鄭 濤，楊 朔，劉 偉，黃丹丹

（1.山東豐源輪胎制造股份有限公司，山東 棗莊 277300；2.八億橡膠有限責(zé)任公司，山東 棗莊 277800）

冬季輪胎是專為低溫環(huán)境設(shè)計(jì)的，特殊的膠料配方以及針對(duì)性的輪胎胎面花紋設(shè)計(jì)可減少車輛側(cè)滑風(fēng)險(xiǎn)，保證輪胎在雪地上使用時(shí)的牽引性能及安全性能，制動(dòng)距離明顯縮短。當(dāng)環(huán)境溫度低于7 ℃時(shí)，夏季輪胎會(huì)逐漸失去抓著能力，從而影響到車輛的穩(wěn)定性和制動(dòng)表現(xiàn)，尤其是采用后驅(qū)驅(qū)動(dòng)并注重駕駛操控性的車輛在北方地區(qū)冬季低溫環(huán)境中爬坡時(shí)，會(huì)因夏季輪胎地面抓著力下降而導(dǎo)致上坡困難并易發(fā)生側(cè)滑現(xiàn)象，因此強(qiáng)烈建議使用后驅(qū)驅(qū)動(dòng)車輛的車主在冬季及時(shí)為愛(ài)車更換冬季輪胎。

我公司在調(diào)查市場(chǎng)、研究我國(guó)道路整體狀況及進(jìn)行成品性能驗(yàn)證后，推出了FRD78非對(duì)稱花紋系列雪地輪胎，根據(jù)UN/ECE 117法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)了芬蘭Test World嚴(yán)苛的輪胎雪地制動(dòng)性能測(cè)試，胎側(cè)標(biāo)有雪花山峰標(biāo)識(shí)?，F(xiàn)以235/75R15 FRD78非對(duì)稱花紋雪地輪胎為例，將產(chǎn)品設(shè)計(jì)情況簡(jiǎn)介如下。

1 技術(shù)要求

參照歐洲ETRTO 2012標(biāo)準(zhǔn)、美國(guó)TRAEDI 2012標(biāo)準(zhǔn)和GB/T 2978—2014《轎車輪胎規(guī)格、尺寸、氣壓與負(fù)荷》要求[1-3]，確定235/75R15 FRD78非對(duì)稱花紋雪地輪胎的技術(shù)參數(shù)如下：標(biāo)準(zhǔn)輪輞6.5J，充氣外直徑（D′） 723（723～743） mm，充氣斷面寬（B′） 240（235～244） mm，最大充氣壓力 300 kPa，最大負(fù)荷 925 kg，速度級(jí)別 S。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 外直徑（D）和斷面寬（B）

雪地輪胎充氣后外直徑變化不太大，D取722 mm，外直徑膨脹率（D′/D）為1.001 4。胎體采用高模量低收縮聚酯簾線，輪胎充氣后斷面整體變化較小，本次設(shè)計(jì)B取241 mm，斷面寬膨脹率（B′/B）為0.995 78。

2.2 行駛面寬度（b）和弧度高（h）

b取值較大時(shí)，可以提高輪胎整體的驅(qū)動(dòng)性能和承載性能。根據(jù)以往的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)調(diào)整b與h的取值來(lái)優(yōu)化輪胎接地面形狀與大小，以均衡胎冠接地壓力，提高輪胎的牽引性能和耐磨性能[1-3]。綜合考慮，本次設(shè)計(jì)b取179 mm，h取7.5 mm。

2.3 胎圈著合直徑（d）和著合寬度（C）

胎圈與輪輞通常采取過(guò)盈配合，同時(shí)應(yīng)保證輪胎容易裝卸，綜合考慮，本次設(shè)計(jì)d取375 mm?？紤]到降低胎側(cè)剛性、增大彈性、改善輪胎的乘坐舒適性等，C取197.8 mm。

2.4 斷面水平軸位置（H1/H2）

通常輪胎斷面水平軸是輪胎在充氣后法向變形最大的位置，同時(shí)是半鋼子午線輪胎胎體較薄弱的地方，因此H1/H2取值對(duì)輪胎的使用性能和壽命影響較大。由于雪地輪胎胎體簾線整體設(shè)計(jì)為徑向排列，胎圈位置的應(yīng)力比較大，因此可以通過(guò)上移斷面水平軸來(lái)減小下胎側(cè)區(qū)域和胎圈部位的應(yīng)力。綜合考慮，H1/H2取0.977 29。

圖1示出了輪胎斷面輪廓。

圖1 輪胎斷面輪廓示意

2.5 胎面花紋

胎面采用FRD78型輪胎花紋，為變節(jié)距花紋設(shè)計(jì)，包含長(zhǎng)型花紋M型12節(jié)、長(zhǎng)型花紋L型11節(jié)、短型花紋S型13節(jié)，總計(jì)36個(gè)花紋周節(jié)。胎面花紋具體特點(diǎn)如下。

（1）4條縱向花紋溝槽設(shè)計(jì)，提供良好的抓著性能和排水性能，保證濕地駕駛的安全性。

（2）3D立體曲折刀槽花紋設(shè)計(jì)，保證花紋塊剛性，提高地面抓著力，有效防止輪胎在冰雪路面上打滑。

（3）縱向曲折花紋溝設(shè)計(jì)，有效提高輪胎的牽引性能。

（4）花紋溝設(shè)計(jì)采用計(jì)算機(jī)仿真優(yōu)化，可有效降低噪聲。

（5）寬大的花紋塊設(shè)計(jì)，有效提高輪胎在冰雪路面上的越野性能。

（6）花紋深度為9 mm，整體花紋海陸比均衡，花紋飽和度為69.18%。

胎面花紋展開(kāi)示意見(jiàn)圖2。

圖2 胎面花紋展開(kāi)示意

3 施工設(shè)計(jì)

3.1 胎面和胎側(cè)

胎面采用全分層設(shè)計(jì)方案。胎面膠采用冰雪路面和濕地抓著性能好的膠料配方，使胎面膠在7 ℃以下低溫環(huán)境中更柔軟，增強(qiáng)輪胎與路面的摩擦力，提高抓著性能；配方中高活性白炭黑用量大，大幅提高輪胎的雪地性能，同時(shí)添加碳納米管材料[4-5]，有效縮短輪胎在雪面和冰面上的制動(dòng)距離，有利于改善車輛的操控性能和行駛安全性?；磕z采用高緩沖膠料，很好地釋放來(lái)自胎面的應(yīng)力。胎側(cè)采用常用的雙復(fù)合結(jié)構(gòu)，即胎側(cè)膠和耐磨膠搭配的結(jié)構(gòu)。胎面和胎側(cè)半部件采用三復(fù)合擠出機(jī)擠出，設(shè)備精度高，部件擠出尺寸穩(wěn)定。

3.2 帶束層

采用2層帶束層加1層冠帶層結(jié)構(gòu)，可以很好地箍緊胎體，減小胎面部位的周向變形，有利于保持輪胎整體尺寸穩(wěn)定性，同時(shí)提高抗?jié)窕阅芎筒倏v性能等。冠帶層為保護(hù)層，由單根直徑為15 mm的錦綸66簾線帶張力纏繞而成，具有較強(qiáng)的箍緊性能和抗撞擊性能，能夠防止胎面與帶束層之間發(fā)生脫層，起到很好的保護(hù)作用，同時(shí)又可以緩沖胎面受到的沖擊力，延長(zhǎng)成品輪胎的使用壽命，增大輪胎的翻新次數(shù)。1#和2#帶束層均采用3×0.30HT高滲透性鋼絲簾線。

3.3 胎體

胎體采用滲膠性能好的高模量低收縮聚酯簾線，胎體為2層設(shè)計(jì)，1#胎體簾布寬度為710 mm，2#胎體簾布寬度為540 mm，胎體簾布?jí)貉用芏葹?05根·dm-1，胎體安全倍數(shù)為9.0。

3.4 胎圈

鋼絲圈采用鍍鋅銅回火高強(qiáng)度鋼絲，單根胎圈鋼絲直徑為1.295 mm，鋼絲覆膠后直徑為1.60 mm，膠料的粘合性能較好，不易散頭，與三角膠能很好地粘合，生產(chǎn)工藝穩(wěn)定。胎圈安全倍數(shù)為9.1。

3.5 成型

采用一次法成型機(jī)成型，成型機(jī)機(jī)頭直徑為360 mm，平寬為505 mm，胎坯成型時(shí)的預(yù)定型寬度為410 mm，工藝參數(shù)穩(wěn)定，設(shè)備程序及機(jī)械定位精度高，胎坯成型后各半部件貼合密實(shí)，保證了成品輪胎質(zhì)量的穩(wěn)定性。

3.6 硫化

采用液壓硫化機(jī)及氮?dú)饬蚧に嚵蚧痆6-8]，一次定型時(shí)氮?dú)鈮毫椋?.06±0.01） MPa，二次定型時(shí)氮?dú)鈮毫椋?.07±0.01）MPa，高壓蒸汽壓力為（1.5～1.7）MPa，高壓氮?dú)鈮毫椋?.1～2.3）MPa，硫化溫度為177 ℃，總硫化時(shí)間為13.5 min。

4 成品性能

4.1 外緣尺寸

按照GB/T 521—2012《輪胎外緣尺寸測(cè)量方法》測(cè)量成品輪胎外緣尺寸。安裝在標(biāo)準(zhǔn)輪輞上的輪胎在標(biāo)準(zhǔn)充氣壓力下的D′為715 mm，B′為236 mm，均符合設(shè)計(jì)要求。

4.2 強(qiáng)度性能

強(qiáng)度性能按照Q/B QP 01—2017《轎車子午線輪胎強(qiáng)度試驗(yàn)方法》進(jìn)行測(cè)試，輪胎的充氣壓力為180 kPa。結(jié)果表明，輪胎第1—4點(diǎn)破壞能均達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)值，第5點(diǎn)破壞能為600.1 J，為標(biāo)準(zhǔn)值的203%，強(qiáng)度性能超過(guò)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求。

4.3 耐久性能

耐久性能按照Q/B NP 01—2017《轎車子午線輪胎耐久性能試驗(yàn)方法》進(jìn)行測(cè)試，試驗(yàn)條件和結(jié)果如表1所示。

表1 成品輪胎耐久性能

從表1可以看出，輪胎累計(jì)行駛44 h后停止試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)束時(shí)輪胎目測(cè)未發(fā)生損壞，成品輪胎耐久性能超過(guò)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求。

4.4 高速性能

高速性能按照Q/B GP 04—2017《轎車子午線輪胎高速性能試驗(yàn)方法》進(jìn)行測(cè)試，試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

表2 成品輪胎高速性能

從表2可以看出，輪胎累計(jì)行駛1.5 h后停止試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)束時(shí)輪胎目測(cè)未產(chǎn)生損壞，高速性能達(dá)到企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求。

5 結(jié)語(yǔ)

235/75R15 FRD78非對(duì)稱花紋雪地輪胎的充氣外緣尺寸、強(qiáng)度性能、耐久性能和高速性能均達(dá)到設(shè)計(jì)和企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求。產(chǎn)品投入市場(chǎng)后，以其優(yōu)良的品質(zhì)得到客戶的認(rèn)可與好評(píng)，提高了公司的知名度，創(chuàng)造了較好的經(jīng)濟(jì)效益。