9.00R16 16PR全鋼輕型載重子午線輪胎的設(shè)計(jì)

肖 幸，李 偉，曾 清，楊利偉，楊俊坤

（四川凱力威科技股份有限公司，四川 簡陽 641400）

為滿足廣西等地區(qū)對全鋼輕型載重子午線輪胎的特殊需求，進(jìn)一步提高市場占有率，通過市場調(diào)查，我公司自主研發(fā)了9.00R16 16PR全鋼輕型載重子午線輪胎。

現(xiàn)將9.00R16 16PR全鋼輕型載重子午線輪胎的設(shè)計(jì)情況簡介如下。

1 技術(shù)要求

根據(jù)GB/T 2977—2008《載重汽車輪胎規(guī)格、尺寸、氣壓與負(fù)荷》，確定9.00R16全鋼輕型載重子午線輪胎的技術(shù)參數(shù)為：標(biāo)準(zhǔn)輪輞 6.50H，充氣外直徑（D′） 890（881.1～898.9） mm，充氣斷面寬（B′） 255（254.97～255.04） mm，標(biāo)準(zhǔn)充氣壓力 770 kPa，標(biāo)準(zhǔn)負(fù)荷 2 120 kg，速度級別K。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 外直徑（D）和斷面寬（B）

全鋼子午線輪胎充氣后的外直徑變化不大，因此設(shè)計(jì)時(shí)D可選取與標(biāo)準(zhǔn)值相等或接近值。綜合考慮本次設(shè)計(jì)D′/D取0.998，D取888 mm。

B值的變化率稍大于D，且B值的選取與胎圈著合寬度（C）有密切關(guān)系。根據(jù)C加大25.4 mm，B增大12.7 mm的原理，本次設(shè)計(jì)C加大12.7 mm，B取253 mm，B′/B＝255/253＝1.008。

2.2 行駛面寬度（b）和弧度高（h）

b和h的選取與輪胎的使用性能有直接關(guān)系，適當(dāng)調(diào)整b和h，可以優(yōu)化輪胎接地印痕形狀和大小，均衡胎冠接地面各部位壓力，提高輪胎的牽引性能和耐磨性能。本次設(shè)計(jì)b取200 mm。

同時(shí)考慮到本次設(shè)計(jì)的全鋼輕型載重子午線輪胎采用0°帶束層結(jié)構(gòu)，對輪胎胎肩部位具有較強(qiáng)的箍緊作用，為使得行駛面較平坦，冠部變形小，h值不宜過大。本次設(shè)計(jì)h取7.5 mm。

2.3 胎圈著合直徑（d）和C

胎圈主要根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)輪輞曲線設(shè)計(jì)。d的取值應(yīng)滿足輪胎裝卸方便和著合緊密的要求。胎圈與輪輞裝配過盈量過大時(shí)，輪胎裝卸困難，且影響胎圈安全性能；過盈量過小時(shí)，輪胎不能與輪輞緊密配合。為避免胎圈與輪輞配合不緊而產(chǎn)生移動(dòng)變形、爆胎等問題。本次設(shè)計(jì)d取405 mm。

本次設(shè)計(jì)C取值比標(biāo)準(zhǔn)輪輞寬度加大12.7 mm，取178 mm。

2.4 斷面水平軸位置（H1/H2）

H1/H2取值對輪胎的使用性能影響較大。取值較小時(shí)，使用過程中水平軸向胎圈方向移動(dòng)，會造成下胎側(cè)應(yīng)力集中，易造成胎圈部位應(yīng)力集中而損壞；取值較大時(shí)，使用過程中水平軸向胎肩方向移動(dòng)，將造成胎肩應(yīng)力集中，易引起肩部脫層和裂口。水平軸位置的選取應(yīng)結(jié)合材料分布，使其最大變形部位處于胎側(cè)最薄部位且在充氣及使用狀態(tài)基本保持不變，本次設(shè)計(jì)H1/H2取1.015。

2.5 胎面花紋

胎面采用3條縱向曲折花紋溝為主，中間加設(shè)用于排水的橫向溝槽，以增大輪胎對地面的抓著力。胎面花紋采用閉肩條形花紋設(shè)計(jì)，花紋深度為16.5 mm，花紋飽和度為76.3%，花紋周節(jié)數(shù)為58。

胎面花紋展開如圖1所示。

圖1 胎面花紋展開示意

3 施工設(shè)計(jì)

該輪胎設(shè)計(jì)采用較寬行駛面，從而增大了輪胎在使用過程中的受力面積，同時(shí)內(nèi)腔容積增大使輪胎具有更好的承載性及舒適性。根據(jù)該原則設(shè)計(jì)的產(chǎn)品在滿足承載性能要求的同時(shí)，具有更合理的壓力分布和更好的抗偏磨性能以及抗撕裂性能和行駛安全性。

3.1 胎面

胎面采用兩方兩塊結(jié)構(gòu)，采用耐磨冠部膠和低生熱的基部膠，從而在保證輪胎使用里程的同時(shí)降低輪胎生熱，減少肩部缺陷的發(fā)生。

胎面結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 胎面結(jié)構(gòu)示意

3.2 胎體

根據(jù)輪胎設(shè)計(jì)負(fù)荷、各規(guī)格鋼絲簾線性能對比以及輪胎使用性能要求，胎體采用單層鋼絲簾布，采用具有外纏絲、強(qiáng)度高和柔性好的3+9+15×0.175+0.15NT鋼絲簾線，安全倍數(shù)為7.8，滿足設(shè)計(jì)要求。胎體鋼絲簾布采用雙面覆膠法在S型四輥壓延機(jī)上生產(chǎn)，壓延厚度為2.3 mm。

3.3 帶束層

帶束層是子午線輪胎的主要受力部件，承受內(nèi)壓引起總應(yīng)力的60%～75%，帶束層應(yīng)有足夠的剛性以箍緊胎體簾布，限制輪胎的周向伸張，以保持輪胎尺寸的穩(wěn)定性。本次設(shè)計(jì)帶束層采用0°帶束層結(jié)構(gòu)，1#和2#帶束層采用3×0.20+6×0.35HT鋼絲簾線，鋼絲簾線的密度為60根·dm-1，3#帶束層采用5×0.30HI鋼絲簾線，鋼絲簾線的密度為40 根·dm-1，0°帶束層使用3×7×0.20HE鋼絲簾線；其中1#和2#帶束層為工作層，1#帶束層角度為24°，2#帶束層角度為15°，3#帶束層為保護(hù)層，角度為15°，安全倍數(shù)達(dá)到7.3。

3.4 胎圈

鋼絲圈采用Φ1.65 mm NT鍍銅回火胎圈鋼絲，鋼絲覆膠后直徑為1.8 mm，呈正六角形排列，排列方式為：5-6-7-8-7-6-5，為保證胎圈與輪輞配合緊密，受力更合理，鋼絲圈直徑為418 mm，安全倍數(shù)為8.3，滿足設(shè)計(jì)要求。胎圈包布采用3×0.24+9×0.225WHT鋼絲簾線，并采用獨(dú)特的U形結(jié)構(gòu)，不僅提高了胎圈的支撐性能，同時(shí)降低了胎體簾布在負(fù)荷下的蠕動(dòng)，提高了負(fù)荷能力。

3.5 成型和硫化工藝

成型采用一次法兩鼓膠囊成型機(jī)，機(jī)頭直徑為385 mm，采用側(cè)包冠成型工藝。硫化采用液壓式硫化機(jī)，硫化工藝采用常規(guī)過熱水硫化，硫化條件為：外部蒸汽壓力 （0.39±0.02） MPa，外溫（151±2） ℃，內(nèi)壓 （2.5±0.05） MPa，內(nèi)溫（170±2） ℃，總硫化時(shí)間 52 min。

4 成品性能

4.1 外緣尺寸

安裝在標(biāo)準(zhǔn)輪輞的成品輪胎在標(biāo)準(zhǔn)充氣壓力下的充氣外直徑為892 mm，充氣斷面寬為253 mm，符合設(shè)計(jì)要求。

4.2 強(qiáng)度性能

按照GB/T 4501—2008《載重汽車輪胎性能室內(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 770 kPa，壓頭直徑 19 mm。試驗(yàn)結(jié)果表明，輪胎最小破壞能為1 228.8 J，為國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值（768 J）的160%，成品輪胎強(qiáng)度性能滿足國家標(biāo)準(zhǔn)要求。

4.3 耐久性能

按照GB/T 4501—2008進(jìn)行耐久性試驗(yàn)，耐久性試驗(yàn)條件為：充氣壓力 770 kPa，試驗(yàn)速度 55 km·h-1，額定負(fù)荷 2 120 kg。完成國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的程序后，每行駛10 h負(fù)荷增加10%繼續(xù)進(jìn)行試驗(yàn)，當(dāng)負(fù)荷率達(dá)到160%后不再增加，直至輪胎損壞為止。成品輪胎累計(jì)行駛時(shí)間為138.6 h。試驗(yàn)結(jié)束時(shí)輪胎狀況為胎肩脫層，成品輪胎耐久性能良好，滿足國家標(biāo)準(zhǔn)要求。

4.4 高速性能

按照企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行高速性能試驗(yàn)，試驗(yàn)條件見表1。

表1 成品輪胎高速性能試驗(yàn)條件

成品輪胎高速性能試驗(yàn)結(jié)果顯示，成品輪胎的最高速度為130 km·h-1，行駛時(shí)間為2.4 h，試驗(yàn)結(jié)束時(shí)輪胎狀況為胎肩脫層，成品輪胎高速性能良好，符合企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（不小于110 km·h-1×30 min）的要求。

5 結(jié)語

9.00R16 16PR全鋼輕型載重子午線輪胎的充氣外緣尺寸、強(qiáng)度性能、耐久性能和高速性能均達(dá)到相應(yīng)設(shè)計(jì)和標(biāo)準(zhǔn)要求，花紋外觀設(shè)計(jì)美觀。該產(chǎn)品增強(qiáng)了公司全鋼子午線輪胎的市場競爭力，創(chuàng)造了良好的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。