LT285/60R18 118/115S 8PR全地形輕型載重子午線輪胎的設(shè)計(jì)

來(lái)新友，盧中允，王文超，王寶凱

（賽輪集團(tuán)股份有限公司，山東 青島 266550）

全地形（ALL TERRAIN，AT）輪胎能在草地、泥地、山路、碎石及沙漠等惡劣工況條件下作業(yè)，常用于越野汽車(chē)[1-5]。在歐美地區(qū)由于越野文化的盛行和發(fā)展，市場(chǎng)及消費(fèi)者對(duì)AT輪胎的需求逐漸提升。運(yùn)動(dòng)型多用途汽車(chē)（SUV）對(duì)于AT輪胎的使用頻率雖然較越野汽車(chē)低，但由于AT輪胎的設(shè)計(jì)兼容越野及公路性能，使得消費(fèi)者對(duì)AT輪胎的需求逐漸增加。為適應(yīng)市場(chǎng)發(fā)展，國(guó)內(nèi)外輪胎企業(yè)也紛紛加強(qiáng)AT輪胎產(chǎn)品的研制和開(kāi)發(fā)[6-10]。

為滿(mǎn)足客戶(hù)需求，同時(shí)優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)產(chǎn)品核心競(jìng)爭(zhēng)力和品牌影響力，我公司根據(jù)市場(chǎng)反饋，設(shè)計(jì)了LT285/60R18 118/115S 8PR AT輕型載重子午線輪胎，該規(guī)格輪胎投放市場(chǎng)以后取得了良好的反饋?，F(xiàn)將產(chǎn)品設(shè)計(jì)介紹如下。

1 技術(shù)要求

根據(jù)GB 2977—2016《載重汽車(chē)輪胎規(guī)格、尺寸、氣壓與負(fù)荷》[11]，確定LT285/60R18 118/115S 8PR AT輕型載重子午線輪胎的技術(shù)參數(shù)為：標(biāo)準(zhǔn)輪輞 8.5，充氣外直徑（D′） 799（787～811）mm，充氣斷面寬（B′） 292（282～302） mm，標(biāo)準(zhǔn)充氣壓力 450 kPa，標(biāo)準(zhǔn)負(fù)荷 1 320（單胎），1 215（雙胎） kg。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 外直徑（D）和斷面寬（B）

D主要受胎體簾線、帶束層及錦綸冠帶層的徑向力限制影響，由于帶束層的剛性較大，D基本保持不變?？紤]硫化工序膠料的膨脹過(guò)程，且輪胎需進(jìn)行后充氣處理，成品輪胎D′會(huì)略微增大或基本不變，本設(shè)計(jì)確定外直徑膨脹率（D′/D）為1.001，D取798 mm。

B受輪胎類(lèi)型、規(guī)格及胎體簾線等多種因素影響，考慮本設(shè)計(jì)輪胎規(guī)格較大，也需進(jìn)行后充氣工序，成品輪胎受簾線張力和周向束縛力的影響有所收縮，成品輪胎B′會(huì)小于設(shè)計(jì)值。本設(shè)計(jì)確定斷面寬膨脹率（B′/B）為0.979 9，B取298 mm。

2.2 行駛面寬度（b）和弧度高（h）

b的選取直接關(guān)系到輪胎的接地應(yīng)力分布，對(duì)輪胎高速、制動(dòng)、抓著、舒適性及滾動(dòng)阻力等性能均有重要的影響。LT285/60R18 118/115S規(guī)格輪胎在AT產(chǎn)品中屬于高速度級(jí)別、大規(guī)格產(chǎn)品，為避免輪胎在使用過(guò)程中因應(yīng)力集中造成肩部出現(xiàn)異常磨損，本設(shè)計(jì)采用雙行駛面寬度形式，以延長(zhǎng)輪胎的使用壽命，同時(shí)為保證輪胎的操縱性能，雙行駛面寬度差為4 mm，本設(shè)計(jì)b取222/217 mm。

h的設(shè)計(jì)會(huì)影響輪胎的接地印痕，不同的接地印痕能反映輪胎性能的優(yōu)劣，考慮AT產(chǎn)品的設(shè)計(jì)特點(diǎn)及使用條件，本設(shè)計(jì)h取10.8 mm。

2.3 胎圈著合直徑（d）和著合寬度（C）

輪胎胎圈與輪輞間采用過(guò)盈配合，以保證輪胎在使用過(guò)程中胎圈與輪輞間緊密配合，不出現(xiàn)脫圈滑移現(xiàn)象，d通常略小于輪輞名義直徑，本設(shè)計(jì)輪胎規(guī)格為457.2 mm（18英寸），相應(yīng)輪輞名義直徑為462 mm，本設(shè)計(jì)d取460.6 mm。

C設(shè)計(jì)一般考慮裝配性能，且保證胎圈與輪輞配合緊密，避免漏氣風(fēng)險(xiǎn)。本設(shè)計(jì)胎圈處采用過(guò)盈配合，C依據(jù)所需胎圈和輪輞的配合程度來(lái)設(shè)計(jì)，同時(shí)需要考慮輪胎在標(biāo)準(zhǔn)負(fù)荷和充氣壓力下的應(yīng)力分布，為優(yōu)化胎圈部位的應(yīng)力分布，增強(qiáng)胎圈部位的支撐性能及其與輪輞的裝配性能，本設(shè)計(jì)C取240 mm。

2.4 斷面水平軸位置（H1/H2）

輪胎斷面輪廓的形狀受斷面水平軸位置的限制。斷面水平軸位置影響輪胎的應(yīng)力分布，水平軸位置偏上，使用過(guò)程中會(huì)造成胎肩部位應(yīng)力增大；水平軸位置偏下，使用過(guò)程中會(huì)造成胎圈部位應(yīng)力增大。合理的水平軸位置設(shè)計(jì)可將充氣輪胎的屈撓點(diǎn)維持在合理的位置，延長(zhǎng)輪胎的使用壽命。本設(shè)計(jì)考慮AT產(chǎn)品的耐久性能需求，H1/H2取1.0。

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

根據(jù)AT產(chǎn)品的使用條件及性能要求，本設(shè)計(jì)胎面部位采取大鋸齒狀花紋塊，可有效提高輪胎的抓著性能和剛性，在惡劣路況下保證輪胎的牽引力。胎面及胎肩花紋塊設(shè)計(jì)為交錯(cuò)爪狀樣式，利于輪胎的排水和散熱，顯著提高了輪胎的抓著性能和越野性能，另胎肩輔以雙行駛面寬設(shè)計(jì)，可以降低輪胎在使用中出現(xiàn)偏磨的風(fēng)險(xiǎn)，延長(zhǎng)其使用壽命。本設(shè)計(jì)采用全新優(yōu)化的膠料配方，適應(yīng)其使用條件，在惡劣工況下能夠提供優(yōu)異的干地性能，同時(shí)為突出輪胎的越野性能，保證其使用中的耐磨性能和牽引性，本設(shè)計(jì)花紋溝深度取13 mm，胎面花紋飽和度為61.6%，花紋周節(jié)數(shù)為34。

胎面花紋設(shè)計(jì)如圖2所示。

圖2 胎面花紋示意

2.6 胎側(cè)部位設(shè)計(jì)

胎側(cè)部位設(shè)計(jì)在滿(mǎn)足法規(guī)要求的基礎(chǔ)上注重增強(qiáng)輪胎的安全性和美觀性，凸顯產(chǎn)品的視覺(jué)震撼力和沖擊感。設(shè)計(jì)胎側(cè)與胎面交接位置時(shí)，考慮存在輪胎與野外石塊或道路路緣石等碰撞造成裂口、刺穿等損傷的風(fēng)險(xiǎn)，本設(shè)計(jì)在胎側(cè)與胎肩的相接部位增加了整圈凸起的山峰狀立體保護(hù)結(jié)構(gòu)，以抵御外部沖擊，其抗刺扎性能優(yōu)異，增強(qiáng)了輪胎的安全性。胎側(cè)部位選用特殊的彩色膠料配方，商標(biāo)字體設(shè)計(jì)為空心白字樣式，可以凸顯輪胎的視覺(jué)沖擊力，增強(qiáng)產(chǎn)品的美感。

胎側(cè)部位設(shè)計(jì)如圖3所示。

圖3 胎側(cè)部位示意

3 施工設(shè)計(jì)

3.1 胎面

胎面半成品部件由胎面膠、基部膠和翼膠組成，采用三方四塊結(jié)構(gòu)。胎面部位作為輪胎與地面接觸的唯一部件，胎面膠的性能直接影響輪胎的制動(dòng)、牽引、耐磨、抗?jié)窕蜐L動(dòng)阻力等性能。在環(huán)境保護(hù)方面，本設(shè)計(jì)選用環(huán)保型膠料配方，采取溶聚丁苯橡膠和順丁橡膠并用的膠料體系，保證了輪胎的牽引性和耐磨性能，同時(shí)有利于降低滾動(dòng)阻力和油耗。

3.2 帶束層

帶束層承接胎面部位，為輪胎最主要的受力部件，帶束層角度和寬度的選擇對(duì)輪胎強(qiáng)度和高速性能有較大影響。1#帶束層寬度通常較b大5～10 mm，較2#帶束層寬度大10～15 mm，本設(shè)計(jì)采用2層2＋2×0.35HT鋼絲簾線、角度為24°的交叉排列結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)1#帶束層寬度大于b5 mm，大于2#帶束層寬度15 mm。帶束層安全倍數(shù)為8.1。本設(shè)計(jì)輪胎速度級(jí)別較高，在帶束層上增加930dtex/2錦綸66浸膠簾布冠帶層，同時(shí)采用無(wú)接頭方式纏繞，以增強(qiáng)輪胎在使用中的安全性。

3.3 胎體

胎體采用2層1670dtex/2聚酯浸膠簾布反包，1#胎體反包端點(diǎn)高于三角膠端點(diǎn)25 mm，2#胎體反包端點(diǎn)高于鋼絲圈中部10 mm，有利于提高胎側(cè)和胎圈部位的剛性。胎體安全倍數(shù)為13.4。

3.4 胎圈

胎圈直接與輪輞接觸，其設(shè)計(jì)關(guān)乎輪胎整體的應(yīng)力分布，對(duì)輪胎的脫圈阻力、耐久性能及安全性有重要影響。本設(shè)計(jì)選用覆膠單絲纏繞的4-5-6-5-4排列方式和六角形結(jié)構(gòu)，能有效保障胎圈部位的穩(wěn)定性。胎圈安全倍數(shù)為7.1。

3.5 成型

輪胎采用二次法成型機(jī)、冠包側(cè)生產(chǎn)工藝成型，設(shè)計(jì)機(jī)頭直徑為526 mm，機(jī)頭寬度的選取基于材料分布圖，考慮簾線伸張及膠料膨脹系數(shù)的影響，機(jī)頭寬度為477 mm。

3.6 硫化

采用雙模熱板式B型硫化機(jī)、后充氣工藝進(jìn)行氮?dú)饬蚧?，硫化參?shù)為：硫化外溫 156～160 ℃，硫化內(nèi)溫 200～208 ℃，氮?dú)鈮毫?2.4～2.6 MPa，硫化時(shí)間 23.0 min。

4 成品性能

4.1 充氣外緣尺寸

輪胎輪輞組合體在標(biāo)準(zhǔn)充氣壓力下充氣后在18～36 ℃的環(huán)境溫度中放置至少3 h，按照GB/T 521—2018進(jìn)行測(cè)試。結(jié)果顯示，放置后輪胎的D′和B′分別為800和289 mm，結(jié)果在設(shè)計(jì)公差范圍內(nèi)，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

4.2 強(qiáng)度性能

強(qiáng)度性能測(cè)試為破壞性試驗(yàn)，通過(guò)檢驗(yàn)胎冠部位的破壞能來(lái)評(píng)價(jià)輪胎結(jié)構(gòu)安全性能。成品輪胎強(qiáng)度性能測(cè)試按照GB/T 4501—2018進(jìn)行。結(jié)果顯示試驗(yàn)結(jié)束時(shí)輪胎狀態(tài)為第5點(diǎn)壓穿，測(cè)試破壞能最小為753.7 J，為標(biāo)準(zhǔn)值的146.6%，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

4.3 耐久性能

耐久性測(cè)試按照GB/T 4501—2018進(jìn)行，測(cè)試條件和結(jié)果見(jiàn)表1。試驗(yàn)結(jié)束時(shí)輪胎狀態(tài)為胎肩崩花，累計(jì)行駛里程為6 163.6 km，累計(jì)行駛時(shí)間為51.3 h，結(jié)果表明成品輪胎耐久性能良好，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

表1 耐久性測(cè)試條件和結(jié)果

4.4 高速性能

高速性能測(cè)試按照GB/T 4501—2018進(jìn)行，設(shè)定初始試驗(yàn)速度達(dá)到160 km·h-1后按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定程序進(jìn)行測(cè)試，之后每行駛10 min，試驗(yàn)速度增大10 km·h-1繼續(xù)測(cè)試，直到輪胎損壞為止。結(jié)果顯示，試驗(yàn)結(jié)束時(shí)輪胎狀態(tài)為胎肩崩花，最高行駛速度為210 km·h-1，累計(jì)試驗(yàn)里程為252.2 km，累計(jì)行駛時(shí)間為84 min，達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)值的140%，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

5 結(jié)語(yǔ)

LT285/60R18 118/115S 8PR AT輕型載重子午線輪胎的設(shè)計(jì)按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)并結(jié)合我公司現(xiàn)有生產(chǎn)工藝進(jìn)行，成品輪胎性能測(cè)試結(jié)果表明其充氣外緣尺寸、強(qiáng)度性能、耐久性能和高速性能均達(dá)到相關(guān)設(shè)計(jì)和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求。該規(guī)格輪胎投放市場(chǎng)后無(wú)不良反饋，能夠較好地滿(mǎn)足客戶(hù)和市場(chǎng)的需求。