ST205/75R15 8PR拖車專用輪胎的設(shè)計(jì)

馬麗華，王 君，韓 磊，徐 偉，任振興，項(xiàng)兵兵，孫 超，劉俊俊，鄧海桐，宋惠惠

（青島雙星輪胎工業(yè)有限公司，山東 青島 266400）

美國擁有全球最大的拖掛式房車保有量，年銷量超過5萬輛，許多家庭遠(yuǎn)行選擇拖掛房車。我公司為了填補(bǔ)拖車輪胎空白[1]，特開發(fā)了ST205/75R15首規(guī)格拖車專用輪胎。為保證市場占有率，該產(chǎn)品更加注重承受載荷的能力和安全性能，且通過了FMVSS 119和FMVSS 139標(biāo)準(zhǔn)測試，現(xiàn)將其開發(fā)過程介紹如下。

1 技術(shù)要求

參 考TRA2020，F(xiàn)MVSS 119和FMVSS 139法規(guī)，并嚴(yán)格按照客戶需求，確定ST205/75R15 8PR拖車專用輪胎的主要技術(shù)參數(shù)為：標(biāo)準(zhǔn)輪輞5 1/2J，充氣外直徑（D′） 689（680～698） mm，充氣斷面寬（B′） 203（195～211） mm，負(fù)荷速度級別 107M，層級 8，充氣壓力 450 kPa，最大額定負(fù)荷 975 kg。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 外直徑（D）和斷面寬（B）

保證輪胎外緣尺寸可滿足TRA2020的標(biāo)準(zhǔn)要求。根據(jù)客戶輕量化需求，并結(jié)合我公司設(shè)計(jì)原則，本輪胎的D取682 mm，B取206 mm。

2.2 行駛面寬度（b）和弧度高（h）

根據(jù)美國良好路面情況，拖車輪胎更需優(yōu)異的承受載荷能力和耐磨性能，本輪胎的b取138 mm，h取6.5 mm。

2.3 胎圈著合直徑（d）和著合寬度（C）

為了保證輪胎行駛過程中輪輞與胎圈不打滑、不漏氣，且易于裝卸，根據(jù)我公司設(shè)計(jì)原則，本輪胎的d取378.8 mm，C取166 mm。

2.4 斷面水平軸位置（H1/H2）

在子午線輪胎中胎體變形最大的部位是斷面水平軸位置，如果該位置太低，則因應(yīng)變集中導(dǎo)致胎圈脫層；若該位置太高，則應(yīng)變集中于胎肩，容易造成肩空或肩裂。根據(jù)我公司設(shè)計(jì)原則，本輪胎的H1取75 mm，H2取76.6 mm，則H1/H2為0.98。

輪胎斷面輪廓見圖1。

圖1 輪胎斷面輪廓示意

2.5 胎面花紋

胎面采用4條折線縱溝對稱花紋，提高了輪胎的排水性，同時(shí)減小了花紋塊變形，提高了耐磨性能；采用有限元分析進(jìn)行優(yōu)化，增大接地面積[2]；胎肩采用漸淺溝底和淺鋼片設(shè)計(jì)，可降低生熱。本輪胎花紋為拖車輪胎專用花紋，花紋深度為7.3 mm，飽和度為67%，周節(jié)數(shù)為62。

輪胎胎面花紋展開如圖2所示，立體花紋如圖3所示。

圖2 胎面花紋展開示意

圖3 胎面立體花紋示意

3 施工設(shè)計(jì)

3.1 胎面、胎側(cè)和三角膠

胎面采用超耐磨、耐老化配方；胎側(cè)采用耐老化、耐屈撓配方；三角膠采用承受載荷能力強(qiáng)、低生熱配方。按照我公司施工設(shè)計(jì)原則，根據(jù)材料分布圖確定胎面、胎側(cè)和三角膠的具體尺寸。

3.2 胎體和帶束層

胎體和帶束層設(shè)計(jì)主要考慮提高強(qiáng)度和抗沖擊能力[3]。胎體采用2層1440dtex/2聚酯簾布；帶束層采用2層2＋2×0.35HT鋼絲簾線[4-5]。為減少耐久性試驗(yàn)過程中胎肩部位帶束層端點(diǎn)重復(fù)剪切，2#帶束層采用包邊膠。按照我公司施工設(shè)計(jì)原則，根據(jù)材料分布圖確定具體寬度。

3.3 胎圈

鋼絲圈采用Φ0.96 mm胎圈鋼絲，排列方式為5×6，安全倍數(shù)大于6[6-7]。

3.4 成型和硫化

采用兩鼓膠囊成型機(jī)、二次法成型工藝，主鼓機(jī)頭直徑為642 mm，機(jī)頭寬度為391 mm。

采用1 219.2 mm（48英寸）熱板式硫化機(jī)、氮?dú)饬蚧痆8-9]。硫化條件為：低壓內(nèi)蒸汽壓力 0.75 MPa，高壓內(nèi)蒸汽壓力 1.6 MPa，內(nèi)壓氮?dú)鈮毫?.5 MPa，熱板蒸汽溫度 162 ℃，總硫化時(shí)間17 min。

4 成品性能

4.1 外緣尺寸

輪胎外緣尺寸按照FMVSS 139進(jìn)行測量，充氣壓力為450 kPa。經(jīng)實(shí)測，本輪胎的D′為689 mm，B′為204 mm，充氣外緣尺寸滿足設(shè)計(jì)要求。

4.2 強(qiáng)度

輪胎強(qiáng)度按照FMVSS 119測試，充氣壓力為450 kPa。經(jīng)實(shí)測，破壞能為750 J，為標(biāo)準(zhǔn)值（514 J）的145.9%，通過了試驗(yàn)測試。

4.3 脫圈阻力

輪胎脫圈阻力按照國家標(biāo)準(zhǔn)測試，充氣壓力為450 kPa。經(jīng)實(shí)測，脫圈阻力為18 910 N，為標(biāo)準(zhǔn)值（11 120 N）的170%，通過了試驗(yàn)測試。

4.4 高速性能

4.4.1 FMVSS 119測試

輪胎高速性能按FMVSS 119測試，測試條件為：溫度 （35±3） ℃，充氣壓力 450 kPa，負(fù)荷858 kg，負(fù)荷率 88%。試驗(yàn)第1階段結(jié)束后，輪胎冷卻至測試溫度，并調(diào)整至測試充氣壓力。輪胎的高速性能試驗(yàn)條件及結(jié)果如表1所示。

從表1可以看出，輪胎行駛7 h未損壞，超過了標(biāo)準(zhǔn)要求（≥3.5 h）。

表1 FMVSS 119測試輪胎高速性能試驗(yàn)條件及結(jié)果

4.4.2 FMVSS 139測試

輪胎高速性能按FMVSS 139測試，測試條件為：溫度 （35±3） ℃，充氣壓力 410 kPa，負(fù)荷829 kg，負(fù)荷率 85%。試驗(yàn)第1階段結(jié)束后，輪胎冷卻至測試溫度，并調(diào)整至測試充氣壓力。輪胎的高速性能試驗(yàn)條件及結(jié)果如表2所示。

從表2可以看出，輪胎行駛5 h未損壞，超過了標(biāo)準(zhǔn)要求（≥3.5 h）。

表2 FMVSS 139測試輪胎高速性能試驗(yàn)條件及結(jié)果

4.5 耐久性能

4.5.1 FMVSS 119測試

輪胎耐久性能按FMVSS 119測試，測試條件為：溫度 （35±3） ℃；充氣壓力 450 kPa；試驗(yàn)速度 80 km·h-1；負(fù)荷率依次為75%（7 h），97%（16 h）和114%（24 h）。輪胎的耐久性試驗(yàn)條件及結(jié)果如表3所示。

表3 FMVSS 119測試輪胎耐久性能試驗(yàn)條件及結(jié)果

從表3可以看出，輪胎行駛87 h未損壞，超過了標(biāo)準(zhǔn)要求（≥47 h）。

4.5.2 FMVSS 139測試

輪胎耐久性能按FMVSS 139測試，測試條件為：溫度 （35±3） ℃；充氣壓力 340 kPa；低氣壓試驗(yàn)充氣壓力 260 kPa，試驗(yàn)速度 120 km·h-1；負(fù)荷率依次為85%（4 h），90%（6 h），100%（24 h），再進(jìn)行低氣壓測試，負(fù)荷率100%（1.5 h）。輪胎的耐久性試驗(yàn)條件及結(jié)果見表4。

表4 FMVSS 139測試輪胎耐久性能試驗(yàn)條件及結(jié)果

從表4可以看出，輪胎行駛73 h未損壞，超過了標(biāo)準(zhǔn)要求（≥35.5 h）。

5 結(jié)論

ST205/75R15 8PR拖車專用輪胎在滿足客戶輕量化要求的前提下，其強(qiáng)度、高速和耐久性能均達(dá)到可滿足市場要求的FMVSS 119標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)高速和耐久性能也達(dá)到了更為嚴(yán)格的FMVSS 139標(biāo)準(zhǔn)要求，極大提高了該產(chǎn)品在美國市場的競爭優(yōu)勢。