295/80R22.5 18PR雪地全鋼載重子午線輪胎的設計

石漢臣，姜張華，呂勇軍，汪旭波

（貴州輪胎股份有限公司，貴州 貴陽 550008）

隨著經濟的不斷發展，雪地輪胎的要求不斷提高，而半鋼子午線輪胎無法滿足客戶要求。為此，結合當前市場情況，我公司開發了295/80R22.5 18PR雪地全鋼載重子午線輪胎。現將其設計情況簡介如下。

1 技術要求

根據GB/T 2977—2008，確定295/80R22.5 18PR雪地全鋼載重子午線輪胎的技術參數為：標準輪輞 9.00，充氣外直徑（D′） 1 044（1 029.8～1 058.2） mm，充氣斷面寬（B′） 298（286.1～309.9） mm，標準充氣壓力 900 kPa，標準負荷 3 550 kg。

2 結構設計

2.1 外直徑（D）和斷面寬（B）

根據全鋼載重子午線輪胎充氣特性和雪地車輛實際使用情況，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1 053 mm。

考慮子午線輪胎B的取值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305 mm，則斷面寬膨脹率（B′/B）為0.977 0。

2.2 行駛面寬度（b）和弧度高（h）

b和h值影響輪胎抓著、轉向、牽引、磨耗等性能。提高b值，減小h值，可以較大幅度地增加輪胎接地面積，滿足接地均勻和耐磨性能。接地面積在雪地輪胎設計中非常重要，足夠寬的行駛面能保證車輛在雪地行駛時的安全性，當然必須同時考慮轉向與燃油經濟性能等。考慮雪地輪胎使用的特殊性，本次設計b取255 mm，h取9 mm。

2.3 胎圈著合直徑（d）和著合寬度（C）

為保證輪胎在工作過程中胎圈與輪輞著合緊密，減小相互之間的位移與摩擦，胎圈與輪輞采用過盈配合設計。輪輞直徑為571.5 mm，本次設計d取570.5 mm。

輪胎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255 mm。

2.4 斷面水平軸位置（H1/H2）

輪胎斷面水平軸位置是輪胎斷面最寬和胎側最薄處，變形量最大，水平軸位置影響輪胎胎圈位置與胎肩位置應力分布。該輪胎雖為雪地使用輪胎，但使用條件需要同時滿足胎圈承載性能與肩部耐久性能，水平軸適當上移，減小胎圈位置應力，提高承載能力。一般H1/H2為0.9～1.2，根據使用要求和耐久性能等綜合考慮，本次設計H1/H2取1.13。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

雪地輪胎花紋設計的重點在于保證其抓地性能、驅動性能及安全性能。根據該規格輪胎的使用條件，胎面采用全輪位的混合型多鋼片變節距花紋設計，花紋深度為20.5 mm，花紋周節數為43，花紋飽和度為69.8%，可同時滿足輪胎導向和驅動性能并增強花紋抓地性能。所有花紋塊鑲嵌3條波浪形鋼片，可有效地增強抓地力、促進胎面散熱、避免不規則磨損并提高排水能力，延長輪胎使用壽命。考慮其他可能的混合路況，花紋溝采用曲折形花紋溝底，以增強花紋塊強度且起防夾石子作用。胎面花紋照片如圖2所示。

圖2 胎面花紋照片

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、胎圈位置受力情況。通過優選，確定最終輪胎輪廓及骨架材料等參數。輪胎胎肩和胎圈有限元分析示意分別如圖3和4所示。

圖3 輪胎胎肩有限元分析示意

3 施工設計

3.1 胎面

圖4 輪胎胎圈有限元分析示意

胎面采用雙層結構，可滿足耐磨性能和低散熱要求，提高輪胎耐久性能。胎面采用熱、冷喂料雙復合擠出。胎面總寬度為300 mm，冠部寬度為260 mm，中部厚度為25 mm，胎肩厚度為30 mm。胎面結構示意如圖5所示。

圖5 胎面結構示意

3.2 胎體

胎體骨架材料的選擇會影響輪胎的胎側剛性、轉向性能和操縱穩定性。根據雪地輪胎的使用條件，胎體采用0.25×6＋12×0.225HT鋼絲簾線，安全倍數達到7.6。

3.3 帶束層

帶束層骨架材料決定輪胎冠部的強度和剛度，影響輪胎磨耗、轉向和安全等性能。本次設計采用4層帶束層結構，1#帶束層（過渡層）采用3×0.2＋6×0.35HT鋼絲簾線，壓延密度為40根·dm-1，簾線角度為48°；2#和3#帶束層（工作層）采用3＋8×0.33HT鋼絲簾線，壓延密度為43根·dm-1，簾線角度為15°；4#帶束層（保護層）采用5×0.35HI鋼絲簾線，壓延密度為42根·dm-1，簾線角度為15°。帶束層安全倍數達到7.6。

3.4 胎圈

鋼絲圈采用Φ1.83 mm鍍銅回火胎圈鋼絲，呈六角形排列，排列形式為9-10-11-10-9-8，共57根，覆膠后直徑為2.0 mm，鋼絲圈整體與水平線夾角為15°，安全倍數達到5.6。

3.5 成型

成型采用三鼓一次法成型機，機頭直徑為560 mm，機頭寬度為680 mm，采用側包冠方式。半部件接頭按固定分度角錯開分布，各型膠接頭自動滾壓，骨架材料自動定長裁斷，各部件貼合采用自動糾偏，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

硫化采用雙模熱板式B型硫化機，充氮氣硫化工藝。硫化條件為：外部蒸汽壓力 （0.35±0.02）MPa，外 溫 （150±3） ℃，二 次 水 壓 力（2.5±1.0） MPa，內溫 （170±3） ℃，總硫化時間 45 min。

4 成品性能

4.1 外緣尺寸

安裝于標準輪輞上的成品輪胎在標準充氣壓力下，輪胎的充氣外直徑和斷面寬分別為1 057和307 mm，符合設計要求。

4.2 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。結果表明，輪胎最小破壞能為5 133 J，為國家標準規定值（2 203 J）的233%，成品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進行耐久性試驗，試驗條件為：充氣壓力 900 kPa，額定負荷 3 550 kg，試驗速度 70 km·h-1。完成國家標準規定的試驗階段后，繼續進行試驗直至輪胎破壞為止。試驗結果表明，成品輪胎累計行駛時間為116.1 h，累計行駛里程為8 189 km，試驗結束時胎圈裂口。成品輪胎耐久性能良好，符合國家標準要求。

5 結語

295/80R22.5 18PR雪地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相應國家標準要求。該系列產品投放市場后，因其優良的性能和較高的性價比，得到客戶的認可，為企業取得了良好的經濟效益和社會效益。