應(yīng)用新結(jié)構(gòu)、新材料開發(fā)配套低滾動阻力輪胎

張正偉，劉曉芳，魏 勝，李 明，史立芬，趙 敏

（1.山東玲瓏輪胎股份有限公司，山東 招遠(yuǎn) 265400；2.北京橡膠工業(yè)研究設(shè)計院有限公司，北京 100143）

當(dāng)前，低滾動阻力輪胎配套市場競爭日益加劇[1-4]，結(jié)合市場形勢，為進(jìn)一步提高產(chǎn)品市場競爭力，我公司從低滾動阻力、輕量化兩個方向匹配商用車輛發(fā)展需求，應(yīng)用新結(jié)構(gòu)、新材料成功開發(fā)了12R22.5 C600低滾動阻力輪胎，其滾動阻力達(dá)到歐盟標(biāo)簽C級。現(xiàn)將產(chǎn)品的設(shè)計情況介紹如下。

1 骨架材料

1.1 胎體

隨著輪胎用骨架材料由普通強度（NT）→高強度（HT）→超高強度（ST）→特高強度（UT）→極高強度（MT）不斷發(fā)展，高強度鋼絲簾線的應(yīng)用越來越廣泛。

本開發(fā)輪胎應(yīng)用超高強度胎體骨架材料[5]。胎體鋼絲簾線由0.25＋（6＋12）×0.225HT（見圖1）調(diào)整為0.17＋5×0.215＋10×0.235CCST（見圖2），兩者的覆膠效果如圖3所示。

圖1 0.25＋（6＋12）×0.225HT鋼絲簾線結(jié)構(gòu)示意

圖2 0.17＋5×0.215＋10×0.235CCST鋼絲簾線結(jié)構(gòu)示意

圖3 鋼絲簾線的覆膠效果

從圖3可以看出，0.17＋5×0.215＋10×0.235CCST鋼絲簾線的覆膠效果好于0.25＋（6＋12）×0.225HT鋼絲簾線。

耐疲勞試驗中，在輥徑為18，22和26 mm時，0.17＋5×0.215＋10×0.235CCST鋼絲簾線的疲勞次數(shù)分別比0.25＋（6＋12）×0.225HT鋼絲簾線提高了50%，84%和86%，能有效延長輪胎的使用壽命。同時，與0.25＋（6＋12）×0.225HT鋼絲簾線相比，0.17＋5×0.215＋10×0.235CCST鋼絲簾線直徑減小了13%，可以減小輪胎質(zhì)量；強度提高了11%，可以提高輪胎的抗沖擊性能和整車安全性。

1.2 帶束層

帶束層也應(yīng)用超高強度骨架材料[6]。帶束層鋼絲簾線由2＋7×0.34HT調(diào)整為4＋3×0.35ST。

1.3 鋼絲包布

鋼絲包布骨架材料由0.25＋（6＋12）×0.225HT鋼絲簾線調(diào)整為0.17＋5×0.215＋10×0.235CCST鋼絲簾線。

1.4 胎圈鋼絲

胎圈采用1.55HT胎圈鋼絲，并設(shè)計專用胎圈結(jié)構(gòu)，應(yīng)用抗剪切層，從而降低輪胎大負(fù)荷工況使用中后期性能損失。圖4示出了胎圈結(jié)構(gòu)改進(jìn)前后效果。

圖4 胎圈結(jié)構(gòu)改進(jìn)前后效果

從圖4可以看出，改進(jìn)前胎體與三角膠脫層（剝離力為719 N），改進(jìn)后胎體與三角膠未脫層（剝離力為1 746 N），胎圈斷面分析結(jié)果與有限元分析結(jié)果一致。

2 胎面膠配方設(shè)計

2.1 胎面膠

采用低滾動阻力胎面膠配方。胎面膠采用相對分子質(zhì)量大的天然橡膠（NR），NR相對分子質(zhì)量越大，膠料的拉伸強度、拉斷伸長率、定伸應(yīng)力和撕裂強度越高，可以有效降低輪胎的滾動阻力。應(yīng)用低滾動阻力品種炭黑，以滿足客戶對低燃油消耗的要求。采用多硫鍵含量大（60%～80%）、單硫鍵含量小（20%～40%）的傳統(tǒng)硫化體系，膠料缺陷尺寸小，不易產(chǎn)生應(yīng)力集中，撕裂強度高，耐疲勞壽命長，綜合性能更高。

2.2 基部膠

基部膠采用低滯后損失膠料，以降低輪胎胎冠部位生熱。

3 結(jié)構(gòu)設(shè)計

（1）優(yōu)化胎冠弧設(shè)計（見圖5）。優(yōu)化胎冠弧設(shè)計前輪胎的接地印痕為花瓶狀，優(yōu)化后輪胎的接地印痕更接近矩形，有利于接地壓力均勻分布，如圖6所示。

圖5 優(yōu)化胎冠弧設(shè)計示意

（2）優(yōu)化胎肩和胎圈部位材料分布（見圖7），避免應(yīng)力集中等問題。

（3）采用復(fù)合胎冠設(shè)計。正常胎冠和復(fù)合胎冠如圖8所示。

圖8 正常胎冠和復(fù)合胎冠示意

4 成品輪胎性能

成品輪胎的外緣尺寸按照GB/T 521—2012《輪胎外緣尺寸測量方法》進(jìn)行測量。安裝在標(biāo)準(zhǔn)輪輞上的成品輪胎在標(biāo)準(zhǔn)充氣壓力下的充氣外直徑為1 085 mm，充氣斷面寬為300 mm，滿足國家標(biāo)準(zhǔn)要求。

成品輪胎的耐久性能按企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測試。成品輪胎在耐久性試驗中累計行駛了94 h，耐久性能良好，符合企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求（87 h）。

成品輪胎滾動阻力系數(shù)為5.6 N·kN-1，輪胎滾動阻力達(dá)到歐盟標(biāo)簽C級[7-10]，滿足配套客戶的需求。

5 實際使用情況

5.1 行駛里程

12R22.5 C600低滾動阻力成品輪胎見圖9。實際行駛里程測試使用一汽解放天V430 6×2牽引車（見圖10），載質(zhì)量40 t以下，整車20條輪胎，單程里程1 500 km左右，路況為高速公路、國道、省道、普通公路。

圖9 12R22.5 C600低滾動阻力成品輪胎

圖10 一汽解放天V430 6×2牽引車

原始花紋深度為14.5 mm，使用后花紋深度為13.8 mm（見圖11），預(yù)計輪胎裝車后行駛里程可達(dá)到20萬km。

圖11 使用后胎面花紋

5.2 油耗

采用12R22.5 C600低滾動阻力輪胎與12R22.5普通輪胎進(jìn)行油耗對比試驗。試驗道路為新興至賓陽，需注意避免雨后濕滑路面；試驗速度為100 km·h-1；均勻裝載，車貨總質(zhì)量為25 t，兩輛試驗車輛質(zhì)量差不超過200 kg；充氣壓力為（830±40） kPa，每次試驗前需對每個輪胎進(jìn)行充氣壓力檢測并記錄；試驗車輛為8×4載貨車（見圖12）；司機固定駕駛試驗車輛，兩輛試驗車輛間距控制在200～500 m。

圖12 8×4載貨車

測試結(jié)果表明，與普通輪胎相比，12R22.5 C600低滾動阻力輪胎平均每百公里可以節(jié)油1.13 L。

6 結(jié)論

應(yīng)用新結(jié)構(gòu)、新材料開發(fā)配套12R22.5 C600低滾動阻力輪胎。

（1）應(yīng)用超高強度骨架材料，胎體采用0.17＋5×0.215＋10×0.235CCST鋼絲簾線，帶束層采用4＋3×0.35ST鋼絲簾線，鋼絲包布采用0.17＋5×0.215＋10×0.235CCST鋼絲簾線。

（2）優(yōu)化配方設(shè)計，胎面膠采用低滾動阻力膠料，基部膠采用低滯后損失膠料；優(yōu)化胎冠弧設(shè)計以及胎肩和胎圈部位材料分布。

（3）成品輪胎的充氣外緣尺寸符合國家標(biāo)準(zhǔn)要求，耐久性能良好，滾動阻力系數(shù)為5.6 N·kN-1，滾動阻力達(dá)到歐盟標(biāo)簽C級，滿足客戶的需求。

（4）輪胎裝車后行駛里程達(dá)到20萬km，與普通輪胎相比，平均每百公里可節(jié)油1.13 L。