宽基低断面455/40R22.5全钢载重子午线轮胎的设计

高慧颖

（1.青岛科技大学 高分子科学与工程学院，山东 青岛 266042；2.贵州轮胎股份有限公司，贵州 贵阳 550008）

随着欧洲市场对箱式运输车辆限高法规的出台，为了保证物流车辆货物的运输量，轮胎向扁平化发展的进程进一步加快，能够节约轮胎使用成本的宽基低断面轮胎受到市场认可。结合当前市场情况，我公司成功开发了宽基低断面455/40R22.5全钢载重子午线轮胎。现将其设计情况简要介绍如下。

1 技术要求

根据欧洲ETRTO—2012《欧洲轮胎轮辋技术组织标准手册》，确定宽基低断面455/40R22.5全钢载重子午线轮胎的技术参数为：标准轮辋15.00，充气外直径（D′） 936（925.1～946.9）mm，充气断面宽（B′） 453（434.9～471.1） mm，标准充气压力 900 kPa，标准负荷 4 500 kg。

2 结构设计

2.1 外直径（D）和断面宽（B）

根据全钢载重子午线轮胎的充气特性以及车辆的实际使用情况，结合我公司的工艺条件以及相近规格产品的设计经验，本次设计外直径膨胀率（D′/D）取1.002，则D为934 mm。

考虑到子午线轮胎充气断面宽受轮胎轮廓和骨架材料的影响以及轮胎成本，本次设计B取值偏小，断面宽膨胀率（B′/B）取1.020，B为444 mm。

2.2 行驶面宽度（b）和弧高度（h）

b和h影响轮胎的抓着、转向、牵引和磨耗等性能。一般来说，增大b值，减小h值，可以有效增加轮胎的接地面积，降低轮胎的平均接地压力，从而提高轮胎的耐磨性能。

胎冠轮廓的设计是轮胎接地印痕是否理想的关键因素。通过有线元仿真分析，优化设计方案，h取18.41 mm，b取395 mm。

2.3 胎圈着合直径（d）和着合宽度（C）

为保证轮胎与轮辋间紧密配合，防止在使用过程中轮胎与轮辋发生相对位移，本次设计轮胎与轮辋采取过盈配合方式。轮辋直径为571.5 mm，d取570.5 mm。

轮胎趾口位置形状影响轮胎的刚度和承载性能，结合轮辋尺寸及以往设计经验，本次设计C采用不加宽设计，取382 mm。

2.4 断面水平轴位置（H1/H2）

轮胎断面水平轴位置是轮胎断面最宽处，胎侧最薄处，变形量最大，影响着轮胎胎圈和胎肩位置的应力分布。一般H1/H2取0.9～1.2。通过有限元分析进行方案优化，并综合考虑轮胎的使用要求和耐久性能等，本次设计H1/H2取0.95。

轮胎断面轮廓如图1所示。

图1 轮胎断面轮廓示意

2.5 胎面花纹

该轮胎用于拖轮，拖轮专用轮胎的胎面花纹主要影响节油、安全、磨耗及噪声等性能。由于该产品主要针对欧洲市场开发，因此，产品性能必须达到欧洲标签法的基本要求（即必须通过ECE R117认证）；耐久性能必须通过ECE R54认证。胎面花纹采用6条直沟设计，以利于排水；花纹块表面不采用任何钢片设计，以降低滚动阻力及噪声。考虑其他可能的混合路况，花纹沟采用曲折三维花纹沟底，以增强花纹块强度且能起防夹石子作用。花纹采用等节距设计，花纹深度为15 mm，花纹饱和度为79.6%，花纹周节数为57。

胎面花纹展开如图2所示。

图2 胎面花纹展开示意

2.6 有限元分析

利用有限元分析软件分析轮胎充气轮廓及胎肩和胎圈位置受力情况，通过优选，确定最终轮胎轮廓和骨架材料等参数。轮胎设计、充气及负荷下轮廓有限元分析如图3所示，轮胎接地印痕有限元分析如图4所示。

图3 轮廓对比有限元分析示意

图4 轮胎接地印痕有限元分析示意

3 施工设计

3.1 胎面

本次设计胎面采用双层结构，同时满足耐磨性能和低散热的要求，以提高轮胎的耐久性能。胎面采用热、冷喂料双复合挤出。胎面总宽度为440 mm，冠部宽度为350 mm，中央厚度为17 mm，肩部厚度为17 mm。

胎面结构示意如图5所示。

图5 胎面结构示意

3.2 带束层和胎体

带束层骨架材料决定了轮胎的冠部强度和刚度，影响轮胎的磨耗、转向和安全等性能。本次设计采用4层带束层结构，1#—3#带束层采用3×0.20＋6×0.35HT钢丝帘线，其中1#带束层（过渡层）压延密度为40根·dm-1，带束层角度为52°，2#和3#带束层（工作层）压延密度为55根·dm-1，带束层角度为18°；4#带束层（保护层）采用5×0.35HI钢丝帘线，压延密度为42根·dm-1，带束层角度为18°。带束层安全倍数达到8.8。

胎体骨架材料影响轮胎的胎侧刚性、转向性能和操纵稳定性能。胎体选用传统的3＋9×0.22WHT钢丝帘线，安全倍数达到7.6。

3.3 胎圈

胎圈采用六角形钢丝圈，钢丝圈采用Φ1.65 mm胎圈钢丝，覆胶后直径为1.8 mm，排列形式为9-10-11-10-9-8，共57根，钢丝圈整体与水平线夹角为15°，安全倍数达到7.8。

3.4 成型

成型采用三鼓一次法成型机，机头直径为535 mm，机头宽度为720 mm。采用侧包冠方式，半部件接头按固定分度角错开分布，各型胶接头自动滚压，骨架材料自动定长裁断，各部件贴合采用自动纠偏，保证胎坯成型精度，保证轮胎成品质量和动平衡等性能。

3.5 成型硫化

硫化采用桂林橡胶机械厂生产的双模热板式B型硫化机，硫化条件为：内温 （170±3） ℃，模套蒸汽温度 （150±3） ℃，二次水压力（2.5±0.1） MPa，外部蒸汽压力 （0.35±0.02）MPa，总硫化时间 43 min。成品轮胎无缺胶等不良现象出现。

4 成品性能

4.1 外缘尺寸

按照ECE R54进行成品轮胎外缘尺寸测量。轮胎安装在标准轮辋上在充标准气压下，充气外直径为937 mm，充气断面宽为443 mm。

4.2 强度性能

由于ECE R54对强度性能没有要求，因此强度性能按照GB/T 4501—2008《载重汽车轮胎性能室内试验方法》进行测试，试验条件为：充气压力900 kPa，压头直径 38 mm。试验结果表明，轮胎破坏能为2 904 J，为国家标准规定值（2 203 J）的131.8%，符合国家标准要求。

4.3 耐久性能

耐久性能按照ECE R54进行测试，试验条件如表1所示。在达到标准要求后，停机检查，轮胎没有发生破坏。成品轮胎累计行驶时间为47 h，累计行驶里程为2 259.6 km。

表1 耐久性试验条件和结果

4.4 标签数据

成品轮胎的标签数据如表2所示。从表2可以看出，成品轮胎的噪声、滚动阻力和抗湿滑因数均符合要求。

表2 标签数据

5 结语

宽基低断面455/40R22.5全钢载重子午线轮胎的充气外缘尺寸、强度性能和耐久性能均达到ETRTO标准要求，标签数据达到欧盟认可的二阶段数据要求，取得了EMARK认证及噪声认证证书。该系列产品投放市场后，以优良的性能和较高的性价比，得到客户的认可，取得了良好的经济效益和社会效益。