一種T 型備用輪胎的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

呂永恩 ，張寧 ，朱強(qiáng) ，李楊 ，李海艷

(1. 山東魯咨工程咨詢有限公司，山東 濟(jì)南 250013 ；2. 山東豐源輪胎制造股份有限公司，山東 棗莊 277300)

目前越來越多的汽車企業(yè)在新車開發(fā)時(shí)選擇T 型臨時(shí)備胎替代全尺寸備胎，T 型備胎具有可以縮小裝備空間、加大行李箱、減輕車重的優(yōu)點(diǎn)，更為重要的是，T 型備胎成本較低。經(jīng)過與汽車主機(jī)廠多次磋商，決定根據(jù)其特定的需求，專門為其設(shè)計(jì)開發(fā)開發(fā)T 型備用輪胎，規(guī)格型號(hào)為：T155/90R16，, 現(xiàn)將T 型備用輪胎的相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)及生產(chǎn)工藝情況表述如下。

1 技術(shù)要求

T 型備用輪胎的外直徑、T 型備用輪胎的斷面寬等結(jié)構(gòu)相關(guān)的技術(shù)參數(shù)，在其設(shè)計(jì)的過程中參照“ 美國(guó)輪胎輪輞協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)年鑒TRA 2020、美國(guó)輪胎輪輞協(xié)會(huì)工程設(shè)計(jì)手冊(cè)TRAEDI 2020、日本機(jī)動(dòng)車輛輪胎制造者協(xié)會(huì)輪胎標(biāo)準(zhǔn)年鑒JATMA 2020、歐洲輪胎輪輞技術(shù)組織工程設(shè)計(jì)手冊(cè)ETRTOEDI 2020、中國(guó)輪胎輪輞氣門嘴標(biāo)準(zhǔn)年鑒 2021” 等國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)的要求，最終確定155/90R16 T 型備用轎車子午線輪胎的技術(shù)參數(shù)為：輪輞選用—— 標(biāo)準(zhǔn)輪輞 4T，T 型備用轎車子午線輪胎的充氣外直徑（D′）取值685（678～694）mm，充氣斷面寬（B′）取值152（146～158）mm，T型備用轎車子午線輪胎的充氣壓力標(biāo)準(zhǔn)為415 kPa，標(biāo)準(zhǔn)負(fù)荷為1055 kg，T 型備用轎車子午線輪胎的速度級(jí)別符號(hào)為 M。

2 結(jié)構(gòu)相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)

2.1 T 型備用輪胎的外直徑（D）與 斷面寬（B）

T 型備用輪胎的冠部有不易伸張的鋼絲帶束層箍緊胎體，T 型備用輪胎充氣后外直徑變化較小，因此T 型備用輪胎的外直徑膨脹率（D′/D）非常小，充氣后變化不大，根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，T 型備用輪胎的D設(shè)計(jì)為683 mm，D′/D設(shè)計(jì)為1.0029。輪胎斷面寬膨脹率的取值受胎體骨架材料、斷面高寬比等多因素影響，根據(jù)以往的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)及我公司的工藝特點(diǎn)，T 型備用輪胎的B設(shè)計(jì)為161 mm。

2.2 T 型備用輪胎的行駛面寬度（b）和弧度高（h）

T 型備用輪胎的行駛面寬度b和弧度高h(yuǎn)的取值決定著T 型備用輪胎的冠部形狀，取值的大小與輪胎的類型及花紋形式等條件有關(guān)，b與h設(shè)計(jì)值的調(diào)整，可以優(yōu)化T 型備用輪胎的接地面積形狀與大小，提高T 型備用輪胎的制動(dòng)性能和耐磨性能。經(jīng)過綜合考慮，T 型備用輪胎的b設(shè)計(jì)為107 m m，h設(shè)計(jì)為4.95 m m。

2.3 T 型備用輪胎的胎圈著合直徑（d）和著合寬度（C）

為使T 型備用輪胎的胎圈與T 型備用輪胎的輪輞配合緊密，T 型備用輪胎的胎圈與輪輞兩者間的間隙越小越好，避免發(fā)生相對(duì)滑移，通常采取過盈設(shè)計(jì)，同時(shí)要考慮到輪胎的裝卸，本設(shè)計(jì)d取401.2 mm ；本次C采用大1.5 in 設(shè)計(jì)，著合寬度C設(shè)計(jì)為140 mm。

2.4 T 型備用輪胎的設(shè)計(jì)輪廓的斷面水平軸位置（H1/H2）

T 型備用輪胎的斷面水平軸位于輪胎斷面最寬點(diǎn)，是T 型備用輪胎充氣后法向變形最大的位置，也是其胎體最薄的地方。T 型備用輪胎的斷面水平軸位置影響T 型備用輪胎的操控性能和舒適性能，合理的取值，可以有效避免T 型備用輪胎的胎圈和胎肩部位過早損壞，T 型備用輪胎的H1/H2的設(shè)計(jì)為1.039。

本設(shè)計(jì)輪胎斷面外輪廓見圖1。

2.5 T 型備用輪胎的胎面花紋

T 型備用輪胎花紋設(shè)計(jì)的是否合理，對(duì)T 型備用輪胎的使用性能和壽命直接關(guān)聯(lián)。綜合考慮胎面花紋對(duì)汽車耐磨性能、抗?jié)窕阅堋⒃肼暤榷喾矫嫘阅艿挠绊懀敬翁ッ婊y設(shè)計(jì)采用直線型縱向主花紋溝和橫向花紋溝主成，該花紋節(jié)距為變節(jié)距，花紋節(jié)數(shù)為73 個(gè)。T 型備用輪胎的花紋深度設(shè)計(jì)為3.1 mm，花紋飽和度設(shè)計(jì)為76.33%。

輪胎胎面花紋見圖2。

圖2 T 型備用輪胎的輪胎花紋展開示意圖

3 T 型備用輪胎的施工設(shè)計(jì)方面

3.1 T 型備用輪胎的胎面和胎側(cè)設(shè)計(jì)

T 型備用輪胎的胎面膠采用低滾阻膠料配方。胎面采用三方四塊，使用銷釘式冷喂料擠出機(jī)，擠出的膠部件尺寸穩(wěn)定，充分發(fā)揮膠料的各種性能。

3.2 胎體

胎體簾線采用2 層1000D/2 聚酯簾布，增加了T型備用輪胎的胎體剛性，提高了T 型備用輪胎的抗撞擊能力，壓延的胎體簾布密度為100，T 型備用輪胎的胎體的安全倍數(shù)為11。

3.3 帶束層部件的設(shè)計(jì)

根據(jù)T 型備胎的使用情況，綜合考慮輪胎的行駛穩(wěn)定性能和抗刺扎性能，T 型備用輪胎的帶束層設(shè)計(jì)為2 層，所用的鋼絲簾線型號(hào)為：2+2×0.30 NT。

3.4 T 型備用輪胎的鋼絲圈

T 型備用輪胎的鋼絲圈部位，使用的鋼絲為：鍍鋅銅回火高強(qiáng)度胎圈鋼絲，直徑是1.295 mm，T 型備用輪胎的胎圈鋼絲覆膠后直徑為1.60 mm。

3.5 T 型備用輪胎的成型工藝參數(shù)

T 型備用輪胎，使用全自動(dòng)一次法成型機(jī)進(jìn)行胎胚生產(chǎn)，成型的生產(chǎn)方式為冠包側(cè)，一般情況下聚酯簾線的伸張系數(shù)1.02～1.03，本次簾線假定伸張值取1.025，機(jī)頭直徑為390 mm，機(jī)頭寬度為385 mm。

3.6 T 型備用輪胎的硫化工藝參數(shù)

T 型備用輪胎的硫化過程使用的設(shè)備是雙模液壓硫化機(jī)，工藝是綠色輪胎生產(chǎn)工藝—— 氮?dú)饬蚧に囋O(shè)定的蒸汽壓力為（1.6±0.1）MPa，工藝設(shè)定的氮?dú)鈮毫椋?.2±0.1）MPa，工藝設(shè)定的硫化溫度（177±2）℃。工藝設(shè)定的硫化時(shí)間為10.5 min，

4 T 型備用輪胎的成品性能

4.1 T 型備用輪胎的充氣外緣尺寸

T 型備用輪胎的外緣尺寸性能，按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 521—2012 所規(guī)定的的測(cè)試方法進(jìn)行測(cè)量，首先將其安裝于標(biāo)準(zhǔn)輪輞上，并沖入標(biāo)準(zhǔn)氣壓，而后測(cè)量其外緣尺寸。T 型備用輪胎的D′ 和B′ 測(cè)量得到的數(shù)值分別為685 和153 mm，符合設(shè)計(jì)要求。

4.2 T 型備用輪胎的強(qiáng)度性能

T 型備用輪胎的強(qiáng)度性能，按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T4502—2016 所規(guī)定的的測(cè)試方法進(jìn)行測(cè)量。首先沖入標(biāo)準(zhǔn)氣壓，充氣壓力為360 kPa，測(cè)試使用的壓頭直徑19 mm，試驗(yàn)結(jié)果表明，輪胎破壞能601 J，為標(biāo)準(zhǔn)值（295J）203.7%，符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求。

4.3 T 型備用輪胎的脫圈阻力

T 型備用輪胎的脫圈阻力性能，按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T4502—2016 所規(guī)定的的測(cè)試方法進(jìn)行測(cè)量。首先沖入標(biāo)準(zhǔn)氣壓，充氣壓力為360 kPa，壓塊水平軸距離251 mm，試驗(yàn)結(jié)果表明，T 型備用輪胎的脫圈阻力測(cè)試值為19521 N，符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（≥11120 N）要求。

4.3 T 型備用輪胎的耐久性能

T 型備用輪胎的耐久性能，按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T4502—2016 所規(guī)定的的測(cè)試方法進(jìn)行測(cè)量。首先沖入標(biāo)準(zhǔn)氣壓，充氣壓力為360 kPa，試驗(yàn)速度80 km·h-1。T 型備用輪胎累計(jì)行駛34 h 后，按照此試驗(yàn)條件繼續(xù)進(jìn)行試驗(yàn)，T 型備用輪胎累計(jì)行駛50 h, 其耐久性能符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

4.4 T 型備用輪胎的高速性能

T 型備用輪胎的高速性能，按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T4502—2016 所規(guī)定的的測(cè)試方法進(jìn)行測(cè)量。首先沖入標(biāo)準(zhǔn)氣壓，充氣壓力為415 kPa，試驗(yàn)負(fù)荷為標(biāo)準(zhǔn)負(fù)荷的80%，通過國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)后，以試驗(yàn)速度每10 min遞增10 km·h-1繼續(xù)進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明，T 型備用輪胎累計(jì)行駛105 min, 試驗(yàn)結(jié)束時(shí)行駛速度為170 km·h-1。T 型備用輪胎的高速性能符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求。

5 結(jié)語

公司開發(fā)的T 155/90R16 備用轎車子午線輪胎經(jīng)過測(cè)試，其外緣尺寸（充氣狀態(tài)下）、強(qiáng)度性能、脫圈阻力、高速性能和耐久性能等里程試驗(yàn)性能，均滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求，并通過國(guó)家強(qiáng)制檢驗(yàn)，輪胎提供給汽車制造企業(yè)進(jìn)行測(cè)試，通過了對(duì)方的檢測(cè)，為成功配套打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)了，有利于公司知名度的提升，未來將創(chuàng)造較好的經(jīng)濟(jì)效益。