二段成型全地形車子午線輪胎的開發(fā)

任學(xué)鵬，龐軍華

（中策橡膠集團(tuán)有限公司，浙江 杭州 310018）

全地形車（UTV）具有沙灘越野、山區(qū)載貨和農(nóng)場作業(yè)等多種功能，是沙灘車（ATV）的高級版本[1]。其車體一般采用玻璃鋼部件，前橋采用獨(dú)立懸掛、雙搖臂控制結(jié)構(gòu)，后橋采用整體設(shè)計(jì)，含有差速器及變速器檔位，使掛檔輕松、急轉(zhuǎn)彎平穩(wěn)[2]。部分高級UTV對輪胎外緣尺寸穩(wěn)定性、動(dòng)平衡性能及胎側(cè)抗刺扎性能有較高的要求。隨著全球高端UTV主機(jī)動(dòng)力的不斷提升，近10年來UTV輪胎規(guī)格越來越大、斷面越來越寬，具體表現(xiàn)如下：（1）輪胎內(nèi)直徑由356 mm（14英寸）增大到457 mm（18英寸）；（2）輪胎外直徑由660 mm（26英寸）增大到991 mm（39英寸）；（3）輪胎行駛速度由F級（80 km·h-1）提高至M級（130 km·h-1）；（4）車輛發(fā)動(dòng)機(jī)排量由600 mL增大至1 000 mL以上，對輪胎扭矩要求也有所提高。

綜合行業(yè)發(fā)展?fàn)顩r，并根據(jù)對客戶的需求預(yù)測，外直徑為838～991 mm（33～39英寸）、斷面寬在254 mm（10英寸）以上的UTV輪胎的未來市場需求量可以達(dá)到10萬條·a-1。

為滿足市場需求，我公司開發(fā)了二段成型UTV輪胎，本文介紹28×10R14 UTV子午線輪胎的開發(fā)情況。

1 樣胎配置分析

樣胎斷面如圖1所示，具體配置如表1所示。

表1 樣胎具體配置Tab.1 Specific configurations of sample tire

經(jīng)過結(jié)構(gòu)受力分析和材料強(qiáng)度計(jì)算[3]得出，樣胎2帶束層安全倍數(shù)偏小，而樣胎1由于采用了鋼絲帶束層，帶束層安全倍數(shù)足夠。

2 設(shè)計(jì)方案

鑒于UTV輪胎使用環(huán)境較惡劣，多為沙漠、泥地、砂石等路況，同時(shí)考慮到UTV輪胎花紋較深，兩半模會導(dǎo)致輪胎脫模相對困難，公司對現(xiàn)有28×10R14UTV帶束斜交輪胎進(jìn)行帶束子午化設(shè)計(jì)改進(jìn)，并采用二段成型工藝試制。

本設(shè)計(jì)28×10R14 UTV子午線輪胎具體配置如下：胎體骨架材料 930dtex/2錦綸66簾線，胎體胎冠角 20°；帶束層骨架材料 930dtex/2錦綸66簾線，帶束層胎冠角 65°；冠帶層骨架材料1400dtex/2錦綸66簾線，一字纏繞，交疊5 mm；鋼絲圈Φ0.96 mm鋼絲，5×4排列；三角膠尺寸（高×寬） 35 mm×5 mm。

2.1 胎體骨架材料選取

目前常用的輪胎胎體骨架材料主要有錦綸6簾線、錦綸66簾線和尺寸穩(wěn)定性聚酯（DSP）簾線。與錦綸6簾線相比，錦綸66簾線在保持高彈性及高強(qiáng)度的同時(shí)，干熱收縮率較小，高溫下強(qiáng)力保持率較高[4]。與DSP簾線相比，相同直徑的錦綸66簾線斷裂強(qiáng)力相當(dāng)，但定負(fù)荷伸長率更高，從而具有更好的抗沖擊性能，只是干熱收縮率略高[5]。由于UTV輪胎主要用于非鋪裝路面，路況惡劣，且UTV輪胎對尺寸穩(wěn)定性要求較高，故本設(shè)計(jì)選用930dtex/2錦綸66簾線作為胎體骨架材料。

2.2 帶束層骨架材料選取

通常子午線輪胎帶束層骨架材料一般選用鋼絲簾線，部分高性能輪胎采用芳綸簾線[6]。由于UTV輪胎花紋深度較大，且其胎冠弧半徑較普通子午線輪胎小，如采用鋼絲簾線，則需增加胎肩墊膠，并且模具需采用活絡(luò)模形式，輪胎轉(zhuǎn)向靈活性也有所下降，故本設(shè)計(jì)選用930dtex/2錦綸66簾線作為帶束層骨架材料。

2.3 冠帶層骨架材料選取

大多數(shù)子午線輪胎冠帶層骨架材料采用錦綸66簾線，部分高性能輪胎采用芳綸簾線[7]或芳綸/錦綸66混紡簾線[8]。因UTV輪胎設(shè)計(jì)速度為M級，故本設(shè)計(jì)選用較粗的1400dtex/2錦綸66簾線作為冠帶層骨架材料。

2.4 鋼絲圈及三角膠設(shè)計(jì)

為滿足UTV輪胎在惡劣路況下的正常使用要求，本設(shè)計(jì)鋼絲圈安全倍數(shù)取12，鋼絲采用5×4矩形排列方式；三角膠尺寸（高×寬）較大（35 mm×5 mm），以提高胎側(cè)下部強(qiáng)度與支撐性。

2.5 胎體胎冠角及帶束層胎冠角確定

為提高UTV輪胎胎側(cè)抗刺扎能力，本設(shè)計(jì)胎體胎冠角并未采用常規(guī)子午線輪胎的0°或2°，而是確定為20°，以使輪胎在提供良好胎側(cè)屈撓性能的同時(shí)，兼具一定的胎側(cè)抗刺扎能力。

帶束層胎冠角越大，輪胎耐久性能及高速性能越好，滾動(dòng)阻力也有所降低，但是帶束層胎冠角太大，輪胎制造會很困難。另外，帶束層胎冠角增大，車輛操縱穩(wěn)定性也會有所下降[9-10]。綜合考慮，本設(shè)計(jì)帶束層胎冠角確定為65°。

3 成品輪胎性能測試結(jié)果

二段成型UTV成品輪胎性能測試[11-13]結(jié)果如表2所示。

從表2可以看出，試驗(yàn)子午線輪胎強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求，耐久性能和高速性能均大大高出指標(biāo)要求，充氣外直徑精度高，波動(dòng)在1～2 mm之內(nèi)，可確保輪胎優(yōu)異的動(dòng)平衡性能。但因使用現(xiàn)有模具制備，常常導(dǎo)致成品輪胎外直徑與斷面寬超出要求范圍，因此研制子午線輪胎產(chǎn)品需重新設(shè)計(jì)模具。

表2 UTV成品輪胎性能測試結(jié)果Tab.2 Performanc test results of UTV finished tires

此外，28×10R14 UTV子午線輪胎外送實(shí)車測試，通過了美國法規(guī)要求及相關(guān)主機(jī)廠主觀評價(jià)（包括麋鹿測試[14]及J-TURN測試[15]等）。

4 原材料成本分析

二段成型UTV輪胎原材料成本分析結(jié)果如表3所示。

表3 UTV輪胎原材料成本分析結(jié)果Tab.3 Material cost analysis results of UTV tires

從表3可以看出，每條UTV子午線輪胎質(zhì)量比帶束斜交輪胎減小894 g（6%），材料總成本降低14.1元（11%），分析原因如下。

（1）子午線輪胎胎面長度大，基本接近于模具內(nèi)腔周長，輪廓均勻性較帶束斜交輪胎更容易控制，胎面質(zhì)量明顯減小，成本降低20%。

（2）子午線輪胎采用胎體＋帶束層＋冠帶層的結(jié)構(gòu)，簾線成本比帶束斜交輪胎高，提高12%。

5 結(jié)論

通過以上試驗(yàn)和分析，公司后續(xù)重新設(shè)計(jì)了模具，并對生產(chǎn)設(shè)備及工裝做了相應(yīng)調(diào)整，生產(chǎn)的二段成型UTV子午線輪胎既滿足了市場需求，也提高了公司UTV輪胎在國外市場的品牌知名度，為公司創(chuàng)造了較好效益。