235/65R16C 121/119R 10PR VAN類車輛全天候子午線輪胎的設(shè)計(jì)

周 宇，王 瑞，王寶凱，盧中允

（賽輪集團(tuán)股份有限公司，山東 青島 266550）

全天候輪胎是指在一般情況下都可以使用的輪胎，其兼顧夏季輪胎和冬季輪胎的優(yōu)點(diǎn)，適用于全年各種季節(jié)、氣候及路況條件[1-4]。根據(jù)米其林集團(tuán)的調(diào)查結(jié)果可知：在非特殊的極寒地區(qū)、漫長的冬天里冰雪天的天氣占比不高時(shí)，很多乘用車用戶并未完全更換雪地輪胎[5]。

全天候輪胎是主流品牌車輛常規(guī)配備產(chǎn)品，在歐洲，夏季輪胎和冬季輪胎的使用有嚴(yán)格的要求，但由于季節(jié)交替時(shí)更換輪胎的人工成本較高，歐洲消費(fèi)者對全天候輪胎的需求逐漸提升。由于VAN（廂式貨車）類車輛的使用頻率較一般轎車低，而全天候輪胎定制的胎面配方設(shè)計(jì)使其在不同的氣候和路況條件下均能保持優(yōu)異的抓著、排水和雪地性能，配合其獨(dú)特的胎面花紋設(shè)計(jì)，大大提高了輪胎的干濕地制動(dòng)、雪地抓著力和耐磨性能，VAN類車輛全天候輪胎在歐洲和少雪區(qū)域的需求日益增長。

為滿足市場需求，國內(nèi)輪胎企業(yè)紛紛開始研制和開發(fā)VAN類車輛全天候輪胎[6]。目前，我公司已成功開發(fā)235/65R16C 121/119R 10PR VAN類車輛全天候子午線輪胎，現(xiàn)將其設(shè)計(jì)情況介紹如下。

1 技術(shù)要求

參考《歐洲輪胎輪輞技術(shù)組織標(biāo)準(zhǔn)手冊2020（ETRTO）》，并參照GB/T 2977—2016，確定235/65R16C 121/119R 10PR VAN類車輛全天候子午線輪胎的技術(shù)參數(shù)為：標(biāo)準(zhǔn)輪輞 RIM 7J，充氣外直徑（D′） （712±9） mm，充氣斷面寬（B′）（240±10） mm，額定負(fù)荷 1 450（單胎）/1 360（雙胎） kg，標(biāo)準(zhǔn)充氣壓力 575 kPa。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 外直徑（D）和斷面寬（B）

子午線輪胎充氣后，胎體為關(guān)鍵受力部件，其受力發(fā)生徑向膨脹與變形，為防止胎冠部位過度伸張，采用鋼絲帶束層和周向纏繞的錦綸冠帶層箍緊胎體[7]。根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，本規(guī)格輪胎充氣狀態(tài)下的外直徑膨脹率（D′/D）為0.12%～0.20%，斷面寬收縮率為2%，考慮輪胎硫化時(shí)需進(jìn)行后充氣處理，本次設(shè)計(jì)D取710 mm，B取250 mm。

2.2 行駛面寬度（b）和弧度高（h）

b的選取主要影響輪胎實(shí)際使用時(shí)的干濕地性能、雪地性能、耐磨性能、滾動(dòng)阻力及高速性能等[8]，考慮本規(guī)格輪胎的使用特點(diǎn)，全季節(jié)均需要提供充足的抓著力和制動(dòng)力，并能有效避免使用過程中的局部應(yīng)力集中，減小單位面積內(nèi)的接地壓力，本次設(shè)計(jì)b取190 mm。

h的選取影響輪胎的實(shí)際接地狀態(tài)，參照以往設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，為達(dá)到更加均衡的接地壓力分布，本次設(shè)計(jì)h取10.31 mm。

2.3 胎圈著合直徑（d）和著合寬度（C）

為保證在直線行駛和轉(zhuǎn)向過程中輪胎與輪輞間保持良好的箍緊力，使二者緊密配合，采用過盈配合設(shè)計(jì)[9]。根據(jù)我公司經(jīng)驗(yàn)，本次設(shè)計(jì)d取404.6 mm。C的取值根據(jù)輪胎與輪輞的配合程度計(jì)算得到，為改善裝配性能并提高胎圈部位的支撐性，改善輪胎的舒適性，本次設(shè)計(jì)C取203 mm。

2.4 斷面水平軸位置（H1/H2）

斷面水平軸是胎體最薄的位置，位于斷面最寬處，其位置是胎側(cè)最大變形的相對位置，直接影響胎體應(yīng)力分布，進(jìn)而影響胎肩和胎圈的應(yīng)力分布。為保證輪胎的負(fù)荷性能，提升輪胎的舒適性并降低滾動(dòng)阻力，本次設(shè)計(jì)H1/H2取1.0。

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

胎面花紋采用單導(dǎo)向大花紋塊設(shè)計(jì)，花紋深度為9.7 mm，花紋周節(jié)數(shù)為60，花紋飽和度為65.1%，著重突出輪胎的干濕地和雪地牽引性、耐磨性能和舒適性，其主要特點(diǎn)為：

（1）“人”字形單導(dǎo)向花紋設(shè)計(jì)，配合多種折線形3D鋼片，既確保了高效的干濕地性能，亦可在冬季提供優(yōu)異的雪地制動(dòng)和加速性能；

（2）多節(jié)距組合設(shè)計(jì)，采用自主研發(fā)噪聲模擬仿真系統(tǒng)，優(yōu)化為最佳排列，有效降低噪聲；

（3）增大胎肩花紋塊設(shè)計(jì)，在提供優(yōu)異抓著性能的同時(shí)提升負(fù)荷能力；

（4）胎側(cè)采用防撞擊設(shè)計(jì)，可以有效抵抗劇烈的沖擊，起到很好的防護(hù)作用。

胎面花紋展開如圖2所示。

圖2 胎面花紋展開示意

2.6 胎側(cè)保護(hù)設(shè)計(jì)

胎側(cè)保護(hù)設(shè)計(jì)采用立體不規(guī)則條狀塊形的防撞擊能量條，凸出胎側(cè)表面約2 mm，如圖3所示。

圖3 胎側(cè)保護(hù)示意

胎側(cè)保護(hù)設(shè)計(jì)有效避免了輪胎屈撓區(qū)易被碰撞形成凸起或路邊緣石切割造成的胎體損壞，又可提升胎側(cè)部位的美觀程度和整潔度，具有良好的視覺沖擊感。

3 施工設(shè)計(jì)

3.1 胎面

根據(jù)全天候輪胎的使用特點(diǎn)，為增強(qiáng)胎面抓著力、耐寒性、耐磨性和抗撕裂性，本次設(shè)計(jì)采用三復(fù)合胎面結(jié)構(gòu)（見圖4），上層胎面膠主要保證抗?jié)窕刃阅埽聦踊磕z保證滾動(dòng)阻力性能良好，兩側(cè)翼膠保證胎面向胎側(cè)的平滑過渡。胎面膠采用環(huán)保配方設(shè)計(jì)，為進(jìn)一步提升輪胎抓著力和耐磨性能，配方采用業(yè)內(nèi)常用的溶聚丁苯橡膠和順丁橡膠并用體系，并添加高用量的白炭黑和高耐磨炭黑，同時(shí)達(dá)到了降低輪胎滾動(dòng)阻力的效果。

圖4 胎面結(jié)構(gòu)示意

由于該規(guī)格輪胎負(fù)荷較大，其承載性、耐久性能和高速性能為主要設(shè)計(jì)性能，設(shè)計(jì)增加1層無接頭錦綸冠帶層（在帶束層上方進(jìn)行貼合），采用930dtex/2錦綸浸膠簾布，提高了輪胎的抗撞擊性能，并能有效防止胎面與帶束層脫層。

3.2 胎體

胎體是充氣輪胎受力的關(guān)鍵部件，由于高速旋轉(zhuǎn)輪胎存在高頻壓縮變形，胎體的耐疲勞性能尤為關(guān)鍵。本次設(shè)計(jì)采用經(jīng)電子輻射的2層2200dtex/2聚酯浸膠簾布為胎體，壓延過程中滲膠性能良好，胎體安全倍數(shù)為10.1。

3.3 帶束層

環(huán)形鋼絲帶束層對輪胎的負(fù)荷性能和束縛性能影響最大[10]，并能有效抵抗路面70%以上的撞擊力。本次設(shè)計(jì)采用2層帶束層，1層（左向角度）和2層（右向角度）帶束層呈斜向交叉開放型排列，采用3×0.20＋6×0.35HT鋼絲簾線，起到箍緊胎體的作用，提高了輪胎的耐磨性能和操控性能，帶束層安全倍數(shù)可達(dá)10.3。

3.4 胎圈

胎圈采用直徑為1.40 mm的鍍鋅銅回火高強(qiáng)度胎圈鋼絲，按照3-4-5-4-3進(jìn)行單絲纏繞，呈六角形排布，安全倍數(shù)為6.2，滿足設(shè)計(jì)要求。

3.5 成型和硫化

成型采用國產(chǎn)二次法成型機(jī)，設(shè)計(jì)機(jī)頭寬度為434 mm，機(jī)頭直徑為438.2 mm，采用冠包側(cè)成型工藝。由于成型機(jī)頭寬度與胎體簾線實(shí)際伸張值強(qiáng)關(guān)聯(lián)，胎體簾線伸張值的選取又依據(jù)胎體簾線物理性能和胎體簾布壓延工藝設(shè)計(jì)與控制[3]，其對輪胎疲勞耐久性能影響很大，本次設(shè)計(jì)胎體簾線伸張值取1.03。成型過程中各半部件貼合緊密無偏歪，保證了輪胎的動(dòng)平衡和均勻性。

硫化采用1 219.2 mm（48英寸）雙模熱板式B型液壓硫化機(jī)，采用帶有后充氣式的充氮硫化工藝，工藝條件如下：內(nèi)溫 （204±4） ℃，外溫（178±2） ℃，內(nèi)部充氣壓力 （2.5±0.1） MPa，硫化時(shí)間 15.5 min。根據(jù)試驗(yàn)階段進(jìn)行發(fā)泡，微調(diào)硫化時(shí)間。硫化試驗(yàn)結(jié)果顯示無過硫和欠硫等異常情況。

4 成品輪胎性能

4.1 充氣外緣尺寸

成品輪胎充氣外緣尺寸按照企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)GCTS-03-434《轎車和輕型載重汽車子午線輪胎外緣尺寸試驗(yàn)方法PD01》進(jìn)行測量，D′和B′分別為713和245 mm，接近標(biāo)準(zhǔn)中值，滿足設(shè)計(jì)和標(biāo)準(zhǔn)要求。

4.2 強(qiáng)度性能

成品輪胎按照企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)GC-TS-03-422《轎車子午線輪胎強(qiáng)度試驗(yàn)方法PS4502》進(jìn)行強(qiáng)度性能測試。測試結(jié)果表明，第5點(diǎn)破壞能為823.6 J，為標(biāo)準(zhǔn)值的129.7%，超過標(biāo)準(zhǔn)要求，達(dá)到開發(fā)設(shè)計(jì)要求。

4.3 高速性能

成品輪胎按照企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)GC-TS-03-440《LTR輪胎高速試驗(yàn)方法PHER54》進(jìn)行高速性能測試。成品輪胎最大行駛速度為210 km·h-1，累計(jì)行駛時(shí)間為100 min，試驗(yàn)結(jié)束時(shí)輪胎損壞狀態(tài)為崩花，成品輪胎的高速性能達(dá)到內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)要求。

4.4 耐久性能

成品輪胎耐久性能測試按照企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)GCTS-03-442《輕型載重汽車子午線輪胎耐久試驗(yàn)方法PE4501》進(jìn)行。輪胎耐久性試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

表1 輪胎耐久性試驗(yàn)結(jié)果

從表1可以看出，成品輪胎室內(nèi)耐久性試驗(yàn)累計(jì)行駛40.8 h仍未損壞。同時(shí)，試驗(yàn)累計(jì)行駛里程為4 902.6 km，試驗(yàn)結(jié)束后卸胎進(jìn)行輪胎外觀和無損檢測發(fā)現(xiàn)輪胎完好，成品輪胎的耐久性能達(dá)到企業(yè)內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)要求。

5 結(jié)語

我公司235/65R16C 121/119R 10PR VAN類車輛全天候子午線輪胎的充氣外緣尺寸、強(qiáng)度性能、高速性能和耐久性能均滿足相應(yīng)設(shè)計(jì)及企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求，符合開發(fā)預(yù)期。

該規(guī)格輪胎自投放市場以來取得良好的效果，完善了公司產(chǎn)品系列，滿足了顧客的多元化需求，帶來良好的經(jīng)濟(jì)效益和駕乘體驗(yàn)，今后將進(jìn)一步強(qiáng)化公司在全天候輪胎細(xì)分市場的競爭力，提升企業(yè)品牌。