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ST235/85R16全鋼拖車子午線輪胎的設(shè)計

2024-02-25 19:38黃孝鵬任世奪王德志周赟琪
橡膠科技 2024年2期
關(guān)鍵詞:胎圈拖車胎體

黃孝鵬,王 雪,任世奪,王德志,周赟琪

[浦林成山(山東)輪胎有限公司,山東 榮成 264300]

現(xiàn)將ST235/85R16全鋼拖車子午線輪胎設(shè)計介紹如下。

1 技術(shù)要求

依據(jù)《美國輪胎輪輞協(xié)會標準年鑒(TRA)2016》,公路型掛車用的特種拖車公制輪胎一般技術(shù)要求為:允許使用輪輞 61/2J,名義斷面寬235 mm,名義外直徑 806 mm。

根據(jù)北美拖車輪胎市場情況以及我公司代工產(chǎn)品信息,本次設(shè)計的輪胎設(shè)計參數(shù)如下:標準負荷 2 000 kg(單胎)/1 750 kg(雙胎),充氣壓力760 kPa,速度級別 L。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.1 外直徑(D)和斷面寬(B)

根據(jù)類似大小的輪胎充氣后的膨脹率推算,充氣尺寸通常比設(shè)計尺寸大0~5 mm[1]。通過對市場信息進行統(tǒng)計,確定D/充氣外直徑(D′)為0.995,B/充氣斷面寬(B′)為0.987 2。由此得出,D為802 mm,B為232 mm。這一設(shè)計旨在融入市場、減少不同品牌輪胎無法混合使用的問題。

2.2 胎圈著合直徑(d)和著合寬度(C)

當輪胎和輪輞過盈配合時,其摩擦力更大,氣密性更好,在行駛過程中可以有效減少漏氣風險,增加行駛安全性,減少充氣次數(shù),并提升客戶的使用體驗。為此,本設(shè)計d取404 mm,C取178 mm。

2.3 行駛面寬度(b)和弧度高(h)

輪胎類型、花紋樣式、行駛路況和承載量等因素會影響b和h的取值。由于本設(shè)計輪胎為拖車專用輪胎,無需提供驅(qū)動力,因此b的取值不宜過大。本設(shè)計確定b與C相同,即b為178 mm??紤]到輪胎在使用時承載量較大,為避免輪胎中間下陷的問題,本設(shè)計確定h為7 mm。

“一站式”司法確認機制的運行只有一年多的時間。目前,該機制運行的范圍,僅限于房山區(qū)人民法院訴調(diào)對接中心與房山區(qū)矛盾糾紛多元調(diào)解中心、房山區(qū)司法局眾和人民調(diào)解委員會等調(diào)解組織之間。雖然,該機制自運行以來,取得了良好的社會效果,但是,由于該機制運行時間較短、運行范圍狹小,若要大面積推廣,還將面臨以下現(xiàn)實問題:

2.4 斷面水平軸位置(H1/H2)

當汽車在行駛時,輪胎變形量最大的地方屈撓變形也最大,斷面水平軸向上至胎冠中心點的垂直距離為H2,向下至胎踵的垂直距離為H1,H1/H2的大小可以體現(xiàn)斷面水平軸的位置。子午線輪胎的H1/H2通常為0.9~1.1,既可以減小胎肩部位的應(yīng)力集中,同時使胎圈部位盡量遠離屈撓區(qū)域,延長輪胎的整體使用壽命。本設(shè)計H1/H2取0.99,能夠使斷面水平軸位于離胎圈和胎肩均相對較遠的位置,在減小胎圈變形、改善胎圈脫層和磨損的同時,盡可能降低胎肩應(yīng)力集中現(xiàn)象,減小胎肩出現(xiàn)脫層、裂口的風險。

2.5 各部位弧半徑

在子午線輪胎胎冠輪廓設(shè)計時可以采用兩段弧設(shè)計。這種設(shè)計可以在標載狀態(tài)下增大輪胎接地面積,有效地解決偏磨等問題,從而延長輪胎的壽命。

輪胎的水平軸上下弧線對于輪胎的早期使用情況有影響。這些弧線的半徑會影響輪胎胎肩的厚度,而胎肩的厚度又會決定帶束層邊緣在使用前期是否有發(fā)生開裂的風險。為了使水平軸與胎肩之間的過渡更加順滑,避免使用切線來設(shè)計過渡區(qū)域,常采用弧線相切的設(shè)計。為了對胎肩的厚度進行控制,本設(shè)計選擇了反弧形連接方式。

輪胎斷面輪廓如圖1所示。

圖1 輪胎斷面輪廓示意

2.6 胎面花紋

輪胎花紋的樣式會對車輛的多方面性能產(chǎn)生影響,包括操控性能、制動性能、舒適性、安全性能、噪聲和燃油經(jīng)濟性等。對于拖車輪胎而言,其主要作用是承受載荷,不需要提供導(dǎo)向和驅(qū)動力,因此在本次胎面花紋設(shè)計中,耐磨性能和經(jīng)濟性是首要考慮因素。

輪胎縱溝的寬度對滾動阻力的影響最為顯著,而縱溝的深度對滾動阻力的影響次之,二者之間呈正相關(guān)關(guān)系。縱向花紋的剛度最大,而剛度越大的輪胎滾動阻力越小,這也意味著車輛的燃油經(jīng)濟性越好[2-3]。因此,根據(jù)輪胎的使用條件,本次設(shè)計采用4條直線型縱溝,以提高輪胎的排水能力和縱向剛性,改善胎面的耐磨性能,并降低滾動阻力,減少燃油消耗。此外,花紋溝底采用曲折設(shè)計,起到防止石子夾入的作用??v溝的深度設(shè)計為10 mm,以提高輪胎的耐磨性能,使其行駛里程更長。在縱溝的邊緣還增加了細小的花紋鋼片,這在基本不影響滾動阻力的情況下,可以增強胎面的散熱能力。

胎面花紋效果見圖2。

圖2 胎面花紋效果

2.7 有限元分析

通過有限元分析軟件對輪胎的充氣內(nèi)外輪廓進行比較,以觀察接地印痕形狀,并分析胎肩部位的受力情況[4]。通過對不同方案的結(jié)果進行對比,并結(jié)合經(jīng)驗,選擇最優(yōu)的外輪廓方案。有限元分析的輪胎靜態(tài)接地印痕形狀和胎肩受力情況分別如圖3和4所示。

圖3 輪胎靜態(tài)接地印痕形狀的有限元分析

圖4 輪胎胎肩受力的有限元分析

3 施工設(shè)計

3.1 胎面

胎面采用冠膠和基部膠兩層結(jié)構(gòu),以滿足輪胎的高耐磨和低生熱要求,適應(yīng)長時間行駛。在胎面設(shè)計中,將預(yù)口型和口型設(shè)計相結(jié)合,確保擠出的基部膠和冠膠的尺寸符合設(shè)計要求。胎面的擠出總寬度設(shè)計為200 mm。

3.2 胎體

胎體骨架材料的選擇對輪胎的使用壽命和安全性具有重要影響,可以決定輪胎的承載負荷和變形情況。本設(shè)計胎體骨架材料選擇規(guī)格為3×0.24/9×0.225CCHT的鋼絲簾線[5]。

3.3 帶束層

帶束層為具有多角度的多層設(shè)計,可以牢固地箍住胎體,減少使用時的形變,增加胎體的穩(wěn)定性,承受來自胎體和地面等多方面的應(yīng)力,并防止地面異物對胎體造成傷害。帶束層的伸張系數(shù)直接影響胎坯成型后的外觀和使用性能,因此對車輛的行駛穩(wěn)定性和輪胎的行駛里程等都具有重要影響[6-7]。

在帶束層的整體設(shè)計中,需要考慮多方面因素,其中最重要的是選擇適當規(guī)格的鋼絲簾線,此外,簾線的密度、角度和帶束層寬度也是重要因素。根據(jù)輪胎的使用路況,還需要選擇適當?shù)膸鴮訉訑?shù)和結(jié)構(gòu)。

綜合考慮,本設(shè)計帶束層采用常規(guī)的3層結(jié)構(gòu),并選擇0.37+6×0.32ST鋼絲簾線。該鋼絲簾線具有高強度和輕量化的特點,可以有效減輕輪胎的質(zhì)量。

3.4 胎圈

子午線輪胎裝配到輪輞上后,內(nèi)部承受充氣壓力,外部承受輪輞的剛性力,并在行駛和制動時受到多方面應(yīng)力的影響。胎體反包和加強層位于胎圈部位,在行駛過程中,胎圈部位會產(chǎn)生大量的熱和屈撓應(yīng)力。為了解決這個問題,胎圈結(jié)構(gòu)中可增加上下膠芯,并對胎圈部位進行加厚補強。此外,在靠近鋼絲圈的胎體外側(cè)增加鋼絲加強層,用以保護胎體。通常,鋼絲加強層的外端點與胎體反包端點的距離在10 mm以上,以減少應(yīng)力集中現(xiàn)象,并提高胎圈的剛度和強度,以確保行駛安全。

對于位于拖車輪位的輪胎,其承載能力要求較高,承受的力也較大,因此需要提高胎圈的強度,可以使用較強的鋼絲結(jié)構(gòu)和增加纏繞的圈數(shù)。在本設(shè)計中,采用正六邊形的鋼絲圈,以增加鋼絲圈的穩(wěn)定性,防止散圈的發(fā)生。通過外輪廓的胎圈弧線設(shè)計,使胎圈與輪輞緊密配合,從而減小相對滑動的幅度。

3.5 成型和硫化

成型采用TRPO-S三鼓成型機。硫化采用1 651 mm(65英寸)雙模定型熱板式硫化機,硫化條件為:溫度 (147±2) ℃,壓力 (1.7±0.1)MPa,時間 34 min[8]。

4 成品性能

4.1 外緣尺寸

按照GB/T 521—2016測試輪胎充氣外緣尺寸,B′為234 mm,D′為805 mm。可以看出,成品輪胎的充氣外緣尺寸符合國家標準要求。

4.2 強度性能

按照GB/T 4501—2016測試輪胎的強度性能。第5點破壞能的平均值為3 581.6 J,大于標準規(guī)定的2 090 J,最大與最小破壞能之比的平均值為155.8%,符合國家標準要求。

4.3 耐久性能

按照GB/T 4501—2016測試輪胎耐久性能,試驗結(jié)果見表1。

表1 輪胎耐久性能試驗結(jié)果

從表1可以看出,輪胎的耐久性能符合國家標準要求。

4.4 高速性能

輪胎高速性能試驗結(jié)果見表2。

表2 輪胎高速性能試驗結(jié)果

從表2可以看出,輪胎的高速性能達到企業(yè)標準要求(≥90 min)。

5 結(jié)語

經(jīng)室內(nèi)性能測試,ST235/85R16全鋼拖車子午線輪胎的各方面性能均達到了設(shè)計要求,完全滿足美國市場拖車輪胎的使用要求。今后將繼續(xù)優(yōu)化輪胎的制造工藝,以進一步提高輪胎的質(zhì)量,并滿足不斷變化的客戶需求,從而提高產(chǎn)品在市場上的競爭力。

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