225/95R16C 118/116S半钢轻型载重子午线轮胎的设计

蔡习舟，刘 鑫，杨和涛，宋 立

（中策橡胶集团股份有限公司，浙江 杭州 310018）

为扩展产品线，提升在非常规规格轮胎产品方面的竞争力，我公司开发了225/95R16C 118/116S半钢轻型载重子午线轮胎[1-4]，现将开发情况介绍如下。

1 技术要求

根据《欧洲轮胎轮辋技术组织标准手册2020》（ETRTO—2020）确定225/95R16C 118/116S半钢轻型载重子午线轮胎的技术参数如下：标准轮辋6.0J，充气外直径（D′） 834 mm，充气断面宽（B′） 223 mm，标准充气压力 475 kPa，负荷能力 1 320（单胎）/1 250（双胎） kg。

2 结构设计

2.1 外直径（D）和断面宽（B）

半钢子午线轮胎胎冠部位的钢丝带束层刚性较强，且沿周向缠绕的冠带层也有箍紧作用，因此半钢子午线轮胎具有周向不易变形的特性[5]，即D应略小于D′，参考其他类似规格轮胎外直径膨胀率，本次设计D取830 mm。

轮胎胎侧刚性较低，充气后径向变形较大，且B还会受到轮胎断面高宽比、胎体帘线拉伸强度和胎侧胶厚度等多种因素影响，因此B应小于B′，参考公司其他产品设计，本次设计B取214 mm。

2.2 行驶面宽度（b）和弧度高（h）

b和h的取值会直接影响轮胎冠部的形状，进而影响轮胎的接地形状、面积和压力分布。为使轮胎接地印痕几何形状规则且接地压力分布均匀，进行有限元分析优选，优选结果为b取170 mm，h取8 mm。

2.3 胎圈着合直径（d）和着合宽度（C）

胎圈和轮辋通常采用过盈配合的形式，以确保轮胎在运转过程中与轮辋接触紧密，防止发生轮胎脱出的状况。同时为了避免轮胎装卸困难，本次设计d取404.8 mm，C取178 mm。

2.4 断面水平轴位置（H1/H2）

H1/H2直接影响胎圈部位和胎冠部位的应力分布，在优化b和h的有限元分析中同步进行水平轴位置的优化设计，优选结果为H1/H2取0.961。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

胎面花纹的设计对轮胎抓着力、耐磨性能和抗湿滑性能等都有直接影响[6-7]，结合目标市场的主要路况和用户需求，胎面花纹设计采用对称形式，花纹深度为11.5 mm，花纹饱和度为57.53%，花纹周节数为27。轮胎胎面花纹如图2所示。

图2 胎面花纹示意

3 施工设计

3.1 胎面

通过抓取轮廓曲线，确定轮胎胎面型胶设计为：胎面总宽度 245 mm，胎面肩部宽度 170 mm，胎面中心厚度 10.5 mm，胎面肩部厚度12.5 mm。为了减小胎面生热，胎面胶采用高天然橡胶比例的低生热配方设计，并采用三复合挤出。胎面结构如图3所示。

图3 胎面结构示意

3.2 带束层和胎体

半钢子午线轮胎的带束层是主要的受力部件之一[8-12]，根据材料分布图的数据校核强度后，确定本次设计带束层采用2层3＋8×0.23HT钢丝帘布，带束层角度为26°（以周向为0°），其中下层宽度与行驶面宽度相同，取170 mm，上层宽度取160 mm，上下两层带束层方向相反且两端均贴合包边胶。在带束层上缠绕2层930dtex/2 F94锦纶66冠带层以箍紧带束层。胎体选用1670dtex/2 DSP聚酯帘布，采用3层胎体设计。

3.3 胎圈

根据现有胎圈生产工艺，确定钢丝盘绕直径为412.8 mm。选用六角形钢丝圈，钢丝直径为1.3 mm，覆胶钢丝直径为1.5 mm。根据胎圈安全倍数计算，确定钢丝圈排列方式为4＋5＋6＋5＋4。

3.4 成型

选用二次法成型机、冠包侧工艺，一段成型鼓直径为465 mm。根据以往设计经验，帘线假定伸张值取1.035，成型鼓宽度为475 mm。带束层伸张系数设计为1.043，带束层贴合鼓周长为2 405 mm。

3.5 硫化

硫化采用液压硫化机、氮气硫化工艺，硫化条件为：内温 205 ℃，外温 174 ℃，氮气压力 21 MPa，硫化时间 18.8 min。

4 成品性能

4.1 外缘尺寸

测试方法参照ECE R54标准，选用6.0J标准轮辋，充气压力为475 kPa。成品轮胎的D′为830 mm，B′为226 mm，通过相关标准。

4.2 强度

测试方法参照FMVSS 119标准，选用6.0J标准轮辋，充气压力为475 kPa，压头直径为19 mm。测试第5点总行程为95.94 mm，作用力为16 143 N，计算可得第5点破坏能为774.4 J，是最小破坏能的1.5倍，且轮胎未压穿，通过标准并符合开发要求。

4.3 耐久性能

测试方法参照FMVSS 119标准，选用6.0J标准轮辋，充气压力为340 kPa，试验速度为120 km·h-1。达到标准要求（34 h）后，时间每延长10 h，负荷增大10%，直至轮胎破坏为止。试验结束时，负荷为1 848 kg，为标准负荷的1.4倍，累计行驶时间为73.55 h，通过标准并符合开发要求。

4.4 高速性能

测试方法参照ECE R54标准，选用6.0J标准轮辋，充气压力为475 kPa，负荷为1 188 kg。达到标准要求（1 h）后，时间每延长10 min，速度提高10 km·h-1，直至轮胎破坏为止。试验至第7阶段轮胎破坏，累计行驶时间为1.43 h，试验结束时速度为210 km·h-1，通过标准并符合开发要求。

5 结语

开发的225/95R16C 118/116S半钢轻型载重子午线轮胎各项性能均通过了目标市场认可的测试标准，并达到较高性能水平。该产品投产后，创造了良好的经济效益和社会效益。