CN102812177A - 具有预成型钢丝的敞开式越野轮胎钢绳 - Google Patents

Abstract

用于加强橡胶制品的钢绳（10）包括至少一根钢丝股（12）和多根外部钢丝股（14），外部钢丝股（14）螺旋扭绞在至少一根芯部钢丝股（12）周围。每根钢丝股（12，14）包括m根芯部钢丝和n根外部钢丝。在芯部钢丝股中的芯部钢丝的直径为Dcc，在芯部钢丝股中的外部钢丝的直径为Doc，在外部钢丝股中的芯部钢丝的直径为Dco，在外部钢丝股中的外部钢丝的直径为Doo。Dcc/Doc的比值不小于1.04，Dco/Doo的比值不小于1.03，并且Doc/Dco的比值不小于1。芯部钢丝和外部钢丝在扭绞成钢丝股之前进行多边形预成形。该钢绳用于加强越野轮胎。

Description

具有预成型钢丝的敞开式越野轮胎钢绳

技术领域

本发明涉及用于加强橡胶制品的钢绳。本发明还涉及由该钢绳加强的越野轮胎。

背景技术

越野轮胎（OTR轮胎）包括用于建筑车辆例如轮式装载机、平地机、挖沟机等以及大型矿用卡车的轮胎。这种轮胎总是用作重载轮胎。加强OTR轮胎的钢绳包括多根钢丝股。钢绳通常具有结构为m+n的多根钢丝股。结构“m+n”意味着，该钢丝股具有m根芯部钢丝和扭绞在芯部钢丝周围的n根外部钢丝。用于加强OTR轮胎的钢绳总是需要具有高强度以承受重负载。

由于其特殊用途，OTR轮胎通常大而重。因此钢绳必须厚重以具有足够强度来加强这种OTR轮胎。但是这会带来另一个问题，油耗高。用户强烈期望轻型OTR轮胎。降低轮胎重量通常有两种方式，一种方式是降低钢绳的重量，而另一种方式是降低橡胶材料的重量。迄今为止，在不降低其强度的情况下获得更轻的OTR轮胎非常困难。

另一方面，用于加强OTR轮胎的钢绳（OTR钢绳）尤其需要橡胶渗透性。对于其高价格而言，需要OTR钢绳对于用户而言具有长使用寿命以降低成本。通常，橡胶渗透性是在评价钢绳质量中最重要的因素。如果橡胶渗透性好，则在钢丝之间的摩擦较低，并且钢丝的磨损较低，则钢绳的耐疲劳性好，因此OTR钢绳的使用寿命长。但是由于多钢丝股结构，OTR钢绳往往不能获得高橡胶渗透性。对于通常的OTR钢绳而言，钢丝相互接触以构成紧凑的结构，因此在各根钢丝之间没有任何间隙或空间让橡胶渗透到其中。橡胶非常难以渗透到OTR钢绳的中央。

EP2065511A披露了包括有以相同节距沿着相同方向扭绞在一起的多根钢丝股。它具有中央结构和至少一个外层。中央结构具有至少两根钢丝股，并且每根钢丝股具有至少7根钢丝。为了获得良好的耐疲劳性，紧致地制造出钢绳。由于这些钢丝相互接触，所以没有任何空间让橡胶渗透到其中。这种钢绳的橡胶渗透性不够好，从而难以确保其长使用寿命。

WO95/16818披露了在钢丝上进行预成形。将钢丝预成形为多边形以沿着钢丝长度获得与纵向轴线垂直的具有不同曲率半径的不同弯曲。该专利文献不仅详细描述了将多边形预成形的钢丝如何用在OTR钢绳中。由于多边形预成形，钢丝的强度在预成形之后降低。从这方面看，这种预成形钢丝不是很适合用来加强OTR轮胎。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的问题。

本发明的另一个目的在于提供橡胶渗透性高并且重量轻的钢绳。

本发明的再一个目的在于提供由钢绳加强的越野轮胎。

根据本发明，用于加强橡胶制品的钢绳包括芯部钢丝股和外部钢丝股，外部钢丝股螺旋扭绞在芯部钢丝股周围。包括芯部钢丝股和外部钢丝股在内的每根钢丝股包括m根芯部钢丝和n根外部钢丝，这些钢丝的碳含量不小于0.7%。外部钢丝螺旋扭绞在芯部钢丝周围。在芯部钢丝股中的芯部钢丝的直径为Dcc，在芯部钢丝股中的外部钢丝的直径为Doc，在外部钢丝股中的芯部钢丝的直径为Dco，在外部钢丝股中的外部钢丝的直径为Doo。Dcc/Doc的比值不小于1.04，Dco/Doo的比值不小于1.03，并且Doc/Dco的比值不小于1。芯部钢丝和外部钢丝在扭绞成钢丝股之前预成形为多边形。

为了获得良好的橡胶渗透性，靠近钢绳中央的钢丝其直径更大，并且远离钢绳中央的钢丝其直径更小。优选的是，Dcc>Doc≥Dco>Doo。由于在芯部钢丝股中的芯部钢丝其直径更大，所以在芯部钢丝股中的外部钢丝不能覆盖在芯部钢丝股中的芯部钢丝的所有表面。因此，在芯部钢丝股中的钢丝之间将存在许多间隙或空间。同时，对于外部钢丝股而言，芯部钢丝其直径大于在外部钢丝股中的外部钢丝，因此外部钢丝不能覆盖芯部钢丝的所有表面。在外部钢丝股中的钢丝之间也将存在大量间隙或空间。在橡胶硫化过程期间，橡胶能够渗透到每根钢丝股中。由这种钢绳加强的橡胶制品的使用寿命大大延长。

优选的是，Dcc/Doc的比值不小于1.06。Dcc/Doc的比值越大，则橡胶渗透性越好。更优选的是，Dcc/Doc的比值为1.06至1.14。

优选的是，Dco/Doo的比值不小于1.07。Dco/Doo的比值越大，则橡胶渗透性越好。更优选的是，Dco/Doo的比值为1.07至1.15。

Doc/Dco的比值不小于1。这意味着，芯部钢丝股的外部钢丝的直径不小于外部钢丝股的芯部钢丝的直径。因此芯部钢丝股的直径大于外部钢丝股的直径。同样，在外部钢丝股和芯部钢丝股之间将存在足够的间隙或空间以确保橡胶在这些钢丝股之间渗透。

在钢丝股中的所有钢丝在扭绞成钢绳之前预成形为多边形。因此，钢绳不是紧致的钢绳。在这些钢丝之间的间隙足够大。该钢绳具有优异的橡胶渗透性能。

WO95/16816披露了多边形预成形钢丝。多边形预成形是在与纵向中央轴线垂直的平面上赋予钢丝凸出部的预成形过程。这些凸出部采用曲线的形式，这些曲线为具有在最大和最小之间交替的曲率半径的凸形曲线。预成形钢丝的曲率半径在两个极限值之间交替：在给出最大弯曲的位置处的最小值和在给出最小弯曲的位置处的最大值。由于钢丝围绕着其自身纵向轴线转动，所以钢丝的曲率半径总是沿着钢丝的中央轴线方向指向。这意味着，该多边形具有凸形形式。换句话说，钢丝的塑性拉伸区域总是径向向外，而塑性压缩区域径向向内。

随着曲率半径减小，钢丝的强度损失逐渐增大，但是包括这些钢丝的钢绳的橡胶渗透性随着在这些钢丝之间的间隙不断扩大而也逐渐增大。对于多边形预成形的钢丝而言，曲率半径由最终产品的性能要求决定。

但是，与理论上不同的是，多边形预成形的钢丝给最终钢绳带来好处。钢绳的橡胶渗透性将大大改善，且不会大大降低强度。

通常，对于钢丝股而言，芯部钢丝的直径大于外部钢丝的直径，外部钢丝之间的间隙随着芯部钢丝和外部钢丝的直径差而扩大。直径差越大，则间隙越大。

与由没有任何预成形的钢丝构成的钢丝股相比，该钢丝股在由直径与普通钢丝相同的多边形预成形钢丝构成时将具有更大的间隙。

因此，首先，为了照常保持相同的间隙并且不改变外部钢丝的直径，直径差可以小于通常的直径差。这意味着，芯部钢丝的直径在采用多边形预成形钢丝来形成钢丝股时可以更小。最终钢绳的直径将更小。直径越小，则钢绳将更轻。轮胎也将更轻。燃料费用将更少。

另外，为了照常获得相同的间隙并且不改变芯部钢丝的直径，具有多边形预成形的外部钢丝的直径可以小于普通的钢丝。这样钢绳的重量将更小。轮胎也将更轻。燃料费用将更少。

另外，为了照常保持芯部钢丝和外部钢丝的相同直径，间隙在采用多边形预成形钢丝时将扩大。橡胶将很容易渗透到钢绳中。在钢丝之间的磨损将降低。钢绳的使用寿命将提高。

总而言之，多边形预成形钢丝给最终钢绳带来两个优点，一个是直径更小，并且另一个是橡胶渗透性更好。

多边形预成形钢丝在扭绞成钢丝股之前螺旋扭绞。钢丝股的扭绞方向与钢丝的扭绞方向相同。所有钢丝股具有相同的扭绞方向。这样包括芯部钢丝股和外部钢丝股的钢丝股扭绞成钢绳。钢绳的扭绞方向可以与钢丝股的扭绞方向相同或不同。例如，扭绞方向可以为S/S/S/S/S或S/S/S/S/Z。

因此，外部钢丝螺旋扭绞在芯部钢丝周围，并且外部钢丝股螺旋扭绞在芯部钢丝股周围。

优选的是，钢绳的扭绞方向与钢丝股的扭绞方向不同，即S/S/S/S/Z。因此，钢绳的刚度将好于其扭绞方向与钢丝股相同的钢绳。同样，钢绳的耐疲劳性将更好。

为了加强OTR轮胎，钢绳由包括芯部钢丝股和外部钢丝股的多根钢丝股构成以使得其强度足够高。通常的做法是通过增加钢丝股的数量和钢丝的数量来改善钢绳的强度。

优选的是，芯部钢丝股的数量为1至2。更优选的是，芯部钢丝股的数量为1。

优选的是，外部钢丝股的数量为5至9。更优选的是，外部钢丝股的数量为6。

根据本发明，每根钢丝股包括m根芯部钢丝和n根外部钢丝。

优选的是，m为2至4。更优选的是，m为3。

优选的是，n为6至12。更优选的是，n为9。

最优选的是，n为m+4至m+10。

优选的钢绳具有1×（3+9）+6×（3+9）、2×（2+8）+8×（2+8）、1×（2+9）+7×（2+9）或1×（2+8）+6×（2+8）、2×（3+8）+7×（3+8）、2×（3+9）+7×（3+9）、2×（2+8）+6×（2+8）、2×（3+9）+8×（3+9）的结构。

为了获得高拉伸强度钢绳，钢丝的拉伸强度TS满足：TS≥3800-2000D，其中D为所述钢丝的直径（mm）。优选的是，TS≥4000-2000D。

在钢绳上可以扭绞有外缠钢丝或者没有。优选的是，没有任何外缠钢丝。由于没有外缠钢丝，钢绳的直径将小于具有外缠钢丝的钢绳。钢绳的重量将更小。燃料成本将降低。

根据本发明，钢绳具有非常好的橡胶渗透性、小直径和良好的耐疲劳性，同时不会大大降低其强度。另外，在将该钢绳用于加强橡胶轮胎时，它表现出良好的节油性。该钢绳用于加强橡胶制品例如输送带、橡胶轮胎和橡胶履带。优选的是，该钢绳用于加强越野轮胎。

附图说明

图1显示出具有1×（3+9）+6×（3+9）结构的本发明钢绳的剖视图。

图2显示出具有1×（3+9）+6×（3+9）结构的现有技术钢绳的剖视图。

图3显示出具有1×（3+9）+6×（3+9）+1结构的现有技术钢绳的剖视图。

图4显示出多边形预成形钢丝的侧视图。

图5显示出多边形预成形钢丝的剖视图。

图6显示出在本发明钢绳和现有技术钢绳之间的耐疲劳性比较。

图7显示出具有1×（3+9）+6×（3+9）+1结构的本发明钢绳的剖视图。

图8显示出具有1×（2+8）+6×（2+8）结构的本发明钢绳的剖视图。

具体实施方式

多边形预成形钢丝可以如下制造出。

线材组分含量为0.70%-1.10%的碳、0.40%-0.70%的镁、0.15%-0.30%的硅、最大0.03%的硫、最大0.30%的磷，所有百分比都为重量百分比。除了对于非常高拉伸强度而言之外，通常还有铜、镍、铝、钛和氮和/或铬，其含量只是微量。

首先通过机械除锈和/或通过在H₂SO₄或HCl溶液中进行化学酸洗来清洗线材以便去除位于表面上的氧化物。然后将线材在水中漂洗，然后干燥。然后对经干燥的线材进行第一组干拉拔操作以便减小直径直到第一中间直径。

在该第一中间直径处，例如在大约3.0至3.5mm处，对干拉拔钢丝进行第一中间热处理，被称为退火处理。然后该钢丝准备进行下一步机械变形。

之后，在第二组减径步骤中从第一中间直径开始将钢丝进一步干拉拔至第二中间直径。第二直径通常为1.0mm至2.5mm。

在该第二中间直径处，对钢丝进行第二退火处理以便能够转变成珠光体。

在该第二退火处理之后，将钢丝涂覆黄铜镀层：将铜镀覆在钢丝上并且将锌镀覆在铜上。进行热扩散处理以形成黄铜镀层。

另外，钢丝可以在黄铜镀层上涂覆有机功能硅烷涂层。

然后通过湿拉拔机对钢丝进行最终一组减径工序。最终产品为其碳含量高于0.60wt%、其拉伸强度通常高于3800-2000D Mpa并且适用于橡胶制品加强的圆形钢丝。

用于加强轮胎的圆形钢丝通常其最终直径为0.10mm至0.60mm，例如0.20mm至0.40mm。钢丝直径的示例为0.20mm、0.22mm、0.245mm、0.28mm、0.30mm、0.32mm、0.35mm、0.38mm、0.40mm。

然后该圆形钢丝通过变形装置以进行多边形预成形。WO95/16816披露了有关制造这种预成形的过程的详细说明。因此，生产出多边形预成形的钢丝。

在图4和5中显示出多边形预成形的钢丝16。图4显示出钢丝16的侧视图。沿着钢丝16的长度具有纵向中央轴线2。X轴与轴线2平行，而Y轴和Z轴位于与轴线2垂直的平面中。图5显示出钢丝16的剖视图。多边形预成形采取具有圆形边缘的曲线形式而不是通常的圆形形式，并且在Y和Z方向上的比例远大于在X方向上的比例。预成形钢丝的曲率半径在两个极限值之间交替变化：在给出最大弯曲部的位置处的最小值和在给出最小弯曲部的位置处的最大值。

然后，将已经扭绞在一起的芯部钢丝和外部钢丝引导至双扭绞机或具有两个锭翼的合股机中。芯部钢丝从卷筒中引导出并且沿着第一锭翼行进，在那里它们沿着第一方向（例如S方向）进行两次扭绞。外部钢丝从其卷筒中解绕并且围绕着芯部钢丝引导。然后具有外部钢丝的芯部钢丝沿着第二锭翼行进，在那里它们都沿着与第一方向相同的第二方向（例如S方向）进行两次扭绞。以同样的方式制造出由具有不同直径的钢丝构成的芯部和外部钢丝股。

然后，通过并捻将芯部钢丝股和外部钢丝股扭绞成钢绳。芯部钢丝股保持扭绞方向（例如S方向），并且外部钢丝股保持扭绞方向或不保持（例如S方向或Z方向）。

在图1中显示出第一优选实施方案。钢绳10具有1×（3+9）+6×（3+9）的结构。钢绳10由一根芯部钢丝股12和六根外部钢丝股14构成。芯部钢丝股12由三根芯部钢丝16和九根外部钢丝18构成。每根外部钢丝股14由三根芯部钢丝20和九根外部钢丝22构成。钢丝16的直径Dcc₁₀为0.32mm。钢丝18的直径Doc₁₀为0.30mm。钢丝20的直径Dco₁₀为0.30mm。钢丝22的直径Doo₁₀为0.28mm。钢丝16、18、20和22在扭绞成钢丝股之前进行多边形预成形。扭绞方向为S/S/S/S/Z。

在图2中显示出比较用的现有技术钢绳。该钢绳24具有1×（3+9）+6×（3+9）的结构。该钢绳24由一根芯部钢丝股26和六根外部钢丝股28构成。每根钢丝股由三根芯部钢丝30和九根外部钢丝30构成。钢丝30的直径为0.30mm。钢丝30在扭绞成钢丝股之前没有进行任何预成形。扭绞方向为S/S/S/S/Z。

在图3中显示出比较用的现有技术钢绳。该钢绳32具有1×（3+9）+6×（3+9）+1的结构。该钢绳32由一根芯部钢丝股26、六根外部钢丝股28和一根外缠钢丝34构成。每根钢丝股由三根芯部钢丝30和九根外部钢丝30构成。钢丝30的直径为0.30mm。外缠钢丝34其直径为0.20mm。钢丝30在扭绞成钢丝股之前没有进行任何预成形。扭绞方向为S/S/S/S/Z。

橡胶渗透性为嵌入有钢绳的橡胶制品的重要性能。对于本发明而言，通过在嵌入有钢绳的橡胶层上采用透气性方法测量出橡胶渗透性。

在本发明钢绳10和比较用的现有技术钢绳28之间进行一个测试。下表1总结了测试结果。

表1

	钢绳10	现有技术钢绳24
			钢绳直径（mm）	3.58	3.82
橡胶渗透性(%)	100	30

上表1显示出本发明钢绳10的钢绳直径小于现有技术的钢绳。因此表示在两根钢绳之间的距离的橡胶桥更小。随着橡胶桥减小，橡胶材料的重量大大减轻。橡胶轮胎的重量减小，且不会大大减小钢绳重量。另外，本发明的橡胶渗透性远好于现有技术。

在本发明的钢绳10和比较用的现有技术钢绳32之间进行另一个测试。下表2总结了测试结果。

	钢绳10	现有技术钢绳32
			钢绳直径（mm）	3.58	4.11
断裂负载（N）	14000	15000
			层重量（%）	95	100
橡胶渗透性(%）	100	25

上表2显示出本发明钢绳10的钢绳直径小于现有技术，且不会大大减小断裂负载。嵌入有本发明钢绳的橡胶层的重量小于现有技术。橡胶渗透性远好于现有技术。

这两个测试都表明，本发明改善了钢绳的橡胶渗透性能。橡胶制品的重量也逐渐减小，并且这将为用户节约大量成本，例如橡胶材料以及甚至燃料。

另一个测试是在本发明钢绳10和现有技术钢绳32之间进行耐疲劳性比较。图6显示出比较结果。曲线4显示出本发明钢绳10的耐疲劳性能，并且曲线6显示出现有技术钢绳32的耐疲劳性能。从图6中可以明显看出，本发明钢绳的耐疲劳性远好于现有技术钢绳。

在图7中显示出第二优选实施方案。该钢绳36具有1×（3+9）+6×（3+9）+1的结构。该钢绳36由一根芯部钢丝股12、六根外部钢丝股14和一根外缠钢丝38构成。芯部钢丝股12由三根芯部钢丝16和九根外部钢丝18构成。每根外部钢丝股14由三根芯部钢丝20和九根外部钢丝22构成。钢丝16的直径Dcc₃₆为0.32mm。钢丝18的直径Doc₃₆为0.30mm。钢丝20的直径Dco₃₆为0.30mm。钢丝22的直径Doo₃₆为0.28mm。外缠钢丝38其直径为0.20mm。钢丝16、18、20和22在扭绞成钢丝股之前进行多边形预成形。扭绞方向为S/S/S/S/Z。

在图8中显示出第三优选实施方案。该钢绳40具有1×（2+8）+6×（2+8）的结构。该钢绳40由一根芯部钢丝股42和六根外部钢丝股44构成。芯部钢丝股42由两根芯部钢丝46和八根外部钢丝48构成。每根外部钢丝股44由两根芯部钢丝50和八根外部钢丝52构成。钢丝46的直径Dcc₄₀为0.34mm。钢丝48的直径Doc₄₀为0.31mm。钢丝50的直径Dco₃₆为0.30mm。钢丝52的直径Doo₄₀为0.27mm。钢丝46、48、50和52在扭绞成钢丝股之前进行多边形预成形。扭绞方向为S/S/S/S/S。

第四优选实施方案为具有1×（3+8）+7×（3+8）的结构的钢绳。在芯部钢丝股中的芯部钢丝的直径为0.33mm。在芯部钢丝股中的外部钢丝的直径为0.31mm。在外部钢丝股中的芯部钢丝的直径为0.31mm。在外部钢丝股中的外部钢丝的直径为0.27mm。外缠钢丝的直径为0.18mm。所有钢丝在扭绞成钢丝股之前进行多边形预成形。扭绞方向为S/S/S/S/S。

Claims (15)

1.一种用于加强橡胶制品的钢绳，其包括芯部钢丝股和外部钢丝股，所述外部钢丝股螺旋扭绞在所述芯部钢丝股周围，每根芯部钢丝股和外部钢丝股包括m根芯部钢丝和n根外部钢丝，这些钢丝的碳含量不小于0.7%，所述外部钢丝螺旋扭绞在所述芯部钢丝周围，

在所述芯部钢丝股中的所述芯部钢丝的直径为Dcc，在所述芯部钢丝股中的所述外部钢丝的直径为Doc，在所述外部钢丝股中的所述芯部钢丝的直径为Dco，在所述外部钢丝股中的所述外部钢丝的直径为Doo，

其特征在于，Dcc/Doc的比值不小于1.04，Dco/Doo的比值不小于1.03，并且Doc/Dco的比值不小于1，所述芯部钢丝和所述外部钢丝在扭绞成钢丝股之前进行多边形预成形。

2.如权利要求1所述的用于加强橡胶制品的钢绳，其特征在于，Dcc/Doc的比值在1.06至1.14之间。

3.如权利要求1所述的用于加强橡胶制品的钢绳，其特征在于，Dco/Doo的比值在1.07至1.15之间。

4.如权利要求1至3中任一项所述的用于加强橡胶制品的钢绳，其特征在于，所述m在2至4之间。

5.如权利要求4所述的用于加强橡胶制品的钢绳，其特征在于，所述m为3。

6.如权利要求1至3中任一项所述的用于加强橡胶制品的钢绳，其特征在于，所述n在6至12之间。

7.如权利要求6所述的用于加强橡胶制品的钢绳，其特征在于，所述n为9。

8.如权利要求1至7中任一项所述的用于加强橡胶制品的钢绳，其特征在于，所述芯部钢丝股的数量为1或2。

9.如权利要求8所述的用于加强橡胶制品的钢绳，其特征在于，所述芯部钢丝股的数量为1。

10.如权利要求1至7中任一项所述的用于加强橡胶制品的钢绳，其特征在于，所述外部钢丝股的数量在5至9之间。

11.如权利要求10所述的用于加强橡胶制品的钢绳，其特征在于，所述外部钢丝股的数量为6。

12.如权利要求1至11中任一项所述的用于加强橡胶制品的钢绳，其特征在于，所述钢丝的拉伸强度TS满足：TS≥3800-2000D，其中所述D为单位为mm的所述钢丝的直径。

13.如权利要求1至12中任一项所述的用于加强橡胶制品的钢绳，其特征在于，所述钢绳的扭绞方向与所述钢丝股的扭绞方向不同。

14.如权利要求1至13中任一项所述的用于加强橡胶制品的钢绳，其特征在于，所述钢绳的扭绞方向与所述钢丝股的扭绞方向相同。

15.如前面权利要求中任一项所述的钢绳用于加强越野轮胎的用途。

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