12.00R24全钢载重子午线轮胎的设计

赵 菲，丁海楠，陈红文

（青岛双星轮胎工业有限公司，山东 青岛 266400）

随着轮胎工业的快速发展，我国轮胎行业面临严峻的市场挑战，轮胎产品更新的步伐越来越快，产品细分细化、紧跟市场迫在眉睫；针对市场的特殊需求，开发适销对路的产品是占有市场的先机。针对国外市场的大量需求，我公司成功开发了一款经济型12.00R24全钢载重子午线轮胎，既满足了市场对轮胎性能的要求，又给公司创造了良好的经济效益。现将该产品的开发设计情况介绍如下。

1 技术要求

根据GB/T 2977—2008《载重汽车轮胎规格、尺寸、气压、负荷》，确定12.00R24全钢载重子午线轮胎的技术参数为：标准轮辋 8.5，充气外直径（D′） 1 226（1 210.51～1 241.49） mm，充气断面宽（B′） 315（302.4～327.6） 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）

由于全钢子午线轮胎的冠部有周向带束层箍紧着胎体的特点，因此充气后轮胎的外直径膨胀较小。此外，需要满足轮胎轻量化设计要求，确保轮胎尺寸在标准范围内，综合考虑各种因素，本次设计D取1 212 mm，外直径膨胀率（D′/D）为1.011 6。

B取值既要确保轮胎充气尺寸在标准范围内，又要确保使用材料最少，以达到轻量化设计要求。本次设计B取304 mm，断面宽膨胀率（B′/B）为1.036 2。

2.2 行驶面宽度（b）和弧度高（h）

b的选取直接影响轮胎的使用性能，b值过大容易造成肩空，且轮胎的滚动阻力大；b值过小容易造成接地面积过小，单位面积压力增大，耐磨性能差。综合考虑轮胎的耐磨性能、附着性能和滚动阻力等特性，既要减少轮胎在使用过程中因生热过高而造成的胎冠脱层的早期损坏，又要保证胎面与路面在行驶面宽度范围内有最大的接触面积，从而改善轮胎的耐磨性能，提高轮胎使用寿命。本次设计b取216 mm，b/B为0.710 5。

h的取值与轮胎冠部的变形相关，同时影响轮胎的接地形状。h值过大，轮胎磨胎冠，h值过小则磨胎肩，根据经验，h值取7.6 mm，h与断面高（H）之比为0.025 4。

2.3 胎圈着合直径（d）和着合宽度（C）

胎圈部位的尺寸主要是根据轮辋曲线确定，选取时既要保证其与轮辋配合紧密，又要考虑轮胎装卸方便，本次设计d取613 mm，C取标准轮辋宽度，为216 mm，C/B为0.710 5。

2.4 断面水平轴位置（H1/H2）

断面水平轴位于轮胎断面最宽的位置，断面水平轴位置对轮胎的使用性能和使用寿命有很大的影响，H1/H2取值过大，易造成肩空和肩裂等早期损坏；H1/H2取值过小，易造成胎圈断裂和脱层，为提高轮胎的胎侧刚性，本次设计H1/H2取1.09。

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

轮胎胎面花纹对轮胎的行驶性能和使用寿命都有着直接影响，该轮胎主要适用于中长途高速运输，对轮胎的操控性能、行驶安全性和燃油经济性有较高要求。胎面采用曲折纵向花纹设计，轮胎操控性能好，高速性能优异，同时纵向花纹滚动阻力小，有效降低油耗。采用变节距花纹设计，花纹深度为16.3 mm，花纹饱和度为78%，花纹周节数为65。采用窄的沟槽将花纹横向分割，有效提高了轮胎在湿路面上的抓着力，改善了轮胎的湿滑性能，提高了行驶安全性。

胎面花纹展开如图2所示，胎面花纹立体效果如图3所示。

图3 胎面花纹立体效果

3 施工设计

3.1 胎面

胎面采用三方四块结构，采用耐磨和耐热的专用胎面胶配方，小翼胶要求低生热，与胎面胶有良好的粘合性能，以降低胎肩部位生热，防止爆胎，提高轮胎的使用寿命。

3.2 带束层

主要根据带束层的强度和刚度设计选择带束层帘线，以确保轮胎的抗冲击性能良好。带束层采用3层带束层＋0°带束层结构，1#和2#带束层采用3×0.20＋6×0.35HT钢丝帘线，3#带束层采用5×0.30HI钢丝帘线，0°带束层采用3×7×0.20HE钢丝帘线。带束层帘线选择合理，轮胎接地印痕呈矩形，轮胎耐磨性能好。

3.3 胎体

主要根据轮胎的充气内压负荷计算单根帘线所承受的力来选取胎体帘线，帘线的安全倍数必须大于5。该轮胎主要用于卡车运输，不超载。为满足其安全性和负荷能力，胎体采用3＋9＋15×0.175＋0.15NT钢丝帘线，胎体安全倍数为6.5。

3.4 钢丝圈

钢丝圈为六角形结构，采用Φ1.55 mm高强度胎圈钢丝，排列方式为7-8-9-10-11-10-9-8，共72根，钢丝圈安全倍数为8，可保证胎圈具有足够的强度和刚性，为轮胎提供良好的支撑性能。

3.5 成型和硫化

成型采用一次法成型机，机头直径为589 mm，机头宽度为786 mm。硫化采用1 612.9 mm（63.5英寸）热板式硫化机，硫化条件为：活络模温度（157±2） ℃，热板温度 （152±2） ℃，内压（2.6±0.1） MPa，内压过热水温度 （172±2） ℃，总硫化时间 50.5 min。

4 成品性能

4.1 外缘尺寸

成品轮胎外缘尺寸按照GB/T 521—2012进行测量。结果表明，安装于标准轮辋上的成品轮胎标准充气压力下的充气外直径为1 219 mm，充气断面宽为311 mm，均满足设计和国家标准要求。

4.2 轮胎接地压力分布

在900 kPa充气压力和4 500 kg负荷条件下，测得轮胎下沉量为51.88 mm，下沉率为17%，负荷下轮胎静半径为558 mm，负荷下轮胎断面宽为343 mm，接地因数为1.46。

4.3 强度性能

按照GB/T 4501—2008进行强度性能试验，试验条件为：充气压力 900 kPa，压头直径 38 mm。试验结果表明，第5点压穿，轮胎破坏能为4 372.2 J，为国家标准规定值的143%，符合设计和国家标准要求。

4.4 耐久性能

按照GB/T 4501—2008进行耐久性试验，试验条件为：充气压力 900 kPa，额定负荷 4 500 kg，试验速度 65 km·h-1。当轮胎行驶47 h后，试验速度保持不变，每行驶10 h负荷率增加10%继续进行试验，直到轮胎损坏为止。试验结果表明，成品轮胎的累计行驶时间为71.73 h，耐久性能良好，符合国家标准要求。

试验结果表明，成品轮胎的累计行驶时间为71.73 h，耐久性能良好，符合国家标准要求。

4.5 高速性能

按照企业标准进行成品轮胎高速性能试验，试验条件和结果如表1所示。

表1 高速性能试验条件和结果

从表1可以看出，试验轮胎以110 km·h-1速度行驶了42 min，成品轮胎高速性能良好，满足企业标准要求（速度通过100 km·h-1）。

5 结语

12.00R24轮胎的成功开发扩大了公司的出口份额，抢占了市场。产品自投放市场以来，质量零投诉，各项性能均符合市场要求，产品供不应求，使用效果良好，深受用户欢迎，为公司取得了良好的经济效益。