李志華，劉飛鵬，李 勇，張 奪，李昭帝

（青島科技大學(xué) 機電工程學(xué)院，山東 青島 266061）

子午線輪胎胎體簾布層簾線與胎面中心線呈90°排列，帶束層簾線與胎面中心線呈0°或很小角度斜向交叉排列。子午線輪胎具有行駛里程高，節(jié)約燃料、減震性能好、胎面耐穿刺、抓著性能好、越野性能高、行駛溫度低及散熱快等特點。

子午線輪胎的出現(xiàn)是輪胎工業(yè)的一次重大技術(shù)革命，是輪胎更新?lián)Q代的產(chǎn)品，其優(yōu)越性能取決于柔軟的胎體和堅固的帶束層。子午線輪胎的力學(xué)性能[1]與胎體和帶束層的關(guān)系比較復(fù)雜，其中帶束層起決定性的作用。帶束層的堅固性影響子午線輪胎的操縱性能、側(cè)向力、高速性能和耐磨性能等，而胎體會影響到車輛的乘坐舒適性和牽引性能等。

通過分析不難發(fā)現(xiàn)，目前常用的全鋼載重子午線輪胎在制造或使用過程中容易出現(xiàn)諸如胎體簾線彎曲、胎體簾線辟縫、胎體簾線稀線、胎體簾線重迭交叉、胎體簾線斷頭[2]、胎體簾布反包過高或過低、接頭錯邊以及帶束層中心偏歪、帶束層簾線重迭或裂開、帶束層接頭錯邊等質(zhì)量缺陷。同時，與更高的負荷能力、緩沖性能、牽引力、剎車能力、轉(zhuǎn)彎能力、方向穩(wěn)定性能、耐磨性能、耐久性能、安全性及滾動阻力性能[3]等要求還有較大 差距。

目前的全鋼載重子午線輪胎結(jié)構(gòu)及制造工藝難以克服上述缺陷和滿足上述要求，因而有必要提出并設(shè)計一種全新結(jié)構(gòu)的全鋼載重子午線輪胎，以簡化輪胎制造工藝，解決輪胎制造過程中可能出現(xiàn)的輪胎精度難以保證問題，從而大幅提升輪胎的自動化制造水平、承載能力和使用壽命等 指標。

1 新結(jié)構(gòu)全鋼載重子午線輪胎的提出

全鋼載重子午線輪胎的關(guān)鍵部件是胎體簾布層和帶束層。鋼絲簾線是子午線輪胎的主要骨架材料，它使子午線輪胎的胎體和帶束層具有強力大、伸長小的特點。胎體簾布層和帶束層對全鋼載重子午線輪胎的力學(xué)性能尤為重要。

傳統(tǒng)的胎體簾布層[4]普遍使用鋼絲與膠條壓延成型、裁斷和粘接而成的鋼絲簾布，帶束層同樣采用鋼絲與膠條壓延、小角度裁斷和粘接而成。在胎體簾布層和帶束層制造過程中，胎體簾布層和帶束層在輪胎的貼合成型過程中出現(xiàn)了太多的鋼絲斷頭，這些鋼絲斷頭直接或間接地造成了輪胎的各種質(zhì)量缺陷。

新型全鋼載重子午線輪胎就是拋棄傳統(tǒng)輪胎胎體簾布和帶束層的壓延（或擠出）、裁斷制造工藝，消除鋼絲接頭，采用1根掛膠鋼絲簾線纏繞的方法直接在輪胎成型設(shè)備上分別制成胎體簾布層和多層帶束層，整體斷面結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 新型全鋼載重子午線輪胎斷面結(jié)構(gòu)示意

2 新結(jié)構(gòu)全鋼載重子午線輪胎的設(shè)計

2.1 胎體簾布層和帶束層

全鋼載重子午線輪胎的胎體簾布層自始至終采用1根掛膠鋼絲簾線直接在兩個胎圈之間有序纏繞形成筒狀，如圖2所示。

圖2 胎體簾布層示意

簾布層寬度、鋼絲間距可調(diào)可控，纏繞完畢后只有一個鋼絲接頭，大大減小了鋼絲接頭數(shù)量，鋼絲間距均勻性、鋼絲受力一致性易保證。

帶束層是使用1根掛膠鋼絲簾線直接在充氣隆起的胎體筒上纏繞，分別用1根鋼絲纏到底，形成獨立的1#，2#和3#帶束層或0°帶束層，如圖3 所示。

圖3 帶束層鋼絲簾線纏繞示意

簾布層寬度、鋼絲間距可調(diào)可控。每層無鋼絲接頭，避免了鋼絲接頭，鋼絲間距均勻性、鋼絲受力一致性易保證。

2.2 工藝設(shè)計

首先，在2個胎圈（三角膠膠條粘貼在鋼絲圈的側(cè)面）之間使用1根掛膠鋼絲簾線按照設(shè)定的間距和拉力繞著兩個胎圈有序纏繞1周，形成鋼絲筒，將鋼絲筒套到已經(jīng)貼上內(nèi)襯層膠片、胎側(cè)膠片以及胎圈包布等部件的成型鼓上，在鋼絲筒外側(cè)貼上一層膠片，形成胎體簾布筒。成型鼓充氣、隆起并反包后制成定型尺寸的胎體，如圖4所示。

然后，使用一根掛膠鋼絲簾線沿著定型尺寸的胎體周向有序地按照設(shè)定的間距和拉力纏繞到設(shè)定寬度，接著貼上一層包膠，形成1#帶束層。以此類推，使用同樣的纏繞方法分別形成2#和3#帶束層或0°帶束層，如圖5所示。

最后，再貼上胎面等部件，即制成胎坯，如圖6所示。

該工藝不需要傳統(tǒng)的鋼絲壓延機、簾布裁斷機及貼合設(shè)備，無需輪胎成型機的簾布導(dǎo)開、輸送、定長裁斷、反包搭接等裝置，簡化了設(shè)備。

2.3 幾個關(guān)鍵性問題

（1）簾線材料。新型全鋼載重子午線輪胎簾線材料仍使用鋼絲，要求伸張小、強度高。

（2）簾線結(jié)構(gòu)。新型輪胎只設(shè)1層胎體簾布，胎體簾線要求柔軟性好、剛度較低，以提高汽車行駛的舒適性，具體可按不同規(guī)格輪胎胎體簾線所需強度選擇鋼絲簾線。

新型輪胎帶束層所用鋼絲簾線結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，如帶束層由2層甚至3層或4層鋼絲簾布組成，受力較復(fù)雜，在設(shè)計上要采用2種或3種甚至4種鋼絲簾線。帶束層簾線要求剛度較大，因此單絲直徑須有一定的要求，單根鋼絲簾線直徑的選擇也要根據(jù)輪胎的規(guī)格和層級而定。

（3）簾線間距。簾線間距的選擇取決于輪胎的耐磨耗性能和承載能力，應(yīng)根據(jù)簾線結(jié)構(gòu)和強度來選擇密度。

（4）簾布層寬度。帶束層寬度的選擇不僅影響輪胎的質(zhì)量，也影響汽車的性能。帶束層過窄易引起胎肩早期磨損，過寬會引起胎肩早期脫層，帶束層寬度對轉(zhuǎn)彎因數(shù)和滾動阻力因數(shù)也有很大影響，因此選擇帶束層寬度時必須綜合考慮。

圖4 胎體簾布筒制造工藝流程

圖5 帶束層制造工藝流程

圖6 胎坯斷面效果

2.4 輪胎結(jié)構(gòu)及性能分析

（1）全新結(jié)構(gòu)的全鋼載重子午線輪胎的胎體徹底顛覆了人們對輪胎的傳統(tǒng)制造工藝過程的理解，以1根掛膠鋼絲簾線纏繞，整個胎體簾線僅1個接頭。輪胎的胎圈部位也不同于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，該部位受力更加均勻。

（2）全新結(jié)構(gòu)的全鋼載重子午線輪胎每層帶束層都由1根掛膠鋼絲簾線纏繞，無接頭，帶束層簾線與胎冠中心線成0°周向排列，帶束層簾線和胎體子午線方向排列的簾線形成真正意義的90°，無“剪切”效應(yīng)，無變形，使帶束層在承載時幾乎不變形，剛性更大、強度更高。

（3）全新的特殊結(jié)構(gòu)帶來的在輪胎整體上相輔相成作用的結(jié)果是，在內(nèi)壓、負荷和外力作用下的輪胎側(cè)向變形、輪胎法向變形、胎冠周向變形、胎冠周期滾動變形、高速運行旋轉(zhuǎn)下的輪胎變形普遍得到了優(yōu)化，滿足了輪胎苛刻的使用要求，有利于提高輪胎的承載能力，延長輪胎的使用 壽命。

（4）全新結(jié)構(gòu)的全鋼載重子午線輪胎的制造工藝大大簡化，不僅省去了壓延機和裁斷機等重型設(shè)備，也取消了輪胎成型機上的部分附屬裝置，不僅容易提升制造輪胎的精度，也有利于提高輪胎成型設(shè)備的自動化控制水平。

3 結(jié)論

輪胎的胎體簾布和每層帶束層分別用1根掛膠鋼絲簾線直接纏繞完成是全新結(jié)構(gòu)的全鋼載重子午線輪胎的明顯特征。新型輪胎的結(jié)構(gòu)只有胎體簾布層有1個鋼絲接頭，其制造工藝也不同于傳統(tǒng)工藝，簡化了輪胎制造工藝流程，成型周期短，生產(chǎn)效率高，克服了傳統(tǒng)輪胎存在的質(zhì)量缺陷，既保證了制造精度，提高了輪胎的承載能力，又提升了輪胎質(zhì)量，并且容易實現(xiàn)真正意義上的輪胎自動化流水作業(yè)。