輕量化35×12.50R20LT 10PR輕型載重子午線輪胎的設計

朱慶帥，李紅衛，伊善會，殷大明，劉曉斌

[1.特拓（青島）輪胎技術有限公司，山東 青島 266000；2.通用橡膠（泰國）有限公司，羅勇府 泰國 21140]

隨著人們生活水平的提高及生活方式的改變，自駕出游方式越來越普遍，裝配于越野型汽車的高通過性全地形（M/T）輪胎的需求量也隨之增大；此外，近幾年各種越野拉力賽事的舉行，也帶動了M/T輪胎需求的增長，對越野型汽車用輪胎的研究也越來越多[1-5]。為滿足國內外市場對M/T輪胎的需求，我公司開發了35×12.50R20LT 10PR輕型載重子午線輪胎，并進行了輕量化設計，現將產品設計情況簡介如下。

1 技術要求

根據GB/T 2977—2016《載重汽車輪胎規格、尺寸、氣壓與負荷》并結合《美國輪胎輪輞協會標準年鑒（TRA） 2020》標準，確定35×12.50R20LT 10PR輕型載重子午線輪胎的技術參數為：標準輪輞 10J，充氣外直徑（D′） 877（866～888） mm，充氣斷面寬（B′） 318（305～331） mm，標準充氣壓力 450 kPa，額定負荷 1 450 kg。

2 結構設計

2.1 外直徑（D）和斷面寬（B）

對于輕型載重輪胎而言，一般帶束層采用小角度設計，輪胎充氣后D膨脹較小。由于輕型載重輪胎充氣壓力比轎車輪胎高，輪胎充氣后D膨脹2～4 mm，因此D取值稍小于D′。根據法規，公路型輪胎D′標準值為877 mm，牽引型輪胎D′標準值為883 mm，本次設計兼顧公路型和牽引型輪胎，同時考慮輕量化，D取873 mm，外直徑膨脹率（D′/D）為1．005。

子午線輪胎的B受骨架材料、充氣壓力、模具著合寬度等因素影響，一般采用模具著合寬度放大設計。由于輕型載重輪胎充氣壓力較大，輪胎裝在標準輪輞上時B會發生較大變化，本次設計輪胎負荷需要兼顧10PR和12PR負荷，因此B取318 mm。考慮到輪胎負荷較大，結構設計采用3層胎體簾布層＋2層帶束層＋2層冠帶層。

2.2 行駛面寬度（b）和弧度高（h）

b和h是決定行駛面形狀的主要參數，行駛面形狀對胎冠的耐磨性能、牽引性能、轉向性能等有直接影響。一般b/B取0.70～0.85，越野輕型載重輪胎對地面的抓著力及通過性能要求較高[6-10]，b/B取0.811，則b取258 mm?？紤]到胎冠采用兩段弧設計，而且輕型載重輪胎需要承受較大的單位面積壓力，h取11.6 mm。

2.3 胎圈著合直徑（d）和著合寬度（C）

35×12.50R20LT 10PR輪胎采用無內胎設計，為了保證輪胎的氣密性和脫圈性能，輪胎與輪輞采用過盈配合。本次設計輪輞直徑為512.8 mm，根據經驗d取值應該比輪輞直徑小1～2 mm，故d取511.4 mm。10J輪輞寬度為254 mm，C值的大小決定輪胎裝卸的難易，加之成品輪胎存放時兩胎圈之間容易變形，綜合考慮C取279.4 mm。

2.4 斷面水平軸位置（H1/H2）

對于輕型載重輪胎，為了減小下胎側區域和胎圈的應力，一般設計上斷面高度（H2）小于下斷面高 度（H1），本 設計H1/H2取1.022，H1取92.15 mm，H2取90.15 mm，斷面高H為182.3 mm。

輪胎斷面輪廓如圖1所示。

圖1 輪胎斷面輪廓示意

2.5 胎圈曲線設計

胎圈曲線多采用兩段曲線設計，而且兩線曲段之間有兩個角度α和β，α取6°～9°，β取15°～25°。本設計采用一段曲線設計，α取10°。

模具胎圈寬度的設計關系到成品輪胎胎趾部位是否飽滿或出邊，模具胎圈寬度一般比C大1～2 mm。胎圈曲線如圖2所示。

圖2 胎圈曲線示意

2.6 胎面花紋

M/T輪胎采用全天候、全地形交錯排布的塊狀越野花紋，花紋風格粗獷，旨在提高輪胎的路面抓著性能。采用開放式溝槽設計，縱向溝槽寬闊，弓形溝槽長度適當增大，以有效增大輪胎與路面間的排水空間，保障泥雪路面上行駛的自潔性；開放式胎肩設計，提高輪胎抓著力，在復雜路面行駛時更能發揮高通過性和耐久性能。胎側裝飾區域采用體現輪胎粗獷風格的裝飾。本設計花紋深度為15.5 mm，花紋飽和度為54.5%，花紋周節數為21。

胎面花紋展開如圖3所示。

圖3 胎面花紋展開示意

3 施工設計

3.1 胎面和胎側

胎面由冠部膠、翼膠和基部膠組成，采用三復合擠出工藝擠出，冠部膠采用高性能抗撕裂胎面配方，基部膠厚度為0.7 mm，兩側為呈鈍角三角形的翼膠。

本次胎側設計為低三角膠大胎圈胎側，在增加胎側整體剛性的同時提高輪胎的耐久性能。

3.2 帶束層和冠帶層

輕型載重輪胎帶束層通常采用2＋7×0.28HT高強度鋼絲簾線，本次設計基于輕量化考慮采用2層2＋2×0.35HT鋼絲簾線帶束層、2層1400dtex/2改性錦綸66冠帶層設計。

3.3 胎體

胎體采用3層1670dtex/2-110高模量低收縮聚酯浸膠簾布、90°角度，采用2反1正的反包形式，在增加輪胎胎側區域剛性的同時提高了輪胎的安全性。

3.4 胎圈

鋼絲圈采用Φ1.295 mm低銅鍍層回火胎圈鋼絲，覆膠直徑為1.60 mm，鋼絲采用菱形設計4-5-6-5-4排列，單根鋼絲纏繞，鋼絲纏繞中應力均勻，以確保胎圈與輪輞配合時有足夠的剛性和強度。三角膠采用特殊的輕型載重輪胎三角膠配方，高度為35 mm，以提高輪胎的耐久性能。

3.5 成型

采用傳統的二次法成型機成型，機頭直徑為547 mm，機頭寬度為524 mm，帶束層貼合鼓周長為2 516 mm。為了提高胎面的剛性及高速性能，冠帶條纏繞方式采用2-0纏繞（雙層平鋪），冠帶條寬度為15 mm，單根無接頭纏繞，最大限度地提高輪胎的均勻性和動平衡性。

3.6 硫化

硫化采用半鋼子午線輪胎B型硫化膠囊，全自動液壓式硫化機，采用氮氣定型硫化工藝，硫化條件如下：內飽和蒸汽壓力 （1.6±0.035） MPa，溫度 （203±1） ℃；內部氮氣壓力 （2.2±0.035）MPa，溫度 （30±2） ℃；外飽和蒸汽壓力（0.9±0.035） MPa，溫度 （176±2） ℃。

輪胎硫化后采用后充氣裝置，保證硫化后輪胎整體不變形，硫化后輪胎外觀良好，無瑕疵品出現。

4 成品輪胎性能

4.1 外緣尺寸

將成品輪胎安裝在標準輪輞上，在450 kPa的充氣壓力條件下，按照GB/T 521—2016進行測量，輪胎D′和B′分別為873和315 mm，符合國家標準要求。

4.2 強度性能

在充氣壓力為340 kPa，壓頭直徑為19 mm，壓頭速度為50 mm·min-1條件下，測得輪胎的最小破壞能為1 194.8 J，冠部壓穿，滿足企業標準（＞634 J）的要求。

4.3 高速性能

按照企業標準進行高速性能試驗，充氣壓力為410 kPa，試驗負荷為1 232.5 kg。成品輪胎停放3 h，以80 km·h-1的速度運行120 min；程序暫停，卸下負荷，輪胎冷卻至38 ℃，重新調整到規定充氣壓力；以140 km·h-1的速度開始，每運行30 min，速度增大10 km·h-1，至速度達到170 km·h-1運行滿30 min即滿足企業標準要求；若要繼續試驗，則仍每運行30 min，速度增大10 km·h-1，直至輪胎損壞為止。

35×12.50R20LT 10PR輪胎的高速性能試驗結果為在170 km·h-1速度下運行30 min，輪胎未損壞，滿足企業標準要求。

4.4 耐久性能

按照企業標準進行耐久性試驗，試驗條件見表1。

表1 成品輪胎耐久性試驗條件

35×12.50R20LT 10PR輪胎的耐久性試驗累計行駛時間為44 h，輪胎未損壞，滿足企業標準至少完成第9階段試驗（44 h）的要求。

4.5 脫圈性能

在充氣壓力為340 kPa、壓塊水平距離為305 mm、壓塊速度為50 mm·min-1的試驗條件下，測得輪胎脫圈阻力為21 005 N，滿足標準（＞11 120 N）要求。

5 結論

35×12.50R20LT 10PR輕型載重子午線輪胎的充氣外緣尺寸、強度、高速性能、耐久和低氣壓耐久性能及脫圈阻力均符合相應設計和標準要求，經輪廓和骨架材料輕量化設計后，輪胎質量比正常輪胎減小0.8 kg左右，投放市場后使用效果得到了用戶的認可，為企業創造了良好的經濟效益。