Brevet FR3089872A1 — publié le 20200619

Description Titre de l'invention : ARMATURE DE CARCASSE D'UN PNEUMATIQUE POUR VEHICULE LOURD DE TYPE GENIE CIVIL [pool j La présente invention a pour objet un pneumatique radial, destiné à équiper un véhicule lourd de type génie civil, et concerne plus particulièrement l'armature de carcasse d'un tel pneumatique. [0002] Typiquement un pneumatique radial pour véhicule lourd dc type génie civil, au sens de la norme de la European Tyre and Rim Technical Organisation ou ETRTO, est destiné à être monté sur une jante dont le diamètre est au moins égal à 25 pouces. Bien que non limitée à ce type d'application, l'invention est décrite pour un pneumatique radial de grande dimension, destiné à être monté sur un dumper, véhicule de transport de matériaux extraits de carrières ou de mines de surface, par l'intermédiaire d'une jante dont le diamètre est au moins égal à 35 pouces et peut atteindre 57 pouces, voire 63 pouces. [0003] Un pneumatique ayant une géométrie de révolution par rapport à un axe de rotation, la géométrie du pneumatique est généralement décrite dans un plan méridien contenant l'axe de 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. La direction circonférentielle est tangente à la circonférence du pneumatique. [0004] Dans ce qui suit, les expressions «radialement intérieur», respectivement «radialement extérieur» signifient «plus proche », respectivement «plus éloigné de l'axe de 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 et perpendiculaire à l'axe de rotation. [0005] De façon générale un pneumatique comprend une bande de roulement., destinée à venir en contact avec un sol par l'intermédiaire d'une surface de roulement, dont les deux extrémités axiales sont reliées par l'intermédiaire de deux flancs à deux bourrelets assurant la liaison mécanique entre le pneumatique et la jante sur laquelle il est destiné à être monté. [0006] Un pneumatique radial comprend en outre une armature de renforcement, constituée d'une armature de sommet, radialement intérieure à la bande de roulement, et d'une armature de carcasse, radialement intérieure à l'armature de sommet. Chaque armature 2 est constituée de couches composites comprenant des renforts parallèles enrobés dans un mélange élastique. [0007] En ce qui concerne les renforts métalliques, un renfort métallique est caractérisé mé- caniquement par une courbe représentant la force de traction (en N), appliquée au renfort métallique, en fonction de son allongement relatif (en %), dite courbe force-allongement. De cette courbe force-allongement sont déduites des caractéristiques mécaniques en traction du renfort métallique, telles que l'allongement structural As (en %), l'allongement total à la rupture At (en %), la force à la rupture Fm (charge maximale en N) et la résistance à la rupture Rm (en MPa), ces caractéristiques étant mesurées selon la norme ISO 6892 de 1984. [0008] L'allongement total à la rupture At du renfort métallique est, par définition, la somme de ses allongements structural, élastique et plastique (At = As + Ac + Ap). L'allongement structural As résulte du positionnement relatif des fils métalliques constitutifs du renfort métallique sous un faible effort de traction. L'allongement élastique Ac résulte de l'élasticité même du métal des fils métalliques, constituant le renfort métallique, pris individuellement, le comportement du métal suivant une loi de Hooke. L'allongement plastique Ap résulte de la plasticité, c'est-à-dire de la déformation irréversible, au-delà de la limite d'élasticité, du métal de ces fils métalliques pris individuellement. Ces différents allongements ainsi que leurs significations respectives, bien connus de l'homme du métier, sont décrits, par exemple, dans les documents US5843583, W02005/014925 et W02007/090603. [0009] On définit également, en tout point de la courbe contrainte-allongement d'un renfort métallique, un module en extension, exprimé en GPa, qui représente la pente de la droite tangente à la courbe contrainte-allongement en ce point. En particulier, on appelle module élastique en extension ou module d'Young, le module en extension de la partie linéaire élastique de la courbe contrainte-allongement. [0010] Dans la partie linéaire de la courbe force-allongement du renfort, on définit la rigidité du renfort métallique comme étant la pente de la courbe force-allongement, et la rigidité de la couche composite comme étant le rapport de la rigidité du renfort métallique sur le pas de la couche, c'est-à-dire la distance entre les centres de deux renforts consécutifs. [0011] Parmi les renforts métalliques, on distingue usuellement les renforts métalliques élastiques, tels que ceux utilisés dans les couches de protection ou de frettage, et les renforts métalliques non extensibles ou inextensibles, tels que ceux utilisés dans les couches de travail. [0012] Un renfort métallique élastique est caractérisé par un allongement structural As au moins égal à 1% et un allongement total à rupture At au moins égal à 4%. En outre, un renfort métallique élastique a un module élastique en extension au plus égal à 150 GPa, 3 et compris usuellement entre 40 GPa et 150 GPa. [0013] Un renfort métallique non extensible est caractérisé par un allongement total At, sous une force de traction égale 10% de la force à rupture Fm, au plus égal à 0.2%. Par ailleurs, un renfort métallique non extensible a un module élastique en extension compris usuellement entre 150 GPa et 200 GPa. [0014] Un pneumatique de véhicule industriel lourd, notamment de génie civil, est soumis à de nombreuses agressions. En effet, le roulage de ce type de pneumatique se fait habituellement sur un sol avec des obstacles conduisant parfois à des perforations de la bande de roulement et du sommet. Ces perforations permettent l'entrée d'agents corrosifs, par exemple l'air et l'eau, qui oxydent les éléments de renfort métalliques de l'armature de sommet, notamment des couches de sommet, et réduisent considérablement la durée de vie du pneumatique. [0015] La rigidité d'indentation est une grandeur physique qui traduit la résistance du sommet à la perforation lors du roulage sur un indenteur, comme un rocher par exemple, avec une taille de plusieurs dizaines de centimètres. Plus la rigidité d'indentation est faible et plus le sommet est performant pour absorber les obstacles. [0016] Pour mesurer la rigidité d'indentation d'un pneumatique, on réalise un test de roulage sur des obstacles normalisés. Ces obstacles sont des polars à tâte hémisphérique de diamètres et de hauteurs variables. Typiquement, le diamètre du polar varie de 0.5 pouces à 3 pouces, pour une hauteur comprise 25 mm à 400 mm. Le pneumatique est gonflé, monté sur la jante d'un véhicule de type Dumper. On réalise plusieurs passages successifs sur le polar en augmentant progressivement leur hauteur. Le test s'achève quand en roulant sur un polar suffisamment haut on finit par perforer le sommet du pneumatique testé. Pendant le test, un dispositif permet de mesurer les efforts maximaux générés au centre de la roue. A l'issue du test, les efforts du centre roue sont représentés en fonction de la hauteur des polars. La rigidité d'indentation correspond à la variation de l'effort vertical au centre roue par rapport à la variation de hauteur des polars. [0017] Les pneumatiques de génie civil sont aussi caractérisés par leur rigidité radiale qui correspond au rapport entre la variation de l'effort vertical de chargement et la hauteur de flèche déformée sur un sol plan. [0018] L'exigence de productivité croissante des exploitations minières où ces pneumatiques sont utilisés conduit à des besoins d'augmentation de la charge portée. Typiquement sur une dimension telle que 24.00R35, la charge normalisée nominale par exemple au sens de la norme ETRTO est de l'ordre de 20 tonnes, mais certaines utilisations peuvent nécessiter une augmentation supérieure de 15% de cette charge. [0019] Une solution classique à un tel besoin consiste à augmenter la pression de gonflage du pneumatique à iso flèche d'écrasement. Cette augmentation de la pression entraîne ainsi une augmentation de la rigidité radiale du pneumatique qui permet de porter la charge nominale majorée, niais en même temps une augmentation de la rigidité d'indentation, ce qui fragilise davantage le pneumatique lors du roulage sur des obstacles. [0020] Les inventeurs se sont donnés pour objectif de proposer une architecture de pneumatique lui permettant de porter une surcharge d'au moins 15% par rapport à sa charge nominale, tout en conservant une résistance suffisante vis-à-vis des agressions lors du roulage sur des obstacles. [0021] Cet objectif a été atteint, selon l'invention, par un pneumatique pour véhicule lourd de type génie civil comprenant : -radialement de l'extérieur vers l'intérieur, une bande de roulement, une armature de sommet et une armature de carcasse, -ladite armature de sommet comprenant au moins une couche de sommet formée de renforts métalliques élastiques enrobés dans un mélange élastomérique, faisant avec une direction circonférentielle (XX'), un angle A ; -ladite armature de carcasse étant constituée par au moins deux couches de carcasse comprenant des renforts métalliques enrobés dans un mélange élastomérique, lesdites couches de carcasse ayant des rigidités par unité de largeur R1, R2, pour respectivement la première et la deuxième couche, mesurées dans le plan équatorial (XY) ; -les renforts métalliques d'une première couche de carcasse forment, avec la direction circonférentielle (XX'), un angle AI, et les renforts métalliques d'une deuxième couche de carcasse forment, avec la direction circonférentielle (XX'), un angle A2, de telle sorte que les angles Al et A2, et les rigidités RI et R2, mesurés dans le plan équatorial (XZ), vérifient simultanément les trois relations suivantes : a) RI*sin2(2*A1)±122*sin2(2*A2)(R1+R2)* sin2(30°), b) 11A11-1A211 (RI+R2)* sin2(30°), résulte de l'expression des rigidités de cisaillement dans le plan (XY), en fonction des angles AI, et A2 des renforts. La deuxième relation en valeur absolue,11A11-1A211 K0.;.`6 r/' 6000 e; - ' ' 2 Couelbts de carcasse. -H-c)a 0.2 655' 2b59 5.s [0075] Pour le pneumatique de I invention, les renforts de la couche de carcasse ont un module de compression de 45 GPa, et une déformation critique de flambement de 4%. [0076] L'architecture du pneumatique de l'invention est simplifiée par rapport à la référence dans le sens où les couches de travail ont été supprimées et les couches de carcasse cumulent à la fois les fonctions de port de la charge, et de guidage du véhicule lors des virages. [0077] Dans cet exemple, l'armature de protection comprend une seule couche, de même que l'armature de frettage ne comporte qu'une seule couche de frettage. Les couches de protection et de frettage ont le même mélange d'enrobage, et les angles que font les renforts avec la direction circonférentielle XX' sont égaux à 0' pour les deux couches. [0078] L'armature de carcasse comprend deux couches dont celle qui est la plus radialernent intérieure est retournée autour de la tringle. Les renforts de chaque couche dc carcasse font avec la direction circonférentielle (XX') un angle en valeur absolue de 65°, mesuré au sommet du pneumatique. [0079] Des simulations de calculs par éléments finis ont été réalisées respectivement sur les pneumatiques de référence, et de l'invention. Les grandeurs observées sont : - La rigidité radiale du pneumatique de l'invention capable de porter 15% de charge en plus que le pneu de référence ; - Les rigidités d'indentation ; - Les poussées de dérive en lien avec le guidage du véhicule. Ces résultats sont rassemblés dans le tableau suivant : 14 [Tablcaux3] Rigiditàs radiales (Ni' Rigfekté lbeidité d'indentation (Nfrn) ede dérive Pneu de 1.9E 1.6E+05 2E-:-.04 Prrumattqt invention 2,3E06 1.2E+06 2E7'04 [0080] On observe un gain en rigidité radiale de 20% sur le pneumatique de l'invention qui confirme sa capacité à porter 15% de charge en plus. [0081] La baisse de 25% de la rigidité d'indentation confirme la capacité améliorée du pneumatique de l'invention à rouler sur des indenteurs. Les rigidités de dérive sont identiques entre le témoin et le pneumatique de l'invention. La capacité du pneumatique de l'invention à guider le véhiculé n'est pas dégradée. [0082] Les résultats confirment l'atteinte du compromis recherché par les inventeurs d'améliorer la capacité de charge du pneumatique sans dégrader sa capacité à rouler sur des obstacles. [Revendication 1] [Revendication 2] [Revendication 3] [Revendication 4] REVENDICATIONSPneumatique (1) pour véhicule lourd de type génie civil comprenant: -radialement de l'extérieur vers l'intérieur, une bande de roulement (10), une armature de sommet (40) et une armature de carcasse (70), ladite armature de sommet (40) comprenant au moins une couche de sommet formée de renforts métalliques élastiques enrobés dans un mélange élastomérique, faisant avec une direction circonférentielle (XX'), un angle A ; ladite armature de carcasse (70) étant constituée par au moins deux couches de carcasse (50, 60) comprenant des renforts métalliques (52, 62) enrobés dans un mélange élastomérique (51, 61), lesdites couches de carcasse ayant des rigidités par unité de largeur R1, R2, pour respectivement la première et la deuxième couche, mesurées dans le plan équatorial (XY), caractérisé en ce que les renforts métalliques (52) d'une première couche de carcasse (50) forment, avec la direction circonférentielle (XX'), un angle Al, et les renforts métalliques (62) d'une deuxième couche de carcasse (60) forment, avec la direction circonférentielle (XX'), un angle A2, de telle sorte que les angles Al et A2, et les rigidités R1 et R2, mesurés dans le plan équatorial (XZ), verifient simultanément les trois relations suivantes : a) Rltsin2(2*A1)+R2tsin2(2*A2)(R1+R2)* sin2(30°), b) I1A11-1A211 2.5%, et un module élastique en compression MC au moins égal à 10 GPa. Pneumatique (1) pour véhicule lourd de type génie civil selon la revendication I. dans lequel les angles Al et A2 ont des orientations opposées, par rapport à la direction circonférentielle (XX'). Pneumatique (1) pour véhicule lourd de type génie civil selon l'une des revendications 1 à 2, dans lequel les angles Al et A2 ont des angles en valeur absolue par rapport à la direction circonférentielle (XX') qui sont compris dans l'intervalle [15° ; 75°]. Pneumatique (1) pour véhicule lourd de type génie civil selon l'une quelconque des revendications de 1 à 3, dans lequel les rigidités par 16 [Revendication 5] [Revendication 6] [Revendication 7] [Revendication 8] [Revendication 9] [Revendication 10] [Revendication 11] unité de largeur de couche R1, R2 respectivement de la première couche et de la deuxième couche de carcasse sont identiques. Pneumatique (1) pour véhicule lourd de type génie civil selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel les renforts métalliques (52, 62) de chaque couche de carcasse (50, 60) sont des câbles multitorons, ayant une structure lxN comprenant une unique couche de N torons enroulés en hélice, chaque toron comprenant une couche interne de M fils internes enroulés en hélice et une couche externe de P fils externes enroulés en hélice autour de la couche interne. Pneumatique (1) pour véhicule lourd de type génie civil selon la revendication 5, dans lequel N=3 ou N=4. Pneumatique (1) pour véhicule lourd de type génie civil selon l'une des revendications 5 ou 6, dans lequel M=1,3, ou 4. Pneumatique (1) pour véhicule lourd de type génie civil selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, dans lequel dans lequel P=5, 6 ,8 ou 9. Pneumatique (1) pour véhicule lourd de type génie civil selon l'une des revendications de 1 à 8, dans lequel une première couche de carcasse intérieure (60) comprend une partie principale (80), s'enroulant dans chaque bourrelet, de l'intérieur vers l'extérieur du pneumatique, autour d'un noyau tringle (100) pour former un retournement (85), et une deuxième couche de carcasse extérieure (50) comprend une partie principale, s'enroulant au moins en pallie dans chaque bourrelet, de l'extérieur vers l'intérieur (lu pneumatique, autour d'un noyau tringle (100). Pneumatique (1) pour véhicule lourd de type génie civil selon l'une quelconque des revendications de 1 à 8, dans lequel chaque couche de carcasse (50, 60) comprend une partie principale (90, 80), s'enroulant dans chaque bourrelet, de l'intérieur vers l'extérieur du pneumatique, autour d'un noyau tringle (100) pour former un retournement (95, 85). Pneumatique (1) selon l'une quelconque des revendications de 1 à 10 dans lequel l'armature de sommet (30) est constituée par au moins une couche comprenant des renforts métalliques enrobés dans un mélange élastomérique et formant, avec la direction circonférentielle (XX') un angle A au plus égal à 2.5° en valeur absolue.