315/80R22.5寬行駛面無內(nèi)胎全鋼載重子午線輪胎的設(shè)計(jì)

常素玲，何孟闖，徐 寧，鄭志超，袁奐馨

（陜西延長石油集團(tuán)橡膠有限公司，陜西 咸陽 712000）

隨著國家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，全鋼載重子午線輪胎發(fā)展迅速。無內(nèi)胎、扁平化、寬行駛面、重載化成為發(fā)展趨勢，耐磨性能和載重性能優(yōu)異的無內(nèi)胎輪胎具有絕對的競爭力[1-3]。為適應(yīng)市場需求，我公司開發(fā)了諸多規(guī)格輪胎。其中，315/80R22.5寬行駛面無內(nèi)胎載重子午線輪胎主要用于大型客車和貨車，具有承載能力大、行駛速度快、使用時(shí)間長的優(yōu)勢，在目前輪胎市場上具有很強(qiáng)的競爭力，為我國先進(jìn)技術(shù)產(chǎn)品，現(xiàn)將其設(shè)計(jì)情況簡介如下。

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315/80R22.5 18PR全鋼載重子午線輪胎的技術(shù)參數(shù)如下：標(biāo)準(zhǔn)輪輞 9.00，充氣外直徑（D′） 1 076（1 063 ～1 094） mm，充氣斷面寬（B′） 312（300～324） mm，標(biāo)準(zhǔn)充氣壓力 830 kPa，標(biāo)準(zhǔn)負(fù)荷 3 750 kg。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 外直徑（D）和斷面寬（B）

全鋼載重子午線輪胎因?yàn)殇摻z帶束層的作用，充氣后徑向變化很小，這也是全鋼載重子午線輪胎的優(yōu)勢。而且根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，適當(dāng)增大D可以提高輪胎的負(fù)荷能力。因此，本設(shè)計(jì)外直徑膨脹率（D′/D）取0.998，斷面寬膨脹率（B′/B）取1.02，經(jīng)計(jì)算，D為1 078 mm，B為306 mm。

2.2 行駛面寬度（b）和弧度高（h）

b和h是胎冠輪廓的主要參數(shù)，決定輪胎接地面的形狀和大小，合理的取值可以優(yōu)化輪胎的冠部性能，提高耐磨性能。根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，本設(shè)計(jì)b和h分別取255和8.8 mm。

2.3 胎圈著合直徑（d）和著合寬度（C）

d的取值既要滿足輪胎裝卸要求，又要使輪胎與輪輞緊密配合。d對輪胎性能有很大影響，過小則不便于安裝，影響輪胎安全性能；過大則使輪胎不易與輪輞緊密配合，造成無內(nèi)胎輪胎漏氣，甚至導(dǎo)致嚴(yán)重的胎圈問題。根據(jù)輪胎和輪輞的使用情況，d比輪輞直徑小1～2 mm，本設(shè)計(jì)d取369.5 mm。

C按照“預(yù)應(yīng)力設(shè)計(jì)法”進(jìn)行設(shè)計(jì)，即C與標(biāo)準(zhǔn)輪輞寬度之差為12.7～50.8 mm（0.5～2英寸）。用預(yù)應(yīng)力設(shè)計(jì)法對無內(nèi)胎子午線輪胎進(jìn)行設(shè)計(jì)，可使胎圈兩邊緣緊貼輪輞，保證無內(nèi)胎的氣密性。本設(shè)計(jì)C放大13.4 mm，取242 mm。

2.4 斷面水平軸位置（H1/H2）

斷面水平軸是輪胎充氣后法向變形最大的位置，也是子午線輪胎最薄的部位。本設(shè)計(jì)為載重子午線輪胎，故斷面最寬點(diǎn)應(yīng)高一些，以減小下胎側(cè)和胎圈的應(yīng)力，有利于提高胎圈的耐久性能。子午線輪胎的H1/H2通常取0.9～1.02，本設(shè)計(jì)H1/H2取0.963。

2.5 胎面花紋

針對長途運(yùn)輸客車和貨車的導(dǎo)向輪和拖車輪，胎面花紋采用3條縱向折溝，花紋深度為17 mm，花紋飽和度為76.3%，花紋周節(jié)數(shù)為100。采取變節(jié)距設(shè)計(jì)，可以降低輪胎的噪聲。為避免發(fā)生偏磨現(xiàn)象，花紋采取折溝設(shè)計(jì)，并在花紋接地壓力較大的部位增設(shè)一些細(xì)溝，以減小接地面積和分散接地壓力。采用半封閉的肩部花紋設(shè)計(jì)，還可以使輪胎具有優(yōu)異的操縱性能和防側(cè)滑能力，并提高輪胎肩部散熱能力，有利于提高輪胎的高速性能。胎面花紋展開示意如圖1所示。

圖1 胎面花紋展開示意

3 施工設(shè)計(jì)

3.1 胎面

該輪胎用于長途運(yùn)輸客車和貨車，因此，胎面基部膠采用低生熱膠料配方，并采用貫通型結(jié)構(gòu)，以提高輪胎的高速性能和耐久性能。胎側(cè)采用三復(fù)合結(jié)構(gòu)，在胎圈反包處增設(shè)胎側(cè)填充膠使材料合理分布，以大幅提高胎圈的耐久性能。

3.2 胎體

胎體作為子午線輪胎的主要受力部件，應(yīng)具有高強(qiáng)度和良好的耐疲勞性能，以保證輪胎在使用過程中的尺寸穩(wěn)定性，并且賦予輪胎優(yōu)良的舒適性能和牽引性能。因此，本設(shè)計(jì)胎體骨架材料選擇0.25+（6+12）×0.225HT鋼絲簾線，鋼絲簾布?jí)貉雍穸葹?.3 mm。

3.3 帶束層

帶束層是子午線輪胎冠部的主要受力部件，在輪胎冠部呈小角度周向排列，以保證輪胎徑向尺寸。因此，合理選用帶束層鋼絲簾線對輪胎使用性能有很大影響。對帶束層鋼絲簾線的要求為：高強(qiáng)度，低伸張變形，良好的粘合、耐疲勞、耐銹蝕和耐化學(xué)腐蝕性能。本設(shè)計(jì)1#帶束層采用0.365+6×0.35BETRU?鋼 絲簾線，2#和3#帶 束層采用3+8×0.33HT鋼絲簾線，4#帶束層采用5×0.35HI鋼絲簾線。

3.4 胎圈

胎圈性能決定輪胎性能的優(yōu)劣，因此胎圈設(shè)計(jì)應(yīng)保證如下兩點(diǎn)：（1）由于胎圈部位是輪胎的主要受力部位，因此胎圈部位必須加強(qiáng)；（2）胎圈到上胎側(cè)必須合理過渡，以保證輪胎的行駛性能。

根據(jù)以上原則，本設(shè)計(jì)輪胎除胎圈采用軟硬膠膠芯配合外，還采用剛性較大、伸張較低的鋼絲加強(qiáng)層，合理配置胎體與鋼絲加強(qiáng)層位置，確保輪胎的胎圈性能和行駛性能均達(dá)到最佳。

另外，鋼絲圈采用斜六角形結(jié)構(gòu)，具有強(qiáng)度大、制造方便和生產(chǎn)效率高的優(yōu)點(diǎn)，可以有效保證胎圈底部接觸面與輪輞曲線配合良好。

3.5 成型

成型是子午線輪胎生產(chǎn)的一個(gè)重要工序，成型工藝直接影響成品輪胎的使用性能。本設(shè)計(jì)采用一次法成型機(jī)成型，設(shè)備工藝參數(shù)穩(wěn)定，定位精度高，成型部件貼合密實(shí)。

3.6 硫化

采用1 612.9 mm（63.5英寸）雙模蒸鍋式硫化機(jī)進(jìn)行硫化，為保證輪胎外觀質(zhì)量良好和內(nèi)部材料分布均勻，采用二次定型工藝。硫化條件為：外溫 （147±2） ℃，外壓 （0.37±0.03） MPa，內(nèi)溫 （172±2）℃，內(nèi)壓 （2.6±0.03） MPa，硫化時(shí)間 53 min。

4 成品性能

4.1 充氣外緣尺寸

在充氣壓力為830 kPa下，安裝在標(biāo)準(zhǔn)輪輞上的成品輪胎D′為1 079.6 mm，B′為306.2 mm，D′和B′均符合國家標(biāo)準(zhǔn)要求。

4.2 強(qiáng)度性能

成品輪胎強(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)行測定，結(jié)果如表1所示。

表1 成品輪胎強(qiáng)度性能試驗(yàn)結(jié)果

從表1可以看出，試驗(yàn)點(diǎn)1—4的破壞能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)值（2 090 J）要求，試驗(yàn)點(diǎn)5的破壞能為標(biāo)準(zhǔn)值的2.81倍。

4.3 耐久性能

成品輪胎耐久性能試驗(yàn)按照企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，試驗(yàn)條件與結(jié)果如表2所示。

表2 成品輪胎耐久性能試驗(yàn)條件與結(jié)果

從表2可以看出，輪胎累計(jì)行駛時(shí)間為102.8 h，累計(jì)行駛里程為6 682 km，達(dá)到企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求。

4.4 速度性能

成品輪胎速度性能試驗(yàn)按照企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，試驗(yàn)條件與結(jié)果如表3所示。

表3 成品輪胎速度性能試驗(yàn)條件與結(jié)果

從表3可以看出，輪胎在試驗(yàn)速度為150 km·h-1下行駛了0.4 h，達(dá)到企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)在試驗(yàn)速度為140 km·h-1階段行駛時(shí)間不短于0.3 h的要求。

5 結(jié)語

315/80R22.5 18PR寬行駛面無內(nèi)胎全鋼載重子午線輪胎的充氣外緣尺寸、強(qiáng)度性能、耐久性能和速度性能達(dá)到相應(yīng)國家標(biāo)準(zhǔn)或企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求，產(chǎn)品已投放市場，在載重及耐磨性能方面反映良好，深受用戶青睞，創(chuàng)造了良好的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。