LT265/75R16 123/120Q 10PR越野子午線輪胎的設計

馬新軍

（1.青島科技大學 高分子科學與工程學院，山東 青島 266042；2.賽輪金宇集團股份有限公司，山東 青島 266500）

隨著人們生活水平的提高和生活方式的改變，越來越多的消費者喜歡去野外旅行，適應復雜路面的越野輪胎需求量不斷增大。為豐富產品種類，提高產品的市場占有率，我公司特意開發LT265/75R16 123/120Q 10PR越野子午線輪胎，取得了良好的效益。現將產品的設計情況介紹如下。

1 技術要求

根據美國TRA 2012標準，LT265/75R16 123/120Q 10PR越野子午線輪胎的技術參數為：測量輪輞寬度 190.5 mm（7.5英寸），允許使用輪輞 7J，7 1/2J，8J，充氣外直徑（D′） 810（797.8～822.1） mm，充氣斷面寬（B′） 267（256.3～275.0） mm，標準充氣壓力 550 kPa，負荷能力 1 550（單胎）/1 400（雙胎并裝） kg。

2 結構設計

外輪廓設計對輪胎性能的影響至關重要，合理的輪廓設計可使應力分布更均勻，延長輪胎的使用壽命。采用我公司基于國外先進的設計理念自行開發的輪廓參數化設計軟件進行輪廓參數的優選，使輪胎在充氣負荷狀態下具有良好的應力分布，從而提高輪胎的牽引性能、行駛安全性能及操控穩定性能。

2.1 外直徑（D）和斷面寬（B）

子午線輪胎冠部有周向不易伸張的鋼絲帶束層及周向纏繞的錦綸冠帶條緊箍，其充氣后外直徑膨脹很小。由于輕型載重輪胎充氣壓力比轎車輪胎高，輪胎充氣后外直徑一般膨脹2～4 mm，因此D取值一般稍小于D′。 本次設計D取807 mm，外直徑膨脹率（D′/D）為1.003 7。

充氣后斷面寬的影響因素較多，主要有胎體簾線種類、高寬比、帶束層對輪胎外徑箍緊程度和施工設計等。根據以往設計經驗，胎圈著合寬度（C）每增大12.7 mm（0.5英寸），B隨之增大5 mm，而本次設計C增大25.4 mm（1英寸），則B相應增大10 mm，B取264 mm，斷面寬膨脹率[B′/（B－10）]為1.051。

2.2 行駛面寬度（b）和弧高度（h）

b和h的取值對輪胎接地印痕影響很大，從而影響輪胎的耐磨性能、牽引性能及行駛穩定性能。一般b/B取0.7～0.85，考慮到越野輪胎對地面的抓著力及復雜路面的適應性，b/B取0.803，即b取212 mm。

為保證輪胎在各種路面上的通過性能，冠部采用二段弧設計，h取11.5 mm，h/H（斷面高）取0.057。

2.3 胎圈著合直徑（d）和C

d的選取應考慮輪胎在行駛過程中不會出現胎圈與輪輞間產生滑移以及漏氣現象，胎圈與輪輞間應采用過盈配合，同時亦需考慮輪胎裝卸方便的需求。本次設計輪輞直徑為405.6 mm，d比標定輪輞直徑小1.2 mm，為404.4 mm。

為改善輪胎在充氣負荷下胎圈部位的應力，提高胎圈部位的支撐性能及裝配性能，C一般取值比輪輞寬度大12.7～25.4 mm（0.5～1英寸），本次設計C比標準輪輞寬度大25.4 mm，即C取216 mm。

2.4 斷面水平軸位置（H1/H2）

越野子午線輪胎最寬點位置比較高，以期使輪胎的變形落在斷面水平軸以上、帶束層端點以下的上胎側區域內，減小下胎側區域內的應力和胎圈承受的應力。由于子午線輪胎胎體簾線呈徑向排列，其胎圈承受的應力比斜交輪胎大，因此H1/H2取值應大一些，以減小胎圈受力，但考慮到越野輪胎承載負荷較大，承載后斷面水平軸下移，因此H1可適當增大，本次設計H1/H2取0.993。

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

胎面花紋采用泥石等復雜路面專用花紋，同時運用我公司的噪聲仿真軟件，對花紋塊分布和節距排列等進行仿真模擬，在保證其他性能不降低的前提下，選取噪聲最優方案，經成品輪胎測試，達到歐洲牽引型第2階段噪聲標準要求。花紋深度為15.3 mm，花紋飽和度為50.3%，花紋周節數為20。胎面主要特點如下：

（1）開放式胎肩花紋溝，有效清除石子、淤泥及雜物，提高輪胎自潔性能；

（2）肩下采用階梯設計，提高泥地、沙地等復雜路面的側面牽引力；

（3）花紋塊無死角交錯咬合，提升牽引性能和攀爬能力；

（4）仿鯊魚牙齒溝槽，可牢牢咬住路面，提高牽引性能；

（5）加長的胎肩，采用3維多層設計，層層減弱外界的撞擊，有效避免胎體損壞，同時提供側向牽引力。

胎面花紋展開如圖2所示。

圖2 胎面花紋展開示意

3 施工設計

結構施工采用有限元應力優化設計，通過計算機模擬，計算最佳半成品材質及尺寸，以實現在輪胎生產制造初期的材料分布適應輪胎在實際使用中的受力最佳為目的。圖3示出了輪胎材料分布，圖4示出了輪胎受力變形及應力分布。

3.1 胎面

胎面采用傳統結構，分為胎面膠、基部膠和兩塊胎翼膠。胎面中間厚度為10.5 mm，肩部厚度為14.3 mm，肩部寬度為212 mm，總寬度為300 mm。

圖3 輪胎材料分布

圖4 輪胎受力變形及應力分布

3.2 帶束層

帶束層結構對輪胎高速性能和使用性能影響很大。本次設計帶束層由2層2+2×0.35HT鋼絲簾布組成，角度交叉排列，承擔胎冠70%的沖擊力。鋼絲帶束層上纏繞1層930dtex/2錦綸66浸膠簾布冠帶條，以減小輪胎在高速行駛下的離心力，從而減小帶束層變形和剪切力，提高輪胎的高速性能和耐久性能。

一般帶束層寬度與行駛面寬度的比值取0.95～1.05，本次設計的輪胎屬越野輪胎，為保證冠部壓力分布均勻，該比值確定為1.06。此外，帶束層伸張比影響成品輪胎的角度，由于該規格輪胎使用活絡模硫化，帶束層伸張比取1.035。

3.3 胎體

輪胎耐疲勞性能著重表現在胎體耐疲勞方面，特別是耐屈撓疲勞方面，為此胎體簾線必須具有很好的耐屈撓、耐疲勞應力的特性，因此選取的胎體簾線結構尤為重要。一般輕型載重子午線輪胎胎體材料可選擇聚酯和改性錦綸等，本次設計選用1440dtex/2聚酯簾線，具有模量高、收縮率低、生熱低的特點，不僅可以減小輪胎變形，而且可以提高子午線輪胎的耐疲勞性能和高速性能，降低輪胎行駛過程中的生熱，從而延長輪胎的使用壽命。

越野輪胎因需應對野外復雜的使用環境，胎體需較高的強度，以提升抗撞擊和抗刺扎等性能，因此本次設計采用3層胎體，以保證野外行駛的安全性。胎體簾布寬度設計需保證胎體簾布反包端點避開胎側屈撓區，且與三角膠端點保持約20 mm的級差。

3.4 胎圈

胎圈鋼絲選用Φ1.3 mm回火鋼絲，覆膠后單絲直徑為1.6 mm。采用單絲纏繞的六角形鋼絲圈，排列方式為4-5-6-5-4，安全倍數大于8。較大尺寸輪胎采用六角形鋼絲圈，可以提高輪胎在使用過程中胎圈部位的穩定性，保證胎圈底部接觸面與輪輞曲線良好的配合。

3.5 成型

成型選用二次法成型機，采用冠包側生產工藝。成型機頭寬度與簾線假定伸張值有關，假定伸張值選取取決于胎體簾線物理性能及壓延工藝，本次設計簾線假定伸張值取1.035，一段機頭寬度取513 mm。

3.6 硫化

采用B型硫化機硫化，氮氣硫化工藝。硫化條件為：外溫 176～180 ℃，內溫 200～209 ℃，內壓 2.2～2.6 MPa，總硫化時間 30 min。采用氮氣硫化，可提高生產效率，而且節能環保，符合低碳的發展趨勢。為防止輪胎在使用后期胎體變形，并提高耐久性能、行駛穩定性及操控性能，該系列產品采用硫化后充氣工藝。

4 成品性能

4.1 外緣尺寸

輪胎外緣尺寸按照GB/T 521—2012《輪胎外緣尺寸測量方法》測量。結果表明，安裝于標準輪輞上的成品輪胎在標準充氣壓力下充氣外直徑和充氣斷面寬分別為805和267 mm，滿足設計要求。

4.2 強度性能

輪胎強度性能按照GB/T 4501—2008《載重汽車輪胎性能室內試驗方法》測試。試驗條件為：壓頭直徑 32 mm，充氣壓力 550 kPa。試驗結果表明，結束點破壞能為2 112.8 J，是國家標準值的217.3%，試驗結束時壓頭觸及輪輞但未穿，強度性能滿足國家標準要求。

4.3 耐久性能

輪胎耐久性能按照GB/T 4501—2008測試。試驗條件為：試驗速度 120 km·h-1，在完成國家標準規定的常規耐久及低氣壓耐久試驗后，增加0.5 h的低氣壓試驗，然后按每4 h試驗負荷遞增10%繼續進行試驗。試驗結果表明，輪胎累計行駛時間為48 h，試驗結束時負荷率為130%，輪胎未損壞，耐久性能滿足國家標準要求。

4.4 高速性能

輪胎高速性能按照GB/T 4501—2008測試。試驗條件為：試驗負荷 1 395 kg，充氣壓力 550 kPa，初始速度 140 km·h-1，在完成國家標準規定試驗時間后，按每10 min速度遞增10 km·h-1繼續進行試驗。試驗結果表明，輪胎累計行駛時間為90 min，試驗結束時行駛速度為200 km·h-1，輪胎未損壞，高速性能滿足國家標準要求。

5 結語

LT265/75R16 123/120Q 10PR越野子午線輪胎的各項室內測試性能滿足相關標準要求，產品投放市場后得到了用戶的認可。該規格產品的成功開發，提高了我公司的研發水平，為后續產品的開發提供了經驗，同時豐富了產品結構，取得了較好的經濟效益。