二段成型全地形車子午線輪胎的開發

任學鵬，龐軍華

（中策橡膠集團有限公司，浙江 杭州 310018）

全地形車（UTV）具有沙灘越野、山區載貨和農場作業等多種功能，是沙灘車（ATV）的高級版本[1]。其車體一般采用玻璃鋼部件，前橋采用獨立懸掛、雙搖臂控制結構，后橋采用整體設計，含有差速器及變速器檔位，使掛檔輕松、急轉彎平穩[2]。部分高級UTV對輪胎外緣尺寸穩定性、動平衡性能及胎側抗刺扎性能有較高的要求。隨著全球高端UTV主機動力的不斷提升，近10年來UTV輪胎規格越來越大、斷面越來越寬，具體表現如下：（1）輪胎內直徑由356 mm（14英寸）增大到457 mm（18英寸）；（2）輪胎外直徑由660 mm（26英寸）增大到991 mm（39英寸）；（3）輪胎行駛速度由F級（80 km·h-1）提高至M級（130 km·h-1）；（4）車輛發動機排量由600 mL增大至1 000 mL以上，對輪胎扭矩要求也有所提高。

綜合行業發展狀況，并根據對客戶的需求預測，外直徑為838～991 mm（33～39英寸）、斷面寬在254 mm（10英寸）以上的UTV輪胎的未來市場需求量可以達到10萬條·a-1。

為滿足市場需求，我公司開發了二段成型UTV輪胎，本文介紹28×10R14 UTV子午線輪胎的開發情況。

1 樣胎配置分析

樣胎斷面如圖1所示，具體配置如表1所示。

表1 樣胎具體配置Tab.1 Specific configurations of sample tire

經過結構受力分析和材料強度計算[3]得出，樣胎2帶束層安全倍數偏小，而樣胎1由于采用了鋼絲帶束層，帶束層安全倍數足夠。

2 設計方案

鑒于UTV輪胎使用環境較惡劣，多為沙漠、泥地、砂石等路況，同時考慮到UTV輪胎花紋較深，兩半模會導致輪胎脫模相對困難，公司對現有28×10R14UTV帶束斜交輪胎進行帶束子午化設計改進，并采用二段成型工藝試制。

本設計28×10R14 UTV子午線輪胎具體配置如下：胎體骨架材料 930dtex/2錦綸66簾線，胎體胎冠角 20°；帶束層骨架材料 930dtex/2錦綸66簾線，帶束層胎冠角 65°；冠帶層骨架材料1400dtex/2錦綸66簾線，一字纏繞，交疊5 mm；鋼絲圈Φ0.96 mm鋼絲，5×4排列；三角膠尺寸（高×寬） 35 mm×5 mm。

2.1 胎體骨架材料選取

目前常用的輪胎胎體骨架材料主要有錦綸6簾線、錦綸66簾線和尺寸穩定性聚酯（DSP）簾線。與錦綸6簾線相比，錦綸66簾線在保持高彈性及高強度的同時，干熱收縮率較小，高溫下強力保持率較高[4]。與DSP簾線相比，相同直徑的錦綸66簾線斷裂強力相當，但定負荷伸長率更高，從而具有更好的抗沖擊性能，只是干熱收縮率略高[5]。由于UTV輪胎主要用于非鋪裝路面，路況惡劣，且UTV輪胎對尺寸穩定性要求較高，故本設計選用930dtex/2錦綸66簾線作為胎體骨架材料。

2.2 帶束層骨架材料選取

通常子午線輪胎帶束層骨架材料一般選用鋼絲簾線，部分高性能輪胎采用芳綸簾線[6]。由于UTV輪胎花紋深度較大，且其胎冠弧半徑較普通子午線輪胎小，如采用鋼絲簾線，則需增加胎肩墊膠，并且模具需采用活絡模形式，輪胎轉向靈活性也有所下降，故本設計選用930dtex/2錦綸66簾線作為帶束層骨架材料。

2.3 冠帶層骨架材料選取

大多數子午線輪胎冠帶層骨架材料采用錦綸66簾線，部分高性能輪胎采用芳綸簾線[7]或芳綸/錦綸66混紡簾線[8]。因UTV輪胎設計速度為M級，故本設計選用較粗的1400dtex/2錦綸66簾線作為冠帶層骨架材料。

2.4 鋼絲圈及三角膠設計

為滿足UTV輪胎在惡劣路況下的正常使用要求，本設計鋼絲圈安全倍數取12，鋼絲采用5×4矩形排列方式；三角膠尺寸（高×寬）較大（35 mm×5 mm），以提高胎側下部強度與支撐性。

2.5 胎體胎冠角及帶束層胎冠角確定

為提高UTV輪胎胎側抗刺扎能力，本設計胎體胎冠角并未采用常規子午線輪胎的0°或2°，而是確定為20°，以使輪胎在提供良好胎側屈撓性能的同時，兼具一定的胎側抗刺扎能力。

帶束層胎冠角越大，輪胎耐久性能及高速性能越好，滾動阻力也有所降低，但是帶束層胎冠角太大，輪胎制造會很困難。另外，帶束層胎冠角增大，車輛操縱穩定性也會有所下降[9-10]。綜合考慮，本設計帶束層胎冠角確定為65°。

3 成品輪胎性能測試結果

二段成型UTV成品輪胎性能測試[11-13]結果如表2所示。

從表2可以看出，試驗子午線輪胎強度滿足設計要求，耐久性能和高速性能均大大高出指標要求，充氣外直徑精度高，波動在1～2 mm之內，可確保輪胎優異的動平衡性能。但因使用現有模具制備，常常導致成品輪胎外直徑與斷面寬超出要求范圍，因此研制子午線輪胎產品需重新設計模具。

表2 UTV成品輪胎性能測試結果Tab.2 Performanc test results of UTV finished tires

此外，28×10R14 UTV子午線輪胎外送實車測試，通過了美國法規要求及相關主機廠主觀評價（包括麋鹿測試[14]及J-TURN測試[15]等）。

4 原材料成本分析

二段成型UTV輪胎原材料成本分析結果如表3所示。

表3 UTV輪胎原材料成本分析結果Tab.3 Material cost analysis results of UTV tires

從表3可以看出，每條UTV子午線輪胎質量比帶束斜交輪胎減小894 g（6%），材料總成本降低14.1元（11%），分析原因如下。

（1）子午線輪胎胎面長度大，基本接近于模具內腔周長，輪廓均勻性較帶束斜交輪胎更容易控制，胎面質量明顯減小，成本降低20%。

（2）子午線輪胎采用胎體＋帶束層＋冠帶層的結構，簾線成本比帶束斜交輪胎高，提高12%。

5 結論

通過以上試驗和分析，公司后續重新設計了模具，并對生產設備及工裝做了相應調整，生產的二段成型UTV子午線輪胎既滿足了市場需求，也提高了公司UTV輪胎在國外市場的品牌知名度，為公司創造了較好效益。