羅花娟，楊思凱，宋倩

（陜西延長(zhǎng)石油集團(tuán)橡膠有限公司，陜西 西安 710000）

近年來，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，在汽車運(yùn)輸行業(yè)國(guó)家出臺(tái)了越來越嚴(yán)格的治超治限法規(guī)，無論是長(zhǎng)途物流運(yùn)輸，還是工廠、港口以及基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)等短途運(yùn)輸行業(yè)的車型也發(fā)生了較大的變化，主要由傳統(tǒng)的兩軸車型轉(zhuǎn)變?yōu)檩d重量大的多軸車型，隨之，與車輛相匹配的輪胎規(guī)格也發(fā)生了改變，由原來的英制系列輪胎轉(zhuǎn)化為公制系列輪胎，公制輪胎越來越普及，市場(chǎng)需求量不斷增大，同時(shí)客戶對(duì)這種無內(nèi)公制胎的速度、載荷能力、節(jié)油經(jīng)濟(jì)性等要求也越來越高。為適應(yīng)市場(chǎng)，滿足客戶需求，結(jié)合公司產(chǎn)品現(xiàn)狀，我司相繼開發(fā)了275/80R22.5、295/80R22.5、315/80R22.5 等公制系列輪胎?，F(xiàn)以275/80R22.5 為例，現(xiàn)就該輪胎的設(shè)計(jì)情況介紹如下。

1 技術(shù)要求

根據(jù)GB/T 2977—2016《載重汽車輪胎規(guī)格、尺寸、氣壓與負(fù)荷》要求，確定275/80R22.5 18PR 全鋼載重子午線公制輪胎技術(shù)參數(shù)為：標(biāo)準(zhǔn)輪輞8.25，新胎充氣外直徑為（D） 1 012 mm（999～1 025）mm，新胎充氣斷面寬為（B）276 mm（265～287）mm，標(biāo)準(zhǔn)充氣壓力900 kPa，單胎標(biāo)準(zhǔn)負(fù)荷3 250 kg，負(fù)荷指數(shù)149（單胎）/146（雙胎），最高速度120 km/h。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 外直徑（D）和斷面寬（B）

全鋼子午線輪胎由于受冠部鋼絲帶束層的箍緊作用，帶束層剛性較大，因此外直徑變化不大，一般增大1～3 mm。通過借鑒我司類似產(chǎn)品的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，以及考慮該規(guī)格輪胎的實(shí)際使用條件，適當(dāng)增大D 和B提高輪胎的載荷能力，本設(shè)計(jì)D′/D 取1.005 6，B′/B取0.935 8，由此得出模具外直徑（D）和斷面寬（B）的取值分別為1 014 mm 和288 mm。

2.2 行駛面寬度（b）和行駛面弧度高（h）

針對(duì)低扁平的80 系列輪胎，外直徑相對(duì)較小，b和h 的設(shè)計(jì)對(duì)成品輪胎的接地印痕影響較大。本設(shè)計(jì)輪胎對(duì)耐磨性有較高的要求，根據(jù)以往的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，適當(dāng)增大b，減小h，最終b 和h 分別取225 mm 和8.0 mm。

2.3 胎圈著合直徑（d）和著合寬度（C）

d的取值主要是依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)輪輞的名義直徑，對(duì)于無內(nèi)胎設(shè)計(jì)時(shí)，在保證輪輞結(jié)合部位氣密性良好的同時(shí)還要考慮輪胎裝卸、胎圈安全性等問題，因此，需采用適當(dāng)?shù)倪^盈配合，根據(jù)該輪胎的標(biāo)準(zhǔn)輪輞，結(jié)合以往經(jīng)驗(yàn)，本設(shè)計(jì)d取569.5 mm。

C的取值主要是依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)輪輞的寬度，但由于在實(shí)際使用中，同一條輪胎需要和不同的輪輞匹配使用，考慮到該輪胎的使用條件，結(jié)合我司的胎圈設(shè)計(jì)規(guī)范，本設(shè)計(jì)C值在標(biāo)準(zhǔn)輪輞寬度的基礎(chǔ)上放大25.4 mm，即C取235 mm。

2.4 斷面水平軸位置（H1/H2）

斷面水平軸位于斷面最寬點(diǎn)，斷面水平軸設(shè)計(jì)的合理性直接影響成品胎的性能，斷面水平軸偏向冠部，導(dǎo)致肩部變形過大，容易產(chǎn)生肩空、花紋溝裂等問題。水平軸偏向圈部，導(dǎo)致胎圈部位受力及變形增大，溫升較快，胎圈的故障率就會(huì)增加，因此斷面水平軸的位置選擇非常關(guān)鍵。本設(shè)計(jì)合理選取輪胎的水平軸位置H1/H2=0.984。輪胎斷面輪廓圖如圖1 所示：

2.5 胎面花紋

胎面花紋設(shè)計(jì)直接影響輪胎的牽引力、耐磨性、噪聲、滾阻等使用性能和使用壽命。本規(guī)格輪胎針對(duì)中長(zhǎng)途全輪位設(shè)計(jì)，胎面花紋由4 條直線形縱溝和橫向細(xì)溝槽組合而成，采用三種不等節(jié)距設(shè)計(jì)，花紋深度16 mm，花紋節(jié)距數(shù)54，花紋飽和度78.5%，花紋溝寬度設(shè)計(jì)合理，輪胎滾動(dòng)阻力小，肩部花紋溝底采用曲折及溝底倒全圓弧設(shè)計(jì)，可以有效防止肩部應(yīng)力過大，出現(xiàn)花紋溝裂的問題。胎面花紋展開圖如圖2所示：

圖2 胎面花紋展開圖

3 施工設(shè)計(jì)

3.1 復(fù)合擠出部件

根據(jù)275/80R22.5 18PR 輪胎實(shí)際使用條件，胎面采用胎冠膠、翼膠、底皮膠片結(jié)構(gòu)，胎冠膠采用天然橡膠和超高結(jié)構(gòu)炭黑的耐磨配方，翼膠采用公司現(xiàn)有的低生熱、撕裂強(qiáng)度高的配方，有效保證輪胎的耐久性能，底皮膠片保證了從胎面到帶束層的粘性過渡。胎肩墊膠采用低生熱配方，防止帶束層端點(diǎn)脫層，提升輪胎的耐久性能。

3.2 胎體

胎體對(duì)保持輪胎原有設(shè)計(jì)的尺寸大小起著十分重要的作用，同時(shí)也影響成品胎的操縱性和牽引性。本設(shè)計(jì)根據(jù)產(chǎn)品使用條件，以及客戶對(duì)輪胎重量的要求，選用單絲直徑小、耐疲勞性較強(qiáng)、彎曲剛度較大的超高強(qiáng)度鋼絲簾線，鋼絲簾線規(guī)格為 3×0.24/9×0.225CCST，鋼絲簾布?jí)貉庸に嚪€(wěn)定，質(zhì)量可靠，壓延厚度為2.0 mm，通過計(jì)算，胎體安全倍數(shù)為8.0，符合設(shè)計(jì)要求。

3.3 帶束層

帶束層作為輪胎的重要部件，在負(fù)荷下承受應(yīng)力約為60% ～70%，其剛性直接影響著輪胎的強(qiáng)度、充氣時(shí)輪胎的形狀大小和使用性能。帶束層的剛性由鋼絲簾布的種類、角度、寬度、厚度、長(zhǎng)度及整體帶束層結(jié)構(gòu)等參數(shù)所決定。本設(shè)計(jì)冠部采用四層帶束層結(jié)構(gòu)， 1#帶束層主要是為了保證胎體和冠部之間的受力過渡，采用伸張小的3×0.20 ＋6×0.35HT 鋼絲簾線，角度在45°～50° 之間，2#帶束層采用4+3×0.35ST 超高強(qiáng)鋼絲簾線、角度在15°～23° 之間，寬度為行駛面寬度的82%，3#帶束層使用與2#相同的鋼絲簾線，角度在15°～23 之間°，且2#、3#帶束層均采用膠片包邊的形式， 4#帶束層采用高伸長(zhǎng)5×0.35HI 鋼絲簾線，角度在15°～23° 之間，通過計(jì)算，帶束層的安全倍數(shù)為7，符合設(shè)計(jì)要求。

3.4 胎圈

胎圈設(shè)計(jì)合理與否直接影響著輪胎胎圈部位的質(zhì)量，考慮到市場(chǎng)對(duì)該輪胎胎圈承載性能的需求，鋼絲圈采用通用型1.65HT 高強(qiáng)度胎圈鋼絲，覆膠后的鋼絲圈直徑為1.8 mm，鋼絲圈斷面形狀為六角形，排列方式為8-9-10-9-8-7，6 層，共51 根，纏繞直徑為572.3 mm，通過計(jì)算，鋼絲圈安全倍數(shù)為7，符合設(shè)計(jì)要求。此外，為進(jìn)一步提高胎圈整體剛性，采用軟硬膠結(jié)合的復(fù)合膠芯，實(shí)現(xiàn)胎圈到胎側(cè)剛性平穩(wěn)的過渡，同時(shí)，使用鋼絲子口加強(qiáng)層，降低了因應(yīng)力集中導(dǎo)致的子口裂、子口爆等病象。

3.5 成型及硫化

本規(guī)格采用天津賽象科技有限公司三鼓一次法機(jī)械鼓成型機(jī)成型，根據(jù)材料分布圖，確定成型鼓直徑為571 mm，成型機(jī)頭寬度為660 mm，輔鼓貼合直徑為528 mm。為保證輪胎的動(dòng)平衡和均勻性，各個(gè)半部件接頭按照現(xiàn)有的分散方式均勻分布，膠部件接頭采用坡接的形式，對(duì)齊、壓實(shí)、鋼絲部件采用對(duì)接的方式，保證接頭部位對(duì)齊，壓實(shí)，生產(chǎn)工藝穩(wěn)定。

輪胎的質(zhì)量取決于硫化程度的高低。該輪胎通過硫化測(cè)溫的方式，確定最佳硫化條件，硫化條件為：動(dòng)力水壓力（2.0～2.3）MPa，模套溫度（154±2）℃，熱板溫度（148±2）℃，熱水循環(huán)壓力（2.4±0.1）MPa，熱水循環(huán)溫度（170±2）℃，總硫化時(shí)間45 min。此外，采用定點(diǎn)硫化的方式，保證了成品輪胎外觀質(zhì)量良好和內(nèi)部材料分布均勻。

4 成品性能

4.1 外緣尺寸

按照GB/T521—2012《輪胎外緣尺寸測(cè)量方法》進(jìn)行輪胎外緣尺寸測(cè)量。結(jié)果表明：在標(biāo)準(zhǔn)輪輞8.25和標(biāo)準(zhǔn)氣壓900 kPa 下，新胎充氣外直徑為1 019 mm，新胎充氣斷面寬為270 mm，均滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求。

4.2 強(qiáng)度性能

按照GB/T4501—2016《載重汽車輪胎性能室內(nèi)試驗(yàn)方法》進(jìn)行強(qiáng)度性能測(cè)試，測(cè)試條件為：充氣壓力900 kPa，壓頭直徑38 mm。試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明： 1～4點(diǎn)未壓穿冠部，破壞能均達(dá)到強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)，第5 點(diǎn)已壓穿輪胎冠部，破壞能為3 371 J，為標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值153%，滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求。成品胎強(qiáng)度性能測(cè)試結(jié)果如表1所示：

表1 成品輪胎強(qiáng)度性能測(cè)試結(jié)果

4.3 耐久性能

按照我司內(nèi)控試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試，成品輪胎耐久性試驗(yàn)程序及結(jié)果如表2 所示：

表2 成品輪胎耐久性能試驗(yàn)結(jié)果

從表2 的試驗(yàn)結(jié)果可以看出，試驗(yàn)結(jié)束時(shí)輪胎累計(jì)行駛時(shí)間為82 h 24 min，（內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)≥57 h））耐久性能達(dá)到內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)要求。

4.4 胎圈耐久性能

按照企業(yè)內(nèi)控的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，在進(jìn)行胎圈耐久試驗(yàn)之前，打磨掉輪胎胎面花紋部分。試驗(yàn)條件：充氣壓力700 kPa, 負(fù)荷 6 500 kg，速度50 km/h，該成品輪胎的累計(jì)行駛時(shí)間為134 h，損壞病象為子口裂。結(jié)果表明：該成品輪胎的胎圈耐久性能達(dá)到我司內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)75 h，符合設(shè)計(jì)要求。

4.5 接地印痕

按照我司內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行印痕測(cè)試，試驗(yàn)條件為：充氣壓力900 kPa，負(fù)荷3 250 kg，輪胎接地印痕壓測(cè)試結(jié)果如圖3 所示。從圖3 中可以看出，該成品胎的接地印痕形狀呈矩形，矩形率為0.989 3，且壓力分布均勻，符合設(shè)計(jì)要求。經(jīng)后期投放市場(chǎng)的路試跟蹤，客戶反饋耐磨性很好，滿足了市場(chǎng)要求。

圖3 輪胎接地印痕圖

5 結(jié)論

275/80R22.5-18PR 全鋼載重子午線公制輪胎的成品胎外緣尺寸和強(qiáng)度性能均滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求，常規(guī)耐久、胎圈耐久、接地印痕達(dá)到公司內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)要求。輪胎生產(chǎn)過程中工藝穩(wěn)定，成品胎合格率高于公司指標(biāo)。成品胎經(jīng)市場(chǎng)使用反饋，承載性和耐久性能良好，綜合行駛里程高，客戶認(rèn)可度高，為公司創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。