LT285/60R18 118/115S 8PR全地形輕型載重子午線輪胎的設計

來新友，盧中允，王文超，王寶凱

（賽輪集團股份有限公司，山東 青島 266550）

全地形（ALL TERRAIN，AT）輪胎能在草地、泥地、山路、碎石及沙漠等惡劣工況條件下作業，常用于越野汽車[1-5]。在歐美地區由于越野文化的盛行和發展，市場及消費者對AT輪胎的需求逐漸提升。運動型多用途汽車（SUV）對于AT輪胎的使用頻率雖然較越野汽車低，但由于AT輪胎的設計兼容越野及公路性能，使得消費者對AT輪胎的需求逐漸增加。為適應市場發展，國內外輪胎企業也紛紛加強AT輪胎產品的研制和開發[6-10]。

為滿足客戶需求，同時優化產品結構，增強產品核心競爭力和品牌影響力，我公司根據市場反饋，設計了LT285/60R18 118/115S 8PR AT輕型載重子午線輪胎，該規格輪胎投放市場以后取得了良好的反饋。現將產品設計介紹如下。

1 技術要求

根據GB 2977—2016《載重汽車輪胎規格、尺寸、氣壓與負荷》[11]，確定LT285/60R18 118/115S 8PR AT輕型載重子午線輪胎的技術參數為：標準輪輞 8.5，充氣外直徑（D′） 799（787～811）mm，充氣斷面寬（B′） 292（282～302） mm，標準充氣壓力 450 kPa，標準負荷 1 320（單胎），1 215（雙胎） kg。

2 結構設計

2.1 外直徑（D）和斷面寬（B）

D主要受胎體簾線、帶束層及錦綸冠帶層的徑向力限制影響，由于帶束層的剛性較大，D基本保持不變。考慮硫化工序膠料的膨脹過程，且輪胎需進行后充氣處理，成品輪胎D′會略微增大或基本不變，本設計確定外直徑膨脹率（D′/D）為1.001，D取798 mm。

B受輪胎類型、規格及胎體簾線等多種因素影響，考慮本設計輪胎規格較大，也需進行后充氣工序，成品輪胎受簾線張力和周向束縛力的影響有所收縮，成品輪胎B′會小于設計值。本設計確定斷面寬膨脹率（B′/B）為0.979 9，B取298 mm。

2.2 行駛面寬度（b）和弧度高（h）

b的選取直接關系到輪胎的接地應力分布，對輪胎高速、制動、抓著、舒適性及滾動阻力等性能均有重要的影響。LT285/60R18 118/115S規格輪胎在AT產品中屬于高速度級別、大規格產品，為避免輪胎在使用過程中因應力集中造成肩部出現異常磨損，本設計采用雙行駛面寬度形式，以延長輪胎的使用壽命，同時為保證輪胎的操縱性能，雙行駛面寬度差為4 mm，本設計b取222/217 mm。

h的設計會影響輪胎的接地印痕，不同的接地印痕能反映輪胎性能的優劣，考慮AT產品的設計特點及使用條件，本設計h取10.8 mm。

2.3 胎圈著合直徑（d）和著合寬度（C）

輪胎胎圈與輪輞間采用過盈配合，以保證輪胎在使用過程中胎圈與輪輞間緊密配合，不出現脫圈滑移現象，d通常略小于輪輞名義直徑，本設計輪胎規格為457.2 mm（18英寸），相應輪輞名義直徑為462 mm，本設計d取460.6 mm。

C設計一般考慮裝配性能，且保證胎圈與輪輞配合緊密，避免漏氣風險。本設計胎圈處采用過盈配合，C依據所需胎圈和輪輞的配合程度來設計，同時需要考慮輪胎在標準負荷和充氣壓力下的應力分布，為優化胎圈部位的應力分布，增強胎圈部位的支撐性能及其與輪輞的裝配性能，本設計C取240 mm。

2.4 斷面水平軸位置（H1/H2）

輪胎斷面輪廓的形狀受斷面水平軸位置的限制。斷面水平軸位置影響輪胎的應力分布，水平軸位置偏上，使用過程中會造成胎肩部位應力增大；水平軸位置偏下，使用過程中會造成胎圈部位應力增大。合理的水平軸位置設計可將充氣輪胎的屈撓點維持在合理的位置，延長輪胎的使用壽命。本設計考慮AT產品的耐久性能需求，H1/H2取1.0。

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

根據AT產品的使用條件及性能要求，本設計胎面部位采取大鋸齒狀花紋塊，可有效提高輪胎的抓著性能和剛性，在惡劣路況下保證輪胎的牽引力。胎面及胎肩花紋塊設計為交錯爪狀樣式，利于輪胎的排水和散熱，顯著提高了輪胎的抓著性能和越野性能，另胎肩輔以雙行駛面寬設計，可以降低輪胎在使用中出現偏磨的風險，延長其使用壽命。本設計采用全新優化的膠料配方，適應其使用條件，在惡劣工況下能夠提供優異的干地性能，同時為突出輪胎的越野性能，保證其使用中的耐磨性能和牽引性，本設計花紋溝深度取13 mm，胎面花紋飽和度為61.6%，花紋周節數為34。

胎面花紋設計如圖2所示。

圖2 胎面花紋示意

2.6 胎側部位設計

胎側部位設計在滿足法規要求的基礎上注重增強輪胎的安全性和美觀性，凸顯產品的視覺震撼力和沖擊感。設計胎側與胎面交接位置時，考慮存在輪胎與野外石塊或道路路緣石等碰撞造成裂口、刺穿等損傷的風險，本設計在胎側與胎肩的相接部位增加了整圈凸起的山峰狀立體保護結構，以抵御外部沖擊，其抗刺扎性能優異，增強了輪胎的安全性。胎側部位選用特殊的彩色膠料配方，商標字體設計為空心白字樣式，可以凸顯輪胎的視覺沖擊力，增強產品的美感。

胎側部位設計如圖3所示。

圖3 胎側部位示意

3 施工設計

3.1 胎面

胎面半成品部件由胎面膠、基部膠和翼膠組成，采用三方四塊結構。胎面部位作為輪胎與地面接觸的唯一部件，胎面膠的性能直接影響輪胎的制動、牽引、耐磨、抗濕滑和滾動阻力等性能。在環境保護方面，本設計選用環保型膠料配方，采取溶聚丁苯橡膠和順丁橡膠并用的膠料體系，保證了輪胎的牽引性和耐磨性能，同時有利于降低滾動阻力和油耗。

3.2 帶束層

帶束層承接胎面部位，為輪胎最主要的受力部件，帶束層角度和寬度的選擇對輪胎強度和高速性能有較大影響。1#帶束層寬度通常較b大5～10 mm，較2#帶束層寬度大10～15 mm，本設計采用2層2＋2×0.35HT鋼絲簾線、角度為24°的交叉排列結構，設計1#帶束層寬度大于b5 mm，大于2#帶束層寬度15 mm。帶束層安全倍數為8.1。本設計輪胎速度級別較高，在帶束層上增加930dtex/2錦綸66浸膠簾布冠帶層，同時采用無接頭方式纏繞，以增強輪胎在使用中的安全性。

3.3 胎體

胎體采用2層1670dtex/2聚酯浸膠簾布反包，1#胎體反包端點高于三角膠端點25 mm，2#胎體反包端點高于鋼絲圈中部10 mm，有利于提高胎側和胎圈部位的剛性。胎體安全倍數為13.4。

3.4 胎圈

胎圈直接與輪輞接觸，其設計關乎輪胎整體的應力分布，對輪胎的脫圈阻力、耐久性能及安全性有重要影響。本設計選用覆膠單絲纏繞的4-5-6-5-4排列方式和六角形結構，能有效保障胎圈部位的穩定性。胎圈安全倍數為7.1。

3.5 成型

輪胎采用二次法成型機、冠包側生產工藝成型，設計機頭直徑為526 mm，機頭寬度的選取基于材料分布圖，考慮簾線伸張及膠料膨脹系數的影響，機頭寬度為477 mm。

3.6 硫化

采用雙模熱板式B型硫化機、后充氣工藝進行氮氣硫化，硫化參數為：硫化外溫 156～160 ℃，硫化內溫 200～208 ℃，氮氣壓力 2.4～2.6 MPa，硫化時間 23.0 min。

4 成品性能

4.1 充氣外緣尺寸

輪胎輪輞組合體在標準充氣壓力下充氣后在18～36 ℃的環境溫度中放置至少3 h，按照GB/T 521—2018進行測試。結果顯示，放置后輪胎的D′和B′分別為800和289 mm，結果在設計公差范圍內，達到設計要求。

4.2 強度性能

強度性能測試為破壞性試驗，通過檢驗胎冠部位的破壞能來評價輪胎結構安全性能。成品輪胎強度性能測試按照GB/T 4501—2018進行。結果顯示試驗結束時輪胎狀態為第5點壓穿，測試破壞能最小為753.7 J，為標準值的146.6%，達到設計要求。

4.3 耐久性能

耐久性測試按照GB/T 4501—2018進行，測試條件和結果見表1。試驗結束時輪胎狀態為胎肩崩花，累計行駛里程為6 163.6 km，累計行駛時間為51.3 h，結果表明成品輪胎耐久性能良好，達到設計要求。

表1 耐久性測試條件和結果

4.4 高速性能

高速性能測試按照GB/T 4501—2018進行，設定初始試驗速度達到160 km·h-1后按標準規定程序進行測試，之后每行駛10 min，試驗速度增大10 km·h-1繼續測試，直到輪胎損壞為止。結果顯示，試驗結束時輪胎狀態為胎肩崩花，最高行駛速度為210 km·h-1，累計試驗里程為252.2 km，累計行駛時間為84 min，達到標準值的140%，滿足設計要求。

5 結語

LT285/60R18 118/115S 8PR AT輕型載重子午線輪胎的設計按照國家標準并結合我公司現有生產工藝進行，成品輪胎性能測試結果表明其充氣外緣尺寸、強度性能、耐久性能和高速性能均達到相關設計和國家標準要求。該規格輪胎投放市場后無不良反饋，能夠較好地滿足客戶和市場的需求。