12R22.5全鋼載重子午線輪胎的設(shè)計(jì)

李園園，梁垂燕，邢正濤，于曉峰

（青島雙星輪胎工業(yè)有限公司，山東 青島 266400）

近年來子午線輪胎以其優(yōu)異的性能，在國內(nèi)外商用車輪胎市場(chǎng)占有率已近100%，其中無內(nèi)胎輪胎占87.4%，有內(nèi)胎輪胎占12.6%。然而輪胎在高負(fù)荷、高轉(zhuǎn)速下容易發(fā)生冠鼓或受到?jīng)_擊時(shí)胎圈部位發(fā)生爆破，從而造成重大事故和損失。為滿足市場(chǎng)需求，我公司開發(fā)了一款全鋼載重子午線輪胎，現(xiàn)將其設(shè)計(jì)情況介紹如下。

1 技術(shù)要求

按照GB/T 2977—2016《載重汽車輪胎規(guī)格、尺寸、氣壓和負(fù)荷》，確定12R22.5全鋼載重子午線輪胎技術(shù)參數(shù)為：輪輞 9.00×22.5，充氣外直徑（D′） 1 069.61～1 100.39 mm，充氣斷面寬（B′）288～312 mm，標(biāo)準(zhǔn)充氣壓力 930 kPa，負(fù)荷指數(shù)152，負(fù)荷能力 3 550 kg，速度級(jí)別 K。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 外直徑（D）和斷面寬（B）

由于子午線輪胎的胎冠有周向不易伸張的帶束層緊箍胎體，輪胎在充氣后外直徑的膨脹率較小，而輪胎的斷面寬也會(huì)有較小變化[1]。根據(jù)產(chǎn)品性能需求，確定本次設(shè)計(jì)D為1 078 mm，B為290 mm。

2.2 行駛面寬度（b）和弧度高（h）

b和h是決定輪胎胎冠形狀的主要參數(shù)，分別與B和斷面高成一定比例。行駛面形狀對(duì)胎面的耐磨性能、牽引性和轉(zhuǎn)向性等多方面性能有直接影響，增大b、減小h，可提高輪胎胎面的耐磨性能[2]。根據(jù)以往產(chǎn)品設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，確定本次設(shè)計(jì)b為240 mm，h為7.2 mm。

2.3 胎圈著合直徑（d）和著合寬度（C）

C根據(jù)輪輞的寬度確定。為提高胎側(cè)的柔軟性，將C設(shè)計(jì)為大于輪輞寬度，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)設(shè)定C為240 mm[3]。d取值應(yīng)比輪輞相應(yīng)部位的直徑小0.5～1.5 mm，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)設(shè)定d為571 mm。

2.4 斷面水平軸位置（H1/H2）及胎冠弧形狀

斷面水平軸位于斷面最寬點(diǎn)，是輪胎在充氣和法向負(fù)荷下變形最大、厚度最小的位置[4]。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，確定本次設(shè)計(jì)H1/H2為0.972 7。

胎冠弧形狀是根據(jù)b、h和花紋形狀設(shè)計(jì)，本次胎冠設(shè)計(jì)采用兩段弧設(shè)計(jì)。胎冠弧輪廓如圖1所示。

圖1 胎冠弧輪廓示意

2.5 胎面花紋設(shè)計(jì)

胎面花紋采用橫向花紋塊設(shè)計(jì)，橫向主溝深度為18 mm，采用不等節(jié)距設(shè)計(jì)，花紋飽和度為74.9%，胎面中央有連續(xù)性花紋塊以提高輪胎的驅(qū)動(dòng)性能，在濕滑路面情況下能將花紋塊下的水膜吸入排水主溝，加速排水速度以保證濕地剎車性能，提高了排水性能，縮短了濕滑路面的剎車距離，在濕滑路面上表現(xiàn)出穩(wěn)定的操控性能[5]。

胎面花紋展開如圖2所示。

圖2 胎面花紋展開示意

3 施工設(shè)計(jì)

3.1 胎面

胎面采用雙復(fù)合壓出形式，上部分為胎面膠，下部分為基部膠。胎面寬度為304 mm，肩部寬度為216 mm，肩部厚度為24 mm，中部厚度為20 mm。

胎面橫截面如圖3所示。

圖3 胎面橫截面示意

3.2 胎體

胎體用鋼絲簾線最重要的性能是高耐疲勞性能和耐磨性能。為實(shí)現(xiàn)高耐疲勞性能，需采用高強(qiáng)度、小直徑的鋼絲，以及良好、穩(wěn)定的生產(chǎn)工藝；為實(shí)現(xiàn)良好的耐磨性能則應(yīng)采用無外纏絲、滲膠性能良好及內(nèi)外層捻向一致的鋼絲簾線。本次設(shè)計(jì)胎體鋼絲簾線采用3×0.24＋9×0.225CCST鋼絲簾線[6]。

3.3 帶束層

帶束層剛性主要取決于帶束層結(jié)構(gòu)和角度[7-8]。根據(jù)輪胎規(guī)格和使用條件決定本次設(shè)計(jì)采用4層帶束層結(jié)構(gòu)。1#帶束層為過渡層，是最靠近胎體的一層[9]，采用4＋3×0.33ST鋼絲簾線，排列角度為50°～60°；2#和3#帶束層在帶束層結(jié)構(gòu)中主要承受應(yīng)力，稱為工作層，采用3＋8×0.33HT鋼絲簾線，排列角度為15°～22°；4#帶束層為保護(hù)層，一般采用高伸長(zhǎng)率和高抗沖擊型鋼絲簾線，采用5×0.30HI鋼絲簾線，排列角度為15°～22°。

3.4 成型

成型采用一次法膠囊反包成型機(jī)，機(jī)頭直徑為535 mm，采用側(cè)包冠成型工藝，部件接頭按照一定的角度錯(cuò)開均勻分布，接頭部位輥壓平整，可保證輪胎的動(dòng)平衡性能良好。

3.5 硫化

輪胎硫化采用熱板式硫化機(jī)，液態(tài)單硫化工藝。硫化條件為：熱板溫度 （152±2） ℃，模套溫度 （160±2） ℃，蒸汽溫度 （207±3） ℃，硫化時(shí)間 47.2 min。

4 成品性能

4.1 充氣外緣尺寸

成品輪胎充氣外緣尺寸按照GB/T 521—2012《輪胎外緣尺寸測(cè)量方法》進(jìn)行測(cè)量。安裝于標(biāo)準(zhǔn)輪輞上的成品輪胎在標(biāo)準(zhǔn)充氣壓力下D′為1 083 mm，B′為298mm，均符合設(shè)計(jì)和國家標(biāo)準(zhǔn)要求。

4.2 強(qiáng)度性能

成品輪胎按照GB/T 4501—2016《載重汽車輪胎性能室內(nèi)試驗(yàn)方法》進(jìn)行室內(nèi)輪胎強(qiáng)度性能測(cè)試。測(cè)試條件為：充氣壓力 930 kPa，壓頭直徑 38 mm。測(cè)試結(jié)果表明，第5點(diǎn)壓穿，輪胎的破壞能為5 610.1 J，符合設(shè)計(jì)和國家標(biāo)準(zhǔn)要求。

4.3 耐久性能

成品輪胎耐久性能測(cè)試按照GB/T 4501—2016《載重汽車輪胎性能室內(nèi)試驗(yàn)方法》進(jìn)行。測(cè)試條件為：充氣壓力 930 kPa，運(yùn)行速度 55 km·h-1。在負(fù)荷率為65%下運(yùn)行時(shí)間7 h，將負(fù)荷率增大至85%再繼續(xù)運(yùn)行16 h，繼續(xù)增大負(fù)荷率至100%后運(yùn)行24 h，之后每行駛10 h增大10%負(fù)荷率繼續(xù)進(jìn)行試驗(yàn)至輪胎損壞。成品輪胎耐久性試驗(yàn)累計(jì)行駛時(shí)間為88.3 h，符合設(shè)計(jì)和國家標(biāo)準(zhǔn)要求。

4.4 高速性能

成品輪胎按照企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行高速性能測(cè)試，充氣壓力為930 kPa，負(fù)荷為3 550 kg。在速度為55 km·h-1下運(yùn)行2 h，速度增大至60 km·h-1后再運(yùn)行2 h，之后每運(yùn)行2 h速度增大10 km·h-1直至輪胎損壞。成品輪胎高速性能試驗(yàn)累計(jì)行駛時(shí)間為14.05 h，符合設(shè)計(jì)和企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求。

5 結(jié)論

12R22.5全鋼載重子午線輪胎胎面中央有連續(xù)性花紋塊，該花紋在躒石、泥濘路面上行駛具有很高的牽引性和自潔性，胎面中央花紋采用橫向和縱向花紋設(shè)計(jì)，牽引性能、制動(dòng)性能和抗?jié)窕阅軆?yōu)異。經(jīng)測(cè)試，該產(chǎn)品的充氣外緣尺寸、強(qiáng)度、耐久性能和高速性能均滿足設(shè)計(jì)和國家標(biāo)準(zhǔn)要求。