7.00R16LT 14PR公路型全鋼輕型載重子午線輪胎的開發(fā)

王建兵，蔣婷婷，陽曉嵐，王勝學

[中策橡膠（建德）有限公司，浙江 建德 311607]

近年來，隨著城鎮(zhèn)建設(shè)的不斷發(fā)展，城鄉(xiāng)道路情況越來越好，道路運輸能力不斷提升。公路型全鋼輕型載重子午線輪胎也得到普遍推廣和應用。但因各地區(qū)市場情況有別，同樣的產(chǎn)品在不同地區(qū)反饋出不同問題[1-4]。為適應市場形勢，我公司先后開發(fā)了8.25R16LT，7.50R16LT，7.00R16LT和6.50R16LT等規(guī)格產(chǎn)品，均取得了良好的效果。

針對市場反饋的輪胎肩部和胎圈脫層等問題，我公司對全鋼輕型載重子午線輪胎產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)進行攻關(guān)。本工作以7.00R16LT系列新產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)為例，將產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)的相關(guān)情況簡介如下。

1 技術(shù)參數(shù)要求

參 照GB/T 2977—2016，確 定7.00R16LT 14PR公路型全鋼輕型載重子午線輪胎技術(shù)參數(shù)為:標準輪輞 5.50F，充氣外直徑（D'）775（762～786）mm，充氣斷面寬（B'）200（192～210）mm，單胎標準充氣壓力 770 kPa，單胎負荷 1 320 kg。

市場對輕型載重子午線輪胎的使用要求如下:高速性能好、胎面耐磨、溝底抗刺扎、裝配性好和操控穩(wěn)定性良好。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.1 外直徑（D）、斷面寬（B）和著合寬度（C）

全鋼子午線輪胎的70%負荷由鋼絲簾線帶束層承擔[5-9]，由于鋼絲簾線的伸張和變形較小，根據(jù)子午線輪胎的特點并結(jié)合我公司工藝情況，最終確定輪胎的外直徑膨脹率（D'/D）為1.003，水平軸位置斷面寬膨脹率（B'/B）為1.002。

根據(jù)國家標準規(guī)定并結(jié)合本次設(shè)計時帶束層采用超高強度鋼絲簾線，確定本次設(shè)計D為768 mm；為提高輪胎的裝配性能，C取值需比標準輪輞大半英寸（即12.7 mm）設(shè)計，C取152 mm；為提升胎圈抗變形能力，同時考慮C的增大對B'的影響，B取198 mm。

2.2 行駛面寬度（b）和弧度高（h）

b和h的取值對輪胎冠部曲線有重要影響，對輪胎的操控穩(wěn)定性、抗側(cè)滑能力、接地印痕形狀和耐磨性能影響較大。由于本規(guī)格輪胎用于公路物流運輸輕型載重車輛，對速度要求較高，同時需具備較好的承載能力。通過對輪胎接地區(qū)域受力分布進行有限元分析可以看出（見圖1）:當冠弧為兩段弧設(shè)計時既可改善輪胎胎面與地面的接觸形狀，也可以減小單位面積的壓強，使壓力分布更均勻，從而提升輪胎的操控穩(wěn)定性和耐磨性能，同時兼具優(yōu)異的抗側(cè)滑能力。因此本次設(shè)計冠弧采用兩段弧設(shè)計，b取148 mm，h取4.8 mm。

圖1 輪胎接地區(qū)域受力分布有限元分析

2.3 斷面水平軸位置（H1/H2）和胎圈著合直徑（d）

斷面水平軸位置對輪胎整體受力分布有較大影響。斷面水平軸位置偏向輪胎冠部時，會造成輪胎承載時肩部變形大，產(chǎn)生肩部脫層；斷面水平軸位置偏向胎圈部位時，會造成輪胎胎圈部位變形增大，剪切應變大，生熱高，造成輪胎早期胎圈開裂或胎圈脫空現(xiàn)象。本設(shè)計中H1/H2取0.990 7，水平軸高度位置位于輪胎斷面內(nèi)輪廓中部，以均衡胎肩和胎圈應力產(chǎn)生的變形。本次設(shè)計H1取90.50 mm，H2取91.35 mm。

輪胎承載時，輪胎與地面接觸區(qū)域?qū)奶ヵ嗯c輪輞接觸位置受力增大，胎趾受力減小，輪胎胎圈與輪輞曲線配合形態(tài)發(fā)生改變，導致胎趾產(chǎn)生上翹趨勢。因此本次設(shè)計的胎圈曲線與輪輞曲線采用過盈配合形式，d取404.1 mm。

2.4 胎面花紋

胎面花紋設(shè)計對輪胎的使用壽命和行車安全有較大的影響，對汽車的操控性能起到關(guān)鍵作用。針對公路路況好和車速高的使用特點，選用抗側(cè)滑性能優(yōu)異的水浪型花紋，同時為防止胎面花紋溝底被石子刺傷，花紋溝壁設(shè)計采用自潔性優(yōu)異的單邊雙臺階設(shè)計，花紋溝底的偏心設(shè)計（見圖2）可有效保護花紋溝底不被刺傷。胎肩采用U形溝槽開放設(shè)計，可提升胎肩部位散熱性能。

圖2 胎面花紋溝示意

根據(jù)市場上全鋼輕型載重子午線輪胎的使用車況及環(huán)境，本次花紋設(shè)計適當降低輪胎的海陸比，花紋塊面積占總行駛面面積的75.9%。

胎面花紋展開如圖3所示。

圖3 胎面花紋展開示意

3 施工設(shè)計

3.1 胎面

由于公路型輪胎胎面花紋深度較小，輪胎長時間的高速行駛過程中胎面熱量聚集會使胎面膠耐磨性能下降，易造成異常磨損和肩部脫空等質(zhì)量問題。故胎面膠采用天然橡膠與順丁橡膠并用配方設(shè)計，以提高輪胎的耐磨性能，降低生熱。

胎面膠主要物理性能如表1所示。

表1 胎面膠主要物理性能

3.2 胎體

根據(jù)輪胎負荷、鋼絲簾線強度（本產(chǎn)品胎體采用鋼絲簾線規(guī)格為3×0.22/9×0.20CCHT）及輪胎使用環(huán)境，計算胎體安全倍數(shù)為8.2，滿足輪胎承載的使用要求。

3.3 帶束層

帶束層的剛度和強度對輪胎負荷性能和高速性能至關(guān)重要。根據(jù)市場調(diào)研情況及設(shè)計計算結(jié)果，本次設(shè)計采用2層帶束層結(jié)構(gòu)，均采用2＋7×0.30ST超高強度鋼絲簾線，角度為18°。該設(shè)計可保證輪胎在M級速度級別下正常行駛。帶束層安全倍數(shù)為9.2。

3.4 胎圈

鋼絲圈采用直徑為1.55 mm的高強度胎圈鋼絲，排列方式為5-6-7-6-5-2.5，共31.5根。鋼絲圈直徑為412.5 mm，安全倍數(shù)為7.6。鋼絲圈外表面用930V2錦綸6簾布螺旋式緊密纏繞，纏繞用簾布寬度為20 mm。該設(shè)計可確保胎圈整體性且有足夠的強度和剛性，以滿足高載高速行駛時胎圈不變形的使用要求。

4 成品性能

試制7.00R16LT 14PR公路型全鋼輕型載重子午線輪胎，并對成品輪胎進行充氣外緣尺寸、強度、耐久性能和高速性能檢測。

4.1 充氣外緣尺寸

充氣外緣尺寸根據(jù)GB/T 521—2012要求進行測量，在770 kPa充氣壓力下，D′為772 mm，B′為196 mm，符合國家標準要求。

4.2 強度性能

強度性能按照GB/T 4501—2016進行測試，測得輪胎最小破壞能為1 066.5 J，為標準值（712 J）的149.8%。成品輪胎的強度性能測試結(jié)果如表2所示。

從表2可以看出，輪胎強度滿足使用要求。

表2 成品輪胎強度性能測試結(jié)果

4.3 耐久性能

耐久性能根據(jù)企業(yè)標準進行測試，測試條件為:充氣壓力 770 kPa，負荷 1 320 kg，試驗速度80 km·h-1。當成品輪胎累計行駛時間為136.2 h時，輪胎出現(xiàn)胎肩破裂。成品輪胎的耐久性試驗結(jié)果如表3所示。

表3 成品輪胎耐久性試驗結(jié)果

從表3可以看出，成品輪胎的耐久性能達到設(shè)計要求。

4.4 高速性能

高速性能根據(jù)企業(yè)標準進行測試，試驗條件為:充氣壓力 770 kPa，負荷 1 056 kg。當輪胎行駛速度增大至170 km·h-1，運行21 min時出現(xiàn)胎冠起鼓。成品輪胎高速性能試驗結(jié)果如表4所示。

表4 成品輪胎高速性能試驗結(jié)果

從表4可以看出，成品輪胎的高速性能達到設(shè)計要求。

5 結(jié)論

7.00R16LT 14PR公路型全鋼輕型載重子午線輪胎投入批量生產(chǎn)后，生產(chǎn)工藝穩(wěn)定，合格率達99.85%；成品輪胎的充氣外緣尺寸、強度性能、耐久性能和高速性能均達到設(shè)計要求。該規(guī)格輪胎經(jīng)實際使用驗證后，在抗側(cè)滑能力、高速性能、操控穩(wěn)定性、花紋自潔能力及耐磨、承載等方面得到市場認可，取得了良好的經(jīng)濟和社會效益。