12.00R24全鋼載重子午線輪胎的設(shè)計

趙 菲，丁海楠，陳紅文

（青島雙星輪胎工業(yè)有限公司，山東 青島 266400）

隨著輪胎工業(yè)的快速發(fā)展，我國輪胎行業(yè)面臨嚴(yán)峻的市場挑戰(zhàn)，輪胎產(chǎn)品更新的步伐越來越快，產(chǎn)品細(xì)分細(xì)化、緊跟市場迫在眉睫；針對市場的特殊需求，開發(fā)適銷對路的產(chǎn)品是占有市場的先機。針對國外市場的大量需求，我公司成功開發(fā)了一款經(jīng)濟型12.00R24全鋼載重子午線輪胎，既滿足了市場對輪胎性能的要求，又給公司創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟效益。現(xiàn)將該產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計情況介紹如下。

1 技術(shù)要求

根據(jù)GB/T 2977—2008《載重汽車輪胎規(guī)格、尺寸、氣壓、負(fù)荷》，確定12.00R24全鋼載重子午線輪胎的技術(shù)參數(shù)為：標(biāo)準(zhǔn)輪輞 8.5，充氣外直徑（D′） 1 226（1 210.51～1 241.49） mm，充氣斷面寬（B′） 315（302.4～327.6） mm，標(biāo)準(zhǔn)充氣壓力 900 kPa，標(biāo)準(zhǔn)負(fù)荷 4 500 kg。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.1 外直徑（D）和斷面寬（B）

由于全鋼子午線輪胎的冠部有周向帶束層箍緊著胎體的特點，因此充氣后輪胎的外直徑膨脹較小。此外，需要滿足輪胎輕量化設(shè)計要求，確保輪胎尺寸在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，綜合考慮各種因素，本次設(shè)計D取1 212 mm，外直徑膨脹率（D′/D）為1.011 6。

B取值既要確保輪胎充氣尺寸在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，又要確保使用材料最少，以達(dá)到輕量化設(shè)計要求。本次設(shè)計B取304 mm，斷面寬膨脹率（B′/B）為1.036 2。

2.2 行駛面寬度（b）和弧度高（h）

b的選取直接影響輪胎的使用性能，b值過大容易造成肩空，且輪胎的滾動阻力大；b值過小容易造成接地面積過小，單位面積壓力增大，耐磨性能差。綜合考慮輪胎的耐磨性能、附著性能和滾動阻力等特性，既要減少輪胎在使用過程中因生熱過高而造成的胎冠脫層的早期損壞，又要保證胎面與路面在行駛面寬度范圍內(nèi)有最大的接觸面積，從而改善輪胎的耐磨性能，提高輪胎使用壽命。本次設(shè)計b取216 mm，b/B為0.710 5。

h的取值與輪胎冠部的變形相關(guān)，同時影響輪胎的接地形狀。h值過大，輪胎磨胎冠，h值過小則磨胎肩，根據(jù)經(jīng)驗，h值取7.6 mm，h與斷面高（H）之比為0.025 4。

2.3 胎圈著合直徑（d）和著合寬度（C）

胎圈部位的尺寸主要是根據(jù)輪輞曲線確定，選取時既要保證其與輪輞配合緊密，又要考慮輪胎裝卸方便，本次設(shè)計d取613 mm，C取標(biāo)準(zhǔn)輪輞寬度，為216 mm，C/B為0.710 5。

2.4 斷面水平軸位置（H1/H2）

斷面水平軸位于輪胎斷面最寬的位置，斷面水平軸位置對輪胎的使用性能和使用壽命有很大的影響，H1/H2取值過大，易造成肩空和肩裂等早期損壞；H1/H2取值過小，易造成胎圈斷裂和脫層，為提高輪胎的胎側(cè)剛性，本次設(shè)計H1/H2取1.09。

輪胎斷面輪廓如圖1所示。

圖1 輪胎斷面輪廓示意

2.5 胎面花紋

輪胎胎面花紋對輪胎的行駛性能和使用壽命都有著直接影響，該輪胎主要適用于中長途高速運輸，對輪胎的操控性能、行駛安全性和燃油經(jīng)濟性有較高要求。胎面采用曲折縱向花紋設(shè)計，輪胎操控性能好，高速性能優(yōu)異，同時縱向花紋滾動阻力小，有效降低油耗。采用變節(jié)距花紋設(shè)計，花紋深度為16.3 mm，花紋飽和度為78%，花紋周節(jié)數(shù)為65。采用窄的溝槽將花紋橫向分割，有效提高了輪胎在濕路面上的抓著力，改善了輪胎的濕滑性能，提高了行駛安全性。

胎面花紋展開如圖2所示，胎面花紋立體效果如圖3所示。

圖3 胎面花紋立體效果

3 施工設(shè)計

3.1 胎面

胎面采用三方四塊結(jié)構(gòu)，采用耐磨和耐熱的專用胎面膠配方，小翼膠要求低生熱，與胎面膠有良好的粘合性能，以降低胎肩部位生熱，防止爆胎，提高輪胎的使用壽命。

3.2 帶束層

主要根據(jù)帶束層的強度和剛度設(shè)計選擇帶束層簾線，以確保輪胎的抗沖擊性能良好。帶束層采用3層帶束層＋0°帶束層結(jié)構(gòu)，1#和2#帶束層采用3×0.20＋6×0.35HT鋼絲簾線，3#帶束層采用5×0.30HI鋼絲簾線，0°帶束層采用3×7×0.20HE鋼絲簾線。帶束層簾線選擇合理，輪胎接地印痕呈矩形，輪胎耐磨性能好。

3.3 胎體

主要根據(jù)輪胎的充氣內(nèi)壓負(fù)荷計算單根簾線所承受的力來選取胎體簾線，簾線的安全倍數(shù)必須大于5。該輪胎主要用于卡車運輸，不超載。為滿足其安全性和負(fù)荷能力，胎體采用3＋9＋15×0.175＋0.15NT鋼絲簾線，胎體安全倍數(shù)為6.5。

3.4 鋼絲圈

鋼絲圈為六角形結(jié)構(gòu)，采用Φ1.55 mm高強度胎圈鋼絲，排列方式為7-8-9-10-11-10-9-8，共72根，鋼絲圈安全倍數(shù)為8，可保證胎圈具有足夠的強度和剛性，為輪胎提供良好的支撐性能。

3.5 成型和硫化

成型采用一次法成型機，機頭直徑為589 mm，機頭寬度為786 mm。硫化采用1 612.9 mm（63.5英寸）熱板式硫化機，硫化條件為：活絡(luò)模溫度（157±2） ℃，熱板溫度 （152±2） ℃，內(nèi)壓（2.6±0.1） MPa，內(nèi)壓過熱水溫度 （172±2） ℃，總硫化時間 50.5 min。

4 成品性能

4.1 外緣尺寸

成品輪胎外緣尺寸按照GB/T 521—2012進行測量。結(jié)果表明，安裝于標(biāo)準(zhǔn)輪輞上的成品輪胎標(biāo)準(zhǔn)充氣壓力下的充氣外直徑為1 219 mm，充氣斷面寬為311 mm，均滿足設(shè)計和國家標(biāo)準(zhǔn)要求。

4.2 輪胎接地壓力分布

在900 kPa充氣壓力和4 500 kg負(fù)荷條件下，測得輪胎下沉量為51.88 mm，下沉率為17%，負(fù)荷下輪胎靜半徑為558 mm，負(fù)荷下輪胎斷面寬為343 mm，接地因數(shù)為1.46。

4.3 強度性能

按照GB/T 4501—2008進行強度性能試驗，試驗條件為：充氣壓力 900 kPa，壓頭直徑 38 mm。試驗結(jié)果表明，第5點壓穿，輪胎破壞能為4 372.2 J，為國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值的143%，符合設(shè)計和國家標(biāo)準(zhǔn)要求。

4.4 耐久性能

按照GB/T 4501—2008進行耐久性試驗，試驗條件為：充氣壓力 900 kPa，額定負(fù)荷 4 500 kg，試驗速度 65 km·h-1。當(dāng)輪胎行駛47 h后，試驗速度保持不變，每行駛10 h負(fù)荷率增加10%繼續(xù)進行試驗，直到輪胎損壞為止。試驗結(jié)果表明，成品輪胎的累計行駛時間為71.73 h，耐久性能良好，符合國家標(biāo)準(zhǔn)要求。

試驗結(jié)果表明，成品輪胎的累計行駛時間為71.73 h，耐久性能良好，符合國家標(biāo)準(zhǔn)要求。

4.5 高速性能

按照企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進行成品輪胎高速性能試驗，試驗條件和結(jié)果如表1所示。

表1 高速性能試驗條件和結(jié)果

從表1可以看出，試驗輪胎以110 km·h-1速度行駛了42 min，成品輪胎高速性能良好，滿足企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求（速度通過100 km·h-1）。

5 結(jié)語

12.00R24輪胎的成功開發(fā)擴大了公司的出口份額，搶占了市場。產(chǎn)品自投放市場以來，質(zhì)量零投訴，各項性能均符合市場要求，產(chǎn)品供不應(yīng)求，使用效果良好，深受用戶歡迎，為公司取得了良好的經(jīng)濟效益。