445/65R22.5宽基无内胎全钢载重子午线轮胎的设计

贾景波，赵洪金，董世春，吴世俊

（山东凯旋橡胶有限公司，山东 曹县 274400）

为适应载重车辆用宽基轮胎代替单胎并装的趋势，我公司针对欧美市场研制了445/65R22.5宽基无内胎全钢载重子午线轮胎，现将该轮胎的设计情况简介如下。

1 技术要求

参照ETRTO—2015《欧洲轮胎轮辋技术组织手册》和TRA—2008《美国轮胎轮辋协会标准年鉴》的技术要求，确定445/65R22.5宽基无内胎全钢载重子午线轮胎的技术参数为：标准轮辋规格 13.00，充气外直径（D′） 1 151 mm（1 122～1 157 mm），充气断面宽度（B′） 452 mm（445～460 mm），标准充气压力 900 kPa，最大负荷 5 800 kg，负荷指数 169。

2 结构设计

2.1 外直径（D）和断面宽度（B）

由于钢丝帘线带束层的箍紧作用，全钢载重子午线轮胎充气后外直径膨胀率（D′/D）很小，一般为1.000～1.003。根据以往的设计经验，本设计D′/D取1.001，由此确定D为1 150 mm。

由于胎体钢丝帘线径向排布，全钢载重子午线轮胎充气后断面宽度膨胀率（B′/B）较大，且取决于多种因素，如胎体钢丝帘线伸张值、带束层帘线角度和外轮廓形状等，B′/B一般为1.00～1.03。本设计B′/B取1.02，由此确定B为443 mm。

2.2 胎圈着合直径（d）和着合宽度（C）

无内胎全钢载重子午线轮胎要求胎圈与轮辋紧密配合，以保证轮胎的气密性。为此，胎圈与轮辋采取过盈配合，一般要求d比标准轮辋直径小2 mm。本设计宽基轮胎用于替代2条普通轮胎，因此其负荷较大，同时为易于装卸，d取569 mm（标准轮辋直径为571.5 mm）。

轮胎预应力和动平衡轮廓设计（PDEP）理论认为，在胎圈和胎肩部位施加一定的预应力，有利于提高轮胎的速度性能。由于本设计为宽基无内胎轮胎，过小的C无法实施轮胎与轮辋的装配，因此适当增大C；考虑到本设计轮胎负荷大，胎侧刚性大，为增加胎侧的柔韧性，C应大于轮辋宽度。综合轮胎的气密性和装卸等因素，C比标准轮辋宽度[13英寸（330.2 mm）]大25.4～38.1 mm（1～1.5英寸），本设计C取356 mm。

2.3 断面水平轴位置（H1/H2）

断面水平轴位于轮胎断面最宽处，在轮胎变形最大和胎体最薄部位。子午线轮胎由于胎体帘线与胎圈钢丝圈垂直，呈辐射状分布，胎圈部位所受应力很大。根据断面水平轴偏低时胎圈和胎侧的受力和变形增大，水平轴偏低时带束层的应力增大，容易造成肩磨和肩空等问题，本设计H1/H2取1.06。

2.4 行驶面宽度（b）和弧度高（h）

根据我公司现有同类产品的有效支撑宽度与行驶面宽度的比值为0.935～0.980，本设计b取348.9 mm。

无内胎轮胎的h/（H1＋H2）一般为0.029～0.032，本设计H1＋H2＝290.3 mm，综合考虑，h取9.0 mm。

2.5 胎面花纹

根据使用条件和要求，本设计开发了新型胎面花纹（型号GR777），该花纹由4条交错配合的横向花纹沟和坚实的花纹块组成，花纹沟深度为15 mm，花纹饱和度为69%。花纹块根据受力特点合理分布，赋予了轮胎强劲的驱动性能；花纹两侧设置加强筋，提高了轮胎的防偏磨和抗撕裂能力；花纹两侧增设刀槽，改善了轮胎散热性能和耐久性能；花纹采用变节距设计，避免或减少了轮胎行驶过程中因应力集中产生的花纹裂，降低了滚动阻力和行驶噪声。

胎面花纹展开及效果图分别如图1和2所示。

图1 胎面花纹展开示意

3 施工设计

3.1 胎面和胎侧

胎面采用双复合挤出，胎侧采用三复合挤出，然后胎面与胎侧冷贴成型。

3.2 胎体

本设计轮胎负荷大，胎体安全倍数应较大，才能保证轮胎的耐久性能，避免因胎体疲劳损坏造成的拉链爆破等现象。综合考虑轮胎的耐疲劳性能、耐屈挠性能、强度性能和操控性能，本设计胎体采用紧密型3＋9＋15×0.22W钢丝帘线。钢丝帘布采用S型四辊压延机压延，双面覆胶，压延钢丝帘布厚度为（3.0±0.1） mm。本设计胎体安全倍数为7.63。

3.3 带束层

带束层是轮胎行驶过程中主要的受力部件，其刚性对轮胎的使用性能影响很大，带束层刚性足够才能防止轮胎行驶过程中胎冠部位过度伸张而变形。本设计轮胎采用4层带束层结构，如图3所示。该结构可减小轮胎的滚动阻力，提高轮胎的耐磨性能，达到节能和延长轮胎使用寿命的效果；同时，解决轮胎在高速行驶中肩磨和肩空等问题，降低轮胎的噪声，提高轮胎的速度性能。

图3 4层带束层结构示意

1#带束层又称为过渡层，在带束层与胎体之间起过渡和缓冲作用。本设计1#带束层采用高强度3×0.20＋6×0.35HT钢丝帘线，其帘线角度取52°，这降低了带束层与胎体之间的剪切力，避免了带束层与胎体脱层。2#和3#带束层又称为工作层，是主要的受力层，其强度直接影响轮胎的使用性能，但帘线角度不能太大。本设计2#和3#带束层采用3＋8×0.33HT高强度钢丝帘线，其帘线角度取20°。4#带束层又称为保护层，主要作用是防止带束层刺穿以及带束层与胎面脱开。本设计4#带束层采用高伸长和高抗冲击型5×0.35HI钢丝帘线，其帘线角度取20°。带束层胎冠中心安全倍数为6.0，胎肩安全倍数为7.2，满足设计要求。

3.4 内衬层

内衬层由气密层和过渡层组成。本设计轮胎为无内胎轮胎，对气密层的气密性要求更高，气密层胶采用溴化丁基橡胶作主体材料。内衬层中部厚、两边薄，厚度均匀过渡，以保证成型胎坯内衬层厚度均匀。根据内衬层胶密度在硫化前后变化率为±1%左右的特点，确定内衬层中心厚度和边缘厚度分别为7.6和5.0 mm。

3.5 胎圈

为提高胎圈的安全性，减少钢丝圈接头对轮胎均匀性的影响，钢丝圈采用Φ1.65 mm电镀青铜回火钢丝（破断力大于3 900 N）单根缠绕而成，为六角形结构。钢丝圈采用排压法成型，直径为573 mm，钢丝排列方式为8-11-8。三角胶的贴合由手工冷贴改为自动热贴，以保证胎圈底部与轮辋良好接触。

3.6 成型和硫化

采用二次成型法成型机成型，机头直径为528 mm，成型鼓平宽为868 mm；根据带束层帘线伸张值和胎坯装模后膨胀率确定带束层贴合鼓周长为3 320 mm。采用胎侧包胎冠和部件接头均匀分布成型工艺，以提高轮胎的均匀性和动平衡性。

采用蒸锅式双模硫化机硫化，硫化条件为：外压压力 （0.36±0.01） MPa，外压温度 （147±2）℃；蒸汽压力 （0.8±0.1） MPa，蒸汽温度（175±3） ℃；总硫化时间 52 min。

4 成品性能

4.1 充气外缘尺寸

按照GB/T 521—2012《轮胎外缘尺寸测量方法》，在标准充气压力下测得安装在标准轮辋上的轮胎D′为1 153 mm，B′为444.5 mm，花纹深度为15 mm，磨耗高度为2.2 mm。充气轮胎的外缘尺寸达到GB/T 521—2012和ETRTO—2015要求。

4.2 强度性能

按照GB/T 4501—2015《载重汽车轮胎性能室内试验方法》测试轮胎强度。在标准充气压力和压头直径为38 mm的条件下，测得轮胎的平均破坏能为5 373.2 J，为标准最小破坏能的257%。轮胎强度达到GB/T 4501—2015要求。

4.3 耐久性能

按照GB/T 4501—2015进行轮胎耐久性能试验。在标准充气压力下、额定负荷为5 600 kg和速度为50 km·h-1的条件下，测得轮胎的累计行驶里程为2 350 km，累计行驶时间为47 h。轮胎耐久性能达到GB/T 4501—2015要求。

4.4 胎圈耐久性能

按照企业标准进行胎圈耐久性能试验。轮胎在充气压力为600 kPa、温度为（38±2） ℃的条件下放置2 h；行驶第1阶段在100%负荷下于2 min内达到标准速度（30 km·h-1），预跑2 h；行驶第2阶段在200%负荷下于1 min内达到标准速度，直至轮胎跑坏为止。测得轮胎的累计行驶里程为1 953.6 km，累计行驶时间为65.20 h，试验结束时胎圈裂和胎圈空。胎圈的耐久性能达到企业标准要求。

4.5 其他性能

按照企业标准和ETRTO—2015，还对轮胎进行了X光检测、动平衡试验、气密性试验和脱圈阻力试验等，这些试验的相关性能达到企业标准和ETRTO—2015要求。

5 结语

本设计445/65R22.5宽基无内胎全钢载重子午线轮胎外观质量好，充气外缘尺寸、强度性能、耐久性能、气密性和脱圈阻力等达到国家标准和ETRTO—2015要求，目前该轮胎已通过国家3C、欧盟E4和ECE R117认证，成为我公司出口欧美轮胎市场的亮点。