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        245/45R18 100Y XL防爆安全子午線輪胎的設(shè)計

        2022-12-31 13:07:26趙彥偉劉劍美朱慶帥路紹軍李海平
        輪胎工業(yè) 2022年12期
        關(guān)鍵詞:胎側(cè)胎圈輪輞

        趙彥偉,陳 虎,田 健,劉劍美,朱慶帥,路紹軍,李海平

        [1.特拓(青島)輪胎技術(shù)有限公司,山東 青島 266000;2.東營方興橡膠股份有限責任公司,山東 廣饒 257300]

        車輛日常使用過程中,輪胎缺氣甚至爆胎是非常危險的,極易造成嚴重的交通安全事故。據(jù)統(tǒng)計,我國高速公路70%的交通安全事故是由爆胎引起的,且不按規(guī)定超速行駛時發(fā)生爆胎,死亡率接近100%。防爆安全輪胎能在輪胎突然失壓的情況下不發(fā)生爆胎,支持車輛繼續(xù)行駛至安全區(qū)域,保證車輛及駕乘人員的安全。

        目前,國內(nèi)外市場上主流的防爆安全輪胎是帶有內(nèi)支撐壁的缺氣保用輪胎[1-2],該類型輪胎普遍存在胎側(cè)偏硬,舒適性差等問題,而普通輪胎又不具備防爆功能。

        本工作設(shè)計的245/45R18 100Y XL輪胎是兼顧防爆安全性和乘坐舒適性的跨界綜合性能輪胎[3],具體設(shè)計情況如下。

        1 技術(shù)要求

        根據(jù)GB/T 2978—2014《轎車輪胎規(guī)格、尺寸、氣壓與負荷》[4]并結(jié)合《歐洲輪胎輪輞技術(shù)組織標準手冊》(ETRTO)—2016,確定245/45R18 100Y XL防爆安全子午線輪胎的設(shè)計參數(shù)為:標準輪輞 8J[5],充氣外直徑(D′) 677(671~683)mm,充氣斷面寬(B′) 243(233~253) mm,額定負荷 800 kg,標準充氣壓力 290 kPa。

        2 結(jié)構(gòu)設(shè)計

        2.1 外直徑(D)和斷面寬(B)

        為了兼顧安全性和舒適性,采用常規(guī)2層胎體簾布+2層帶束層+1層錦綸冠帶層的結(jié)構(gòu)設(shè)計,胎體采用2層人造絲簾布,較聚酯簾布強力高,且胎側(cè)部位設(shè)計內(nèi)支撐壁,在標準充氣壓力下輪胎D和B變化很小,因此,本次設(shè)計外直徑膨脹率(D′/D)為1.013,斷面寬膨脹率(B′/B)為0.95,即D為668 mm,B為256 mm。

        2.2 行駛面寬度(b)和弧度高(h)

        b和h決定了輪胎接地印痕面積,從而影響輪胎對路面的抓著力,進一步影響車輛行駛時的驅(qū)動和制動等各方面操控性能[6]。本次設(shè)計b取207 mm,h取9.9 mm。

        2.3 胎圈著合直徑(d)和著合寬度(C)

        457.2 mm(18英寸)輪胎的標準輪輞直徑為462 mm,為了保證輪胎的氣密性和脫圈性能,本次設(shè)計采用過盈配合,根據(jù)經(jīng)驗,d比輪輞直徑小4~5 mm,取457.6 mm。245/45R18輪胎標準輪輞為8J,寬度約為203.2 mm,綜合考慮生產(chǎn)工藝便捷性,本次設(shè)計C放大25.4 mm(1英寸),取228.6 mm。

        2.4 斷面水平軸位置(H1/H2)

        本次設(shè)計H1/H2取1.0,斷面高為105.2 mm,因此下斷面高度(H1)取52.6 mm,上斷面高度(H2)取52.6 mm。

        2.5 胎圈曲線設(shè)計

        胎圈位置曲線形狀影響到成品輪胎胎趾部位的飽滿程度、漏氣率以及使用過程中與輪輞的滑移程度[7],本次設(shè)計底部線段采用單角度設(shè)計,角度取10°,如圖1所示。

        圖1 胎圈曲線示意

        2.6 輪緣保護凸臺

        依照行業(yè)常規(guī),扁平率55及以下系列的輪胎一般都設(shè)計輪緣保護,因此,本規(guī)格也設(shè)計了輪緣保護凸臺,如圖2所示。

        圖2 輪緣保護凸臺示意

        綜上所述,本設(shè)計輪胎斷面輪廓見圖3。

        圖3 輪胎斷面輪廓示意

        2.7 胎面花紋

        胎面采用非對稱花紋設(shè)計,4條縱溝,花紋深度為8 mm,外側(cè)胎肩采用連貫的寬大花紋塊設(shè)計以保證輪胎操控性能優(yōu)異,內(nèi)側(cè)多溝槽設(shè)計以提升輪胎排水及濕地安全性能。采用3節(jié)距設(shè)計,周節(jié)數(shù)為31,花紋飽和度為71%,采用計算機三維建模仿真軟件進行節(jié)距排列優(yōu)化,最大限度地降低輪胎噪聲。胎面花紋三維效果見圖4。

        圖4 胎面花紋三維效果

        3 施工設(shè)計

        3.1 胎面

        胎面由胎冠膠、翼膠和基部膠3部分膠料組成,采用三復合擠出工藝擠出,胎冠膠采用特殊配方設(shè)計,基部膠厚度為0.7 mm,兩側(cè)為呈鈍角三角形的翼膠,胎面結(jié)構(gòu)如圖5所示。

        圖5 胎面結(jié)構(gòu)示意

        3.2 冠帶層

        為增加胎冠剛性,保證輪胎高速性能,冠帶層采用2層1400dtex/2錦綸66浸膠簾布設(shè)計,寬度大于1#帶束層寬度12 mm,并采取無接頭方式纏繞。

        3.3 帶束層

        由于胎側(cè)內(nèi)部增加了支撐膠,導致胎側(cè)的剛性較大,為使胎冠部位的剛性能夠更好地與胎側(cè)部位匹配,并能保證輪胎質(zhì)量的最優(yōu)化,本設(shè)計帶束層采用3×0.30ST鋼絲簾線,在質(zhì)量相同的情況下其強度比普通高強度鋼絲簾線提高10%以上,既能保證輪胎的整體剛性和安全性,又能減小輪胎質(zhì)量,保證輪胎具有較低的滾動阻力和較優(yōu)的乘坐舒適性。帶束層安全倍數(shù)達到11。

        1#和2#帶束層裁斷角度取29°,采用兩層交叉鋪貼方式,使胎冠接地面積最優(yōu),受力均勻。

        3.4 胎體

        胎體采用雙層1840dtex/3-95人造絲浸膠簾布,安全倍數(shù)達到20,人造絲比普通聚酯簾線生熱更低,胎側(cè)柔韌性更好,更能保障行駛的安全性和舒適性。

        胎體采用2層反包形式,1#胎體反包端點高過中軸線10 mm左右,2#胎體反包端點高過鋼絲圈上沿5 mm左右。

        3.5 胎側(cè)

        胎側(cè)由胎側(cè)膠和胎圈膠兩部分膠料組成,采用雙復合擠出工藝擠出。胎側(cè)膠采用耐屈撓、耐老化膠料,主要保護內(nèi)部胎體簾線;胎圈膠采用高耐磨膠料,與輪輞接觸時可以保護內(nèi)部簾線和鋼絲圈。

        3.6 胎圈

        鋼絲圈采用Φ1.295 mm的胎圈鋼絲,覆膠直徑為1.60 mm,4-5-4-3的六邊形排列方式,安全倍數(shù)達到15,纏繞方式采用單根鋼絲纏繞,鋼絲纏繞中應力均勻,以確保胎圈與輪輞配合時有足夠的剛性和強度。三角膠高度為20 mm,比常規(guī)設(shè)計小5 mm,確保輪胎的耐久性能。

        3.7 支撐膠

        胎側(cè)內(nèi)部支撐膠采用特殊配方設(shè)計,具有高強度、抗撕裂、耐屈撓、低生熱等特點,保證輪胎在缺氣狀態(tài)下具有足夠的強度和耐久性支撐車輛繼續(xù)行駛至安全區(qū)域。支撐膠口型采用半月形設(shè)計,使其與胎側(cè)弧度高度契合,最大厚度設(shè)計為8.2 mm,在保證足夠支撐力的基礎(chǔ)上,最大限度地增大下沉量,以使輪胎兼顧安全性與舒適性,支撐膠形狀如圖6所示。

        圖6 支撐膠形狀示意

        3.8 成型

        成型采用VMI-EXXIUM全自動一次法成型機,主鼓直徑為442 mm,副鼓周長為1 960 mm,各部件均為自動貼合,無人為干預,冠帶條寬度為15 mm,采用單根無接頭S形纏繞(肩部雙層,中間單層),纏繞張力為20 N,最大限度地保證輪胎的動平衡和均勻性。

        3.9 硫化

        硫化采用全自動液壓式硫化機,B型硫化膠囊,氮氣定型硫化,硫化工藝參數(shù)如下:膠囊拉伸高度 400 mm,定型高度 310 mm,裝胎高度320 mm,一/二次定型壓力 0.6/0.1 MPa,合模壓力 1 000 kN,總硫化時間 19.2 min。硫化后的輪胎外觀良好,無瑕疵品出現(xiàn)。

        3.10 成品輪胎質(zhì)量

        本次開發(fā)的防爆安全輪胎樣品輪胎質(zhì)量與同規(guī)格普通輪胎相比增大了18%,與某公司缺氣保用輪胎相比減小了17.2%,充分兼顧了防爆安全性和乘坐舒適性。

        4 成品輪胎性能

        4.1 外緣尺寸

        按照GB/T 521—2016[8]進行測量,安裝在18×8J標準輪輞上,充氣壓力為220 kPa,輪胎D′和B′分別為674和240 mm,符合國家標準要求。

        4.2 強度性能

        依 照GB/T 4502—2016要 求,充 氣 壓 力為220 kPa,壓頭直徑為19 mm,壓頭速度為50 mm·min-1,測得破壞能為709.96 J,壓頭觸及輪輞未壓穿,滿足國家標準(>585 J)要求。

        4.3 高速性能

        按照企業(yè)標準進行高速性能試驗,試驗條件見表1。

        表1 成品輪胎高速性能試驗條件

        經(jīng)測試,245/45R18 100Y XL輪胎最高速度為320 km·h-1,最高速度下行駛時間為2 min,輪胎損壞方式為胎面掉塊,滿足企業(yè)標準達到290 km·h-1×10 min的要求。

        4.4 耐久性能

        按照企業(yè)標準進行耐久性試驗,試驗條件見表2。

        表2 成品輪胎耐久性試驗條件

        經(jīng)測試,245/45R18 100Y XL輪胎累計行駛時間為70 h,損壞方式為胎肩鼓包,結(jié)果滿足企業(yè)標準要求的至少完成第7階段,即累計行駛時間不短于44 h,通過耐久性能測試。

        4.5 零氣壓耐久性能

        按照GB/T 30196—2013[9]進行零氣壓耐久性能試驗,試驗條件見表3。

        表3 成品輪胎零氣壓耐久性能試驗條件

        經(jīng)測試,245/45R18 100Y XL輪胎累計行駛時間為55 min,損壞方式為下沉量超標。本次開發(fā)并非缺氣保用輪胎產(chǎn)品,是介于缺氣保用輪胎與普通輪胎之間的防爆安全輪胎,企業(yè)標準判定要求為至少完成第3階段,即累計行駛時間不短于40 min即可,本設(shè)計輪胎零氣壓耐久性能滿足企業(yè)標準要求。

        4.6 脫圈性能

        依照GB/T 4502—2016[10]要求,充氣壓力為220 kPa,壓塊水平距離為305 mm,壓塊速度為50 mm·min-1,實測脫圈阻力為17 532.26 N,滿足國家標準(>11 120 N)要求。

        4.7 靜負荷下沉量

        充氣壓力為220 kPa,加載負荷為640 kg,保持15 min,測得印痕數(shù)據(jù)與該規(guī)格普通輪胎產(chǎn)品以及某公司缺氣保用輪胎產(chǎn)品進行對比,結(jié)果如表4所示。

        表4 下沉量數(shù)據(jù)對比

        從表4可以看出,本設(shè)計防爆安全輪胎在標準充氣壓力下,下沉量介于普通輪胎與缺氣保用輪胎之間,說明本設(shè)計輪胎在保證防爆安全性能的基礎(chǔ)上,充分兼顧了日常使用的舒適性。

        5 結(jié)語

        本次設(shè)計245/45R18 100Y XL防爆安全子午線輪胎的充氣外緣尺寸、強度性能、高速性能、耐久性能及脫圈阻力均符合相關(guān)國家標準或企業(yè)標準要求。零氣壓耐久性能達到設(shè)計目標,證明該輪胎具備一定的缺氣保用功能,能有效地防止爆胎,保證車輛及駕乘人員的生命及財產(chǎn)安全;同時,通過輪胎質(zhì)量以及靜負荷下沉量的對比,可以看出該輪胎的經(jīng)濟性和乘坐舒適性也較為出色。

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