445/65R22.5寬基無內(nèi)胎全鋼載重子午線輪胎的設計

賈景波，趙洪金，董世春，吳世俊

（山東凱旋橡膠有限公司，山東 曹縣 274400）

為適應載重車輛用寬基輪胎代替單胎并裝的趨勢，我公司針對歐美市場研制了445/65R22.5寬基無內(nèi)胎全鋼載重子午線輪胎，現(xiàn)將該輪胎的設計情況簡介如下。

1 技術要求

參照ETRTO—2015《歐洲輪胎輪輞技術組織手冊》和TRA—2008《美國輪胎輪輞協(xié)會標準年鑒》的技術要求，確定445/65R22.5寬基無內(nèi)胎全鋼載重子午線輪胎的技術參數(shù)為：標準輪輞規(guī)格 13.00，充氣外直徑（D′） 1 151 mm（1 122～1 157 mm），充氣斷面寬度（B′） 452 mm（445～460 mm），標準充氣壓力 900 kPa，最大負荷 5 800 kg，負荷指數(shù) 169。

2 結構設計

2.1 外直徑（D）和斷面寬度（B）

由于鋼絲簾線帶束層的箍緊作用，全鋼載重子午線輪胎充氣后外直徑膨脹率（D′/D）很小，一般為1.000～1.003。根據(jù)以往的設計經(jīng)驗，本設計D′/D取1.001，由此確定D為1 150 mm。

由于胎體鋼絲簾線徑向排布，全鋼載重子午線輪胎充氣后斷面寬度膨脹率（B′/B）較大，且取決于多種因素，如胎體鋼絲簾線伸張值、帶束層簾線角度和外輪廓形狀等，B′/B一般為1.00～1.03。本設計B′/B取1.02，由此確定B為443 mm。

2.2 胎圈著合直徑（d）和著合寬度（C）

無內(nèi)胎全鋼載重子午線輪胎要求胎圈與輪輞緊密配合，以保證輪胎的氣密性。為此，胎圈與輪輞采取過盈配合，一般要求d比標準輪輞直徑小2 mm。本設計寬基輪胎用于替代2條普通輪胎，因此其負荷較大，同時為易于裝卸，d取569 mm（標準輪輞直徑為571.5 mm）。

輪胎預應力和動平衡輪廓設計（PDEP）理論認為，在胎圈和胎肩部位施加一定的預應力，有利于提高輪胎的速度性能。由于本設計為寬基無內(nèi)胎輪胎，過小的C無法實施輪胎與輪輞的裝配，因此適當增大C；考慮到本設計輪胎負荷大，胎側剛性大，為增加胎側的柔韌性，C應大于輪輞寬度。綜合輪胎的氣密性和裝卸等因素，C比標準輪輞寬度[13英寸（330.2 mm）]大25.4～38.1 mm（1～1.5英寸），本設計C取356 mm。

2.3 斷面水平軸位置（H1/H2）

斷面水平軸位于輪胎斷面最寬處，在輪胎變形最大和胎體最薄部位。子午線輪胎由于胎體簾線與胎圈鋼絲圈垂直，呈輻射狀分布，胎圈部位所受應力很大。根據(jù)斷面水平軸偏低時胎圈和胎側的受力和變形增大，水平軸偏低時帶束層的應力增大，容易造成肩磨和肩空等問題，本設計H1/H2取1.06。

2.4 行駛面寬度（b）和弧度高（h）

根據(jù)我公司現(xiàn)有同類產(chǎn)品的有效支撐寬度與行駛面寬度的比值為0.935～0.980，本設計b取348.9 mm。

無內(nèi)胎輪胎的h/（H1＋H2）一般為0.029～0.032，本設計H1＋H2＝290.3 mm，綜合考慮，h取9.0 mm。

2.5 胎面花紋

根據(jù)使用條件和要求，本設計開發(fā)了新型胎面花紋（型號GR777），該花紋由4條交錯配合的橫向花紋溝和堅實的花紋塊組成，花紋溝深度為15 mm，花紋飽和度為69%。花紋塊根據(jù)受力特點合理分布，賦予了輪胎強勁的驅動性能；花紋兩側設置加強筋，提高了輪胎的防偏磨和抗撕裂能力；花紋兩側增設刀槽，改善了輪胎散熱性能和耐久性能；花紋采用變節(jié)距設計，避免或減少了輪胎行駛過程中因應力集中產(chǎn)生的花紋裂，降低了滾動阻力和行駛噪聲。

胎面花紋展開及效果圖分別如圖1和2所示。

圖1 胎面花紋展開示意

3 施工設計

3.1 胎面和胎側

胎面采用雙復合擠出，胎側采用三復合擠出，然后胎面與胎側冷貼成型。

3.2 胎體

本設計輪胎負荷大，胎體安全倍數(shù)應較大，才能保證輪胎的耐久性能，避免因胎體疲勞損壞造成的拉鏈爆破等現(xiàn)象。綜合考慮輪胎的耐疲勞性能、耐屈撓性能、強度性能和操控性能，本設計胎體采用緊密型3＋9＋15×0.22W鋼絲簾線。鋼絲簾布采用S型四輥壓延機壓延，雙面覆膠，壓延鋼絲簾布厚度為（3.0±0.1） mm。本設計胎體安全倍數(shù)為7.63。

3.3 帶束層

帶束層是輪胎行駛過程中主要的受力部件，其剛性對輪胎的使用性能影響很大，帶束層剛性足夠才能防止輪胎行駛過程中胎冠部位過度伸張而變形。本設計輪胎采用4層帶束層結構，如圖3所示。該結構可減小輪胎的滾動阻力，提高輪胎的耐磨性能，達到節(jié)能和延長輪胎使用壽命的效果；同時，解決輪胎在高速行駛中肩磨和肩空等問題，降低輪胎的噪聲，提高輪胎的速度性能。

圖3 4層帶束層結構示意

1#帶束層又稱為過渡層，在帶束層與胎體之間起過渡和緩沖作用。本設計1#帶束層采用高強度3×0.20＋6×0.35HT鋼絲簾線，其簾線角度取52°，這降低了帶束層與胎體之間的剪切力，避免了帶束層與胎體脫層。2#和3#帶束層又稱為工作層，是主要的受力層，其強度直接影響輪胎的使用性能，但簾線角度不能太大。本設計2#和3#帶束層采用3＋8×0.33HT高強度鋼絲簾線，其簾線角度取20°。4#帶束層又稱為保護層，主要作用是防止帶束層刺穿以及帶束層與胎面脫開。本設計4#帶束層采用高伸長和高抗沖擊型5×0.35HI鋼絲簾線，其簾線角度取20°。帶束層胎冠中心安全倍數(shù)為6.0，胎肩安全倍數(shù)為7.2，滿足設計要求。

3.4 內(nèi)襯層

內(nèi)襯層由氣密層和過渡層組成。本設計輪胎為無內(nèi)胎輪胎，對氣密層的氣密性要求更高，氣密層膠采用溴化丁基橡膠作主體材料。內(nèi)襯層中部厚、兩邊薄，厚度均勻過渡，以保證成型胎坯內(nèi)襯層厚度均勻。根據(jù)內(nèi)襯層膠密度在硫化前后變化率為±1%左右的特點，確定內(nèi)襯層中心厚度和邊緣厚度分別為7.6和5.0 mm。

3.5 胎圈

為提高胎圈的安全性，減少鋼絲圈接頭對輪胎均勻性的影響，鋼絲圈采用Φ1.65 mm電鍍青銅回火鋼絲（破斷力大于3 900 N）單根纏繞而成，為六角形結構。鋼絲圈采用排壓法成型，直徑為573 mm，鋼絲排列方式為8-11-8。三角膠的貼合由手工冷貼改為自動熱貼，以保證胎圈底部與輪輞良好接觸。

3.6 成型和硫化

采用二次成型法成型機成型，機頭直徑為528 mm，成型鼓平寬為868 mm；根據(jù)帶束層簾線伸張值和胎坯裝模后膨脹率確定帶束層貼合鼓周長為3 320 mm。采用胎側包胎冠和部件接頭均勻分布成型工藝，以提高輪胎的均勻性和動平衡性。

采用蒸鍋式雙模硫化機硫化，硫化條件為：外壓壓力 （0.36±0.01） MPa，外壓溫度 （147±2）℃；蒸汽壓力 （0.8±0.1） MPa，蒸汽溫度（175±3） ℃；總硫化時間 52 min。

4 成品性能

4.1 充氣外緣尺寸

按照GB/T 521—2012《輪胎外緣尺寸測量方法》，在標準充氣壓力下測得安裝在標準輪輞上的輪胎D′為1 153 mm，B′為444.5 mm，花紋深度為15 mm，磨耗高度為2.2 mm。充氣輪胎的外緣尺寸達到GB/T 521—2012和ETRTO—2015要求。

4.2 強度性能

按照GB/T 4501—2015《載重汽車輪胎性能室內(nèi)試驗方法》測試輪胎強度。在標準充氣壓力和壓頭直徑為38 mm的條件下，測得輪胎的平均破壞能為5 373.2 J，為標準最小破壞能的257%。輪胎強度達到GB/T 4501—2015要求。

4.3 耐久性能

按照GB/T 4501—2015進行輪胎耐久性能試驗。在標準充氣壓力下、額定負荷為5 600 kg和速度為50 km·h-1的條件下，測得輪胎的累計行駛里程為2 350 km，累計行駛時間為47 h。輪胎耐久性能達到GB/T 4501—2015要求。

4.4 胎圈耐久性能

按照企業(yè)標準進行胎圈耐久性能試驗。輪胎在充氣壓力為600 kPa、溫度為（38±2） ℃的條件下放置2 h；行駛第1階段在100%負荷下于2 min內(nèi)達到標準速度（30 km·h-1），預跑2 h；行駛第2階段在200%負荷下于1 min內(nèi)達到標準速度，直至輪胎跑壞為止。測得輪胎的累計行駛里程為1 953.6 km，累計行駛時間為65.20 h，試驗結束時胎圈裂和胎圈空。胎圈的耐久性能達到企業(yè)標準要求。

4.5 其他性能

按照企業(yè)標準和ETRTO—2015，還對輪胎進行了X光檢測、動平衡試驗、氣密性試驗和脫圈阻力試驗等，這些試驗的相關性能達到企業(yè)標準和ETRTO—2015要求。

5 結語

本設計445/65R22.5寬基無內(nèi)胎全鋼載重子午線輪胎外觀質量好，充氣外緣尺寸、強度性能、耐久性能、氣密性和脫圈阻力等達到國家標準和ETRTO—2015要求，目前該輪胎已通過國家3C、歐盟E4和ECE R117認證，成為我公司出口歐美輪胎市場的亮點。