7.00R16LT 14PR公路型全钢轻型载重子午线轮胎的开发

王建兵，蒋婷婷，阳晓岚，王胜学

[中策橡胶（建德）有限公司，浙江 建德 311607]

近年来，随着城镇建设的不断发展，城乡道路情况越来越好，道路运输能力不断提升。公路型全钢轻型载重子午线轮胎也得到普遍推广和应用。但因各地区市场情况有别，同样的产品在不同地区反馈出不同问题[1-4]。为适应市场形势，我公司先后开发了8.25R16LT，7.50R16LT，7.00R16LT和6.50R16LT等规格产品，均取得了良好的效果。

针对市场反馈的轮胎肩部和胎圈脱层等问题，我公司对全钢轻型载重子午线轮胎产品设计开发进行攻关。本工作以7.00R16LT系列新产品设计开发为例，将产品设计开发的相关情况简介如下。

1 技术参数要求

参 照GB/T 2977—2016，确 定7.00R16LT 14PR公路型全钢轻型载重子午线轮胎技术参数为:标准轮辋 5.50F，充气外直径（D'）775（762～786）mm，充气断面宽（B'）200（192～210）mm，单胎标准充气压力 770 kPa，单胎负荷 1 320 kg。

市场对轻型载重子午线轮胎的使用要求如下:高速性能好、胎面耐磨、沟底抗刺扎、装配性好和操控稳定性良好。

2 结构设计

2.1 外直径（D）、断面宽（B）和着合宽度（C）

全钢子午线轮胎的70%负荷由钢丝帘线带束层承担[5-9]，由于钢丝帘线的伸张和变形较小，根据子午线轮胎的特点并结合我公司工艺情况，最终确定轮胎的外直径膨胀率（D'/D）为1.003，水平轴位置断面宽膨胀率（B'/B）为1.002。

根据国家标准规定并结合本次设计时带束层采用超高强度钢丝帘线，确定本次设计D为768 mm；为提高轮胎的装配性能，C取值需比标准轮辋大半英寸（即12.7 mm）设计，C取152 mm；为提升胎圈抗变形能力，同时考虑C的增大对B'的影响，B取198 mm。

2.2 行驶面宽度（b）和弧度高（h）

b和h的取值对轮胎冠部曲线有重要影响，对轮胎的操控稳定性、抗侧滑能力、接地印痕形状和耐磨性能影响较大。由于本规格轮胎用于公路物流运输轻型载重车辆，对速度要求较高，同时需具备较好的承载能力。通过对轮胎接地区域受力分布进行有限元分析可以看出（见图1）:当冠弧为两段弧设计时既可改善轮胎胎面与地面的接触形状，也可以减小单位面积的压强，使压力分布更均匀，从而提升轮胎的操控稳定性和耐磨性能，同时兼具优异的抗侧滑能力。因此本次设计冠弧采用两段弧设计，b取148 mm，h取4.8 mm。

图1 轮胎接地区域受力分布有限元分析

2.3 断面水平轴位置（H1/H2）和胎圈着合直径（d）

断面水平轴位置对轮胎整体受力分布有较大影响。断面水平轴位置偏向轮胎冠部时，会造成轮胎承载时肩部变形大，产生肩部脱层；断面水平轴位置偏向胎圈部位时，会造成轮胎胎圈部位变形增大，剪切应变大，生热高，造成轮胎早期胎圈开裂或胎圈脱空现象。本设计中H1/H2取0.990 7，水平轴高度位置位于轮胎断面内轮廓中部，以均衡胎肩和胎圈应力产生的变形。本次设计H1取90.50 mm，H2取91.35 mm。

轮胎承载时，轮胎与地面接触区域对应的胎踵与轮辋接触位置受力增大，胎趾受力减小，轮胎胎圈与轮辋曲线配合形态发生改变，导致胎趾产生上翘趋势。因此本次设计的胎圈曲线与轮辋曲线采用过盈配合形式，d取404.1 mm。

2.4 胎面花纹

胎面花纹设计对轮胎的使用寿命和行车安全有较大的影响，对汽车的操控性能起到关键作用。针对公路路况好和车速高的使用特点，选用抗侧滑性能优异的水浪型花纹，同时为防止胎面花纹沟底被石子刺伤，花纹沟壁设计采用自洁性优异的单边双台阶设计，花纹沟底的偏心设计（见图2）可有效保护花纹沟底不被刺伤。胎肩采用U形沟槽开放设计，可提升胎肩部位散热性能。

图2 胎面花纹沟示意

根据市场上全钢轻型载重子午线轮胎的使用车况及环境，本次花纹设计适当降低轮胎的海陆比，花纹块面积占总行驶面面积的75.9%。

胎面花纹展开如图3所示。

图3 胎面花纹展开示意

3 施工设计

3.1 胎面

由于公路型轮胎胎面花纹深度较小，轮胎长时间的高速行驶过程中胎面热量聚集会使胎面胶耐磨性能下降，易造成异常磨损和肩部脱空等质量问题。故胎面胶采用天然橡胶与顺丁橡胶并用配方设计，以提高轮胎的耐磨性能，降低生热。

胎面胶主要物理性能如表1所示。

表1 胎面胶主要物理性能

3.2 胎体

根据轮胎负荷、钢丝帘线强度（本产品胎体采用钢丝帘线规格为3×0.22/9×0.20CCHT）及轮胎使用环境，计算胎体安全倍数为8.2，满足轮胎承载的使用要求。

3.3 带束层

带束层的刚度和强度对轮胎负荷性能和高速性能至关重要。根据市场调研情况及设计计算结果，本次设计采用2层带束层结构，均采用2＋7×0.30ST超高强度钢丝帘线，角度为18°。该设计可保证轮胎在M级速度级别下正常行驶。带束层安全倍数为9.2。

3.4 胎圈

钢丝圈采用直径为1.55 mm的高强度胎圈钢丝，排列方式为5-6-7-6-5-2.5，共31.5根。钢丝圈直径为412.5 mm，安全倍数为7.6。钢丝圈外表面用930V2锦纶6帘布螺旋式紧密缠绕，缠绕用帘布宽度为20 mm。该设计可确保胎圈整体性且有足够的强度和刚性，以满足高载高速行驶时胎圈不变形的使用要求。

4 成品性能

试制7.00R16LT 14PR公路型全钢轻型载重子午线轮胎，并对成品轮胎进行充气外缘尺寸、强度、耐久性能和高速性能检测。

4.1 充气外缘尺寸

充气外缘尺寸根据GB/T 521—2012要求进行测量，在770 kPa充气压力下，D′为772 mm，B′为196 mm，符合国家标准要求。

4.2 强度性能

强度性能按照GB/T 4501—2016进行测试，测得轮胎最小破坏能为1 066.5 J，为标准值（712 J）的149.8%。成品轮胎的强度性能测试结果如表2所示。

从表2可以看出，轮胎强度满足使用要求。

表2 成品轮胎强度性能测试结果

4.3 耐久性能

耐久性能根据企业标准进行测试，测试条件为:充气压力 770 kPa，负荷 1 320 kg，试验速度80 km·h-1。当成品轮胎累计行驶时间为136.2 h时，轮胎出现胎肩破裂。成品轮胎的耐久性试验结果如表3所示。

表3 成品轮胎耐久性试验结果

从表3可以看出，成品轮胎的耐久性能达到设计要求。

4.4 高速性能

高速性能根据企业标准进行测试，试验条件为:充气压力 770 kPa，负荷 1 056 kg。当轮胎行驶速度增大至170 km·h-1，运行21 min时出现胎冠起鼓。成品轮胎高速性能试验结果如表4所示。

表4 成品轮胎高速性能试验结果

从表4可以看出，成品轮胎的高速性能达到设计要求。

5 结论

7.00R16LT 14PR公路型全钢轻型载重子午线轮胎投入批量生产后，生产工艺稳定，合格率达99.85%；成品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设计要求。该规格轮胎经实际使用验证后，在抗侧滑能力、高速性能、操控稳定性、花纹自洁能力及耐磨、承载等方面得到市场认可，取得了良好的经济和社会效益。