315/80R22.5宽行驶面无内胎全钢载重子午线轮胎的设计

常素玲，何孟闯，徐 宁，郑志超，袁奂馨

（陕西延长石油集团橡胶有限公司，陕西 咸阳 712000）

随着国家经济的发展，全钢载重子午线轮胎发展迅速。无内胎、扁平化、宽行驶面、重载化成为发展趋势，耐磨性能和载重性能优异的无内胎轮胎具有绝对的竞争力[1-3]。为适应市场需求，我公司开发了诸多规格轮胎。其中，315/80R22.5宽行驶面无内胎载重子午线轮胎主要用于大型客车和货车，具有承载能力大、行驶速度快、使用时间长的优势，在目前轮胎市场上具有很强的竞争力，为我国先进技术产品，现将其设计情况简介如下。

1 技术要求

根据GB/T 2977—2008《载重汽车轮胎规格、尺寸、气压与负荷》，确定315/80R22.5 18PR全钢载重子午线轮胎的技术参数如下：标准轮辋 9.00，充气外直径（D′） 1 076（1 063 ～1 094） mm，充气断面宽（B′） 312（300～324） mm，标准充气压力 830 kPa，标准负荷 3 750 kg。

2 结构设计

2.1 外直径（D）和断面宽（B）

全钢载重子午线轮胎因为钢丝带束层的作用，充气后径向变化很小，这也是全钢载重子午线轮胎的优势。而且根据经验，适当增大D可以提高轮胎的负荷能力。因此，本设计外直径膨胀率（D′/D）取0.998，断面宽膨胀率（B′/B）取1.02，经计算，D为1 078 mm，B为306 mm。

2.2 行驶面宽度（b）和弧度高（h）

b和h是胎冠轮廓的主要参数，决定轮胎接地面的形状和大小，合理的取值可以优化轮胎的冠部性能，提高耐磨性能。根据以往经验，本设计b和h分别取255和8.8 mm。

2.3 胎圈着合直径（d）和着合宽度（C）

d的取值既要满足轮胎装卸要求，又要使轮胎与轮辋紧密配合。d对轮胎性能有很大影响，过小则不便于安装，影响轮胎安全性能；过大则使轮胎不易与轮辋紧密配合，造成无内胎轮胎漏气，甚至导致严重的胎圈问题。根据轮胎和轮辋的使用情况，d比轮辋直径小1～2 mm，本设计d取369.5 mm。

C按照“预应力设计法”进行设计，即C与标准轮辋宽度之差为12.7～50.8 mm（0.5～2英寸）。用预应力设计法对无内胎子午线轮胎进行设计，可使胎圈两边缘紧贴轮辋，保证无内胎的气密性。本设计C放大13.4 mm，取242 mm。

2.4 断面水平轴位置（H1/H2）

断面水平轴是轮胎充气后法向变形最大的位置，也是子午线轮胎最薄的部位。本设计为载重子午线轮胎，故断面最宽点应高一些，以减小下胎侧和胎圈的应力，有利于提高胎圈的耐久性能。子午线轮胎的H1/H2通常取0.9～1.02，本设计H1/H2取0.963。

2.5 胎面花纹

针对长途运输客车和货车的导向轮和拖车轮，胎面花纹采用3条纵向折沟，花纹深度为17 mm，花纹饱和度为76.3%，花纹周节数为100。采取变节距设计，可以降低轮胎的噪声。为避免发生偏磨现象，花纹采取折沟设计，并在花纹接地压力较大的部位增设一些细沟，以减小接地面积和分散接地压力。采用半封闭的肩部花纹设计，还可以使轮胎具有优异的操纵性能和防侧滑能力，并提高轮胎肩部散热能力，有利于提高轮胎的高速性能。胎面花纹展开示意如图1所示。

图1 胎面花纹展开示意

3 施工设计

3.1 胎面

该轮胎用于长途运输客车和货车，因此，胎面基部胶采用低生热胶料配方，并采用贯通型结构，以提高轮胎的高速性能和耐久性能。胎侧采用三复合结构，在胎圈反包处增设胎侧填充胶使材料合理分布，以大幅提高胎圈的耐久性能。

3.2 胎体

胎体作为子午线轮胎的主要受力部件，应具有高强度和良好的耐疲劳性能，以保证轮胎在使用过程中的尺寸稳定性，并且赋予轮胎优良的舒适性能和牵引性能。因此，本设计胎体骨架材料选择0.25+（6+12）×0.225HT钢丝帘线，钢丝帘布压延厚度为2.3 mm。

3.3 带束层

带束层是子午线轮胎冠部的主要受力部件，在轮胎冠部呈小角度周向排列，以保证轮胎径向尺寸。因此，合理选用带束层钢丝帘线对轮胎使用性能有很大影响。对带束层钢丝帘线的要求为：高强度，低伸张变形，良好的粘合、耐疲劳、耐锈蚀和耐化学腐蚀性能。本设计1#带束层采用0.365+6×0.35BETRU®钢 丝帘线，2#和3#带 束层采用3+8×0.33HT钢丝帘线，4#带束层采用5×0.35HI钢丝帘线。

3.4 胎圈

胎圈性能决定轮胎性能的优劣，因此胎圈设计应保证如下两点：（1）由于胎圈部位是轮胎的主要受力部位，因此胎圈部位必须加强；（2）胎圈到上胎侧必须合理过渡，以保证轮胎的行驶性能。

根据以上原则，本设计轮胎除胎圈采用软硬胶胶芯配合外，还采用刚性较大、伸张较低的钢丝加强层，合理配置胎体与钢丝加强层位置，确保轮胎的胎圈性能和行驶性能均达到最佳。

另外，钢丝圈采用斜六角形结构，具有强度大、制造方便和生产效率高的优点，可以有效保证胎圈底部接触面与轮辋曲线配合良好。

3.5 成型

成型是子午线轮胎生产的一个重要工序，成型工艺直接影响成品轮胎的使用性能。本设计采用一次法成型机成型，设备工艺参数稳定，定位精度高，成型部件贴合密实。

3.6 硫化

采用1 612.9 mm（63.5英寸）双模蒸锅式硫化机进行硫化，为保证轮胎外观质量良好和内部材料分布均匀，采用二次定型工艺。硫化条件为：外温 （147±2） ℃，外压 （0.37±0.03） MPa，内温 （172±2）℃，内压 （2.6±0.03） MPa，硫化时间 53 min。

4 成品性能

4.1 充气外缘尺寸

在充气压力为830 kPa下，安装在标准轮辋上的成品轮胎D′为1 079.6 mm，B′为306.2 mm，D′和B′均符合国家标准要求。

4.2 强度性能

成品轮胎强度性能按照GB/T 4501—2008《载重汽车轮胎性能室内试验方法》进行测定，结果如表1所示。

表1 成品轮胎强度性能试验结果

从表1可以看出，试验点1—4的破坏能达到标准值（2 090 J）要求，试验点5的破坏能为标准值的2.81倍。

4.3 耐久性能

成品轮胎耐久性能试验按照企业标准进行，试验条件与结果如表2所示。

表2 成品轮胎耐久性能试验条件与结果

从表2可以看出，轮胎累计行驶时间为102.8 h，累计行驶里程为6 682 km，达到企业标准要求。

4.4 速度性能

成品轮胎速度性能试验按照企业标准进行，试验条件与结果如表3所示。

表3 成品轮胎速度性能试验条件与结果

从表3可以看出，轮胎在试验速度为150 km·h-1下行驶了0.4 h，达到企业标准在试验速度为140 km·h-1阶段行驶时间不短于0.3 h的要求。

5 结语

315/80R22.5 18PR宽行驶面无内胎全钢载重子午线轮胎的充气外缘尺寸、强度性能、耐久性能和速度性能达到相应国家标准或企业标准要求，产品已投放市场，在载重及耐磨性能方面反映良好，深受用户青睐，创造了良好的社会和经济效益。