225/95R16C 118/116S半鋼輕型載重子午線輪胎的設(shè)計(jì)

蔡習(xí)舟，劉 鑫，楊和濤，宋 立

（中策橡膠集團(tuán)股份有限公司，浙江 杭州 310018）

為擴(kuò)展產(chǎn)品線，提升在非常規(guī)規(guī)格輪胎產(chǎn)品方面的競(jìng)爭(zhēng)力，我公司開(kāi)發(fā)了225/95R16C 118/116S半鋼輕型載重子午線輪胎[1-4]，現(xiàn)將開(kāi)發(fā)情況介紹如下。

1 技術(shù)要求

根據(jù)《歐洲輪胎輪輞技術(shù)組織標(biāo)準(zhǔn)手冊(cè)2020》（ETRTO—2020）確定225/95R16C 118/116S半鋼輕型載重子午線輪胎的技術(shù)參數(shù)如下：標(biāo)準(zhǔn)輪輞6.0J，充氣外直徑（D′） 834 mm，充氣斷面寬（B′） 223 mm，標(biāo)準(zhǔn)充氣壓力 475 kPa，負(fù)荷能力 1 320（單胎）/1 250（雙胎） kg。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 外直徑（D）和斷面寬（B）

半鋼子午線輪胎胎冠部位的鋼絲帶束層剛性較強(qiáng)，且沿周向纏繞的冠帶層也有箍緊作用，因此半鋼子午線輪胎具有周向不易變形的特性[5]，即D應(yīng)略小于D′，參考其他類(lèi)似規(guī)格輪胎外直徑膨脹率，本次設(shè)計(jì)D取830 mm。

輪胎胎側(cè)剛性較低，充氣后徑向變形較大，且B還會(huì)受到輪胎斷面高寬比、胎體簾線拉伸強(qiáng)度和胎側(cè)膠厚度等多種因素影響，因此B應(yīng)小于B′，參考公司其他產(chǎn)品設(shè)計(jì)，本次設(shè)計(jì)B取214 mm。

2.2 行駛面寬度（b）和弧度高（h）

b和h的取值會(huì)直接影響輪胎冠部的形狀，進(jìn)而影響輪胎的接地形狀、面積和壓力分布。為使輪胎接地印痕幾何形狀規(guī)則且接地壓力分布均勻，進(jìn)行有限元分析優(yōu)選，優(yōu)選結(jié)果為b取170 mm，h取8 mm。

2.3 胎圈著合直徑（d）和著合寬度（C）

胎圈和輪輞通常采用過(guò)盈配合的形式，以確保輪胎在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中與輪輞接觸緊密，防止發(fā)生輪胎脫出的狀況。同時(shí)為了避免輪胎裝卸困難，本次設(shè)計(jì)d取404.8 mm，C取178 mm。

2.4 斷面水平軸位置（H1/H2）

H1/H2直接影響胎圈部位和胎冠部位的應(yīng)力分布，在優(yōu)化b和h的有限元分析中同步進(jìn)行水平軸位置的優(yōu)化設(shè)計(jì)，優(yōu)選結(jié)果為H1/H2取0.961。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

胎面花紋的設(shè)計(jì)對(duì)輪胎抓著力、耐磨性能和抗?jié)窕阅艿榷加兄苯佑绊慬6-7]，結(jié)合目標(biāo)市場(chǎng)的主要路況和用戶需求，胎面花紋設(shè)計(jì)采用對(duì)稱(chēng)形式，花紋深度為11.5 mm，花紋飽和度為57.53%，花紋周節(jié)數(shù)為27。輪胎胎面花紋如圖2所示。

圖2 胎面花紋示意

3 施工設(shè)計(jì)

3.1 胎面

通過(guò)抓取輪廓曲線，確定輪胎胎面型膠設(shè)計(jì)為：胎面總寬度 245 mm，胎面肩部寬度 170 mm，胎面中心厚度 10.5 mm，胎面肩部厚度12.5 mm。為了減小胎面生熱，胎面膠采用高天然橡膠比例的低生熱配方設(shè)計(jì)，并采用三復(fù)合擠出。胎面結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 胎面結(jié)構(gòu)示意

3.2 帶束層和胎體

半鋼子午線輪胎的帶束層是主要的受力部件之一[8-12]，根據(jù)材料分布圖的數(shù)據(jù)校核強(qiáng)度后，確定本次設(shè)計(jì)帶束層采用2層3＋8×0.23HT鋼絲簾布，帶束層角度為26°（以周向?yàn)?°），其中下層寬度與行駛面寬度相同，取170 mm，上層寬度取160 mm，上下兩層帶束層方向相反且兩端均貼合包邊膠。在帶束層上纏繞2層930dtex/2 F94錦綸66冠帶層以箍緊帶束層。胎體選用1670dtex/2 DSP聚酯簾布，采用3層胎體設(shè)計(jì)。

3.3 胎圈

根據(jù)現(xiàn)有胎圈生產(chǎn)工藝，確定鋼絲盤(pán)繞直徑為412.8 mm。選用六角形鋼絲圈，鋼絲直徑為1.3 mm，覆膠鋼絲直徑為1.5 mm。根據(jù)胎圈安全倍數(shù)計(jì)算，確定鋼絲圈排列方式為4＋5＋6＋5＋4。

3.4 成型

選用二次法成型機(jī)、冠包側(cè)工藝，一段成型鼓直徑為465 mm。根據(jù)以往設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，簾線假定伸張值取1.035，成型鼓寬度為475 mm。帶束層伸張系數(shù)設(shè)計(jì)為1.043，帶束層貼合鼓周長(zhǎng)為2 405 mm。

3.5 硫化

硫化采用液壓硫化機(jī)、氮?dú)饬蚧に嚕蚧瘲l件為：內(nèi)溫 205 ℃，外溫 174 ℃，氮?dú)鈮毫?21 MPa，硫化時(shí)間 18.8 min。

4 成品性能

4.1 外緣尺寸

測(cè)試方法參照ECE R54標(biāo)準(zhǔn)，選用6.0J標(biāo)準(zhǔn)輪輞，充氣壓力為475 kPa。成品輪胎的D′為830 mm，B′為226 mm，通過(guò)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

4.2 強(qiáng)度

測(cè)試方法參照FMVSS 119標(biāo)準(zhǔn)，選用6.0J標(biāo)準(zhǔn)輪輞，充氣壓力為475 kPa，壓頭直徑為19 mm。測(cè)試第5點(diǎn)總行程為95.94 mm，作用力為16 143 N，計(jì)算可得第5點(diǎn)破壞能為774.4 J，是最小破壞能的1.5倍，且輪胎未壓穿，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)并符合開(kāi)發(fā)要求。

4.3 耐久性能

測(cè)試方法參照FMVSS 119標(biāo)準(zhǔn)，選用6.0J標(biāo)準(zhǔn)輪輞，充氣壓力為340 kPa，試驗(yàn)速度為120 km·h-1。達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求（34 h）后，時(shí)間每延長(zhǎng)10 h，負(fù)荷增大10%，直至輪胎破壞為止。試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，負(fù)荷為1 848 kg，為標(biāo)準(zhǔn)負(fù)荷的1.4倍，累計(jì)行駛時(shí)間為73.55 h，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)并符合開(kāi)發(fā)要求。

4.4 高速性能

測(cè)試方法參照ECE R54標(biāo)準(zhǔn)，選用6.0J標(biāo)準(zhǔn)輪輞，充氣壓力為475 kPa，負(fù)荷為1 188 kg。達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求（1 h）后，時(shí)間每延長(zhǎng)10 min，速度提高10 km·h-1，直至輪胎破壞為止。試驗(yàn)至第7階段輪胎破壞，累計(jì)行駛時(shí)間為1.43 h，試驗(yàn)結(jié)束時(shí)速度為210 km·h-1，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)并符合開(kāi)發(fā)要求。

5 結(jié)語(yǔ)

開(kāi)發(fā)的225/95R16C 118/116S半鋼輕型載重子午線輪胎各項(xiàng)性能均通過(guò)了目標(biāo)市場(chǎng)認(rèn)可的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，并達(dá)到較高性能水平。該產(chǎn)品投產(chǎn)后，創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。