285/70R19.5全鋼載重子午線輪胎的設(shè)計(jì)

張春穎，丁海楠，李福香，王秀梅，陳紅文

（青島雙星輪胎工業(yè)有限公司，山東 青島 266400）

隨著全球經(jīng)濟(jì)一體化的快速發(fā)展，綠色輪胎已成為當(dāng)今輪胎發(fā)展的主流方向，為搶占?xì)W洲高端輪胎市場(chǎng)，提高輪胎市場(chǎng)占有率，提升產(chǎn)品檔次，我公司開(kāi)發(fā)了一系列高檔低斷面無(wú)內(nèi)胎全鋼載重子午線輪胎，其中285/70R19.5規(guī)格輪胎在歐洲市場(chǎng)銷量較大。該輪胎主要用于運(yùn)輸車輛，安裝于拖輪位，能夠有效降低汽車底盤，減小滾動(dòng)阻力，降低油耗。285/70R19.5全鋼載重子午線輪胎自投放市場(chǎng)以來(lái)，深受用戶歡迎，并且取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益，現(xiàn)將其設(shè)計(jì)情況簡(jiǎn)介如下。

1 技術(shù)要求

參考《歐洲輪胎輪輞技術(shù)組織標(biāo)準(zhǔn)手冊(cè)（ETRTO）2008》，確定285/70R19.5全鋼載重子午線輪胎的設(shè)計(jì)參數(shù)為：標(biāo)準(zhǔn)輪輞 8.25，充氣外直徑（D′） （895±11.9） mm，充氣斷面寬（B′） （283±11.3） mm，標(biāo)準(zhǔn)充氣壓力 900 kPa，標(biāo)準(zhǔn)負(fù)荷 3350 kg，負(fù)荷指數(shù) 150。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 外直徑（D）和斷面寬（B）

根據(jù)以往設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，全鋼載重子午線輪胎的充氣外直徑變化不大。為了確保成品輪胎的D′在標(biāo)準(zhǔn)中值895 mm偏下，設(shè)計(jì)時(shí)選取比標(biāo)準(zhǔn)值稍小，以便成本最低且性能不變。綜合考慮，本次設(shè)計(jì)D取892 mm，外直徑膨脹率（D′/D）為1.003。

輪胎的斷面寬變化率稍大于外直徑變化率，且B值的選取必須根據(jù)胎圈著合寬度（C）的設(shè)計(jì)而定，當(dāng)C取值比標(biāo)準(zhǔn)值大12.7 mm（0.5英寸）時(shí)，則B的取值比標(biāo)準(zhǔn)值大6.35 mm（0.25英寸）。為了確保輪胎的B′在283 mm以下，本次設(shè)計(jì)B取284 mm，斷面寬膨脹率（B′/B）為0.996。

2.2 行駛面寬度（b）和弧度高（h）

b值的選取主要考慮輪胎與地面接觸時(shí)的壓力分布均勻性，確保輪胎胎面均勻磨耗。b取值與C值的設(shè)計(jì)相關(guān)，為確保輪胎在充氣狀態(tài)下的平衡性，減少使用過(guò)程中造成的胎肩部位應(yīng)力集中，使其行駛面受力均勻且高速性能又好，b值的選取應(yīng)綜合考慮多種因素的平衡，確保各種性能配合比最佳。b的取值應(yīng)與C值接近，本次設(shè)計(jì)b取235 mm，則b/B為0.8275。

h的取值非常重要，取值合理則輪胎接地形狀為矩形，輪胎胎面磨損均勻；取值過(guò)大會(huì)導(dǎo)致胎面冠部磨損，取值過(guò)小會(huì)導(dǎo)致胎肩磨損，均會(huì)造成畸形磨損，故在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮這些因素的影響，使其能抵消部分變形。綜合考慮，h值不宜取大，本次設(shè)計(jì)h取8 mm。

2.3 胎圈著合直徑（d）和C

輪胎胎圈部位的設(shè)計(jì)尺寸主要根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)輪輞曲線而設(shè)計(jì)。無(wú)內(nèi)胎輪胎要確保其氣密性好，且與輪輞的配合完美，而密封性主要依靠胎圈與輪輞的配合實(shí)現(xiàn)。為確保輪胎的氣密性，胎圈與輪輞采用過(guò)盈配合設(shè)計(jì)，本次設(shè)計(jì)d取493.3 mm，過(guò)盈量為2 mm。

C值選取宜采用比標(biāo)準(zhǔn)值（209.55 mm）大12.7 mm（0.5英寸）設(shè)計(jì)。綜合考慮，本次設(shè)計(jì)C取222 mm。

2.4 斷面水平軸位置（H1/H2）

斷面水平軸的選取至關(guān)重要，水平軸位置過(guò)低，容易造成胎圈部位應(yīng)力集中，導(dǎo)致胎圈裂口；水平軸位置過(guò)高，會(huì)造成應(yīng)力集中于胎肩部位，導(dǎo)致胎肩脫層。故水平軸位置的選取應(yīng)結(jié)合材料布置，使其最大變形部位在胎側(cè)最薄部位，一般H1/H2取值接近于1，本次設(shè)計(jì)H1/H2取1.034。輪胎斷面結(jié)構(gòu)示意見(jiàn)圖1。

圖1 輪胎斷面結(jié)構(gòu)示意

2.5 胎面花紋

胎面花紋的設(shè)計(jì)主要根據(jù)輪位、路況及車輛性能要求，其中要求綠色環(huán)保，且要滿足低噪聲、低滾動(dòng)阻力、抗?jié)窕葪l件，且要保證車輛的安全性能。該規(guī)格的輪胎主要出口歐洲，用于大型箱式貨車拖輪位，且歐洲路面情況較好，故花紋設(shè)計(jì)采用4條縱向花紋為主，中間加以橫向鋼片，用于打破水膜，增強(qiáng)胎面的柔軟性，增加對(duì)地面的抓著力；采用變節(jié)距設(shè)計(jì)，無(wú)序排列，以減小噪聲；在胎肩部位開(kāi)設(shè)用于散熱的溝槽，可減少胎肩脫層，既美觀、又能節(jié)約膠料。花紋深度為15 mm，花紋周節(jié)數(shù)為55，花紋飽和度為76.7%。胎面花紋平面展開(kāi)如圖2所示，花紋立體效果照片如圖3所示。

圖2 胎面花紋展開(kāi)示意

圖3 胎面花紋立體效果照片

3 施工設(shè)計(jì)

3.1 胎面

胎面采用三方四塊結(jié)構(gòu)，雙復(fù)合擠出機(jī)擠出，胎面下貼膠片工藝。胎面半成品冠部寬度與成品行駛面寬度的比值為0.90，肩部厚度為中部厚度的1.5倍。

3.2 帶束層

帶束層骨架材料的選取主要考慮輪胎的強(qiáng)度、抗沖擊性能以及滾動(dòng)阻力，選取的材料和角度均影響輪胎的接地性能。本次設(shè)計(jì)采用3層帶束層＋0°帶束層結(jié)構(gòu)，1#帶束層采用3×0.20＋6×0.35HT鋼絲簾線，裁斷角度為24°；2#帶束層采用3＋9＋15×0.22＋0.15鋼絲簾線，裁斷角度為15°；3#帶束層采用5×0.30HI鋼絲簾線，裁斷角度為15°；0°帶束層采用3×7×0.20HE鋼絲簾線。帶束層安全倍數(shù)達(dá)到7.1，符合使用要求。

3.3 胎體

胎體簾線的選取主要根據(jù)輪胎的充氣壓力與負(fù)荷計(jì)算輪胎的安全倍數(shù)，確保輪胎內(nèi)部承受氣體的壓力，為輪胎提供支撐性能，必須有足夠的強(qiáng)度，安全倍數(shù)至少在5以上，以保障輪胎使用的安全性。本次設(shè)計(jì)胎體采用3＋9＋15×0.175NT鋼絲簾線，安全倍數(shù)為7.3，滿足使用要求。

3.4 胎圈

鋼絲圈的設(shè)計(jì)主要參考來(lái)自車體的重力，支撐整個(gè)車重和輪輞的合理配合，確保車輛安全行駛。因?yàn)闊o(wú)內(nèi)胎過(guò)盈量較大，故安全倍數(shù)宜大些。本設(shè)計(jì)鋼絲圈采用Φ1.55 mm高強(qiáng)度回火胎圈鋼絲，排列形式為6-7-8-9-10-9-8-7-6，共70根，鋼絲圈直徑為497.3 mm，安全倍數(shù)為7.2。

3.5 成型與硫化

成型采用一次法膠囊鼓反包成型機(jī)，機(jī)頭直徑為466 mm，機(jī)頭寬度為596 mm，采用側(cè)包冠成型工藝。

硫化采用蒸鍋式硫化機(jī)，硫化條件為：外部蒸汽壓力 （0.39±0.02） MPa，外溫 （151±2） ℃，內(nèi)部過(guò)熱水壓力 （2.6±0.1） MPa，內(nèi)溫 （171±2） ℃，蒸氣冷凝水溫度不低于147 ℃，總硫化時(shí)間 50 min。

4 成品性能

4.1 充氣外緣尺寸

安裝于標(biāo)準(zhǔn)輪輞的成品輪胎在標(biāo)準(zhǔn)充氣壓力下的充氣外直徑和斷面寬分別為893和283 mm，符合設(shè)計(jì)要求。

4.2 強(qiáng)度性能

按照GB/T 4501—2008進(jìn)行成品輪胎強(qiáng)度性能試驗(yàn)，試驗(yàn)條件為：充氣壓力 900 kPa，壓頭直徑 38 mm。試驗(yàn)結(jié)果表明，成品輪胎最小破壞能達(dá)到4095.4 J，為國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)值（2203 J）的185.9%。成品輪胎的強(qiáng)度性能良好，符合國(guó)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試驗(yàn)，試驗(yàn)條件為：充氣壓力 900 kPa，額定負(fù)荷 3350 kg。完成規(guī)定程序后，每行駛10 h負(fù)荷率增大10%繼續(xù)進(jìn)行試驗(yàn)，直到輪胎跑壞為止。試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，輪胎累計(jì)行駛時(shí)間為87.7 h，輪胎狀況為胎面脫層。成品輪胎的耐久性能良好，符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求。

4.4 高速性能

按照企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行成品輪胎高速性能試驗(yàn)，試驗(yàn)條件為：充氣壓力 900 kPa，試驗(yàn)負(fù)荷 3350 kg，初始速度 80 km·h-1。行駛2 h后當(dāng)速度達(dá)到90 km·h-1時(shí)，每行駛0.5 h速度提升10 km·h-1繼續(xù)進(jìn)行試驗(yàn)，直到輪胎損壞為止。試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，輪胎最高行駛速度為120 km·h-1，行駛時(shí)間為3 min。成品輪胎的高速性能良好，符合企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（≥100 km·h-1）要求。

5 結(jié)語(yǔ)

285/70R19.5全鋼載重子午線輪胎的充氣外緣尺寸符合設(shè)計(jì)要求，強(qiáng)度性能和耐久性能均符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求，高速性能符合企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求。該規(guī)格輪胎花紋外觀設(shè)計(jì)美觀，產(chǎn)品耐磨性較好，綜合里程高，自投放歐洲市場(chǎng)以來(lái)，得到了客戶的好評(píng)，為公司出口歐洲市場(chǎng)增加了新的亮點(diǎn)，為公司創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

第19屆中國(guó)輪胎技術(shù)研討會(huì)論文