235/75R15 FRD78非對稱花紋雪地輪胎的設(shè)計

鄭 濤，楊 朔，劉 偉，黃丹丹

（1.山東豐源輪胎制造股份有限公司，山東 棗莊 277300；2.八億橡膠有限責(zé)任公司，山東 棗莊 277800）

冬季輪胎是專為低溫環(huán)境設(shè)計的，特殊的膠料配方以及針對性的輪胎胎面花紋設(shè)計可減少車輛側(cè)滑風(fēng)險，保證輪胎在雪地上使用時的牽引性能及安全性能，制動距離明顯縮短。當(dāng)環(huán)境溫度低于7 ℃時，夏季輪胎會逐漸失去抓著能力，從而影響到車輛的穩(wěn)定性和制動表現(xiàn)，尤其是采用后驅(qū)驅(qū)動并注重駕駛操控性的車輛在北方地區(qū)冬季低溫環(huán)境中爬坡時，會因夏季輪胎地面抓著力下降而導(dǎo)致上坡困難并易發(fā)生側(cè)滑現(xiàn)象，因此強烈建議使用后驅(qū)驅(qū)動車輛的車主在冬季及時為愛車更換冬季輪胎。

我公司在調(diào)查市場、研究我國道路整體狀況及進行成品性能驗證后，推出了FRD78非對稱花紋系列雪地輪胎，根據(jù)UN/ECE 117法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)，通過了芬蘭Test World嚴苛的輪胎雪地制動性能測試，胎側(cè)標(biāo)有雪花山峰標(biāo)識?，F(xiàn)以235/75R15 FRD78非對稱花紋雪地輪胎為例，將產(chǎn)品設(shè)計情況簡介如下。

1 技術(shù)要求

參照歐洲ETRTO 2012標(biāo)準(zhǔn)、美國TRAEDI 2012標(biāo)準(zhǔn)和GB/T 2978—2014《轎車輪胎規(guī)格、尺寸、氣壓與負荷》要求[1-3]，確定235/75R15 FRD78非對稱花紋雪地輪胎的技術(shù)參數(shù)如下：標(biāo)準(zhǔn)輪輞6.5J，充氣外直徑（D′） 723（723～743） mm，充氣斷面寬（B′） 240（235～244） mm，最大充氣壓力 300 kPa，最大負荷 925 kg，速度級別 S。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.1 外直徑（D）和斷面寬（B）

雪地輪胎充氣后外直徑變化不太大，D取722 mm，外直徑膨脹率（D′/D）為1.001 4。胎體采用高模量低收縮聚酯簾線，輪胎充氣后斷面整體變化較小，本次設(shè)計B取241 mm，斷面寬膨脹率（B′/B）為0.995 78。

2.2 行駛面寬度（b）和弧度高（h）

b取值較大時，可以提高輪胎整體的驅(qū)動性能和承載性能。根據(jù)以往的設(shè)計經(jīng)驗，通過調(diào)整b與h的取值來優(yōu)化輪胎接地面形狀與大小，以均衡胎冠接地壓力，提高輪胎的牽引性能和耐磨性能[1-3]。綜合考慮，本次設(shè)計b取179 mm，h取7.5 mm。

2.3 胎圈著合直徑（d）和著合寬度（C）

胎圈與輪輞通常采取過盈配合，同時應(yīng)保證輪胎容易裝卸，綜合考慮，本次設(shè)計d取375 mm。考慮到降低胎側(cè)剛性、增大彈性、改善輪胎的乘坐舒適性等，C取197.8 mm。

2.4 斷面水平軸位置（H1/H2）

通常輪胎斷面水平軸是輪胎在充氣后法向變形最大的位置，同時是半鋼子午線輪胎胎體較薄弱的地方，因此H1/H2取值對輪胎的使用性能和壽命影響較大。由于雪地輪胎胎體簾線整體設(shè)計為徑向排列，胎圈位置的應(yīng)力比較大，因此可以通過上移斷面水平軸來減小下胎側(cè)區(qū)域和胎圈部位的應(yīng)力。綜合考慮，H1/H2取0.977 29。

圖1示出了輪胎斷面輪廓。

圖1 輪胎斷面輪廓示意

2.5 胎面花紋

胎面采用FRD78型輪胎花紋，為變節(jié)距花紋設(shè)計，包含長型花紋M型12節(jié)、長型花紋L型11節(jié)、短型花紋S型13節(jié)，總計36個花紋周節(jié)。胎面花紋具體特點如下。

（1）4條縱向花紋溝槽設(shè)計，提供良好的抓著性能和排水性能，保證濕地駕駛的安全性。

（2）3D立體曲折刀槽花紋設(shè)計，保證花紋塊剛性，提高地面抓著力，有效防止輪胎在冰雪路面上打滑。

（3）縱向曲折花紋溝設(shè)計，有效提高輪胎的牽引性能。

（4）花紋溝設(shè)計采用計算機仿真優(yōu)化，可有效降低噪聲。

（5）寬大的花紋塊設(shè)計，有效提高輪胎在冰雪路面上的越野性能。

（6）花紋深度為9 mm，整體花紋海陸比均衡，花紋飽和度為69.18%。

胎面花紋展開示意見圖2。

圖2 胎面花紋展開示意

3 施工設(shè)計

3.1 胎面和胎側(cè)

胎面采用全分層設(shè)計方案。胎面膠采用冰雪路面和濕地抓著性能好的膠料配方，使胎面膠在7 ℃以下低溫環(huán)境中更柔軟，增強輪胎與路面的摩擦力，提高抓著性能；配方中高活性白炭黑用量大，大幅提高輪胎的雪地性能，同時添加碳納米管材料[4-5]，有效縮短輪胎在雪面和冰面上的制動距離，有利于改善車輛的操控性能和行駛安全性?；磕z采用高緩沖膠料，很好地釋放來自胎面的應(yīng)力。胎側(cè)采用常用的雙復(fù)合結(jié)構(gòu)，即胎側(cè)膠和耐磨膠搭配的結(jié)構(gòu)。胎面和胎側(cè)半部件采用三復(fù)合擠出機擠出，設(shè)備精度高，部件擠出尺寸穩(wěn)定。

3.2 帶束層

采用2層帶束層加1層冠帶層結(jié)構(gòu)，可以很好地箍緊胎體，減小胎面部位的周向變形，有利于保持輪胎整體尺寸穩(wěn)定性，同時提高抗?jié)窕阅芎筒倏v性能等。冠帶層為保護層，由單根直徑為15 mm的錦綸66簾線帶張力纏繞而成，具有較強的箍緊性能和抗撞擊性能，能夠防止胎面與帶束層之間發(fā)生脫層，起到很好的保護作用，同時又可以緩沖胎面受到的沖擊力，延長成品輪胎的使用壽命，增大輪胎的翻新次數(shù)。1#和2#帶束層均采用3×0.30HT高滲透性鋼絲簾線。

3.3 胎體

胎體采用滲膠性能好的高模量低收縮聚酯簾線，胎體為2層設(shè)計，1#胎體簾布寬度為710 mm，2#胎體簾布寬度為540 mm，胎體簾布壓延密度為105根·dm-1，胎體安全倍數(shù)為9.0。

3.4 胎圈

鋼絲圈采用鍍鋅銅回火高強度鋼絲，單根胎圈鋼絲直徑為1.295 mm，鋼絲覆膠后直徑為1.60 mm，膠料的粘合性能較好，不易散頭，與三角膠能很好地粘合，生產(chǎn)工藝穩(wěn)定。胎圈安全倍數(shù)為9.1。

3.5 成型

采用一次法成型機成型，成型機機頭直徑為360 mm，平寬為505 mm，胎坯成型時的預(yù)定型寬度為410 mm，工藝參數(shù)穩(wěn)定，設(shè)備程序及機械定位精度高，胎坯成型后各半部件貼合密實，保證了成品輪胎質(zhì)量的穩(wěn)定性。

3.6 硫化

采用液壓硫化機及氮氣硫化工藝硫化[6-8]，一次定型時氮氣壓力為（0.06±0.01） MPa，二次定型時氮氣壓力為（0.07±0.01）MPa，高壓蒸汽壓力為（1.5～1.7）MPa，高壓氮氣壓力為（2.1～2.3）MPa，硫化溫度為177 ℃，總硫化時間為13.5 min。

4 成品性能

4.1 外緣尺寸

按照GB/T 521—2012《輪胎外緣尺寸測量方法》測量成品輪胎外緣尺寸。安裝在標(biāo)準(zhǔn)輪輞上的輪胎在標(biāo)準(zhǔn)充氣壓力下的D′為715 mm，B′為236 mm，均符合設(shè)計要求。

4.2 強度性能

強度性能按照Q/B QP 01—2017《轎車子午線輪胎強度試驗方法》進行測試，輪胎的充氣壓力為180 kPa。結(jié)果表明，輪胎第1—4點破壞能均達到標(biāo)準(zhǔn)值，第5點破壞能為600.1 J，為標(biāo)準(zhǔn)值的203%，強度性能超過企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求。

4.3 耐久性能

耐久性能按照Q/B NP 01—2017《轎車子午線輪胎耐久性能試驗方法》進行測試，試驗條件和結(jié)果如表1所示。

表1 成品輪胎耐久性能

從表1可以看出，輪胎累計行駛44 h后停止試驗，試驗結(jié)束時輪胎目測未發(fā)生損壞，成品輪胎耐久性能超過企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求。

4.4 高速性能

高速性能按照Q/B GP 04—2017《轎車子午線輪胎高速性能試驗方法》進行測試，試驗結(jié)果如表2所示。

表2 成品輪胎高速性能

從表2可以看出，輪胎累計行駛1.5 h后停止試驗，試驗結(jié)束時輪胎目測未產(chǎn)生損壞，高速性能達到企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求。

5 結(jié)語

235/75R15 FRD78非對稱花紋雪地輪胎的充氣外緣尺寸、強度性能、耐久性能和高速性能均達到設(shè)計和企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求。產(chǎn)品投入市場后，以其優(yōu)良的品質(zhì)得到客戶的認可與好評，提高了公司的知名度，創(chuàng)造了較好的經(jīng)濟效益。