Brevet FR3037532A1 — publié le 20161223

- 1 - [0001] La présente invention a pour objet un pneumatique radial, destiné à équiper un véhicule lourd de type génie civil, et concerne, plus particulièrement, sa bande de roulement. [0002] Selon la classification de la norme de la European Tyre and Rim Technical Organisation ou ETRTO, un pneumatique radial pour véhicule lourd de type génie civil est destiné à être monté sur une jante dont le diamètre est au moins égal à 25 pouces. Sans être limitée à ce type de produit, l'invention est décrite pour un pneumatique radial de grande dimension, destiné à être monté sur un véhicule de type dumper, destiné au transport de matériaux extraits de carrières ou de mines de surface. Par pneumatique radial de grande dimension, on entend un pneumatique destiné à être monté sur une jante dont le diamètre est au moins égal à 49 pouces et peut atteindre 57 pouces, voire 63 pouces. [0003] Sur les sites d'extraction de matériaux, tels que des minerais ou du charbon, l'usage d'un véhicule de type dumper consiste, de manière simplifiée, en une alternance de cycles aller en charge et de cycles retour à vide. Lors d'un cycle aller en charge, le véhicule chargé transporte, principalement en montée, les matériaux extraits depuis des zones de chargement au fond de la mine, ou fond du « pit », jusqu'à des zones de déchargement. Lors d'un cycle retour à vide, le véhicule à vide retourne, principalement en descente, vers les zones de chargement au fond de la mine. [0004] Compte tenu des faibles dimensions des zones de chargement et de déchargement, les véhicules sont contraints d'effectuer des manoeuvres pour charger ou décharger, et en particulier des demi-tours sur des trajectoires de très faibles rayons typiquement compris entre 12 m et 15 m, ce qui sollicite fortement les pneumatiques. [0005] En outre les pistes sur lesquelles roulent les véhicules sont constituées de matériaux en général issus de la mine, par exemple, des roches concassées, compactées et régulièrement arrosées pour garantir la tenue de la couche d'usure de la piste lors du passage des véhicules. [0006] La charge appliquée sur le pneumatique dépend à la fois de sa position sur le véhicule et du cycle d'usage du véhicule. A titre d'exemple, pour une pente d'environ 10%, lors d'un cycle aller de montée en charge, un tiers de la charge totale du véhicule 3037532 - 2 - est appliqué sur l'essieu avant, équipé généralement de deux pneumatiques en monte simple, et deux tiers de la charge totale du véhicule sont appliqués sur l'essieu arrière, équipé généralement de quatre pneumatiques en monte jumelée. Lors du cycle retour de descente à vide, pour une pente d'environ 10%, la moitié de la charge totale du véhicule 5 est appliquée sur l'essieu avant et la moitié de la charge totale du véhicule est appliquée sur l'essieu arrière. Les pneumatiques équipant les dumpers miniers sont, en règle générale, montés, en monte simple, sur l'essieu avant du véhicule pendant le premier tiers de leur vie, puis ensuite permutés, et montés, en monte jumelée, sur l'essieu arrière pour les deux tiers de vie restants. 10 [0007] Sur un plan économique, le transport des matériaux extraits peut représenter jusqu'à 50% des coûts d'exploitation de la mine, et la contribution des pneumatiques dans les coûts de transport est significative. Par conséquent limiter la vitesse d'usure des pneumatiques est un axe majeur de réduction des coûts d'exploitation. Du point de vue du fabricant de pneumatiques, développer des solutions techniques permettant de 15 réduire la vitesse d'usure est donc un objectif stratégique important. [0008] Les pneumatiques pour usage minier sont soumis à des sollicitations mécaniques fortes, à la fois au niveau local, lors du roulage sur des pistes recouvertes par des indenteurs, constitués par des cailloux dont la taille moyenne est typiquement comprise entre 1 pouce et 2.5 pouces, et au niveau global, lors du passage d'un couple important 20 sur des pentes comprises entre 8.5% ou 10%, et lors des demi-tours pour les manoeuvres de chargement et de déchargement. Ces sollicitations mécaniques conduisent à une usure relativement rapide des pneumatiques. [0009] Les solutions techniques envisagées à ce jour pour réduire la vitesse d'usure portent essentiellement sur la conception de la sculpture de la bande de roulement, sur le 25 choix des matériaux constitutifs de la bande de roulement, généralement des mélanges élastomériques, et sur l'optimisation de l'armature de sommet radialement intérieure à la bande de roulement. Par exemple, dans le domaine de la sculpture de la bande de roulement, le brevet WO 2004085175 propose l'utilisation d'une bande de roulement dont les éléments de sculpture présentent une inclinaison des faces avant et arrière 30 différenciées et variables dans la largeur de la bande de roulement pour générer des 3037532 - 3 - efforts de couplage dépendant de la charge appliquée, et ainsi modifier le point de fonctionnement du pneu en glissement et donc limiter les phénomènes d'usure. [0010] Un pneumatique ayant une géométrie de révolution par rapport à un axe de rotation, sa géométrie est décrite usuellement dans un plan méridien contenant l'axe de 5 rotation du pneumatique. Pour un plan méridien donné, les directions radiale, axiale et circonférentielle désignent respectivement les directions perpendiculaire à l'axe de rotation du pneumatique, parallèle à l'axe de rotation du pneumatique et perpendiculaire au plan méridien. Par convention, les expressions «radialement intérieur, respectivement radialement extérieur» signifient «plus proche, respectivement plus éloigné de l'axe de 10 rotation du pneumatique». Par «axialement intérieur, respectivement axialement extérieur», on entend «plus proche, respectivement plus éloigné du plan équatorial du pneumatique», le plan équatorial du pneumatique étant le plan passant par le milieu de la surface de roulement du pneumatique et perpendiculaire à l'axe de rotation du pneumatique. 15 [0011] Les inventeurs se sont donnés pour objectif de réduire la vitesse d'usure de la bande de roulement d'un pneumatique radial pour véhicule lourd de type génie civil soumis à de fortes sollicitations mécaniques induites par l'usage minier précédemment décrit. [0012] Cet objectif a été atteint, selon l'invention, par un pneumatique pour véhicule 20 lourd de type génie civil comprenant une bande de roulement, destinée à entrer en contact avec un sol, -la bande de roulement ayant une largeur axiale L et étant constituée par une superposition radiale d'une première portion et d'une deuxième portion radialement extérieure à la première portion, 25 -la première portion étant constituée par une superposition radiale de N couches Ch, i variant de 1 à N, -chaque couche Ch ayant une épaisseur radiale E1, mesurée dans un plan équatorial du pneumatique, sensiblement constante sur au moins 80% de la largeur axiale L de la bande de roulement, et étant constituée par un matériau polymérique Mis ayant un 30 module de cisaillement dynamique Gis, mesuré pour une fréquence égale à 10 Hz, une 3037532 - 4 - déformation égale à 50% de l'amplitude de déformation crête-crête et une température égale à 60°C, -la deuxième portion étant constituée par une couche unique C2, -la couche C2 ayant une épaisseur radiale E2, mesurée dans le plan équatorial du 5 pneumatique, sensiblement constante sur au moins 80% de la largeur axiale L de la bande de roulement, et étant constituée par un matériau polymérique M2 ayant un module de cisaillement dynamique G2, mesuré pour une fréquence égale à 10 Hz, une déformation égale à 50% de l'amplitude de déformation crête-crête et une température égale à 60°C, 10 -les relations suivantes étant simultanément vérifiées: a. 1/ (Ei/Gi+E2/G2) > Go/ (Ei+E2), avec E1 = E1, Gl= El/ (Eri-i E1 /G1i) avec En, E1, E2 en mm, G1. G1, G2 en MPa et avecl MPa Eimin = 25 mm 15 d. G2 > GO > Gi e. E2 Go/(Ei+E2), avec El = G1 = E1/01_1 E1 /Gii) avec E1, E1, E2 en mm, Gis, G1, G2 en MPa et avecl MPa Eimin = 25 mm signifie que l'épaisseur radiale équivalente El de la première portion radialement intérieure doit au moins être égale à une valeur minimale Eimin, égale à 25 mm et correspondant à la profondeur d'influence des indenteurs recouvrant usuellement les pistes de roulage. En d'autres termes, la 20 première portion radialement intérieure doit être suffisamment épaisse pour pouvoir avoir une souplesse suffisante garantissant un effet coussin permettant d'envelopper l'indenteur. [0029] La quatrième inégalité G2 > GO > G1 signifie que le module de cisaillement dynamique G2 de la deuxième portion doit être à la fois supérieur au module de 25 cisaillement dynamique Go de référence et au module de cisaillement dynamique équivalent G1 de la première portion, c'est-à-dire qu'il doit y avoir un gradient décroissant des modules de cisaillement dynamiques quand on passe de la deuxième portion à la première portion. [0030] La cinquième inégalité E2 0.5*Go est vérifiée. Ainsi le module de cisaillement dynamique équivalent G1 de la première portion radialement intérieure doit être supérieur à 0.5 fois le module de cisaillement dynamique Go du matériau polymérique unique, constitutif de la bande de roulement d'un pneumatique de l'état de 25 la technique, mesuré dans les mêmes conditions. Cette relation indique que module de cisaillement dynamique équivalent G1 ne doit pas être trop bas, pour garantir le respect de la première inégalité définie précédemment et une rigidité globale de la bande de roulement suffisante. [0034] Encore avantageusement la relation G2 E2min = 25 mm soit vérifiée. En d'autres termes, la deuxième portion radialement extérieure doit être suffisamment 5 épaisse, avec, en pratique, une épaisseur radiale E2 au moins égale à 25 mm, pour garantir une rigidité suffisante de cette deuxième portion radialement extérieure, en début de vie, lorsque le pneumatique est monté sur l'essieu avant du véhicule. [0036] Selon un autre mode de réalisation avantageux de l'invention, la relation 0.3 REVENDICATIONS1- Pneumatique (1) pour véhicule lourd de type génie civil comprenant une bande de roulement (2), destinée à entrer en contact avec un sol, -la bande de roulement ayant une largeur axiale L et étant constituée par une superposition radiale d'une première portion (21) et d'une deuxième portion (22) radialement extérieure à la première portion (21), -la première portion (21) étant constituée par une superposition radiale de N couches CH, i variant de 1 à N, -chaque couche Cie ayant une épaisseur radiale Eli, mesurée dans un plan équatorial (XZ) du pneumatique, sensiblement constante sur au moins 80% de la largeur axiale L de la bande de roulement (2), et étant constituée par un matériau polymérique Mn ayant un module de cisaillement dynamique Gis, mesuré pour une fréquence égale à 10 Hz, une déformation égale à 50% de l'amplitude de déformation crête-crête et une température égale à 60°C, -la deuxième portion (22) étant constituée par une couche unique C2, -la couche C2 ayant une épaisseur radiale E2, mesurée dans le plan équatorial (XZ) du pneumatique, sensiblement constante sur au moins 80% de la largeur axiale L de la bande de roulement (2), et étant constituée par un matériau polymérique M2 ayant un module de cisaillement dynamique G2, mesuré pour une fréquence égale à 10 Hz, une déformation égale à 50% de l'amplitude de déformation crête-crête et une température égale à 60°C, caractérisé en ce que les relations suivantes sont simultanément vérifiées: a. 1/(Ei/Gi+E2/G2) > Go/(Ei+E2), avec E1 = = /Gii) avec E1' Ei, E2 en mm, Gli, G1, G2 en MPa et avecl MPa Eimin = 25 mm d. G2> Go> Gi e. E2 2 - Pneumatique (1) pour véhicule lourd de type génie civil selon la revendication 1 dans lequel la relation G1 > 0.5*Go est vérifiée. 3 - Pneumatique (1) pour véhicule lourd de type génie civil selon l'une des revendications 1 ou 2 dans lequel la relation G2 4 - Pneumatique (1) pour véhicule lourd de type génie civil selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 dans lequel la relation E2 > E2min = 25 mm est vérifiée. 5 - Pneumatique (1) pour véhicule lourd de type génie civil selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 dans lequel la relation 0.3 6 - Pneumatique (1) pour véhicule lourd de type génie civil selon l'une quelconque des 10 revendications 1 à 5 dans lequel Go = 1.3 MPa. 7- Pneumatique (1) pour véhicule lourd de type génie civil selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 dans lequel chaque matériau polymérique Mis constitutif de chaque couche C1, de la première portion (21) est un mélange élastomérique. 8- Pneumatique (1) pour véhicule lourd de type génie civil selon l'une quelconque des 15 revendications 1 à 7 dans lequel le matériau polymérique M2 constitutif de la couche C2 de la deuxième portion (22) est un mélange élastomérique. 9- Pneumatique (1) pour véhicule lourd de type génie civil selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 dans lequel la première portion (21) est constituée par une superposition radiale de N couches Cl' avec N au plus égal 3, de préférence au plus 20 égal à 2. 10- Pneumatique (1) pour véhicule lourd de type génie civil selon l'une quelconque des revendications 1 à 9 dans lequel la première portion (21) est constituée par une couche unique Ci. 25