鄭 濤，陳 強(qiáng)，孔東東，秦怡如

（山東豐源輪胎制造股份有限公司，山東 棗莊 277300）

1 全天候輪胎概況

全天候輪胎又稱四季輪胎、全路面輪胎，適用于各種季節(jié)、氣候及路面條件[1]。米其林公司的一項(xiàng)調(diào)查結(jié)果顯示：即使有明確的數(shù)據(jù)證明冬季輪胎的益處，大部分駕乘者仍因麻煩而不愿意更換輪胎；超過(guò)40%的駕駛者認(rèn)為根據(jù)氣候更換輪胎非常不便；在德國(guó)3%車輛全年使用冬季輪胎，在法國(guó)該比例為7%。在除冬季外的其他季節(jié)使用冬季輪胎會(huì)影響汽車的干地操縱性能，尤其在炎熱天氣中使用冬季輪胎還會(huì)增大汽車的油耗。

為此，米其林率先研發(fā)了全天候輪胎，其綜合了夏季輪胎和冬季輪胎的優(yōu)點(diǎn)，既具有較好的干地操縱性能、燃油經(jīng)濟(jì)性以及較長(zhǎng)的使用壽命，又具有優(yōu)異的雪地路面牽引性能和制動(dòng)性能，并獲得雪山標(biāo)識(shí)認(rèn)證。其他輪胎企業(yè)也相繼推出各自的全天候輪胎產(chǎn)品，如普利司通公司的Weather Control A005輪胎（見(jiàn)圖1）和大陸公司的All Season Contact輪胎（見(jiàn)圖2）等。

圖1 普利司通Weather Control A005輪胎

圖2 大陸All Season Contact輪胎

山東豐源輪胎制造股份有限公司（以下簡(jiǎn)稱豐源輪胎）成功開(kāi)發(fā)出全新的全天候輪胎，完美地保證了駕乘者在不同季節(jié)的體驗(yàn)，其特點(diǎn)如下。

（1）春季氣溫回升，輪胎胎壓慢慢上升，不僅影響輪胎的抓著性能，而且雨水增多，輪胎濕地行駛性能也面臨著考驗(yàn)。豐源輪胎開(kāi)發(fā)的ARCRON全天候輪胎采用特拓（青島）輪胎技術(shù)有限公司（TTA）先進(jìn)的輪胎設(shè)計(jì)云平臺(tái)、全溶聚丁苯橡膠＋全白炭黑配方體系以及先進(jìn)的一次法混煉工藝，輪胎的抗?jié)窕阅芎妥ブ阅芴岣摺?/p>

（2）夏季路面滾燙，輪胎受到高溫的考驗(yàn)。豐源輪胎全天候輪胎利用TTA輪胎設(shè)計(jì)云平臺(tái)創(chuàng)建了獨(dú)特的切角設(shè)計(jì)，保證花紋塊的剛性，同時(shí)嚴(yán)格控制高溫下原材料和生產(chǎn)工藝的穩(wěn)定性，提高了輪胎的制動(dòng)性能和牽引性能。同時(shí)夏季暴雨頻繁，路面易積水，仿生V形花紋能夠大幅提高輪胎的排水性能，保證輪胎的轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性。

（3）秋季天氣轉(zhuǎn)涼，輪胎胎壓慢慢降低。全天候輪胎采用先進(jìn)的煉膠工藝和配方設(shè)計(jì)，保持胎面膠的柔軟性；互鎖式花紋設(shè)計(jì)大大提高了輪胎的抓著性能和高速行駛穩(wěn)定性；雙層胎面結(jié)構(gòu)和多節(jié)距花紋塊分布優(yōu)化設(shè)計(jì)能夠在提高駕乘舒適性的同時(shí)降低油耗。

（4）冬季是最考驗(yàn)輪胎性能的季節(jié)，普通輪胎在冰雪天氣操縱性能變差，極易出現(xiàn)打滑和翻轉(zhuǎn)等問(wèn)題。豐源輪胎全天候輪胎寬大的仿生V形花紋設(shè)計(jì)大大提高了輪胎濕路面抓著力和雪地牽引性能；中央花紋塊周向連續(xù)的一體式設(shè)計(jì)進(jìn)一步提高了輪胎操縱性能和直線行駛穩(wěn)定性；胎面導(dǎo)電膠條可實(shí)現(xiàn)防靜電功能。該輪胎憑借超強(qiáng)的性能，已通過(guò)芬蘭Test World嚴(yán)苛的雪地測(cè)試。

本工作主要介紹225/40R18全天候低斷面半鋼子午線輪胎的設(shè)計(jì)情況。

2 技術(shù)要求

根據(jù)GB/T 2978—2014《轎車輪胎規(guī)格、尺寸、氣壓與負(fù)荷》、歐洲輪胎輪輞技術(shù)組織標(biāo)準(zhǔn)手冊(cè)（ETRTO）2018和美國(guó)輪胎輪輞協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)年鑒（TRA）2016，確定225/40R18全天候低斷面半鋼子午線輪胎的技術(shù)參數(shù)為：標(biāo)準(zhǔn)輪輞RIM 8J，充氣外直徑（D′）630（620～645） mm，充氣斷面寬（B′）240（230～245） mm，標(biāo)準(zhǔn)充氣壓力340 kPa，標(biāo)準(zhǔn)負(fù)荷630 kg，速度級(jí)別V。

3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 外直徑（D）和斷面寬（B）

在全天候輪胎冠部，為了防止胎冠部位胎體伸張，采用冠帶層（包含帶束層及冠帶條）周向箍緊胎體，因此輪胎充氣后的外直徑膨脹率（D′/D）較小[1-3]。根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，本設(shè)計(jì)D取629 mm，D′取630 mm，D′/D為1.001 6 。

本設(shè)計(jì)胎體骨架材料選用高模量低收縮聚酯簾線，胎側(cè)雖然柔軟但膨脹率小，輪胎充氣后斷面變化很小。本設(shè)計(jì)B′取240 mm，B取242 mm，斷面寬膨脹率（B′/B）為0.991 7。

3.2 行駛面寬度（b）和弧度高（h）

根據(jù)全天候輪胎實(shí)際使用時(shí)的車輛行駛速度、車輛載荷、道路狀況等特點(diǎn)，本設(shè)計(jì)b取較大值，以增大輪胎與路面的接觸面積，減小單位面積接地壓力，從而提高牽引性能和負(fù)荷性能[1]。根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，b的取值與h的取值相關(guān)，b取較小值時(shí)，h一般取較小值；b取較大值時(shí)，h一般取較大值。適當(dāng)調(diào)整b與h的取值，可以均衡胎冠接地壓力，優(yōu)化輪胎接地面積形狀與大小，提高輪胎的耐磨性能和牽引性能。綜合考慮，本設(shè)計(jì)b取190 mm，h取5.6 mm。

3.3 胎圈著合直徑（d）和著合寬度（C）

設(shè)計(jì)時(shí)輪胎胎圈與輪輞的間隙越小越好，主要目的是使胎圈與輪輞緊密配合，但考慮到輪胎裝卸的方便性，胎圈與輪輞的間隙不能過(guò)小。本設(shè)計(jì)d取456.5 mm，比輪輞名義直徑小0.5 mm。為了降低胎側(cè)剛性、改善輪胎的乘坐舒適性，本設(shè)計(jì)C取220 mm。

3.4 斷面水平軸位置（H1/H2）

斷面水平軸位于輪胎斷面最寬點(diǎn)，是子午線輪胎胎體最薄的位置，也是輪胎充氣后法向變形最大的位置。由于子午線輪胎胎體簾線呈徑向排列，鋼絲圈受力較大，故斷面水平軸上移可以減小下胎側(cè)區(qū)域和胎圈部位的應(yīng)力[2-3]。綜合以上因素以及低斷面子午線輪胎的特點(diǎn)，本設(shè)計(jì)H1/H2取1.023 9。

輪胎斷面輪廓如圖3所示。

圖3 輪胎斷面輪廓示意

3.5 胎面花紋

胎面采用ALL CLIMATE AC型花紋。該花紋為變節(jié)距花紋，分為長(zhǎng)型花紋X，Y和短型花紋Q，花紋節(jié)數(shù)分別為23，20，17，共60個(gè)。設(shè)計(jì)3條花紋溝，花紋塊驅(qū)動(dòng)性能和耐磨性能好，利于散熱，輪胎具有優(yōu)異的操縱性能。胎肩部位使用低生熱膠料配方，同時(shí)兼顧夏季輪胎和冬季輪胎的使用要求。本設(shè)計(jì)花紋飽和度為68.18%，花紋深度為7.5 mm。輪胎胎面花紋展開(kāi)如圖4所示。

圖4 輪胎胎面花紋展開(kāi)示意

4 施工設(shè)計(jì)

4.1 胎面和胎側(cè)

根據(jù)全天候輪胎的實(shí)際使用工況，本設(shè)計(jì)輪胎胎面采用全分層設(shè)計(jì)，胎面上層膠主要保證抗?jié)窕阅?，胎面下層膠主要保證滾動(dòng)阻力性能。上下層胎面膠的配方組合可以兼顧抗?jié)窕阅芎蜐L動(dòng)阻力性能。

胎側(cè)采用桂林橡膠設(shè)計(jì)院有限公司生產(chǎn)的三復(fù)合螺桿擠出機(jī)擠出。本設(shè)計(jì)胎側(cè)半部件為3層復(fù)合結(jié)構(gòu)（胎側(cè)膠/胎圈膠/膠片），確保了從鋼絲圈部位到胎側(cè)部位剛性的完美過(guò)渡。

4.2 胎體

本設(shè)計(jì)胎體骨架材料選擇傳統(tǒng)規(guī)格的高模量低收縮聚酯簾線，壓延密度為115根·dm-1，壓延厚度為1.15 mm，采用1層胎體結(jié)構(gòu)，胎體安全倍數(shù)為8.0。胎體簾線變形率小，壓延過(guò)程中的滲膠性能好，可為輪胎提供較強(qiáng)的支撐能力。

4.3 帶束層

本設(shè)計(jì)帶束層采用2層帶束層加1層冠帶層的結(jié)構(gòu)，其特點(diǎn)是高速性能和耐磨性能優(yōu)異，適用于全天候系列產(chǎn)品。在輪胎行駛過(guò)程中，帶束層起箍緊胎體的作用，可以減小輪胎在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的周向變形，保持輪胎尺寸穩(wěn)定性，還可以提高輪胎的耐磨性能和操縱性能等。冠帶層為保護(hù)層，具有較強(qiáng)的抗撞擊性能，能夠防止胎面與帶束層脫空，延長(zhǎng)輪胎的使用壽命，提高輪胎翻新率。本設(shè)計(jì)2層帶束層均采用3×0.30HT高滲透性鋼絲簾線，冠帶層采用錦綸66簾線。

4.4 胎圈

鋼絲圈為斜六角形結(jié)構(gòu)，采用直徑為1.295 mm的鍍鋅銅回火高強(qiáng)度胎圈鋼絲，覆膠后單根鋼絲直徑為1.60 mm。鋼絲圈安全倍數(shù)為7.9。

4.5 成型

成型采用荷蘭VMI公司生產(chǎn)的一次法成型機(jī)，機(jī)頭直徑為442 mm，定型寬度為270 mm。成型過(guò)程中各半部件貼合密實(shí)，保證輪胎的動(dòng)平衡性能和均勻性。

4.6 硫化

硫化采用韓國(guó)東和公司的液壓硫化機(jī)，氮?dú)饬蚧に嚒Ａ蚧瘲l件為：一次定型氮?dú)鈮毫?.05～0.06 MPa，二次定型氮?dú)鈮毫?.07～0.08 MPa，高壓蒸汽壓力（1.6±0.1）MPa，高壓氮?dú)鈮毫Γ?.1±0.1） MPa，硫化溫度175 ℃，總硫化時(shí)間11.1 min。氮?dú)饬蚧に嚨恼羝谋葌鹘y(tǒng)過(guò)熱水循環(huán)硫化工藝節(jié)省約80%，節(jié)能效果顯著。

5 成品性能

5.1 外緣尺寸

輪胎外緣尺寸按照Q/B W01—2017《輪胎外緣尺寸測(cè)量方法》進(jìn)行測(cè)試。結(jié)果表明，安裝于標(biāo)準(zhǔn)輪輞上的成品輪胎在標(biāo)準(zhǔn)充氣壓力下的D′和B′分別為630和240 mm，符合設(shè)計(jì)要求。

5.2 強(qiáng)度性能

強(qiáng)度性能按照Q/B QP 01—2017《轎車子午線輪胎強(qiáng)度試驗(yàn)方法》進(jìn)行測(cè)試。結(jié)果表明，第1點(diǎn)至第5點(diǎn)壓頭均觸及輪輞但未壓穿，第5點(diǎn)破壞能為241.9 J。成品輪胎強(qiáng)度性能符合設(shè)計(jì)要求。

5.3 耐久性能

成品輪胎耐久性能按照Q/B NP 01—2017《轎車子午線輪胎耐久性能試驗(yàn)方法》進(jìn)行測(cè)試，輪胎充氣壓力為220 kPa，測(cè)試結(jié)果如表1所示。

由表1可知，輪胎累計(jì)行駛時(shí)間為54 h，試驗(yàn)結(jié)束時(shí)輪胎未損壞。成品輪胎耐久性能符合設(shè)計(jì)要求。

表1 成品輪胎耐久性能測(cè)試結(jié)果

5.4 高速性能

成品輪胎高速性能按照Q/B GP 04—2017《轎車子午線輪胎高速性能試驗(yàn)方法》進(jìn)行測(cè)試，輪胎充氣壓力為340 kPa，試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

表2 成品輪胎高速性能測(cè)試結(jié)果

從表2可以得出，輪胎累計(jì)行駛時(shí)間為110 min，試驗(yàn)結(jié)束時(shí)輪胎未損壞。成品輪胎高速性能符合設(shè)計(jì)要求。

5.5 抗?jié)窕阅芗皾L動(dòng)阻力

成品輪胎外送德國(guó)TUV Rheinland認(rèn)證，測(cè)試結(jié)果表明：濕地抓著力指數(shù)[Wet grip index G（T）]為1.28，抗?jié)窕阅苓_(dá)到C級(jí)；平均減速度（Average deceleration）為6.672 m·s-2，滾動(dòng)阻力性能達(dá)到B級(jí)。

6 結(jié)語(yǔ)

本設(shè)計(jì)225/40R18全天候低斷面半鋼子午線輪胎的充氣外緣尺寸、強(qiáng)度性能、耐久性能和高速性能均達(dá)到設(shè)計(jì)要求。該產(chǎn)品自投產(chǎn)以來(lái)，得到了廣大經(jīng)銷商和車主的一致認(rèn)可，為公司創(chuàng)造了較好的經(jīng)濟(jì)效益。