12R22.5全钢载重子午线轮胎的设计

李园园，梁垂燕，邢正涛，于晓峰

（青岛双星轮胎工业有限公司，山东 青岛 266400）

近年来子午线轮胎以其优异的性能，在国内外商用车轮胎市场占有率已近100%，其中无内胎轮胎占87.4%，有内胎轮胎占12.6%。然而轮胎在高负荷、高转速下容易发生冠鼓或受到冲击时胎圈部位发生爆破，从而造成重大事故和损失。为满足市场需求，我公司开发了一款全钢载重子午线轮胎，现将其设计情况介绍如下。

1 技术要求

按照GB/T 2977—2016《载重汽车轮胎规格、尺寸、气压和负荷》，确定12R22.5全钢载重子午线轮胎技术参数为：轮辋 9.00×22.5，充气外直径（D′） 1 069.61～1 100.39 mm，充气断面宽（B′）288～312 mm，标准充气压力 930 kPa，负荷指数152，负荷能力 3 550 kg，速度级别 K。

2 结构设计

2.1 外直径（D）和断面宽（B）

由于子午线轮胎的胎冠有周向不易伸张的带束层紧箍胎体，轮胎在充气后外直径的膨胀率较小，而轮胎的断面宽也会有较小变化[1]。根据产品性能需求，确定本次设计D为1 078 mm，B为290 mm。

2.2 行驶面宽度（b）和弧度高（h）

b和h是决定轮胎胎冠形状的主要参数，分别与B和断面高成一定比例。行驶面形状对胎面的耐磨性能、牵引性和转向性等多方面性能有直接影响，增大b、减小h，可提高轮胎胎面的耐磨性能[2]。根据以往产品设计经验，确定本次设计b为240 mm，h为7.2 mm。

2.3 胎圈着合直径（d）和着合宽度（C）

C根据轮辋的宽度确定。为提高胎侧的柔软性，将C设计为大于轮辋宽度，根据经验设定C为240 mm[3]。d取值应比轮辋相应部位的直径小0.5～1.5 mm，根据经验设定d为571 mm。

2.4 断面水平轴位置（H1/H2）及胎冠弧形状

断面水平轴位于断面最宽点，是轮胎在充气和法向负荷下变形最大、厚度最小的位置[4]。根据经验，确定本次设计H1/H2为0.972 7。

胎冠弧形状是根据b、h和花纹形状设计，本次胎冠设计采用两段弧设计。胎冠弧轮廓如图1所示。

图1 胎冠弧轮廓示意

2.5 胎面花纹设计

胎面花纹采用横向花纹块设计，横向主沟深度为18 mm，采用不等节距设计，花纹饱和度为74.9%，胎面中央有连续性花纹块以提高轮胎的驱动性能，在湿滑路面情况下能将花纹块下的水膜吸入排水主沟，加速排水速度以保证湿地刹车性能，提高了排水性能，缩短了湿滑路面的刹车距离，在湿滑路面上表现出稳定的操控性能[5]。

胎面花纹展开如图2所示。

图2 胎面花纹展开示意

3 施工设计

3.1 胎面

胎面采用双复合压出形式，上部分为胎面胶，下部分为基部胶。胎面宽度为304 mm，肩部宽度为216 mm，肩部厚度为24 mm，中部厚度为20 mm。

胎面横截面如图3所示。

图3 胎面横截面示意

3.2 胎体

胎体用钢丝帘线最重要的性能是高耐疲劳性能和耐磨性能。为实现高耐疲劳性能，需采用高强度、小直径的钢丝，以及良好、稳定的生产工艺；为实现良好的耐磨性能则应采用无外缠丝、渗胶性能良好及内外层捻向一致的钢丝帘线。本次设计胎体钢丝帘线采用3×0.24＋9×0.225CCST钢丝帘线[6]。

3.3 带束层

带束层刚性主要取决于带束层结构和角度[7-8]。根据轮胎规格和使用条件决定本次设计采用4层带束层结构。1#带束层为过渡层，是最靠近胎体的一层[9]，采用4＋3×0.33ST钢丝帘线，排列角度为50°～60°；2#和3#带束层在带束层结构中主要承受应力，称为工作层，采用3＋8×0.33HT钢丝帘线，排列角度为15°～22°；4#带束层为保护层，一般采用高伸长率和高抗冲击型钢丝帘线，采用5×0.30HI钢丝帘线，排列角度为15°～22°。

3.4 成型

成型采用一次法胶囊反包成型机，机头直径为535 mm，采用侧包冠成型工艺，部件接头按照一定的角度错开均匀分布，接头部位辊压平整，可保证轮胎的动平衡性能良好。

3.5 硫化

轮胎硫化采用热板式硫化机，液态单硫化工艺。硫化条件为：热板温度 （152±2） ℃，模套温度 （160±2） ℃，蒸汽温度 （207±3） ℃，硫化时间 47.2 min。

4 成品性能

4.1 充气外缘尺寸

成品轮胎充气外缘尺寸按照GB/T 521—2012《轮胎外缘尺寸测量方法》进行测量。安装于标准轮辋上的成品轮胎在标准充气压力下D′为1 083 mm，B′为298mm，均符合设计和国家标准要求。

4.2 强度性能

成品轮胎按照GB/T 4501—2016《载重汽车轮胎性能室内试验方法》进行室内轮胎强度性能测试。测试条件为：充气压力 930 kPa，压头直径 38 mm。测试结果表明，第5点压穿，轮胎的破坏能为5 610.1 J，符合设计和国家标准要求。

4.3 耐久性能

成品轮胎耐久性能测试按照GB/T 4501—2016《载重汽车轮胎性能室内试验方法》进行。测试条件为：充气压力 930 kPa，运行速度 55 km·h-1。在负荷率为65%下运行时间7 h，将负荷率增大至85%再继续运行16 h，继续增大负荷率至100%后运行24 h，之后每行驶10 h增大10%负荷率继续进行试验至轮胎损坏。成品轮胎耐久性试验累计行驶时间为88.3 h，符合设计和国家标准要求。

4.4 高速性能

成品轮胎按照企业标准进行高速性能测试，充气压力为930 kPa，负荷为3 550 kg。在速度为55 km·h-1下运行2 h，速度增大至60 km·h-1后再运行2 h，之后每运行2 h速度增大10 km·h-1直至轮胎损坏。成品轮胎高速性能试验累计行驶时间为14.05 h，符合设计和企业标准要求。

5 结论

12R22.5全钢载重子午线轮胎胎面中央有连续性花纹块，该花纹在跞石、泥泞路面上行驶具有很高的牵引性和自洁性，胎面中央花纹采用横向和纵向花纹设计，牵引性能、制动性能和抗湿滑性能优异。经测试，该产品的充气外缘尺寸、强度、耐久性能和高速性能均满足设计和国家标准要求。