寬基低斷面455/40R22.5全鋼載重子午線輪胎的設(shè)計(jì)

高慧穎

（1.青島科技大學(xué) 高分子科學(xué)與工程學(xué)院，山東 青島 266042；2.貴州輪胎股份有限公司，貴州 貴陽 550008）

隨著歐洲市場對(duì)箱式運(yùn)輸車輛限高法規(guī)的出臺(tái)，為了保證物流車輛貨物的運(yùn)輸量，輪胎向扁平化發(fā)展的進(jìn)程進(jìn)一步加快，能夠節(jié)約輪胎使用成本的寬基低斷面輪胎受到市場認(rèn)可。結(jié)合當(dāng)前市場情況，我公司成功開發(fā)了寬基低斷面455/40R22.5全鋼載重子午線輪胎?，F(xiàn)將其設(shè)計(jì)情況簡要介紹如下。

1 技術(shù)要求

根據(jù)歐洲ETRTO—2012《歐洲輪胎輪輞技術(shù)組織標(biāo)準(zhǔn)手冊(cè)》，確定寬基低斷面455/40R22.5全鋼載重子午線輪胎的技術(shù)參數(shù)為：標(biāo)準(zhǔn)輪輞15.00，充氣外直徑（D′） 936（925.1～946.9）mm，充氣斷面寬（B′） 453（434.9～471.1） mm，標(biāo)準(zhǔn)充氣壓力 900 kPa，標(biāo)準(zhǔn)負(fù)荷 4 500 kg。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 外直徑（D）和斷面寬（B）

根據(jù)全鋼載重子午線輪胎的充氣特性以及車輛的實(shí)際使用情況，結(jié)合我公司的工藝條件以及相近規(guī)格產(chǎn)品的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，本次設(shè)計(jì)外直徑膨脹率（D′/D）取1.002，則D為934 mm。

考慮到子午線輪胎充氣斷面寬受輪胎輪廓和骨架材料的影響以及輪胎成本，本次設(shè)計(jì)B取值偏小，斷面寬膨脹率（B′/B）取1.020，B為444 mm。

2.2 行駛面寬度（b）和弧高度（h）

b和h影響輪胎的抓著、轉(zhuǎn)向、牽引和磨耗等性能。一般來說，增大b值，減小h值，可以有效增加輪胎的接地面積，降低輪胎的平均接地壓力，從而提高輪胎的耐磨性能。

胎冠輪廓的設(shè)計(jì)是輪胎接地印痕是否理想的關(guān)鍵因素。通過有線元仿真分析，優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，h取18.41 mm，b取395 mm。

2.3 胎圈著合直徑（d）和著合寬度（C）

為保證輪胎與輪輞間緊密配合，防止在使用過程中輪胎與輪輞發(fā)生相對(duì)位移，本次設(shè)計(jì)輪胎與輪輞采取過盈配合方式。輪輞直徑為571.5 mm，d取570.5 mm。

輪胎趾口位置形狀影響輪胎的剛度和承載性能，結(jié)合輪輞尺寸及以往設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，本次設(shè)計(jì)C采用不加寬設(shè)計(jì)，取382 mm。

2.4 斷面水平軸位置（H1/H2）

輪胎斷面水平軸位置是輪胎斷面最寬處，胎側(cè)最薄處，變形量最大，影響著輪胎胎圈和胎肩位置的應(yīng)力分布。一般H1/H2取0.9～1.2。通過有限元分析進(jìn)行方案優(yōu)化，并綜合考慮輪胎的使用要求和耐久性能等，本次設(shè)計(jì)H1/H2取0.95。

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

該輪胎用于拖輪，拖輪專用輪胎的胎面花紋主要影響節(jié)油、安全、磨耗及噪聲等性能。由于該產(chǎn)品主要針對(duì)歐洲市場開發(fā)，因此，產(chǎn)品性能必須達(dá)到歐洲標(biāo)簽法的基本要求（即必須通過ECE R117認(rèn)證）；耐久性能必須通過ECE R54認(rèn)證。胎面花紋采用6條直溝設(shè)計(jì)，以利于排水；花紋塊表面不采用任何鋼片設(shè)計(jì)，以降低滾動(dòng)阻力及噪聲。考慮其他可能的混合路況，花紋溝采用曲折三維花紋溝底，以增強(qiáng)花紋塊強(qiáng)度且能起防夾石子作用?；y采用等節(jié)距設(shè)計(jì)，花紋深度為15 mm，花紋飽和度為79.6%，花紋周節(jié)數(shù)為57。

胎面花紋展開如圖2所示。

圖2 胎面花紋展開示意

2.6 有限元分析

利用有限元分析軟件分析輪胎充氣輪廓及胎肩和胎圈位置受力情況，通過優(yōu)選，確定最終輪胎輪廓和骨架材料等參數(shù)。輪胎設(shè)計(jì)、充氣及負(fù)荷下輪廓有限元分析如圖3所示，輪胎接地印痕有限元分析如圖4所示。

圖3 輪廓對(duì)比有限元分析示意

圖4 輪胎接地印痕有限元分析示意

3 施工設(shè)計(jì)

3.1 胎面

本次設(shè)計(jì)胎面采用雙層結(jié)構(gòu)，同時(shí)滿足耐磨性能和低散熱的要求，以提高輪胎的耐久性能。胎面采用熱、冷喂料雙復(fù)合擠出。胎面總寬度為440 mm，冠部寬度為350 mm，中央厚度為17 mm，肩部厚度為17 mm。

胎面結(jié)構(gòu)示意如圖5所示。

圖5 胎面結(jié)構(gòu)示意

3.2 帶束層和胎體

帶束層骨架材料決定了輪胎的冠部強(qiáng)度和剛度，影響輪胎的磨耗、轉(zhuǎn)向和安全等性能。本次設(shè)計(jì)采用4層帶束層結(jié)構(gòu)，1#—3#帶束層采用3×0.20＋6×0.35HT鋼絲簾線，其中1#帶束層（過渡層）壓延密度為40根·dm-1，帶束層角度為52°，2#和3#帶束層（工作層）壓延密度為55根·dm-1，帶束層角度為18°；4#帶束層（保護(hù)層）采用5×0.35HI鋼絲簾線，壓延密度為42根·dm-1，帶束層角度為18°。帶束層安全倍數(shù)達(dá)到8.8。

胎體骨架材料影響輪胎的胎側(cè)剛性、轉(zhuǎn)向性能和操縱穩(wěn)定性能。胎體選用傳統(tǒng)的3＋9×0.22WHT鋼絲簾線，安全倍數(shù)達(dá)到7.6。

3.3 胎圈

胎圈采用六角形鋼絲圈，鋼絲圈采用Φ1.65 mm胎圈鋼絲，覆膠后直徑為1.8 mm，排列形式為9-10-11-10-9-8，共57根，鋼絲圈整體與水平線夾角為15°，安全倍數(shù)達(dá)到7.8。

3.4 成型

成型采用三鼓一次法成型機(jī)，機(jī)頭直徑為535 mm，機(jī)頭寬度為720 mm。采用側(cè)包冠方式，半部件接頭按固定分度角錯(cuò)開分布，各型膠接頭自動(dòng)滾壓，骨架材料自動(dòng)定長裁斷，各部件貼合采用自動(dòng)糾偏，保證胎坯成型精度，保證輪胎成品質(zhì)量和動(dòng)平衡等性能。

3.5 成型硫化

硫化采用桂林橡膠機(jī)械廠生產(chǎn)的雙模熱板式B型硫化機(jī)，硫化條件為：內(nèi)溫 （170±3） ℃，模套蒸汽溫度 （150±3） ℃，二次水壓力（2.5±0.1） MPa，外部蒸汽壓力 （0.35±0.02）MPa，總硫化時(shí)間 43 min。成品輪胎無缺膠等不良現(xiàn)象出現(xiàn)。

4 成品性能

4.1 外緣尺寸

按照ECE R54進(jìn)行成品輪胎外緣尺寸測量。輪胎安裝在標(biāo)準(zhǔn)輪輞上在充標(biāo)準(zhǔn)氣壓下，充氣外直徑為937 mm，充氣斷面寬為443 mm。

4.2 強(qiáng)度性能

由于ECE R54對(duì)強(qiáng)度性能沒有要求，因此強(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)行測試，試驗(yàn)條件為：充氣壓力900 kPa，壓頭直徑 38 mm。試驗(yàn)結(jié)果表明，輪胎破壞能為2 904 J，為國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值（2 203 J）的131.8%，符合國家標(biāo)準(zhǔn)要求。

4.3 耐久性能

耐久性能按照ECE R54進(jìn)行測試，試驗(yàn)條件如表1所示。在達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求后，停機(jī)檢查，輪胎沒有發(fā)生破壞。成品輪胎累計(jì)行駛時(shí)間為47 h，累計(jì)行駛里程為2 259.6 km。

表1 耐久性試驗(yàn)條件和結(jié)果

4.4 標(biāo)簽數(shù)據(jù)

成品輪胎的標(biāo)簽數(shù)據(jù)如表2所示。從表2可以看出，成品輪胎的噪聲、滾動(dòng)阻力和抗?jié)窕驍?shù)均符合要求。

表2 標(biāo)簽數(shù)據(jù)

5 結(jié)語

寬基低斷面455/40R22.5全鋼載重子午線輪胎的充氣外緣尺寸、強(qiáng)度性能和耐久性能均達(dá)到ETRTO標(biāo)準(zhǔn)要求，標(biāo)簽數(shù)據(jù)達(dá)到歐盟認(rèn)可的二階段數(shù)據(jù)要求，取得了EMARK認(rèn)證及噪聲認(rèn)證證書。該系列產(chǎn)品投放市場后，以優(yōu)良的性能和較高的性價(jià)比，得到客戶的認(rèn)可，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。