385/65R22.5全天候全鋼載重子午線輪胎的設(shè)計(jì)

趙飛燕，賈曉棟，周鵬飛，趙衛(wèi)東

（風(fēng)神輪胎股份有限公司，河南 焦作 454003）

近年來(lái)，隨著相關(guān)法規(guī)的逐漸完善，市場(chǎng)對(duì)輪胎性能的要求越來(lái)越高。目前，歐洲特別是德國(guó)已規(guī)定過(guò)境車輛在冬季必須使用帶有3PMSF標(biāo)識(shí)的輪胎。調(diào)查顯示，冬季輪胎具有在冬季條件下使用的明顯性能優(yōu)勢(shì)和安全保障，但多數(shù)客戶因更換夏季和冬季輪胎需要負(fù)擔(dān)額外的費(fèi)用和時(shí)間而選擇使用全天候輪胎[1-2]。

385/65R22.5全天候全鋼載重子午線輪胎為歐盟主流規(guī)格，需要具備冬季輪胎優(yōu)異的雪地性能以及夏季輪胎優(yōu)異的通過(guò)噪聲、滾動(dòng)阻力、磨耗壽命等綜合性能。

為滿足市場(chǎng)需求，我公司開(kāi)發(fā)了385/65R22.5全天候全鋼載重子午線輪胎，下面簡(jiǎn)要介紹其設(shè)計(jì)情況。

1 技術(shù)要求

為滿足歐盟法規(guī)準(zhǔn)入的要求，根據(jù)ETRTO—2017《歐洲輪胎輪輞技術(shù)組織標(biāo)準(zhǔn)手冊(cè)》和《歐洲經(jīng)濟(jì)委員會(huì)第54號(hào)法規(guī)》，選取 385/65R22.5全天候全鋼載重子午線輪胎的技術(shù)參數(shù)[3]為：標(biāo)準(zhǔn)輪輞寬度 298.45 mm，充氣外直徑（D′）1 072（1 057～1 092） mm，充氣斷面寬（B′） 389（373～405） mm，標(biāo)準(zhǔn)充氣壓力 900 kPa，標(biāo)準(zhǔn)負(fù)荷 5 000 kg，負(fù)荷指數(shù) 164。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 外直徑（D）和斷面寬（B）

根據(jù)子午線輪胎胎冠設(shè)計(jì)特點(diǎn)和胎冠材料特性，本設(shè)計(jì)D取1 067 mm，B取385 mm。

2.2 行駛面寬度（b）和弧度高（h）

b和h是影響胎冠形狀的兩個(gè)主要因素，決定了胎冠各部位的輪廓形態(tài)及其壓力分布。綜合考慮全天候輪胎對(duì)滾動(dòng)阻力、雪地、油耗、磨耗和操控性能的總體要求，本設(shè)計(jì)b取308 mm，h取13 mm。

2.3 胎圈著合直徑（d）和著合寬度（C）

d和C的取值一般根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)輪輞尺寸確定，在寬基低斷面子午線輪胎d和C的取值上，需要考慮胎側(cè)部位的剛性[4]。一般而言，低斷面輪胎胎側(cè)剛性較大，駕乘舒適性較差，可選擇增大C來(lái)減小胎側(cè)剛性，以期獲得更好的駕乘舒適性，本設(shè)計(jì)C取311 mm。d一般比輪輞直徑小0.5～2 mm，考慮到胎圈部位整體氣密性和裝配性能，本設(shè)計(jì)d取570.5 mm。

2.4 斷面水平軸位置（H1/H2）

斷面水平軸在斷面最寬點(diǎn)，是輪胎在充氣狀態(tài)下承受法向負(fù)荷時(shí)發(fā)生最大變形的位置[5]。在進(jìn)行寬基低斷面子午線輪胎設(shè)計(jì)時(shí)，其取值極其重要。若H1/H2取值偏大，變形區(qū)域主要集中在輪胎上半部分，輪胎上半部分承受的應(yīng)力應(yīng)變較大，胎肩部位容易出現(xiàn)早期損壞；若H1/H2取值較小，變形區(qū)域集中在輪胎下半部分，輪胎下半部分承受應(yīng)力應(yīng)變較大，容易造成胎圈部位的早期損壞。由于385/65R22.5是寬基低斷面全鋼子午線輪胎，一般做單胎使用，輪胎在徑向需要承受較大的變形，胎圈是主要承載部位，需要承受較大的應(yīng)力應(yīng)變，因此，本設(shè)計(jì)H1/H2取1.01，使變形最大位置落在輪胎上半部分，以期減小胎圈部位變形。

2.5 胎面花紋

胎面是輪胎與地面直接接觸的部位，胎面花紋直接影響輪胎的綜合性能。全天候輪胎花紋的設(shè)計(jì)尤其重要，需要綜合雪地輪胎的雪地性能和夏季輪胎的濕地性能、操控穩(wěn)定性能、滾動(dòng)阻力性能和磨耗壽命等[6-7]。

輪胎的雪地性能、濕地性能、操控穩(wěn)定性能和花紋飽和度密切關(guān)聯(lián)，輪胎的滾動(dòng)阻力與花紋深度、花紋塊寬度成反向相關(guān)關(guān)系，輪胎的磨耗性能與花紋深度、花紋塊寬度、花紋飽和度成正相關(guān)關(guān)系。如通過(guò)提高輪胎花紋飽和度來(lái)提升里程，勢(shì)必會(huì)導(dǎo)致輪胎花紋溝槽的減少，進(jìn)而導(dǎo)致輪胎濕地性能、雪地性能和制動(dòng)力的降低。因此，平衡花紋深度、花紋塊寬度和花紋飽和度對(duì)輪胎綜合性能的影響尤為重要。

本設(shè)計(jì)綜合考慮輪胎夏季和冬季使用要求，分模塊進(jìn)行花紋設(shè)計(jì)，通過(guò)優(yōu)化輪胎花紋的深度、花紋塊寬度和花紋飽和度以實(shí)現(xiàn)輪胎優(yōu)異的綜合性能。具體設(shè)計(jì)如下。

（1）胎面采用4條縱向?qū)挏喜?，花紋采用對(duì)稱式設(shè)計(jì)，花紋深度為16.5 mm，花紋周節(jié)數(shù)為55，花紋飽和度為70%，寬花紋溝的寬度為16 mm。溝底采用折線形設(shè)計(jì)，在保證輪胎自潔性能的同時(shí)提升排水性。

胎面花紋如圖1所示。

（2）中心花紋采用簡(jiǎn)單的條形花紋，增加特殊刀槽，在提升濕地性能的同時(shí)保證輪胎的通過(guò)噪聲性能[8-9]，提升駕乘舒適性。

（3）中心花紋塊開(kāi)設(shè)橫向細(xì)溝槽，細(xì)溝槽采用我公司開(kāi)發(fā)的3D立體鋼片，在提升雪地性能的同時(shí)保證輪胎的整體剛性，以實(shí)現(xiàn)降低滾動(dòng)阻力的目的。

（4）胎肩花紋采用封閉式設(shè)計(jì)，可以增大輪胎接地面積，保證成品輪胎磨耗壽命。

3 施工設(shè)計(jì)

3.1 胎面

胎面采用面層和底層雙復(fù)合結(jié)構(gòu)，面層要求綜合考慮耐磨性能和雪地性能，底層主要考慮降低生熱，以降低滾動(dòng)阻力和提升耐久性能，胎面結(jié)構(gòu)如圖2所示。

3.2 胎體和帶束層

根據(jù)同類產(chǎn)品設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，本設(shè)計(jì)胎體選用0.25＋6＋12×0.225HT鋼絲簾線，胎體安全倍數(shù)為9.1，滿足設(shè)計(jì)要求。

本設(shè)計(jì)采用3層帶束層＋0°帶束層結(jié)構(gòu)，1#和2#帶束層采用3＋8×0.33HT鋼絲簾線，3#帶束層采用1×5×0.30HI鋼絲簾線，0°帶束層采用3×7×0.20HE鋼絲簾線，帶束層安全倍數(shù)為8.2，滿足設(shè)計(jì)要求。

3.3 胎圈

本設(shè)計(jì)選取Φ1.65 mm鍍銅回火胎圈鋼絲，覆膠鋼絲直徑為1.8 mm，鋼絲圈排列方式為9-10-11-12-11-10-9，共72根鋼絲。胎圈安全倍數(shù)為7.3，滿足設(shè)計(jì)要求。

3.4 成型和硫化

輪胎成型方法采用一次法成型，采用膠囊鼓反包。硫化采用熱板式硫化機(jī)，常規(guī)過(guò)熱水硫化工藝。硫化條件：溫度 （151±2） ℃，壓力（2.6±0.1） MPa，總硫化時(shí)間 64 min。

4 成品性能

4.1 室內(nèi)性能

4.1.1 充氣外緣尺寸

按照歐洲經(jīng)濟(jì)委員會(huì)第54號(hào)法規(guī)要求，新胎裝配標(biāo)準(zhǔn)輪輞，充氣至標(biāo)準(zhǔn)充氣壓力900 kPa，停放24 h，測(cè)得D′為1 068 mm，B′為385 mm，輪胎充氣外緣尺寸滿足要求。

4.1.2 耐久性能

按照歐洲經(jīng)濟(jì)委員會(huì)第54號(hào)法規(guī)要求進(jìn)行成品輪胎耐久性能測(cè)試，過(guò)程如下：將成品輪胎充氣至900 kPa，速度設(shè)定為56 km·h-1，運(yùn)行前3個(gè)階段后停機(jī)檢查；按照法規(guī)要求繼續(xù)運(yùn)行測(cè)試，至輪胎損壞結(jié)束。

成品輪胎耐久性測(cè)試結(jié)果如表1所示。

從表1可以看出：在標(biāo)準(zhǔn)充氣壓力和恒定速度下，測(cè)試前3個(gè)階段行駛時(shí)間共計(jì)47 h，輪胎未出現(xiàn)損壞，滿足法規(guī)要求；測(cè)試至第8階段輪胎出現(xiàn)損壞，累計(jì)行駛時(shí)間為81 h，滿足設(shè)計(jì)要求。

表1 成品輪胎耐久性測(cè)試結(jié)果

4.1.3 滾動(dòng)阻力

按照歐洲經(jīng)濟(jì)委員會(huì)第117號(hào)法規(guī)要求進(jìn)行滾動(dòng)阻力測(cè)試：將成品輪胎充氣至900 kPa，速度設(shè)定為80 km·h-1，溫度為25.29 ℃，實(shí)測(cè)滾動(dòng)阻力系數(shù)為4.8 N·kN-1，滿足法規(guī)要求，同時(shí)滿足不大于5.0 N·kN-1的設(shè)計(jì)要求。

4.2 室外性能

委托萊茵檢測(cè)認(rèn)證服務(wù)（中國(guó)）有限公司按照歐洲經(jīng)濟(jì)委員會(huì)第117號(hào)法規(guī)要求進(jìn)行室外性能測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如下：噪聲 73 dB（A），抗?jié)窕笖?shù) 1.15，雪地性能指數(shù) 1.39，各項(xiàng)性能均滿足法規(guī)要求。

5 結(jié)語(yǔ)

我公司385/65R22.5全天候全鋼載重子午線輪胎的充氣外緣尺寸、耐久性能、滾動(dòng)阻力、噪聲、抗?jié)窕阅?、雪地性能均滿足相應(yīng)設(shè)計(jì)要求，已經(jīng)申請(qǐng)并獲得歐盟R117證書(shū)，產(chǎn)品投放市場(chǎng)后，其優(yōu)異的雪地性能和低油耗表現(xiàn)獲得用戶好評(píng)，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力強(qiáng)。