黃瑞嬌，隋 斌，宮金榮，王秀梅

（青島雙星輪胎工業(yè)有限公司，山東 青島 266400）

隨著城市發(fā)展和旅游行業(yè)的不斷興起，客車專用輪胎市場需求量逐年增加，為提升客戶滿意度，我公司與客戶共同策劃，針對長途大巴行駛速度快、時間長、道路等級高和安全系數(shù)要求高等特點，開發(fā)了11R22.5長途大巴專用子午線輪胎，產(chǎn)品設(shè)計介紹如下。

1 技術(shù)要求

根據(jù)ETRTO—2016《載重汽車輪胎規(guī)格、尺寸、氣壓與負(fù)荷》，確定11R22.5長途大巴子午線輪胎的技術(shù)參數(shù)如下：標(biāo)準(zhǔn)輪輛 8.25×22.5，充氣外直徑（D′） 1 050（1 035.5～1 064.3） mm，充氣斷面寬（B′） 279（267.8～290.2） mm，充氣壓力 850 kPa，單胎負(fù)荷 3 150 kg，速度級別 L。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.1 外直徑（D）和斷面寬（B）

由于帶束層鋼絲簾線剛性較大，對輪胎具有較強的束縛作用，因此在標(biāo)準(zhǔn)充氣壓力下，輪胎外直徑變化較小[1]，多數(shù)情況下僅增大0～2 mm。本次設(shè)計D取1 053 mm，D′/D為0.997 2。輪胎在充氣時斷面寬的變化比外直徑的變化復(fù)雜，這是因為輪胎斷面輪廓設(shè)計、帶束層施工設(shè)計及胎體鋼絲簾線選擇均對其有不同程度的影響。根據(jù)以往產(chǎn)品設(shè)計經(jīng)驗，結(jié)合長途大巴輪胎高負(fù)荷性能的要求，本次設(shè)計B取288 mm，B′/B為0.968 7。

2.2 行駛面寬度（b）和弧度高（h）

b的選取對輪胎的使用性能影響較大。長途大巴輪胎對耐磨性能、安全性能和操縱穩(wěn)定性等有較高的要求，在設(shè)計b時，可以考慮比普通產(chǎn)品取值大一些。但b增大后，如果接地印痕壓力分布控制不當(dāng)，也容易發(fā)生偏磨損[2]。此外，b過大也容易導(dǎo)致輪胎在使用時出現(xiàn)胎肩和胎冠脫層的問題。根據(jù)長途大巴輪胎的花紋特點及使用條件，綜合考慮輪胎的耐磨性能、抓著性能和滾動阻力等，本次設(shè)計b取226 mm，行駛面比常規(guī)產(chǎn)品（210 mm）加寬16 mm。

根據(jù)以往產(chǎn)品設(shè)計經(jīng)驗，h/斷面高（H）比值在0.03～0.05范圍內(nèi)較好，在此情況下，輪胎與路面接地面積較大，胎面磨損均勻，h取值過大或過小均會造成輪胎畸形磨損。本次設(shè)計胎冠采用一段弧加切線形式，h取6.5 mm。

2.3 胎圈著合直徑（d）和著合寬度（C）

輪胎的胎圈部位主要參考標(biāo)準(zhǔn)輪輛的曲線圖進行設(shè)計。C設(shè)計可參考標(biāo)準(zhǔn)輪輛寬度，對于早期斷面高寬比較大的子午線輪胎，取C小于輪輛寬度時，胎側(cè)的側(cè)向剛性增大，胎面的耐磨性能提升。而現(xiàn)在暢銷的低斷面子午線輪胎由于斷面高相對較小，在一定程度上會增大胎側(cè)部位的剛性，因此為降低胎側(cè)剛性，提高柔軟性和乘坐舒適性，通常取C大于輪輛寬度。對于無內(nèi)胎輪胎而言，一般采取C比輪輛寬度大12.7 mm（0.5英寸）設(shè)計。綜合以上情況，C取228 mm。

同時，考慮使用中避免胎圈與輪輛間產(chǎn)生滑移，d取569.5 mm。

2.4 斷面水平軸位置（H1/H2）

斷面水平軸是輪胎在充氣、負(fù)荷下變形以及屈撓最大的位置，它是輪胎所受應(yīng)力整體平衡的重要參數(shù)，因此斷面水平軸的合理設(shè)計對輪胎的使用性能具有一定的影響。當(dāng)H1/H2取值較大時，輪胎使用時所受到的最大應(yīng)力、應(yīng)變趨向于輪胎胎肩部位，容易造成胎肩部位應(yīng)力集中，導(dǎo)致輪胎使用早期出現(xiàn)肩部簾線脫層或胎面剝離等損壞現(xiàn)象；H1/H2取值較小時，輪胎所受最大應(yīng)力和應(yīng)變靠近胎圈部位，使用時易造成胎圈部位脫層。根據(jù)長途大巴輪胎使用特點及以往同規(guī)格輪胎的設(shè)計經(jīng)驗，本次設(shè)計H1/H2取0.86。輪胎斷面輪廓如圖1所示。

圖1 輪胎斷面輪廓示意

2.5 胎面花紋設(shè)計

胎面花紋直接與路面接觸，花紋設(shè)計得當(dāng)，可顯著提升輪胎的抓著力，降低噪聲，提高抗?jié)窕阅埽@三者本身具有相互制約性，因此花紋設(shè)計時需要綜合考慮輪胎實際使用的路況、輪位、車型及性能要求，尋求三者的最佳平衡。針對長途大巴輪胎的使用特點，本次花紋主溝采用4條縱向小角度曲折溝設(shè)計，以提升輪胎抓著力，有利于輪胎高速行駛和排水；花紋塊上設(shè)置橫向鋼片，增大輪胎抓著力，此外在雨天行駛時易于打破水膜，增強輪胎抗?jié)窕阅埽旭偢踩?；花紋塊上設(shè)置變深度“Z”字形鋼片，具有花紋再塑性，從而體現(xiàn)優(yōu)異的耐磨性能?；y塊采用變節(jié)距無規(guī)則排列設(shè)計，避免產(chǎn)生共鳴，最大程度降低輪胎噪聲。另外，加寬胎肩花紋塊設(shè)計使胎面接地壓力分布更均勻，防止輪胎發(fā)生畸形磨損。設(shè)計花紋深度為17.5 mm，采用3個不等節(jié)距，花紋周節(jié)數(shù)為40，花紋飽和度為76%。

初始胎面花紋展開如圖2所示，一定行駛里程后胎面花紋展開如圖3所示，胎面花紋立體效果如圖4所示。

圖2 胎面花紋展開示意

圖3 一定行駛里程后胎面花紋展開示意

圖4 胎面花紋立體效果

3 施工設(shè)計

3.1 胎面

為提升輪胎綜合使用性能，胎面采用分層設(shè)計，包括胎面膠和基部膠，如圖5所示。

圖5 胎面形狀示意

胎面膠選用自補強性非常好的煙膠片和超耐磨炭黑等具有高耐磨性能的膠料體系，提升輪胎行駛里程；基部膠選用具有低生熱性能的膠料體系，降低輪胎早期使用肩空故障率。

3.2 帶束層

帶束層的設(shè)計主要包括簾布結(jié)構(gòu)和層數(shù)的選擇及簾線密度和角度的設(shè)計等。選擇不同的帶束層結(jié)構(gòu)和材料，輪胎的剛性會有所變化，進而影響輪胎的耐磨性能和操縱穩(wěn)定性等。本次設(shè)計帶束層采用3層＋0°結(jié)構(gòu)，1#和2#帶束層采用3×0.20＋6×0.35HT鋼絲簾線，密度為60根·dm-1，簾線角度分別為24°和15°，3#帶束層采用5×0.30HI鋼絲簾線，密度為60根·dm-1，簾線角度為15°，0°帶束層采用3×7×0.20HE鋼絲簾線。帶束層安全倍數(shù)為5.9。

3.3 胎體

胎體用鋼絲簾線要求耐疲勞性能和耐磨性能高，為提升輪胎的負(fù)荷能力和安全性能，本次設(shè)計胎體選用3＋9＋15×0.175＋0.15NT鋼絲簾線，壓延厚度為2.6 mm，胎體安全倍數(shù)為13.5，比普通輪胎提升20%。

3.4 鋼絲圈

鋼絲圈選用Φ1.55 mm（覆膠鋼絲Φ1.65 mm）的高強度鍍銅回火胎圈鋼絲，結(jié)構(gòu)形式為7-8-9-10-9-8-7，共7層、58根，鋼絲圈形狀為斜六角形，鋼絲圈直徑為573.59 mm，安全倍數(shù)為4.5。

3.5 成型與硫化

輪胎在一次法成型機上進行成型，工藝參數(shù)嚴(yán)格按照施工標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，各半成品部件上正壓實，確保胎坯質(zhì)量合格。

輪胎采用熱板式硫化機氮氣硫化，硫化條件為151 ℃×44.2 min。

4 成品性能

4.1 充氣外緣尺寸

成品輪胎充氣外緣尺寸測試按照GB/T 521—2012進行。輪胎的D′和B′分別為1 056和288 mm，磨耗標(biāo)志高度為2.2 mm，達(dá)到設(shè)計要求。

4.2 靜負(fù)荷

成品輪胎靜負(fù)荷性能測試按照HG/T 2443—2012進行，輪胎硫化結(jié)束停放24 h后測試。測試結(jié)果為：靜負(fù)荷半徑 491 mm，最大位移 37.48 mm，下沉率 15.5%，接地因數(shù) 1.04。

4.3 強度性能

成品輪胎強度性能測試按照GB/T 4501—2016進行。測試5點破壞能平均值為2 688.3 J，第5點壓穿，達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)（≥2 107.6 J）要求。

4.4 耐久性能

成品輪胎耐久性能測試按照GB/T 4501—2016進行。輪胎測試47 h后，負(fù)荷率從100%每隔10 h增大10%。負(fù)荷率增至140%，輪胎運行總時間90 h后出現(xiàn)肩空，耐久性能達(dá)到設(shè)計要求。

4.5 高速性能

成品輪胎高速性能測試按照企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進行，測試條件和結(jié)果如表1所示。

表1 高速性能測試條件和結(jié)果

輪胎以速度130 km·h-1運行68 min后胎冠局部脫落，達(dá)到設(shè)計要求。

5 結(jié)論

針對客運市場用戶更加注重運輸安全性及運營效率的特點，11R22.5長途大巴子午線輪胎采用加強胎體設(shè)計，輪胎抗沖擊和抗刺扎能力較普通產(chǎn)品提升20%，顯著降低輪胎意外損壞幾率。同時，優(yōu)化的輪廓設(shè)計、花紋溝槽設(shè)計及膠料配方設(shè)計提高了輪胎的濕地抓著性能和耐磨性能，提升了客戶的滿意度。