385/65R22.5 20PR無內胎寬基全鋼載重子午線輪胎的設計

王桂陽，孫文文，李心尚，蔣 林

（1.山東八一輪胎制造有限公司，山東 棗莊 277800；2.山東省橡膠行業協會，山東 濟南 250013）

與傳統子午線輪胎相比，寬基子午線輪胎的斷面高度小、寬度大，內壓保持率高，使用性能和操縱性能好；無需使用內胎、墊帶、固定環和側環等配件，減少了橡膠和鋼等材料消耗，有利于車輛輕量化及貨運量增大；輪輞著合寬度大，胎側剛性高，形變小，生熱低，磨耗小，滾動阻力低；可翻新率高，使用壽命長；替代并裝雙胎，接地面積大，接地壓力均勻，抓著力大，車輛的制動性和轉向操縱性能好，同時車輛的重心低，穩定性和舒適性佳；維修時無需拆卸，有利于降低維修難度，縮短維修時間。

現將我公司385/65R22.5 20PR無內胎寬基全鋼載重子午線輪胎的設計情況簡介如下。

1 技術要求

根據GB/T 2977—2008和輪胎使用要求，確定385/60R22.5 20PR無內胎寬基全鋼載重子午線輪胎的技術參數如下：標準輪輞11.75，充氣外直徑（D′） 1072（1057～1087） mm，充氣斷面寬（B′） 389（373～405） mm，標準充氣壓力900 kPa，標準負荷 4500 kg。

2 結構設計

2.1 外直徑（D）和斷面寬度（B）

全鋼載重子午線輪胎由于受到沿圓周方向鋼絲帶束層箍緊的作用，充氣外直徑膨脹率（D′/D）很小；胎體采用高強度鋼絲簾線，側部雖然柔軟但膨脹率較小，充氣后斷面寬膨脹率（B′/B）也很小。根據經驗，適當增大B和D可以提高輪胎的負荷能力，同時參考公司同類輪胎的膨脹率取值，本設計D′/D取1.0037，B′/B取0.9974，D為1068 mm，B為390 mm。

2.2 行駛面寬度（b）和弧度高（h）

b和h是決定胎冠輪廓的主要參數，適當調整b和h可以優化輪胎接地面形狀和大小，均衡胎冠接地壓力，提高輪胎的牽引性能和耐磨性能。根據經驗，本設計b和h分別取286和10.2 mm。

2.3 胎圈著合直徑（d）和著合寬度（C）

無內胎全鋼載重子午線輪胎的C一般大于輪輞寬度0.5英寸（12.7 mm）或1英寸（25.4 mm），由于本設計輪胎為寬基輪胎，因此確定C比標準輪輞寬度［11.75英寸（298.45 mm）］大25.4 mm，即C=298.45+25.4=323.85≈324 mm，d取569.5 mm。

2.4 斷面水平軸位置（H1/H2)

斷面水平軸位于斷面最寬處，是輪胎充氣后法向變形最大的位置，也是子午線輪胎胎體最薄、變形最大的部位。由于子午線輪胎胎體簾線呈徑向排列，其鋼絲圈受力較大，故斷面水平軸應較高（遠離胎圈），以減小下胎側區域的應力和胎圈應力。本設計H1/H2取0.8566。

2.5 胎面花紋

本設計輪胎適用于長途客車以及貨車驅動輪位和拖車輪位，主要出口歐美地區。胎面采用5條縱向主花紋溝設計。為降低輪胎行駛噪聲，胎面花紋采用變節距結構；為防止高速行駛時輪胎側滑，在縱向花紋上橫向切割花紋條并設刀槽花紋，這些橫向花紋條和刀槽花紋與地面接觸時，產生切向作用力，提高胎面花紋與路面的摩擦性能，增大輪胎抓著力，同時也利于輪胎散熱和胎面排水。為使胎面花紋分布均勻，綜合考慮輪胎的行駛噪聲、抓著力、耐磨性能以及夾石子概率等，確定主花紋溝深度15.3 mm，中間3條主花紋溝寬度14.5 mm，邊部2條主花紋溝寬度13.5 mm，主花紋溝總寬度/行駛面寬度為0.243，花紋飽和度為72.6%，花紋周節數61。展開的胎面花紋如圖1所示。

圖1 胎面花紋展開示意

3 施工設計

3.1 胎面和胎側

胎冠采用兩方兩塊結構，胎面基部膠采用低生熱配方，以有效保證輪胎的行駛里程；胎側采用三復合結構（胎側膠/耐磨膠/填充膠），在胎圈反包處增設胎側填充膠，以大大提高胎圈的耐久性能。

3.2 胎體

胎體的主要作用是保持輪胎原有的尺寸和形狀，并賦予輪胎優良的牽引性能和舒適性能。為保證胎體強度及耐疲勞性能和耐磨性能，胎體簾線選擇傳統的0.25+6+12×0.225HT鋼絲簾線，鋼絲簾布壓延厚度為（2.3±0.2） mm。

3.3 帶束層

帶束層是子午線輪胎的主要受力部件，帶束層剛性對輪胎使用性能影響很大。子午線輪胎的帶束層鋼絲簾線呈周向排列，長度基本不變，對其性能的要求是：強力高，伸張變形小，與橡膠粘合性能良好，耐疲勞性能、耐銹蝕性能和化學腐蝕性能佳。本設計1#和2#帶束層均采用3+8×0.33HT鋼絲簾線，3#和0°帶束層分別采用3×4×0.22HE和3+9×0.22+0.15HT鋼絲簾線，帶束層安全倍數大于8。

3.4 鋼絲圈及三角膠

鋼絲圈采用 1.55 mm鍍鋅銅回火胎圈鋼絲，覆膠鋼絲直徑為1.7 mm，鋼絲排列方式為7-8-9-10-11-10-9-8-7，鋼絲圈為斜六角形結構，纏繞直徑為573.79 mm，安全倍數為10。三角膠采用復合膠芯，以提高胎圈性能。

3.5 成型

采用一次法三鼓成型機成型，設備工藝參數穩定，定位精度高，成型部件貼合密實。

3.6 硫化

采用63.5英寸（1612.9 mm）雙模硫化機進行氮氣硫化。為保證輪胎外觀質量良好和內部材料分布均勻，采用二次定型工藝。氮氣硫化工藝比傳統循環過熱水硫化工藝節省約80%的蒸汽，節能效果顯著。

4 成品輪胎性能

4.1 外緣尺寸

按GB/T 521—2012測試安裝于標準輪輞上的在標準氣壓下的成品輪胎外緣尺寸。輪胎的D′和B′分別為1069和387 mm，符合設計要求。

4.2 強度性能

成品輪胎強度按GB/T 4501—2008進行測定。結果表明，第1~4點破壞能均達到標準值，第5點破壞能為4357.20 J，為標準值的1.98倍。輪胎強度達到國家標準要求。

4.3 耐久性能

成品輪胎耐久性能按照GB/T 4501—2008進行測定，結果如表1所示。從表1可以看出，輪胎的累計行駛時間為81.23 h，累計行駛里程為4467.65 km。輪胎的耐久性能達到國家標準要求。

表1 成品輪胎耐久性能試驗結果

5 結語

本設計385/65R22.5 20PR無內胎寬基全鋼載重子午線輪胎的充氣外緣尺寸、強度性能、耐久性能均達到設計和國家標準要求，產品投入市場后得到了廣大用戶認可，為公司創造了較好的社會和經濟效益。