12.00R24全鋼載重子午線輪胎的設計

趙 菲，丁海楠，陳紅文

（青島雙星輪胎工業有限公司，山東 青島 266400）

隨著輪胎工業的快速發展，我國輪胎行業面臨嚴峻的市場挑戰，輪胎產品更新的步伐越來越快，產品細分細化、緊跟市場迫在眉睫；針對市場的特殊需求，開發適銷對路的產品是占有市場的先機。針對國外市場的大量需求，我公司成功開發了一款經濟型12.00R24全鋼載重子午線輪胎，既滿足了市場對輪胎性能的要求，又給公司創造了良好的經濟效益?，F將該產品的開發設計情況介紹如下。

1 技術要求

根據GB/T 2977—2008《載重汽車輪胎規格、尺寸、氣壓、負荷》，確定12.00R24全鋼載重子午線輪胎的技術參數為：標準輪輞 8.5，充氣外直徑（D′） 1 226（1 210.51～1 241.49） mm，充氣斷面寬（B′） 315（302.4～327.6） mm，標準充氣壓力 900 kPa，標準負荷 4 500 kg。

2 結構設計

2.1 外直徑（D）和斷面寬（B）

由于全鋼子午線輪胎的冠部有周向帶束層箍緊著胎體的特點，因此充氣后輪胎的外直徑膨脹較小。此外，需要滿足輪胎輕量化設計要求，確保輪胎尺寸在標準范圍內，綜合考慮各種因素，本次設計D取1 212 mm，外直徑膨脹率（D′/D）為1.011 6。

B取值既要確保輪胎充氣尺寸在標準范圍內，又要確保使用材料最少，以達到輕量化設計要求。本次設計B取304 mm，斷面寬膨脹率（B′/B）為1.036 2。

2.2 行駛面寬度（b）和弧度高（h）

b的選取直接影響輪胎的使用性能，b值過大容易造成肩空，且輪胎的滾動阻力大；b值過小容易造成接地面積過小，單位面積壓力增大，耐磨性能差。綜合考慮輪胎的耐磨性能、附著性能和滾動阻力等特性，既要減少輪胎在使用過程中因生熱過高而造成的胎冠脫層的早期損壞，又要保證胎面與路面在行駛面寬度范圍內有最大的接觸面積，從而改善輪胎的耐磨性能，提高輪胎使用壽命。本次設計b取216 mm，b/B為0.710 5。

h的取值與輪胎冠部的變形相關，同時影響輪胎的接地形狀。h值過大，輪胎磨胎冠，h值過小則磨胎肩，根據經驗，h值取7.6 mm，h與斷面高（H）之比為0.025 4。

2.3 胎圈著合直徑（d）和著合寬度（C）

胎圈部位的尺寸主要是根據輪輞曲線確定，選取時既要保證其與輪輞配合緊密，又要考慮輪胎裝卸方便，本次設計d取613 mm，C取標準輪輞寬度，為216 mm，C/B為0.710 5。

2.4 斷面水平軸位置（H1/H2）

斷面水平軸位于輪胎斷面最寬的位置，斷面水平軸位置對輪胎的使用性能和使用壽命有很大的影響，H1/H2取值過大，易造成肩空和肩裂等早期損壞；H1/H2取值過小，易造成胎圈斷裂和脫層，為提高輪胎的胎側剛性，本次設計H1/H2取1.09。

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

輪胎胎面花紋對輪胎的行駛性能和使用壽命都有著直接影響，該輪胎主要適用于中長途高速運輸，對輪胎的操控性能、行駛安全性和燃油經濟性有較高要求。胎面采用曲折縱向花紋設計，輪胎操控性能好，高速性能優異，同時縱向花紋滾動阻力小，有效降低油耗。采用變節距花紋設計，花紋深度為16.3 mm，花紋飽和度為78%，花紋周節數為65。采用窄的溝槽將花紋橫向分割，有效提高了輪胎在濕路面上的抓著力，改善了輪胎的濕滑性能，提高了行駛安全性。

胎面花紋展開如圖2所示，胎面花紋立體效果如圖3所示。

圖3 胎面花紋立體效果

3 施工設計

3.1 胎面

胎面采用三方四塊結構，采用耐磨和耐熱的專用胎面膠配方，小翼膠要求低生熱，與胎面膠有良好的粘合性能，以降低胎肩部位生熱，防止爆胎，提高輪胎的使用壽命。

3.2 帶束層

主要根據帶束層的強度和剛度設計選擇帶束層簾線，以確保輪胎的抗沖擊性能良好。帶束層采用3層帶束層＋0°帶束層結構，1#和2#帶束層采用3×0.20＋6×0.35HT鋼絲簾線，3#帶束層采用5×0.30HI鋼絲簾線，0°帶束層采用3×7×0.20HE鋼絲簾線。帶束層簾線選擇合理，輪胎接地印痕呈矩形，輪胎耐磨性能好。

3.3 胎體

主要根據輪胎的充氣內壓負荷計算單根簾線所承受的力來選取胎體簾線，簾線的安全倍數必須大于5。該輪胎主要用于卡車運輸，不超載。為滿足其安全性和負荷能力，胎體采用3＋9＋15×0.175＋0.15NT鋼絲簾線，胎體安全倍數為6.5。

3.4 鋼絲圈

鋼絲圈為六角形結構，采用Φ1.55 mm高強度胎圈鋼絲，排列方式為7-8-9-10-11-10-9-8，共72根，鋼絲圈安全倍數為8，可保證胎圈具有足夠的強度和剛性，為輪胎提供良好的支撐性能。

3.5 成型和硫化

成型采用一次法成型機，機頭直徑為589 mm，機頭寬度為786 mm。硫化采用1 612.9 mm（63.5英寸）熱板式硫化機，硫化條件為：活絡模溫度（157±2） ℃，熱板溫度 （152±2） ℃，內壓（2.6±0.1） MPa，內壓過熱水溫度 （172±2） ℃，總硫化時間 50.5 min。

4 成品性能

4.1 外緣尺寸

成品輪胎外緣尺寸按照GB/T 521—2012進行測量。結果表明，安裝于標準輪輞上的成品輪胎標準充氣壓力下的充氣外直徑為1 219 mm，充氣斷面寬為311 mm，均滿足設計和國家標準要求。

4.2 輪胎接地壓力分布

在900 kPa充氣壓力和4 500 kg負荷條件下，測得輪胎下沉量為51.88 mm，下沉率為17%，負荷下輪胎靜半徑為558 mm，負荷下輪胎斷面寬為343 mm，接地因數為1.46。

4.3 強度性能

按照GB/T 4501—2008進行強度性能試驗，試驗條件為：充氣壓力 900 kPa，壓頭直徑 38 mm。試驗結果表明，第5點壓穿，輪胎破壞能為4 372.2 J，為國家標準規定值的143%，符合設計和國家標準要求。

4.4 耐久性能

按照GB/T 4501—2008進行耐久性試驗，試驗條件為：充氣壓力 900 kPa，額定負荷 4 500 kg，試驗速度 65 km·h-1。當輪胎行駛47 h后，試驗速度保持不變，每行駛10 h負荷率增加10%繼續進行試驗，直到輪胎損壞為止。試驗結果表明，成品輪胎的累計行駛時間為71.73 h，耐久性能良好，符合國家標準要求。

試驗結果表明，成品輪胎的累計行駛時間為71.73 h，耐久性能良好，符合國家標準要求。

4.5 高速性能

按照企業標準進行成品輪胎高速性能試驗，試驗條件和結果如表1所示。

表1 高速性能試驗條件和結果

從表1可以看出，試驗輪胎以110 km·h-1速度行駛了42 min，成品輪胎高速性能良好，滿足企業標準要求（速度通過100 km·h-1）。

5 結語

12.00R24輪胎的成功開發擴大了公司的出口份額，搶占了市場。產品自投放市場以來，質量零投訴，各項性能均符合市場要求，產品供不應求，使用效果良好，深受用戶歡迎，為公司取得了良好的經濟效益。