一种含新型结构的全钢载重工程机械子午线轮胎
阅读说明：本技术 一种含新型结构的全钢载重工程机械子午线轮胎 (All-steel load-carrying engineering machinery radial tire with novel structure ) 是由 吴学斌 宋喜政 安超 于 2021-02-04 设计创作，主要内容包括：本发明涉及非公路型全钢载重工程机械子午线轮胎,该新型结构的带束层结构由5层钢丝帘布组成,第一层钢丝帘布层贴排列在胎体上,其与轮胎胎面中心线之间的夹角为23±1°,第二层钢丝帘布层贴排列在第一层钢丝帘布上,其与轮胎胎面中心线之间的夹角为17±1°,第三层钢丝帘布和第四层钢丝帘布采用与轮胎胎面中心线之间的夹角为0°的方式依次周向层贴排列在第二层钢丝帘布上,第五层钢丝帘布层贴排列在第四层0度钢丝帘布上,其与轮胎胎面中心线之间的夹角为40±1°。与现有技术相比,本发明结构可以有效缓解轮胎重载状态下长期曲饶变形后造成轮胎的形变,而带来的轮胎生热大产生的肩空和冠空等病象。(The invention relates to an off-road all-steel radial tire for load-carrying engineering machinery, wherein a belt ply structure with a novel structure comprises 5 layers of wire cord fabrics, a first layer of wire cord fabric is attached and arranged on a tire body, the included angle between the first layer of wire cord fabric and the central line of the tire tread of the tire is 23 +/-1 degrees, a second layer of wire cord fabric is attached and arranged on the first layer of wire cord fabric, the included angle between the second layer of wire cord fabric and the central line of the tire tread of the tire is 17 +/-1 degrees, a third layer of wire cord fabric and a fourth layer of wire cord fabric are sequentially and circumferentially attached and arranged on the second layer of wire cord fabric in a mode that the included angle between the third layer of wire cord fabric and the central line of the tire tread of the tire is 0 degree, and a fifth layer of wire cord fabric is. Compared with the prior art, the structure of the invention can effectively relieve the deformation of the tire caused by long-term bending deformation under the heavy load state of the tire, and the symptoms of shoulder hollows, crown hollows and the like caused by large tire heat generation.)
技术领域
本发明涉及非公路型全钢载重工程机械子午线轮胎(OTR)，尤其是涉及一种新型结构(采用两层0°带束层结构)在OTR轮胎中的应用。
背景技术
非公路型全钢载重工程机械子午线轮胎(OTR)，70％的载荷是由带束层来承受，尤其中间的工作层帘布。
带束层(belt ply)指在子午线轮胎的胎面基部下，沿胎面中心线圆周方向箍紧胎体的材料层。它起缓和冲击的作用外，主要起箍紧胎体和承载负荷的作用，它是由高强力、高模量和小角度排列的帘线作其增强材料，同时覆以高定伸、高硬度胶料复合的帘布组成。
目前传统带束层结构主要采用4层钢丝覆胶帘布，每层钢丝帘布采用小角度和不同排列方向交叉贴合在一起。
非公路型全钢载重工程机械子午线轮胎(OTR)，主要用于作业条件比较苛刻的矿山机械载重车辆使用，要求承载能力强、耐刺扎、抗切割、生热低，目前使用的带束层结构耐刺扎能力不足(爆胎现象)，轮胎使用前、后轮廓变形较大(气压大、负荷高)，从而生热高，轮胎使用周期短。
专利CN201420487699.4公开了一种全钢轻型载重子午线轮胎，包括胎面部、胎侧部、胎圈部、帘布层、带束层，其特征在于：所述带束层包括1#带束层、2#带束层、3#带束层、4#带束层，所述带束层采用变角度设计，所述4#带束层宽度窄，使用一层带束层及一层增粘、增强胶片。该实用新型声称其轮胎使用寿命延长1～3倍，轮胎滚动阻力降低28％(绿色轮胎)节油6％-6.5％，在苛刻的多岩石环境抗刺扎性能大幅提高，在填海工程作业时，冠部抗刺扎性能很好，刺坏、刺爆减少。但是其1#带束层的帘线与胎冠面中心线的夹角为22°，2#带束层的帘线与胎冠面中心线的夹角为27°，3#带束层的帘线与胎冠面中心线的夹角为20°，4#带束层的帘线与胎冠面中心线的夹角为16°，5#带束层的帘线与胎冠面中心线的夹角为15°。但是该产品虽然对带束层帘布角度进行改变，轮胎充气后随着压力的增大角度会向胎面中心线0°方向趋势改变，从而造成轮胎使用后期因变形、造成生热大出现肩空或冠空病象发生。且上述为TBR的轻型载重子午线轮胎专利产品与非公路型OTR新型结构产品在使用环境有着本质的不同。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在使用前后的变形缺陷而提供一种新型带束层结构子午线轮胎用带束层结构，可以有效缓解轮胎重载状态下长期曲饶变形后造成轮胎的形变，而带来的轮胎生热大产生的肩空和冠空等病象。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种新型结构(采用两层0°带束层结构)的非公路型全钢载重工程机械子午线轮胎，该轮胎的带束层结构由5层钢丝帘布组成，第一层钢丝帘布排列在胎体上，其与轮胎胎面中心线之间的夹角为23±1°，第二层钢丝帘布排列在第一层钢丝帘布上，其与轮胎胎面中心线之间的夹角为17±1°，第三层钢丝帘布和第四层钢丝帘布采用与轮胎胎面中心线之间的夹角为0°的方式依次周向排列在第二层钢丝帘布排上，第五层钢丝帘布排列在第四层钢丝帘布上，其与轮胎胎面中心线之间的夹角为40±1°。
所述的第一层钢丝帘布和第二层钢丝帘布与轮胎胎面中心线之间的夹角设置方向相反，即第一层钢丝帘布线与轮胎胎面中心线的夹角是从左向右计为23±1°，则第二层钢丝帘布线与轮胎胎面中心线的夹角是从右向左计为17±1°。
重点的第三层钢丝帘布和第四层钢丝帘布采用相同宽度，且与轮胎胎面中心线之间成0°夹角的方式，周向排列在第二层钢丝帘布和第五层钢丝帘布之间，主要起承载作用，它是由高强力、高模量和小角度排列的帘线作其增强材料，同时覆以高定伸、高硬度胶料复合的帘布组成。
所述的第五层钢丝帘布和第二层钢丝帘布与轮胎胎面中心线之间的夹角设置方向相反，即第五层钢丝帘布线与轮胎胎面中心线的夹角是从左向右计为40±1°。
所述的第三层钢丝帘布和第四层钢丝帘布使用高伸长帘线，密度为45根/100mm，厚度为2.2mm，宽度为252mm。
所述的第一层钢丝帘布采用超高强3+9+15*0.225HT的钢丝帘布线，密度为48根/100mm钢丝。
所述的第五层钢丝帘布采用3*7*0.20HE的钢丝帘布线，高伸张密度45根/100mm钢丝。
所述的第五层钢丝帘布外侧设置胎面，第一层钢丝帘布内侧设置胎体。
所述的胎面采用低生热天然胶与丁苯胶混合配方，具体配方包括以下重量份数的组分：10-30份的天然橡胶，70-90份的乳聚丁苯橡胶，10-40份的高结构中超耐磨炭黑，20-40份的低结构高耐磨炭黑，5-15份的沉淀法高分散白炭黑，氧化锌：3-6份，硬脂酸：1-3份，防护蜡：1-3份，防老剂:2-7份，芳烃油：2-6份，增粘树脂：1-4份，物理塑解剂：1-2份，促进剂D：0.1-0.6份，普通硫磺：0.5-2份。次磺酰胺类促进剂CZ：0.5-2份，防焦剂CTP：0.1-0.4份，制备时，将上述重量配比的原材料采用密炼机加工制成混炼胶，用双复合挤出机挤出的方式将混炼胶制成胎面半制品，在成型机上将胎面半部件贴合于带束层之上，制成轮胎胎胚，通过硫化机将生胎胚硫化成为成品轮胎。
胎体采用超高强3+9+15*0.20ST密度55根/100mm钢丝，胎圈采用φ1.55高强钢丝。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1.本发明采用的带束层结构由5层组成，通过第二层、第三层和第四层钢丝帘布来承受载荷，第一层钢丝帘布采用大角度起过渡作用，第五层钢丝帘布起保护工作层的作用；新结构产品与传统结构相比：耐久后的轮胎外直径变形率减低30％，耐久时间提升40％，胎面温度减低15％，耐磨性提升20％，承载能力提升50％，抗刺扎能力提升30％以上。
2.本发明第三层和第四层钢丝帘布采用0°方式进行周向排列(与轮胎胎面中心线之间的夹角)2层，轮胎充气后不再发生角度变化，可以有效缓解轮胎重载状态下长期曲饶变形后造成轮胎的形变，而带来的轮胎生热大产生的肩空和冠空等病象，同时该产品使用在低速、恶劣环境，避免生热高带来的肩空、脱层现象。传统产品虽然对带束层帘布角度进行改变，但轮胎充气后随着压力的增大角度会向胎面中心线0°方向趋势改变，从而造成轮胎使用后期因变形、造成生热大出现肩空或冠空病象发生。
3.本发明同时可以有效抵御外部尖锐物对轮胎冠部的损伤，提升轮胎耐刺扎、降低生热产生脱层的问题，可以极大提高轮胎使用周期，满足非公路矿区车辆使用要求。
4.本发明带束层结构无需设置增强胶片等，节省原料和工艺程序，降低了成本。
5.本发明采用的胎面具有良好的耐磨性、抗刺扎性能优异，生热低，拉伸强度、撕裂强度高，热稳定性、耐疲劳性好，可有效减少花纹啃掉块引起的不耐磨现象，适用于矿山及工程车辆对轮胎的使用要求，在使用过程中性能优异，提高了轮胎使用安全性及寿命。
附图说明
图1为本发明采用本发明所述带束层结构的轮胎半剖图。
1-第一层钢丝帘布、2-第二层钢丝帘布、3-第三层钢丝帘布、4-第四层钢丝帘布、5-第五层钢丝帘布、6-胎体、7-胎面。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
如图1所示，一种新型结构(采用两层0°带束层结构)的非公路型全钢载重工程机械子午线轮胎，该轮胎包括胎体6、胎面7，以及设置在胎体6与胎面7之间的带束层，该带束层结构由5层钢丝帘布组成，第一层钢丝帘布1排列在胎体6上，其与轮胎胎面中心线之间的夹角为23°(即第一层钢丝帘布线1与轮胎胎面中心线的夹角是从左向右计为23°)，第二层钢丝帘布2排列在第一层钢丝帘布上，其与轮胎胎面中心线之间的夹角为17°(第二层钢丝帘布线2与轮胎胎面中心线的夹角就是从右向左计为17°)，第三层钢丝帘布3和第四层钢丝帘布4采用与轮胎胎面中心线之间的夹角为0°的方式依次周向排列在第二层钢丝帘布排上，第五层钢丝帘布5排列在第四层钢丝帘布上，其与轮胎胎面中心线之间的夹角为40°(第五层钢丝帘布线5与轮胎胎面中心线的夹角就是从左向右计为40°)。
将上述带束层结构用于轮胎中，轮胎的胎面采用低生热天然胶与丁苯胶混合配方，该胎面配方包含以下重量份数的组分：20份的天然橡胶，80份的乳聚丁苯橡胶，20份的高结构中超耐磨炭黑，30份的低结构高耐磨炭黑，10份的沉淀法高分散白炭黑，氧化锌：5份，硬脂酸：2份，防护蜡：2份，防老剂:5份，芳烃油：5份，增粘树脂：2份，物理塑解剂：1.5份，促进剂D：0.3份，普通硫磺：1份，次磺酰胺类促进剂CZ：1份，防焦剂CTP：0.3份。
制备时：将上述重量配比的原材料采用密炼机加工制成混炼胶，用双复合挤出机挤出的方式将混炼胶制成胎面半制品，在成型机上将胎面半部件贴合于带束层之上，制成轮胎胎胚，通过硫化机将生胎胚硫化成为成品轮胎。该胎面配方使用一定比例的乳聚丁苯橡胶，使用高结构中超耐磨炭黑(可采用卡博特化工(天津)有限公司生产的高结构中超耐磨碳黑N-234)，大大提高了胎面配方在恶劣路面的抗刺扎性能及耐磨性能，使用一定比例的白炭黑(可采用无锡恒诚硅业生产的沉淀法白炭黑822MP)提高了胎面配方的抗撕裂性能，利用白炭黑，同时并用低结构的高耐磨炭黑(可采用市售N326)，降低了该胎面配方的生热。
该胎面配方耐磨性、抗刺扎性能优异，生热低，拉伸强度、撕裂强度高，热稳定性、耐疲劳性好，可有效减少花纹啃掉块引起的不耐磨现象，适用于矿山及工程车辆对轮胎的使用要求，在使用过程中性能优异，提高了轮胎使用安全性及寿命。
胎体采用超高强3+9+15*0.20ST密度55根/100mm钢丝，胎圈采用φ1.55高强钢丝，第一层、第二层带束层采用超高强3+9+15*0.225HT密度48根/100mm钢丝，第三和第四层带束层的特殊两层0°采用3*7*0.20HE高伸张密度45根/100mm钢丝，第五层采用3*7*0.20HE高伸张密度45根/100mm钢丝。
表1传统结构与实施例1结构轮胎测试结果对比
上述比较表中，采用CN201420487699.4的传统结构，耐久后充气外缘直径由1493变为1508.9，远大于本发明的变化幅度(本发明由1490.8变为1497.1)，说明本发明的轮胎抗刺扎性能优于现有技术CN201420487699.4中非零度带束层的传统结构。
耐久试验条件为：按20km/h的速度保持不变，开始10h65％的负荷，第二个10h85％的负荷，第三10h100％的负荷，30h后每5h负荷增加10％的直到损坏；负荷按单胎最大负荷，气压按单胎最大气压。环境温度38±3°，轮胎轮辋组合体在环境温度下停放24h。
与传统结构相比，本实施例1轮胎耐久后的轮胎外直径变形率减低30％，耐久时间提升40％，胎面温度减低15％，耐磨性提升20％，承载能力提升50％，抗刺扎能力提升30％以上。
实施例2
轮胎的胎面配方包含以下重量份数的组分：10份的天然橡胶，70份的乳聚丁苯橡胶，40份的高结构中超耐磨炭黑，40份的低结构高耐磨炭黑，5份的沉淀法高分散白炭黑，氧化锌：3份，硬脂酸：1份，防护蜡：1份，防老剂:2份，芳烃油：2份，增粘树脂：1份，物理塑解剂：1份，促进剂D：0.1份，普通硫磺：0.5份，次磺酰胺类促进剂CZ：0.5份，防焦剂CTP：0.1份。其余同实施例1，得到的轮胎与传统结构相比，可以有效缓解轮胎重载状态下长期曲饶变形后造成轮胎的形变，而带来的轮胎生热大产生的肩空和冠空等病象，可以有效抵御外部尖锐物对轮胎冠部的损伤，提升轮胎耐刺扎、降低生热产生脱层的问题，可以极大提高轮胎使用周期，满足非公路矿区车辆使用要求。
实施例3
轮胎的胎面配方包含以下重量份数的组分：30份的天然橡胶，90份的乳聚丁苯橡胶，10份的高结构中超耐磨炭黑，20份的低结构高耐磨炭黑，15份的沉淀法高分散白炭黑，氧化锌：6份，硬脂酸：3份，防护蜡：3份，防老剂:7份，芳烃油：6份，增粘树脂：4份，物理塑解剂：2份，促进剂D：0.6份，普通硫磺：2份，次磺酰胺类促进剂CZ：2份，防焦剂CTP：0.4份。
其余同实施例1，得到的轮胎与传统结构相比，可以有效缓解轮胎重载状态下长期曲饶变形后造成轮胎的形变，而带来的轮胎生热大产生的肩空和冠空等病象，可以有效抵御外部尖锐物对轮胎冠部的损伤，提升轮胎耐刺扎、降低生热产生脱层的问题，可以极大提高轮胎使用周期，满足非公路矿区车辆使用要求。
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