195/60R15 88T高操控高防滑雪地輪胎的設(shè)計(jì)

唐 鵬

（四川海大橡膠集團(tuán)有限公司，四川 簡(jiǎn)陽(yáng) 641402）

隨著歐洲對(duì)冬季輪胎使用要求的提高，特別是加拿大、挪威、瑞典等國(guó)家冬季幾乎全部被冰雪覆蓋，政府頒布法令，要求在冬天強(qiáng)制使用冬季輪胎[1]。結(jié)合當(dāng)前市場(chǎng)情況，重點(diǎn)面向歐洲出口，同時(shí)兼顧國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，我公司開(kāi)發(fā)了195/60R15 88T高操控高防滑雪地輪胎，現(xiàn)將輪胎的設(shè)計(jì)情況介紹如下。

1 技術(shù)要求

根據(jù)歐洲ETRTO—2018標(biāo)準(zhǔn)，并參照美國(guó)TRA 2012標(biāo)準(zhǔn)，確定195/60R15 88T雪地輪胎的技術(shù)參數(shù)為：標(biāo)準(zhǔn)輪輞 6J，充氣外直徑（D′）（615±7） mm，充氣斷面寬（B′） （201±8） mm，標(biāo)準(zhǔn)負(fù)荷 560 kg，標(biāo)準(zhǔn)充氣壓力 250 kPa。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

采用最佳張力輪廓設(shè)計(jì)原理進(jìn)行產(chǎn)品輪廓設(shè)計(jì)，使輪胎的胎肩-胎側(cè)-胎圈形成“剛-柔-剛”匹配，即帶束層端點(diǎn)的張力提升，胎圈部分剛性提高，胎側(cè)張力相對(duì)減小，以保證在冰雪路面有良好的操控性能。輪胎的整體力學(xué)特性借助有限元力學(xué)分析軟件和模擬試驗(yàn)軟件進(jìn)行驗(yàn)證和改進(jìn)。

2.1 外直徑（D）和斷面寬（B）

子午線輪胎胎體簾線的變形和徑向變化受剛性較大的帶束層限制，在充氣狀態(tài)下D基本不變或略有增大，B則隨著胎體簾線的不同而不同。考慮到輪胎硫化時(shí)不進(jìn)行后充氣，根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，D取613 mm，B取204 mm。

2.2 行駛面寬度（b）和弧度高（h）

b和h影響輪胎抓著性、轉(zhuǎn)向性、牽引力、耐磨性能等。一般來(lái)說(shuō)，增大b、減小h，可以有效增大輪胎的接地面積、減小平均接地壓力，從而提高輪胎的耐磨性能。輪廓設(shè)計(jì)則是輪胎接地印痕是否理想的關(guān)鍵因素。通過(guò)有限元仿真分析優(yōu)化設(shè)計(jì)，確定b取158 mm，h取7 mm。

2.3 胎圈著合直徑（d）和著合寬度（C）

為保證輪胎與輪輞間緊密配合，防止使用過(guò)程中輪胎與輪輞發(fā)生相對(duì)位移，本次設(shè)計(jì)輪胎與輪輞采取過(guò)盈配合方式。輪輞直徑為380.2 mm，則d取379 mm。

胎趾位置和形狀影響輪胎剛度和承載性能，結(jié)合輪輞尺寸及設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，本次設(shè)計(jì)C采用加寬設(shè)計(jì)，取165 mm。

2.4 斷面水平軸位置（H1/H2）

輪胎斷面水平軸位置是胎側(cè)最薄處，變形量最大，影響著胎圈和胎肩位置的應(yīng)力分布。H1/H2一般取0.9～1.2，通過(guò)有限元分析優(yōu)化，并結(jié)合其使用中上胎側(cè)易脫空爆裂等缺陷，斷面水平軸應(yīng)略靠上胎側(cè)。綜合考慮使用要求和耐久性能，本次設(shè)計(jì)H1/H2取1.008。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

胎面花紋影響著輪胎的耐磨性能、抓著性能、節(jié)油性能和操縱性能。由于該產(chǎn)品主要針對(duì)歐洲市場(chǎng)開(kāi)發(fā)，產(chǎn)品性能必須通過(guò)ECE R117法規(guī)；該產(chǎn)品主要在雪地和冰面上行駛，其雪地和冰地抓著力必須達(dá)到要求。因此胎面花紋設(shè)計(jì)采用了單導(dǎo)向V形花紋，以增強(qiáng)輪胎的排水和排雪能力，提高冬季雪地行駛的剎車及安全操控性能。再配合高密度3D波狀刀槽花紋，同時(shí)采用IBS（交錯(cuò)型細(xì)槽花紋）技術(shù)，有效提高了輪胎在冰雪路面的抓著力，保證了極端條件下的行駛安全性，縮短了制動(dòng)距離。胎面花紋展開(kāi)如圖2所示。

圖2 胎面花紋展開(kāi)示意

3 施工設(shè)計(jì)

3.1 胎面

胎面膠采用新型溶聚丁苯橡膠及新型高分散性白炭黑VN3和硅烷偶聯(lián)劑，具有低溫性能與抗?jié)窕阅艿淖罴哑ヅ洹＝Y(jié)合高彈性、低生熱胎冠膠專利配方，更好地提升輪胎緩沖性能和高速性能，達(dá)到輪胎在冰雪路面上高操縱性和高防滑性要求。胎面采用三方四塊結(jié)構(gòu)，胎面膠和基部膠各一塊，胎側(cè)膠兩塊，采用冷喂料三復(fù)合擠出。

3.2 胎體和帶束層

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[2]。本次設(shè)計(jì)胎體采用1層1670dtex/2-100 DSP聚酯簾布，簾布裁斷角度為90°。帶束層采用2層3×0.30HT鋼絲簾布，以增強(qiáng)胎面冠部強(qiáng)度和剛度，提高輪胎耐磨、轉(zhuǎn)向和安全等性能。

3.3 胎圈

胎圈采用六角形鋼絲圈結(jié)構(gòu)，鋼絲直徑為1.3 mm，覆膠鋼絲直徑為1.46 mm，鋼絲排列形式為4-5-4-3，胎圈安全倍數(shù)達(dá)到要求。

3.4 成型

采用半鼓式成型機(jī)，機(jī)頭直徑為412.7 mm、寬度為330 mm，采用冠包側(cè)方式，半成品部件接頭按固定分角度錯(cuò)開(kāi)分布，各型膠接頭自動(dòng)滾壓，骨架材料自動(dòng)定長(zhǎng)裁斷，各部件貼合采用自動(dòng)糾偏，保證胎坯成型精度及成品質(zhì)量和動(dòng)平衡等性能。

3.5 硫化

硫化采用液壓硫化機(jī)，充氮硫化后無(wú)后充氣，硫化條件為：內(nèi)溫 （200±2） ℃，外溫 （177±2）℃，氮?dú)鈮毫?23 MPa，硫化時(shí)間 13 min。成品輪胎無(wú)缺膠等不良現(xiàn)象。

4 成品性能

4.1 外緣尺寸

按照ECE-R54進(jìn)行外緣尺寸測(cè)量，將成品輪胎置于標(biāo)準(zhǔn)輪輞上，在標(biāo)準(zhǔn)充氣壓力下測(cè)量的D′和B′分別為612和202 mm，符合設(shè)計(jì)要求。

4.2 室內(nèi)試驗(yàn)

輪胎室內(nèi)性能按照GB/T 4502—2016《轎車輪胎性能試驗(yàn)方法》進(jìn)行測(cè)試。

4.2.1 強(qiáng)度性能

強(qiáng)度性能測(cè)試充氣壓力為180 kPa，壓頭直徑為19 mm，測(cè)試最小破壞能為534 J，為標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值的181%，符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

4.2.2 脫圈阻力

脫圈阻力測(cè)試充氣壓力為180 kPa，得到最小脫圈阻力為12 205 J，為標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值的137%，符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

4.2.3 高速性能

高速性能試驗(yàn)充氣壓力為280 kPa，負(fù)荷為448 kg，試驗(yàn)至第5階段輪胎損壞，累計(jì)行駛時(shí)間為95 min，試驗(yàn)結(jié)束時(shí)速度為210 km·h-1，符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

4.2.4 耐久性能

耐久性及低氣壓耐久性試驗(yàn)條件見(jiàn)表1。在達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求時(shí)間后，停機(jī)檢查，輪胎無(wú)破壞。

表1 成品輪胎耐久性和低氣壓耐久性試驗(yàn)條件

5 結(jié)語(yǔ)

195/60R15 88T高操控高防滑雪地輪胎的充氣外緣尺寸、強(qiáng)度性能、脫圈阻力、高速性能、耐久性能及低氣壓耐久性能均達(dá)到ETRTO標(biāo)準(zhǔn)要求，標(biāo)簽數(shù)據(jù)達(dá)到歐盟認(rèn)可第2階段數(shù)據(jù)，取得了EMARK認(rèn)證及噪聲認(rèn)證證書(shū)，雪地性能測(cè)試達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。

該系列產(chǎn)品投放歐美市場(chǎng)后，由于輪胎優(yōu)良的性能和較高的性價(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。