445/50R22.5超低断面宽基全钢子午线轮胎的设计
发布时间：2021-09-22
摘 要：介绍445/50R22.5超低断面宽基全钢子午线轮胎的设计。结构设计：轮胎外直径1008mm，轮胎断面宽434mm，轮胎行驶面宽度385mm，行驶面弧高15.5mm，胎圈着合直径569.5mm，胎圈着合宽度356mm，断面水平轴位置(H1/H2)1.007，花纹深度13.5mm，采用6条主花纹沟变节距设计。施工设计：胎面采用内嵌式双胶结构，胎体采用3+9+15×0.22+0.15钢丝，1#带束层采用3×0.20+6×0.35HT钢丝，2#、3#带束层采用3+8×0.33HT钢丝，4#带束层采用5×0.35HI钢丝;采用两鼓成型机成型，65"B型翻转式热板硫化机硫化。成品性能试验结果表明：轮胎充气外缘尺寸、强度性能、耐久性能和高速性能均满足使用要求，滚动阻力性能和噪声均满足标准要求。
关键词：超低断面;宽基;无内胎轮胎;结构设计;施工设计;噪声;滚动阻力
近年来，由于环保节能的需求，重型汽车的排放要求不断提高，汽车节能减排除了采用新能源汽车技术外，还有汽车轻量化技术。国内现有重型车大多以双胎并装来保证车辆的承载性能，随着汽车轻量化技术的发展，重型车开始推广使用宽基胎，这样可以减轻汽车重量，降低成本，节油、减排，因此载重汽车轮胎宽基化是轮胎行业实现低碳经济的重要举措之一。
一、技术要求
兼顾GB/T9744-2015《载重汽车轮胎》、欧洲轮胎轮辋标准(ETRTO)和美国轮胎轮辋标准(TRA)，确定445/50R22.5宽基全钢载重子午线轮胎的技术参数为：充气外直径(D')1018(1005～1031)mm，充气断面宽(B')445(427～463)mm，标准负荷4625kg，标准充气压力830kPa，标准轮辋14.00，轮胎层级20PR，负荷等级161，速度级别L级，最小破坏能≥2090J，耐久性能按国家标准试验47h后无异常情况。
二、结构设计
1.外直径(D)和断面宽(B)
全钢载重子午线轮胎充气后受到沿圆周方向钢丝带束层的箍紧作用，外直径变化很小，对于宽基胎来说，变化更小，一般仅增加1～3mm，结合以往宽基胎设计经验，本次设计外直径膨胀率(D'/D)取1.001，D为1008mm。
全钢载重子午线轮胎的断面宽设计应考虑到不同胎体帘线的伸长性能、轮胎断面轮廓、带束层角度等因素的影响。本次断面宽膨胀率(B'/B)取1.025，B为434mm。
2.行驶面宽度(b)和弧度高(h)
b和h是决定胎冠轮廓的主要参数，适当调整b和h可以优化轮胎接地面的形状和大小，可均衡胎冠接地面各部位的压力，减小胎冠和胎肩区域内部的应力应变，提高轮胎的耐磨性能及耐久性能。考虑性能均衡，本次设计h与断面高(H)之比取0.071，h为15.5mm，b/B取0.89，b为385mm。
3.胎圈着合直径(d)和着合宽度(C)及胎圈角度
无内胎产品通过胎圈与轮辋之间的过盈配合设计保证轮胎的气密性，装配过盈量过大时，轮胎装卸困难，且影响胎圈安全性能;过盈量过小时，轮胎不能与轮辋紧密配合，会造成无内胎轮胎漏气。根据轮胎和轮辋的使用情况，d应比轮辋直径小1～2mm，故本设计d取569.5mm。C采取与轮辋宽度一致设计，轮辋宽度355.6mm，取值356mm。胎圈角度选取23°和20°两段曲线。
4.断面水平轴位置(H1/H2)
断面水平轴位于轮胎断面最宽处，是轮胎法向变形最大部位，也是胎侧最薄处，其位置对于平衡胎圈部位与胎冠部位的受力有重要的作用。该宽基胎单胎代替双胎使用，所需承载力较大，对胎圈承载性能有相应的要求。为了提高耐载性能，断面水平轴适当上移，使轮胎受力屈挠区域上移，减少胎圈部位受力，使最大变形靠近胎肩。一般H1/H2为0.9～1.02，根据以往设计经验，本次设计H1/H2取1.007，断面高(H)为219.25mm。轮胎断面示意见图1。
5.胎面花纹
该规格轮胎主要出口欧洲和美洲市场，在高速公路和国道使用，设计采用6条纵向曲折花纹沟，花纹深度为13.5mm。该花纹设计曲折弯度应小一些，并在花纹块接地压力较大的部位增加一些细沟，以分散接地压力，提升轮胎抓地力。胎肩采用封闭式设计，使轮胎具有优越的操纵性和防侧滑能力，花纹沟底采用S型设计，可有效防止夹石子。花纹采用变节距设计，无序排列，可有效降低噪声。花纹深度13.5mm，花纹饱和度78.4%，节距数为96。胎面花纹展开示意见图2。
三、施工设计
1.胎面
根据该规格轮胎的实际使用特点，胎面采用内嵌式双胶结构，双复合挤出工艺，胎面采用良好的耐磨性胶料，胎面基部胶采用低生热胶料。胎面肩宽与b的比值为0.961，肩宽与全宽的比值为0.848，中厚与肩厚的比值为0.71。胎面结构示意见图3。
2.胎体
胎体的主要作用是使轮胎保持原有设计的尺寸形状，并且用以承受轮胎的负荷压力及内部空气压力。根据子午线轮胎胎体帘线受力的特点，要求胎体帘线具有高强度、高耐疲劳等性能。本设计胎体采用3+9+15×0.22+0.15钢丝帘线，帘布压延密度50根/100mm，胎体强度满足设计要求。
3.带束层
带束层是轮胎的主要受力部件，稳定胎冠区域并承受路面冲击。子午线轮胎要求带束层钢丝帘线具有高强力、低伸张变形、与橡胶粘合性能良好以及具有良好的耐疲劳性能、耐锈蚀和耐化学腐蚀性能。本设计采用4层带束层结构，靠近胎体的1#带束层(过渡层)采用3×0.20+6×0.35HT钢丝帘线，帘布压延密度为40根/100mm，带束层角度为52°;2#、3#带束层(工作层)采用3+8×0.33HT钢丝帘线，帘布压延密度为45根/100mm，带束层角度为18°;4#带束层(保护层)采用5×0.35HI钢丝帘线，帘布压延密度为40根/100mm，带束层角度为18°。
4.胎圈
胎圈承受轮胎行驶过程中的内压制动力矩、离心力以及轮辋的过盈力。为了保证胎圈整体刚性，除应用大而硬的三角胶外，还需采用刚度较高、伸张较低的钢丝加强层，本设计胎圈钢丝加强层采用U形包。为保证胎圈底部接触面与轮辋曲线配合良好，采用六角形钢丝圈结构，Φ1.65mm的胎圈钢丝，排列形式为7-8-9-10-9-8-7。
5.成型
该产品在两鼓成型机上成型，使用22.5英寸胶囊成型鼓，成型过程中为保证产品质量，对各辊压压力进行优化，排出部件间气体，采用半成品接头定点分布，错开接头，提高轮胎的动平衡均匀性合格率。
6.硫化
采用65"B型翻转式热板硫化机，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：内温(172±3)℃，内压(2.6±0.1)MPa，硫化时间51min。
相关期刊推荐：《橡胶科技》曾用名(橡胶科技市场)2003年创刊，报道内容涵盖轮胎、橡胶制品、生胶、助剂、骨架材料、橡胶机械、测试仪器等的技术与经济领域,刊物发行量大、面广、信息快、针对性强、实用价值高，深受厂长(经理)、供销及科技人员的欢迎。
四、成品性能
1.外缘尺寸
安装在标准轮辋上，在充入标准气压830kPa下，轮胎充气外直径为1010mm，断面宽为434mm，符合国家标准要求。
2.强度性能
强度性能按GB/T4501-2016《载重汽车轮胎性能室内试验方法》进行测定。试验结果表明，1～4点破坏能达到标准值，第5点破坏能为5363J，为标准值的2.56倍。
3.耐久性能
按照GB/T4501-2016《载重汽车轮胎性能室内试验方法》进行耐久性试验，试验条件为：充气压力830kPa，额定负荷4625kg，试验速度65km/h，轮胎按照国家标准规定程序行驶47h后，每8h负荷率增加10%继续进行试验，负荷加到150%后不再增加，直至轮胎损坏为止。成品轮胎累计行驶时间为83h16min，试验结束时轮胎胎面脱层，成品轮胎耐久性能良好，符合国家标准要求。
4.高速性能
轮胎高速性能试验按企业标准进行，试验条件及结果见表1。试验结果表明，轮胎在试验速度为140km/h阶段行驶了0.1h，累计行驶里程为490.5km，达到企业标准要求。
5.噪声性能
噪声按照ECE-R117法规，由第三方检测机构进行产品认证测试，噪声测试结果为72dB(A)，噪声等级达到ECE-R117法规第二阶段指标要求(≤73dB)。
6.滚动阻力性能
滚动阻力性能按照ECE-R117法规，由第三方检测机构进行产品认证测试，滚动阻力测试结果为4.45，达到ECE-R117法规第二阶段指标要求(≤6.5)，标签法等级达到B。
五、结论
445/50R22.5超低断面宽基全钢载重子午线轮胎的充气外缘尺寸、强度性能、耐久性能和高速性能均达到相应的国家标准和企业标准要求，并且该产品噪声及滚动阻力性能均达到ECE-R117法规要求。产品生产过程中工艺稳定，产品自投放市场以来，使用效果反馈良好。——论文作者：赵毅斌 巩 瑞 沈春和 李凤威
