王慶念，于子涵，周鵬程，張則高

（三角輪胎股份有限公司，山東 威海 264200）

隨著越野汽車的發(fā)展，客戶對越野汽車的性能提出更高的要求，如能適用于山區(qū)、沙地、草原和雪地等環(huán)境惡劣的路況。265/65R18LT輪胎胎體通常采用纖維簾布支撐[1]，但開發(fā)越野型產(chǎn)品其胎體強度不能滿足輪胎的使用環(huán)境要求。為滿足市場需求，我公司開發(fā)了越野型265/65R18LT全鋼輕型載重子午線輪胎。

1 技術要求

依據(jù)GB/T 2977—2016《載重汽車輪胎規(guī)格、尺寸、氣壓與負荷》，確定265/65R18LT全鋼輕型載重子午線輪胎的技術要求為：充氣外直徑（D′）797～818 mm，充氣斷面寬（B′） 261～286 mm。

2 結(jié)構(gòu)設計

2.1 外直徑（D）和斷面寬（B）

全鋼子午線輪胎胎體由周向排列的鋼絲帶束層箍緊，帶束層剛性很大，因此，在標準充氣壓力下外直徑變化不大，D′比D通常增大1～3 mm[2]。本設計D′目標值為810～812 mm，D取809 mm。

根據(jù)《美國輪胎輪輞協(xié)會標準年鑒（TRA）2020》要求，輪輞寬度每改變12.7 mm（1/2英寸），B改變5.0 mm，B取282 mm。

2.2 行駛面寬度（b）

b是輪胎胎冠設計的主要參數(shù)，與B成一定的比值，根據(jù)以往同類型產(chǎn)品設計經(jīng)驗，b/B值為0.8左右。增大b，輪胎接地印痕寬度增大，對輪胎的轉(zhuǎn)向性能、耐磨性能和行駛里程有直接影響。本次設計b/B取0.745，b為210 mm。

2.3 胎圈著合直徑（d）和著合寬度（C）

無內(nèi)胎輪胎氣密性的主要影響因素為氣密層、輪輞、氣門嘴、輪輞與胎圈裝配的氣密性。d和C對輪胎的氣密性有直接影響，d過大，不利于輪胎保氣，而過小則不利于輪胎裝配，根據(jù)同類產(chǎn)品開發(fā)經(jīng)驗，本次設計d為459 mm。

輪胎在儲存和運輸過程中會存在擠壓變形等，因此，輪胎兩個胎圈之間的寬度會變小，輪胎的裝配性能變差，根據(jù)同類產(chǎn)品設計經(jīng)驗，C采用比標準輪輞寬12.7 mm（0.5英寸）設計，C取215.9 mm。

2.4 斷面水平軸位置（H1/H2）

斷面水平軸位置的選取主要考慮輪胎的使用環(huán)境和損壞方式，斷面水平軸位于輪胎斷面最寬處，是輪胎斷面厚度最薄區(qū)域，也是輪胎屈撓變形集中區(qū)域，斷面水平軸靠近胎肩處則肩部應力增大，靠近胎圈處，則胎圈處的應力增大，胎肩或胎圈處的應力應變增大，生熱增高，易導致輪胎失效[2]。結(jié)合越野花紋輪胎的使用環(huán)境，H1取86.3 mm，H2取88.7mm，則H1/H2為0.972 9。

輪胎斷面輪廓如圖1所示。

圖1 輪胎斷面輪廓示意

2.5 胎面花紋

胎面采用越野花紋（見圖2）?；y主體為3條曲折型花紋溝設計，中間花紋溝深度為邊部花紋溝深度的2/3，花紋呈塊狀分布，兩側(cè)花紋溝底部采用排石設計，以保證良好的驅(qū)動/制動性能和較好的越野駕乘性能[3]。花紋深度為14 mm，花紋飽和度為55%，花紋周節(jié)數(shù)為40，采取變節(jié)距花紋設計，節(jié)距比例為0.95∶1.00∶1.05，在花紋塊上預留鑲釘位置，可以滿足在惡劣冰雪路面上的駕乘需求。

圖2 胎面花紋展開示意

3 施工設計

3.1 胎面

公制輕型載重子午線輪胎負荷較小，胎面采用胎冠膠和基部膠兩層設計的方案，胎冠膠采用耐磨、抗刺扎的膠料配方，使輪胎滿足高里程和越野路況的性能要求，基部膠采用低生熱、抗撕裂性能優(yōu)異的膠料配方。

胎面結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 胎面結(jié)構(gòu)示意

3.2 胎體和帶束層

為滿足越野輪胎的使用環(huán)境要求，胎體采用鋼絲簾線結(jié)構(gòu)；考慮帶束層的整體強度，1#和2#帶束層采用鋼絲簾線[4]。

胎體采用3+9×0.22+0.15鋼絲簾線，1#和2#帶束層采用3×0.20+6×0.35HT鋼絲簾線，冠帶層采用930dtex/2錦綸66浸膠簾布。

3.3 鋼絲圈

鋼絲圈采用Φ1.65 mm胎圈鋼絲，鋼絲排列方式為4-5-4，共13根，鋼絲圈直徑為471 mm。鋼絲圈采用單層錦綸簾布作加強包布。

3.4 成型和硫化工藝

輪胎成型采用天津賽象科技股份有限公司生產(chǎn)的兩鼓一次法成型機[5]，機頭寬度為415 mm，機頭直徑為1 320 mm。

硫化采用1 651 mm（65英寸）雙模熱板硫化機。硫化條件為：總硫化時間 40 min，上熱板溫度 （148±2） ℃，下熱板溫度 （153±2） ℃，內(nèi)溫 變溫，膠囊飽和蒸汽壓力 （1.7±0.1） MPa，內(nèi)壓（氮氣） ≥2.5 MPa[3]。

4 輪胎接地印痕有限元分析

輪胎接地印痕對車輛與路面相互作用很重要，不同的負荷及外傾等工況下輪胎接地印痕會發(fā)生很大的變化[9-7]，輪胎接地印痕會影響輪胎的舒適性和駕乘體驗。根據(jù)同類產(chǎn)品設計經(jīng)驗，輪胎接地印痕矩形率為0.98～1.08、肩部沉降為1.02～1.12比較理想[8]。

在輪胎結(jié)構(gòu)設計過程中，輪胎的骨架材料根據(jù)輪胎強度設計要求確定后，行駛面弧度高（h）、花紋設計、b和花紋深度對輪胎的接地印痕影響很大，而花紋設計、b和花紋深度受市場環(huán)境的制約不能隨意調(diào)整，通常選擇調(diào)整h優(yōu)化輪胎接地印痕形狀。

根據(jù)同類產(chǎn)品設計經(jīng)驗，本次設計選取h為9和11 mm兩種方案，保持胎肩部厚度和b等其他參數(shù)不變，在標準充氣壓力和標準負荷下分別進行輪胎接地印痕形狀有限元分析，結(jié)果如表1和圖4所示。

表1 輪胎接地印痕形狀有限元分析結(jié)果

圖4 在標準充氣壓力和負荷下輪胎的模擬接地印痕

輪胎接地印痕矩形率和肩部沉降的目標值分別為0.98～1.08和1.02～1.12，因此根據(jù)表1結(jié)果確定h為11 mm較適宜。

5 成品性能

5.1 接地印痕

在標準充氣壓力和標準負荷下，輪胎的實際接地印痕如圖5所示。

圖5 在標準充氣壓力和標準負荷下輪胎的實際接地印痕

在標準充氣壓力和標準負荷下，輪胎的實際接地印痕矩形率為1.01，肩部沉降為1.05。

輪胎接地印痕形狀與有限元分析結(jié)果[見圖4（b）]相近，輪胎接地印痕矩形率和肩部沉降滿足目標要求。

5.2 成品性能

輪胎充氣外緣尺寸按照GB/T 521—2023《輪胎外緣尺寸測量方法》進行測試，其他性能按照GB/T 4501—2023《載重汽車輪胎性能室內(nèi)試驗方法》進行測試，結(jié)果如表2所示。

表2 成品輪胎室內(nèi)性能測試結(jié)果

從表2可以看出，輪胎各項性能測試結(jié)果滿足相應國家標準要求。

6 結(jié)語

越野型265/65R18LT輕型載重子午線輪胎采用全鋼結(jié)構(gòu)設計，輪胎的充氣外緣尺寸、強度性能、高速性能和耐久性能均達到或超過國家標準要求；越野花紋能夠適用于各種草地、沙地、山路等復雜路況，抓著性能好，可極大滿足客戶的越野駕乘體驗需求，同時為公司創(chuàng)造了較好的經(jīng)濟效益和社會效益。