轻量化35×12.50R20LT 10PR轻型载重子午线轮胎的设计

朱庆帅，李红卫，伊善会，殷大明，刘晓斌

[1.特拓（青岛）轮胎技术有限公司，山东 青岛 266000；2.通用橡胶（泰国）有限公司，罗勇府 泰国 21140]

随着人们生活水平的提高及生活方式的改变，自驾出游方式越来越普遍，装配于越野型汽车的高通过性全地形（M/T）轮胎的需求量也随之增大；此外，近几年各种越野拉力赛事的举行，也带动了M/T轮胎需求的增长，对越野型汽车用轮胎的研究也越来越多[1-5]。为满足国内外市场对M/T轮胎的需求，我公司开发了35×12.50R20LT 10PR轻型载重子午线轮胎，并进行了轻量化设计，现将产品设计情况简介如下。

1 技术要求

根据GB/T 2977—2016《载重汽车轮胎规格、尺寸、气压与负荷》并结合《美国轮胎轮辋协会标准年鉴（TRA） 2020》标准，确定35×12.50R20LT 10PR轻型载重子午线轮胎的技术参数为：标准轮辋 10J，充气外直径（D′） 877（866～888） mm，充气断面宽（B′） 318（305～331） mm，标准充气压力 450 kPa，额定负荷 1 450 kg。

2 结构设计

2.1 外直径（D）和断面宽（B）

对于轻型载重轮胎而言，一般带束层采用小角度设计，轮胎充气后D膨胀较小。由于轻型载重轮胎充气压力比轿车轮胎高，轮胎充气后D膨胀2～4 mm，因此D取值稍小于D′。根据法规，公路型轮胎D′标准值为877 mm，牵引型轮胎D′标准值为883 mm，本次设计兼顾公路型和牵引型轮胎，同时考虑轻量化，D取873 mm，外直径膨胀率（D′/D）为1．005。

子午线轮胎的B受骨架材料、充气压力、模具着合宽度等因素影响，一般采用模具着合宽度放大设计。由于轻型载重轮胎充气压力较大，轮胎装在标准轮辋上时B会发生较大变化，本次设计轮胎负荷需要兼顾10PR和12PR负荷，因此B取318 mm。考虑到轮胎负荷较大，结构设计采用3层胎体帘布层＋2层带束层＋2层冠带层。

2.2 行驶面宽度（b）和弧度高（h）

b和h是决定行驶面形状的主要参数，行驶面形状对胎冠的耐磨性能、牵引性能、转向性能等有直接影响。一般b/B取0.70～0.85，越野轻型载重轮胎对地面的抓着力及通过性能要求较高[6-10]，b/B取0.811，则b取258 mm。考虑到胎冠采用两段弧设计，而且轻型载重轮胎需要承受较大的单位面积压力，h取11.6 mm。

2.3 胎圈着合直径（d）和着合宽度（C）

35×12.50R20LT 10PR轮胎采用无内胎设计，为了保证轮胎的气密性和脱圈性能，轮胎与轮辋采用过盈配合。本次设计轮辋直径为512.8 mm，根据经验d取值应该比轮辋直径小1～2 mm，故d取511.4 mm。10J轮辋宽度为254 mm，C值的大小决定轮胎装卸的难易，加之成品轮胎存放时两胎圈之间容易变形，综合考虑C取279.4 mm。

2.4 断面水平轴位置（H1/H2）

对于轻型载重轮胎，为了减小下胎侧区域和胎圈的应力，一般设计上断面高度（H2）小于下断面高 度（H1），本 设计H1/H2取1.022，H1取92.15 mm，H2取90.15 mm，断面高H为182.3 mm。

轮胎断面轮廓如图1所示。

图1 轮胎断面轮廓示意

2.5 胎圈曲线设计

胎圈曲线多采用两段曲线设计，而且两线曲段之间有两个角度α和β，α取6°～9°，β取15°～25°。本设计采用一段曲线设计，α取10°。

模具胎圈宽度的设计关系到成品轮胎胎趾部位是否饱满或出边，模具胎圈宽度一般比C大1～2 mm。胎圈曲线如图2所示。

图2 胎圈曲线示意

2.6 胎面花纹

M/T轮胎采用全天候、全地形交错排布的块状越野花纹，花纹风格粗犷，旨在提高轮胎的路面抓着性能。采用开放式沟槽设计，纵向沟槽宽阔，弓形沟槽长度适当增大，以有效增大轮胎与路面间的排水空间，保障泥雪路面上行驶的自洁性；开放式胎肩设计，提高轮胎抓着力，在复杂路面行驶时更能发挥高通过性和耐久性能。胎侧装饰区域采用体现轮胎粗犷风格的装饰。本设计花纹深度为15.5 mm，花纹饱和度为54.5%，花纹周节数为21。

胎面花纹展开如图3所示。

图3 胎面花纹展开示意

3 施工设计

3.1 胎面和胎侧

胎面由冠部胶、翼胶和基部胶组成，采用三复合挤出工艺挤出，冠部胶采用高性能抗撕裂胎面配方，基部胶厚度为0.7 mm，两侧为呈钝角三角形的翼胶。

本次胎侧设计为低三角胶大胎圈胎侧，在增加胎侧整体刚性的同时提高轮胎的耐久性能。

3.2 带束层和冠带层

轻型载重轮胎带束层通常采用2＋7×0.28HT高强度钢丝帘线，本次设计基于轻量化考虑采用2层2＋2×0.35HT钢丝帘线带束层、2层1400dtex/2改性锦纶66冠带层设计。

3.3 胎体

胎体采用3层1670dtex/2-110高模量低收缩聚酯浸胶帘布、90°角度，采用2反1正的反包形式，在增加轮胎胎侧区域刚性的同时提高了轮胎的安全性。

3.4 胎圈

钢丝圈采用Φ1.295 mm低铜镀层回火胎圈钢丝，覆胶直径为1.60 mm，钢丝采用菱形设计4-5-6-5-4排列，单根钢丝缠绕，钢丝缠绕中应力均匀，以确保胎圈与轮辋配合时有足够的刚性和强度。三角胶采用特殊的轻型载重轮胎三角胶配方，高度为35 mm，以提高轮胎的耐久性能。

3.5 成型

采用传统的二次法成型机成型，机头直径为547 mm，机头宽度为524 mm，带束层贴合鼓周长为2 516 mm。为了提高胎面的刚性及高速性能，冠带条缠绕方式采用2-0缠绕（双层平铺），冠带条宽度为15 mm，单根无接头缠绕，最大限度地提高轮胎的均匀性和动平衡性。

3.6 硫化

硫化采用半钢子午线轮胎B型硫化胶囊，全自动液压式硫化机，采用氮气定型硫化工艺，硫化条件如下：内饱和蒸汽压力 （1.6±0.035） MPa，温度 （203±1） ℃；内部氮气压力 （2.2±0.035）MPa，温度 （30±2） ℃；外饱和蒸汽压力（0.9±0.035） MPa，温度 （176±2） ℃。

轮胎硫化后采用后充气装置，保证硫化后轮胎整体不变形，硫化后轮胎外观良好，无瑕疵品出现。

4 成品轮胎性能

4.1 外缘尺寸

将成品轮胎安装在标准轮辋上，在450 kPa的充气压力条件下，按照GB/T 521—2016进行测量，轮胎D′和B′分别为873和315 mm，符合国家标准要求。

4.2 强度性能

在充气压力为340 kPa，压头直径为19 mm，压头速度为50 mm·min-1条件下，测得轮胎的最小破坏能为1 194.8 J，冠部压穿，满足企业标准（＞634 J）的要求。

4.3 高速性能

按照企业标准进行高速性能试验，充气压力为410 kPa，试验负荷为1 232.5 kg。成品轮胎停放3 h，以80 km·h-1的速度运行120 min；程序暂停，卸下负荷，轮胎冷却至38 ℃，重新调整到规定充气压力；以140 km·h-1的速度开始，每运行30 min，速度增大10 km·h-1，至速度达到170 km·h-1运行满30 min即满足企业标准要求；若要继续试验，则仍每运行30 min，速度增大10 km·h-1，直至轮胎损坏为止。

35×12.50R20LT 10PR轮胎的高速性能试验结果为在170 km·h-1速度下运行30 min，轮胎未损坏，满足企业标准要求。

4.4 耐久性能

按照企业标准进行耐久性试验，试验条件见表1。

表1 成品轮胎耐久性试验条件

35×12.50R20LT 10PR轮胎的耐久性试验累计行驶时间为44 h，轮胎未损坏，满足企业标准至少完成第9阶段试验（44 h）的要求。

4.5 脱圈性能

在充气压力为340 kPa、压块水平距离为305 mm、压块速度为50 mm·min-1的试验条件下，测得轮胎脱圈阻力为21 005 N，满足标准（＞11 120 N）要求。

5 结论

35×12.50R20LT 10PR轻型载重子午线轮胎的充气外缘尺寸、强度、高速性能、耐久和低气压耐久性能及脱圈阻力均符合相应设计和标准要求，经轮廓和骨架材料轻量化设计后，轮胎质量比正常轮胎减小0.8 kg左右，投放市场后使用效果得到了用户的认可，为企业创造了良好的经济效益。