225/65R17 106T ARCTIC STU99雪地輪胎的設計

楊占斌，鄭 濤，劉 偉，秦怡如，黃丹丹

（山東豐源輪胎制造股份有限公司，山東 棗莊 277300）

隨著國內外汽車工業的飛速發展，輪胎工業發展迅速。輪胎是汽車與地面直接接觸的唯一部件，直接與行車安全相關，越來越受到車主的重視。伴隨著車主的日趨年輕化，冬季自駕游成為年輕人鐘愛的項目，需要為車輛裝配品質優良的雪地輪胎。雪地輪胎通常在冰雪、濕滑等路面上使用，通常其胎面花紋需要有更多細小的紋路，以提高輪胎在冰雪路面上的抓著力和在潮濕雨水條件下的排水能力，降低濕地滑胎的風險，提高操控性能。

為了進一步細分市場、擴大市場份額，同時滿足日益擴大的冬季自駕游客戶群體的需求，我公司憑借自身不斷增強的科技實力，在調查研究我國路面整體狀況并進行成品輪胎性能多次反復測試驗證后，推出了雪地專用ARCTIC STU99系列輪胎。現以225/65R17 106T ARCTIC STU99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標準以及GB/T 2978—2014《轎車輪胎規格、尺寸、氣壓與負荷》要求[1-3]，確定225/65R17 106T ARCTIC STU99雪地輪胎的技術參數如下：標準輪輞 5.5J，充氣外直徑（D′） 715（710～725）mm，充氣斷面寬（B′） 236（230～255） mm，最大充氣壓力 350 kPa，最大負荷 950 kg，速度級別T。

2 結構設計

2.1 外直徑（D）和斷面寬（B）

雪地輪胎的胎冠部位使用冠帶層周向箍緊胎體，以防止此處胎體伸張，因此輪胎的外直徑膨脹率（D′/D）設計得非常小，輪胎充氣后外直徑無太大的變化，參考以往設計經驗，D取714 mm，D′/D為1.001 4。

雪地輪胎的胎體生產采用高模量低收縮聚酯簾線，胎側膠柔軟且具有較小的膨脹率，輪胎充氣后，斷面整體被90°低伸長高強度帶束層鋼絲簾線束縛，變化較小，本次設計B取237 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）

根據雪地輪胎的實際使用區間路段情況、設計的速度級別、載客情況產生的載荷等方面的使用特點，b取值較大時，可以提高輪胎整體的驅動性能和承載性能。以往的設計經驗表明，h取值與b取值相關，b取值較大時，相應的h取值也較大，反之b取值較小時，相應的h取值也較小。因此可以通過優化調整b與h的取值來優化輪胎接地形狀與大小，以均衡胎冠接地壓力，提高輪胎的牽引性能與耐磨性能[1-3]。綜合考慮，本次設計b取180 mm，h取7.5 mm。

2.3 胎圈著合直徑（d）和著合寬度（C）

輪胎結構設計時需要考慮胎圈與輪輞配合的需求，通常來講，胎圈與輪輞之間的間隙越小，車輛整體運行效果越好；但同時應考慮到輪胎裝卸的難易程度，綜合考慮，本次設計d取432 mm。考慮到降低胎側剛性、彈性增大，改善輪胎的乘坐舒適性等方面的影響因素，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位于整個輪胎斷面的最寬處，是輪胎在充氣后法向變形最大的位置，同時也是半鋼子午線輪胎胎體薄弱的地方，因此H1/H2取值對輪胎的使用性能和壽命都有很大的影響。由于雪地輪胎胎體簾線整體設計為徑向排列，胎圈和鋼絲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0.986 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

胎面采用ARCTIC STU99花紋，為變節距花紋，包含長型花紋M型12節、長型花紋L型10節、短型花紋S型9節，總計31個花紋周節。胎面花紋整體為4條溝槽設計，花紋具有驅動性能、散熱性能、耐磨性能和操控性能好等優點，花紋深度為10.5 mm，花紋飽和度為68.25%。胎肩部位膠料采用專為冰雪路面設計的低生熱膠料配方。

胎面的花紋展開示意見圖2。

圖2 胎面花紋

3 施工設計

3.1 胎面和胎側

根據雪地輪胎使用的實際路況信息，胎面在施工設計時采用全分層方案，即胎面膠采用耐冰雪、濕地抓著性能好的膠料配方，同時在配方中添加碳納米管以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[4-6]；基部膠采用高緩沖膠料，以很好地釋放來自胎面的應力。胎側采用常用的雙復合結構，即胎側膠和耐磨膠結構。胎面和胎側半部件均使用中國化學工業桂林工程有限公司生產的雙復合擠出機生產，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層錦綸冠帶層的結構。當輪胎在冰雪路面行駛時，冠帶層可以很好地箍緊胎體，以減小輪胎胎面部位的周向變形，使輪胎整體尺寸的穩定性得到保證，同時對輪胎的抗濕滑性能和操縱性能有積極影響。冠帶層為保護層，使用錦綸66簾線，為單根簾線帶張力纏繞而成，有較強的箍緊作用和抗撞擊性能，能夠防止胎面與帶束層之間發生脫層，同時又可以緩沖胎面受到的沖擊力，較好地保護帶束層，延長輪胎的使用壽命，有利于提高輪胎的翻新次數。1#和2#帶束層均采用3×0.30HT高膠料滲透性鋼絲簾線。

3.3 胎體

胎體骨架材料使用市場上流行的高模量低收縮聚酯簾線，胎體為2層設計，1#胎體簾布筒寬度為620 mm，2#胎體簾布筒寬度為480 mm，胎體簾布壓延密度為105根·dm-1，胎體安全倍數為8.8。胎體聚酯簾線的滲膠性能好，胎坯硫化后胎體整體變形率小，即成品輪胎胎圈部位變形率小，不容易出現并胎圈的現象，胎圈部位的支撐能力高，有利于輪胎的裝卸操作，輪胎經銷商及駕乘者對此滿意度均較高。

3.4 胎圈

鋼絲圈采用直徑為1.295 mm的鍍鋅銅回火高強度胎圈鋼絲，胎圈鋼絲經過胎圈生產設備覆膠，并成型為胎圈，單根胎圈鋼絲覆膠后直徑為1.60 mm，膠料的粘合性能好，不易散頭，與三角膠能很好地粘合，生產工藝穩定。鋼絲圈安全倍數為9.1。

3.5 成型

采用薩馳華辰機械（蘇州）有限公司生產的一次法成型機成型，成型機頭直徑為415 mm，平寬為447 mm，胎坯成型時的預定型寬度為385 mm。該成型機的工藝參數穩定，設備程序及機械定位精度高，胎坯成型后各部位半部件貼合密實，保證了成品輪胎質量的穩定性。

3.6 硫化

采用液壓硫化機、氮氣硫化工藝硫化[7]，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15.5 min。與傳統循環過熱水硫化工藝相比，該規格輪胎采用的氮氣硫化工藝可節約80%的蒸汽，具有顯著的節能效果[2-3]。

4 成品性能

4.1 外緣尺寸

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

4.2 強度性能

依據Q/B QP 01—2017《轎車子午線輪胎強度試驗方法》進行強度性能試驗，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567.2 J，為標準值的192%，強度性能符合企業標準要求。

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，成品輪胎耐久性能達到設計和企業標準要求。

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。

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

225/65R17 106T ARCTIC STU99雪地輪胎的充氣外緣尺寸、強度性能、高速性能和耐久性能均達到設計和企業標準要求。產品投產進入市場后得到客戶的認可與好評，在提升公司知名度的同時創造了較好的經濟效益。