張 峰，王 君，徐 偉，劉 杰，韓 磊，馬麗華，李曉紅，孫 超

（青島雙星輪胎工業(yè)有限公司，山東 青島 266400）

歐洲各國冬天的降雪較多，為了滿足汽車行駛安全可靠，不少歐洲國家在冬天強制換裝雪地輪胎[1-3]。冬季輕型載重輪胎在行駛過程中既要保證雨雪路況有優(yōu)良的排水和排雪性能，又要保證較高的磨耗里程和負荷能力，還要兼顧燃油經(jīng)濟性[4-5]。

針對上述問題，我公司開發(fā)了主要在歐洲 市 場 銷 售 的215/65R16C 109/107R（簡 稱215/65R16C）輕型載重雪地輪胎，現(xiàn)將產(chǎn)品的開發(fā)情況介紹如下。

1 技術(shù)要求

參考《歐洲輪胎輪輞技術(shù)組織標準手冊（ETRTO）2020》及客戶需求，確定215/65R16C輕型載重雪地輪胎的技術(shù)參數(shù)為：標準輪輞 6.5J，充氣外直徑（D′） 682（678～694） mm，充氣斷面寬（B′） 222（210～232） mm，負荷指數(shù)/速度級別 109/107R，標準充氣壓力 475 kPa，標準負荷 1 030 kg。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.1 外直徑（D）和斷面寬（B）

子午線輪胎的胎冠有周向不易伸張的帶束層箍緊胎體，其中半鋼子午線輪胎速度級別T級以上多采用無接頭冠帶層纏繞結(jié)構(gòu)[6]，整圈纏繞的冠帶層對胎體和帶束層有比較大的箍緊作用，在標準充氣壓力下，輪胎外直徑變化不大。本設(shè)計保證成品輪胎充氣外緣尺寸滿足ETRTO要求，同時根據(jù)客戶輕量化的需求，結(jié)合我公司產(chǎn)品設(shè)計原則，D為682 mm，B為222 mm。

2.2 行駛面寬度（b）和弧度高（h）

b和h直接影響輪胎接地形狀、接地壓強分布的均勻性和輪胎與地面的接觸性能，也對輪胎的耐久、高速、滾動阻力、牽引、操控、制動等性能帶來重要的影響[7]。通常，b和胎圈著合寬度（C）比較接近，如果b太小，輪胎與地面的接觸面積小，磨耗性能下降；b太大，胎肩部位膠料堆積多，輪胎高速行駛時熱量不易消散，容易導致空鼓。本工作通過調(diào)整b/B和h/斷面高（H）設(shè)計行駛面，其取值范圍分別為0.7～0.85和0.02～0.06。

歐洲地區(qū)路面狀況良好，但輕型載重輪胎因負荷需求更需優(yōu)異的承載、耐磨性能。根據(jù)經(jīng)驗，本設(shè)計b/B取0.78，b為174 mm，h為8 mm。

2.3 胎圈著合直徑（d）和C

d的選用應(yīng)兼顧輪胎裝配便捷與著合緊密的需求。目前輪胎輪輞和胎圈均采取過盈配合，但過盈量太大，輪胎裝配困難，鋼絲圈安全倍數(shù)降低，從而造成鋼絲圈強力下降，導致鋼絲圈斷裂而造成輪胎早期損壞[8]；若過盈量太小，輪輞與胎圈配合間隙就大，輪輞與胎圈容易滑動，無法緊密配合，影響輪胎的充氣壓力，參考公司結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范，d為404.2 mm。

C為輪胎外側(cè)胎踵之間的距離。一般情況下，有內(nèi)胎輪胎及斜交輪胎的C均按標準輪輞寬度設(shè)計，無內(nèi)胎子午線輪胎的C的設(shè)計寬度比標準輪輞寬度大[9]。近年來，由于輪胎設(shè)計更加追求扁平化，從輪胎的應(yīng)力分布和工藝需求考慮，在加寬輪輞的基礎(chǔ)上設(shè)計C的理念已被許多研發(fā)人員使用。參考公司結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范，輕型載重輪胎的C一般在標準輪輞寬度的基礎(chǔ)上加大0～25.4 mm（1英寸），本設(shè)計C取184 mm，比標準輪輞寬度大17.78 mm（0.7英寸）。

2.4 斷面水平軸位置（H1/H2）

子午線輪胎中，胎體變形最大的部位為斷面水平軸，如果H1/H2太小，會因應(yīng)變集中導致胎圈斷裂和脫層；如果H1/H2太大，應(yīng)變位置集中在胎肩，容易造成輪胎肩空或肩裂。根據(jù)經(jīng)驗，本設(shè)計H1/H2取1.07。

2.5 胎面花紋

針對歐洲市場的輕型載重汽車和箱式貨車等車型設(shè)計胎面花紋，胎面花紋采用曲折縱溝和大角度橫溝的組合設(shè)計，即：采用3條折線形縱溝對稱花紋（見圖1和2），在同等輪胎外周長的情況下比直線溝槽面積更大，可提高輪胎的排水性和耐磨性能，同時減小花紋塊變形；胎肩采用2種不同的橫向溝槽，一種與鋼片相連通形成楔形溝槽，另一種采用非貫通式設(shè)計溝槽。貫通式溝槽加細小排水鋼片提高了其對冰雪的驅(qū)動力，非貫通式設(shè)計溝槽可以降低輪胎行駛過程中的泵浦噪聲和氣柱共鳴聲，胎肩兩種不同的橫溝設(shè)計兼顧了輪胎在冰雪路面的操控性和舒適性。

圖1 胎面花紋展開示意

圖2 輪胎立體花紋示意

花紋塊上采用不同類型的鋼片設(shè)計，可以提高輪胎在冰雪天氣的抓著力和制動力。密集波浪形排水鋼片設(shè)計，可以使胎面接觸到水的面積增大，更容易將水吸入輔助排水溝槽內(nèi)，再通過相連的大橫溝排入主排水溝，從而提高輪胎的抗?jié)窕阅堋?/p>

本設(shè)計花紋深度為9.5 mm，花紋飽和度為70%，花紋周節(jié)數(shù)為34個，采用S，M，L 3種變節(jié)距。

3 施工設(shè)計

3.1 胎面、胎側(cè)和三角膠

胎面是輪胎與地面直接接觸的部件，應(yīng)具有良好的耐磨性能和抓著力。為適應(yīng)不同的道路條件和使用需求，胎面應(yīng)當選擇與之匹配的輪胎花紋[10]。胎面在提供牽引、制動、驅(qū)動等功能的同時還負責減震和排除雨雪，并且由于輪胎在地面行駛時產(chǎn)生相對滑動，其磨損量較大。

胎面采用胎面膠、翼膠和基部膠3種膠料組成，總寬度為234 mm，肩部寬度為180 mm，中部厚度為9 mm，肩部厚度為10.5 mm。

胎面膠采用低溫專用配方，即：天然橡膠（SMR20）、釹系順丁橡膠（BUNA CB24）和乳聚丁苯橡膠（SBR1502）相配合，以提高輪胎在濕滑路面和雪地路面的操控性；同時添加高分散性白炭黑（1165MP）與炭黑（N234）相配合，以降低輪胎的滾動阻力，保證雪地輪胎較好的耐磨性能。由于雪地輪胎的使用環(huán)境和天氣特殊，胎面膠的玻璃化溫度達到－49 ℃，大大提高了輪胎的低溫操控性。

胎側(cè)膠的首要作用是保護輪胎的胎體不被損傷，同時吸收路面沖擊力以及振動，因此要求胎側(cè)膠具有較好的耐屈撓性能和耐老化性能。

3.2 胎體

胎體是輪胎的主要支撐骨架，由單層或多層纖維簾布或鋼絲簾布組成，承擔著輪胎負荷及側(cè)向的剪切應(yīng)力等。本設(shè)計采用2層1300dtex/2聚酯簾布，其中一層為高反包，簾布端點高于斷面水平軸，另一層為正包，均避開了屈撓的應(yīng)力集中區(qū)域。胎體安全倍數(shù)為7.2，符合設(shè)計要求[11]。

3.3 帶束層

帶束層是子午線輪胎基部膠下的骨架結(jié)構(gòu)層，沿輪胎周向鎖緊胎體簾布，具有高張力，起承擔主要負荷（70%以上）、防止刺穿胎體并緩和路面沖擊力的作用。本設(shè)計帶束層由2層2＋2×0.35HT鋼絲簾線組成，安全倍數(shù)為8.5，符合設(shè)計要求。

3.4 胎圈

胎圈主要作用是將輪胎和輪輞緊密貼合，能使輪胎緊密地扣住輪輞。本設(shè)計鋼絲圈采用Φ1.2 mm的高強度回火鋼絲，鋼絲圈單根纏繞，以六邊形排列，排列形式為3-4-5-4-3，覆膠后鋼絲直徑為1.5 mm。

3.5 成型和硫化

采用二次法成型機成型，機頭寬度按照輪胎內(nèi)輪廓周長及胎體簾線的伸張率計算得到。本設(shè)計簾線伸張率為1.02，機頭寬度為381 mm。

采用B型雙模液壓硫化機硫化，硫化條件為：一次定型壓力 0.05～0.07 MPa，二次定型壓力0.08 ～0.12 MPa ，合模力 （800±200） kN，內(nèi)蒸汽溫度 203 ℃，內(nèi)蒸汽壓力 1.6 MPa，熱板、模套溫度 178 ℃，氮氣壓力 2.5 MPa，硫化時間 17 min。輪胎硫化結(jié)束后要盡快進行后充氣，充氣時間為34 min。

4 成品性能

4.1 室內(nèi)性能

4.1.1 充氣外緣尺寸

成品輪胎充氣外緣尺寸按照GB/T 521—2012《輪胎外緣尺寸測量方法》進行測試。使用標準輪輞，采用標準充氣壓力，在18～36 ℃溫度下停放24 h以上測得D′為685 mm，B′為215 mm，滿足設(shè)計要求。

4.1.2 強度性能

按照GB/T 4501—2016《載重汽車輪胎性能室內(nèi)試驗方法》進行成品輪胎強度測試。試驗條件為：充氣壓力 475 kPa，壓頭直徑 19 mm，環(huán)境溫度 18～36 ℃。結(jié)果表明，試驗最后一點的破壞能為822 J，是最小破壞能（576 J）的142%，輪胎強度符合國家標準要求。

4.1.3 高速性能

按照GB/T 4501—2016進行成品輪胎高速性能試驗。試驗條件為：充氣壓力 475 kPa，負荷 927 kg（標準負荷的90%），環(huán)境溫度35～41 ℃。試驗方法為：按照（38±3） ℃的要求完成停放后，先按照試驗條件試驗1 h，之后按每10 min速度遞增10 km·h-1進行測試，直至輪胎損壞。結(jié)果表明，輪胎累計行駛時間為100 min，試驗結(jié)束時速度為210 km·h-1，輪胎破壞形式為胎肩掉塊。輪胎高速性能遠超過國家標準（60 min）和企業(yè)標準（80 min）要求。

4.1.4 耐久性能

按照GB/T 4501—2016進行成品輪胎耐久性能試驗。試驗條件為：充氣壓力 475 kPa，轉(zhuǎn)鼓速度 120 km·h-1。試驗方法為：輪胎跑完34 h（標準規(guī)定時間）停機檢查無問題后，以120 km·h-1速度、每10 h試驗負荷遞增10%進行延時試驗。結(jié)果表明，輪胎累計行駛時間為121.42 h，最大負荷率達到155%，輪胎破壞形式為胎冠花紋開裂，輪胎耐久性能超過國家標準要求。

4.1.5 剛度性能

按照GB/T 23663—2020《輪胎縱向剛性和橫向剛性》要求進行成品輪胎縱向剛度測試。充氣壓力為475 kPa，測試溫度為（25±5） ℃，在負荷率為80%，100%和120%下，測得成品輪胎的縱向剛度分別為330.91，346.07和346.89 N·mm-1。

按照GB/T 23663—2020進行輪胎橫向剛度測試。充氣壓力為475 kPa，測試溫度為（25±5） ℃，在負荷率為80%，100%和120%下，測得輪胎的橫向剛度分別為197.95，199.70和202.68 N·mm-1。

成品輪胎在（25±5） ℃下停放24 h后根據(jù)企業(yè)要求進行成品輪胎徑向剛度測試。測試條件為：充氣壓力 475 kPa，溫度 （25±5） ℃，加載速度 50 mm·min-1，傾角 0°。成品輪胎的徑向剛度試驗結(jié)果如表1所示，F(xiàn)n為基準縱向力，F(xiàn)Z為垂直負荷。

表1 成品輪胎的徑向剛度試驗結(jié)果

成品輪胎在（25±5） ℃下停放24 h后根據(jù)企業(yè)要求進行成品輪胎扭轉(zhuǎn)剛度測試。測試條件為：充氣壓力 475 kPa，溫度 （25±5） ℃，設(shè)定扭矩 500 N·m，加載速度 2 （°）·min-1，傾角0°，最大扭轉(zhuǎn)角度 8°。成品輪胎的扭轉(zhuǎn)剛度曲線如圖3所示。

圖3 成品輪胎的扭轉(zhuǎn)剛度曲線

4.1.6 室內(nèi)噪聲

按照GB/T 32789—2016《輪胎噪聲測試方法轉(zhuǎn)鼓法》進行成品輪胎室內(nèi)噪聲測試。測試條件為：轉(zhuǎn)鼓直徑 1 700 mm（公差為±1%），消音室本底噪聲聲壓級 ＜35 dB（A），截止頻率 ＜100 Hz，測試氣壓 475 kPa，負荷 772.5 kg，速度80 km·h-1。試驗結(jié)果表明，輪胎平均聲壓級為97.54 dB（A），滿足設(shè)計要求。

4.2 ECE R117測試

由于215/65R16C輕型載重輪胎主要在歐洲地區(qū)使用，必須進行ECE R117法規(guī)認證測試。本工作委托第三方測試機構(gòu)根據(jù)ECE R117法規(guī)要求，對輪胎的滾動阻力、濕地抓著力、雪地抓著力和室外噪聲進行測試。結(jié)果表明，輪胎滾動阻力系數(shù)為8.24 N·kN-1，達到D級；濕地抓著力為1.506，達到A級；雪地抓著力為1.21，室外通過噪聲為73 dB（A），均符合ECE R117法規(guī)設(shè)計要求。

5 結(jié)語

本設(shè)計215/65R16C輕型載重雪地輪胎的充氣外緣尺寸、強度、高速性能、耐久性能、滾動阻力、濕地抓著力、雪地抓著力和室外通過噪聲均達到相關(guān)標準和法規(guī)要求，有力提高了該產(chǎn)品在歐洲市場的競爭優(yōu)勢。本產(chǎn)品投放市場后，以花紋美觀、耐磨、承載性好、雪地性能優(yōu)異獲得客戶的一致好評，為我公司在歐洲市場樹立了良好的品牌形象。