李海艷，曹進(jìn)忠，王樹舉，陳健，章遠(yuǎn)甲

（1.山東豐源輪胎制造股份有限公司，山東 棗莊 277300；2.山東八億輪胎制造有限公司，山東 薛城 277500）

美國(guó)《輪胎商業(yè)》雜志于，2020年9月4日公布“2020年度世界輪胎75強(qiáng)”排行榜。2018年世界輪胎行業(yè)銷售額為1 686億美元左右，受同質(zhì)化等因素的影響，輪胎行業(yè)正經(jīng)歷百年未有之大變局，2019年全球輪胎的整體需求量降低，銷售下滑，銷售額整體下降。世界輪胎主要廠商的銷售下降趨勢(shì)比較明顯，世界75強(qiáng)中，有39家企業(yè)銷售下降，僅有28家企業(yè)呈現(xiàn)增長(zhǎng)，期中有5家銷售下降幅度超過(guò)20%，只有4家企業(yè)增長(zhǎng)超20%。米其林（法國(guó)）憑借銷售額250億美元，排行榜居首位，普利司通（日本）、固特異（美國(guó)）、德國(guó)大陸（德國(guó)）、住友橡膠（日本）等四家輪胎企業(yè)排名第二、三、四、五位。世界輪胎75強(qiáng)中排名第6～10位，分別為倍耐力（意大利）、韓泰輪胎（韓國(guó)）、優(yōu)科豪馬（日本）、正新橡膠（中國(guó)）、杭州中策（中國(guó)）。

伴隨著汽車工業(yè)的飛速發(fā)展，世界輪胎工業(yè)的發(fā)展迅速。輪胎是汽車與地面直接接觸的唯一部件，在歐美等國(guó)家均屬于安全部件，直接與行車安全相關(guān)，越來(lái)越被私家車車主重視，如何給自己的愛(ài)車配備合適的輪胎越來(lái)越被人們重視。伴隨著私家車所有者群體的日趨年輕化，冬季自駕游，也屬于年輕人鐘愛(ài)的項(xiàng)目，想要欣賞美麗的雪景就需要給自己的愛(ài)車精選品質(zhì)優(yōu)良的高性能胎。

山東豐源輪胎制造股份有限公司作為輪胎制造商之一，為了進(jìn)一步細(xì)分市場(chǎng)，擴(kuò)大市場(chǎng)份額，同時(shí)滿足日益擴(kuò)大的自駕游客戶群體的，在潛心研究我國(guó)路面整體狀況并進(jìn)行多次反復(fù)測(cè)試驗(yàn)證后，向市場(chǎng)推出了一款高性能專用——FRC26花紋系列，產(chǎn)品進(jìn)入市場(chǎng)后，得到廣大經(jīng)銷商及駕乘者客戶的一致好評(píng)。

高性能胎通常使用在省道、高速等路面上，我公司研發(fā)的高性能專用——FRC26花紋系列具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）四條縱向排水溝槽，排水性能出色，有效防止輪胎側(cè)向打滑。

（2）內(nèi)側(cè)大角度弧線溝槽，排水性能出色，有效防止輪胎打滑；外側(cè)帶鋸齒的直行肋條設(shè)計(jì)，增大了輪胎轉(zhuǎn)向時(shí)的接地面積，極大提升了輪胎的操控性和穩(wěn)定性。

（3）內(nèi)側(cè)采用變深度的柳葉狀仿生花紋塊設(shè)計(jì)，動(dòng)感十足，有效防止花紋塊尖角處的異常磨損。同時(shí)配合“S”形花紋溝，帶來(lái)柔美、寧?kù)o和舒適的感覺(jué)。

（4）中心和外側(cè)花紋條的溝槽采用了切邊式設(shè)計(jì)，高速行駛時(shí)能夠防止胎塊邊緣發(fā)生翹曲，有效避免胎塊的早期異常磨損。

（5）寬大的胎肩花紋塊，賦予了胎塊足夠的剛性和接地面積，帶來(lái)精湛的操控性和強(qiáng)悍的運(yùn)動(dòng)性。

（6）先進(jìn)的白炭黑配方體系和煉膠工藝的使用，有效降低輪胎的滾動(dòng)阻力，節(jié)能、環(huán)保。

本文主要介紹了215/35R18 84W FRC26規(guī)格輪胎的設(shè)計(jì)，具體如下。

1 外輪廓設(shè)計(jì)等方面的要求

外直徑、斷面寬等結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的技術(shù)要求：歐美標(biāo)準(zhǔn)方面，參照歐洲輪胎輪轂標(biāo)準(zhǔn)ETRTO 2012、美國(guó)輪胎輪輞協(xié)會(huì)工程設(shè)計(jì)手冊(cè) (TRAEDI) 2012標(biāo)準(zhǔn)；國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)方面，參照GB/T2978-2008轎車輪胎規(guī)格、尺寸、氣壓與負(fù)荷[1～3]。215/35R18 84W FRC26規(guī)格的輪胎技術(shù)參數(shù)最終確認(rèn)為：標(biāo)準(zhǔn)輪輞RIM 7.5J，輪胎的充氣外直徑取值（D′）598 mm，輪胎的充氣斷面寬（B′）230 mm，該規(guī)格輪胎的充氣標(biāo)準(zhǔn)壓力為340±10 kPa，輪胎的標(biāo)準(zhǔn)負(fù)荷500 kg，輪胎設(shè)計(jì)的速度級(jí)別為V。

2 行駛面等結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面的要求

2.1 外直徑（D） 斷面寬（B）

在高性能輪胎的胎冠部位，為防止胎冠部位胎體的伸張，使用冠帶層周向箍緊胎體，因此輪胎的外直徑膨脹率（D′/D）設(shè)計(jì)的非常小，輪胎充氣外直徑無(wú)太大的變化，參考經(jīng)驗(yàn)取值，本規(guī)格輪胎的D′設(shè)計(jì)值為598 mm，D設(shè)計(jì)值為597 mm，D′/D計(jì)算后的值約為1.0 017。高性能輪胎的胎體生產(chǎn)采用高模低縮的聚酯簾線，胎側(cè)的膠料柔軟且具有較小的膨脹，輪胎充氣后，斷面整體被90 低伸長(zhǎng)高強(qiáng)度帶束層鋼絲的束縛，僅有較小的變化。該規(guī)格輪胎的斷面膨脹率：其中B′設(shè)計(jì)值為230 mm，B設(shè)計(jì)值為231 mm，因此B′/B的比值約為0.995 67。

2.2 輪胎在行駛面寬度（b）和弧度高（h）方面的要求

根據(jù)高性能輪胎產(chǎn)品的實(shí)際使用的區(qū)間路段情況、設(shè)計(jì)的速度級(jí)別、載客情況產(chǎn)生的載荷等方面的使用特點(diǎn)，輪胎的行駛面寬度b取值較大時(shí)，可以提高輪胎成品整體的的驅(qū)動(dòng)性能和承載性能。以往的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)告訴我們，弧度高h(yuǎn)的設(shè)計(jì)值與行駛面寬度b的設(shè)計(jì)值有關(guān)，b設(shè)計(jì)值較大時(shí)，相應(yīng)的h設(shè)計(jì)值也較大，反之當(dāng)b的設(shè)計(jì)值較小時(shí)，相應(yīng)的h設(shè)計(jì)值也較小。因此我們可以優(yōu)化調(diào)整b與h的取值，優(yōu)化輪胎接地面積形狀與大小，用以均衡胎冠接地壓力，提高輪胎的牽引性與耐磨性能[1～3]。在綜合考慮上述因素后，本規(guī)格輪胎的行駛面寬度b設(shè)計(jì)值為183 mm，弧度高h(yuǎn)的設(shè)計(jì)值為8.0 mm。

2.3 輪胎的胎圈著合直徑(d)和著合寬度(C)

設(shè)計(jì)時(shí)我們需要考慮胎圈與輪輞配合方面的需求，通常來(lái)講，輪胎的胎圈與輪輞之間的間隙越小對(duì)于整體的運(yùn)行效果越好。但我們?cè)诳紤]運(yùn)行效果的同時(shí)也要考慮到4S店等客戶的裝卸難易程度，綜合考慮后，本規(guī)格輪胎的胎圈著合直徑d設(shè)計(jì)為455 mm；同時(shí)考慮到降低胎側(cè)剛性、彈性增大，改善輪胎的乘坐舒適性等方面的影響因素，輪胎的著合寬度C設(shè)計(jì)值為207.8 mm。

2.4 輪胎外輪廓的斷面水平軸位置（H1/H2）

通常來(lái)講，輪胎外輪廓的斷面水平軸位于整個(gè)輪胎斷面的最寬點(diǎn)，是該規(guī)格輪胎在充氣后法向變形最大的位置，同時(shí)也是半鋼子午線輪胎胎體薄弱的地方，因此輪胎外輪廓設(shè)計(jì)的斷面水平軸位置對(duì)輪胎的使用性能和使用壽命都有很大的影響，由于高性能輪胎胎體簾線整體設(shè)計(jì)為徑向排列，故在輪胎在胎圈、鋼絲圈這一位置的應(yīng)力比較大，所以我們可以通過(guò)上移斷面水平軸，來(lái)減小輪胎在下胎側(cè)區(qū)域的應(yīng)力和輪胎在胎圈部位的應(yīng)力。綜上考慮后本規(guī)格輪胎最后的斷面水平軸位置H1/H2的設(shè)計(jì)值約為1.600 0。高性能輪胎的斷面外輪廓詳見(jiàn)圖1。

圖1 高性能輪胎斷面外輪廓示意圖

2.5 高性能輪胎的胎面花紋設(shè)計(jì)

高性能輪胎的胎面采用FRC26型輪胎花紋，該規(guī)格花紋的整體設(shè)計(jì)為變節(jié)距花紋，花紋設(shè)計(jì)包含長(zhǎng)型花紋M型15節(jié)、長(zhǎng)型花紋L型13節(jié)、短型花紋S型15節(jié)，花紋總計(jì)包含43個(gè)花紋節(jié)數(shù)。高性能輪胎的胎面花紋整體為4道溝槽設(shè)計(jì)，花紋具備驅(qū)動(dòng)性能好、散熱性能好、耐磨性能好、操控性能好等多種優(yōu)越性。高性能輪胎的胎肩部位膠料運(yùn)用低生熱的膠料配方設(shè)計(jì)。本規(guī)格輪胎胎面花紋的設(shè)計(jì)深度為7.5 mm，整體花紋海陸比均衡，飽和度設(shè)計(jì)為69.21%。高性能輪胎胎面的花紋樣式詳見(jiàn)圖2。

圖2 高性能輪胎胎面花紋

3 施工設(shè)計(jì)方面

3.1 擠出部件胎面和胎側(cè)的設(shè)計(jì)

根據(jù)高性能輪胎使用的實(shí)際路況信息，高性能輪胎的胎面在施工設(shè)計(jì)時(shí)采用全分層方案。該方案中，胎面的面膠采用耐磨性、濕抓性能好的膠料配方，有利于改善車輛的操控性能和行駛安全性,底膠采用高緩沖膠料，很好的釋放來(lái)自胎面的應(yīng)力。高性能輪胎的胎側(cè)采用常用的雙復(fù)合結(jié)構(gòu)，為胎側(cè)膠和耐磨膠相搭配的結(jié)構(gòu)。胎面和胎側(cè)半部件的生產(chǎn)，均使用桂林院生產(chǎn)的三復(fù)合擠出機(jī)，該設(shè)備具備精度高、膠部件擠出尺寸穩(wěn)定等特點(diǎn)。

3.2 輪胎的胎體部件設(shè)計(jì)

高性能輪胎的胎體骨架材料使用市場(chǎng)上廣泛使用的高模低縮聚酯簾線，胎體為單層設(shè)計(jì)，胎體寬度380 mm，胎體簾布設(shè)計(jì)的壓延密度為115，胎體設(shè)計(jì)的安全倍數(shù)為9.0。簾線的滲膠性能好，輪胎在硫化后胎體整體的變形率低，因此高性能輪胎硫化后的成品輪胎，輪胎在子口部位的變形率低，不容易出現(xiàn)并子口的現(xiàn)象，成品輪胎胎圈部位的支撐能力好，有利于直營(yíng)店輪胎的裝卸操作，二、三級(jí)輪胎經(jīng)銷商及駕乘者的滿意度均較高。

3.3 輪胎的帶束層部件設(shè)計(jì)

高性能輪胎胎面下的帶束體系采用2層帶束層加1層尼龍冠帶層的結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)符合高性能胎系列產(chǎn)品。當(dāng)輪胎在冰雪路面行駛時(shí)，冠帶層中的帶束體系可以很好的箍緊胎體，以減少輪胎胎面部位的周向變形，輪胎整體尺寸的穩(wěn)定性得到保持，同時(shí)在輪胎的濕滑、操縱性等方面有著正向的引導(dǎo)。冠帶層為保護(hù)層，使用尼龍66簾線，為單根15 mm，帶張力纏繞而成，有較強(qiáng)的箍緊性能和抗撞擊性能，能夠防止胎面與帶束層之間發(fā)生脫空，可以起到很好的保護(hù)作用，同時(shí)又可以緩沖輪胎胎面受到的沖擊力，較好的保護(hù)冠帶層，提高成品輪胎的使用壽命，在輪胎的翻新次數(shù)提升方面有正向作用。輪胎的1#和2#帶束層骨架材料，均采用3×0.30HT高滲透性鋼絲簾線。

3.4 輪胎的鋼絲圈部件設(shè)計(jì)

高性能輪胎的鋼絲圈部位，采用的胎圈鋼絲的直徑為1.295 mm，鋼絲為鍍鋅銅回火高強(qiáng)度的特點(diǎn)，胎圈鋼絲經(jīng)過(guò)胎圈生產(chǎn)設(shè)備覆膠，并成型為胎圈，單根胎圈鋼絲覆膠后的直徑為1.60 mm，膠料的黏合性能好，不易散頭，與三角膠能很好的黏合，生產(chǎn)工藝穩(wěn)定。高性能輪胎鋼絲圈部位設(shè)計(jì)的安全倍數(shù)為9.1。

3.5 輪胎的成型工藝參數(shù)設(shè)計(jì)

高性能輪胎的胎胚成型使用的設(shè)備為VMI一次法成型機(jī)，該設(shè)備的成型鼓直徑設(shè)計(jì)為440 mm，平寬設(shè)計(jì)為305 mm，胎胚成型時(shí)的預(yù)定型寬度為265 mm。VMI一次法成型機(jī)在工藝參數(shù)設(shè)定后穩(wěn)定良好，設(shè)備程序及機(jī)械定位精度高，胎胚成型后各部位的半部件貼合密實(shí)，保證了終產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性。

3.6 輪胎的硫化參數(shù)設(shè)計(jì)

高性能輪胎的胎胚采用的是氮?dú)饬蚧に?，硫化一次定型時(shí)的氮?dú)鈮毫υO(shè)計(jì)為（0.06±0.01 MPa，二次定型時(shí)的氮?dú)鈮毫υO(shè)計(jì)為（0.07±0.01） MPa，高壓蒸汽壓力設(shè)計(jì)為（1.5～1.7）MPa，高壓氮?dú)鈮毫υO(shè)計(jì)為（2.1～2.3）MPa，胎胚全過(guò)程的氮?dú)饬蚧瘯r(shí)間設(shè)計(jì)為11.0 min，胎胚在硫化過(guò)程中的溫度設(shè)計(jì)為177 ℃。與傳統(tǒng)循環(huán)過(guò)熱水硫化工藝相比本規(guī)格輪胎采用的氮?dú)饬蚧に嚳晒?jié)約80%左右的蒸汽，具有顯著的節(jié)能效果，屬于綠色工藝[1～3]。

4 成品輪胎的性能

4.1 成品輪胎的外緣尺寸

高性能輪胎產(chǎn)品，依據(jù)國(guó)標(biāo)GB/T 521-2012將待測(cè)試輪胎，安裝于標(biāo)準(zhǔn)輪輞上，在標(biāo)準(zhǔn)氣壓下測(cè)試成品輪胎外緣尺寸。測(cè)試得到的輪胎的D′和B′分別為598和230 mm，測(cè)試結(jié)果符合設(shè)計(jì)要求。

4.2 成品輪胎的強(qiáng)度性能

高性能輪胎產(chǎn)品強(qiáng)度性能測(cè)試，依據(jù)Q/B QP 01-2017《轎車子午線輪胎強(qiáng)度試驗(yàn)方法》，測(cè)試輪胎的充氣壓力為180 kPa，測(cè)試的數(shù)據(jù)為，破壞能測(cè)試的第1～第4點(diǎn)，都達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)值，破壞能第五點(diǎn)測(cè)試值為588.4J，超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)值，折算為標(biāo)準(zhǔn)值的194%。成品輪胎強(qiáng)度性能測(cè)試達(dá)到研發(fā)標(biāo)準(zhǔn)，高于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求。

4.3 成品輪胎的耐久性能

高性能輪胎產(chǎn)品的耐久性能，測(cè)試依據(jù)G/B NP 01-2017《轎車子午線輪胎耐久性能試驗(yàn)方法》，測(cè)試輪胎的充氣壓力為180 kPa，測(cè)試的結(jié)果如表1所示。通過(guò)表1的數(shù)據(jù)我們可以看出，在耐久性能測(cè)試中，輪胎累計(jì)行駛時(shí)間為44 h后停止試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，測(cè)試輪胎目測(cè)仍未產(chǎn)生損壞，成品輪胎耐久性能測(cè)試時(shí)間，超過(guò)研發(fā)標(biāo)準(zhǔn)，高于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求。

表1 成品輪胎耐久性能試驗(yàn)結(jié)果

4.4 成品輪胎的高速性能

高性能輪胎產(chǎn)品的高速性能，檢測(cè)依據(jù)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Q/B GP 04-2017《轎車子午線輪胎高速性能試驗(yàn)方法》，測(cè)試輪胎的充氣壓力為320 kPa，試驗(yàn)結(jié)果如表2所示，輪胎在高速性能測(cè)試中，累計(jì)行駛1 h30 min后停止試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，測(cè)試輪胎目測(cè)仍未產(chǎn)生損壞，高速性能測(cè)試時(shí)間，超過(guò)研發(fā)標(biāo)準(zhǔn)，高于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求。

表2 成品輪胎高速性能試驗(yàn)結(jié)果

5 結(jié)論

綜上所述，215/35R18 84W FRC26規(guī)格半鋼子午線高性能輪胎，經(jīng)過(guò)檢測(cè)驗(yàn)證，其充氣后的外緣尺寸、壓穿強(qiáng)度性能、高速性能和耐久性能均達(dá)到研發(fā)設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)要求，高于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求。我公司的高性能輪胎FRC26系列產(chǎn)品在投產(chǎn)進(jìn)入市場(chǎng)以后，受眾的廣大客戶朋友，在使用后一直反饋優(yōu)于以往產(chǎn)品，得到客戶的認(rèn)可與好評(píng)，在提升公司的知名度的同時(shí)，創(chuàng)造了較好的經(jīng)濟(jì)效益。