325/95R24（12.00R24）TT/TL通用型全鋼載重子午線輪胎的設(shè)計(jì)

賈曉棟

（風(fēng)神輪胎股份有限公司，河南 焦作 454003）

隨著使用路況的優(yōu)化、車輛自身性能的提升以及輪胎行業(yè)的快速發(fā)展，輪胎無內(nèi)胎化的比例越來越大，目前歐美發(fā)達(dá)國家的輪胎無內(nèi)胎率已達(dá)到98%以上。然而，在一些經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)的國家，有內(nèi)胎輪胎產(chǎn)品以經(jīng)濟(jì)性和重載性仍然受到市場的歡迎。目前輪胎市場公認(rèn)12.00R24與325/95R24為等效使用規(guī)格，12.00R24為傳統(tǒng)的有內(nèi)胎產(chǎn)品，主要使用地區(qū)為非洲和亞太地區(qū)一些經(jīng)濟(jì)相對落后的國家，325/95R24為新型無內(nèi)胎產(chǎn)品，主要使用地區(qū)為歐洲發(fā)達(dá)國家和獨(dú)聯(lián)體國家。為了同時滿足不同地區(qū)需求，公司開發(fā)了325/95R24（12.00R24）TT/TL通用型產(chǎn)品，本設(shè)計(jì)主要依據(jù)325/95R24標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，要求室內(nèi)試驗(yàn)性能同時滿足325/95R24和12.00R24標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)將產(chǎn)品的設(shè)計(jì)情況介紹如下[1-8]。

1 技術(shù)要求

依據(jù)ETRTO《歐洲輪胎輪輞技術(shù)組織標(biāo)準(zhǔn)手冊（2019）》，325/95R24全鋼載重子午線輪胎的主要設(shè)計(jì)參數(shù)如下：標(biāo)準(zhǔn)輪輞 9.0，充氣外直徑（D′） 1 228（1 210～1 258） mm，充氣斷面寬（B′）325（312～338） mm，標(biāo)準(zhǔn)充氣壓力 850 kPa，單胎額定負(fù)荷 4 500 kg，速度級別 K。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 外直徑（D）和斷面寬（B）

本次設(shè)計(jì)采用傳統(tǒng)的3層帶束層＋0°帶束層的結(jié)構(gòu)，輪胎的胎冠部位受到胎體和帶束層的周向箍緊作用，特別是0°帶束層，輪胎在硫化后外直徑變化很小，輪胎在標(biāo)準(zhǔn)充氣壓力下外直徑變化也很小。因此，本次設(shè)計(jì)外直徑膨脹率（D′/D）取1.00，與標(biāo)準(zhǔn)值一致，則D為1 228 mm。結(jié)合公司設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和有限元分析結(jié)果，斷面寬膨脹率（B′/B）取1.042，則B為312 mm。

2.2 行駛面寬度（b）和孤度高（h）

b和h的設(shè)計(jì)值對輪胎的多項(xiàng)性能都有影響，在某些性能方面，設(shè)計(jì)值不同會產(chǎn)生截然不同的結(jié)果。例如，b值過大會導(dǎo)致輪胎的胎肩加厚，增加成型胎面輥壓難度，容易造成胎肩脫層，同時胎肩太厚也不利于散熱，會增加早期損壞的風(fēng)險(xiǎn)，但增大b值相當(dāng)于增大了輪胎與路面的接觸面積，輪胎的牽引性能提高，同時可以延長輪胎的行駛里程。本次設(shè)計(jì)綜合考慮了各方面的因素，在保證可磨損膠料體積滿足客戶目標(biāo)要求的同時，借鑒有限元分析手段，進(jìn)行了多組b和h的分析，最終選取b為240 mm，b/B為0.769，h取7.47 mm。

2.3 胎圈著合直徑（d）和著合寬度（C）

325/95R24輪胎標(biāo)準(zhǔn)輪輞為9.0，經(jīng)過市場調(diào)查，實(shí)際車輛主要使用5°深槽輪輞，考慮到輪胎與輪輞的配合，胎圈部位的輪廓曲線主要根據(jù)輪輞的曲線進(jìn)行設(shè)計(jì)。d的取值不應(yīng)過大，也不應(yīng)過小，主要考慮輪胎與輪輞的裝配性和氣密性，本次設(shè)計(jì)取輪輞標(biāo)準(zhǔn)值，d為612.6 mm。考慮到等效12.00R24規(guī)格輪胎使用，結(jié)合設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，C取216 mm。

2.4 斷面水平軸位置（H1/H2）

一般輪胎胎側(cè)最薄處斷面最寬，此為斷面水平軸的位置，也是輪胎最易發(fā)生變形的部位，H1/H2取值大，有利于胎圈部位，相反則有利于胎冠部位。一般情況下，H1/H2為1.0～1.2，本次設(shè)計(jì)考慮到輪胎有可能存在超載的情況，胎圈部位需要加強(qiáng)，H1取值應(yīng)大于H2，結(jié)合公司多年設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，本次設(shè)計(jì)H1/H2取1.15。輪胎斷面輪廓如圖1所示。

圖1 輪胎斷面輪廓示意

2.5 花紋設(shè)計(jì)

胎面采用驅(qū)動輪位花紋，主要用于混合路面，要求輪胎牽引性能和通過性能好，有一定的抗刺扎性能。本次設(shè)計(jì)橫向花紋塊為一個整體，通過寬度不等的刀槽進(jìn)行分割，但深度均為3～5 mm，看似花紋塊較小，但整體仍然為一體。花紋深度為20.5 mm，在花紋溝底部增加了寬度為5 mm、高度為4 mm、長度不等的花紋塊，防止在路況差的情況下花紋溝底被石子等破壞。考慮到使用的路況，花紋飽和度不宜太高，本次設(shè)計(jì)花紋飽和度為66%，花紋周節(jié)數(shù)為49。花紋主溝為內(nèi)窄外寬的喇叭形，有利于排水、排泥，通過性能好。胎面花紋平面展開如圖2所示。

圖2 胎面花紋平面展開示意

2.6 胎側(cè)字體排布設(shè)計(jì)

胎側(cè)字體排布考慮到共用問題，著重參考國際一流品牌的設(shè)計(jì)，在胎側(cè)上同時打刻325/95R24和12.00R24，胎側(cè)字體如圖3所示。

圖3 胎側(cè)字體示意

3 施工設(shè)計(jì)

3.1 胎面

胎面采用胎冠膠和翼膠結(jié)合的雙復(fù)合結(jié)構(gòu)（兩方三塊）。胎冠膠配方要求耐磨性能好，有一定的抗刺扎性能[9]。翼膠采用低生熱配方，以降低輪胎肩部生熱、提高胎面耐久性能，同時要求胎面翼膠與胎冠膠有良好的粘合性能，防止胎面之間脫層，提高輪胎生產(chǎn)的工藝通過性。胎面結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 胎面結(jié)構(gòu)示意

3.2 帶束層

子午線輪胎的主要受力部件是帶束層，帶束層和胎體簾線共同決定了充氣輪胎的形狀，帶束層要具有合適的剛性，來保證輪胎獲得良好的接地形狀，使輪胎均勻磨損，保證產(chǎn)品的壽命[10]。結(jié)合本公司設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，要求帶束層整體安全倍數(shù)不小于7。本次設(shè)計(jì)采用3層帶束層加0°帶束層結(jié)構(gòu)，1#帶束層為過渡層，采用3＋8×0.33HT鋼絲簾線；2#帶束層為工作層，采用3＋8×0.33HT鋼絲簾線；3#帶束層是保護(hù)層，采用5×0.30HI鋼絲簾線；0°帶束層采用3×7×0.20HE鋼絲簾線。與傳統(tǒng)的帶束層結(jié)構(gòu)不同，本次設(shè)計(jì)采用1#帶束層寬、2#帶束層窄的結(jié)構(gòu)，使輪胎肩部的材料過渡更加平緩，試驗(yàn)表明，該設(shè)計(jì)可有效提高輪胎的耐久性能。帶束層結(jié)構(gòu)如圖5所示。

圖5 帶束層結(jié)構(gòu)示意

3.3 胎體

胎體簾線的選取主要考慮輪胎的負(fù)荷與安全倍數(shù)，考慮到此次開發(fā)的產(chǎn)品公路/越野兼用，且在一些地區(qū)存在超載情況，根據(jù)公司多年的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，要求本次設(shè)計(jì)的胎體安全倍數(shù)最小為7。本次設(shè)計(jì)胎體采用0.22＋6＋11×0.205ST超高強(qiáng)度鋼絲簾線，簾線直徑為1.03 mm，破斷力為1 930 N，簾布密度為60根·dm-1，胎體安全倍數(shù)為9.06，滿足設(shè)計(jì)要求，保證輪胎使用安全性能。

3.4 胎圈

本設(shè)計(jì)鋼絲圈采用Φ1.65 mm鍍銅回火胎圈鋼絲，覆膠鋼絲直徑為1.8 mm，鋼絲圈排列方式為6-7-8-9-10-9-8-7-6-5，共75根鋼絲，呈正六角形排列。鋼絲圈直徑為628.66 mm，安全倍數(shù)為7.3。三角膠采用雙復(fù)合設(shè)計(jì)，分為軟三角膠和硬三角膠兩部分。

考慮到實(shí)際承載情況，胎圈部位要求適當(dāng)加強(qiáng)。胎圈包布由1層鋼絲簾布和1層纖維簾布組成。鋼絲圈包布采用0.22＋6＋11×0.205ST超高強(qiáng)度鋼絲簾線，簾線直徑為1.03 mm，破斷力為1 930 N，裁斷角度為25°，采用U型大包布設(shè)計(jì)，輪胎外側(cè)反包端點(diǎn)胎體高、包布低，兩者級差為10～15 mm，以提高胎圈部位的整體強(qiáng)度。

3.5 成型

成型采用一次法成型工藝、兩鼓膠囊反包成型機(jī)，主鼓機(jī)頭直徑為589 mm、機(jī)頭寬度為806 mm。

3.6 硫化

硫化采用1 727 mm（68 英寸）蒸鍋式硫化機(jī)、常規(guī)過熱水硫化工藝。硫化條件為：外部蒸汽壓力 （0.26±0.03） MPa，蒸汽溫度 （140±2）℃，過熱水壓力 （2.6±0.1） MPa，過熱水溫度（170±3） ℃，總硫化時間 62 min。

4 成品性能

成品性能分別按照325/95R24TL 20PR、標(biāo)準(zhǔn)輪輞9.0－24、標(biāo)準(zhǔn)充氣壓力850 kPa，12.00R24TT 20PR、標(biāo)準(zhǔn)輪輞8.5－24、標(biāo)準(zhǔn)充氣壓力900 kPa兩種方式測試，要求室內(nèi)試驗(yàn)性能同時滿足以上兩種情況，以下簡稱為A方式和B方式。

4.1 外緣尺寸

外緣尺寸按照GB/T 521—2012《輪胎外緣尺寸測量方法》進(jìn)行測試。

A方式：輪胎在標(biāo)準(zhǔn)充氣壓力下D′和B′分別為1 232和320 mm，符合設(shè)計(jì)要求。

B方式：輪胎在標(biāo)準(zhǔn)充氣壓力下D′和B′分別為1 230和314 mm，符合12.00R24輪胎設(shè)計(jì)D′為1 226（1 208～1 244） mm、B′為315（303～327）mm的要求。

4.2 強(qiáng)度性能

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)行測試。

A方式：壓頭直徑為38 mm。輪胎標(biāo)準(zhǔn)最小破壞能為2 909 J，試驗(yàn)破壞能進(jìn)行至3 153 J結(jié)束，為標(biāo)準(zhǔn)值的108%，同時輪胎未刺穿，符合設(shè)計(jì)和國家標(biāo)準(zhǔn)要求。

B方式：壓頭直徑為38 mm。輪胎標(biāo)準(zhǔn)最小破壞能為3 051 J，試驗(yàn)破壞能進(jìn)行至4 757 J輪胎刺穿，試驗(yàn)結(jié)束，為標(biāo)準(zhǔn)值的156%，符合設(shè)計(jì)和國家標(biāo)準(zhǔn)要求。

4.3 耐久性能

耐久性能按照GB/T 4501—2016進(jìn)行測試。

A方式：額定負(fù)荷為4 750 kg，試驗(yàn)速度為55 km·h-1。成品輪胎正常通過國家標(biāo)準(zhǔn)要求的47 h（前3個階段），運(yùn)行到第6階段，輪胎胎肩鼓包，總計(jì)運(yùn)行時間為74.45 h，最高負(fù)荷達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)負(fù)荷的160%，滿足設(shè)計(jì)要求。

B方式：額定負(fù)荷為4 500 kg，試驗(yàn)速度為55 km·h-1。成品輪胎正常通過國家標(biāo)準(zhǔn)要求的47 h（前3個階段），運(yùn)行到第6階段，輪胎胎肩鼓包，總計(jì)運(yùn)行時間為80 h，最高負(fù)荷達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)負(fù)荷的160%，滿足設(shè)計(jì)要求。

5 結(jié)語

325/95R24（12.00R24）TT/TL通用型全鋼載重子午線輪胎的開發(fā)彌補(bǔ)了公司在這個區(qū)域的產(chǎn)品空白，增加了公司產(chǎn)品種類，能更好地服務(wù)于市場。新產(chǎn)品批量生產(chǎn)以來，車間的整體生產(chǎn)工藝過程穩(wěn)定，成品檢測的各項(xiàng)指標(biāo)滿足設(shè)計(jì)要求，綜合合格率滿足工廠要求。

新產(chǎn)品投入后，產(chǎn)品性能滿足了不同客戶的需求，獲得了良好的口碑，同時給公司帶來了較高的經(jīng)濟(jì)收入。