7.00R16LT 14PR公路型全鋼輕型載重子午線輪胎的開發(fā)

王建兵，蔣婷婷，陽(yáng)曉嵐，王勝學(xué)

[中策橡膠（建德）有限公司，浙江 建德 311607]

近年來(lái)，隨著城鎮(zhèn)建設(shè)的不斷發(fā)展，城鄉(xiāng)道路情況越來(lái)越好，道路運(yùn)輸能力不斷提升。公路型全鋼輕型載重子午線輪胎也得到普遍推廣和應(yīng)用。但因各地區(qū)市場(chǎng)情況有別，同樣的產(chǎn)品在不同地區(qū)反饋出不同問(wèn)題[1-4]。為適應(yīng)市場(chǎng)形勢(shì)，我公司先后開發(fā)了8.25R16LT，7.50R16LT，7.00R16LT和6.50R16LT等規(guī)格產(chǎn)品，均取得了良好的效果。

針對(duì)市場(chǎng)反饋的輪胎肩部和胎圈脫層等問(wèn)題，我公司對(duì)全鋼輕型載重子午線輪胎產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)進(jìn)行攻關(guān)。本工作以7.00R16LT系列新產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)為例，將產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)的相關(guān)情況簡(jiǎn)介如下。

1 技術(shù)參數(shù)要求

參 照GB/T 2977—2016，確 定7.00R16LT 14PR公路型全鋼輕型載重子午線輪胎技術(shù)參數(shù)為:標(biāo)準(zhǔn)輪輞 5.50F，充氣外直徑（D'）775（762～786）mm，充氣斷面寬（B'）200（192～210）mm，單胎標(biāo)準(zhǔn)充氣壓力 770 kPa，單胎負(fù)荷 1 320 kg。

市場(chǎng)對(duì)輕型載重子午線輪胎的使用要求如下:高速性能好、胎面耐磨、溝底抗刺扎、裝配性好和操控穩(wěn)定性良好。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 外直徑（D）、斷面寬（B）和著合寬度（C）

全鋼子午線輪胎的70%負(fù)荷由鋼絲簾線帶束層承擔(dān)[5-9]，由于鋼絲簾線的伸張和變形較小，根據(jù)子午線輪胎的特點(diǎn)并結(jié)合我公司工藝情況，最終確定輪胎的外直徑膨脹率（D'/D）為1.003，水平軸位置斷面寬膨脹率（B'/B）為1.002。

根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定并結(jié)合本次設(shè)計(jì)時(shí)帶束層采用超高強(qiáng)度鋼絲簾線，確定本次設(shè)計(jì)D為768 mm；為提高輪胎的裝配性能，C取值需比標(biāo)準(zhǔn)輪輞大半英寸（即12.7 mm）設(shè)計(jì)，C取152 mm；為提升胎圈抗變形能力，同時(shí)考慮C的增大對(duì)B'的影響，B取198 mm。

2.2 行駛面寬度（b）和弧度高（h）

b和h的取值對(duì)輪胎冠部曲線有重要影響，對(duì)輪胎的操控穩(wěn)定性、抗側(cè)滑能力、接地印痕形狀和耐磨性能影響較大。由于本規(guī)格輪胎用于公路物流運(yùn)輸輕型載重車輛，對(duì)速度要求較高，同時(shí)需具備較好的承載能力。通過(guò)對(duì)輪胎接地區(qū)域受力分布進(jìn)行有限元分析可以看出（見圖1）:當(dāng)冠弧為兩段弧設(shè)計(jì)時(shí)既可改善輪胎胎面與地面的接觸形狀，也可以減小單位面積的壓強(qiáng)，使壓力分布更均勻，從而提升輪胎的操控穩(wěn)定性和耐磨性能，同時(shí)兼具優(yōu)異的抗側(cè)滑能力。因此本次設(shè)計(jì)冠弧采用兩段弧設(shè)計(jì)，b取148 mm，h取4.8 mm。

圖1 輪胎接地區(qū)域受力分布有限元分析

2.3 斷面水平軸位置（H1/H2）和胎圈著合直徑（d）

斷面水平軸位置對(duì)輪胎整體受力分布有較大影響。斷面水平軸位置偏向輪胎冠部時(shí)，會(huì)造成輪胎承載時(shí)肩部變形大，產(chǎn)生肩部脫層；斷面水平軸位置偏向胎圈部位時(shí)，會(huì)造成輪胎胎圈部位變形增大，剪切應(yīng)變大，生熱高，造成輪胎早期胎圈開裂或胎圈脫空現(xiàn)象。本設(shè)計(jì)中H1/H2取0.990 7，水平軸高度位置位于輪胎斷面內(nèi)輪廓中部，以均衡胎肩和胎圈應(yīng)力產(chǎn)生的變形。本次設(shè)計(jì)H1取90.50 mm，H2取91.35 mm。

輪胎承載時(shí)，輪胎與地面接觸區(qū)域?qū)?yīng)的胎踵與輪輞接觸位置受力增大，胎趾受力減小，輪胎胎圈與輪輞曲線配合形態(tài)發(fā)生改變，導(dǎo)致胎趾產(chǎn)生上翹趨勢(shì)。因此本次設(shè)計(jì)的胎圈曲線與輪輞曲線采用過(guò)盈配合形式，d取404.1 mm。

2.4 胎面花紋

胎面花紋設(shè)計(jì)對(duì)輪胎的使用壽命和行車安全有較大的影響，對(duì)汽車的操控性能起到關(guān)鍵作用。針對(duì)公路路況好和車速高的使用特點(diǎn)，選用抗側(cè)滑性能優(yōu)異的水浪型花紋，同時(shí)為防止胎面花紋溝底被石子刺傷，花紋溝壁設(shè)計(jì)采用自潔性優(yōu)異的單邊雙臺(tái)階設(shè)計(jì)，花紋溝底的偏心設(shè)計(jì)（見圖2）可有效保護(hù)花紋溝底不被刺傷。胎肩采用U形溝槽開放設(shè)計(jì)，可提升胎肩部位散熱性能。

圖2 胎面花紋溝示意

根據(jù)市場(chǎng)上全鋼輕型載重子午線輪胎的使用車況及環(huán)境，本次花紋設(shè)計(jì)適當(dāng)降低輪胎的海陸比，花紋塊面積占總行駛面面積的75.9%。

胎面花紋展開如圖3所示。

圖3 胎面花紋展開示意

3 施工設(shè)計(jì)

3.1 胎面

由于公路型輪胎胎面花紋深度較小，輪胎長(zhǎng)時(shí)間的高速行駛過(guò)程中胎面熱量聚集會(huì)使胎面膠耐磨性能下降，易造成異常磨損和肩部脫空等質(zhì)量問(wèn)題。故胎面膠采用天然橡膠與順丁橡膠并用配方設(shè)計(jì)，以提高輪胎的耐磨性能，降低生熱。

胎面膠主要物理性能如表1所示。

表1 胎面膠主要物理性能

3.2 胎體

根據(jù)輪胎負(fù)荷、鋼絲簾線強(qiáng)度（本產(chǎn)品胎體采用鋼絲簾線規(guī)格為3×0.22/9×0.20CCHT）及輪胎使用環(huán)境，計(jì)算胎體安全倍數(shù)為8.2，滿足輪胎承載的使用要求。

3.3 帶束層

帶束層的剛度和強(qiáng)度對(duì)輪胎負(fù)荷性能和高速性能至關(guān)重要。根據(jù)市場(chǎng)調(diào)研情況及設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果，本次設(shè)計(jì)采用2層帶束層結(jié)構(gòu)，均采用2＋7×0.30ST超高強(qiáng)度鋼絲簾線，角度為18°。該設(shè)計(jì)可保證輪胎在M級(jí)速度級(jí)別下正常行駛。帶束層安全倍數(shù)為9.2。

3.4 胎圈

鋼絲圈采用直徑為1.55 mm的高強(qiáng)度胎圈鋼絲，排列方式為5-6-7-6-5-2.5，共31.5根。鋼絲圈直徑為412.5 mm，安全倍數(shù)為7.6。鋼絲圈外表面用930V2錦綸6簾布螺旋式緊密纏繞，纏繞用簾布寬度為20 mm。該設(shè)計(jì)可確保胎圈整體性且有足夠的強(qiáng)度和剛性，以滿足高載高速行駛時(shí)胎圈不變形的使用要求。

4 成品性能

試制7.00R16LT 14PR公路型全鋼輕型載重子午線輪胎，并對(duì)成品輪胎進(jìn)行充氣外緣尺寸、強(qiáng)度、耐久性能和高速性能檢測(cè)。

4.1 充氣外緣尺寸

充氣外緣尺寸根據(jù)GB/T 521—2012要求進(jìn)行測(cè)量，在770 kPa充氣壓力下，D′為772 mm，B′為196 mm，符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求。

4.2 強(qiáng)度性能

強(qiáng)度性能按照GB/T 4501—2016進(jìn)行測(cè)試，測(cè)得輪胎最小破壞能為1 066.5 J，為標(biāo)準(zhǔn)值（712 J）的149.8%。成品輪胎的強(qiáng)度性能測(cè)試結(jié)果如表2所示。

從表2可以看出，輪胎強(qiáng)度滿足使用要求。

表2 成品輪胎強(qiáng)度性能測(cè)試結(jié)果

4.3 耐久性能

耐久性能根據(jù)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試條件為:充氣壓力 770 kPa，負(fù)荷 1 320 kg，試驗(yàn)速度80 km·h-1。當(dāng)成品輪胎累計(jì)行駛時(shí)間為136.2 h時(shí)，輪胎出現(xiàn)胎肩破裂。成品輪胎的耐久性試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

表3 成品輪胎耐久性試驗(yàn)結(jié)果

從表3可以看出，成品輪胎的耐久性能達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

4.4 高速性能

高速性能根據(jù)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試，試驗(yàn)條件為:充氣壓力 770 kPa，負(fù)荷 1 056 kg。當(dāng)輪胎行駛速度增大至170 km·h-1，運(yùn)行21 min時(shí)出現(xiàn)胎冠起鼓。成品輪胎高速性能試驗(yàn)結(jié)果如表4所示。

表4 成品輪胎高速性能試驗(yàn)結(jié)果

從表4可以看出，成品輪胎的高速性能達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

5 結(jié)論

7.00R16LT 14PR公路型全鋼輕型載重子午線輪胎投入批量生產(chǎn)后，生產(chǎn)工藝穩(wěn)定，合格率達(dá)99.85%；成品輪胎的充氣外緣尺寸、強(qiáng)度性能、耐久性能和高速性能均達(dá)到設(shè)計(jì)要求。該規(guī)格輪胎經(jīng)實(shí)際使用驗(yàn)證后，在抗側(cè)滑能力、高速性能、操控穩(wěn)定性、花紋自潔能力及耐磨、承載等方面得到市場(chǎng)認(rèn)可，取得了良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。