275/80R22.5 16PR中短途全輪位全鋼載重子午線輪胎的設計

呂勇軍，喬光梅，張天福

（貴州輪胎股份有限公司，貴州 貴陽 550008）

隨著汽車工業不斷發展，無內胎普及率越來越大，而客戶對無內胎輪胎的速度、負荷能力、節能等綜合性要求越來越高[1]。我公司為滿足客戶要求，結合當前市場情況，開發了275/80R22.5 16PR中短途全輪位全鋼載重子午線輪胎。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275/80R22.5 16PR中短途全輪位全鋼載重子午線輪胎的技術參數如下：標準輪輞 8.25，充氣外直徑（D′） 1 012（998.8～1 025.2） mm，充氣斷面寬（B′） 276（265～287） mm，標準充氣壓力 830 kPa，標準負荷 3 075 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中短途車輛實際使用情況，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1 012.03 mm。

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284 mm。

2.2 行駛面寬度（b）和弧度高（h）

b和h影響輪胎的抓著力、轉向性、牽引性能和耐磨性能等。增大b、減小h，可以有效增大輪胎的接地面積，滿足接地均勻性和耐磨性能要求。接地面積與輪胎印痕密切相關，綜合以往設計經驗，結合該輪胎以中短途運輸及全輪位使用為主，需增大接地面積，同時考慮到燃油經濟性和耐磨性能，本次設計b取210 mm，h取10.5 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，減小二者之間的位移與摩擦，輪胎與輪輞采用過盈配合。輪輞直徑為571.5 mm，本次設計d取570.5 mm。

趾口部位形狀影響輪胎的剛度和承載性能，結合輪輞尺寸，C取234 mm。

2.4 斷面水平軸位置（H1/H2）

斷面水平軸位置是輪胎斷面最寬、胎側最薄、變形量最大處，水平軸位置影響胎圈和胎肩部位的應力分布。該輪胎雖然主要用于高速標載路況，但需要同時滿足胎圈承載性能和肩部耐久性能要求，因此斷面水平軸適當上移，以減小胎圈部位應力，提高輪胎的承載能力。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。輪胎斷面輪廓見圖1。

圖1 輪胎斷面輪廓示意

2.5 胎面花紋

胎面花紋影響輪胎的操縱性、抓著力、驅動力、舒適性、轉向性、安全性及噪聲等。全輪位輪胎花紋設計需平衡花紋的抓著力、驅動力和安全性能。根據該輪胎使用條件，本次設計采用條形花紋，3條縱向花紋溝可同時滿足輪胎導向和牽引性能。為保證抓著性能，中部兩花紋塊有貫通的曲折形刀槽花紋，所有溝底兩邊均設計直線形刀槽花紋。貫通曲折形刀槽花紋可有效增大抓著力，并促進胎面散熱，避免不規則磨損和提高排水能力，延長輪胎的使用壽命。考慮其他可能的混合路況，采用曲折花紋溝底，增強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19.7 mm，花紋飽和度為78.2%，花紋周節數為67。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

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低生熱要求，提高輪胎的耐久性能。胎面采用熱喂料、冷喂料雙復合擠出。胎面總寬度為280 mm，冠部寬度為230 mm，中間厚度為21 mm，肩部厚度為24 mm。胎面結構如圖3所示。

圖3 胎面結構示意

3.2 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的受力情況，通過優化確定最終輪胎輪廓及骨架材料等參數。胎肩和胎圈有限元分析結果如圖4和5所示。

圖4 胎肩部位有限元分析結果

圖5 胎圈部位有限元分析結果

3.3 胎體

胎體骨架材料影響輪胎的胎側剛性、轉向性能和操縱穩定性。根據雪地輪胎使用條件及安全倍數計算，胎體采用3+9×0.22HT鋼絲簾線，安全倍數達到7.4。

3.4 帶束層

帶束層骨架材料決定胎面部位的強度和剛度，影響輪胎的耐磨性能、轉向性和安全性等。本次設計采用4層帶束層結構，1#帶束層（過渡層）采用3+8×0.33HT鋼絲簾線，壓延密度為40根·dm-1，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，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，角度為15°。帶束層安全倍數達到 7.5。

3.5 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7-8-9-10-9-8，共51根，鋼絲圈整體與水平線夾角為15°，胎圈安全倍數達到6.3。

3.6 成型工藝

成型采用MATATOR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，確保輪胎成品質量和動平衡等性能。

3.7 硫化工藝

硫化采用桂林橡膠機械廠的B型雙模熱板式硫化機，硫化條件為：內溫 （170±3） ℃，模套蒸汽溫度 （150±3） ℃，二次水壓力 （2.5±1）MPa，外部蒸汽壓力 （0.35±0.02） MPa，總硫化時間 42 min，無過硫、缺膠現象。采用氮氣硫化工藝，節能環保，并提高輪胎的硫化質量。

4 成品性能

4.1 外緣尺寸

按GB/T 521—2012《輪胎外緣尺寸測量方法方法》，輪胎安裝在標準輪輞上，在標準充氣壓力下測量的D′為1 009 mm，B′為278 mm，符合國家標準要求。

4.2 強度性能

按照GB/T 4501—2016《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830 kPa，壓頭直徑為38 mm。試驗結果表明，輪胎破壞能為3 529.6 J，為國家標準規定值（2 090 J）的168.9%，符合國家標準要求。

4.3 耐久性能

按照GB/T 4501—2016進行成品輪胎耐久性能測試，測試條件如表1所示。

表 1 成品輪胎耐久性試驗條件

在達到國家標準要求后，按第3試驗階段的條件繼續進行試驗，直至輪胎破壞為止。成品輪胎累計行駛時間為68.43 h，累計行駛里程為4 817.5 km，破壞形式為肩部開裂，耐久性能符合并超過國家標準要求。

5 結語

275/80R22.5 16PR中短途全輪位全鋼載重子午線輪胎的充氣外緣尺寸、強度性能和耐久性能等均達到相應國家和企業標準要求。

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