12R22.5全鋼載重子午線輪胎的設計

李園園，梁垂燕，邢正濤，于曉峰

（青島雙星輪胎工業有限公司，山東 青島 266400）

近年來子午線輪胎以其優異的性能，在國內外商用車輪胎市場占有率已近100%，其中無內胎輪胎占87.4%，有內胎輪胎占12.6%。然而輪胎在高負荷、高轉速下容易發生冠鼓或受到沖擊時胎圈部位發生爆破，從而造成重大事故和損失。為滿足市場需求，我公司開發了一款全鋼載重子午線輪胎，現將其設計情況介紹如下。

1 技術要求

按照GB/T 2977—2016《載重汽車輪胎規格、尺寸、氣壓和負荷》，確定12R22.5全鋼載重子午線輪胎技術參數為：輪輞 9.00×22.5，充氣外直徑（D′） 1 069.61～1 100.39 mm，充氣斷面寬（B′）288～312 mm，標準充氣壓力 930 kPa，負荷指數152，負荷能力 3 550 kg，速度級別 K。

2 結構設計

2.1 外直徑（D）和斷面寬（B）

由于子午線輪胎的胎冠有周向不易伸張的帶束層緊箍胎體，輪胎在充氣后外直徑的膨脹率較小，而輪胎的斷面寬也會有較小變化[1]。根據產品性能需求，確定本次設計D為1 078 mm，B為290 mm。

2.2 行駛面寬度（b）和弧度高（h）

b和h是決定輪胎胎冠形狀的主要參數，分別與B和斷面高成一定比例。行駛面形狀對胎面的耐磨性能、牽引性和轉向性等多方面性能有直接影響，增大b、減小h，可提高輪胎胎面的耐磨性能[2]。根據以往產品設計經驗，確定本次設計b為240 mm，h為7.2 mm。

2.3 胎圈著合直徑（d）和著合寬度（C）

C根據輪輞的寬度確定。為提高胎側的柔軟性，將C設計為大于輪輞寬度，根據經驗設定C為240 mm[3]。d取值應比輪輞相應部位的直徑小0.5～1.5 mm，根據經驗設定d為571 mm。

2.4 斷面水平軸位置（H1/H2）及胎冠弧形狀

斷面水平軸位于斷面最寬點，是輪胎在充氣和法向負荷下變形最大、厚度最小的位置[4]。根據經驗，確定本次設計H1/H2為0.972 7。

胎冠弧形狀是根據b、h和花紋形狀設計，本次胎冠設計采用兩段弧設計。胎冠弧輪廓如圖1所示。

圖1 胎冠弧輪廓示意

2.5 胎面花紋設計

胎面花紋采用橫向花紋塊設計，橫向主溝深度為18 mm，采用不等節距設計，花紋飽和度為74.9%，胎面中央有連續性花紋塊以提高輪胎的驅動性能，在濕滑路面情況下能將花紋塊下的水膜吸入排水主溝，加速排水速度以保證濕地剎車性能，提高了排水性能，縮短了濕滑路面的剎車距離，在濕滑路面上表現出穩定的操控性能[5]。

胎面花紋展開如圖2所示。

圖2 胎面花紋展開示意

3 施工設計

3.1 胎面

胎面采用雙復合壓出形式，上部分為胎面膠，下部分為基部膠。胎面寬度為304 mm，肩部寬度為216 mm，肩部厚度為24 mm，中部厚度為20 mm。

胎面橫截面如圖3所示。

圖3 胎面橫截面示意

3.2 胎體

胎體用鋼絲簾線最重要的性能是高耐疲勞性能和耐磨性能。為實現高耐疲勞性能，需采用高強度、小直徑的鋼絲，以及良好、穩定的生產工藝；為實現良好的耐磨性能則應采用無外纏絲、滲膠性能良好及內外層捻向一致的鋼絲簾線。本次設計胎體鋼絲簾線采用3×0.24＋9×0.225CCST鋼絲簾線[6]。

3.3 帶束層

帶束層剛性主要取決于帶束層結構和角度[7-8]。根據輪胎規格和使用條件決定本次設計采用4層帶束層結構。1#帶束層為過渡層，是最靠近胎體的一層[9]，采用4＋3×0.33ST鋼絲簾線，排列角度為50°～60°；2#和3#帶束層在帶束層結構中主要承受應力，稱為工作層，采用3＋8×0.33HT鋼絲簾線，排列角度為15°～22°；4#帶束層為保護層，一般采用高伸長率和高抗沖擊型鋼絲簾線，采用5×0.30HI鋼絲簾線，排列角度為15°～22°。

3.4 成型

成型采用一次法膠囊反包成型機，機頭直徑為535 mm，采用側包冠成型工藝，部件接頭按照一定的角度錯開均勻分布，接頭部位輥壓平整，可保證輪胎的動平衡性能良好。

3.5 硫化

輪胎硫化采用熱板式硫化機，液態單硫化工藝。硫化條件為：熱板溫度 （152±2） ℃，模套溫度 （160±2） ℃，蒸汽溫度 （207±3） ℃，硫化時間 47.2 min。

4 成品性能

4.1 充氣外緣尺寸

成品輪胎充氣外緣尺寸按照GB/T 521—2012《輪胎外緣尺寸測量方法》進行測量。安裝于標準輪輞上的成品輪胎在標準充氣壓力下D′為1 083 mm，B′為298mm，均符合設計和國家標準要求。

4.2 強度性能

成品輪胎按照GB/T 4501—2016《載重汽車輪胎性能室內試驗方法》進行室內輪胎強度性能測試。測試條件為：充氣壓力 930 kPa，壓頭直徑 38 mm。測試結果表明，第5點壓穿，輪胎的破壞能為5 610.1 J，符合設計和國家標準要求。

4.3 耐久性能

成品輪胎耐久性能測試按照GB/T 4501—2016《載重汽車輪胎性能室內試驗方法》進行。測試條件為：充氣壓力 930 kPa，運行速度 55 km·h-1。在負荷率為65%下運行時間7 h，將負荷率增大至85%再繼續運行16 h，繼續增大負荷率至100%后運行24 h，之后每行駛10 h增大10%負荷率繼續進行試驗至輪胎損壞。成品輪胎耐久性試驗累計行駛時間為88.3 h，符合設計和國家標準要求。

4.4 高速性能

成品輪胎按照企業標準進行高速性能測試，充氣壓力為930 kPa，負荷為3 550 kg。在速度為55 km·h-1下運行2 h，速度增大至60 km·h-1后再運行2 h，之后每運行2 h速度增大10 km·h-1直至輪胎損壞。成品輪胎高速性能試驗累計行駛時間為14.05 h，符合設計和企業標準要求。

5 結論

12R22.5全鋼載重子午線輪胎胎面中央有連續性花紋塊，該花紋在躒石、泥濘路面上行駛具有很高的牽引性和自潔性，胎面中央花紋采用橫向和縱向花紋設計，牽引性能、制動性能和抗濕滑性能優異。經測試，該產品的充氣外緣尺寸、強度、耐久性能和高速性能均滿足設計和國家標準要求。