11R22.5長途大巴子午線輪胎的設(shè)計(jì)

黃瑞嬌，隋 斌，宮金榮，王秀梅

（青島雙星輪胎工業(yè)有限公司，山東 青島 266400）

隨著城市發(fā)展和旅游行業(yè)的不斷興起，客車專用輪胎市場需求量逐年增加，為提升客戶滿意度，我公司與客戶共同策劃，針對長途大巴行駛速度快、時(shí)間長、道路等級高和安全系數(shù)要求高等特點(diǎn)，開發(fā)了11R22.5長途大巴專用子午線輪胎，產(chǎn)品設(shè)計(jì)介紹如下。

1 技術(shù)要求

根據(jù)ETRTO—2016《載重汽車輪胎規(guī)格、尺寸、氣壓與負(fù)荷》，確定11R22.5長途大巴子午線輪胎的技術(shù)參數(shù)如下：標(biāo)準(zhǔn)輪輛 8.25×22.5，充氣外直徑（D′） 1 050（1 035.5～1 064.3） mm，充氣斷面寬（B′） 279（267.8～290.2） mm，充氣壓力 850 kPa，單胎負(fù)荷 3 150 kg，速度級別 L。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 外直徑（D）和斷面寬（B）

由于帶束層鋼絲簾線剛性較大，對輪胎具有較強(qiáng)的束縛作用，因此在標(biāo)準(zhǔn)充氣壓力下，輪胎外直徑變化較小[1]，多數(shù)情況下僅增大0～2 mm。本次設(shè)計(jì)D取1 053 mm，D′/D為0.997 2。輪胎在充氣時(shí)斷面寬的變化比外直徑的變化復(fù)雜，這是因?yàn)檩喬嗝孑喞O(shè)計(jì)、帶束層施工設(shè)計(jì)及胎體鋼絲簾線選擇均對其有不同程度的影響。根據(jù)以往產(chǎn)品設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合長途大巴輪胎高負(fù)荷性能的要求，本次設(shè)計(jì)B取288 mm，B′/B為0.968 7。

2.2 行駛面寬度（b）和弧度高（h）

b的選取對輪胎的使用性能影響較大。長途大巴輪胎對耐磨性能、安全性能和操縱穩(wěn)定性等有較高的要求，在設(shè)計(jì)b時(shí)，可以考慮比普通產(chǎn)品取值大一些。但b增大后，如果接地印痕壓力分布控制不當(dāng)，也容易發(fā)生偏磨損[2]。此外，b過大也容易導(dǎo)致輪胎在使用時(shí)出現(xiàn)胎肩和胎冠脫層的問題。根據(jù)長途大巴輪胎的花紋特點(diǎn)及使用條件，綜合考慮輪胎的耐磨性能、抓著性能和滾動(dòng)阻力等，本次設(shè)計(jì)b取226 mm，行駛面比常規(guī)產(chǎn)品（210 mm）加寬16 mm。

根據(jù)以往產(chǎn)品設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，h/斷面高（H）比值在0.03～0.05范圍內(nèi)較好，在此情況下，輪胎與路面接地面積較大，胎面磨損均勻，h取值過大或過小均會(huì)造成輪胎畸形磨損。本次設(shè)計(jì)胎冠采用一段弧加切線形式，h取6.5 mm。

2.3 胎圈著合直徑（d）和著合寬度（C）

輪胎的胎圈部位主要參考標(biāo)準(zhǔn)輪輛的曲線圖進(jìn)行設(shè)計(jì)。C設(shè)計(jì)可參考標(biāo)準(zhǔn)輪輛寬度，對于早期斷面高寬比較大的子午線輪胎，取C小于輪輛寬度時(shí)，胎側(cè)的側(cè)向剛性增大，胎面的耐磨性能提升。而現(xiàn)在暢銷的低斷面子午線輪胎由于斷面高相對較小，在一定程度上會(huì)增大胎側(cè)部位的剛性，因此為降低胎側(cè)剛性，提高柔軟性和乘坐舒適性，通常取C大于輪輛寬度。對于無內(nèi)胎輪胎而言，一般采取C比輪輛寬度大12.7 mm（0.5英寸）設(shè)計(jì)。綜合以上情況，C取228 mm。

同時(shí)，考慮使用中避免胎圈與輪輛間產(chǎn)生滑移，d取569.5 mm。

2.4 斷面水平軸位置（H1/H2）

斷面水平軸是輪胎在充氣、負(fù)荷下變形以及屈撓最大的位置，它是輪胎所受應(yīng)力整體平衡的重要參數(shù)，因此斷面水平軸的合理設(shè)計(jì)對輪胎的使用性能具有一定的影響。當(dāng)H1/H2取值較大時(shí)，輪胎使用時(shí)所受到的最大應(yīng)力、應(yīng)變趨向于輪胎胎肩部位，容易造成胎肩部位應(yīng)力集中，導(dǎo)致輪胎使用早期出現(xiàn)肩部簾線脫層或胎面剝離等損壞現(xiàn)象；H1/H2取值較小時(shí)，輪胎所受最大應(yīng)力和應(yīng)變靠近胎圈部位，使用時(shí)易造成胎圈部位脫層。根據(jù)長途大巴輪胎使用特點(diǎn)及以往同規(guī)格輪胎的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，本次設(shè)計(jì)H1/H2取0.86。輪胎斷面輪廓如圖1所示。

圖1 輪胎斷面輪廓示意

2.5 胎面花紋設(shè)計(jì)

胎面花紋直接與路面接觸，花紋設(shè)計(jì)得當(dāng)，可顯著提升輪胎的抓著力，降低噪聲，提高抗?jié)窕阅?，但這三者本身具有相互制約性，因此花紋設(shè)計(jì)時(shí)需要綜合考慮輪胎實(shí)際使用的路況、輪位、車型及性能要求，尋求三者的最佳平衡。針對長途大巴輪胎的使用特點(diǎn)，本次花紋主溝采用4條縱向小角度曲折溝設(shè)計(jì)，以提升輪胎抓著力，有利于輪胎高速行駛和排水；花紋塊上設(shè)置橫向鋼片，增大輪胎抓著力，此外在雨天行駛時(shí)易于打破水膜，增強(qiáng)輪胎抗?jié)窕阅?，行駛更安全；花紋塊上設(shè)置變深度“Z”字形鋼片，具有花紋再塑性，從而體現(xiàn)優(yōu)異的耐磨性能?；y塊采用變節(jié)距無規(guī)則排列設(shè)計(jì)，避免產(chǎn)生共鳴，最大程度降低輪胎噪聲。另外，加寬胎肩花紋塊設(shè)計(jì)使胎面接地壓力分布更均勻，防止輪胎發(fā)生畸形磨損。設(shè)計(jì)花紋深度為17.5 mm，采用3個(gè)不等節(jié)距，花紋周節(jié)數(shù)為40，花紋飽和度為76%。

初始胎面花紋展開如圖2所示，一定行駛里程后胎面花紋展開如圖3所示，胎面花紋立體效果如圖4所示。

圖2 胎面花紋展開示意

圖3 一定行駛里程后胎面花紋展開示意

圖4 胎面花紋立體效果

3 施工設(shè)計(jì)

3.1 胎面

為提升輪胎綜合使用性能，胎面采用分層設(shè)計(jì)，包括胎面膠和基部膠，如圖5所示。

圖5 胎面形狀示意

胎面膠選用自補(bǔ)強(qiáng)性非常好的煙膠片和超耐磨炭黑等具有高耐磨性能的膠料體系，提升輪胎行駛里程；基部膠選用具有低生熱性能的膠料體系，降低輪胎早期使用肩空故障率。

3.2 帶束層

帶束層的設(shè)計(jì)主要包括簾布結(jié)構(gòu)和層數(shù)的選擇及簾線密度和角度的設(shè)計(jì)等。選擇不同的帶束層結(jié)構(gòu)和材料，輪胎的剛性會(huì)有所變化，進(jìn)而影響輪胎的耐磨性能和操縱穩(wěn)定性等。本次設(shè)計(jì)帶束層采用3層＋0°結(jié)構(gòu)，1#和2#帶束層采用3×0.20＋6×0.35HT鋼絲簾線，密度為60根·dm-1，簾線角度分別為24°和15°，3#帶束層采用5×0.30HI鋼絲簾線，密度為60根·dm-1，簾線角度為15°，0°帶束層采用3×7×0.20HE鋼絲簾線。帶束層安全倍數(shù)為5.9。

3.3 胎體

胎體用鋼絲簾線要求耐疲勞性能和耐磨性能高，為提升輪胎的負(fù)荷能力和安全性能，本次設(shè)計(jì)胎體選用3＋9＋15×0.175＋0.15NT鋼絲簾線，壓延厚度為2.6 mm，胎體安全倍數(shù)為13.5，比普通輪胎提升20%。

3.4 鋼絲圈

鋼絲圈選用Φ1.55 mm（覆膠鋼絲Φ1.65 mm）的高強(qiáng)度鍍銅回火胎圈鋼絲，結(jié)構(gòu)形式為7-8-9-10-9-8-7，共7層、58根，鋼絲圈形狀為斜六角形，鋼絲圈直徑為573.59 mm，安全倍數(shù)為4.5。

3.5 成型與硫化

輪胎在一次法成型機(jī)上進(jìn)行成型，工藝參數(shù)嚴(yán)格按照施工標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，各半成品部件上正壓實(shí)，確保胎坯質(zhì)量合格。

輪胎采用熱板式硫化機(jī)氮?dú)饬蚧?，硫化條件為151 ℃×44.2 min。

4 成品性能

4.1 充氣外緣尺寸

成品輪胎充氣外緣尺寸測試按照GB/T 521—2012進(jìn)行。輪胎的D′和B′分別為1 056和288 mm，磨耗標(biāo)志高度為2.2 mm，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

4.2 靜負(fù)荷

成品輪胎靜負(fù)荷性能測試按照HG/T 2443—2012進(jìn)行，輪胎硫化結(jié)束停放24 h后測試。測試結(jié)果為：靜負(fù)荷半徑 491 mm，最大位移 37.48 mm，下沉率 15.5%，接地因數(shù) 1.04。

4.3 強(qiáng)度性能

成品輪胎強(qiáng)度性能測試按照GB/T 4501—2016進(jìn)行。測試5點(diǎn)破壞能平均值為2 688.3 J，第5點(diǎn)壓穿，達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)（≥2 107.6 J）要求。

4.4 耐久性能

成品輪胎耐久性能測試按照GB/T 4501—2016進(jìn)行。輪胎測試47 h后，負(fù)荷率從100%每隔10 h增大10%。負(fù)荷率增至140%，輪胎運(yùn)行總時(shí)間90 h后出現(xiàn)肩空，耐久性能達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

4.5 高速性能

成品輪胎高速性能測試按照企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，測試條件和結(jié)果如表1所示。

表1 高速性能測試條件和結(jié)果

輪胎以速度130 km·h-1運(yùn)行68 min后胎冠局部脫落，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

5 結(jié)論

針對客運(yùn)市場用戶更加注重運(yùn)輸安全性及運(yùn)營效率的特點(diǎn)，11R22.5長途大巴子午線輪胎采用加強(qiáng)胎體設(shè)計(jì)，輪胎抗沖擊和抗刺扎能力較普通產(chǎn)品提升20%，顯著降低輪胎意外損壞幾率。同時(shí)，優(yōu)化的輪廓設(shè)計(jì)、花紋溝槽設(shè)計(jì)及膠料配方設(shè)計(jì)提高了輪胎的濕地抓著性能和耐磨性能，提升了客戶的滿意度。