285/70R19.5全钢载重子午线轮胎的设计

张春颖，丁海楠，李福香，王秀梅，陈红文

（青岛双星轮胎工业有限公司，山东 青岛 266400）

随着全球经济一体化的快速发展，绿色轮胎已成为当今轮胎发展的主流方向，为抢占欧洲高端轮胎市场，提高轮胎市场占有率，提升产品档次，我公司开发了一系列高档低断面无内胎全钢载重子午线轮胎，其中285/70R19.5规格轮胎在欧洲市场销量较大。该轮胎主要用于运输车辆，安装于拖轮位，能够有效降低汽车底盘，减小滚动阻力，降低油耗。285/70R19.5全钢载重子午线轮胎自投放市场以来，深受用户欢迎，并且取得了良好的经济效益，现将其设计情况简介如下。

1 技术要求

参考《欧洲轮胎轮辋技术组织标准手册（ETRTO）2008》，确定285/70R19.5全钢载重子午线轮胎的设计参数为：标准轮辋 8.25，充气外直径（D′） （895±11.9） mm，充气断面宽（B′） （283±11.3） mm，标准充气压力 900 kPa，标准负荷 3350 kg，负荷指数 150。

2 结构设计

2.1 外直径（D）和断面宽（B）

根据以往设计经验，全钢载重子午线轮胎的充气外直径变化不大。为了确保成品轮胎的D′在标准中值895 mm偏下，设计时选取比标准值稍小，以便成本最低且性能不变。综合考虑，本次设计D取892 mm，外直径膨胀率（D′/D）为1.003。

轮胎的断面宽变化率稍大于外直径变化率，且B值的选取必须根据胎圈着合宽度（C）的设计而定，当C取值比标准值大12.7 mm（0.5英寸）时，则B的取值比标准值大6.35 mm（0.25英寸）。为了确保轮胎的B′在283 mm以下，本次设计B取284 mm，断面宽膨胀率（B′/B）为0.996。

2.2 行驶面宽度（b）和弧度高（h）

b值的选取主要考虑轮胎与地面接触时的压力分布均匀性，确保轮胎胎面均匀磨耗。b取值与C值的设计相关，为确保轮胎在充气状态下的平衡性，减少使用过程中造成的胎肩部位应力集中，使其行驶面受力均匀且高速性能又好，b值的选取应综合考虑多种因素的平衡，确保各种性能配合比最佳。b的取值应与C值接近，本次设计b取235 mm，则b/B为0.8275。

h的取值非常重要，取值合理则轮胎接地形状为矩形，轮胎胎面磨损均匀；取值过大会导致胎面冠部磨损，取值过小会导致胎肩磨损，均会造成畸形磨损，故在设计时应充分考虑这些因素的影响，使其能抵消部分变形。综合考虑，h值不宜取大，本次设计h取8 mm。

2.3 胎圈着合直径（d）和C

轮胎胎圈部位的设计尺寸主要根据标准轮辋曲线而设计。无内胎轮胎要确保其气密性好，且与轮辋的配合完美，而密封性主要依靠胎圈与轮辋的配合实现。为确保轮胎的气密性，胎圈与轮辋采用过盈配合设计，本次设计d取493.3 mm，过盈量为2 mm。

C值选取宜采用比标准值（209.55 mm）大12.7 mm（0.5英寸）设计。综合考虑，本次设计C取222 mm。

2.4 断面水平轴位置（H1/H2）

断面水平轴的选取至关重要，水平轴位置过低，容易造成胎圈部位应力集中，导致胎圈裂口；水平轴位置过高，会造成应力集中于胎肩部位，导致胎肩脱层。故水平轴位置的选取应结合材料布置，使其最大变形部位在胎侧最薄部位，一般H1/H2取值接近于1，本次设计H1/H2取1.034。轮胎断面结构示意见图1。

图1 轮胎断面结构示意

2.5 胎面花纹

胎面花纹的设计主要根据轮位、路况及车辆性能要求，其中要求绿色环保，且要满足低噪声、低滚动阻力、抗湿滑等条件，且要保证车辆的安全性能。该规格的轮胎主要出口欧洲，用于大型箱式货车拖轮位，且欧洲路面情况较好，故花纹设计采用4条纵向花纹为主，中间加以横向钢片，用于打破水膜，增强胎面的柔软性，增加对地面的抓着力；采用变节距设计，无序排列，以减小噪声；在胎肩部位开设用于散热的沟槽，可减少胎肩脱层，既美观、又能节约胶料。花纹深度为15 mm，花纹周节数为55，花纹饱和度为76.7%。胎面花纹平面展开如图2所示，花纹立体效果照片如图3所示。

图2 胎面花纹展开示意

图3 胎面花纹立体效果照片

3 施工设计

3.1 胎面

胎面采用三方四块结构，双复合挤出机挤出，胎面下贴胶片工艺。胎面半成品冠部宽度与成品行驶面宽度的比值为0.90，肩部厚度为中部厚度的1.5倍。

3.2 带束层

带束层骨架材料的选取主要考虑轮胎的强度、抗冲击性能以及滚动阻力，选取的材料和角度均影响轮胎的接地性能。本次设计采用3层带束层＋0°带束层结构，1#带束层采用3×0.20＋6×0.35HT钢丝帘线，裁断角度为24°；2#带束层采用3＋9＋15×0.22＋0.15钢丝帘线，裁断角度为15°；3#带束层采用5×0.30HI钢丝帘线，裁断角度为15°；0°带束层采用3×7×0.20HE钢丝帘线。带束层安全倍数达到7.1，符合使用要求。

3.3 胎体

胎体帘线的选取主要根据轮胎的充气压力与负荷计算轮胎的安全倍数，确保轮胎内部承受气体的压力，为轮胎提供支撑性能，必须有足够的强度，安全倍数至少在5以上，以保障轮胎使用的安全性。本次设计胎体采用3＋9＋15×0.175NT钢丝帘线，安全倍数为7.3，满足使用要求。

3.4 胎圈

钢丝圈的设计主要参考来自车体的重力，支撑整个车重和轮辋的合理配合，确保车辆安全行驶。因为无内胎过盈量较大，故安全倍数宜大些。本设计钢丝圈采用Φ1.55 mm高强度回火胎圈钢丝，排列形式为6-7-8-9-10-9-8-7-6，共70根，钢丝圈直径为497.3 mm，安全倍数为7.2。

3.5 成型与硫化

成型采用一次法胶囊鼓反包成型机，机头直径为466 mm，机头宽度为596 mm，采用侧包冠成型工艺。

硫化采用蒸锅式硫化机，硫化条件为：外部蒸汽压力 （0.39±0.02） MPa，外温 （151±2） ℃，内部过热水压力 （2.6±0.1） MPa，内温 （171±2） ℃，蒸气冷凝水温度不低于147 ℃，总硫化时间 50 min。

4 成品性能

4.1 充气外缘尺寸

安装于标准轮辋的成品轮胎在标准充气压力下的充气外直径和断面宽分别为893和283 mm，符合设计要求。

4.2 强度性能

按照GB/T 4501—2008进行成品轮胎强度性能试验，试验条件为：充气压力 900 kPa，压头直径 38 mm。试验结果表明，成品轮胎最小破坏能达到4095.4 J，为国家标准值（2203 J）的185.9%。成品轮胎的强度性能良好，符合国家标准要求。

4.3 耐久性能

按照GB/T 4501—2008进行成品轮胎耐久性能试验，试验条件为：充气压力 900 kPa，额定负荷 3350 kg。完成规定程序后，每行驶10 h负荷率增大10%继续进行试验，直到轮胎跑坏为止。试验结束时，轮胎累计行驶时间为87.7 h，轮胎状况为胎面脱层。成品轮胎的耐久性能良好，符合国家标准要求。

4.4 高速性能

按照企业标准进行成品轮胎高速性能试验，试验条件为：充气压力 900 kPa，试验负荷 3350 kg，初始速度 80 km·h-1。行驶2 h后当速度达到90 km·h-1时，每行驶0.5 h速度提升10 km·h-1继续进行试验，直到轮胎损坏为止。试验结束时，轮胎最高行驶速度为120 km·h-1，行驶时间为3 min。成品轮胎的高速性能良好，符合企业标准（≥100 km·h-1）要求。

5 结语

285/70R19.5全钢载重子午线轮胎的充气外缘尺寸符合设计要求，强度性能和耐久性能均符合国家标准要求，高速性能符合企业标准要求。该规格轮胎花纹外观设计美观，产品耐磨性较好，综合里程高，自投放欧洲市场以来，得到了客户的好评，为公司出口欧洲市场增加了新的亮点，为公司创造了良好的经济效益和社会效益。

第19届中国轮胎技术研讨会论文