225/95R16C 118/116S半钢轻型载重子午线轮胎的设计

2022-07-21蔡习舟杨和涛

轮胎工业 2022年6期

蔡习舟，刘鑫，杨和涛，宋立

（中策橡胶集团股份有限公司，浙江杭州 310018）

为扩展产品线，提升在非常规规格轮胎产品方面的竞争力，我公司开发了225/95R16C 118/116S半钢轻型载重子午线轮胎[1-4]，现将开发情况介绍如下。

1 技术要求

根据《欧洲轮胎轮辋技术组织标准手册2020》（ETRTO—2020）确定225/95R16C 118/116S半钢轻型载重子午线轮胎的技术参数如下：标准轮辋6.0J，充气外直径（D′） 834 mm，充气断面宽（B′） 223 mm，标准充气压力 475 kPa，负荷能力 1 320（单胎）/1 250（双胎） kg。

2 结构设计

2.1 外直径（D）和断面宽（B）

半钢子午线轮胎胎冠部位的钢丝带束层刚性较强，且沿周向缠绕的冠带层也有箍紧作用，因此半钢子午线轮胎具有周向不易变形的特性[5]，即D应略小于D′，参考其他类似规格轮胎外直径膨胀率，本次设计D取830 mm。

轮胎胎侧刚性较低，充气后径向变形较大，且B还会受到轮胎断面高宽比、胎体帘线拉伸强度和胎侧胶厚度等多种因素影响，因此B应小于B′，参考公司其他产品设计，本次设计B取214 mm。

2.2 行驶面宽度（b）和弧度高（h）

b和h的取值会直接影响轮胎冠部的形状，进而影响轮胎的接地形状、面积和压力分布。为使轮胎接地印痕几何形状规则且接地压力分布均匀，进行有限元分析优选，优选结果为b取170 mm，h取8 mm。

2.3 胎圈着合直径（d）和着合宽度（C）

胎圈和轮辋通常采用过盈配合的形式，以确保轮胎在运转过程中与轮辋接触紧密，防止发生轮胎脱出的状况。同时为了避免轮胎装卸困难，本次设计d取404.8 mm，C取178 mm。

2.4 断面水平轴位置（H1/H2）

H1/H2直接影响胎圈部位和胎冠部位的应力分布，在优化b和h的有限元分析中同步进行水平轴位置的优化设计，优选结果为H1/H2取0.961。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

胎面花纹的设计对轮胎抓着力、耐磨性能和抗湿滑性能等都有直接影响[6-7]，结合目标市场的主要路况和用户需求，胎面花纹设计采用对称形式，花纹深度为11.5 mm，花纹饱和度为57.53%，花纹周节数为27。轮胎胎面花纹如图2所示。

图2 胎面花纹示意

3 施工设计

3.1 胎面

通过抓取轮廓曲线，确定轮胎胎面型胶设计为：胎面总宽度 245 mm，胎面肩部宽度 170 mm，胎面中心厚度 10.5 mm，胎面肩部厚度12.5 mm。为了减小胎面生热，胎面胶采用高天然橡胶比例的低生热配方设计，并采用三复合挤出。胎面结构如图3所示。

图3 胎面结构示意

3.2 带束层和胎体

半钢子午线轮胎的带束层是主要的受力部件之一[8-12]，根据材料分布图的数据校核强度后，确定本次设计带束层采用2层3＋8×0.23HT钢丝帘布，带束层角度为26°（以周向为0°），其中下层宽度与行驶面宽度相同，取170 mm，上层宽度取160 mm，上下两层带束层方向相反且两端均贴合包边胶。在带束层上缠绕2层930dtex/2 F94锦纶66冠带层以箍紧带束层。胎体选用1670dtex/2 DSP聚酯帘布，采用3层胎体设计。

3.3 胎圈

根据现有胎圈生产工艺，确定钢丝盘绕直径为412.8 mm。选用六角形钢丝圈，钢丝直径为1.3 mm，覆胶钢丝直径为1.5 mm。根据胎圈安全倍数计算，确定钢丝圈排列方式为4＋5＋6＋5＋4。

3.4 成型

选用二次法成型机、冠包侧工艺，一段成型鼓直径为465 mm。根据以往设计经验，帘线假定伸张值取1.035，成型鼓宽度为475 mm。带束层伸张系数设计为1.043，带束层贴合鼓周长为2 405 mm。

3.5 硫化

硫化采用液压硫化机、氮气硫化工艺，硫化条件为：内温 205 ℃，外温 174 ℃，氮气压力 21 MPa，硫化时间 18.8 min。

4 成品性能

4.1 外缘尺寸

测试方法参照ECE R54标准，选用6.0J标准轮辋，充气压力为475 kPa。成品轮胎的D′为830 mm，B′为226 mm，通过相关标准。

4.2 强度

测试方法参照FMVSS 119标准，选用6.0J标准轮辋，充气压力为475 kPa，压头直径为19 mm。测试第5点总行程为95.94 mm，作用力为16 143 N，计算可得第5点破坏能为774.4 J，是最小破坏能的1.5倍，且轮胎未压穿，通过标准并符合开发要求。

4.3 耐久性能

测试方法参照FMVSS 119标准，选用6.0J标准轮辋，充气压力为340 kPa，试验速度为120 km·h-1。达到标准要求（34 h）后，时间每延长10 h，负荷增大10%，直至轮胎破坏为止。试验结束时，负荷为1 848 kg，为标准负荷的1.4倍，累计行驶时间为73.55 h，通过标准并符合开发要求。

4.4 高速性能

测试方法参照ECE R54标准，选用6.0J标准轮辋，充气压力为475 kPa，负荷为1 188 kg。达到标准要求（1 h）后，时间每延长10 min，速度提高10 km·h-1，直至轮胎破坏为止。试验至第7阶段轮胎破坏，累计行驶时间为1.43 h，试验结束时速度为210 km·h-1，通过标准并符合开发要求。