8R22.5 14PR無內胎全鋼載重子午線輪胎帶束層結構的調整設計

鄭益平，王澤君，張 穎

（中策橡膠集團股份有限公司，浙江 杭州 310018）

隨著我國交通運輸行業(yè)及輪胎工業(yè)的不斷發(fā)展，無內胎全鋼載重子午線輪胎也得到了迅速發(fā)展，生產規(guī)模日益擴大。無內胎全鋼載重子午線輪胎的顯著特點是耐磨性能優(yōu)異，耐久性能和承載能力較高，且滾動阻力較小，節(jié)約燃油[1-2]。根據(jù)我國及世界環(huán)境保護的發(fā)展趨勢，各輪胎公司都在發(fā)展“綠色輪胎”，減少輪胎原材料消耗和降低滾動阻力是其中的一部分[3-4]。

為使8R22.5 14PR無內胎全鋼載重子午線輪胎更好地滿足國內市場的使用需求，擴大市場份額，在保證輪胎性能基本不變的情況下，在施工設計中將4層帶束層結構調整為0°帶束層結構[5-6]，可以適當降低成本?，F(xiàn)將其調整設計情況簡要介紹如下。

1 技術要求

根據(jù)GB/T 2977—2016《載重汽車輪胎規(guī)格、尺寸、氣壓與負荷》的要求，確定8R22.5 14PR無內胎全鋼載重子午線輪胎的技術參數(shù)為：標準輪輞 6.00×22.5，充氣外直徑 935（924～946）mm，充氣斷面寬 203（195～211）mm，標準充氣壓力 830 kPa，標準負荷 1 900 kg，負荷指數(shù)130/128，速度級別 M。

2 帶束層結構簡介

帶束層是全鋼載重子午線輪胎的主要受力部件，不僅決定輪胎充氣形狀及各部位由內壓引起的初始應力，承受60%～75%的內壓初始應力[7-8]，還決定了輪胎冠部強度和剛度，影響輪胎的耐磨性能、轉向性能和安全性能等，帶束層的安全倍數(shù)一般設計要求大于5。解剖分析市售輪胎可以發(fā)現(xiàn)，全鋼載重子午線輪胎帶束層設計的結構形式主要有以下幾種。

2.1 4層帶束層結構

多數(shù)輪胎公司的全鋼載重子午線輪胎采用4層帶束層結構，這種帶束層的結構形式如圖1所示。

圖1 4層帶束層結構

4層帶束層結構中位于最內層的第1層帶束層為過渡層，主要是在徑向90°排列的胎體鋼絲簾線與近乎周向0°排列的工作帶束層之間起到應力過渡作用，可以減小層間剪切力。因此，第1層帶束層的裁斷角度比較大，一般為45°～55°。

第1層帶束層外面的第2層和第3層帶束層是交叉排列的工作層，承擔主要的內壓應力，這2層帶束層的裁斷角度比較小，一般為15°～22°。

4層帶束層結構中位于最外層的第4層帶束層為保護層，即保護內部的帶束層鋼絲簾布和胎體鋼絲簾布免受外力沖擊，多使用高伸長（HE）或高抗沖擊（HI）型鋼絲簾線，這層帶束層簾布的裁斷角度比較小，一般為15°～22°。

2.2 下3層半帶束層結構

下3層半帶束層結構的特點是將第1層帶束層分置兩邊，中間部分斷開，如圖2所示，其優(yōu)點是減小胎冠中部的應力，降低胎冠中部的剛性，使接地壓力分布較為均勻，提高輪胎磨耗的均勻性。

圖2 下3層半帶束層結構

2.3 3層帶束層結構

中型或輕型全鋼載重子午線輪胎一般采用3層帶束層結構，如圖3所示。有的輪胎廠將4層帶束層中的第4層保護層去掉，有的則是將第1層過渡層去掉，都可以滿足使用要求，具有減小輪胎質量和簡化工藝的優(yōu)點。

圖3 3層帶束層結構

2.4 0°帶束層結構

0°帶束層結構是意大利倍耐力公司的專利技術，0°帶束層是由2層沿周向排列重疊纏繞兩周而組成的環(huán)狀增強帶束條。這是一種比較先進的帶束層結構，尤其是對低斷面全鋼載重子午線輪胎來說更是如此。0°帶束層的主要作用是減小帶束層邊部的變形，提高子午線輪胎的胎肩剛性，減小變形生熱，保護帶束層免受由應力應變作用產生的疲勞損壞和熱破壞，保證輪胎在高速行駛時具有穩(wěn)定的尺寸，提高胎面穩(wěn)定性，減少不均勻磨耗。

與普通帶束層結構的全鋼載重子午線輪胎相比，0°帶束層結構的全鋼載重子午線輪胎在如下性能方面有所改善：（1）降低滾動阻力，節(jié)省燃料，節(jié)油約5%；（2）降低生熱，使輪胎具有更好的耐久性能和高速性能；（3）胎面穩(wěn)定，減少變形滑移，不易產生偏磨，行駛里程延長約20%；（4）提高輪胎的側向剛性（轉彎剛性）和抓著性能，改善車輛的操縱穩(wěn)定性和轉向性能。

3 帶束層結構的施工調整設計

我公司的8R22.5 14PR無內胎全鋼載重子午線輪胎原來采用4層帶束層結構，第1層帶束層采用3×0.30普通強度鋼絲簾線，第2和第3層帶束層采用4+6×0.30HT高強度鋼絲簾線，第4層帶束層采用5×0.30HI高抗沖擊型鋼絲簾線，裁斷角度分別為50°，18°，18°，18°。帶束層安全倍數(shù)為6.2。

4層帶束層結構雖然能夠滿足輪胎的使用要求，但是為進一步適應當前的發(fā)展趨勢，本次調整設計采用0°帶束層結構，第1和第2層帶束層為工作層，第3層帶束層為保護層，鋼絲簾布的裁斷角度分別為24°，15°和15°，其中第1和第2層帶束層采用2×7×0.30ST超高強度鋼絲簾線，第3層帶束層采用5×0.35HI高抗沖擊型鋼絲簾線，0°帶束層采用3×4×0.22HE高伸長鋼絲簾線。本次設計帶束層安全倍數(shù)為6.7，滿足設計和使用要求。

由4層帶束層結構調整為0°帶束層結構后，輪胎質量減小了0.7 kg，降低了輪胎原材料的消耗。

4 成品性能

4.1 外緣尺寸

按照GB/T 521—2012《輪胎外緣尺寸測量方法》，測量采用0°帶束層結構的成品輪胎的外緣尺寸。安裝于6.00×22.5標準輪輞上的成品輪胎在830 kPa充氣壓力下，充氣外直徑為936 mm，充氣斷面寬為203 mm，符合國家標準要求。

4.2 強度性能

按照GB/T 4501—2016《載重汽車輪胎性能室內試驗方法》進行成品輪胎強度性能試驗，試驗條件為：充氣壓力 830 kPa，壓頭直徑 38 mm。測試結果表明，5個測量點的破壞能分別為1 696.1，1 696.0，1 696.0，1 696.0，1 696.1 J（均未壓穿），都超過國家標準的規(guī)定值（1 695 J），滿足國家標準要求。

4.3 耐久性能

在GB/T 4501—2016《載重汽車輪胎性能室內試驗方法》的基礎上結合企業(yè)標準進行成品輪胎耐久性試驗，充氣壓力為830 kPa，額定負荷為1 900 kg，轉鼓試驗速度為72 km·h-1，試驗條件如表1所示。

表1 耐久性試驗條件

成品輪胎耐久性能的測試結果如下：調整前（4層帶束層結構）累計行駛時間為112.73 h，損壞形式為肩部裂口；調整后（0°帶束層結構）累計行駛時間為127.65 h，損壞形式為肩部裂口。帶束層結構調整前后輪胎耐久性能均達到國家標準要求（≥47 h），也均達到企業(yè)標準要求（≥87 h），調整后輪胎的耐久性能更優(yōu)異。

4.4 高速性能

根據(jù)企業(yè)標準進行成品輪胎高速性能試驗，充氣壓力為830 kPa，額定負荷為1 900 kg，試驗條件如表2所示。

表2 高速性能試驗條件

成品輪胎高速性能的測試結果如下：調整前（4層帶束層結構）的最高行駛速度達到160 km·h-1，在此速度下行駛2 min，損壞形式為胎面脫落；調整后（0°帶束層結構）的最高行駛速度達到160 km·h-1，在此速度下行駛8 min，損壞形式為冠部起鼓。帶束層結構調整前后輪胎都達到了M級速度級別的設計要求（140 km·h-1/≥30 min），調整后輪胎高速性能略有提升。

4.5 滾動阻力性能

按照ISO 28580：2009《輪胎滾動阻力測試方法》中的分離法進行成品輪胎滾動阻力性能試驗，充氣壓力為830 kPa，額定負荷為1 900 kg，轉鼓的正轉速度與反轉速度均為80 km·h-1，轉鼓直徑為2 m。

成品輪胎滾動阻力系數(shù)的測試結果如下：調整前（4層帶束層結構）為7.63 N·kN-1，調整后（0°帶束層結構）為7.53 N·kN-1。帶束層結構調整后輪胎的滾動阻力性能略有提升，可以降低燃油消耗，保護環(huán)境。

5 結語

帶束層結構調整后，8R22.5 14PR無內胎全鋼載重子午線輪胎的充氣外緣尺寸、強度性能、耐久性能、高速性能和滾動阻力性能均達到國家標準和企業(yè)標準要求，產品性能更優(yōu)異，單胎質量減小0.7 kg，生產成本更低。

輪胎經(jīng)過兩年多的實際使用，用戶反饋良好，具有較高的性價比，為公司提高了產品競爭力和市場份額，具有較好的經(jīng)濟效益和社會效益。