專利名稱：具有彈性體的作業(yè)機器實心輪胎的制作方法
技術領域：
本發(fā)明一般地涉及作業(yè)機器輪胎，尤其涉及非充氣作業(yè)機器輪胎。
背景技術：
因為作業(yè)機器通常在荒蕪的環(huán)境中運行且持續(xù)循環(huán)經(jīng)過無負載和相對重負載，作業(yè)機器輪胎必須是耐用的且對平坦不敏感。事實上，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)盡管常規(guī)充氣輪胎提供平穩(wěn)的行駛，但充氣輪胎通常沒有實心輪胎耐用。但已知實心輪胎提供的行駛較不平穩(wěn)。
為了提供足夠的耐用性，作業(yè)機器輪胎可為非充氣的，且因此，由固體和半固體制品組成。盡管非充氣作業(yè)機器輪胎比充氣輪胎更耐用，但是非充氣輪胎通常太硬不能提供平穩(wěn)的行駛且缺少與地面的接觸面積以提供相對好的摩擦力。為了改善作業(yè)機器的乘坐，一些非充氣輪胎包括非承壓腔的徑向帶，或凹槽。徑向帶減輕了硬度并增加了輪胎的變形，因此其乘坐將比實心輪胎好。MITL在一種商標下出售一種輪胎，它簡易彈性，但它仍然提供硬的乘坐，更類似于實心輪胎而不是充氣輪胎。
在另一個例子中，1991年8月27日Dehasse提交的美國專利第5,042,544描述的非充氣輪胎定義了凹槽徑向帶，使得輪胎由于負載變形并提供據(jù)推測類似于充氣輪胎提供的與路面的接觸面積。此外，為了更好地控制輪胎的變形性并限制凹槽的塌陷，Dehasse非充氣輪胎的凹槽要求對于任何半徑方向本質(zhì)地不對稱并彼此交疊。盡管Dehasse非充氣輪胎使用凹槽以控制輪胎性能和路面運行，但Dehasse輪胎傾向具有類似于充氣輪胎的重量和體積。因此，Dehasse輪胎不具有高負載、低速作業(yè)機器應用所要求的耐用性。
作業(yè)機器輪胎還受到切向力，例如剎車和摩擦力，以及與有效載荷相關的普遍變化的徑向力。單個徑向帶空腔，尤其是那些有角的，將呈現(xiàn)不同的順時針和逆時針抗扭剛度。此外，當徑向負載變化時它們將具有將輪胎的外部分相對轂旋轉的傾向。這種抗扭剛度偏置會導致不受歡迎的和不可預知的作業(yè)機器移動。
本發(fā)明針對克服一個或多個以上闡述的問題。

發(fā)明內(nèi)容
一方面，作業(yè)機器輪胎包括彈性材料的環(huán)形本體。彈性材料的徑向中間區(qū)域限定了多個非承壓空腔，其分布成包括第一空腔徑向帶和第二空腔徑向帶的圖形。第一空腔徑向帶的每個空腔相對于通過的半徑正角定向，第二空腔徑向帶的每個空腔相對于通過的半徑負角定相。在一方面，徑向中間區(qū)域的材料體積大于多個非承壓空腔總的空間體積的1.5倍。在另一方面，每個空腔由通過第一和第二可偏斜壁部分連接的第一和第二拱形限定。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例的作業(yè)機器輪胎的立體圖；圖1a是圖1的作業(yè)機器輪胎的徑向外部或胎面區(qū)域的剖視圖；圖1b是圖1的作業(yè)機器輪胎徑向中間區(qū)域的立體圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的作業(yè)機器輪胎的立體圖；圖2a是圖2的作業(yè)機器輪胎的徑向外部或胎面區(qū)域的剖視圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明的第三實施例的作業(yè)機器輪胎的立體圖；圖3a是圖3的作業(yè)機器輪胎的徑向外部或胎面區(qū)域的剖視圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明的第四實施例的作業(yè)機器輪胎的立體圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明的第五實施例的作業(yè)機器輪胎的局部剖開立體圖；圖5a是圖5的作業(yè)機器輪胎一部分的圖形表示；圖6是根據(jù)本發(fā)明的第六實施例的作業(yè)機器輪胎的立體圖；圖6a是圖6的作業(yè)機器輪胎的徑向外部或胎面區(qū)域的剖視圖；圖7是根據(jù)本發(fā)明各種形狀空腔的圖形表示的集合；圖8是示出了在徑向負載下作業(yè)機器輪胎的偏斜的圖形表示；圖9是示出了用來比較實心和充氣輪胎的作業(yè)機器輪胎偏斜與徑向負載關系的曲線圖。
具體實施例方式
參見圖1，示出了根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例的作業(yè)機器輪胎10的立體圖。盡管在六個實施例中示出的作業(yè)機器輪胎10、110、210、310、410和510是為剎車駕駛裝載設備涉及的31英寸直徑輪胎，但本領域的技術人員將理解，本發(fā)明考慮了可用于其它各種作業(yè)機器、較佳地用于小型作業(yè)機器，如小輪裝載設備、挖掘裝載設備且可能是卡車，但也適合其它更大的作業(yè)機器的各種尺寸的輪胎。作業(yè)機器輪胎10包括彈性材料的環(huán)形本體11。盡管環(huán)形本體11可由各種彈性材料制成，所示的環(huán)形本體11由任何本領域已知適于輪胎變形的橡膠制成。例如，輪胎10可由天然橡膠或在100％延長時具有1Mpa到6Mpa之間楊氏模量的天然/合成混合橡膠模制而成。
對于所示的優(yōu)選實施例，使用約2.75Mpa的100％彈性模量。也可使用完全合成的人造橡膠，如聚亞安酯。環(huán)形本體11包括徑向中間區(qū)域12、以及較佳地徑向外部區(qū)域13和徑向內(nèi)部區(qū)域14，兩者都鄰近徑向中間區(qū)域12。徑向內(nèi)部區(qū)域14以常規(guī)方式，如通過直接結合連在輪轂上，且輪子連接在作業(yè)機器上。徑向外部區(qū)域包括胎面。
徑向外部區(qū)域13和徑向內(nèi)部區(qū)域14較佳地但不是必要的，沒有空腔，且徑向中間區(qū)域12限定多個非承壓空腔15，其分布方式包括第一空腔徑向帶16和第二空腔徑向帶17。兩帶可重疊或不重疊，取決于具體應用所要求的性質(zhì)。如圖所示，空腔15在各徑向帶16和17整個平均間隔。第一空腔徑向帶16中的各空腔相對于通過的半徑正角定向，且第二空腔徑向帶17中的各空腔相對于通過的半徑負角定向。第一和第二空腔徑向帶16和17以相反角度定向是為了抵消或減少每個徑向空腔帶16和17產(chǎn)生的抗扭剛度偏置。沒有第一徑向空腔帶16抵消第二空腔帶17的抗扭剛度偏置，反之亦然，當與相反方向相比，作業(yè)機器輪胎10向前方向的切向力可能引起作業(yè)機器輪胎10的外部相對于內(nèi)部的顯著地不同程度的旋轉。這能引起加速、停止、牽引、推動、挖掘、或任何其它能在輪胎上產(chǎn)生切向力的操作循環(huán)時不可預知的作業(yè)機器運動。在所示優(yōu)選實施例中，相對于穿過空腔中心的半徑線正角是63°且負角是52°。但是本技術領域的技術人員會理解，正角和負角可以變化，且根據(jù)各種因素，包括但不限于第一和第二徑向帶內(nèi)空腔的尺寸和形狀來確定。此外，盡管第一徑向帶16的正角較佳地不同于第二徑向帶的負角，本技術領域的技術人員會理解，正角和負角可以相同。但如果這樣第一徑向帶內(nèi)的空腔的形狀和/或尺寸和/或數(shù)量可能需要與第二徑向帶內(nèi)的空腔的形狀和/或尺寸和/或數(shù)量不同以產(chǎn)生類似的性能。在定標時，空腔的數(shù)量較佳地與輪胎直徑成比例。
作業(yè)機器輪胎10包括少于50個的非承壓空腔15。在圖1所示的實施例中，作業(yè)機器輪胎10包括40個非承壓空腔15，每個第一和第二徑向帶16和17具有20個承壓空腔。較佳地，多個空腔14中的每個非承壓空腔具有平行于輪胎旋轉軸線18的對稱軸線。盡管多個非承壓空腔15較佳地具有統(tǒng)一的形狀和體積，應當理解，第一空腔徑向帶可具有與第二空腔徑向帶不同的形狀。例如，如果第一和第二徑向帶以類似的正角和負角定向，第一徑向帶的形狀和/或尺寸可能不同于第二徑向帶的形狀和/或尺寸。盡管本發(fā)明考慮了各種形狀的空腔，所示的同一形狀包括具有周界25的截面形狀，所述周界包括一對被一堆拱形25b分開的一對直壁部分25a。截面形狀的長度和寬度可根據(jù)不同的因素，包括但不限于所要求的總空間體積而變化。在優(yōu)選實施例中，所示空腔15的長度約2.3英寸，寬度約0.9英寸，如果延伸輪胎寬度的一半深度約4.9英寸，但如果延伸整個輪胎寬度可以是9.8英寸。
參見圖1a，示出了作業(yè)機器輪胎10的徑向外部區(qū)域13的剖視圖。徑向外部區(qū)域13包括暴露的不接觸路面的具有深度22的胎面花紋21，所述深度是胎面21的底面23和頂部24之間的距離。圖1a和其它圖中的類似圖示出了對觀察者的側面輪廓和頂部的理論交線；它可能不能反映輪胎上的最大直徑位置。盡管由于摩擦和磨損目的最大胎面深度是要求的，但胎面深度22受到輪胎10的前面要求直徑的限制。本技術領域的技術人員會理解，在外部空腔徑向帶(如圖1a所示為第二空腔徑向帶17)和輪胎外徑之間的材料體積越大，胎面深度22可能越大。因此，為了在增加胎面深度時保持作業(yè)機器輪胎的直徑，空腔的圖案可做得更緊湊或者限制空腔數(shù)量，其反過來可影響輪胎在負載下的所要求的硬度和橡膠張力。因此，胎面深度22通常在輪胎10所要求的摩擦力、硬度和橡膠張力之間折衷。較佳地，在用于剎車駕駛裝載設備的31英寸輪胎所有實施例中，不接觸路面胎面花紋21的深度是至少一英寸。在圖1a所示的優(yōu)選實施例中，不接觸路面胎面是1.74英寸深。本技術領域的技術人員會理解，不接觸路面胎面21對于作業(yè)機器輪胎10在不接觸路面環(huán)境的操作中應當是足夠的。
參見圖1b，示出了作業(yè)機器輪胎10的徑向中間區(qū)域12的立體圖。徑向中間區(qū)域12包括材料體積，且多個非承壓空腔15具有總的空間體積。為了本發(fā)明的目的，徑向中間區(qū)域由與內(nèi)部空腔帶16相切的內(nèi)徑限制，且由與外部空腔帶17相切的外徑限制。盡管材料體積相對總空間體積的比例可以變化，但材料體積大于多個非承壓空腔15總空間體積的1.5倍。在輪胎的較佳形式中，中間徑向區(qū)域12的材料體積約為總空間體積的兩倍。本技術領域的技術人員會理解輪胎10內(nèi)的空腔15減輕了輪胎10的硬度以為操作員提供負載和作業(yè)機器偏斜和相對平穩(wěn)的形式。此外，空腔15允許材料通過彎曲，而不是通過純壓力或拉力偏斜，由此限制當允許基本偏斜時的材料張力。但是，作業(yè)機器輪胎10必須包括足夠的材料來承載作業(yè)機器經(jīng)受的負載。因此，材料體積相對總空間體積比例的確定是各種已知因素，包括但不限于所要求的硬度和張力以及作業(yè)機器輪胎的耐用性的折衷。
參見圖2，示出了根據(jù)本發(fā)明的第二實施例作業(yè)機器輪胎110的立體圖。第二實施例的作業(yè)機器輪胎110類似于優(yōu)選實施例的作業(yè)機器輪胎10，除了作業(yè)機器輪胎110的材料體積相對總空間體積比例大于優(yōu)選實施例的材料體積相對總空間體積比例。徑向中間區(qū)域112的材料體積大于多個非承壓空腔115的總空間體積的2.1倍(仍約兩倍)。由于兩作業(yè)機器輪胎10和110各自相應的第一和第二徑向帶16、116和17、117包括20個空腔，因為多個空腔115的每個空腔尺寸較小，材料體積相對總空間體積比例較大。在所示第二實施例中，多個空腔115的各空腔包括2.2英寸的長度、0.9英寸的寬度和半穿通的4.9英寸的深度(如果穿通輪胎的全部寬度為9.8英寸)。
參見圖2a，示出了圖2的作業(yè)機器輪胎110的徑向外部區(qū)域113的剖視圖。類似于優(yōu)選實施例，徑向外部區(qū)域113包括暴露的不接觸路面的具有深度122的胎面花紋121，所述深度是胎面121的底面123和頂部124之間的距離。但圖1的不接觸路面胎面花紋21的深度22是1.74英寸，而第二實施例不接觸路面胎面花紋121的深度122是1.98英寸。由于第二實施例包括較大的材料體積相對空間體積比例，作業(yè)機器輪胎10可比優(yōu)選實施例支撐更厚的不接觸路面胎面121。但是，材料體積相對空間體積比例越高可能引起硬度增加，可影響作業(yè)機器形式的平穩(wěn)性。
參見圖3，示出了根據(jù)本發(fā)明第三實施例的作業(yè)機器輪胎210。作業(yè)機器輪胎210類似于優(yōu)選和第二實施例的作業(yè)機器輪胎10和110，除了作業(yè)機器輪胎210的材料體積相對總空間體積比例小于優(yōu)選和第二實施例的材料體積相對總空間體積比例。作業(yè)機器輪胎210的徑向中間區(qū)域212包括大于多個非承壓空腔215的總空間體積的1.8倍(仍約兩倍)的材料體積。多個空腔215的各空腔包括2.3英寸的長度、1.1英寸的寬度和半穿通的4.9英寸的深度(如果穿通輪胎的全部寬度為9.8英寸)。
參見圖3a，示出了圖3的作業(yè)機器輪胎210的徑向外部區(qū)域213的剖視圖。類似于優(yōu)選和第二實施例，徑向外部區(qū)域213包括暴露的不接觸路面的具有深度222的胎面花紋221，所述深度是胎面221的底面223和頂部224之間的距離。胎面221的深度222是1.54英寸。由于作業(yè)機器輪胎210的材料體積相對空間體積比例小于第一和第二實施例，輪胎210包括較薄的胎面221，但很可能提供更平穩(wěn)的行駛。
參見圖4，示出了根據(jù)本發(fā)明第四實施例的作業(yè)機器輪胎310。同其它實施例一樣，作業(yè)機器輪胎310包括環(huán)形本體311，所述環(huán)形本體包括鄰近較佳地沒有空腔的徑向內(nèi)部區(qū)域14和較佳地沒有空腔的徑向外部區(qū)域313的徑向中間區(qū)域312。徑向中間區(qū)域312限定多個非承壓空腔315，所述空腔包括相對通過的半徑正角定向的第一空腔徑向帶316和相對通過的半徑負角定向的第二空腔徑向帶317。但第一、第二和第三實施例的輪胎10、110和210的每個徑向帶16、116、216和17、117、217包括20個空腔，而作業(yè)機器310在每個第一和第二徑向帶316和317限定18個空腔，在多個空腔315中共有36個空腔。此外，徑向中間區(qū)域312的材料體積大于多個非承壓空腔315的總空間體積的2.6倍。
參見圖5，示出了根據(jù)本發(fā)明的第五實施例的作業(yè)機器輪胎410的局部剖開一定角度視圖。作業(yè)機器輪胎410包括環(huán)形本體411，所述環(huán)形本體包括鄰近較佳地沒有空腔的徑內(nèi)部區(qū)域14和較佳地沒有空腔的徑向外部區(qū)域413的徑向中間區(qū)域412。徑向中間區(qū)域412限定多個非承壓空腔415，所述空腔包括相對通過的半徑正角定向的第一空腔徑向帶416和相對通過的半徑負角定向的第二空腔徑向帶417。作業(yè)機器410在每個第一和第二徑向帶416和417限定24個空腔，在多個空腔415中共有48個空腔。此外，徑向中間區(qū)域412的材料體積大于多個非承壓空腔415的總空間體積的2.1倍。盡管本發(fā)明的任何實施例可包括用于至少一部分空腔的阻擋物，所示作業(yè)機器輪胎410包括將非承壓空腔415與環(huán)繞輪胎410的空間分開的至少一個阻擋物27。阻擋物27防止碎片進入空腔415并影響輪胎410的性能。本發(fā)明考慮了阻擋物27由各種材料，包括但不限于空腔上方的薄屏或橡膠層，或可能用橡膠海綿填充空腔組成。因此，阻擋物27可插入空腔415或覆蓋空腔415的開口。本技術領域的技術人員會理解，可選擇阻擋物27的材料以改變輪胎410的偏斜率，或不影響輪胎410的性能。
參見圖5a，示出了通過圖5的作業(yè)機器輪胎410一部分的圖形表示。盡管本發(fā)明考慮了延伸穿過徑向中間區(qū)域412寬度的非承壓空腔，所示非承壓空腔415延伸約輪胎410寬度431的一半。第一空腔徑向帶416包括內(nèi)部空腔帶416a和相對于圍繞旋轉軸線18的內(nèi)部空腔帶416a異相的外部空腔帶416b。類似地，第二空腔徑向帶417包括內(nèi)部空腔帶417a和相對于圍繞旋轉軸線18的內(nèi)部空腔帶417a異相的外部空腔帶417b。因此，空腔415平均分布在輪胎410的整個徑向中間區(qū)域412以提供輪胎410在整個360°旋轉的統(tǒng)一性能。較佳地，多個空腔415的每個空腔包括鄰近輪胎410寬度431中部的錐形端部426?？涨?15的錐形端部426使得在生產(chǎn)時易于從彈性材料移除模制內(nèi)芯以形成空腔415。錐形可賦予輪胎不同的彈性率，且可用于配合在輪胎上分布的壓力，即使輪胎中部承載更多負載。
現(xiàn)參見圖6和6a，示出了根據(jù)本發(fā)明又另一個實施例的作業(yè)機器輪胎510。像前述其它輪胎一樣，輪胎510包括徑向內(nèi)部區(qū)域14，包括多個非承壓空腔515的徑向中間區(qū)域512和包括胎面的徑向外部區(qū)域513。在該實施例中，胎面具有約1.37英寸的深度522。該實施例類似于前述一些實施例，每個空腔徑向帶516和517各包括20個空腔。同樣，該實施例不同于先前實施例，中間區(qū)域412的材料體積相對總空間體積比例是1.6，仍然約2倍。
參見表1，示出了用于六個實施例作業(yè)機器輪胎10、110、210、310、410和510幾何尺寸的數(shù)據(jù)總結。每個作業(yè)機器輪胎10、110、210、310、410和510制成用于剎車駕駛裝載設備的31英寸直徑。
表1

但是，為了提供所要求的硬度和橡膠張力，同時還能夠支撐足夠的胎面深度，空腔的數(shù)量和尺寸可在所示實施例中變化。但是，第五實施例的操作輪胎410可要求最薄的胎面，它可具有接近充氣輪胎的硬度。對于實施例1、2、3和6每排具有20個空腔，增加材料體積相對總空間體積比例而增加徑向硬度并還使得涉及承載更大的胎面深度。減少孔的數(shù)量到每排18個空腔，如第四實施例所示，或者增加空腔數(shù)量到每排24個空腔，如第五實施例所示，改變了材料相對空間比例、輪胎硬度、彈性張力、以及胎面深度。這些實施例具有更大的材料相對空間比例，但它們較長的空腔、徑向布置、和有角定向聯(lián)合提供更小的徑向硬度?？墒菓斪⒁?，它們沒有最優(yōu)化最大胎面孔眼深度。
參見圖7，示出了根據(jù)本發(fā)明作業(yè)機器輪胎的各種形狀空腔的圖形表示的集合。所示實施例的作業(yè)機器輪胎10、110、210、310、410和510包括多個空腔15、115、215、315、415和515，所述空腔包括具有被一對對稱拱形25b、125b、225b、325b、425b隔開的一對直偏斜壁部分25a、125a、225a、325a、425a的優(yōu)選截面形狀。但本發(fā)明考慮了使用各種其它空腔形狀，所有這些包括被一對拱形分開的一對可偏斜壁部分，包括但不限于圖7中所示的那些。此外，本發(fā)明考慮了包括不統(tǒng)一空腔的作業(yè)機器輪胎。本技術領域的技術人員會理解，空腔形狀的各種組合可提供作業(yè)機器輪胎所要求的硬度、扭矩抵消和耐用性。因此，圖7僅呈現(xiàn)了一部分適于作業(yè)機器輪胎的空腔形狀。
參見圖8，示出了在徑向負載下作業(yè)機器輪胎的偏斜的圖形表示。虛線示出了彈性體材料內(nèi)的等張力輪廓，輪胎是根據(jù)它制成的。如圖所示，最大張力出現(xiàn)在鄰近相應空腔拱形的小區(qū)域。環(huán)繞空腔的材料主要通過每個空腔的可偏斜壁朝向彼此彎曲，而每個空腔相對端變形以適應壁部分的偏斜來吸收徑向負載。這與其它實心輪胎通過輪胎材料的純壓力或拉力承載負載形成對比。因此，當最小化材料張力時輪胎偏斜。作業(yè)機器輪胎可包括漸進的彈性、或偏斜率，意思是在較高徑向負載時硬度大于在較低徑向負載時。這有助于輪胎支承負載而不在相對高的徑向負載時使空腔塌陷。但是，當輪胎過載時，空腔可塌陷使得兩壁部分彼此接觸，且徑向負載將通過橡膠與橡膠接觸而被吸收來為給定的輪胎張力設置最大張力上限。例如，對于優(yōu)選實施例的作業(yè)機器輪胎10，空腔15在約6000磅時發(fā)生過載保護塌陷。較佳地，對特定輪胎、作業(yè)機器和應用，空腔在預期負載范圍內(nèi)不塌陷。
參見圖9，示出了按照本公開作業(yè)機器輪胎的偏斜(D)與徑向負載(L)關系的曲線圖。偏斜(D)沿x軸線以英寸表示，且徑向負載(L)沿y軸線以磅示出。曲線向上的凹度表示優(yōu)選的漸進彈性率。作業(yè)機器輪胎10較佳地包括在約每1000磅，至少4000磅負載0.3英寸的剎車駕駛實例中的平均偏斜率28。常規(guī)實心、非充氣輪胎的偏斜率29是約每1000磅0.5英寸。盡管常規(guī)充氣輪胎的偏斜率30大于作業(yè)機器輪胎的偏斜率28，但作業(yè)機器輪胎10的偏斜率28更接近于充氣輪胎的偏斜率30而不是實心輪胎的偏斜率29。
工業(yè)應用參見圖1-9和表1，本發(fā)明的操作將對優(yōu)選實施例的作業(yè)機器輪胎10進行討論。但本技術領域的技術人員會理解本發(fā)明的操作類似于各實施例示出的作業(yè)機器輪胎10、110、210、310、410和510。此外，盡管本發(fā)明的操作將對于用于剎車駕駛裝載設備的31英寸直徑的作業(yè)機器輪胎10進行討論，本技術領域的技術人員會理解，本發(fā)明的操作類似于用于各種作業(yè)機器的各種尺寸的作業(yè)機器輪胎。
盡管非承壓空腔的實際數(shù)量、體積、形狀和角度可能在不同作業(yè)機器應用的不同尺寸輪胎中變化，在本發(fā)明的每個示出形式，材料體積大于總空間體積的1.5倍，且第一空腔徑向帶16、116、216、316、416和516相對通過的半徑正角定向且第二空腔徑向帶17、117、217、317、417和517相對通過的半徑負角定向。
在剎車駕駛裝載設備的正常操作中，作業(yè)機器輪胎10將經(jīng)受預期范圍的徑向負載。在該范圍的徑向負載下，多個空腔15周圍的材料主要通過彎曲，而不是通過純壓力或拉力來吸收徑向負載，由此保持材料上相對低的最大張力。
通過彎曲限定空腔15的材料作業(yè)機器輪胎10的偏斜會引起與底面更大的接觸面積，它提供了增加的摩擦力。由于在作業(yè)機器正常操作時空腔15周圍的彎曲，作業(yè)機器輪胎10將具有與充氣輪胎而不是實心輪胎更可比的硬度，且因此，提供作業(yè)機器操作員以相對平穩(wěn)的乘坐。如圖9所示，作業(yè)機器10在4000磅下的偏斜率28更類似于常規(guī)充氣輪胎的偏斜率30而不是常規(guī)實心輪胎的偏斜率29。
但是，在剎車駕駛裝載設備的操作中，徑向負載越大，材料張力越大。盡管作業(yè)機器輪胎10較佳地包括每1000磅至4000磅0.3英寸的偏斜率，作業(yè)機器輪胎10包括為作業(yè)機器輪胎和剎車駕駛裝載設備提供保護的漸進的彈性率。因此作業(yè)機器輪胎10在較高徑向負載下變得更硬。因為作業(yè)機器輪胎在較高負載下更硬，空腔15可在較高徑向負載下保持打開。但是，在過載點，如優(yōu)選實施例所示為6000磅，空腔15將塌陷，且橡膠與橡膠接觸將吸收過載。塌陷將限制施加在材料上的張力。
在剎車駕駛裝載設備操作時，有某種情況，如停止剎車駕駛裝載設備的向前運動，這可在操作機械輪胎10上產(chǎn)生切向力。這些切向力也可在通常工作循環(huán)中由于挖掘、推動、牽引等的摩擦力產(chǎn)生。環(huán)繞空腔15的材料以相對角度定向可彎曲吸收切向力。盡管每個空腔徑向帶16和17將在它們的相應角度方向具有抗扭剛度偏置，在負角的第二空腔徑向帶17可抵消在正角的第一空腔徑向帶16的抗扭剛度偏置，反之亦然。因此，扭矩不會根據(jù)扭矩的切向力是否在向前方向或相反方向，將輪胎10的外部相對輪胎10的內(nèi)部移動不同的量。空腔15的相對角為作業(yè)機器輪胎提供平衡的順時針和逆時針抗扭剛度。
為了達到所要求的行駛而維持在徑向負載下的耐用性和作業(yè)機器輪胎的胎面深度，可改變相對總空間體積的材料體積。在選擇優(yōu)選實施例時作了其它考慮，包括行駛相對充氣輪胎類似程度的估計，是否有同樣的側面穩(wěn)定性(即不比充氣輪胎差)，浮動和摩擦力是否接近充氣輪胎。其它考慮包括最大化抗扭剛度、最小化彈性張力和最后，最大化空腔塌陷時的徑向負載。盡管本發(fā)明考慮的所有作業(yè)機器輪胎具有的材料體積相對空間體積比例大于1.5，在優(yōu)選實施例中用于剎車駕駛裝載設備的作業(yè)機器輪胎10中，材料體積約為總空間體積的兩倍。
如表1所示，可通過改變空腔15的尺寸、角度和數(shù)量改變材料體積相對總的空間體積。例如，第一、第二和第三實施例的作業(yè)機器輪胎10、110、210具有不同的材料體積相對總空間體積比例，因為空腔15、115、215的尺寸而不是數(shù)量在作業(yè)機器輪胎10、110和210中不同。盡管要求相對低的硬度，硬度和張力的增加受到正常操作徑向負載和所要求的胎面深度的限制。正常操作負載越大，需要的材料體積相對總空間體積比例越大。硬度的下降受到所要求的胎面深度的限制。盡管由于摩擦和磨損要求胎面的最大深度，胎面越深，需要的外部空腔帶和輪胎外徑之間的徑向面積越大。因此，為了使輪胎包括相對深的胎面，空腔可能需要減小尺寸或者彼此更加緊湊。在優(yōu)選實施例中，胎面21的深度22是1.74英寸。綜上所述，這通常是一個目標以最大化胎面深度而同時保持相對低的硬度和材料張力。
此外，本技術領域的技術人員會理解，本發(fā)明考慮了通過相對的空腔徑向帶用于限制抗扭剛度偏置的各種方法。在優(yōu)選實施例中，空腔徑向帶16和17相對角度不同，相對穿過空腔中心的徑向線為63°正角和52°負角，但多個空腔15中的每個空腔具有統(tǒng)一的形狀和尺寸，其可包括一錐形。每個空腔15具有由寬度約0.9英寸的彎曲部分或拱形15b分開的直部分或可偏斜壁部分15a?？涨豢傞L度約2.3英寸。但本發(fā)明考慮了抗扭剛度偏置通過改變空腔15的角度、尺寸、數(shù)量和形狀而抵消。例如，抗扭剛度偏置還可通過具有同樣正角和負角的但不同尺寸和/或形狀的徑向帶抵消。有各種為作業(yè)機器輪胎提供平衡的順時針和逆時針抗扭剛度的形狀。減少抗扭剛度偏置可防止或減少作業(yè)機器在垂直負載變化時不受控制的向前/反向移動。除了該同樣因素可用于防止或降低由于向前或反向扭矩不受控制的垂直移動。還需要提供適應向前和反向扭矩同樣的位移。最后，還需要當向前/反向驅動扭矩施加時在空腔周圍材料中平衡張力。
本發(fā)明是有利的，因為它提供了耐用的作業(yè)機器輪胎，所述輪胎為作業(yè)機器駕駛員、作業(yè)機器和負載提供了相對平穩(wěn)的乘坐。因為徑向中間區(qū)域12的材料體積大于多個空腔15總空間體積的1.5倍，作業(yè)機器輪胎可提供作業(yè)機器輪胎在荒蕪環(huán)境和在相對重的負載所要求的耐用性。但是，因為作業(yè)機器輪胎10限定了多個空腔15，橡膠在負載下通?？蓮澢?，而不是純粹地壓力或拉力。因此，作業(yè)機器輪胎10還可在更低的橡膠張力下提供更好的偏斜，產(chǎn)生更溫和的行駛。此外，空腔徑向帶16和17相對相應通過的半徑正角和負角定向可彼此抵消抗扭剛度偏置。因此，空腔15周圍的材料可吸收作用在輪胎10上的切向力而限制在加速、減速、和由于正常工作循環(huán)的扭矩時期輪胎的外部相對于內(nèi)部旋轉。
本發(fā)明是有利的還因為作業(yè)機器輪胎10和作業(yè)機器受到過載保護。因為作業(yè)機器輪胎10包括漸進的偏斜率，在更高徑向負載下增加的硬度使得空腔15在較高徑向負載下保持打開。但當輪胎經(jīng)受過載情況時，作業(yè)機器輪胎10將通過使空腔15塌陷來限制材料張力。橡膠與橡膠接觸可吸收過載但這時輪胎表現(xiàn)為更象實心輪胎。
此外，本發(fā)明是有利的，因為可調(diào)整徑向中間區(qū)域的尺寸來適應具體作業(yè)機器輪胎所要求的操作目的。在胎面深度和張力和硬度中間的折衷可通過調(diào)整材料體積相對總空間體積比例來調(diào)整。此外，可調(diào)整空腔的角度、尺寸、數(shù)量和形狀來充分抵消空腔徑向帶的抗扭剛度偏置并產(chǎn)生其它已知的性能特征。
應當理解，以上說明僅用于說明目的，并不意指以任何方式限制本發(fā)明的范圍。因此本技術領域的技術人員會理解，本發(fā)明的其它方面、目的和優(yōu)點可從附圖、說明書和所附權利要求的研究中得到。
權利要求
1.一種作業(yè)機器輪胎(10、110、210、310、410、510)，包括彈性體材料制成的環(huán)形本體(11、111、211、311、411)，所述環(huán)形本體包括徑向中間區(qū)域(12、112、212、312、412、512)，其具有材料體積并限定具有總空間體積的多個非承壓空腔，且多個非承壓空腔分布成包括第一空腔徑向帶(16、116、216、316、416、516)和第二空腔徑向帶(17、117、217、317、417、517)的圖形；所述第一空腔徑向帶(16、116、216、316、416、516)的每個空腔相對通過的半徑正角定向；所述第二空腔徑向帶(17、117、217、317、417、517)的每個空腔相對通過的半徑負角定向；以及所述材料體積大于所述總空間體積的1.5倍。
2.如權利要求1所述的作業(yè)機器輪胎(10、110、210、310、410、510)，其特征在于，至少至4000磅負載的情況下，具有每1000磅約0.3英寸的平均偏斜率。
3.如權利要求1所述的作業(yè)機器輪胎(10、110、210、310、410、510)，其特征在于，所述非承壓空腔各具有平行于輪胎旋轉軸線(18)的對稱軸線；所述非承壓空腔具有統(tǒng)一的形狀和體積；以及每個所述徑向帶具有20個空腔。
4.如權利要求1所述的作業(yè)機器輪胎(10、110、210、310、410、510)，其特征在于，所述非承壓空腔各具有帶有周界(25)的截面形狀，所述周界包括由一對彎曲段(25b、125b、225b、325b、425b)分開的一對平直段(25a、125a、225a、325a、425a)。
5.如權利要求1所述的作業(yè)機器輪胎(10、110、210、310、410、510)，其特征在于，包括將所述非承壓空腔與輪胎周圍空間分開的至少一個阻擋物(27)。
6.如權利要求1所述的作業(yè)機器輪胎(10、110、210、310、410、510)，其特征在于，所述第一空腔徑向帶(16、116、216、316、416、516)包括內(nèi)部空腔帶和圍繞旋轉軸線(18)相對于所述內(nèi)部空腔帶是異相的外部空腔帶。
7.如權利要求1所述的作業(yè)機器輪胎(10、110、210、310、410、510)，其特征在于，所述材料體積約為所述總空間體積的兩倍。
8.如權利要求1所述的作業(yè)機器輪胎(10、110、210、310、410、510)，其特征在于，所述環(huán)形本體(11、111、211、311、411)包括鄰近所述中間區(qū)域的沒有空腔的徑向外部區(qū)域，所述徑向外部區(qū)域包括暴露的、不接觸路面的胎面花紋；以及所述不接觸路面的胎面花紋具有至少1英寸的胎面深度。
9.一種輪胎，包括彈性體材料制成的環(huán)形本體(11、111、211、311、411)，所述環(huán)形體包括限定多個非承壓空腔的徑向中間區(qū)域(12、112、212、312、412、512)，所述多個非承壓空腔分布成包括第一空腔徑向帶(16、116、216、316、416、516)和第二空腔徑向帶(17、117、217、317、417、517)的圖形；所述第一空腔徑向帶(16、116、216、316、416、516)的每個空腔相對通過的半徑正角定向；所述第二空腔徑向帶(17、117、217、317、417、517)的每個空腔相對通過的半徑負角定向；以及所述多個空腔的每個由通過第一和第二可偏斜壁部分連接的第一和第二拱形限定。
10.如權利要求9所述的輪胎，其特征在于，所述多個空腔定尺寸和設置成使得徑向負載引起所述第一和第二壁部分在鄰近所述徑向負載的區(qū)域朝向彼此偏斜。
全文摘要
一種作業(yè)機器輪胎(10)包括彈性材料制成的環(huán)形本體(11)，所述環(huán)形本體包括中間徑向區(qū)域(12)。由中間徑向區(qū)域限定多個非承壓空腔且分布成包括第一空腔徑向帶(16)和第二空腔徑向帶(17)的圖形。第一空腔徑向帶(16)的每個空腔相對通過的半徑正角定向，且第二空腔徑向帶(17)的每個空腔相對通過的半徑負角定向。中間徑向區(qū)域(12)的材料體積大于多個空腔(15)總空間體積的1.5倍。
文檔編號B60C7/12GK1964857SQ200580018109
公開日2007年5月16日 申請日期2005年4月11日 優(yōu)先權日2004年6月9日
發(fā)明者D·J·貝克爾, E·Y·格林伯格, S·I·馬修 申請人:卡特彼勒公司