11.00R20 18PR全钢轻型载重子午线轮胎的设计

景 瑜，姜张华，谭 林

（贵州轮胎股份有限公司，贵州 贵阳 550008）

为满足客户要求，结合当前市场情况，我公司开发了11.00R20 18PR全钢轻型载重子午线轮胎。现将其设计情况简要介绍如下。

1 技术要求

根据GB/T 2977—2008《载重汽车轮胎规格、尺寸、气压与负荷》，确定11.00R20 18PR全钢轻型载重子午线轮胎的技术参数如下：标准轮辋8.0，充气外直径（D′）1 085（1 069～1 102） mm，充气断面宽度（B′）293（281.3～304.7） mm，标准充气压力930 kPa，标准负荷3 550 kg。

2 结构设计

2.1 外直径（D）和断面宽度（B）

根据全钢轻型载重子午线轮胎充气特性和车辆实际使用情况，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1.003，则D为1 081.2mm。

考虑子午线轮胎B′受轮胎轮廓和骨架材料影响，以及轮胎实际使用负荷需要，本次设计B取288 mm。

2.2 行驶面宽度（b）和弧度高（h）

b和h影响轮胎抓着性能、转向性能、牵引性能和磨耗性能等。增大B值，减小h值，可以较大幅度增大轮胎接地面积，满足接地均匀和耐磨性能，本次设计h取7.0 mm，b取195 mm。

2.3 胎圈着合直径（d）和着合宽度（C）

为保证轮胎与轮辋紧密配合，减小相互之间的位移与摩擦，轮胎与轮辋采用过盈配合。轮辋直径为514.4 mm，本次设计d取511 mm。

趾口位置形状影响轮胎刚度和承载性能，结合轮辋尺寸，本次设计C取216 mm。

2.4 断面水平轴位置（H1/H2）

断面水平轴是轮胎断面最宽处，胎侧最薄处，变形量最大处，H1/H2影响轮胎胎圈与胎肩部位应力分布。为增强该规格轮胎承载能力，将断面水平轴往上移，以减小胎圈部位应力，提高承载能力。H1/H2一般为0.9～1.2，综合考虑使用要求和耐久性能等，本次设计H1/H2取1.16。轮胎断面如图1所示。

图1 轮胎断面示意

2.5 胎面花纹

胎面花纹影响轮胎操纵性能、抓着性能、舒适性能、转向性能、安全性能和噪声性能等。结合轮胎使用需要，本次设计采用全轮位的条形花纹，4条曲折沟，可同时满足轮胎导向和牵引性能，提高花纹抓着性能；中间花纹块镶钢片和边部花纹沟镶钢片，有利于胎面散热，避免不规则磨损，提高排水能力；采用曲折花纹沟底，增大花纹块强度且起防夹石子作用。花纹采用等节距设计，花纹深度为14 mm，花纹饱和度为80%。胎面花纹展开如图2所示，实际形状如图3所示。

图 2 胎面花纹展开示意

图 3 胎面花纹实际形状

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部位受力情况，通过优化设计，确定轮胎轮廓及骨架材料等参数。轮胎胎肩应力有限元分析如图4所示。

图4 胎肩有限元应力分析

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散热要求，提高轮胎耐久性能。胎面采用热喂料和冷喂料双复合挤出机挤出。胎面总宽度为250 mm，冠部宽度为180 mm，中间厚度为15 mm，肩部厚度为25 mm。胎面结构示意如图5所示。

图5 胎面结构示意

3.2 胎体

胎体骨架材料影响轮胎胎侧刚性、转向性能和操纵稳定性。根据以往设计经验，胎体采用3+9+15×0.22HT钢丝帘线，安全倍数达到7.5。

3.3 带束层

带束层骨架材料决定冠部强度和刚度，影响轮胎磨耗、转向和安全等性能。本次设计采用3层带束层+0°带束层结构，1#带束层（工作层）采用3+8×0.33HT钢丝帘线，密度为42根·dm-1，裁断角度为24°；2#带束层（工作层）采用3+8×0.33HT钢丝帘线，密度为42根·dm-1，裁断角度为15°；3#带束层（保护层）采用5×0.30HE钢丝帘线，密度为40根·dm-1，裁断角度为15°；0°带束层采用3×7×0.20HT钢丝帘线，双边双层16根缠绕。带束层安全倍数达到7.5。

3.4 胎圈

胎圈采用六角形钢丝圈结构，钢丝直径为1.83 mm，覆胶钢丝直径为2.0 mm，排列形式为5-6-7-8-7-6-5-4，钢丝根数为48，安全倍数达到5.5。

3.5 成型工艺

成型采用MATATOR三鼓一次法成型机，机头直径为480 mm，机头宽度为686 mm。冠部采用侧包冠方式，半成品部件接头按固定角度错开分布，各型胶接头自动滚压，钢丝帘布自动定长裁断，保证胎坯成型精度，保证轮胎成品质量和动平衡等性能。

3.6 硫化工艺

硫化采用桂林橡胶机械有限公司的双模热板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（2.6±0.1）MPa，外部蒸汽压力（0.35±0.02） MPa，总硫化时间46 min。硫化轮胎无过硫、无缺胶现象。

4 成品性能

4.1 外缘尺寸

按照GB/T 521—2012《轮胎外缘尺寸测量方法》，对装配在标准轮辋上充标准气压的轮胎进行测量，测得的D′为1 085 mm，B′为288 mm。这表明，轮胎的充气外缘尺寸符合设计要求。

4.2 强度性能

按照GB/T 4501—2008《载重汽车轮胎性能室内试验方法》进行成品轮胎强度测试，充气压力为930 kPa，压头直径为38 mm。试验轮胎的破坏能为5 050 J，为国家标准规定值（2 825 J）的178.8%。这表明，轮胎强度性能符合国家标准要求。

4.3 耐久性能

按照GB/T 4501—2008进行成品轮胎耐久性能测试，测试条件如表1所示，在达到第3阶段的试验时间后继续试验，直至轮胎破坏为止。试验轮胎累计行驶时间为185.53 h，累计行驶里程为9 276 km，破坏形式为肩部开裂。这表明，成品轮胎耐久性能符合并超过国家标准要求。

表 1 成品轮胎耐久性能试验条件

5 结语

11.00R20 18PR全钢轻型载重子午线轮胎的充气外缘尺寸、强度性能和耐久性能达到设计或国家标准要求。

该系列产品投放市场后，由于较高的性价比，得到客户的认可，取得了良好的经济效益和社会效益。