12R22.5 18PR长途型全钢载重子午线轮胎的设计开发

赵玉娜，王 君，李子奇，孙淑梅，张代好，赵 翔

（青岛双星轮胎工业有限公司，山东 青岛 266400）

近年来，随着物流运输需求和高速公路建设的快速发展，轮胎工业发展也越来越快，尤其是长途运输对轮胎的里程及性能要求越来越高[1-3]。为满足用户需求，实现新轮胎标准负荷下行驶里程不短于40万km，本工作设计开发12R22.5 18PR长途型全钢载重子午线轮胎，并与对标产品及公司常规产品进行对比分析[4-7]。

1 技术要求

根据GB/T 2977—2016，TRA《美国轮胎轮辋协会标准年鉴》（2012）和ETRTO《欧洲轮胎轮辋技术组织标准手册》（2012），确定12R22.5 18PR长途型全钢载重子午线轮胎的主要设计参数如下：标准轮辋 9.00，充气外直径 1 085 mm，充气断面宽 300 mm，标准充气压力 930 kPa，额定负荷 3 550（单胎）/3 250（双胎）kg。

2 结构设计

2.1 轮廓设计

根据市场调研，对12R22.5 18PR轮胎对标产品M-C、G-L及我公司常规产品D-S相关参数进行分析，结果如表1所示。

表1 12R22.5 18PR轮胎同类产品相关参数分析结果

根据技术标准，参考对标产品及公司常规产品参数分析，结合设计经验，新产品主要设计参数取值如下：外直径 1 082.6 mm，断面宽 294 mm，行驶面宽度 240 mm，行驶面弧度高 6.5 mm，胎圈着合直径 596.5 mm，胎圈着合宽度241 mm，断面水平轴位置（H1/H2）0.762 7，花纹深度 16.5 mm，花纹饱和度 80%，花纹周节数102。

轮胎断面轮廓如图1所示。

图1 轮胎断面轮廓示意

2.2 胎面花纹

考虑该产品用于长途导向轮位，采用4条直沟设计，沟壁采用变角度设计，增加花纹的稳定性，有效防止夹石子；沟底采用曲折设计，增大抓着力，同时防止沟裂；采用大比例花纹筋设计，提高轮胎的防偏磨性能。

胎面花纹外观如图2所示。

图2 胎面花纹外观示意

3 施工设计

胎面使用高耐磨胎面胶和低生热基部胶分层设计，胎面下贴粘合胶片。

考虑该产品主要用于高速长途运输，采用4层带束层结构设计，其性能优于传统的3层带束层加0°带束层结构。带束层和胎体钢丝帘线规格及安全倍数计算结果如表2所示。钢丝圈排列方式为8-9-10-9-8-7-6，安全倍数为6.2。

表2 带束层和胎体钢丝帘线规格及安全倍数计算结果

胎体、带束层和胎圈的安全倍数均满足设计及使用要求。

采用一次法成型机成型，蒸锅式硫化机硫化，成型和硫化工艺与公司普通产品相同。

4 成品性能

4.1 室内性能

4.1.1 外缘尺寸及强度性能

按照GB/T 521—2012测量轮胎外缘尺寸，轮胎充气外直径和充气断面宽分别为1 086和302 mm，符合国家标准要求。

根据GB/T 4501—2016测试轮胎强度性能，第5点破坏能为5 605.9 J，为标准值的254.5%，通过测试。

4.1.2 耐久性能

轮胎耐久性能根据企业标准进行测试，充气压力为930 kPa，负荷为3 550 kg，前47 h根据GB/T 4501进行测试，之后每8 h负荷率增大20%。M-C、G-L、D-S和新产品轮胎耐久性测试负荷率分别达到140%，160%，160%和180%，累计行驶时间分别为62.28，65.27，66.50和71.45 h。

由此可见，新产品轮胎的耐久性测试累计行驶时间达到企业标准要求（≥60 h），耐久性能比对标和常规产品提高7.4%以上，负荷率提高12.5%以上，有利于延长轮胎的行驶里程和使用寿命。

4.1.3 高速性能

轮胎高速性能根据企业标准进行测试，充气压力为930 kPa，负荷为3 550 kg，在55 km·h-1速度下行驶120 min后提高速度至60 km·h-1，之后每120 min提高速度10 km·h-1。M-C、G-L、D-S和新产品轮胎测试最高速度分别达到120，110，120和130 km·h-1，累计行驶时间分别为15.12，12.88，14.93和16.67 h。

由此可见，新产品轮胎测试最高速度达到130 km·h-1，高速性能比对标和常规产品提高9%以上。

4.1.4 接地印痕

轮胎的接地印痕形状对轮胎的耐磨性能影响很大，综合改善轮胎的接地印痕形状对提升轮胎的耐磨性能至关重要。本工作主要从胎冠弧度，带束层帘线结构、密度、角度和宽度及胎面挤出口型形状方面调整轮胎材料分布，从而改善接地印痕形状。新产品和对标产品M-C采用单胎标准充气压力和负荷进行对比测试，所得接地印痕如图3所示。

图3 轮胎接地印痕

由图3可见，与对标M-C产品相比，新产品的接地印痕形状更优，接地面积增大。通过接地印痕的优化，提高了胎面的耐磨性能及磨耗均匀性，延长了轮胎的行驶里程，同时提高了轮胎的抓着性能。

4.2 室外性能

为验证新产品的耐磨性能及预期行驶里程，进行室外装车路试。装车方案是新产品与国际知名品牌对标产品M-C导向轮和驱动轮同轴对装，具体装车方案如图4所示。2020年5月17日于山东省淄博市进行装车，装配车型为1-2-3桥半挂牵引车（见图5），车货总质量为49 t，单程行驶里程约为3 300 km（山东淄博-新疆乌鲁木齐），路况为80%高速公路、20%铺装道路。

图4 装车方案示意

图5 试验车辆

截止2021年4月24日，路试轮胎装车行驶里程为183 171 km，轮胎磨耗状况如图6所示。

图6 装车轮胎磨耗状况

轮胎磨耗测量结果及预期里程如表3所示。

表3 路试轮胎测量分析结果

从表3可以看出，新产品轮胎预计平均总行驶里程约为41.6万km，预期使用2年以上，使用寿命与国际知名品牌M-C轮胎相当。路试新产品得到客户的认可，轮胎行驶里程长，性能优异，无不良现象。

5 结语

通过与对标产品及公司常规产品对比分析，成功开发出12R22.5 18PR长途型全钢载重子午线轮胎。成品轮胎的室内性能均满足标准要求和使用需求，且优于对标产品及公司常规产品。室外性能测试结果表明，轮胎磨耗均匀，综合性能良好，预期行驶里程在40万km以上，满足长途运输市场用户需求。该产品上市以来，得到用户好评，增加了公司产品销量及收益，提高公司品牌知名度。