12R22.5 18PR長途型全鋼載重子午線輪胎的設(shè)計開發(fā)

趙玉娜，王 君，李子奇，孫淑梅，張代好，趙 翔

（青島雙星輪胎工業(yè)有限公司，山東 青島 266400）

近年來，隨著物流運輸需求和高速公路建設(shè)的快速發(fā)展，輪胎工業(yè)發(fā)展也越來越快，尤其是長途運輸對輪胎的里程及性能要求越來越高[1-3]。為滿足用戶需求，實現(xiàn)新輪胎標(biāo)準(zhǔn)負(fù)荷下行駛里程不短于40萬km，本工作設(shè)計開發(fā)12R22.5 18PR長途型全鋼載重子午線輪胎，并與對標(biāo)產(chǎn)品及公司常規(guī)產(chǎn)品進行對比分析[4-7]。

1 技術(shù)要求

根據(jù)GB/T 2977—2016，TRA《美國輪胎輪輞協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)年鑒》（2012）和ETRTO《歐洲輪胎輪輞技術(shù)組織標(biāo)準(zhǔn)手冊》（2012），確定12R22.5 18PR長途型全鋼載重子午線輪胎的主要設(shè)計參數(shù)如下：標(biāo)準(zhǔn)輪輞 9.00，充氣外直徑 1 085 mm，充氣斷面寬 300 mm，標(biāo)準(zhǔn)充氣壓力 930 kPa，額定負(fù)荷 3 550（單胎）/3 250（雙胎）kg。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.1 輪廓設(shè)計

根據(jù)市場調(diào)研，對12R22.5 18PR輪胎對標(biāo)產(chǎn)品M-C、G-L及我公司常規(guī)產(chǎn)品D-S相關(guān)參數(shù)進行分析，結(jié)果如表1所示。

表1 12R22.5 18PR輪胎同類產(chǎn)品相關(guān)參數(shù)分析結(jié)果

根據(jù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，參考對標(biāo)產(chǎn)品及公司常規(guī)產(chǎn)品參數(shù)分析，結(jié)合設(shè)計經(jīng)驗，新產(chǎn)品主要設(shè)計參數(shù)取值如下：外直徑 1 082.6 mm，斷面寬 294 mm，行駛面寬度 240 mm，行駛面弧度高 6.5 mm，胎圈著合直徑 596.5 mm，胎圈著合寬度241 mm，斷面水平軸位置（H1/H2）0.762 7，花紋深度 16.5 mm，花紋飽和度 80%，花紋周節(jié)數(shù)102。

輪胎斷面輪廓如圖1所示。

圖1 輪胎斷面輪廓示意

2.2 胎面花紋

考慮該產(chǎn)品用于長途導(dǎo)向輪位，采用4條直溝設(shè)計，溝壁采用變角度設(shè)計，增加花紋的穩(wěn)定性，有效防止夾石子；溝底采用曲折設(shè)計，增大抓著力，同時防止溝裂；采用大比例花紋筋設(shè)計，提高輪胎的防偏磨性能。

胎面花紋外觀如圖2所示。

圖2 胎面花紋外觀示意

3 施工設(shè)計

胎面使用高耐磨胎面膠和低生熱基部膠分層設(shè)計，胎面下貼粘合膠片。

考慮該產(chǎn)品主要用于高速長途運輸，采用4層帶束層結(jié)構(gòu)設(shè)計，其性能優(yōu)于傳統(tǒng)的3層帶束層加0°帶束層結(jié)構(gòu)。帶束層和胎體鋼絲簾線規(guī)格及安全倍數(shù)計算結(jié)果如表2所示。鋼絲圈排列方式為8-9-10-9-8-7-6，安全倍數(shù)為6.2。

表2 帶束層和胎體鋼絲簾線規(guī)格及安全倍數(shù)計算結(jié)果

胎體、帶束層和胎圈的安全倍數(shù)均滿足設(shè)計及使用要求。

采用一次法成型機成型，蒸鍋式硫化機硫化，成型和硫化工藝與公司普通產(chǎn)品相同。

4 成品性能

4.1 室內(nèi)性能

4.1.1 外緣尺寸及強度性能

按照GB/T 521—2012測量輪胎外緣尺寸，輪胎充氣外直徑和充氣斷面寬分別為1 086和302 mm，符合國家標(biāo)準(zhǔn)要求。

根據(jù)GB/T 4501—2016測試輪胎強度性能，第5點破壞能為5 605.9 J，為標(biāo)準(zhǔn)值的254.5%，通過測試。

4.1.2 耐久性能

輪胎耐久性能根據(jù)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進行測試，充氣壓力為930 kPa，負(fù)荷為3 550 kg，前47 h根據(jù)GB/T 4501進行測試，之后每8 h負(fù)荷率增大20%。M-C、G-L、D-S和新產(chǎn)品輪胎耐久性測試負(fù)荷率分別達(dá)到140%，160%，160%和180%，累計行駛時間分別為62.28，65.27，66.50和71.45 h。

由此可見，新產(chǎn)品輪胎的耐久性測試?yán)塾嬓旭倳r間達(dá)到企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求（≥60 h），耐久性能比對標(biāo)和常規(guī)產(chǎn)品提高7.4%以上，負(fù)荷率提高12.5%以上，有利于延長輪胎的行駛里程和使用壽命。

4.1.3 高速性能

輪胎高速性能根據(jù)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進行測試，充氣壓力為930 kPa，負(fù)荷為3 550 kg，在55 km·h-1速度下行駛120 min后提高速度至60 km·h-1，之后每120 min提高速度10 km·h-1。M-C、G-L、D-S和新產(chǎn)品輪胎測試最高速度分別達(dá)到120，110，120和130 km·h-1，累計行駛時間分別為15.12，12.88，14.93和16.67 h。

由此可見，新產(chǎn)品輪胎測試最高速度達(dá)到130 km·h-1，高速性能比對標(biāo)和常規(guī)產(chǎn)品提高9%以上。

4.1.4 接地印痕

輪胎的接地印痕形狀對輪胎的耐磨性能影響很大，綜合改善輪胎的接地印痕形狀對提升輪胎的耐磨性能至關(guān)重要。本工作主要從胎冠弧度，帶束層簾線結(jié)構(gòu)、密度、角度和寬度及胎面擠出口型形狀方面調(diào)整輪胎材料分布，從而改善接地印痕形狀。新產(chǎn)品和對標(biāo)產(chǎn)品M-C采用單胎標(biāo)準(zhǔn)充氣壓力和負(fù)荷進行對比測試，所得接地印痕如圖3所示。

圖3 輪胎接地印痕

由圖3可見，與對標(biāo)M-C產(chǎn)品相比，新產(chǎn)品的接地印痕形狀更優(yōu)，接地面積增大。通過接地印痕的優(yōu)化，提高了胎面的耐磨性能及磨耗均勻性，延長了輪胎的行駛里程，同時提高了輪胎的抓著性能。

4.2 室外性能

為驗證新產(chǎn)品的耐磨性能及預(yù)期行駛里程，進行室外裝車路試。裝車方案是新產(chǎn)品與國際知名品牌對標(biāo)產(chǎn)品M-C導(dǎo)向輪和驅(qū)動輪同軸對裝，具體裝車方案如圖4所示。2020年5月17日于山東省淄博市進行裝車，裝配車型為1-2-3橋半掛牽引車（見圖5），車貨總質(zhì)量為49 t，單程行駛里程約為3 300 km（山東淄博-新疆烏魯木齊），路況為80%高速公路、20%鋪裝道路。

圖4 裝車方案示意

圖5 試驗車輛

截止2021年4月24日，路試輪胎裝車行駛里程為183 171 km，輪胎磨耗狀況如圖6所示。

圖6 裝車輪胎磨耗狀況

輪胎磨耗測量結(jié)果及預(yù)期里程如表3所示。

表3 路試輪胎測量分析結(jié)果

從表3可以看出，新產(chǎn)品輪胎預(yù)計平均總行駛里程約為41.6萬km，預(yù)期使用2年以上，使用壽命與國際知名品牌M-C輪胎相當(dāng)。路試新產(chǎn)品得到客戶的認(rèn)可，輪胎行駛里程長，性能優(yōu)異，無不良現(xiàn)象。

5 結(jié)語

通過與對標(biāo)產(chǎn)品及公司常規(guī)產(chǎn)品對比分析，成功開發(fā)出12R22.5 18PR長途型全鋼載重子午線輪胎。成品輪胎的室內(nèi)性能均滿足標(biāo)準(zhǔn)要求和使用需求，且優(yōu)于對標(biāo)產(chǎn)品及公司常規(guī)產(chǎn)品。室外性能測試結(jié)果表明，輪胎磨耗均勻，綜合性能良好，預(yù)期行駛里程在40萬km以上，滿足長途運輸市場用戶需求。該產(chǎn)品上市以來，得到用戶好評，增加了公司產(chǎn)品銷量及收益，提高公司品牌知名度。