285/70R19.5全鋼載重子午線輪胎的設計

張春穎，丁海楠，李福香，王秀梅，陳紅文

（青島雙星輪胎工業(yè)有限公司，山東 青島 266400）

隨著全球經(jīng)濟一體化的快速發(fā)展，綠色輪胎已成為當今輪胎發(fā)展的主流方向，為搶占歐洲高端輪胎市場，提高輪胎市場占有率，提升產(chǎn)品檔次，我公司開發(fā)了一系列高檔低斷面無內(nèi)胎全鋼載重子午線輪胎，其中285/70R19.5規(guī)格輪胎在歐洲市場銷量較大。該輪胎主要用于運輸車輛，安裝于拖輪位，能夠有效降低汽車底盤，減小滾動阻力，降低油耗。285/70R19.5全鋼載重子午線輪胎自投放市場以來，深受用戶歡迎，并且取得了良好的經(jīng)濟效益，現(xiàn)將其設計情況簡介如下。

1 技術(shù)要求

參考《歐洲輪胎輪輞技術(shù)組織標準手冊（ETRTO）2008》，確定285/70R19.5全鋼載重子午線輪胎的設計參數(shù)為：標準輪輞 8.25，充氣外直徑（D′） （895±11.9） mm，充氣斷面寬（B′） （283±11.3） mm，標準充氣壓力 900 kPa，標準負荷 3350 kg，負荷指數(shù) 150。

2 結(jié)構(gòu)設計

2.1 外直徑（D）和斷面寬（B）

根據(jù)以往設計經(jīng)驗，全鋼載重子午線輪胎的充氣外直徑變化不大。為了確保成品輪胎的D′在標準中值895 mm偏下，設計時選取比標準值稍小，以便成本最低且性能不變。綜合考慮，本次設計D取892 mm，外直徑膨脹率（D′/D）為1.003。

輪胎的斷面寬變化率稍大于外直徑變化率，且B值的選取必須根據(jù)胎圈著合寬度（C）的設計而定，當C取值比標準值大12.7 mm（0.5英寸）時，則B的取值比標準值大6.35 mm（0.25英寸）。為了確保輪胎的B′在283 mm以下，本次設計B取284 mm，斷面寬膨脹率（B′/B）為0.996。

2.2 行駛面寬度（b）和弧度高（h）

b值的選取主要考慮輪胎與地面接觸時的壓力分布均勻性，確保輪胎胎面均勻磨耗。b取值與C值的設計相關，為確保輪胎在充氣狀態(tài)下的平衡性，減少使用過程中造成的胎肩部位應力集中，使其行駛面受力均勻且高速性能又好，b值的選取應綜合考慮多種因素的平衡，確保各種性能配合比最佳。b的取值應與C值接近，本次設計b取235 mm，則b/B為0.8275。

h的取值非常重要，取值合理則輪胎接地形狀為矩形，輪胎胎面磨損均勻；取值過大會導致胎面冠部磨損，取值過小會導致胎肩磨損，均會造成畸形磨損，故在設計時應充分考慮這些因素的影響，使其能抵消部分變形。綜合考慮，h值不宜取大，本次設計h取8 mm。

2.3 胎圈著合直徑（d）和C

輪胎胎圈部位的設計尺寸主要根據(jù)標準輪輞曲線而設計。無內(nèi)胎輪胎要確保其氣密性好，且與輪輞的配合完美，而密封性主要依靠胎圈與輪輞的配合實現(xiàn)。為確保輪胎的氣密性，胎圈與輪輞采用過盈配合設計，本次設計d取493.3 mm，過盈量為2 mm。

C值選取宜采用比標準值（209.55 mm）大12.7 mm（0.5英寸）設計。綜合考慮，本次設計C取222 mm。

2.4 斷面水平軸位置（H1/H2）

斷面水平軸的選取至關重要，水平軸位置過低，容易造成胎圈部位應力集中，導致胎圈裂口；水平軸位置過高，會造成應力集中于胎肩部位，導致胎肩脫層。故水平軸位置的選取應結(jié)合材料布置，使其最大變形部位在胎側(cè)最薄部位，一般H1/H2取值接近于1，本次設計H1/H2取1.034。輪胎斷面結(jié)構(gòu)示意見圖1。

圖1 輪胎斷面結(jié)構(gòu)示意

2.5 胎面花紋

胎面花紋的設計主要根據(jù)輪位、路況及車輛性能要求，其中要求綠色環(huán)保，且要滿足低噪聲、低滾動阻力、抗?jié)窕葪l件，且要保證車輛的安全性能。該規(guī)格的輪胎主要出口歐洲，用于大型箱式貨車拖輪位，且歐洲路面情況較好，故花紋設計采用4條縱向花紋為主，中間加以橫向鋼片，用于打破水膜，增強胎面的柔軟性，增加對地面的抓著力；采用變節(jié)距設計，無序排列，以減小噪聲；在胎肩部位開設用于散熱的溝槽，可減少胎肩脫層，既美觀、又能節(jié)約膠料。花紋深度為15 mm，花紋周節(jié)數(shù)為55，花紋飽和度為76.7%。胎面花紋平面展開如圖2所示，花紋立體效果照片如圖3所示。

圖2 胎面花紋展開示意

圖3 胎面花紋立體效果照片

3 施工設計

3.1 胎面

胎面采用三方四塊結(jié)構(gòu)，雙復合擠出機擠出，胎面下貼膠片工藝。胎面半成品冠部寬度與成品行駛面寬度的比值為0.90，肩部厚度為中部厚度的1.5倍。

3.2 帶束層

帶束層骨架材料的選取主要考慮輪胎的強度、抗沖擊性能以及滾動阻力，選取的材料和角度均影響輪胎的接地性能。本次設計采用3層帶束層＋0°帶束層結(jié)構(gòu)，1#帶束層采用3×0.20＋6×0.35HT鋼絲簾線，裁斷角度為24°；2#帶束層采用3＋9＋15×0.22＋0.15鋼絲簾線，裁斷角度為15°；3#帶束層采用5×0.30HI鋼絲簾線，裁斷角度為15°；0°帶束層采用3×7×0.20HE鋼絲簾線。帶束層安全倍數(shù)達到7.1，符合使用要求。

3.3 胎體

胎體簾線的選取主要根據(jù)輪胎的充氣壓力與負荷計算輪胎的安全倍數(shù)，確保輪胎內(nèi)部承受氣體的壓力，為輪胎提供支撐性能，必須有足夠的強度，安全倍數(shù)至少在5以上，以保障輪胎使用的安全性。本次設計胎體采用3＋9＋15×0.175NT鋼絲簾線，安全倍數(shù)為7.3，滿足使用要求。

3.4 胎圈

鋼絲圈的設計主要參考來自車體的重力，支撐整個車重和輪輞的合理配合，確保車輛安全行駛。因為無內(nèi)胎過盈量較大，故安全倍數(shù)宜大些。本設計鋼絲圈采用Φ1.55 mm高強度回火胎圈鋼絲，排列形式為6-7-8-9-10-9-8-7-6，共70根，鋼絲圈直徑為497.3 mm，安全倍數(shù)為7.2。

3.5 成型與硫化

成型采用一次法膠囊鼓反包成型機，機頭直徑為466 mm，機頭寬度為596 mm，采用側(cè)包冠成型工藝。

硫化采用蒸鍋式硫化機，硫化條件為：外部蒸汽壓力 （0.39±0.02） MPa，外溫 （151±2） ℃，內(nèi)部過熱水壓力 （2.6±0.1） MPa，內(nèi)溫 （171±2） ℃，蒸氣冷凝水溫度不低于147 ℃，總硫化時間 50 min。

4 成品性能

4.1 充氣外緣尺寸

安裝于標準輪輞的成品輪胎在標準充氣壓力下的充氣外直徑和斷面寬分別為893和283 mm，符合設計要求。

4.2 強度性能

按照GB/T 4501—2008進行成品輪胎強度性能試驗，試驗條件為：充氣壓力 900 kPa，壓頭直徑 38 mm。試驗結(jié)果表明，成品輪胎最小破壞能達到4095.4 J，為國家標準值（2203 J）的185.9%。成品輪胎的強度性能良好，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試驗，試驗條件為：充氣壓力 900 kPa，額定負荷 3350 kg。完成規(guī)定程序后，每行駛10 h負荷率增大10%繼續(xù)進行試驗，直到輪胎跑壞為止。試驗結(jié)束時，輪胎累計行駛時間為87.7 h，輪胎狀況為胎面脫層。成品輪胎的耐久性能良好，符合國家標準要求。

4.4 高速性能

按照企業(yè)標準進行成品輪胎高速性能試驗，試驗條件為：充氣壓力 900 kPa，試驗負荷 3350 kg，初始速度 80 km·h-1。行駛2 h后當速度達到90 km·h-1時，每行駛0.5 h速度提升10 km·h-1繼續(xù)進行試驗，直到輪胎損壞為止。試驗結(jié)束時，輪胎最高行駛速度為120 km·h-1，行駛時間為3 min。成品輪胎的高速性能良好，符合企業(yè)標準（≥100 km·h-1）要求。

5 結(jié)語

285/70R19.5全鋼載重子午線輪胎的充氣外緣尺寸符合設計要求，強度性能和耐久性能均符合國家標準要求，高速性能符合企業(yè)標準要求。該規(guī)格輪胎花紋外觀設計美觀，產(chǎn)品耐磨性較好，綜合里程高，自投放歐洲市場以來，得到了客戶的好評，為公司出口歐洲市場增加了新的亮點，為公司創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟效益和社會效益。

第19屆中國輪胎技術(shù)研討會論文