225/50ZR17 98W XL高速度級輪胎的高速性能改善

王云

(雙錢集團（安徽）回力輪胎有限公司，安徽 蕪湖 241000)

隨著人們生活品質的提高，家用轎車越來越普及，汽車產業也快速發展。而轎車輪胎作為汽車行駛的四只腳，重要性不言而喻。同時我國高速公路不斷完善，對輪胎高速性能的要求也越來越高，以保證汽車在高速行駛時的安全可靠。近年來，轎車輪胎逐步向斷面扁平化發展，速度級也由常見的H級、V級上升到W級和Y級，為輪胎工業的發展帶來了機遇和挑戰。

輪胎的高速性能是國家CCC認證強制性安全檢測項目，目前輪胎生產企業主要通過室內機床試驗，來測試輪胎的高速性能。在輪胎生產過程中，檢測高速性能必不可少，當然高速性能也是輪胎開發過程中的一個重要指標。

下面對我廠開發的高速度級輪胎規格225/50ZR17 98W XL的高速性能改善過程進行分享及探討。其中結合了接地印痕形狀的改善，因為輪胎接地印痕是否合理直接影響輪胎的使用性能，接地印痕參數也是評判輪胎性能的重要因素之一，在設計中占有重要的地位。

1 試驗方法

（1）高速試驗方法參照GB/T 4502《轎車輪胎性能室內試驗方法》，在達到國標要求后，繼續增加試驗速度，直至輪胎損壞，設備停機。

（2）靜態壓力分布試驗方法參照GB/T 22038《汽車輪胎靜態接地壓力分布試驗方法》，將輪胎放置在壓力毯上，以一定速度施加徑向負荷至規定值，測量輪胎靜負荷半徑。根據生成的接地印痕圖象，劃定印痕分布區域，提取并記錄各個接地區域的面積和壓力。

2 原始方案結果及分析

2.1 室內高速試驗結果

原始方案測試了兩條輪胎，高速試驗結果為60/69 min，不滿足本公司內控要求，需要進行高速性能改善。

2.2 輪胎損壞情況

兩條輪胎的損壞形式均是帶束層脫層，位置為肩部兩層帶束層之間至2#帶束層端點附近，如圖1所示。主要是因為試驗過程中，輪胎反復變形，帶束層間的剪切應力是造成輪胎脫層和分離的主要因素，胎肩部位是多種材料靠粘合連接起來的，一旦受到較大的剪切應力容易產生脫層。帶束層的剪切應力沿層間分布，易產生剝離錯位。我們可以通過增加冠帶條的纏繞層數，來提高帶束層間的抗剪切應力。或者通過調整帶束層的寬度，來減小胎肩附近的應力。

圖1 輪胎損壞位置

2.3 靜態壓力分布試驗

由圖2可見，接地印痕形狀呈“波浪形”，即肩部和中間受力較大，在實際使用中，容易產生畸形磨損，影響輪胎使用壽命。在不調整模具輪廓設計的前提下，可通過調整胎面厚度和帶束層角度等方法，來改善壓力分布。

圖2 接地印痕

3 改善方案設計

考慮輪胎生產成本和生產作業標準化，不選擇增加冠帶條纏繞層數和改變帶束層角度的方案，僅從帶束層寬度和胎面厚度兩方面調整。在標準負荷情況下，一定帶束層寬度范圍內，胎肩附近的應力隨著帶束層寬度的增大而減小，所以將改善方案的帶束層寬度增加，方案設計見表1。

表1 改善方案設計

同時為了保證胎面溝底膠有足夠的厚度，胎面大體厚度要保持不變，只能對胎面的膠料分布進行優化調整。根據輪胎斷面損壞情況，需減薄胎肩厚度，以降低生熱。同時結合接地印痕形狀，減薄圖2中1、5部位的厚度，增加圖2中2、4部位的厚度，來調整壓力分布。綜合考慮，得出胎面調整方案，胎面A和胎面B厚度對比如圖3所示。

圖3 兩種胎面厚度對比示意

4 試驗結果

在相同的試驗條件下，生產出兩種方案的輪胎，并進行室內高速性能試驗和靜態壓力分布試驗，高速試驗結果及損壞形式見表2。試驗結果表明方案一的兩條輪胎高速性能明顯提升，試驗結束時輪胎的損壞位置均是冠帶和胎肩之間脫層，損壞形式見圖4。方案二的兩條試驗輪胎，高速性能較方案一更加優異，損壞位置與方案一的損壞位置相似，兩條輪胎均是胎肩膠從冠帶層脫落，損壞形式見圖5。

表2 高速結果及損壞形式

圖4 損壞斷面照片

圖5 損壞位置照片

方案一和方案二的接地印痕形狀如圖6和圖7所示。對比原始方案接地印痕形狀可知：兩種方案的接地印痕形狀均得到改善，方案一有輕微的“波浪形”，方案二更接近“矩形”，方案二的印痕更加適合。綜合高速試驗結果可得：方案二的設計更加合理，對輪胎性能更有利。

圖6 方案一接地印痕

圖7 方案二接地印痕

5 結論

通過兩種方案和原始方案的對比試驗，結合室內高速性能試驗結果和靜態壓力分布試驗結果得出以下結論：增加帶束層寬度后，輪胎的高速性能得到提高，且破壞形式由原來的兩層帶束層之間轉移至冠帶層和胎肩之間，說明在一定范圍內，適當增加帶束層寬度，降低了帶束層之間的剪切應力，同時也改善了接地印痕形狀。

在增加帶束層的基礎上，調整胎面厚度，輪胎高速性能得到進一步提升，但是破壞形式基本不變，還是胎肩和帶束層之間脫離。這主要是為了保證足夠的溝底膠厚，不能對胎肩厚度進行大幅度的減薄。說明合理調整胎面各部位厚度，優化膠料分布，仍然可以改善接地印痕形狀，降低胎肩的生熱，從而提升輪胎的高速性能。