8R22.5 14PR無(wú)內(nèi)胎全鋼載重子午線輪胎帶束層結(jié)構(gòu)的調(diào)整設(shè)計(jì)

鄭益平，王澤君，張 穎

（中策橡膠集團(tuán)股份有限公司，浙江 杭州 310018）

隨著我國(guó)交通運(yùn)輸行業(yè)及輪胎工業(yè)的不斷發(fā)展，無(wú)內(nèi)胎全鋼載重子午線輪胎也得到了迅速發(fā)展，生產(chǎn)規(guī)模日益擴(kuò)大。無(wú)內(nèi)胎全鋼載重子午線輪胎的顯著特點(diǎn)是耐磨性能優(yōu)異，耐久性能和承載能力較高，且滾動(dòng)阻力較小，節(jié)約燃油[1-2]。根據(jù)我國(guó)及世界環(huán)境保護(hù)的發(fā)展趨勢(shì)，各輪胎公司都在發(fā)展“綠色輪胎”，減少輪胎原材料消耗和降低滾動(dòng)阻力是其中的一部分[3-4]。

為使8R22.5 14PR無(wú)內(nèi)胎全鋼載重子午線輪胎更好地滿足國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的使用需求，擴(kuò)大市場(chǎng)份額，在保證輪胎性能基本不變的情況下，在施工設(shè)計(jì)中將4層帶束層結(jié)構(gòu)調(diào)整為0°帶束層結(jié)構(gòu)[5-6]，可以適當(dāng)降低成本。現(xiàn)將其調(diào)整設(shè)計(jì)情況簡(jiǎn)要介紹如下。

1 技術(shù)要求

根據(jù)GB/T 2977—2016《載重汽車(chē)輪胎規(guī)格、尺寸、氣壓與負(fù)荷》的要求，確定8R22.5 14PR無(wú)內(nèi)胎全鋼載重子午線輪胎的技術(shù)參數(shù)為：標(biāo)準(zhǔn)輪輞 6.00×22.5，充氣外直徑 935（924～946）mm，充氣斷面寬 203（195～211）mm，標(biāo)準(zhǔn)充氣壓力 830 kPa，標(biāo)準(zhǔn)負(fù)荷 1 900 kg，負(fù)荷指數(shù)130/128，速度級(jí)別 M。

2 帶束層結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介

帶束層是全鋼載重子午線輪胎的主要受力部件，不僅決定輪胎充氣形狀及各部位由內(nèi)壓引起的初始應(yīng)力，承受60%～75%的內(nèi)壓初始應(yīng)力[7-8]，還決定了輪胎冠部強(qiáng)度和剛度，影響輪胎的耐磨性能、轉(zhuǎn)向性能和安全性能等，帶束層的安全倍數(shù)一般設(shè)計(jì)要求大于5。解剖分析市售輪胎可以發(fā)現(xiàn)，全鋼載重子午線輪胎帶束層設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)形式主要有以下幾種。

2.1 4層帶束層結(jié)構(gòu)

多數(shù)輪胎公司的全鋼載重子午線輪胎采用4層帶束層結(jié)構(gòu)，這種帶束層的結(jié)構(gòu)形式如圖1所示。

圖1 4層帶束層結(jié)構(gòu)

4層帶束層結(jié)構(gòu)中位于最內(nèi)層的第1層帶束層為過(guò)渡層，主要是在徑向90°排列的胎體鋼絲簾線與近乎周向0°排列的工作帶束層之間起到應(yīng)力過(guò)渡作用，可以減小層間剪切力。因此，第1層帶束層的裁斷角度比較大，一般為45°～55°。

第1層帶束層外面的第2層和第3層帶束層是交叉排列的工作層，承擔(dān)主要的內(nèi)壓應(yīng)力，這2層帶束層的裁斷角度比較小，一般為15°～22°。

4層帶束層結(jié)構(gòu)中位于最外層的第4層帶束層為保護(hù)層，即保護(hù)內(nèi)部的帶束層鋼絲簾布和胎體鋼絲簾布免受外力沖擊，多使用高伸長(zhǎng)（HE）或高抗沖擊（HI）型鋼絲簾線，這層帶束層簾布的裁斷角度比較小，一般為15°～22°。

2.2 下3層半帶束層結(jié)構(gòu)

下3層半帶束層結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是將第1層帶束層分置兩邊，中間部分?jǐn)嚅_(kāi)，如圖2所示，其優(yōu)點(diǎn)是減小胎冠中部的應(yīng)力，降低胎冠中部的剛性，使接地壓力分布較為均勻，提高輪胎磨耗的均勻性。

圖2 下3層半帶束層結(jié)構(gòu)

2.3 3層帶束層結(jié)構(gòu)

中型或輕型全鋼載重子午線輪胎一般采用3層帶束層結(jié)構(gòu)，如圖3所示。有的輪胎廠將4層帶束層中的第4層保護(hù)層去掉，有的則是將第1層過(guò)渡層去掉，都可以滿足使用要求，具有減小輪胎質(zhì)量和簡(jiǎn)化工藝的優(yōu)點(diǎn)。

圖3 3層帶束層結(jié)構(gòu)

2.4 0°帶束層結(jié)構(gòu)

0°帶束層結(jié)構(gòu)是意大利倍耐力公司的專利技術(shù)，0°帶束層是由2層沿周向排列重疊纏繞兩周而組成的環(huán)狀增強(qiáng)帶束條。這是一種比較先進(jìn)的帶束層結(jié)構(gòu)，尤其是對(duì)低斷面全鋼載重子午線輪胎來(lái)說(shuō)更是如此。0°帶束層的主要作用是減小帶束層邊部的變形，提高子午線輪胎的胎肩剛性，減小變形生熱，保護(hù)帶束層免受由應(yīng)力應(yīng)變作用產(chǎn)生的疲勞損壞和熱破壞，保證輪胎在高速行駛時(shí)具有穩(wěn)定的尺寸，提高胎面穩(wěn)定性，減少不均勻磨耗。

與普通帶束層結(jié)構(gòu)的全鋼載重子午線輪胎相比，0°帶束層結(jié)構(gòu)的全鋼載重子午線輪胎在如下性能方面有所改善：（1）降低滾動(dòng)阻力，節(jié)省燃料，節(jié)油約5%；（2）降低生熱，使輪胎具有更好的耐久性能和高速性能；（3）胎面穩(wěn)定，減少變形滑移，不易產(chǎn)生偏磨，行駛里程延長(zhǎng)約20%；（4）提高輪胎的側(cè)向剛性（轉(zhuǎn)彎剛性）和抓著性能，改善車(chē)輛的操縱穩(wěn)定性和轉(zhuǎn)向性能。

3 帶束層結(jié)構(gòu)的施工調(diào)整設(shè)計(jì)

我公司的8R22.5 14PR無(wú)內(nèi)胎全鋼載重子午線輪胎原來(lái)采用4層帶束層結(jié)構(gòu)，第1層帶束層采用3×0.30普通強(qiáng)度鋼絲簾線，第2和第3層帶束層采用4+6×0.30HT高強(qiáng)度鋼絲簾線，第4層帶束層采用5×0.30HI高抗沖擊型鋼絲簾線，裁斷角度分別為50°，18°，18°，18°。帶束層安全倍數(shù)為6.2。

4層帶束層結(jié)構(gòu)雖然能夠滿足輪胎的使用要求，但是為進(jìn)一步適應(yīng)當(dāng)前的發(fā)展趨勢(shì)，本次調(diào)整設(shè)計(jì)采用0°帶束層結(jié)構(gòu)，第1和第2層帶束層為工作層，第3層帶束層為保護(hù)層，鋼絲簾布的裁斷角度分別為24°，15°和15°，其中第1和第2層帶束層采用2×7×0.30ST超高強(qiáng)度鋼絲簾線，第3層帶束層采用5×0.35HI高抗沖擊型鋼絲簾線，0°帶束層采用3×4×0.22HE高伸長(zhǎng)鋼絲簾線。本次設(shè)計(jì)帶束層安全倍數(shù)為6.7，滿足設(shè)計(jì)和使用要求。

由4層帶束層結(jié)構(gòu)調(diào)整為0°帶束層結(jié)構(gòu)后，輪胎質(zhì)量減小了0.7 kg，降低了輪胎原材料的消耗。

4 成品性能

4.1 外緣尺寸

按照GB/T 521—2012《輪胎外緣尺寸測(cè)量方法》，測(cè)量采用0°帶束層結(jié)構(gòu)的成品輪胎的外緣尺寸。安裝于6.00×22.5標(biāo)準(zhǔn)輪輞上的成品輪胎在830 kPa充氣壓力下，充氣外直徑為936 mm，充氣斷面寬為203 mm，符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求。

4.2 強(qiáng)度性能

按照GB/T 4501—2016《載重汽車(chē)輪胎性能室內(nèi)試驗(yàn)方法》進(jìn)行成品輪胎強(qiáng)度性能試驗(yàn)，試驗(yàn)條件為：充氣壓力 830 kPa，壓頭直徑 38 mm。測(cè)試結(jié)果表明，5個(gè)測(cè)量點(diǎn)的破壞能分別為1 696.1，1 696.0，1 696.0，1 696.0，1 696.1 J（均未壓穿），都超過(guò)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定值（1 695 J），滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求。

4.3 耐久性能

在GB/T 4501—2016《載重汽車(chē)輪胎性能室內(nèi)試驗(yàn)方法》的基礎(chǔ)上結(jié)合企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行成品輪胎耐久性試驗(yàn)，充氣壓力為830 kPa，額定負(fù)荷為1 900 kg，轉(zhuǎn)鼓試驗(yàn)速度為72 km·h-1，試驗(yàn)條件如表1所示。

表1 耐久性試驗(yàn)條件

成品輪胎耐久性能的測(cè)試結(jié)果如下：調(diào)整前（4層帶束層結(jié)構(gòu)）累計(jì)行駛時(shí)間為112.73 h，損壞形式為肩部裂口；調(diào)整后（0°帶束層結(jié)構(gòu)）累計(jì)行駛時(shí)間為127.65 h，損壞形式為肩部裂口。帶束層結(jié)構(gòu)調(diào)整前后輪胎耐久性能均達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求（≥47 h），也均達(dá)到企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求（≥87 h），調(diào)整后輪胎的耐久性能更優(yōu)異。

4.4 高速性能

根據(jù)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行成品輪胎高速性能試驗(yàn)，充氣壓力為830 kPa，額定負(fù)荷為1 900 kg，試驗(yàn)條件如表2所示。

表2 高速性能試驗(yàn)條件

成品輪胎高速性能的測(cè)試結(jié)果如下：調(diào)整前（4層帶束層結(jié)構(gòu)）的最高行駛速度達(dá)到160 km·h-1，在此速度下行駛2 min，損壞形式為胎面脫落；調(diào)整后（0°帶束層結(jié)構(gòu)）的最高行駛速度達(dá)到160 km·h-1，在此速度下行駛8 min，損壞形式為冠部起鼓。帶束層結(jié)構(gòu)調(diào)整前后輪胎都達(dá)到了M級(jí)速度級(jí)別的設(shè)計(jì)要求（140 km·h-1/≥30 min），調(diào)整后輪胎高速性能略有提升。

4.5 滾動(dòng)阻力性能

按照ISO 28580：2009《輪胎滾動(dòng)阻力測(cè)試方法》中的分離法進(jìn)行成品輪胎滾動(dòng)阻力性能試驗(yàn)，充氣壓力為830 kPa，額定負(fù)荷為1 900 kg，轉(zhuǎn)鼓的正轉(zhuǎn)速度與反轉(zhuǎn)速度均為80 km·h-1，轉(zhuǎn)鼓直徑為2 m。

成品輪胎滾動(dòng)阻力系數(shù)的測(cè)試結(jié)果如下：調(diào)整前（4層帶束層結(jié)構(gòu)）為7.63 N·kN-1，調(diào)整后（0°帶束層結(jié)構(gòu)）為7.53 N·kN-1。帶束層結(jié)構(gòu)調(diào)整后輪胎的滾動(dòng)阻力性能略有提升，可以降低燃油消耗，保護(hù)環(huán)境。

5 結(jié)語(yǔ)

帶束層結(jié)構(gòu)調(diào)整后，8R22.5 14PR無(wú)內(nèi)胎全鋼載重子午線輪胎的充氣外緣尺寸、強(qiáng)度性能、耐久性能、高速性能和滾動(dòng)阻力性能均達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求，產(chǎn)品性能更優(yōu)異，單胎質(zhì)量減小0.7 kg，生產(chǎn)成本更低。

輪胎經(jīng)過(guò)兩年多的實(shí)際使用，用戶反饋良好，具有較高的性價(jià)比，為公司提高了產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力和市場(chǎng)份額，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。