王 雪，鞠 浩，孫宗濤，呂 偉，曲家玉，任世奪，黃孝鵬

[浦林成山（山東）輪胎有限公司，山東 榮成 264300]

隨著市場發(fā)展，輪胎逐漸向著子午化、無內(nèi)胎化、低扁平化、單胎化等趨勢發(fā)展[1-2]。寬基輪胎采用單胎方式替代普通斷面輪胎的雙胎并裝方式，具有承載能力高、質(zhì)量小、維護(hù)保養(yǎng)便利以及滾動阻力和油耗低的優(yōu)勢，同時可以解決因雙胎并裝而引起的輪胎異常磨損等問題[3-5]。雖然寬基輪胎具有較多優(yōu)勢，但輪胎低扁平化、高負(fù)荷和深花紋溝會影響其耐久性能[6-8]。為適應(yīng)俄羅斯市場需求，我公司將385/65R22.5 AM211寬基子午線輪胎由20PR增大至24PR，單胎負(fù)荷由4 500 kg提升至5 000 kg。該輪胎多用于驅(qū)動輪位，花紋深度較大，對耐久性能提出了更高的要求。

本工作從骨架材料、胎肩墊膠、胎面和帶束層寬度等方面入手，進(jìn)行提高385/65R22.5 24PR 164J AM211寬基子午線輪胎耐久性能的研究。

1 骨架材料

1.1 帶束層

采用4層帶束層結(jié)構(gòu)，1#—3#帶束層均使用3 ＋8×0.33HT 鋼絲簾線，4#帶束層使用5×0.35HT鋼絲簾線，帶束層安全倍數(shù)為6.8，滿足研發(fā)要求[9-12]。

1.2 胎體

胎體采用3＋9＋15×0.20ST鋼絲簾線，安全倍數(shù)為9.2，滿足研發(fā)要求。

1.3 胎圈

鋼絲圈采用Φ1.83 mm胎圈鋼絲，排列方式為8-9-10-11-10-9，共57根。鋼絲圈安全倍數(shù)為8.0，滿足研發(fā)要求[9-12]。

通過對上述骨架材料進(jìn)行評估，決定保持原有骨架材料不變，即24PR和20PR的385/65R22.5 AM211輪胎采用相同的骨架材料。

2 胎肩墊膠

胎肩墊膠結(jié)構(gòu)如圖1所示。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，385/65R22.5 24PR輪胎的胎肩墊膠最大厚度仍保持6 mm比較適宜。

圖1 胎肩墊膠結(jié)構(gòu)示意

3 胎面

結(jié)合該輪胎實(shí)際接地印痕略微內(nèi)凹的特征，實(shí)際斷面肩部花紋溝底膠厚度略大，因此對胎面肩部口型設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，如圖2所示，即胎面肩部最大厚度由25.5 mm降至24.5 mm。

圖2 胎面肩部口型示意

4 帶束層寬度

全鋼子午線輪胎帶束層設(shè)計(jì)時要充分考慮各帶束層端點(diǎn)間的差級、帶束層端點(diǎn)與花紋溝的避讓問題，2#帶束層寬度與行駛面寬度之比（c）及胎冠與胎側(cè)的剛度比。本次設(shè)計(jì)帶束層寬度調(diào)整方案如表1所示。采用有限元分析軟件對胎肩部位進(jìn)行仿真分析，對比帶束層寬度對輪胎外緣尺寸及胎肩部位應(yīng)變能密度的影響，結(jié)果如表2所示。不同方案輪胎胎肩部位剪切應(yīng)變云圖如圖3所示。

表1 帶束層寬度調(diào)整方案

表2 帶束層寬度對輪胎外緣尺寸及胎肩部位應(yīng)變能密度影響的有限元分析結(jié)果

圖3 不同方案輪胎胎肩部位剪切應(yīng)變云圖

從表1和2以及圖3可以得出以下結(jié)論。

（1）方案1—4帶束層寬度調(diào)整對輪胎充氣斷面寬與充氣外直徑影響不大。

（2）與原方案相比，方案1增大了1#帶束層與2#帶束層、2#帶束層與3#帶束層的端點(diǎn)差值，由原來的10 mm差值調(diào)整到13 mm。方案1輪胎的胎肩部位應(yīng)變能密度小于原方案輪胎，表明適當(dāng)增大1#帶束層與2#帶束層、2#帶束層與3#帶束層的端點(diǎn)差值有助于提高輪胎的耐久性能。

（3）與方案1相比，方案2考慮到帶束層端點(diǎn)要避開花紋溝，將4#帶束層寬度減小。方案2輪胎胎肩部位的應(yīng)變能密度小于方案1輪胎，方案2輪胎的耐久性能優(yōu)于方案1輪胎。

（4）方案2—4。在保證1#帶束層與2#帶束層、2#帶束層與3#帶束層端點(diǎn)差值為13 mm，4#帶束層寬度不變的條件下，對c進(jìn)行了調(diào)整，分別為91%，89%，86%。結(jié)果表明，c越小，輪胎胎肩部位的應(yīng)變能密度越小，越有利于提高輪胎的耐久性能，理論上，方案4輪胎的耐久性能最佳。

可見，并非帶束層寬度越大，對輪胎的耐久性能越有利，而合理的帶束層寬度配置既有利于提高輪胎的耐久性能，又可以節(jié)約生產(chǎn)成本。

5 輪胎的耐久性能

采用優(yōu)化胎面肩部口型設(shè)計(jì)和方案4試制385/65R22.5 24PR 164J AM211輪胎（其他半成品施工、成型和硫化工藝與原方案輪胎一致）進(jìn)行耐久性能測試，試驗(yàn)條件如表3所示。

表3 輪胎的耐久性能試驗(yàn)條件

輪胎耐久性能試驗(yàn)結(jié)果表明：試驗(yàn)輪胎累計(jì)行駛時間為78 h，輪胎損壞形式為輪胎脫層；原方案輪胎累計(jì)行駛時間為60 h，輪胎損壞形式為胎冠爆破，可見通過對胎面肩部口型及帶束層寬度進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，輪胎的耐久性能顯著提高，增幅為30%，不僅達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)要求的47 h，而且達(dá)到了企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求的67 h，可以進(jìn)入投產(chǎn)階段。

6 結(jié)論

本工作從骨架材料、胎肩墊膠、胎面和帶束層寬度等方面入手，結(jié)合有限元分析技術(shù)進(jìn)行提高輪胎耐久性能的研究。通過對胎面肩部口型及帶束層寬度進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，顯著提高了385/65R22.5 24PR AM211寬基子午線輪胎的耐久性能，提高了產(chǎn)品的市場競爭力，同時優(yōu)化了生產(chǎn)成本。