馬新軍

（1.青島科技大學(xué) 高分子科學(xué)與工程學(xué)院，山東 青島 266042；2.賽輪金宇集團(tuán)股份有限公司，山東 青島 266500）

隨著人們生活水平的提高和生活方式的改變，越來越多的消費(fèi)者喜歡去野外旅行，適應(yīng)復(fù)雜路面的越野輪胎需求量不斷增大。為豐富產(chǎn)品種類，提高產(chǎn)品的市場占有率，我公司特意開發(fā)LT265/75R16 123/120Q 10PR越野子午線輪胎，取得了良好的效益?，F(xiàn)將產(chǎn)品的設(shè)計(jì)情況介紹如下。

1 技術(shù)要求

根據(jù)美國TRA 2012標(biāo)準(zhǔn)，LT265/75R16 123/120Q 10PR越野子午線輪胎的技術(shù)參數(shù)為：測量輪輞寬度 190.5 mm（7.5英寸），允許使用輪輞 7J，7 1/2J，8J，充氣外直徑（D′） 810（797.8～822.1） mm，充氣斷面寬（B′） 267（256.3～275.0） mm，標(biāo)準(zhǔn)充氣壓力 550 kPa，負(fù)荷能力 1 550（單胎）/1 400（雙胎并裝） kg。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

外輪廓設(shè)計(jì)對輪胎性能的影響至關(guān)重要，合理的輪廓設(shè)計(jì)可使應(yīng)力分布更均勻，延長輪胎的使用壽命。采用我公司基于國外先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念自行開發(fā)的輪廓參數(shù)化設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行輪廓參數(shù)的優(yōu)選，使輪胎在充氣負(fù)荷狀態(tài)下具有良好的應(yīng)力分布，從而提高輪胎的牽引性能、行駛安全性能及操控穩(wěn)定性能。

2.1 外直徑（D）和斷面寬（B）

子午線輪胎冠部有周向不易伸張的鋼絲帶束層及周向纏繞的錦綸冠帶條緊箍，其充氣后外直徑膨脹很小。由于輕型載重輪胎充氣壓力比轎車輪胎高，輪胎充氣后外直徑一般膨脹2～4 mm，因此D取值一般稍小于D′。 本次設(shè)計(jì)D取807 mm，外直徑膨脹率（D′/D）為1.003 7。

充氣后斷面寬的影響因素較多，主要有胎體簾線種類、高寬比、帶束層對輪胎外徑箍緊程度和施工設(shè)計(jì)等。根據(jù)以往設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，胎圈著合寬度（C）每增大12.7 mm（0.5英寸），B隨之增大5 mm，而本次設(shè)計(jì)C增大25.4 mm（1英寸），則B相應(yīng)增大10 mm，B取264 mm，斷面寬膨脹率[B′/（B－10）]為1.051。

2.2 行駛面寬度（b）和弧高度（h）

b和h的取值對輪胎接地印痕影響很大，從而影響輪胎的耐磨性能、牽引性能及行駛穩(wěn)定性能。一般b/B取0.7～0.85，考慮到越野輪胎對地面的抓著力及復(fù)雜路面的適應(yīng)性，b/B取0.803，即b取212 mm。

為保證輪胎在各種路面上的通過性能，冠部采用二段弧設(shè)計(jì)，h取11.5 mm，h/H（斷面高）取0.057。

2.3 胎圈著合直徑（d）和C

d的選取應(yīng)考慮輪胎在行駛過程中不會(huì)出現(xiàn)胎圈與輪輞間產(chǎn)生滑移以及漏氣現(xiàn)象，胎圈與輪輞間應(yīng)采用過盈配合，同時(shí)亦需考慮輪胎裝卸方便的需求。本次設(shè)計(jì)輪輞直徑為405.6 mm，d比標(biāo)定輪輞直徑小1.2 mm，為404.4 mm。

為改善輪胎在充氣負(fù)荷下胎圈部位的應(yīng)力，提高胎圈部位的支撐性能及裝配性能，C一般取值比輪輞寬度大12.7～25.4 mm（0.5～1英寸），本次設(shè)計(jì)C比標(biāo)準(zhǔn)輪輞寬度大25.4 mm，即C取216 mm。

2.4 斷面水平軸位置（H1/H2）

越野子午線輪胎最寬點(diǎn)位置比較高，以期使輪胎的變形落在斷面水平軸以上、帶束層端點(diǎn)以下的上胎側(cè)區(qū)域內(nèi)，減小下胎側(cè)區(qū)域內(nèi)的應(yīng)力和胎圈承受的應(yīng)力。由于子午線輪胎胎體簾線呈徑向排列，其胎圈承受的應(yīng)力比斜交輪胎大，因此H1/H2取值應(yīng)大一些，以減小胎圈受力，但考慮到越野輪胎承載負(fù)荷較大，承載后斷面水平軸下移，因此H1可適當(dāng)增大，本次設(shè)計(jì)H1/H2取0.993。

輪胎斷面輪廓如圖1所示。

圖1 輪胎斷面輪廓示意

2.5 胎面花紋

胎面花紋采用泥石等復(fù)雜路面專用花紋，同時(shí)運(yùn)用我公司的噪聲仿真軟件，對花紋塊分布和節(jié)距排列等進(jìn)行仿真模擬，在保證其他性能不降低的前提下，選取噪聲最優(yōu)方案，經(jīng)成品輪胎測試，達(dá)到歐洲牽引型第2階段噪聲標(biāo)準(zhǔn)要求?；y深度為15.3 mm，花紋飽和度為50.3%，花紋周節(jié)數(shù)為20。胎面主要特點(diǎn)如下：

（1）開放式胎肩花紋溝，有效清除石子、淤泥及雜物，提高輪胎自潔性能；

（2）肩下采用階梯設(shè)計(jì)，提高泥地、沙地等復(fù)雜路面的側(cè)面牽引力；

（3）花紋塊無死角交錯(cuò)咬合，提升牽引性能和攀爬能力；

（4）仿鯊魚牙齒溝槽，可牢牢咬住路面，提高牽引性能；

（5）加長的胎肩，采用3維多層設(shè)計(jì)，層層減弱外界的撞擊，有效避免胎體損壞，同時(shí)提供側(cè)向牽引力。

胎面花紋展開如圖2所示。

圖2 胎面花紋展開示意

3 施工設(shè)計(jì)

結(jié)構(gòu)施工采用有限元應(yīng)力優(yōu)化設(shè)計(jì)，通過計(jì)算機(jī)模擬，計(jì)算最佳半成品材質(zhì)及尺寸，以實(shí)現(xiàn)在輪胎生產(chǎn)制造初期的材料分布適應(yīng)輪胎在實(shí)際使用中的受力最佳為目的。圖3示出了輪胎材料分布，圖4示出了輪胎受力變形及應(yīng)力分布。

3.1 胎面

胎面采用傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，分為胎面膠、基部膠和兩塊胎翼膠。胎面中間厚度為10.5 mm，肩部厚度為14.3 mm，肩部寬度為212 mm，總寬度為300 mm。

圖3 輪胎材料分布

圖4 輪胎受力變形及應(yīng)力分布

3.2 帶束層

帶束層結(jié)構(gòu)對輪胎高速性能和使用性能影響很大。本次設(shè)計(jì)帶束層由2層2+2×0.35HT鋼絲簾布組成，角度交叉排列，承擔(dān)胎冠70%的沖擊力。鋼絲帶束層上纏繞1層930dtex/2錦綸66浸膠簾布冠帶條，以減小輪胎在高速行駛下的離心力，從而減小帶束層變形和剪切力，提高輪胎的高速性能和耐久性能。

一般帶束層寬度與行駛面寬度的比值取0.95～1.05，本次設(shè)計(jì)的輪胎屬越野輪胎，為保證冠部壓力分布均勻，該比值確定為1.06。此外，帶束層伸張比影響成品輪胎的角度，由于該規(guī)格輪胎使用活絡(luò)模硫化，帶束層伸張比取1.035。

3.3 胎體

輪胎耐疲勞性能著重表現(xiàn)在胎體耐疲勞方面，特別是耐屈撓疲勞方面，為此胎體簾線必須具有很好的耐屈撓、耐疲勞應(yīng)力的特性，因此選取的胎體簾線結(jié)構(gòu)尤為重要。一般輕型載重子午線輪胎胎體材料可選擇聚酯和改性錦綸等，本次設(shè)計(jì)選用1440dtex/2聚酯簾線，具有模量高、收縮率低、生熱低的特點(diǎn)，不僅可以減小輪胎變形，而且可以提高子午線輪胎的耐疲勞性能和高速性能，降低輪胎行駛過程中的生熱，從而延長輪胎的使用壽命。

越野輪胎因需應(yīng)對野外復(fù)雜的使用環(huán)境，胎體需較高的強(qiáng)度，以提升抗撞擊和抗刺扎等性能，因此本次設(shè)計(jì)采用3層胎體，以保證野外行駛的安全性。胎體簾布寬度設(shè)計(jì)需保證胎體簾布反包端點(diǎn)避開胎側(cè)屈撓區(qū)，且與三角膠端點(diǎn)保持約20 mm的級差。

3.4 胎圈

胎圈鋼絲選用Φ1.3 mm回火鋼絲，覆膠后單絲直徑為1.6 mm。采用單絲纏繞的六角形鋼絲圈，排列方式為4-5-6-5-4，安全倍數(shù)大于8。較大尺寸輪胎采用六角形鋼絲圈，可以提高輪胎在使用過程中胎圈部位的穩(wěn)定性，保證胎圈底部接觸面與輪輞曲線良好的配合。

3.5 成型

成型選用二次法成型機(jī)，采用冠包側(cè)生產(chǎn)工藝。成型機(jī)頭寬度與簾線假定伸張值有關(guān)，假定伸張值選取取決于胎體簾線物理性能及壓延工藝，本次設(shè)計(jì)簾線假定伸張值取1.035，一段機(jī)頭寬度取513 mm。

3.6 硫化

采用B型硫化機(jī)硫化，氮?dú)饬蚧に?。硫化條件為：外溫 176～180 ℃，內(nèi)溫 200～209 ℃，內(nèi)壓 2.2～2.6 MPa，總硫化時(shí)間 30 min。采用氮?dú)饬蚧?，可提高生產(chǎn)效率，而且節(jié)能環(huán)保，符合低碳的發(fā)展趨勢。為防止輪胎在使用后期胎體變形，并提高耐久性能、行駛穩(wěn)定性及操控性能，該系列產(chǎn)品采用硫化后充氣工藝。

4 成品性能

4.1 外緣尺寸

輪胎外緣尺寸按照GB/T 521—2012《輪胎外緣尺寸測量方法》測量。結(jié)果表明，安裝于標(biāo)準(zhǔn)輪輞上的成品輪胎在標(biāo)準(zhǔn)充氣壓力下充氣外直徑和充氣斷面寬分別為805和267 mm，滿足設(shè)計(jì)要求。

4.2 強(qiáng)度性能

輪胎強(qiáng)度性能按照GB/T 4501—2008《載重汽車輪胎性能室內(nèi)試驗(yàn)方法》測試。試驗(yàn)條件為：壓頭直徑 32 mm，充氣壓力 550 kPa。試驗(yàn)結(jié)果表明，結(jié)束點(diǎn)破壞能為2 112.8 J，是國家標(biāo)準(zhǔn)值的217.3%，試驗(yàn)結(jié)束時(shí)壓頭觸及輪輞但未穿，強(qiáng)度性能滿足國家標(biāo)準(zhǔn)要求。

4.3 耐久性能

輪胎耐久性能按照GB/T 4501—2008測試。試驗(yàn)條件為：試驗(yàn)速度 120 km·h-1，在完成國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的常規(guī)耐久及低氣壓耐久試驗(yàn)后，增加0.5 h的低氣壓試驗(yàn)，然后按每4 h試驗(yàn)負(fù)荷遞增10%繼續(xù)進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，輪胎累計(jì)行駛時(shí)間為48 h，試驗(yàn)結(jié)束時(shí)負(fù)荷率為130%，輪胎未損壞，耐久性能滿足國家標(biāo)準(zhǔn)要求。

4.4 高速性能

輪胎高速性能按照GB/T 4501—2008測試。試驗(yàn)條件為：試驗(yàn)負(fù)荷 1 395 kg，充氣壓力 550 kPa，初始速度 140 km·h-1，在完成國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定試驗(yàn)時(shí)間后，按每10 min速度遞增10 km·h-1繼續(xù)進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，輪胎累計(jì)行駛時(shí)間為90 min，試驗(yàn)結(jié)束時(shí)行駛速度為200 km·h-1，輪胎未損壞，高速性能滿足國家標(biāo)準(zhǔn)要求。

5 結(jié)語

LT265/75R16 123/120Q 10PR越野子午線輪胎的各項(xiàng)室內(nèi)測試性能滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，產(chǎn)品投放市場后得到了用戶的認(rèn)可。該規(guī)格產(chǎn)品的成功開發(fā)，提高了我公司的研發(fā)水平，為后續(xù)產(chǎn)品的開發(fā)提供了經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)豐富了產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。