11R22.5長途大巴子午線輪胎的設計

黃瑞嬌，隋 斌，宮金榮，王秀梅

（青島雙星輪胎工業有限公司，山東 青島 266400）

隨著城市發展和旅游行業的不斷興起，客車專用輪胎市場需求量逐年增加，為提升客戶滿意度，我公司與客戶共同策劃，針對長途大巴行駛速度快、時間長、道路等級高和安全系數要求高等特點，開發了11R22.5長途大巴專用子午線輪胎，產品設計介紹如下。

1 技術要求

根據ETRTO—2016《載重汽車輪胎規格、尺寸、氣壓與負荷》，確定11R22.5長途大巴子午線輪胎的技術參數如下：標準輪輛 8.25×22.5，充氣外直徑（D′） 1 050（1 035.5～1 064.3） mm，充氣斷面寬（B′） 279（267.8～290.2） mm，充氣壓力 850 kPa，單胎負荷 3 150 kg，速度級別 L。

2 結構設計

2.1 外直徑（D）和斷面寬（B）

由于帶束層鋼絲簾線剛性較大，對輪胎具有較強的束縛作用，因此在標準充氣壓力下，輪胎外直徑變化較小[1]，多數情況下僅增大0～2 mm。本次設計D取1 053 mm，D′/D為0.997 2。輪胎在充氣時斷面寬的變化比外直徑的變化復雜，這是因為輪胎斷面輪廓設計、帶束層施工設計及胎體鋼絲簾線選擇均對其有不同程度的影響。根據以往產品設計經驗，結合長途大巴輪胎高負荷性能的要求，本次設計B取288 mm，B′/B為0.968 7。

2.2 行駛面寬度（b）和弧度高（h）

b的選取對輪胎的使用性能影響較大。長途大巴輪胎對耐磨性能、安全性能和操縱穩定性等有較高的要求，在設計b時，可以考慮比普通產品取值大一些。但b增大后，如果接地印痕壓力分布控制不當，也容易發生偏磨損[2]。此外，b過大也容易導致輪胎在使用時出現胎肩和胎冠脫層的問題。根據長途大巴輪胎的花紋特點及使用條件，綜合考慮輪胎的耐磨性能、抓著性能和滾動阻力等，本次設計b取226 mm，行駛面比常規產品（210 mm）加寬16 mm。

根據以往產品設計經驗，h/斷面高（H）比值在0.03～0.05范圍內較好，在此情況下，輪胎與路面接地面積較大，胎面磨損均勻，h取值過大或過小均會造成輪胎畸形磨損。本次設計胎冠采用一段弧加切線形式，h取6.5 mm。

2.3 胎圈著合直徑（d）和著合寬度（C）

輪胎的胎圈部位主要參考標準輪輛的曲線圖進行設計。C設計可參考標準輪輛寬度，對于早期斷面高寬比較大的子午線輪胎，取C小于輪輛寬度時，胎側的側向剛性增大，胎面的耐磨性能提升。而現在暢銷的低斷面子午線輪胎由于斷面高相對較小，在一定程度上會增大胎側部位的剛性，因此為降低胎側剛性，提高柔軟性和乘坐舒適性，通常取C大于輪輛寬度。對于無內胎輪胎而言，一般采取C比輪輛寬度大12.7 mm（0.5英寸）設計。綜合以上情況，C取228 mm。

同時，考慮使用中避免胎圈與輪輛間產生滑移，d取569.5 mm。

2.4 斷面水平軸位置（H1/H2）

斷面水平軸是輪胎在充氣、負荷下變形以及屈撓最大的位置，它是輪胎所受應力整體平衡的重要參數，因此斷面水平軸的合理設計對輪胎的使用性能具有一定的影響。當H1/H2取值較大時，輪胎使用時所受到的最大應力、應變趨向于輪胎胎肩部位，容易造成胎肩部位應力集中，導致輪胎使用早期出現肩部簾線脫層或胎面剝離等損壞現象；H1/H2取值較小時，輪胎所受最大應力和應變靠近胎圈部位，使用時易造成胎圈部位脫層。根據長途大巴輪胎使用特點及以往同規格輪胎的設計經驗，本次設計H1/H2取0.86。輪胎斷面輪廓如圖1所示。

圖1 輪胎斷面輪廓示意

2.5 胎面花紋設計

胎面花紋直接與路面接觸，花紋設計得當，可顯著提升輪胎的抓著力，降低噪聲，提高抗濕滑性能，但這三者本身具有相互制約性，因此花紋設計時需要綜合考慮輪胎實際使用的路況、輪位、車型及性能要求，尋求三者的最佳平衡。針對長途大巴輪胎的使用特點，本次花紋主溝采用4條縱向小角度曲折溝設計，以提升輪胎抓著力，有利于輪胎高速行駛和排水；花紋塊上設置橫向鋼片，增大輪胎抓著力，此外在雨天行駛時易于打破水膜，增強輪胎抗濕滑性能，行駛更安全；花紋塊上設置變深度“Z”字形鋼片，具有花紋再塑性，從而體現優異的耐磨性能?；y塊采用變節距無規則排列設計，避免產生共鳴，最大程度降低輪胎噪聲。另外，加寬胎肩花紋塊設計使胎面接地壓力分布更均勻，防止輪胎發生畸形磨損。設計花紋深度為17.5 mm，采用3個不等節距，花紋周節數為40，花紋飽和度為76%。

初始胎面花紋展開如圖2所示，一定行駛里程后胎面花紋展開如圖3所示，胎面花紋立體效果如圖4所示。

圖2 胎面花紋展開示意

圖3 一定行駛里程后胎面花紋展開示意

圖4 胎面花紋立體效果

3 施工設計

3.1 胎面

為提升輪胎綜合使用性能，胎面采用分層設計，包括胎面膠和基部膠，如圖5所示。

圖5 胎面形狀示意

胎面膠選用自補強性非常好的煙膠片和超耐磨炭黑等具有高耐磨性能的膠料體系，提升輪胎行駛里程；基部膠選用具有低生熱性能的膠料體系，降低輪胎早期使用肩空故障率。

3.2 帶束層

帶束層的設計主要包括簾布結構和層數的選擇及簾線密度和角度的設計等。選擇不同的帶束層結構和材料，輪胎的剛性會有所變化，進而影響輪胎的耐磨性能和操縱穩定性等。本次設計帶束層采用3層＋0°結構，1#和2#帶束層采用3×0.20＋6×0.35HT鋼絲簾線，密度為60根·dm-1，簾線角度分別為24°和15°，3#帶束層采用5×0.30HI鋼絲簾線，密度為60根·dm-1，簾線角度為15°，0°帶束層采用3×7×0.20HE鋼絲簾線。帶束層安全倍數為5.9。

3.3 胎體

胎體用鋼絲簾線要求耐疲勞性能和耐磨性能高，為提升輪胎的負荷能力和安全性能，本次設計胎體選用3＋9＋15×0.175＋0.15NT鋼絲簾線，壓延厚度為2.6 mm，胎體安全倍數為13.5，比普通輪胎提升20%。

3.4 鋼絲圈

鋼絲圈選用Φ1.55 mm（覆膠鋼絲Φ1.65 mm）的高強度鍍銅回火胎圈鋼絲，結構形式為7-8-9-10-9-8-7，共7層、58根，鋼絲圈形狀為斜六角形，鋼絲圈直徑為573.59 mm，安全倍數為4.5。

3.5 成型與硫化

輪胎在一次法成型機上進行成型，工藝參數嚴格按照施工標準執行，各半成品部件上正壓實，確保胎坯質量合格。

輪胎采用熱板式硫化機氮氣硫化，硫化條件為151 ℃×44.2 min。

4 成品性能

4.1 充氣外緣尺寸

成品輪胎充氣外緣尺寸測試按照GB/T 521—2012進行。輪胎的D′和B′分別為1 056和288 mm，磨耗標志高度為2.2 mm，達到設計要求。

4.2 靜負荷

成品輪胎靜負荷性能測試按照HG/T 2443—2012進行，輪胎硫化結束停放24 h后測試。測試結果為：靜負荷半徑 491 mm，最大位移 37.48 mm，下沉率 15.5%，接地因數 1.04。

4.3 強度性能

成品輪胎強度性能測試按照GB/T 4501—2016進行。測試5點破壞能平均值為2 688.3 J，第5點壓穿，達到國家標準（≥2 107.6 J）要求。

4.4 耐久性能

成品輪胎耐久性能測試按照GB/T 4501—2016進行。輪胎測試47 h后，負荷率從100%每隔10 h增大10%。負荷率增至140%，輪胎運行總時間90 h后出現肩空，耐久性能達到設計要求。

4.5 高速性能

成品輪胎高速性能測試按照企業標準進行，測試條件和結果如表1所示。

表1 高速性能測試條件和結果

輪胎以速度130 km·h-1運行68 min后胎冠局部脫落，達到設計要求。

5 結論

針對客運市場用戶更加注重運輸安全性及運營效率的特點，11R22.5長途大巴子午線輪胎采用加強胎體設計，輪胎抗沖擊和抗刺扎能力較普通產品提升20%，顯著降低輪胎意外損壞幾率。同時，優化的輪廓設計、花紋溝槽設計及膠料配方設計提高了輪胎的濕地抓著性能和耐磨性能，提升了客戶的滿意度。