155R13LT半鋼輕型載重子午線輪胎的設(shè)計(jì)

趙 龍，李仁國，朱作勇，于常遠(yuǎn)，范學(xué)付

（山東興鴻源輪胎有限公司，山東 臨沂 276200）

隨著國家鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的持續(xù)實(shí)施，城鄉(xiāng)道路建設(shè)不斷優(yōu)化，促進(jìn)了城鄉(xiāng)物流等交通運(yùn)輸?shù)呐畈l(fā)展，對小型客貨車輛的需求日益旺盛。同時(shí)市場對小規(guī)格半鋼輕型載重輪胎的需求不斷擴(kuò)大，針對鄉(xiāng)村路況及承載能力的特點(diǎn)，國內(nèi)輪胎企業(yè)紛紛加強(qiáng)半鋼輕型載重輪胎的研制與生產(chǎn)[1-2]。

為了適應(yīng)市場需求，我公司開發(fā)了155R13LT半鋼輕型載重子午線輪胎，現(xiàn)將其設(shè)計(jì)情況介紹如下。

1 技術(shù)要求

根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 2977—2016，確定155R13LT半鋼輕型載重子午線輪胎的主要技術(shù)參數(shù)為：標(biāo)準(zhǔn)輪輞 4.50B，充氣外直徑（D′）578（571～585） mm，充氣斷面寬（B′） 157（151～165） mm，標(biāo)準(zhǔn)充氣壓力 450 kPa，負(fù)荷指數(shù) 90（單胎負(fù)荷 600 kg）/88（雙胎負(fù)荷 560 kg），層級 8。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 外直徑（D）和斷面寬（B）

子午線輪胎的D主要受帶束層的緊箍束縛影響，D基本保持不變。結(jié)合我公司的輪胎結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，D取575.5 mm，外直徑膨脹率（D′/D）為1.004 3。子午線輪胎充氣后的B主要受輪胎的高寬比、胎體簾線的伸張率以及硫化后充氣、胎圈著合寬度（C）等的影響，根據(jù)我公司以往的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，B取154 mm，斷面寬膨脹率（B′/B）為1.019 5。

2.2 行駛面寬度（b）和弧度高（h）

b和h的取值應(yīng)適當(dāng)，h與b的比值應(yīng)為0.04～0.06，此值對輪胎接地印痕的影響較大，從而影響輪胎的操控及耐磨性能。一般輪胎接地印痕應(yīng)為近橢圓形。若h取值過小，輪胎接地印痕會(huì)形成反弧，在輪胎使用過程中會(huì)造成胎肩異常磨損；若h取值過大，輪胎接地印痕會(huì)形成凸橢圓形，在輪胎使用過程中會(huì)造成胎冠中心異常磨損。本設(shè)計(jì)b取110 mm，h取5.78 mm。

2.3 胎圈著合直徑（d）和C

為確保輪胎與輪輞的順利裝配并保證其配合強(qiáng)度，防止漏氣及脫圈風(fēng)險(xiǎn)，胎圈與輪輞采用過盈配合[3]。本設(shè)計(jì)d取328.2 mm。

為了保證輪胎充氣時(shí)輪輞裝配方便，C值應(yīng)適當(dāng)加大。本設(shè)計(jì)C值比輪輞寬度增大12.7 mm，C取127 mm。

2.4 斷面水平軸位置（H1/H2）

斷面水平軸位置的選取直接影響負(fù)荷下輪胎的應(yīng)力分布。一般來說，若H1/H2減小，則在輪胎使用過程中胎圈部位受力增大；若H1/H2增大，則在輪胎使用過程中胎肩部位受力增大，因此在設(shè)計(jì)此值時(shí)可根據(jù)輪胎規(guī)格及使用條件適當(dāng)選擇。本設(shè)計(jì)H1取58 mm，H2取65.65 mm，則H1/H2為0.883 5。

圖1 輪胎斷面輪廓示意

2.5 胎面花紋

胎面采用3條曲折型主溝花紋設(shè)計(jì)，以保證抓著性能，縱溝中間花紋塊配以細(xì)斜溝設(shè)計(jì)，以降低輪胎生熱；內(nèi)外側(cè)肩部采用斜橫溝與鋼片結(jié)合設(shè)計(jì)，提高了輪胎的抗?jié)窕阅?；溝底采用倒角處理，避免了輪胎行駛過程中因剪切應(yīng)力集中而導(dǎo)致的溝裂；胎面花紋塊銳角采用倒角處理，避免了輪胎行駛過程中的異常磨損。根據(jù)相關(guān)目標(biāo)市場的輪胎使用情況，本設(shè)計(jì)花紋主溝深度取8.2 mm，花紋周節(jié)數(shù)為60，花紋飽和度為75.41%。本設(shè)計(jì)利用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)優(yōu)化節(jié)距排列，降低了花紋振動(dòng)噪聲。胎面花紋展開如圖2所示。

圖2 胎面花紋展開示意

2.6 外觀設(shè)計(jì)

為了增強(qiáng)輪胎的安全性和整體美感，胎面采用3條花紋主溝與橫向溝槽相結(jié)合的形式，增強(qiáng)了安全穩(wěn)定性；在胎側(cè)肩部設(shè)置倒山峰造型交錯(cuò)排列，采用適當(dāng)密度與角度的射線進(jìn)行填充；胎側(cè)字體中商標(biāo)、花紋、規(guī)格采用120°等分排布，字型采用較粗獷風(fēng)格，內(nèi)部進(jìn)行射線填充，整體效果簡潔大方。另外肩部采用雙防擦線設(shè)計(jì)，凸起高度為1 mm，可防止異物對輪胎的損傷，進(jìn)而提高輪胎的行駛安全性。

輪胎外觀如圖3所示。

圖3 輪胎外觀示意

3 施工設(shè)計(jì)

3.1 胎面

胎面采用胎面膠、基部膠和翼膠的三方四塊結(jié)構(gòu)[4-6]。胎面膠采用低滾動(dòng)阻力、高濕抓著性能、耐老化和耐磨性能良好的膠料配方；基部膠采用低生熱膠料配方；翼膠要求與胎側(cè)的過渡性良好，耐屈撓性能優(yōu)異。胎面總寬度為150 mm，冠部寬度為105 mm，肩部和冠部的厚度分別為9和8 mm。

胎面橫截面如圖4所示。

圖4 胎面橫截面示意

3.2 帶束層

根據(jù)輕型載重輪胎使用工況，為了滿足胎冠部位的壓穿強(qiáng)度要求，本設(shè)計(jì)選用2層帶束層結(jié)構(gòu)[7-9]，1#和2#帶束層均采用2＋2×0.35HT鋼絲簾線，每層帶束層首尾采用對接方式，裁切角度為26°，安全倍數(shù)滿足設(shè)計(jì)要求。采用1層0°冠帶層結(jié)構(gòu)、整層平鋪的纏繞方式，采用1400dtex/2錦綸簾線，經(jīng)線密度為100 根·dm-1，排布寬度為120 mm，總厚度為0.8 mm。

3.3 胎體和胎側(cè)

胎體不但要承受內(nèi)部充氣的壓力，還要保證胎側(cè)部位的抗沖擊性能。因此，胎體需要有足夠的強(qiáng)度，以保證輪胎的行駛安全。本設(shè)計(jì)胎體采用2層1440dtex/2聚酯纖維簾線，裁切角度為90°，胎體安全倍數(shù)滿足設(shè)計(jì)要求。

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胎側(cè)由胎側(cè)膠和胎圈膠組成，采用雙復(fù)合擠出工藝，胎側(cè)膠具有良好的耐疲勞和耐老化性能，胎圈膠采用高性能耐磨配方。

3.4 鋼絲圈

鋼絲圈選用Φ1.3 mm的高強(qiáng)度回火胎圈鋼絲，覆膠后單絲直徑為1.5 mm，胎圈周長為1 050 mm，鋼絲圈的組合方式為3-4-5-4，共16根，呈六邊形結(jié)構(gòu)，纏繞直徑為334.23 mm，鋼絲圈安全倍數(shù)滿足設(shè)計(jì)要求。

3.5 成型

采用二次法成型機(jī)成型，成型方式為冠包側(cè)，采用兩層反包形式，成型鼓寬度為281 mm，帶束層貼合鼓周長為1 670 mm。各部件接頭根據(jù)相應(yīng)的角度錯(cuò)開分布，保證了接頭壓實(shí)且輥壓平整[10]。

3.6 硫化

采用雙模液壓熱板式硫化機(jī)硫化，硫化條件為：合模力 900 kN，預(yù)定型高度 224.5 mm，外蒸汽溫度 183 ℃，內(nèi)蒸汽溫度 205 ℃，硫化內(nèi)高壓氮?dú)鈮毫?2.1 MPa，總硫化時(shí)間 13.5 min，充氣時(shí)間 25 min。

4 成品輪胎性能

4.1 充氣外緣尺寸

輪胎的充氣外緣尺寸按照GB/T 521—2018進(jìn)行測量。充氣壓力為450 kPa，環(huán)境溫度為30 ℃。本設(shè)計(jì)D′為580 mm，B′為153 mm，符合國家標(biāo)準(zhǔn)要求。

4.2 強(qiáng)度性能

輪胎的強(qiáng)度性能按照GB/T 4501—2018進(jìn)行測試，充氣壓力450 kPa，選用Φ19 mm壓頭。測量點(diǎn)第1—4點(diǎn)均未壓穿或觸輞，第5點(diǎn)破壞能達(dá)到775.8 J，觸輞但未壓穿，其值為國家標(biāo)準(zhǔn)值的150.93%，符合設(shè)計(jì)要求。

4.3 高速性能

輪胎的高速性能按照企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測試，試驗(yàn)條件及結(jié)果如表1所示。

從表1可以看出，輪胎最高行駛速度達(dá)到220 km·h-1，最高速度行駛時(shí)間為3 min，符合標(biāo)準(zhǔn)要求（≥160 km·h-1×30 min）。

表1 輪胎的高速性能試驗(yàn)條件及結(jié)果

4.4 耐久性能

輪胎的耐久性能按照企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測試，充氣壓力為450 kPa，試驗(yàn)負(fù)荷為600 kg。先以恒定速度120 km·h-1持續(xù)行駛至國家標(biāo)準(zhǔn)要求的34 h后，停機(jī)檢測輪胎未損壞，然后每4 h負(fù)荷增大10%，直到輪胎損壞為止，最終輪胎累計(jì)行駛時(shí)間為76.25 h，累計(jì)行駛里程為10 794.3 km，超過國家標(biāo)準(zhǔn)要求。

5 結(jié)語

155R13LT半鋼輕型載重子午線輪胎的充氣外緣尺寸、強(qiáng)度性能、高速性能和耐久性能均符合國家標(biāo)準(zhǔn)及企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求。該輪胎的成功開發(fā)不僅完善了公司的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，滿足了客戶需求且得到客戶的認(rèn)可，提高了市場占有率，同時(shí)也為企業(yè)創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟(jì)效益。