用于飞机轮胎的胎冠增强件 |
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| 申请号 | CN201180033490.X | 申请日 | 2011-07-05 | 公开(公告)号 | CN102985266B | 公开(公告)日 | 2015-08-12 |
| 申请人 | 米其林集团总公司; 米其林研究和技术股份有限公司; | 发明人 | V·埃斯唐纳; L·比谢; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及使飞机轮胎的工作增强件中产生的热从最热的点移至最不热的点的改进，所述最热的点通常位于工作增强件层的端部，所述最不热的点通常位于工作增强件的中间区域，从而在轮胎的胎冠内获得更均匀的 温度 分布。一种飞机轮胎，包括：胎冠，所述胎冠由工作增强件（3）增强，所述工作增强件（3）包括至少一个工作增强件层（30），所述工作增强件层（30）由在轴向上并列的基本周向的带束（31）制成，并且所述带束（31）由涂覆有 聚合物 涂覆材料（33）的相互平行的织物增强元件（32）制成。根据本发明，每个带束至少在其径向内轴面上与 传热 元件（34）相 接触 ，所述传热元件（34）包括至少一种导热材料，传热元件的导热材料的导热率至少等于与传热元件相接触的所述带束的织物增强元件的聚合物涂覆材料的导热率的50倍，传热元件的厚度乘以传热元件的拉伸模量的乘积至多等于所述带束的厚度乘以所述带束的拉伸模量的乘积的0.3倍。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种飞机轮胎，包括： |
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| 说明书全文 | 用于飞机轮胎的胎冠增强件技术领域[0001] 本发明涉及飞机轮胎，更具体地，涉及包括织物增强元件层的飞机轮胎的胎冠增强件。 背景技术[0002] 由于轮胎的几何形状呈现出围绕旋转轴的旋转对称性，轮胎的几何形状可被描述为包括轮胎旋转轴的子午平面。对于给定的子午平面，径向、轴向和周向方向分别表示垂直于轮胎的旋转轴、平行于轮胎的旋转轴和垂直于子午平面的方向。在下文中，表述“在径向上位于内部”和“在径向上位于外部”分别表示“在径向方向上接近轮胎的旋转轴”和“在径向方向上远离轮胎的旋转轴”。表述“在轴向上位于内部”和“在轴向上位于外部”分别表示“在轴向方向上接近赤道平面”和“在轴向方向上远离赤道平面”，赤道平面是垂直于轮胎的旋转轴并且穿过轮胎胎面表面的中心的平面。 [0003] 飞机轮胎的特征在于超过9bar的标称压力和大于或等于32%的标称挠曲水平。标称压力是例如通过轮胎和轮辋协会或TRA制定的标准而定义的轮胎的标称充气压力。根据定义，轮胎的标称挠曲水平是当轮胎在例如由TRA标准定义的标称负载和压力条件下从未负载的充气状态改变至静态负载的充气状态时的径向变形，或径向高度的变化。标称挠曲水平以相对挠曲的形式表示，定义为轮胎径向高度的变化与轮胎外径和在轮缘上测量的轮辋最大直径之间的差值的一半的比值。轮胎的外径在充气至标称压力的未负载状态下在静态条件下测量。 [0004] 轮胎通常包括：胎冠，所述胎冠包括胎面，所述胎面旨在通过胎面表面与地面接触；两个胎圈，所述胎圈旨在与轮辋接触；和两个胎侧，所述胎侧将胎冠连接至胎圈。例如通常用于飞机的子午线轮胎更特别地包括例如在文献中EP1381525描述的径向胎体增强件和胎冠增强件。 [0005] 径向胎体增强件是连接轮胎的两个胎圈的轮胎增强结构。飞机轮胎的径向胎体增强件通常包括至少一个胎体增强件层，每个胎体增强件层由相互平行的增强元件制成，所述增强元件通常为织物并且与周向方向形成80°和100°之间的角度。 [0006] 胎冠增强件是在径向上位于胎面的内侧并且至少部分在径向上位于径向胎体增强件的外侧的轮胎增强结构。飞机轮胎的胎冠增强件通常包括至少一个胎冠增强件层，每个胎冠增强件层由涂覆有聚合物涂覆材料的相互平行的增强元件制成。在胎冠增强件层内，在工作增强件层和保护增强件层之间形成差别，所述工作增强件层构成工作增强件并且通常由织物增强元件制成，所述保护增强件层构成保护增强件并且由在径向上位于工作增强件的外部的金属或织物增强元件制成。 [0007] 在飞机轮胎的制造过程中，通常通过围绕圆柱形制造设备Z字形缠绕或依次缠绕由织物增强元件制成的带束，通过每圈缠绕进行带束的轴向平移移动而形成工作增强件层，从而获得工作增强件层的预期轴向宽度。因此，工作增强件层由在轴向上并列的带束制成。Z字形缠绕意指在每圈缠绕的一半周期上或者在每圈缠绕的一个周期上以由周期波纹形成的曲线进行缠绕，带束的织物增强元件相对于周向方向的角度通常在8°和30°之间。对于通过依次缠绕而形成的工作增强件层，带束的织物增强元件相对于周向方向的角度通常在0°和8°之间。无论带束的缠绕类型如何，带束的织物增强元件相对于周向方向的角度通常小于30°。出于该原因，带束和形成的工作层称之为为基本周向的，这意味着沿围绕周向方向的有限振幅的波纹的方向为基本周向的。 [0008] 工作增强件层的增强元件相互平行，这意味着两个相邻的增强元件的几何曲线之间的距离恒定，几何曲线有可能呈现为周期波纹。 [0009] 对于飞机轮胎来说，胎体增强件层和工作增强件层的增强元件通常为由织物丝的纺纱制成的帘线，优选由脂族聚酰胺或芳族聚酰胺制成。保护增强件层的增强元件可以是由金属丝线制成的帘线，也可以由织物丝的纺纱制成的帘线。 [0010] 织物增强元件的拉伸下的机械性质（模量、断裂延伸率和断裂力）在预调理之后测量。“预调理”是指织物增强元件在测量之前在根据欧洲标准DIN EN20139（20±2°C的温度；65±2%的相对湿度）的标准大气下储存至少24小时。使用由ZWICK GmbH&Co（德国）制造的1435型或1445型拉伸试验机以公知的方式进行测量。织物增强元件在400mm的初始长度上以200mm/min的标称速度经受拉伸。所有结果在10次测量上取平均。 [0011] 用于工作增强件层的织物增强元件的聚合物材料（例如聚合物涂覆材料）在固化之后通过由拉伸试验确定的拉伸应力-应变性质进行机械表征。使用本领域技术人员公知的方法（例如根据国际标准ISO37）并且在由国际标准ISO471定义的标称温度（23+或-2°C）和湿度（50+或–5%相对湿度）条件下在试样上进行该拉伸试验。对于聚合物混合物来说，对于试样的10%伸长测量的拉伸应力被认为是10%伸长下的弹性模量或拉伸模量，并且以兆帕（MPa）表示。 [0012] 在使用中，源自标称压力、施加至轮胎的负载（所述负载可以在标称负载的0和2倍之间变化）和飞机的速度的组合作用的行驶机械应力在工作增强件层的增强元件中产生拉伸循环。 [0013] 这些拉伸循环在工作增强件层，特别是在工作增强件层的轴向端部处的增强元件的聚合物涂覆材料内产生热源。这些热源位于难以去除热量的热点处，因为热必须能够通过聚合物涂覆材料或通过织物增强元件传播。然而，聚合物涂覆材料由于其低导热率而是较差的导热体。相同地，织物增强元件由于其低导热率而不能有效地有助于去除热量。这导致聚合物涂覆材料过热，这不利于其正确的机械完整性并且有可能使其分解，从而造成过早的轮胎故障。 [0014] 已经构思了各种的技术方案试图产生用于除去工作增强件中产生的热量的途径。文献EP1031441和JP2007131282公开了具有改进的导热率的导热聚合物材料。文献EP1548057提出了包括纳米碳管的聚合物材料以增加导热率。文献EP1483122描述了铺设在子午平面中并且插在工作增强件的端部处的金属缆绳形式的排热件。最后，文献KR812810提出了可以为金属的并且排列在工作增强件的端部处的导热插入件。 发明内容[0015] 本申请的发明人为自己设定的目的是改进地将飞机轮胎的工作增强件中产生的热从最热的点移至最不热的点，所述最热的点通常位于工作增强件层的端部，所述最不热的点通常位于工作增强件的中间区域，从而在轮胎的胎冠内获得更均匀的温度分布，同时使其在工作增强件的机械负载上的影响达到最小。 [0016] 根据本发明，使用包括如下的飞机轮胎实现该目的： [0017] -胎冠，所述胎冠旨在通过胎面与地面接触并且通过两个胎侧连接至两个胎圈，所述胎圈旨在与轮辋接触， [0018] -径向胎体增强件，所述径向胎体增强件连接所述两个胎圈， [0019] -胎冠增强件，所述胎冠增强件在径向上位于所述胎面的内部并且在径向上位于所述径向胎体增强件的外部，所述胎冠增强件包括工作增强件和保护增强件，[0020] -所述工作增强件在径向上位于所述保护增强件的内部，并包括至少一个工作增强件层， [0021] -工作增强件的每个层由在轴向上并列的基本周向的带束组成，[0022] -每个带束由涂覆有聚合物涂覆材料的相互平行的织物增强元件制成，[0023] -至少一个工作增强件层的每个带束至少在其径向内轴面上与传热元件相接触，传热元件包括至少一种导热材料， [0024] -传热元件的导热材料的导热率至少等于与传热元件相接触的所述带束的织物增强元件的聚合物涂覆材料的导热率的50倍， [0025] -传热元件的厚度乘以传热元件的拉伸模量的乘积至多等于所述带束的厚度乘以所述带束的拉伸模量的乘积的0.3倍。 [0026] 根据本发明，至少一个工作增强件层的每个带束至少在其径向内轴面上有利地与传热元件相接触，所述径向内轴面意指带束平行于轮胎旋转轴且在径向上最接近轮胎旋转轴的面。 [0027] 传热元件由于存在至少一种导热材料而执行去除热量的功能。传热元件不必仅由导热材料制成。 [0028] 导热材料意指导热率高的材料，例如金属材料。材料的导热率是表征材料携带热-1 -1能的能力的物理量，以W.m .K 表示。导热材料的导热率越高，其在传输热能方面越好。 [0029] 相反，不是导热体或更精确地讲是较差的导热体的材料意指导热率低的材料，例如常规用于轮胎的常规聚合物材料。 [0030] 在工作增强件层的轴向端部处产生的热或热能通过与位于工作增强件层的轴向端部处的带束相接触的传热元件而移除，并且然后在轴向上向内逐渐传递至与轴向最内且在轴向上并列的带束相接触的传热元件。由于带束基本上以周向定向，与所述带束相接触的相应传热元件将在周向上分散在工作增强件层的轴向端部处产生的热。因此，在工作增强件层的轴向端部处产生的热通过分别与并列的带束相接触的传热元件而在轴向和周向上移除，从而在工作增强件层的轴向宽度上，在其轴向端部及其中间部分之间，并且在工作增强件层的周围使温度均匀。 [0031] 由于工作增强件层的轴向端部和中间之间的温度更高，因此产生促进导热的温度梯度，从而使得所述传热是有可能的，所述传热的目的在于使工作增强件层的轴向端部和中间之间的温度均匀。 [0032] 为了优选通过传热元件（其与构成工作增强件层的带束相接触）而移除热能，传热元件的导热材料的导热率需要明显高于用于涂覆与传热元件相接触的带束的织物增强元件的聚合物涂覆材料的导热率，聚合物涂覆材料的本性为较差的导热体。本申请的发明人已经证实，当导热材料的导热率至少等于用于涂覆与传热元件相接触的带束的织物增强元件的聚合物涂覆材料的导热率的50倍时，允许移除足够量的热能，使得工作增强件层的轴向端部处的热水平可以降低至可接受的水平，即，不会使相关材料分解的水平。 [0033] 再次根据本发明，传热元件的厚度乘以传热元件的拉伸模量的乘积至多等于带束的厚度乘以带束的拉伸模量的乘积的0.3倍。 [0034] 拉伸模量被定义为与拉伸曲线正切的直线的斜率，定义拉伸力为在拉伸曲线上对应于50daN的拉伸力的点处的伸长的函数。 [0035] 该特征使得有可能限制传热元件对于带束和传热元件的组装件的整体周向拉伸刚度的贡献。换言之，传热元件的存在对于带束经受的机械应力具有有限影响。 [0036] 特别地，计算带束的厚度、拉伸模量和伸长的乘积，得到带束的每单位轴向宽度的周向负载。相似地，计算传热元件的厚度、拉伸模量和伸长的乘积，得到传热元件的每单位轴向宽度的周向负载。由于带束和传热元件的伸长相同，这意味着传热元件的每单位轴向宽度的周向负载（或分布的张力）因此至多等于与传热元件接触的带束的每单元轴向宽度的周向负载的0.3倍。换言之，在作用的周向负载下，由传热元件产生的机械贡献因此保持限制于带束的机械贡献的30%。 [0037] 有利地，每个工作增强件层的每个带束至少在其径向内轴面上与传热元件相接触，所述传热元件包括至少一种导热材料。在每个工作增强件层的轴向端部处产生的热（不仅是在具有最高温度的轴向端部处产生的热）被有利地移除，从而在每个工作增强件层中并且因此贯穿径向增强件的厚度使温度均匀。 [0038] 还有利地，传热元件由至少一个基本周向的带制成。金属带是围绕带束的整个外围延伸的元件并且具有矩形子午截面，其中子午平面中的最短尺寸以径向指向并且子午平面中的最长尺寸以轴向指向。金属带由金属材料制成。基本周向的带遵循与其接触的带束的基本周向路径。 [0039] 第一个优选的实施方案具有由单个基本周向的金属带制成的传热元件，所述单个基本周向的金属带的轴向宽度等于与传热元件相接触的带束的轴向宽度。在该实施方案中，单个基本周向的金属带的轴向宽度等于带束的轴向宽度，这在轮胎制造方面是有利的，因为带束和单个基本周向的金属带可以在带束的基础水平处预先组装，然后可以将由此产生的带束和单个基本周向的金属带的组装件缠绕在用于形成工作增强件层的圆柱形设备上。此外，通过每个单个基本周向的金属带的连续性和通过带束的螺旋或Z字形周向缠绕而提供周向和轴向方向上的导热连续性。因此，该实施方案允许在轴向方向和周向方向上最佳地移除在工作增强件层的端部处产生的热。 [0040] 根据本发明的第二个实施方案，传热元件由多个在轴向上并列的基本周向的金属带制成，所述多个在轴向上并列的基本周向的金属带的轴向宽度的总和至多等于与所述传热元件相接触的带束的轴向宽度。该实施方案在导热方面与具有单个基本周向的金属带的上述实施方案相当。此外，基本周向的金属带元件的并列有利地呈现出低于单个基本周向的金属带的围绕径向方向的弯曲刚度，这意味着其对带束的围绕径向方向的弯曲刚度具有较小影响，并且因此对工作增强件层的围绕径向方向的弯曲刚度具有较小影响：因此传热元件的引入对工作增强件的机械性质具有较小影响。 [0041] 本发明的第三个实施方案的特征在于由多个在轴向上不相交的基本周向的金属带制成的传热元件，所述多个在轴向上不相交的基本周向的金属带在与传热元件相接触的带束的轴向宽度上分布。在该实施方案中，传热元件因此由多个基本周向的金属带制成，所述多个基本周向的金属带在轴向方向上两两彼此不相交：这意味着基本周向的金属带的轴向宽度的总和小于与基本周向的金属带相接触的带束的轴向宽度。由于基本周向的金属带之间的这种几何不连续性，导热在轴向方向上不连续进行而在周向方向上连续进行。然而，这样的实施方案使得由不相交的基本周向的金属带制成的传热元件的刚度有可能低于由单个基本周向的金属带制成的传热元件的刚度。与在第二个实施方案中相同，两两彼此不相交的多个基本周向的金属带的径向方向上的弯曲刚度低于单个基本周向的金属带的径向方向上的弯曲刚度。此外，该实施方案中的传热元件的周向拉伸刚度仅对带束和传热元件的组装件的周向拉伸刚度做出少量贡献，并且当制造工作增强件层时，这使得更容易围绕圆柱形设备缠绕带束和传热元件的组装件。 [0042] 根据本发明的一个任选的特征，基本周向的金属带有利地包括孔。无论传热元件是由单个基本圆柱形的金属带制成还是由多个在轴向上并列或不相交的基本周向的金属带制成，刺穿每个基本周向的金属带的孔使得两个带束的各自的聚合物涂覆材料之间经由孔直接接触，从而促进分别在径向上位于金属带外部和在径向上位于金属带内部的两个带束之间更好的粘合。 [0043] 根据本发明的另一个任选的特征，基本周向的金属带包括圆孔。除了在带束和传热元件的组装件的周向拉伸刚度方面已经提及的优点之外，例如通过穿孔形成圆孔从工业观点来看是简单的。 [0044] 基本周向的金属带有利地包括直径至多等于带的一半轴向宽度的孔，因为必须限制金属带中的孔的横截面从而使其在导热时有效。 [0046] 优选地，传热元件的导热材料为特征在于高导热率和低密度的铝。铝需要界面涂层从而使其粘合至接触的带束的聚合物涂覆材料；存在能够达到该目的的各种技术：黄铜型涂层、有机型（硅烷或氨基硅烷）涂层、环氧树脂或市售粘合剂。 [0047] 由一个或数个基本周向的铝制金属带制成的传热元件有利地具有至多等于0.1mm的恒定厚度，从而限制传热元件的周向拉伸刚度。 [0048] 最后，对于任何传热元件来说有利的是围绕其整个圆周具有在垂直于轴向方向的周向平面中的周期的几何振荡。非穷举地，这些周期的几何振荡可以是交替的V-型弯曲或正弦曲线型波纹。周期的几何振荡的存在增加传热元件的周向延展性，并且因此减少了传热元件被拉断的风险。 [0049] 有利地，周期的几何振荡的峰至峰振幅和周期波长之间的比例大于0.05，从而赋予传热元件满意的周向延展性。 [0050] 本发明的另一个主题为金属化带束，包括： [0051] -带束，所述带束由涂覆有聚合物涂覆材料的相互平行的织物增强元件制成，[0052] -所述带束至少在其径向内轴面上与传热元件相接触，所述传热元件包括至少一种导热材料， [0053] -传热元件的导热材料的导热性至少等于与传热元件接触的所述带束的织物增强元件的聚合物涂覆材料的导热性的50倍， [0054] -并且传热元件的厚度乘以传热元件的拉伸模量的乘积至多等于所述带束的厚度乘以所述带束的拉伸模量的乘积的0.3倍。 [0055] 本发明还涉及上述金属化带束在根据本发明的轮胎中的用途。 [0057] 借助于附图1至5将更好地理解本发明的特征和其他优点： [0058] -图1具有根据本发明的轮胎胎冠的子午横截面，特别示意性地显示了工作增强件层的带束和相应的传热元件的基本周向的带。 [0059] -图2是根据本发明的第一个实施方案的工作增强件层的带束和传热元件的组装件的图。 [0060] -图3是根据本发明的第二个实施方案的工作增强件层的带束和传热元件的组装件的图。 [0061] -图4是根据本发明的第三个实施方案的工作增强件层的带束和传热元件的组装件的图。 [0062] -图5是传热元件的可选择形式的图。 [0063] 为了使本发明易于理解，图1至5无需按比例绘制。 具体实施方式[0064] 图1显示了根据本发明的轮胎胎冠的子午横截面，即子午平面中的横截面。其绘示了旨在通过胎面1与地面接触的胎冠，径向胎体增强件2，在径向上位于胎面内部和在径向上位于径向胎体增强件外部的胎冠增强件，所述胎冠增强件包括工作增强件3和保护增强件4。由工作增强件层的重叠制成的工作增强件3未全部绘示：已经绘示仅一个工作增强件层30从而使本发明易于理解。工作增强件层由在轴向上并列的基本周向的带束31制成。每个带束由涂覆有聚合物涂覆材料33的相互平行的织物增强元件32制成。每个带束在其径向内轴面上与传热元件34相接触。 [0065] 图2是根据本发明的第一个实施方案的工作增强件层的带束231和传热元件234的组装件的图。由涂覆有聚合物涂覆材料233的相互平行的织物增强元件232制成的带束在其径向内轴面上与由单个基本周向的金属带制成的传热元件234相接触，所述单个基本周向的金属带的轴向宽度等于相接触的带束231的轴向宽度。 [0066] 图3是根据本发明的第二个实施方案的工作增强件层的带束331和传热元件334的组装件的图。由涂覆有聚合物涂覆材料333的相互平行的织物增强元件332制成的带束331在其径向内轴面上与由多个在轴向上并列的基本周向的金属带制成的传热元件334相接触，所述多个在轴向上并列的基本周向的金属带的总轴向宽度（即为每个基本周向的金属带的轴向宽度的总和）等于相接触的带束331的轴向宽度。 [0067] 图4是根据本发明的第三个实施方案的工作增强件层的带束431和传热元件434的组装件的图。由涂覆有聚合物涂覆材料433的相互平行的织物增强元件432制成的带束在其径向内轴面上与由多个在轴向上不相交的基本周向的金属带制成的传热元件434相接触，所述多个在轴向上不相交的基本周向的金属带分布在相接触的带束431的轴向宽度上。 [0068] 最后，图5绘示了由单个基本周向的金属带制成的传热元件234，所述单个基本周向的金属带包括圆孔235。 [0069] 本申请的发明人根据本发明的第一个实施方案在46x17R20尺寸的飞机轮胎上实施本发明，使用其的特征为15.9bar的标称压力、20473daN的标称静态负载和225km/h的最大参考速度。该轮胎的工作胎冠增强件包括由基本周向的带束制成的9个工作增强件层，其中3个在轴向方向上并列依次铺设，其中6个以每圈缠绕为一个周期进行Z字形缠绕，带束的织物增强元件相对于周向方向的最大角度等于11°。每个带束由涂覆有导热率等于-1 -10.3W.m .K 的聚合物涂覆材料的混合型增强元件制成，即，由芳族聚酰胺丝的纺纱和脂族聚酰胺丝的纺纱的组合制成。每个基本周向的带束在其径向内面上与传热元件相接触，所-1 -1 述传热元件由厚度为0.02mm且导热率为237W.m .K 的铝制金属带制成。制成传热元件的铝的导热率约等于与传热元件相接触的带束的织物增强元件的聚合物涂覆材料的导热率的600倍。 [0070] 本申请的发明人在20.5吨的标称静态负载和15.9bar的标称压力下在以10km/h速度稳定运转的轮胎上进行有限元数值模拟，从而证实当从参考轮胎（具有不包含传热元件的带束）移动至根据本发明的轮胎时，在赤道平面附近，在热负载最严重的工作增强件层的轴向端部和中间部分之间的温差从90.5°C下降至78.5°C。因此在所选择的实例中，本发明使得在胎冠增强件的端部处有12°C的最大温度下降。 |
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