11.00R20 18PR全鋼輕型載重子午線輪胎的設(shè)計(jì)

景 瑜，姜張華，譚 林

（貴州輪胎股份有限公司，貴州 貴陽 550008）

為滿足客戶要求，結(jié)合當(dāng)前市場(chǎng)情況，我公司開發(fā)了11.00R20 18PR全鋼輕型載重子午線輪胎?，F(xiàn)將其設(shè)計(jì)情況簡(jiǎn)要介紹如下。

1 技術(shù)要求

根據(jù)GB/T 2977—2008《載重汽車輪胎規(guī)格、尺寸、氣壓與負(fù)荷》，確定11.00R20 18PR全鋼輕型載重子午線輪胎的技術(shù)參數(shù)如下：標(biāo)準(zhǔn)輪輞8.0，充氣外直徑（D′）1 085（1 069～1 102） mm，充氣斷面寬度（B′）293（281.3～304.7） mm，標(biāo)準(zhǔn)充氣壓力930 kPa，標(biāo)準(zhǔn)負(fù)荷3 550 kg。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 外直徑（D）和斷面寬度（B）

根據(jù)全鋼輕型載重子午線輪胎充氣特性和車輛實(shí)際使用情況，結(jié)合我公司的工藝條件以及相近規(guī)格產(chǎn)品的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，本次設(shè)計(jì)外直徑膨脹率（D′/D）取1.003，則D為1 081.2mm。

考慮子午線輪胎B′受輪胎輪廓和骨架材料影響，以及輪胎實(shí)際使用負(fù)荷需要，本次設(shè)計(jì)B取288 mm。

2.2 行駛面寬度（b）和弧度高（h）

b和h影響輪胎抓著性能、轉(zhuǎn)向性能、牽引性能和磨耗性能等。增大B值，減小h值，可以較大幅度增大輪胎接地面積，滿足接地均勻和耐磨性能，本次設(shè)計(jì)h取7.0 mm，b取195 mm。

2.3 胎圈著合直徑（d）和著合寬度（C）

為保證輪胎與輪輞緊密配合，減小相互之間的位移與摩擦，輪胎與輪輞采用過盈配合。輪輞直徑為514.4 mm，本次設(shè)計(jì)d取511 mm。

趾口位置形狀影響輪胎剛度和承載性能，結(jié)合輪輞尺寸，本次設(shè)計(jì)C取216 mm。

2.4 斷面水平軸位置（H1/H2）

斷面水平軸是輪胎斷面最寬處，胎側(cè)最薄處，變形量最大處，H1/H2影響輪胎胎圈與胎肩部位應(yīng)力分布。為增強(qiáng)該規(guī)格輪胎承載能力，將斷面水平軸往上移，以減小胎圈部位應(yīng)力，提高承載能力。H1/H2一般為0.9～1.2，綜合考慮使用要求和耐久性能等，本次設(shè)計(jì)H1/H2取1.16。輪胎斷面如圖1所示。

圖1 輪胎斷面示意

2.5 胎面花紋

胎面花紋影響輪胎操縱性能、抓著性能、舒適性能、轉(zhuǎn)向性能、安全性能和噪聲性能等。結(jié)合輪胎使用需要，本次設(shè)計(jì)采用全輪位的條形花紋，4條曲折溝，可同時(shí)滿足輪胎導(dǎo)向和牽引性能，提高花紋抓著性能；中間花紋塊鑲鋼片和邊部花紋溝鑲鋼片，有利于胎面散熱，避免不規(guī)則磨損，提高排水能力；采用曲折花紋溝底，增大花紋塊強(qiáng)度且起防夾石子作用?；y采用等節(jié)距設(shè)計(jì)，花紋深度為14 mm，花紋飽和度為80%。胎面花紋展開如圖2所示，實(shí)際形狀如圖3所示。

圖 2 胎面花紋展開示意

圖 3 胎面花紋實(shí)際形狀

2.6 有限元分析

利用有限元分析軟件分析輪胎充氣輪廓及胎肩和胎圈部位受力情況，通過優(yōu)化設(shè)計(jì)，確定輪胎輪廓及骨架材料等參數(shù)。輪胎胎肩應(yīng)力有限元分析如圖4所示。

圖4 胎肩有限元應(yīng)力分析

3 施工設(shè)計(jì)

3.1 胎面

本次設(shè)計(jì)胎面采用雙層結(jié)構(gòu)，同時(shí)滿足耐磨性能和散熱要求，提高輪胎耐久性能。胎面采用熱喂料和冷喂料雙復(fù)合擠出機(jī)擠出。胎面總寬度為250 mm，冠部寬度為180 mm，中間厚度為15 mm，肩部厚度為25 mm。胎面結(jié)構(gòu)示意如圖5所示。

圖5 胎面結(jié)構(gòu)示意

3.2 胎體

胎體骨架材料影響輪胎胎側(cè)剛性、轉(zhuǎn)向性能和操縱穩(wěn)定性。根據(jù)以往設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，胎體采用3+9+15×0.22HT鋼絲簾線，安全倍數(shù)達(dá)到7.5。

3.3 帶束層

帶束層骨架材料決定冠部強(qiáng)度和剛度，影響輪胎磨耗、轉(zhuǎn)向和安全等性能。本次設(shè)計(jì)采用3層帶束層+0°帶束層結(jié)構(gòu)，1#帶束層（工作層）采用3+8×0.33HT鋼絲簾線，密度為42根·dm-1，裁斷角度為24°；2#帶束層（工作層）采用3+8×0.33HT鋼絲簾線，密度為42根·dm-1，裁斷角度為15°；3#帶束層（保護(hù)層）采用5×0.30HE鋼絲簾線，密度為40根·dm-1，裁斷角度為15°；0°帶束層采用3×7×0.20HT鋼絲簾線，雙邊雙層16根纏繞。帶束層安全倍數(shù)達(dá)到7.5。

3.4 胎圈

胎圈采用六角形鋼絲圈結(jié)構(gòu)，鋼絲直徑為1.83 mm，覆膠鋼絲直徑為2.0 mm，排列形式為5-6-7-8-7-6-5-4，鋼絲根數(shù)為48，安全倍數(shù)達(dá)到5.5。

3.5 成型工藝

成型采用MATATOR三鼓一次法成型機(jī)，機(jī)頭直徑為480 mm，機(jī)頭寬度為686 mm。冠部采用側(cè)包冠方式，半成品部件接頭按固定角度錯(cuò)開分布，各型膠接頭自動(dòng)滾壓，鋼絲簾布自動(dòng)定長裁斷，保證胎坯成型精度，保證輪胎成品質(zhì)量和動(dòng)平衡等性能。

3.6 硫化工藝

硫化采用桂林橡膠機(jī)械有限公司的雙模熱板B型硫化機(jī)，硫化條件為：內(nèi)溫（170±3） ℃，模套蒸汽溫度（150±3） ℃，二次水壓力（2.6±0.1）MPa，外部蒸汽壓力（0.35±0.02） MPa，總硫化時(shí)間46 min。硫化輪胎無過硫、無缺膠現(xiàn)象。

4 成品性能

4.1 外緣尺寸

按照GB/T 521—2012《輪胎外緣尺寸測(cè)量方法》，對(duì)裝配在標(biāo)準(zhǔn)輪輞上充標(biāo)準(zhǔn)氣壓的輪胎進(jìn)行測(cè)量，測(cè)得的D′為1 085 mm，B′為288 mm。這表明，輪胎的充氣外緣尺寸符合設(shè)計(jì)要求。

4.2 強(qiáng)度性能

按照GB/T 4501—2008《載重汽車輪胎性能室內(nèi)試驗(yàn)方法》進(jìn)行成品輪胎強(qiáng)度測(cè)試，充氣壓力為930 kPa，壓頭直徑為38 mm。試驗(yàn)輪胎的破壞能為5 050 J，為國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值（2 825 J）的178.8%。這表明，輪胎強(qiáng)度性能符合國家標(biāo)準(zhǔn)要求。

4.3 耐久性能

按照GB/T 4501—2008進(jìn)行成品輪胎耐久性能測(cè)試，測(cè)試條件如表1所示，在達(dá)到第3階段的試驗(yàn)時(shí)間后繼續(xù)試驗(yàn)，直至輪胎破壞為止。試驗(yàn)輪胎累計(jì)行駛時(shí)間為185.53 h，累計(jì)行駛里程為9 276 km，破壞形式為肩部開裂。這表明，成品輪胎耐久性能符合并超過國家標(biāo)準(zhǔn)要求。

表 1 成品輪胎耐久性能試驗(yàn)條件

5 結(jié)語

11.00R20 18PR全鋼輕型載重子午線輪胎的充氣外緣尺寸、強(qiáng)度性能和耐久性能達(dá)到設(shè)計(jì)或國家標(biāo)準(zhǔn)要求。

該系列產(chǎn)品投放市場(chǎng)后，由于較高的性價(jià)比，得到客戶的認(rèn)可，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。