225/95R16C 118/116S半鋼輕型載重子午線輪胎的設計

蔡習舟，劉 鑫，楊和濤，宋 立

（中策橡膠集團股份有限公司，浙江 杭州 310018）

為擴展產品線，提升在非常規規格輪胎產品方面的競爭力，我公司開發了225/95R16C 118/116S半鋼輕型載重子午線輪胎[1-4]，現將開發情況介紹如下。

1 技術要求

根據《歐洲輪胎輪輞技術組織標準手冊2020》（ETRTO—2020）確定225/95R16C 118/116S半鋼輕型載重子午線輪胎的技術參數如下：標準輪輞6.0J，充氣外直徑（D′） 834 mm，充氣斷面寬（B′） 223 mm，標準充氣壓力 475 kPa，負荷能力 1 320（單胎）/1 250（雙胎） kg。

2 結構設計

2.1 外直徑（D）和斷面寬（B）

半鋼子午線輪胎胎冠部位的鋼絲帶束層剛性較強，且沿周向纏繞的冠帶層也有箍緊作用，因此半鋼子午線輪胎具有周向不易變形的特性[5]，即D應略小于D′，參考其他類似規格輪胎外直徑膨脹率，本次設計D取830 mm。

輪胎胎側剛性較低，充氣后徑向變形較大，且B還會受到輪胎斷面高寬比、胎體簾線拉伸強度和胎側膠厚度等多種因素影響，因此B應小于B′，參考公司其他產品設計，本次設計B取214 mm。

2.2 行駛面寬度（b）和弧度高（h）

b和h的取值會直接影響輪胎冠部的形狀，進而影響輪胎的接地形狀、面積和壓力分布。為使輪胎接地印痕幾何形狀規則且接地壓力分布均勻，進行有限元分析優選，優選結果為b取170 mm，h取8 mm。

2.3 胎圈著合直徑（d）和著合寬度（C）

胎圈和輪輞通常采用過盈配合的形式，以確保輪胎在運轉過程中與輪輞接觸緊密，防止發生輪胎脫出的狀況。同時為了避免輪胎裝卸困難，本次設計d取404.8 mm，C取178 mm。

2.4 斷面水平軸位置（H1/H2）

H1/H2直接影響胎圈部位和胎冠部位的應力分布，在優化b和h的有限元分析中同步進行水平軸位置的優化設計，優選結果為H1/H2取0.961。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

胎面花紋的設計對輪胎抓著力、耐磨性能和抗濕滑性能等都有直接影響[6-7]，結合目標市場的主要路況和用戶需求，胎面花紋設計采用對稱形式，花紋深度為11.5 mm，花紋飽和度為57.53%，花紋周節數為27。輪胎胎面花紋如圖2所示。

圖2 胎面花紋示意

3 施工設計

3.1 胎面

通過抓取輪廓曲線，確定輪胎胎面型膠設計為：胎面總寬度 245 mm，胎面肩部寬度 170 mm，胎面中心厚度 10.5 mm，胎面肩部厚度12.5 mm。為了減小胎面生熱，胎面膠采用高天然橡膠比例的低生熱配方設計，并采用三復合擠出。胎面結構如圖3所示。

圖3 胎面結構示意

3.2 帶束層和胎體

半鋼子午線輪胎的帶束層是主要的受力部件之一[8-12]，根據材料分布圖的數據校核強度后，確定本次設計帶束層采用2層3＋8×0.23HT鋼絲簾布，帶束層角度為26°（以周向為0°），其中下層寬度與行駛面寬度相同，取170 mm，上層寬度取160 mm，上下兩層帶束層方向相反且兩端均貼合包邊膠。在帶束層上纏繞2層930dtex/2 F94錦綸66冠帶層以箍緊帶束層。胎體選用1670dtex/2 DSP聚酯簾布，采用3層胎體設計。

3.3 胎圈

根據現有胎圈生產工藝，確定鋼絲盤繞直徑為412.8 mm。選用六角形鋼絲圈，鋼絲直徑為1.3 mm，覆膠鋼絲直徑為1.5 mm。根據胎圈安全倍數計算，確定鋼絲圈排列方式為4＋5＋6＋5＋4。

3.4 成型

選用二次法成型機、冠包側工藝，一段成型鼓直徑為465 mm。根據以往設計經驗，簾線假定伸張值取1.035，成型鼓寬度為475 mm。帶束層伸張系數設計為1.043，帶束層貼合鼓周長為2 405 mm。

3.5 硫化

硫化采用液壓硫化機、氮氣硫化工藝，硫化條件為：內溫 205 ℃，外溫 174 ℃，氮氣壓力 21 MPa，硫化時間 18.8 min。

4 成品性能

4.1 外緣尺寸

測試方法參照ECE R54標準，選用6.0J標準輪輞，充氣壓力為475 kPa。成品輪胎的D′為830 mm，B′為226 mm，通過相關標準。

4.2 強度

測試方法參照FMVSS 119標準，選用6.0J標準輪輞，充氣壓力為475 kPa，壓頭直徑為19 mm。測試第5點總行程為95.94 mm，作用力為16 143 N，計算可得第5點破壞能為774.4 J，是最小破壞能的1.5倍，且輪胎未壓穿，通過標準并符合開發要求。

4.3 耐久性能

測試方法參照FMVSS 119標準，選用6.0J標準輪輞，充氣壓力為340 kPa，試驗速度為120 km·h-1。達到標準要求（34 h）后，時間每延長10 h，負荷增大10%，直至輪胎破壞為止。試驗結束時，負荷為1 848 kg，為標準負荷的1.4倍，累計行駛時間為73.55 h，通過標準并符合開發要求。

4.4 高速性能

測試方法參照ECE R54標準，選用6.0J標準輪輞，充氣壓力為475 kPa，負荷為1 188 kg。達到標準要求（1 h）后，時間每延長10 min，速度提高10 km·h-1，直至輪胎破壞為止。試驗至第7階段輪胎破壞，累計行駛時間為1.43 h，試驗結束時速度為210 km·h-1，通過標準并符合開發要求。

5 結語

開發的225/95R16C 118/116S半鋼輕型載重子午線輪胎各項性能均通過了目標市場認可的測試標準，并達到較高性能水平。該產品投產后，創造了良好的經濟效益和社會效益。