295/80R22.5 18PR雪地全钢载重子午线轮胎的设计

石汉臣，姜张华，吕勇军，汪旭波

（贵州轮胎股份有限公司，贵州 贵阳 550008）

随着经济的不断发展，雪地轮胎的要求不断提高，而半钢子午线轮胎无法满足客户要求。为此，结合当前市场情况，我公司开发了295/80R22.5 18PR雪地全钢载重子午线轮胎。现将其设计情况简介如下。

1 技术要求

根据GB/T 2977—2008，确定295/80R22.5 18PR雪地全钢载重子午线轮胎的技术参数为：标准轮辋 9.00，充气外直径（D′） 1 044（1 029.8～1 058.2） mm，充气断面宽（B′） 298（286.1～309.9） mm，标准充气压力 900 kPa，标准负荷 3 550 kg。

2 结构设计

2.1 外直径（D）和断面宽（B）

根据全钢载重子午线轮胎充气特性和雪地车辆实际使用情况，结合我公司的工艺条件以及相近规格产品的设计经验，本次设计外直径膨胀率（D′/D）取1.003，则D为1 053 mm。

考虑子午线轮胎B的取值受轮胎轮廓和骨架材料影响，以及轮胎实际使用负荷需要，本次设计B取305 mm，则断面宽膨胀率（B′/B）为0.977 0。

2.2 行驶面宽度（b）和弧度高（h）

b和h值影响轮胎抓着、转向、牵引、磨耗等性能。提高b值，减小h值，可以较大幅度地增加轮胎接地面积，满足接地均匀和耐磨性能。接地面积在雪地轮胎设计中非常重要，足够宽的行驶面能保证车辆在雪地行驶时的安全性，当然必须同时考虑转向与燃油经济性能等。考虑雪地轮胎使用的特殊性，本次设计b取255 mm，h取9 mm。

2.3 胎圈着合直径（d）和着合宽度（C）

为保证轮胎在工作过程中胎圈与轮辋着合紧密，减小相互之间的位移与摩擦，胎圈与轮辋采用过盈配合设计。轮辋直径为571.5 mm，本次设计d取570.5 mm。

轮胎趾口位置形状影响轮胎刚度和承载性能，结合轮辋尺寸，本次设计C取255 mm。

2.4 断面水平轴位置（H1/H2）

轮胎断面水平轴位置是轮胎断面最宽和胎侧最薄处，变形量最大，水平轴位置影响轮胎胎圈位置与胎肩位置应力分布。该轮胎虽为雪地使用轮胎，但使用条件需要同时满足胎圈承载性能与肩部耐久性能，水平轴适当上移，减小胎圈位置应力，提高承载能力。一般H1/H2为0.9～1.2，根据使用要求和耐久性能等综合考虑，本次设计H1/H2取1.13。轮胎断面轮廓如图1所示。

图1 轮胎断面轮廓示意

2.5 胎面花纹

雪地轮胎花纹设计的重点在于保证其抓地性能、驱动性能及安全性能。根据该规格轮胎的使用条件，胎面采用全轮位的混合型多钢片变节距花纹设计，花纹深度为20.5 mm，花纹周节数为43，花纹饱和度为69.8%，可同时满足轮胎导向和驱动性能并增强花纹抓地性能。所有花纹块镶嵌3条波浪形钢片，可有效地增强抓地力、促进胎面散热、避免不规则磨损并提高排水能力，延长轮胎使用寿命。考虑其他可能的混合路况，花纹沟采用曲折形花纹沟底，以增强花纹块强度且起防夹石子作用。胎面花纹照片如图2所示。

图2 胎面花纹照片

2.6 有限元分析

利用有限元分析软件分析轮胎充气轮廓及胎肩、胎圈位置受力情况。通过优选，确定最终轮胎轮廓及骨架材料等参数。轮胎胎肩和胎圈有限元分析示意分别如图3和4所示。

图3 轮胎胎肩有限元分析示意

3 施工设计

3.1 胎面

图4 轮胎胎圈有限元分析示意

胎面采用双层结构，可满足耐磨性能和低散热要求，提高轮胎耐久性能。胎面采用热、冷喂料双复合挤出。胎面总宽度为300 mm，冠部宽度为260 mm，中部厚度为25 mm，胎肩厚度为30 mm。胎面结构示意如图5所示。

图5 胎面结构示意

3.2 胎体

胎体骨架材料的选择会影响轮胎的胎侧刚性、转向性能和操纵稳定性。根据雪地轮胎的使用条件，胎体采用0.25×6＋12×0.225HT钢丝帘线，安全倍数达到7.6。

3.3 带束层

带束层骨架材料决定轮胎冠部的强度和刚度，影响轮胎磨耗、转向和安全等性能。本次设计采用4层带束层结构，1#带束层（过渡层）采用3×0.2＋6×0.35HT钢丝帘线，压延密度为40根·dm-1，帘线角度为48°；2#和3#带束层（工作层）采用3＋8×0.33HT钢丝帘线，压延密度为43根·dm-1，帘线角度为15°；4#带束层（保护层）采用5×0.35HI钢丝帘线，压延密度为42根·dm-1，帘线角度为15°。带束层安全倍数达到7.6。

3.4 胎圈

钢丝圈采用Φ1.83 mm镀铜回火胎圈钢丝，呈六角形排列，排列形式为9-10-11-10-9-8，共57根，覆胶后直径为2.0 mm，钢丝圈整体与水平线夹角为15°，安全倍数达到5.6。

3.5 成型

成型采用三鼓一次法成型机，机头直径为560 mm，机头宽度为680 mm，采用侧包冠方式。半部件接头按固定分度角错开分布，各型胶接头自动滚压，骨架材料自动定长裁断，各部件贴合采用自动纠偏，保证胎坯成型精度，保证轮胎成品质量和动平衡等性能。

3.6 硫化

硫化采用双模热板式B型硫化机，充氮气硫化工艺。硫化条件为：外部蒸汽压力 （0.35±0.02）MPa，外 温 （150±3） ℃，二 次 水 压 力（2.5±1.0） MPa，内温 （170±3） ℃，总硫化时间 45 min。

4 成品性能

4.1 外缘尺寸

安装于标准轮辋上的成品轮胎在标准充气压力下，轮胎的充气外直径和断面宽分别为1 057和307 mm，符合设计要求。

4.2 强度性能

按照GB/T 4501—2008进行强度性能试验，试验条件为：充气压力 900 kPa，压头直径 38 mm。结果表明，轮胎最小破坏能为5 133 J，为国家标准规定值（2 203 J）的233%，成品轮胎强度性能符合国家标准要求。

4.3 耐久性能

按照GB/T 4501—2008进行耐久性试验，试验条件为：充气压力 900 kPa，额定负荷 3 550 kg，试验速度 70 km·h-1。完成国家标准规定的试验阶段后，继续进行试验直至轮胎破坏为止。试验结果表明，成品轮胎累计行驶时间为116.1 h，累计行驶里程为8 189 km，试验结束时胎圈裂口。成品轮胎耐久性能良好，符合国家标准要求。

5 结语

295/80R22.5 18PR雪地全钢载重子午线轮胎的充气外缘尺寸符合设计要求，强度性能和耐久性能均符合相应国家标准要求。该系列产品投放市场后，因其优良的性能和较高的性价比，得到客户的认可，为企业取得了良好的经济效益和社会效益。