235/75R15 FRD78非對稱花紋雪地輪胎的設計

鄭 濤，楊 朔，劉 偉，黃丹丹

（1.山東豐源輪胎制造股份有限公司，山東 棗莊 277300；2.八億橡膠有限責任公司，山東 棗莊 277800）

冬季輪胎是專為低溫環境設計的，特殊的膠料配方以及針對性的輪胎胎面花紋設計可減少車輛側滑風險，保證輪胎在雪地上使用時的牽引性能及安全性能，制動距離明顯縮短。當環境溫度低于7 ℃時，夏季輪胎會逐漸失去抓著能力，從而影響到車輛的穩定性和制動表現，尤其是采用后驅驅動并注重駕駛操控性的車輛在北方地區冬季低溫環境中爬坡時，會因夏季輪胎地面抓著力下降而導致上坡困難并易發生側滑現象，因此強烈建議使用后驅驅動車輛的車主在冬季及時為愛車更換冬季輪胎。

我公司在調查市場、研究我國道路整體狀況及進行成品性能驗證后，推出了FRD78非對稱花紋系列雪地輪胎，根據UN/ECE 117法規標準，通過了芬蘭Test World嚴苛的輪胎雪地制動性能測試，胎側標有雪花山峰標識。現以235/75R15 FRD78非對稱花紋雪地輪胎為例，將產品設計情況簡介如下。

1 技術要求

參照歐洲ETRTO 2012標準、美國TRAEDI 2012標準和GB/T 2978—2014《轎車輪胎規格、尺寸、氣壓與負荷》要求[1-3]，確定235/75R15 FRD78非對稱花紋雪地輪胎的技術參數如下：標準輪輞6.5J，充氣外直徑（D′） 723（723～743） mm，充氣斷面寬（B′） 240（235～244） mm，最大充氣壓力 300 kPa，最大負荷 925 kg，速度級別 S。

2 結構設計

2.1 外直徑（D）和斷面寬（B）

雪地輪胎充氣后外直徑變化不太大，D取722 mm，外直徑膨脹率（D′/D）為1.001 4。胎體采用高模量低收縮聚酯簾線，輪胎充氣后斷面整體變化較小，本次設計B取241 mm，斷面寬膨脹率（B′/B）為0.995 78。

2.2 行駛面寬度（b）和弧度高（h）

b取值較大時，可以提高輪胎整體的驅動性能和承載性能。根據以往的設計經驗，通過調整b與h的取值來優化輪胎接地面形狀與大小，以均衡胎冠接地壓力，提高輪胎的牽引性能和耐磨性能[1-3]。綜合考慮，本次設計b取179 mm，h取7.5 mm。

2.3 胎圈著合直徑（d）和著合寬度（C）

胎圈與輪輞通常采取過盈配合，同時應保證輪胎容易裝卸，綜合考慮，本次設計d取375 mm。考慮到降低胎側剛性、增大彈性、改善輪胎的乘坐舒適性等，C取197.8 mm。

2.4 斷面水平軸位置（H1/H2）

通常輪胎斷面水平軸是輪胎在充氣后法向變形最大的位置，同時是半鋼子午線輪胎胎體較薄弱的地方，因此H1/H2取值對輪胎的使用性能和壽命影響較大。由于雪地輪胎胎體簾線整體設計為徑向排列，胎圈位置的應力比較大，因此可以通過上移斷面水平軸來減小下胎側區域和胎圈部位的應力。綜合考慮，H1/H2取0.977 29。

圖1示出了輪胎斷面輪廓。

圖1 輪胎斷面輪廓示意

2.5 胎面花紋

胎面采用FRD78型輪胎花紋，為變節距花紋設計，包含長型花紋M型12節、長型花紋L型11節、短型花紋S型13節，總計36個花紋周節。胎面花紋具體特點如下。

（1）4條縱向花紋溝槽設計，提供良好的抓著性能和排水性能，保證濕地駕駛的安全性。

（2）3D立體曲折刀槽花紋設計，保證花紋塊剛性，提高地面抓著力，有效防止輪胎在冰雪路面上打滑。

（3）縱向曲折花紋溝設計，有效提高輪胎的牽引性能。

（4）花紋溝設計采用計算機仿真優化，可有效降低噪聲。

（5）寬大的花紋塊設計，有效提高輪胎在冰雪路面上的越野性能。

（6）花紋深度為9 mm，整體花紋海陸比均衡，花紋飽和度為69.18%。

胎面花紋展開示意見圖2。

圖2 胎面花紋展開示意

3 施工設計

3.1 胎面和胎側

胎面采用全分層設計方案。胎面膠采用冰雪路面和濕地抓著性能好的膠料配方，使胎面膠在7 ℃以下低溫環境中更柔軟，增強輪胎與路面的摩擦力，提高抓著性能；配方中高活性白炭黑用量大，大幅提高輪胎的雪地性能，同時添加碳納米管材料[4-5]，有效縮短輪胎在雪面和冰面上的制動距離，有利于改善車輛的操控性能和行駛安全性。基部膠采用高緩沖膠料，很好地釋放來自胎面的應力。胎側采用常用的雙復合結構，即胎側膠和耐磨膠搭配的結構。胎面和胎側半部件采用三復合擠出機擠出，設備精度高，部件擠出尺寸穩定。

3.2 帶束層

采用2層帶束層加1層冠帶層結構，可以很好地箍緊胎體，減小胎面部位的周向變形，有利于保持輪胎整體尺寸穩定性，同時提高抗濕滑性能和操縱性能等。冠帶層為保護層，由單根直徑為15 mm的錦綸66簾線帶張力纏繞而成，具有較強的箍緊性能和抗撞擊性能，能夠防止胎面與帶束層之間發生脫層，起到很好的保護作用，同時又可以緩沖胎面受到的沖擊力，延長成品輪胎的使用壽命，增大輪胎的翻新次數。1#和2#帶束層均采用3×0.30HT高滲透性鋼絲簾線。

3.3 胎體

胎體采用滲膠性能好的高模量低收縮聚酯簾線，胎體為2層設計，1#胎體簾布寬度為710 mm，2#胎體簾布寬度為540 mm，胎體簾布壓延密度為105根·dm-1，胎體安全倍數為9.0。

3.4 胎圈

鋼絲圈采用鍍鋅銅回火高強度鋼絲，單根胎圈鋼絲直徑為1.295 mm，鋼絲覆膠后直徑為1.60 mm，膠料的粘合性能較好，不易散頭，與三角膠能很好地粘合，生產工藝穩定。胎圈安全倍數為9.1。

3.5 成型

采用一次法成型機成型，成型機機頭直徑為360 mm，平寬為505 mm，胎坯成型時的預定型寬度為410 mm，工藝參數穩定，設備程序及機械定位精度高，胎坯成型后各半部件貼合密實，保證了成品輪胎質量的穩定性。

3.6 硫化

采用液壓硫化機及氮氣硫化工藝硫化[6-8]，一次定型時氮氣壓力為（0.06±0.01） MPa，二次定型時氮氣壓力為（0.07±0.01）MPa，高壓蒸汽壓力為（1.5～1.7）MPa，高壓氮氣壓力為（2.1～2.3）MPa，硫化溫度為177 ℃，總硫化時間為13.5 min。

4 成品性能

4.1 外緣尺寸

按照GB/T 521—2012《輪胎外緣尺寸測量方法》測量成品輪胎外緣尺寸。安裝在標準輪輞上的輪胎在標準充氣壓力下的D′為715 mm，B′為236 mm，均符合設計要求。

4.2 強度性能

強度性能按照Q/B QP 01—2017《轎車子午線輪胎強度試驗方法》進行測試，輪胎的充氣壓力為180 kPa。結果表明，輪胎第1—4點破壞能均達到標準值，第5點破壞能為600.1 J，為標準值的203%，強度性能超過企業標準要求。

4.3 耐久性能

耐久性能按照Q/B NP 01—2017《轎車子午線輪胎耐久性能試驗方法》進行測試，試驗條件和結果如表1所示。

表1 成品輪胎耐久性能

從表1可以看出，輪胎累計行駛44 h后停止試驗，試驗結束時輪胎目測未發生損壞，成品輪胎耐久性能超過企業標準要求。

4.4 高速性能

高速性能按照Q/B GP 04—2017《轎車子午線輪胎高速性能試驗方法》進行測試，試驗結果如表2所示。

表2 成品輪胎高速性能

從表2可以看出，輪胎累計行駛1.5 h后停止試驗，試驗結束時輪胎目測未產生損壞，高速性能達到企業標準要求。

5 結語

235/75R15 FRD78非對稱花紋雪地輪胎的充氣外緣尺寸、強度性能、耐久性能和高速性能均達到設計和企業標準要求。產品投入市場后，以其優良的品質得到客戶的認可與好評，提高了公司的知名度，創造了較好的經濟效益。