225/65R17 106T ARCTIC STU99雪地輪胎的設(shè)計(jì)

楊占斌，鄭 濤，劉 偉，秦怡如，黃丹丹

（山東豐源輪胎制造股份有限公司，山東 棗莊 277300）

隨著國(guó)內(nèi)外汽車工業(yè)的飛速發(fā)展，輪胎工業(yè)發(fā)展迅速。輪胎是汽車與地面直接接觸的唯一部件，直接與行車安全相關(guān)，越來(lái)越受到車主的重視。伴隨著車主的日趨年輕化，冬季自駕游成為年輕人鐘愛的項(xiàng)目，需要為車輛裝配品質(zhì)優(yōu)良的雪地輪胎。雪地輪胎通常在冰雪、濕滑等路面上使用，通常其胎面花紋需要有更多細(xì)小的紋路，以提高輪胎在冰雪路面上的抓著力和在潮濕雨水條件下的排水能力，降低濕地滑胎的風(fēng)險(xiǎn)，提高操控性能。

為了進(jìn)一步細(xì)分市場(chǎng)、擴(kuò)大市場(chǎng)份額，同時(shí)滿足日益擴(kuò)大的冬季自駕游客戶群體的需求，我公司憑借自身不斷增強(qiáng)的科技實(shí)力，在調(diào)查研究我國(guó)路面整體狀況并進(jìn)行成品輪胎性能多次反復(fù)測(cè)試驗(yàn)證后，推出了雪地專用ARCTIC STU99系列輪胎。現(xiàn)以225/65R17 106T ARCTIC STU99雪地輪胎為例，將產(chǎn)品設(shè)計(jì)情況簡(jiǎn)介如下。

1 技術(shù)要求

參照歐洲ETRTO 2012標(biāo)準(zhǔn)、美國(guó)TRAEDI 2012標(biāo)準(zhǔn)以及GB/T 2978—2014《轎車輪胎規(guī)格、尺寸、氣壓與負(fù)荷》要求[1-3]，確定225/65R17 106T ARCTIC STU99雪地輪胎的技術(shù)參數(shù)如下：標(biāo)準(zhǔn)輪輞 5.5J，充氣外直徑（D′） 715（710～725）mm，充氣斷面寬（B′） 236（230～255） mm，最大充氣壓力 350 kPa，最大負(fù)荷 950 kg，速度級(jí)別T。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 外直徑（D）和斷面寬（B）

雪地輪胎的胎冠部位使用冠帶層周向箍緊胎體，以防止此處胎體伸張，因此輪胎的外直徑膨脹率（D′/D）設(shè)計(jì)得非常小，輪胎充氣后外直徑無(wú)太大的變化，參考以往設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，D取714 mm，D′/D為1.001 4。

雪地輪胎的胎體生產(chǎn)采用高模量低收縮聚酯簾線，胎側(cè)膠柔軟且具有較小的膨脹率，輪胎充氣后，斷面整體被90°低伸長(zhǎng)高強(qiáng)度帶束層鋼絲簾線束縛，變化較小，本次設(shè)計(jì)B取237 mm，斷面寬膨脹率（B′/B）為0.995 78。

2.2 行駛面寬度（b）和弧度高（h）

根據(jù)雪地輪胎的實(shí)際使用區(qū)間路段情況、設(shè)計(jì)的速度級(jí)別、載客情況產(chǎn)生的載荷等方面的使用特點(diǎn)，b取值較大時(shí)，可以提高輪胎整體的驅(qū)動(dòng)性能和承載性能。以往的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)表明，h取值與b取值相關(guān)，b取值較大時(shí)，相應(yīng)的h取值也較大，反之b取值較小時(shí)，相應(yīng)的h取值也較小。因此可以通過優(yōu)化調(diào)整b與h的取值來(lái)優(yōu)化輪胎接地形狀與大小，以均衡胎冠接地壓力，提高輪胎的牽引性能與耐磨性能[1-3]。綜合考慮，本次設(shè)計(jì)b取180 mm，h取7.5 mm。

2.3 胎圈著合直徑（d）和著合寬度（C）

輪胎結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮胎圈與輪輞配合的需求，通常來(lái)講，胎圈與輪輞之間的間隙越小，車輛整體運(yùn)行效果越好；但同時(shí)應(yīng)考慮到輪胎裝卸的難易程度，綜合考慮，本次設(shè)計(jì)d取432 mm。考慮到降低胎側(cè)剛性、彈性增大，改善輪胎的乘坐舒適性等方面的影響因素，C取197.8 mm。

2.4 斷面水平軸位置（H1/H2）

通常輪胎斷面水平軸位于整個(gè)輪胎斷面的最寬處，是輪胎在充氣后法向變形最大的位置，同時(shí)也是半鋼子午線輪胎胎體薄弱的地方，因此H1/H2取值對(duì)輪胎的使用性能和壽命都有很大的影響。由于雪地輪胎胎體簾線整體設(shè)計(jì)為徑向排列，胎圈和鋼絲圈位置的應(yīng)力比較大，因此可以通過上移斷面水平軸來(lái)減小下胎側(cè)區(qū)域和胎圈部位的應(yīng)力。綜合考慮，H1/H2取0.986 0。

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

胎面采用ARCTIC STU99花紋，為變節(jié)距花紋，包含長(zhǎng)型花紋M型12節(jié)、長(zhǎng)型花紋L型10節(jié)、短型花紋S型9節(jié)，總計(jì)31個(gè)花紋周節(jié)。胎面花紋整體為4條溝槽設(shè)計(jì)，花紋具有驅(qū)動(dòng)性能、散熱性能、耐磨性能和操控性能好等優(yōu)點(diǎn)，花紋深度為10.5 mm，花紋飽和度為68.25%。胎肩部位膠料采用專為冰雪路面設(shè)計(jì)的低生熱膠料配方。

胎面的花紋展開示意見圖2。

圖2 胎面花紋

3 施工設(shè)計(jì)

3.1 胎面和胎側(cè)

根據(jù)雪地輪胎使用的實(shí)際路況信息，胎面在施工設(shè)計(jì)時(shí)采用全分層方案，即胎面膠采用耐冰雪、濕地抓著性能好的膠料配方，同時(shí)在配方中添加碳納米管以有效縮短輪胎在雪面和冰面上的制動(dòng)距離，有利于改善車輛的操控性能和行駛安全性[4-6]；基部膠采用高緩沖膠料，以很好地釋放來(lái)自胎面的應(yīng)力。胎側(cè)采用常用的雙復(fù)合結(jié)構(gòu)，即胎側(cè)膠和耐磨膠結(jié)構(gòu)。胎面和胎側(cè)半部件均使用中國(guó)化學(xué)工業(yè)桂林工程有限公司生產(chǎn)的雙復(fù)合擠出機(jī)生產(chǎn)，設(shè)備精度高，部件擠出尺寸穩(wěn)定。

3.2 帶束層

采用2層帶束層加1層錦綸冠帶層的結(jié)構(gòu)。當(dāng)輪胎在冰雪路面行駛時(shí)，冠帶層可以很好地箍緊胎體，以減小輪胎胎面部位的周向變形，使輪胎整體尺寸的穩(wěn)定性得到保證，同時(shí)對(duì)輪胎的抗?jié)窕阅芎筒倏v性能有積極影響。冠帶層為保護(hù)層，使用錦綸66簾線，為單根簾線帶張力纏繞而成，有較強(qiáng)的箍緊作用和抗撞擊性能，能夠防止胎面與帶束層之間發(fā)生脫層，同時(shí)又可以緩沖胎面受到的沖擊力，較好地保護(hù)帶束層，延長(zhǎng)輪胎的使用壽命，有利于提高輪胎的翻新次數(shù)。1#和2#帶束層均采用3×0.30HT高膠料滲透性鋼絲簾線。

3.3 胎體

胎體骨架材料使用市場(chǎng)上流行的高模量低收縮聚酯簾線，胎體為2層設(shè)計(jì)，1#胎體簾布筒寬度為620 mm，2#胎體簾布筒寬度為480 mm，胎體簾布?jí)貉用芏葹?05根·dm-1，胎體安全倍數(shù)為8.8。胎體聚酯簾線的滲膠性能好，胎坯硫化后胎體整體變形率小，即成品輪胎胎圈部位變形率小，不容易出現(xiàn)并胎圈的現(xiàn)象，胎圈部位的支撐能力高，有利于輪胎的裝卸操作，輪胎經(jīng)銷商及駕乘者對(duì)此滿意度均較高。

3.4 胎圈

鋼絲圈采用直徑為1.295 mm的鍍鋅銅回火高強(qiáng)度胎圈鋼絲，胎圈鋼絲經(jīng)過胎圈生產(chǎn)設(shè)備覆膠，并成型為胎圈，單根胎圈鋼絲覆膠后直徑為1.60 mm，膠料的粘合性能好，不易散頭，與三角膠能很好地粘合，生產(chǎn)工藝穩(wěn)定。鋼絲圈安全倍數(shù)為9.1。

3.5 成型

采用薩馳華辰機(jī)械（蘇州）有限公司生產(chǎn)的一次法成型機(jī)成型，成型機(jī)頭直徑為415 mm，平寬為447 mm，胎坯成型時(shí)的預(yù)定型寬度為385 mm。該成型機(jī)的工藝參數(shù)穩(wěn)定，設(shè)備程序及機(jī)械定位精度高，胎坯成型后各部位半部件貼合密實(shí)，保證了成品輪胎質(zhì)量的穩(wěn)定性。

3.6 硫化

采用液壓硫化機(jī)、氮?dú)饬蚧に嚵蚧痆7]，一次定型時(shí)氮?dú)鈮毫椋?.06±0.01） MPa，二次定型時(shí)氮?dú)鈮毫椋?.07±0.01） MPa，高壓蒸汽壓力為1.5～1.7 MPa，高壓氮?dú)鈮毫?.1～2.3 MPa，硫化溫度為177 ℃，總硫化時(shí)間為15.5 min。與傳統(tǒng)循環(huán)過熱水硫化工藝相比，該規(guī)格輪胎采用的氮?dú)饬蚧に嚳晒?jié)約80%的蒸汽，具有顯著的節(jié)能效果[2-3]。

4 成品性能

4.1 外緣尺寸

成品輪胎外緣尺寸按GB/T 521—2012《輪胎外緣尺寸測(cè)量方法》測(cè)量。安裝在標(biāo)準(zhǔn)輪輞上的輪胎在標(biāo)準(zhǔn)充氣壓力下的D′和B′分別為715和236 mm，均符合設(shè)計(jì)要求。

4.2 強(qiáng)度性能

依據(jù)Q/B QP 01—2017《轎車子午線輪胎強(qiáng)度試驗(yàn)方法》進(jìn)行強(qiáng)度性能試驗(yàn)，測(cè)試輪胎的充氣壓力為180 kPa。結(jié)果表明，輪胎第1—4點(diǎn)破壞能均達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)值，第5點(diǎn)破壞能為567.2 J，為標(biāo)準(zhǔn)值的192%，強(qiáng)度性能符合企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求。

4.3 耐久性能

耐久性能按照Q/B NP 01—2017《轎車子午線輪胎耐久性能試驗(yàn)方法》進(jìn)行測(cè)試，試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

表1 成品輪胎耐久性能

從表1可以看出，輪胎累計(jì)行駛44 h后停止試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)束時(shí)輪胎目測(cè)未發(fā)生損壞，成品輪胎耐久性能達(dá)到設(shè)計(jì)和企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求。

4.4 高速性能

高速性能按照Q/B GP 04—2017《轎車子午線輪胎高速性能試驗(yàn)方法》進(jìn)行測(cè)試，試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

從表2可以看出，輪胎累計(jì)行駛1.5 h后停止試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)束時(shí)輪胎目測(cè)未產(chǎn)生損壞，高速性能達(dá)到企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求。

5 結(jié)語(yǔ)

225/65R17 106T ARCTIC STU99雪地輪胎的充氣外緣尺寸、強(qiáng)度性能、高速性能和耐久性能均達(dá)到設(shè)計(jì)和企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求。產(chǎn)品投產(chǎn)進(jìn)入市場(chǎng)后得到客戶的認(rèn)可與好評(píng)，在提升公司知名度的同時(shí)創(chuàng)造了較好的經(jīng)濟(jì)效益。