具有多于1個槽的可能性。
一個含有本發(fā)明原理的令人滿意的例子包括下列尺寸和規(guī)格材料 澆鑄具有肖氏硬度A為70的聚氨基甲酸酯，用標準模制工藝在大氣壓力下澆鑄輪緣粘接劑 Lord′s Chemlock 213輪胎外徑 32英寸輪緣外徑 20英寸輪胎寬度 13.58英寸輪緣寬度 12.94英寸輪胎厚度 6英寸槽深 5.70英寸外胎面深 1.75英寸部分寬度W 約6英寸(與測量的位置有關(guān))部分高度H 5.70英寸縱橫比AR 0.95值得注意的是，這個輪胎實施例的縱橫比在最佳范圍0.9到1.2之內(nèi)。
至此本發(fā)明已結(jié)合較佳實施例進行了圖解和說明，應(yīng)該認識到，在沒有脫離權(quán)利要求書中陳述的本發(fā)明范圍內(nèi)，可以做出各種變化和變更。
權(quán)利要求
1.一種用于工業(yè)用途較低速運行包含一個實心輪胎的輪子，它包括一個適合于安裝在車輛上并具有一個適合于支承一個輪胎的環(huán)形輪緣的環(huán)形內(nèi)輪芯；一個安裝在所述輪緣上由合成橡膠制成的實心輪胎，該實心輪胎具有至少三英寸的徑向厚度和在所述輪子的軸向方向上至少是所述徑向厚度兩倍的寬度，所述的輪胎包括至少一條環(huán)繞著所述輪胎的圓周面的槽，該槽將所述的輪胎分成至少兩個環(huán)形部分，所述的槽具有至少為所述輪胎徑向厚度的三分之二的深度，所述槽的深度和輪子軸向方向上測量的所述環(huán)形部分的至少一個部分的軸向?qū)挾鹊谋戎翟?.65至1.75范圍之內(nèi)。
2.如權(quán)利要求1所述的輪子，其特征在于槽兩側(cè)上的部分的比值在所述的范圍內(nèi)。
3.如權(quán)利要求1所述的輪子，其特征在于所述的比值0.9到1.2范圍之內(nèi)。
4.如權(quán)利要求3所述的輪子，其特征在于槽兩側(cè)上的部分的比值在所述范圍之內(nèi)。
5.如權(quán)利要求1所述的輪子，其特征在于所述輪胎是由澆鑄聚氨基甲酸酯制成的。
6.如權(quán)利要求1所述的輪子，其特征在于所述徑向厚度至少為6英寸。
7.如權(quán)利要求1所述的輪子，其特征在于所述輪胎的寬度至少為12英寸。
8.如權(quán)利要求1所述的輪子，其特征在于所述合成橡膠的厚度在50A-95A(采用ASTM-D224)范圍之內(nèi)。
9.如權(quán)利要求1所述的輪子，其特征在于所述輪緣沿其內(nèi)、外邊緣包括容納輪胎的內(nèi)邊緣的向內(nèi)傾斜的表面，所述輪胎包括徑向凹入并終止在輪胎的內(nèi)緣以較薄的唇部覆蓋并座合于傾斜表面上的側(cè)壁。
10.如權(quán)利要求1所述的輪子，其特征在于所述的輪胎為澆鑄在輪緣上的聚氨基甲酸酯材料，在澆鑄聚氨基甲酸酯材料之前在輪緣上涂有一種粘接劑。
全文摘要
一種用于工業(yè)用途較低速車輛上并含有由致密的合成橡膠材料，如鑄造聚氨基甲酸酯形成的實心輪胎的輪子。該實心輪胎具有一個相對大的徑向厚度，例如，六英寸厚，一個相對大的寬度，例如，十二英寸，和一個繞著輪胎周向延伸的深槽，該槽將輪胎分成兩個的部分，槽的深度和每一部分的側(cè)向?qū)挾鹊谋戎翟?.65到1.75范圍內(nèi)。輪胎是粘接在輪子的輪緣上的，并包括含有終止在粘接于輪緣外緣上的相對薄的唇部的凹面，使輪胎邊緣上的應(yīng)力很低，有助于減少沿著輪緣邊緣開始于輪胎邊緣上的損壞。
文檔編號B60C7/10GK1065246SQ9210221
公開日1992年10月14日 申請日期1992年3月28日 優(yōu)先權(quán)日1991年3月28日
發(fā)明者D·M·克朗奇, G·H·尼巴肯, R·L·帕林卡斯 申請人:西蒙斯-蘭德公司