275/80R22.5 16PR中短途全輪位全鋼載重子午線輪胎的設(shè)計(jì)

呂勇軍，喬光梅，張?zhí)旄?/p>

（貴州輪胎股份有限公司，貴州 貴陽 550008）

隨著汽車工業(yè)不斷發(fā)展，無內(nèi)胎普及率越來越大，而客戶對(duì)無內(nèi)胎輪胎的速度、負(fù)荷能力、節(jié)能等綜合性要求越來越高[1]。我公司為滿足客戶要求，結(jié)合當(dāng)前市場情況，開發(fā)了275/80R22.5 16PR中短途全輪位全鋼載重子午線輪胎。現(xiàn)將其設(shè)計(jì)情況簡要介紹如下。

1 技術(shù)要求

根據(jù)GB/T 2977—2008《載重汽車輪胎規(guī)格、尺寸、氣壓與負(fù)荷》，確定275/80R22.5 16PR中短途全輪位全鋼載重子午線輪胎的技術(shù)參數(shù)如下：標(biāo)準(zhǔn)輪輞 8.25，充氣外直徑（D′） 1 012（998.8～1 025.2） mm，充氣斷面寬（B′） 276（265～287） mm，標(biāo)準(zhǔn)充氣壓力 830 kPa，標(biāo)準(zhǔn)負(fù)荷 3 075 kg。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 外直徑（D）和斷面寬（B）

根據(jù)全鋼載重子午線輪胎充氣特性和中短途車輛實(shí)際使用情況，結(jié)合我公司的工藝條件以及相近規(guī)格產(chǎn)品的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，本次設(shè)計(jì)外直徑膨脹率（D′/D）取1.003，則D為1 012.03 mm。

考慮子午線輪胎B′受輪胎輪廓和骨架材料影響，以及輪胎實(shí)際使用負(fù)荷需要，本次設(shè)計(jì)B取284 mm。

2.2 行駛面寬度（b）和弧度高（h）

b和h影響輪胎的抓著力、轉(zhuǎn)向性、牽引性能和耐磨性能等。增大b、減小h，可以有效增大輪胎的接地面積，滿足接地均勻性和耐磨性能要求。接地面積與輪胎印痕密切相關(guān)，綜合以往設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合該輪胎以中短途運(yùn)輸及全輪位使用為主，需增大接地面積，同時(shí)考慮到燃油經(jīng)濟(jì)性和耐磨性能，本次設(shè)計(jì)b取210 mm，h取10.5 mm。

2.3 胎圈著合直徑（d）和著合寬度（C）

為保證輪胎與輪輞緊密配合，減小二者之間的位移與摩擦，輪胎與輪輞采用過盈配合。輪輞直徑為571.5 mm，本次設(shè)計(jì)d取570.5 mm。

趾口部位形狀影響輪胎的剛度和承載性能，結(jié)合輪輞尺寸，C取234 mm。

2.4 斷面水平軸位置（H1/H2）

斷面水平軸位置是輪胎斷面最寬、胎側(cè)最薄、變形量最大處，水平軸位置影響胎圈和胎肩部位的應(yīng)力分布。該輪胎雖然主要用于高速標(biāo)載路況，但需要同時(shí)滿足胎圈承載性能和肩部耐久性能要求，因此斷面水平軸適當(dāng)上移，以減小胎圈部位應(yīng)力，提高輪胎的承載能力。一般H1/H2為0.9～1.2，根據(jù)使用要求和耐久性能等綜合考慮，本次設(shè)計(jì)H1/H2取1.13。輪胎斷面輪廓見圖1。

圖1 輪胎斷面輪廓示意

2.5 胎面花紋

胎面花紋影響輪胎的操縱性、抓著力、驅(qū)動(dòng)力、舒適性、轉(zhuǎn)向性、安全性及噪聲等。全輪位輪胎花紋設(shè)計(jì)需平衡花紋的抓著力、驅(qū)動(dòng)力和安全性能。根據(jù)該輪胎使用條件，本次設(shè)計(jì)采用條形花紋，3條縱向花紋溝可同時(shí)滿足輪胎導(dǎo)向和牽引性能。為保證抓著性能，中部兩花紋塊有貫通的曲折形刀槽花紋，所有溝底兩邊均設(shè)計(jì)直線形刀槽花紋。貫通曲折形刀槽花紋可有效增大抓著力，并促進(jìn)胎面散熱，避免不規(guī)則磨損和提高排水能力，延長輪胎的使用壽命。考慮其他可能的混合路況，采用曲折花紋溝底，增強(qiáng)花紋塊強(qiáng)度且起防夾石子作用。花紋采用等節(jié)距設(shè)計(jì)，花紋深度為19.7 mm，花紋飽和度為78.2%，花紋周節(jié)數(shù)為67。胎面花紋展開如圖2所示。

圖2 胎面花紋展開示意

3 施工設(shè)計(jì)

3.1 胎面

本次設(shè)計(jì)胎面采用雙層結(jié)構(gòu)，同時(shí)滿足耐磨性能和低生熱要求，提高輪胎的耐久性能。胎面采用熱喂料、冷喂料雙復(fù)合擠出。胎面總寬度為280 mm，冠部寬度為230 mm，中間厚度為21 mm，肩部厚度為24 mm。胎面結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 胎面結(jié)構(gòu)示意

3.2 有限元分析

利用有限元分析軟件分析輪胎充氣輪廓及胎肩和胎圈部位的受力情況，通過優(yōu)化確定最終輪胎輪廓及骨架材料等參數(shù)。胎肩和胎圈有限元分析結(jié)果如圖4和5所示。

圖4 胎肩部位有限元分析結(jié)果

圖5 胎圈部位有限元分析結(jié)果

3.3 胎體

胎體骨架材料影響輪胎的胎側(cè)剛性、轉(zhuǎn)向性能和操縱穩(wěn)定性。根據(jù)雪地輪胎使用條件及安全倍數(shù)計(jì)算，胎體采用3+9×0.22HT鋼絲簾線，安全倍數(shù)達(dá)到7.4。

3.4 帶束層

帶束層骨架材料決定胎面部位的強(qiáng)度和剛度，影響輪胎的耐磨性能、轉(zhuǎn)向性和安全性等。本次設(shè)計(jì)采用4層帶束層結(jié)構(gòu)，1#帶束層（過渡層）采用3+8×0.33HT鋼絲簾線，壓延密度為40根·dm-1，角度為48°；2#和3#帶束層（工作層）采用3+8×0.33HT鋼絲簾線，壓延密度為43根·dm-1，角度為15°；4#帶束層（保護(hù)層）采用5×0.35HI鋼絲簾線，壓延密度為42根·dm-1，角度為15°。帶束層安全倍數(shù)達(dá)到 7.5。

3.5 胎圈

采用六角形鋼絲圈結(jié)構(gòu)，鋼絲直徑為1.83 mm，覆膠鋼絲直徑為2.0 mm，排列形式為7-8-9-10-9-8，共51根，鋼絲圈整體與水平線夾角為15°，胎圈安全倍數(shù)達(dá)到6.3。

3.6 成型工藝

成型采用MATATOR三鼓一次法成型機(jī)，機(jī)頭直徑為560 mm，機(jī)頭寬度為680 mm。采用側(cè)包冠方式，半部件接頭按固定分度角錯(cuò)開分布，各型膠接頭自動(dòng)滾壓，骨架材料自動(dòng)定長裁斷，各部件貼合采用自動(dòng)糾偏，保證胎坯成型精度，確保輪胎成品質(zhì)量和動(dòng)平衡等性能。

3.7 硫化工藝

硫化采用桂林橡膠機(jī)械廠的B型雙模熱板式硫化機(jī)，硫化條件為：內(nèi)溫 （170±3） ℃，模套蒸汽溫度 （150±3） ℃，二次水壓力 （2.5±1）MPa，外部蒸汽壓力 （0.35±0.02） MPa，總硫化時(shí)間 42 min，無過硫、缺膠現(xiàn)象。采用氮?dú)饬蚧に嚕?jié)能環(huán)保，并提高輪胎的硫化質(zhì)量。

4 成品性能

4.1 外緣尺寸

按GB/T 521—2012《輪胎外緣尺寸測量方法方法》，輪胎安裝在標(biāo)準(zhǔn)輪輞上，在標(biāo)準(zhǔn)充氣壓力下測量的D′為1 009 mm，B′為278 mm，符合國家標(biāo)準(zhǔn)要求。

4.2 強(qiáng)度性能

按照GB/T 4501—2016《載重汽車輪胎性能室內(nèi)試驗(yàn)方法》進(jìn)行成品輪胎強(qiáng)度測試，充氣壓力為830 kPa，壓頭直徑為38 mm。試驗(yàn)結(jié)果表明，輪胎破壞能為3 529.6 J，為國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值（2 090 J）的168.9%，符合國家標(biāo)準(zhǔn)要求。

4.3 耐久性能

按照GB/T 4501—2016進(jìn)行成品輪胎耐久性能測試，測試條件如表1所示。

表 1 成品輪胎耐久性試驗(yàn)條件

在達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)要求后，按第3試驗(yàn)階段的條件繼續(xù)進(jìn)行試驗(yàn)，直至輪胎破壞為止。成品輪胎累計(jì)行駛時(shí)間為68.43 h，累計(jì)行駛里程為4 817.5 km，破壞形式為肩部開裂，耐久性能符合并超過國家標(biāo)準(zhǔn)要求。

5 結(jié)語

275/80R22.5 16PR中短途全輪位全鋼載重子午線輪胎的充氣外緣尺寸、強(qiáng)度性能和耐久性能等均達(dá)到相應(yīng)國家和企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求。

該系列產(chǎn)品投放市場后，由于輪胎優(yōu)良的性能和較高的性價(jià)比，得到客戶的認(rèn)可，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。