295/60R22.5 BY707寬基低斷面全鋼載重子午線輪胎的設計

李明珊，張 超，齊 林，邵先行，鄭 賓

（八億橡膠有限責任公司，山東 棗莊 277800）

近幾年，兼顧綠色環保、節油、高性能的無內胎全鋼載重子午線輪胎以其優異的高速性能、舒適性、安全性和經濟實用性受到人們的青睞。為滿足國外市場需求，同時也為了調整產品附加值，我公司結合現有規格開發的成功經驗，結合綠色輪胎理念開發出295/60R22.5寬基低斷面無內胎全鋼載重子午線，同時配合綠色環保節油的配方設計，可以減小汽車質量，實現節油、減排二氧化碳、降低成本以及更加安全可靠的目標[1-6]。

295/60R22.5輪胎在國內南方市場作為12R 22.5輪胎的替換產品，用于拖輪可降低車輛整體高度，提高車輛操縱穩定性，市場開發空間巨大。295/60R22.5輪胎扁平率大，輪胎的外直徑（D）減小，斷面寬（B）增大，在高速公路上行駛時輪胎的穩定性和內壓保持率高，提高了輪胎的安全性，增大了輪胎的接地面積，輪胎行駛過程中舒適性好。

在經濟方面，與12R22.5輪胎相比，295/60 R22.5輪胎質量更小，降低了輪胎的滾動阻力，節省了燃油，同時還能降低噪聲，性價比提高。

1 技術要求

依據GB/T 2977—2016、《美國輪胎輪輞標準協會（TRA）2016》和《歐洲輪胎輪輞技術組織標準手冊（ETRTO）2016》確定295/60R22.5輪胎的技術參數為：標準輪輞 9.00，充氣外直徑（D′）926（915～937） mm，充氣斷面寬（B′） 292（280～304） mm，標準充氣壓力 900 kPa，最大負荷 3 350 kg（單胎）/3 075 kg（雙胎），負荷指數150（單胎）/147（雙胎）。

2 結構設計

2.1 D和B

全鋼載重子午線輪胎的帶束層采用鋼絲簾線，冠部剛性強、變形小，輪胎充氣后受圓周方向帶束層鋼絲簾線的箍緊作用，D變化很小。統計本公司部分相近規格輪胎的D′、D和外直徑膨脹率（D′/D），得到的數據見表1。參考表1數據，本次設計D取920 mm，D′取924 mm，D′/D為1.004 3。

表1 相關規格輪胎的D′和D

B是指胎體斷面的最寬位置寬度，位于水平軸上，對常規輪胎來說是胎側變形最大的位置。全鋼載重子午線輪胎的胎體采用高強度鋼絲簾線，胎側雖很柔軟但膨脹小，輪胎充氣后受90°高強度低伸長鋼絲簾線的約束，B變化很小。統計本公司部分相近規格輪胎的B′、B和斷面寬膨脹率（B′/B），得到的數據如表2所示。

表2 相關規格輪胎的B′和B

參考表2數據，本次設計B取292 mm，B′取285 mm，B′/B為0.976 0。

2.2 行駛面寬度（b）和弧度高（h）

b和h作為決定胎冠形狀的主要參數，其值的選取直接影響輪胎的耐磨性能、抓著性能、牽引性能和滾動阻力等。隨著汽車工業和交通運輸業的發展及公路狀況的改善，輪胎正向著增大b、減小h的趨勢發展，以顯著提高輪胎的使用性能。

b和h根據B、斷面高（H）、b/B和h/H來確定。統計本公司部分相近規格輪胎的b，B和b/B，得到的數據如表3所示。

表3 相關規格輪胎的b，B和b/B

根據低斷面輪胎實際使用的特點，增大b可以提高其抓著性能和耐磨性能。結合表3數據，本次設計b/B取0.839 0，b取245 mm。

統計本公司部分相近規格輪胎的h，H和h/H，得到的數據如4所示。

表4 相關規格輪胎的h，H和h/H

根據《橡膠工業手冊》中載重子午線輪胎的相關取值經驗，普通花紋載重輪胎h/H介于0.035～0.055之間。結合表4數據，本次設計h取7 mm，h/H取0.039 9，在相近規格取值附近。

2.3 胎圈著合直徑（d）和著合寬度（C）

d的取值應滿足裝卸方便和著合緊密的要求。胎圈與輪輞裝配過盈量過大時，輪胎裝卸困難，且影響胎圈安全性；過盈量過小時，輪胎不能與輪輞緊密配合，無內胎輪胎會漏氣。裝于深槽輪輞的無內胎載重子午線輪胎，輪胎的d一般要小于輪輞的標定直徑，以滿足過盈配合的要求，使輪胎緊箍于輪輞上，提高牽引性能，避免磨胎圈現象。本次設計d較輪輞相應部位直徑（571.5 mm）小2.0 mm，取569.5 mm。

C為輪胎兩胎踵間的距離，其值根據設計輪輞寬度而定，一般無內胎載重子午線輪胎C較輪輞寬度大12.7 mm左右，不超過25.4 mm。標準輪輞寬度為228.6 mm，本次設計C取241.3 mm。

2.4 斷面水平軸位置（H1/H2）

斷面水平軸位于斷面最寬點，是輪胎充氣后法向應變最大的位置，也是子午線輪胎胎體最薄、變形最大的部位，一般H1/H2取值范圍為0.80～0.95。

H1/H2取值過小，即斷面水平軸位置偏低，接近下胎側，使用過程中，下胎側和胎圈部位應力和應變較集中，易造成胎圈斷裂或脫層；H1/H2取值過大，則斷面水平軸位置較高，應力和應變集中于胎肩部位，容易造成肩空或肩裂。統計本公司部分相近規格輪胎的H1，H2和H1/H2，得到的數據見表5。

表5 相關規格輪胎的H1和H2

參考表5數據，本次設計H1取88.8 mm，H2取86.5 mm，H1/H2為1.026，在相近規格取值范圍內。因295/60R22.5為寬基低斷面載重子午線輪胎，故H1取值比常規稍大。

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

本次設計采用BY707高速型縱向直溝花紋，適用于路況較好路面，行駛中滾動阻力較小，具有良好的行駛導向性；花紋溝壁滾花及溝底水波紋可有效防止夾石子，自潔性能優異；變節距花紋可有效降低輪胎行駛中的噪聲[7-9]。本次設計花紋飽和度為81%，花紋深度為15.5 mm，花紋周節數為67。花紋溝底設計和輪胎花紋分別見圖2和3。

圖2 花紋溝底設計示意

2.6 側板設計

輪胎側板（見圖4）整體采用滾花運動風格，簡潔大方，彰顯了一個企業的風格，使整個輪胎看起來充滿活力。

圖4 輪胎側板設計示意

3 施工設計

3.1 胎面

胎面采用全分層設計，根據輪胎材料分布圖確定胎面尺寸。胎面采用高速型輪胎專用配方，以滿足輪胎高速行駛過程中的穩定性，同時加入高品質超耐磨炭黑，保證輪胎的抗撕裂、耐磨、抗刺扎性能[10-11]。

3.2 胎體

為保證輪胎的耐疲勞性能和高速性能，骨架材料選擇3×0.24＋9×0.225CCHT鋼絲簾線，該簾線具有無外纏絲、同捻向、直徑小、強度高、耐疲勞性能優異的特點。根據產品的設計定位選取壓延密度為70 根·dm-1，胎體安全倍數為14。

3.3 帶束層

帶束層除了起緩和沖擊的作用，主要起箍緊胎體、限制輪胎周向變形的作用，是主要的受力部件。本次設計為4層帶束層結構，帶束層寬度一般為行駛面寬度的0.8～0.85。綜合考慮，1#，2#和3#帶束層采用4＋6×0.30HT鋼絲簾線，4#帶束層采用5×0.35HI高伸長鋼絲簾線，帶束層安全倍數為9.56。

3.4 胎圈

鋼絲圈選用直徑為1.55 mm ST的鍍鋅銅回火高強度胎圈鋼絲，鋼絲排列方式為7-10-7，覆膠鋼絲直徑為1.70 mm，鋼絲圈安全倍數為9.7。

3.5 成型

成型使用一次法三鼓成型機，壓合方式采用4組后壓輥壓合，1#，2#和4#輥滾壓胎面，3#輥滾壓胎側和填充膠。滾壓過程中，根據胎面和胎側的不同位置進行高低壓切換（見圖5）。

圖5 成型方式

3.6 硫化

輪胎硫化采用雙模硫化機氮氣硫化工藝，其硫化過程沒有氧氣，膠囊不容易氧化，可以延長膠囊的使用壽命。該工藝是效率高、可靠性高、成本低、無污染的綠色工藝。經過對發泡試驗數據的對比分析，確定最佳硫化工藝參數如下：一次定型氮氣壓力 0.005～0.006 MPa，二次定型壓力0.007～0.008 MPa，高壓蒸汽壓力 （1.6±0.1）MPa，高壓氮氣壓力 （2.5±0.1） MPa，硫化時間45 min。

4 成品性能

4.1 外緣尺寸

安裝在標準輪輞上的成品輪胎在標準充氣壓力下，按照GB/T 521—2012進行測量，輪胎D′和B′分別為923和285 mm，符合設計要求。

4.2 強度性能

按照GB/T 4501—2016進行成品輪胎強度性能試驗，試驗輪胎充氣壓力為900 kPa。結果表明，輪胎破壞能為6 015 J，為標準值的366%。成品輪胎強度性能達到國家標準要求。

4.3 耐久性能

按照GB/T 4501—2016進行成品輪胎耐久性試驗，試驗輪胎充氣壓力為900 kPa，試驗負荷為2 178 kg，試驗負荷率為65%，試驗速度為65 km·h-1，當輪胎行駛47 h后，每10 h試驗速度增大5 km·h-1、負荷增加10%繼續試驗，直至輪胎損壞為止。試驗結果為輪胎累計行駛時間為87.17 h。成品輪胎耐久性能達到國家標準要求。

5 結語

本工作設計開發的295/60R22.5 18PR BY707寬基低斷面全鋼載重子午線輪胎的充氣外緣尺寸、強度性能和耐久性能均達到設計和國家標準要求。該產品自投放市場以來，客戶反饋較好，市場銷量大，為公司創造了可觀的利潤，提高了公司知名度和品牌效應。