ST205/75R15 8PR拖车专用轮胎的设计

马丽华，王 君，韩 磊，徐 伟，任振兴，项兵兵，孙 超，刘俊俊，邓海桐，宋惠惠

（青岛双星轮胎工业有限公司，山东 青岛 266400）

美国拥有全球最大的拖挂式房车保有量，年销量超过5万辆，许多家庭远行选择拖挂房车。我公司为了填补拖车轮胎空白[1]，特开发了ST205/75R15首规格拖车专用轮胎。为保证市场占有率，该产品更加注重承受载荷的能力和安全性能，且通过了FMVSS 119和FMVSS 139标准测试，现将其开发过程介绍如下。

1 技术要求

参 考TRA2020，FMVSS 119和FMVSS 139法规，并严格按照客户需求，确定ST205/75R15 8PR拖车专用轮胎的主要技术参数为：标准轮辋5 1/2J，充气外直径（D′） 689（680～698） mm，充气断面宽（B′） 203（195～211） mm，负荷速度级别 107M，层级 8，充气压力 450 kPa，最大额定负荷 975 kg。

2 结构设计

2.1 外直径（D）和断面宽（B）

保证轮胎外缘尺寸可满足TRA2020的标准要求。根据客户轻量化需求，并结合我公司设计原则，本轮胎的D取682 mm，B取206 mm。

2.2 行驶面宽度（b）和弧度高（h）

根据美国良好路面情况，拖车轮胎更需优异的承受载荷能力和耐磨性能，本轮胎的b取138 mm，h取6.5 mm。

2.3 胎圈着合直径（d）和着合宽度（C）

为了保证轮胎行驶过程中轮辋与胎圈不打滑、不漏气，且易于装卸，根据我公司设计原则，本轮胎的d取378.8 mm，C取166 mm。

2.4 断面水平轴位置（H1/H2）

在子午线轮胎中胎体变形最大的部位是断面水平轴位置，如果该位置太低，则因应变集中导致胎圈脱层；若该位置太高，则应变集中于胎肩，容易造成肩空或肩裂。根据我公司设计原则，本轮胎的H1取75 mm，H2取76.6 mm，则H1/H2为0.98。

轮胎断面轮廓见图1。

图1 轮胎断面轮廓示意

2.5 胎面花纹

胎面采用4条折线纵沟对称花纹，提高了轮胎的排水性，同时减小了花纹块变形，提高了耐磨性能；采用有限元分析进行优化，增大接地面积[2]；胎肩采用渐浅沟底和浅钢片设计，可降低生热。本轮胎花纹为拖车轮胎专用花纹，花纹深度为7.3 mm，饱和度为67%，周节数为62。

轮胎胎面花纹展开如图2所示，立体花纹如图3所示。

图2 胎面花纹展开示意

图3 胎面立体花纹示意

3 施工设计

3.1 胎面、胎侧和三角胶

胎面采用超耐磨、耐老化配方；胎侧采用耐老化、耐屈挠配方；三角胶采用承受载荷能力强、低生热配方。按照我公司施工设计原则，根据材料分布图确定胎面、胎侧和三角胶的具体尺寸。

3.2 胎体和带束层

胎体和带束层设计主要考虑提高强度和抗冲击能力[3]。胎体采用2层1440dtex/2聚酯帘布；带束层采用2层2＋2×0.35HT钢丝帘线[4-5]。为减少耐久性试验过程中胎肩部位带束层端点重复剪切，2#带束层采用包边胶。按照我公司施工设计原则，根据材料分布图确定具体宽度。

3.3 胎圈

钢丝圈采用Φ0.96 mm胎圈钢丝，排列方式为5×6，安全倍数大于6[6-7]。

3.4 成型和硫化

采用两鼓胶囊成型机、二次法成型工艺，主鼓机头直径为642 mm，机头宽度为391 mm。

采用1 219.2 mm（48英寸）热板式硫化机、氮气硫化[8-9]。硫化条件为：低压内蒸汽压力 0.75 MPa，高压内蒸汽压力 1.6 MPa，内压氮气压力2.5 MPa，热板蒸汽温度 162 ℃，总硫化时间17 min。

4 成品性能

4.1 外缘尺寸

轮胎外缘尺寸按照FMVSS 139进行测量，充气压力为450 kPa。经实测，本轮胎的D′为689 mm，B′为204 mm，充气外缘尺寸满足设计要求。

4.2 强度

轮胎强度按照FMVSS 119测试，充气压力为450 kPa。经实测，破坏能为750 J，为标准值（514 J）的145.9%，通过了试验测试。

4.3 脱圈阻力

轮胎脱圈阻力按照国家标准测试，充气压力为450 kPa。经实测，脱圈阻力为18 910 N，为标准值（11 120 N）的170%，通过了试验测试。

4.4 高速性能

4.4.1 FMVSS 119测试

轮胎高速性能按FMVSS 119测试，测试条件为：温度 （35±3） ℃，充气压力 450 kPa，负荷858 kg，负荷率 88%。试验第1阶段结束后，轮胎冷却至测试温度，并调整至测试充气压力。轮胎的高速性能试验条件及结果如表1所示。

从表1可以看出，轮胎行驶7 h未损坏，超过了标准要求（≥3.5 h）。

表1 FMVSS 119测试轮胎高速性能试验条件及结果

4.4.2 FMVSS 139测试

轮胎高速性能按FMVSS 139测试，测试条件为：温度 （35±3） ℃，充气压力 410 kPa，负荷829 kg，负荷率 85%。试验第1阶段结束后，轮胎冷却至测试温度，并调整至测试充气压力。轮胎的高速性能试验条件及结果如表2所示。

从表2可以看出，轮胎行驶5 h未损坏，超过了标准要求（≥3.5 h）。

表2 FMVSS 139测试轮胎高速性能试验条件及结果

4.5 耐久性能

4.5.1 FMVSS 119测试

轮胎耐久性能按FMVSS 119测试，测试条件为：温度 （35±3） ℃；充气压力 450 kPa；试验速度 80 km·h-1；负荷率依次为75%（7 h），97%（16 h）和114%（24 h）。轮胎的耐久性试验条件及结果如表3所示。

表3 FMVSS 119测试轮胎耐久性能试验条件及结果

从表3可以看出，轮胎行驶87 h未损坏，超过了标准要求（≥47 h）。

4.5.2 FMVSS 139测试

轮胎耐久性能按FMVSS 139测试，测试条件为：温度 （35±3） ℃；充气压力 340 kPa；低气压试验充气压力 260 kPa，试验速度 120 km·h-1；负荷率依次为85%（4 h），90%（6 h），100%（24 h），再进行低气压测试，负荷率100%（1.5 h）。轮胎的耐久性试验条件及结果见表4。

表4 FMVSS 139测试轮胎耐久性能试验条件及结果

从表4可以看出，轮胎行驶73 h未损坏，超过了标准要求（≥35.5 h）。

5 结论

ST205/75R15 8PR拖车专用轮胎在满足客户轻量化要求的前提下，其强度、高速和耐久性能均达到可满足市场要求的FMVSS 119标准，同时高速和耐久性能也达到了更为严格的FMVSS 139标准要求，极大提高了该产品在美国市场的竞争优势。