11.00R20 18PR全鋼輕型載重子午線輪胎的設計

景 瑜，姜張華，譚 林

（貴州輪胎股份有限公司，貴州 貴陽 550008）

為滿足客戶要求，結合當前市場情況，我公司開發了11.00R20 18PR全鋼輕型載重子午線輪胎。現將其設計情況簡要介紹如下。

1 技術要求

根據GB/T 2977—2008《載重汽車輪胎規格、尺寸、氣壓與負荷》，確定11.00R20 18PR全鋼輕型載重子午線輪胎的技術參數如下：標準輪輞8.0，充氣外直徑（D′）1 085（1 069～1 102） mm，充氣斷面寬度（B′）293（281.3～304.7） mm，標準充氣壓力930 kPa，標準負荷3 550 kg。

2 結構設計

2.1 外直徑（D）和斷面寬度（B）

根據全鋼輕型載重子午線輪胎充氣特性和車輛實際使用情況，結合我公司的工藝條件以及相近規格產品的設計經驗，本次設計外直徑膨脹率（D′/D）取1.003，則D為1 081.2mm。

考慮子午線輪胎B′受輪胎輪廓和骨架材料影響，以及輪胎實際使用負荷需要，本次設計B取288 mm。

2.2 行駛面寬度（b）和弧度高（h）

b和h影響輪胎抓著性能、轉向性能、牽引性能和磨耗性能等。增大B值，減小h值，可以較大幅度增大輪胎接地面積，滿足接地均勻和耐磨性能，本次設計h取7.0 mm，b取195 mm。

2.3 胎圈著合直徑（d）和著合寬度（C）

為保證輪胎與輪輞緊密配合，減小相互之間的位移與摩擦，輪胎與輪輞采用過盈配合。輪輞直徑為514.4 mm，本次設計d取511 mm。

趾口位置形狀影響輪胎剛度和承載性能，結合輪輞尺寸，本次設計C取216 mm。

2.4 斷面水平軸位置（H1/H2）

斷面水平軸是輪胎斷面最寬處，胎側最薄處，變形量最大處，H1/H2影響輪胎胎圈與胎肩部位應力分布。為增強該規格輪胎承載能力，將斷面水平軸往上移，以減小胎圈部位應力，提高承載能力。H1/H2一般為0.9～1.2，綜合考慮使用要求和耐久性能等，本次設計H1/H2取1.16。輪胎斷面如圖1所示。

圖1 輪胎斷面示意

2.5 胎面花紋

胎面花紋影響輪胎操縱性能、抓著性能、舒適性能、轉向性能、安全性能和噪聲性能等。結合輪胎使用需要，本次設計采用全輪位的條形花紋，4條曲折溝，可同時滿足輪胎導向和牽引性能，提高花紋抓著性能；中間花紋塊鑲鋼片和邊部花紋溝鑲鋼片，有利于胎面散熱，避免不規則磨損，提高排水能力；采用曲折花紋溝底，增大花紋塊強度且起防夾石子作用。花紋采用等節距設計，花紋深度為14 mm，花紋飽和度為80%。胎面花紋展開如圖2所示，實際形狀如圖3所示。

圖 2 胎面花紋展開示意

圖 3 胎面花紋實際形狀

2.6 有限元分析

利用有限元分析軟件分析輪胎充氣輪廓及胎肩和胎圈部位受力情況，通過優化設計，確定輪胎輪廓及骨架材料等參數。輪胎胎肩應力有限元分析如圖4所示。

圖4 胎肩有限元應力分析

3 施工設計

3.1 胎面

本次設計胎面采用雙層結構，同時滿足耐磨性能和散熱要求，提高輪胎耐久性能。胎面采用熱喂料和冷喂料雙復合擠出機擠出。胎面總寬度為250 mm，冠部寬度為180 mm，中間厚度為15 mm，肩部厚度為25 mm。胎面結構示意如圖5所示。

圖5 胎面結構示意

3.2 胎體

胎體骨架材料影響輪胎胎側剛性、轉向性能和操縱穩定性。根據以往設計經驗，胎體采用3+9+15×0.22HT鋼絲簾線，安全倍數達到7.5。

3.3 帶束層

帶束層骨架材料決定冠部強度和剛度，影響輪胎磨耗、轉向和安全等性能。本次設計采用3層帶束層+0°帶束層結構，1#帶束層（工作層）采用3+8×0.33HT鋼絲簾線，密度為42根·dm-1，裁斷角度為24°；2#帶束層（工作層）采用3+8×0.33HT鋼絲簾線，密度為42根·dm-1，裁斷角度為15°；3#帶束層（保護層）采用5×0.30HE鋼絲簾線，密度為40根·dm-1，裁斷角度為15°；0°帶束層采用3×7×0.20HT鋼絲簾線，雙邊雙層16根纏繞。帶束層安全倍數達到7.5。

3.4 胎圈

胎圈采用六角形鋼絲圈結構，鋼絲直徑為1.83 mm，覆膠鋼絲直徑為2.0 mm，排列形式為5-6-7-8-7-6-5-4，鋼絲根數為48，安全倍數達到5.5。

3.5 成型工藝

成型采用MATATOR三鼓一次法成型機，機頭直徑為480 mm，機頭寬度為686 mm。冠部采用側包冠方式，半成品部件接頭按固定角度錯開分布，各型膠接頭自動滾壓，鋼絲簾布自動定長裁斷，保證胎坯成型精度，保證輪胎成品質量和動平衡等性能。

3.6 硫化工藝

硫化采用桂林橡膠機械有限公司的雙模熱板B型硫化機，硫化條件為：內溫（170±3） ℃，模套蒸汽溫度（150±3） ℃，二次水壓力（2.6±0.1）MPa，外部蒸汽壓力（0.35±0.02） MPa，總硫化時間46 min。硫化輪胎無過硫、無缺膠現象。

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》，對裝配在標準輪輞上充標準氣壓的輪胎進行測量，測得的D′為1 085 mm，B′為288 mm。這表明，輪胎的充氣外緣尺寸符合設計要求。

4.2 強度性能

按照GB/T 4501—2008《載重汽車輪胎性能室內試驗方法》進行成品輪胎強度測試，充氣壓力為930 kPa，壓頭直徑為38 mm。試驗輪胎的破壞能為5 050 J，為國家標準規定值（2 825 J）的178.8%。這表明，輪胎強度性能符合國家標準要求。

4.3 耐久性能

按照GB/T 4501—2008進行成品輪胎耐久性能測試，測試條件如表1所示，在達到第3階段的試驗時間后繼續試驗，直至輪胎破壞為止。試驗輪胎累計行駛時間為185.53 h，累計行駛里程為9 276 km，破壞形式為肩部開裂。這表明，成品輪胎耐久性能符合并超過國家標準要求。

表 1 成品輪胎耐久性能試驗條件

5 結語

11.00R20 18PR全鋼輕型載重子午線輪胎的充氣外緣尺寸、強度性能和耐久性能達到設計或國家標準要求。

該系列產品投放市場后，由于較高的性價比，得到客戶的認可，取得了良好的經濟效益和社會效益。