ST235/85R16全鋼拖車子午線輪胎的設計

黃孝鵬，王 雪，任世奪，王德志，周赟琪

[浦林成山（山東）輪胎有限公司，山東 榮成 264300]

現將ST235/85R16全鋼拖車子午線輪胎設計介紹如下。

1 技術要求

依據《美國輪胎輪輞協會標準年鑒（TRA）2016》，公路型掛車用的特種拖車公制輪胎一般技術要求為：允許使用輪輞 61/2J，名義斷面寬235 mm，名義外直徑 806 mm。

根據北美拖車輪胎市場情況以及我公司代工產品信息，本次設計的輪胎設計參數如下：標準負荷 2 000 kg（單胎）/1 750 kg（雙胎），充氣壓力760 kPa，速度級別 L。

2 結構設計

2.1 外直徑（D）和斷面寬（B）

根據類似大小的輪胎充氣后的膨脹率推算，充氣尺寸通常比設計尺寸大0～5 mm[1]。通過對市場信息進行統計，確定D/充氣外直徑（D′）為0.995，B/充氣斷面寬（B′）為0.987 2。由此得出，D為802 mm，B為232 mm。這一設計旨在融入市場、減少不同品牌輪胎無法混合使用的問題。

2.2 胎圈著合直徑（d）和著合寬度（C）

當輪胎和輪輞過盈配合時，其摩擦力更大，氣密性更好，在行駛過程中可以有效減少漏氣風險，增加行駛安全性，減少充氣次數，并提升客戶的使用體驗。為此，本設計d取404 mm，C取178 mm。

2.3 行駛面寬度（b）和弧度高（h）

輪胎類型、花紋樣式、行駛路況和承載量等因素會影響b和h的取值。由于本設計輪胎為拖車專用輪胎，無需提供驅動力，因此b的取值不宜過大。本設計確定b與C相同，即b為178 mm?？紤]到輪胎在使用時承載量較大，為避免輪胎中間下陷的問題，本設計確定h為7 mm。

“一站式”司法確認機制的運行只有一年多的時間。目前，該機制運行的范圍，僅限于房山區人民法院訴調對接中心與房山區矛盾糾紛多元調解中心、房山區司法局眾和人民調解委員會等調解組織之間。雖然，該機制自運行以來，取得了良好的社會效果，但是，由于該機制運行時間較短、運行范圍狹小，若要大面積推廣，還將面臨以下現實問題：

2.4 斷面水平軸位置（H1/H2）

當汽車在行駛時，輪胎變形量最大的地方屈撓變形也最大，斷面水平軸向上至胎冠中心點的垂直距離為H2，向下至胎踵的垂直距離為H1，H1/H2的大小可以體現斷面水平軸的位置。子午線輪胎的H1/H2通常為0.9～1.1，既可以減小胎肩部位的應力集中，同時使胎圈部位盡量遠離屈撓區域，延長輪胎的整體使用壽命。本設計H1/H2取0.99，能夠使斷面水平軸位于離胎圈和胎肩均相對較遠的位置，在減小胎圈變形、改善胎圈脫層和磨損的同時，盡可能降低胎肩應力集中現象，減小胎肩出現脫層、裂口的風險。

2.5 各部位弧半徑

在子午線輪胎胎冠輪廓設計時可以采用兩段弧設計。這種設計可以在標載狀態下增大輪胎接地面積，有效地解決偏磨等問題，從而延長輪胎的壽命。

輪胎的水平軸上下弧線對于輪胎的早期使用情況有影響。這些弧線的半徑會影響輪胎胎肩的厚度，而胎肩的厚度又會決定帶束層邊緣在使用前期是否有發生開裂的風險。為了使水平軸與胎肩之間的過渡更加順滑，避免使用切線來設計過渡區域，常采用弧線相切的設計。為了對胎肩的厚度進行控制，本設計選擇了反弧形連接方式。

輪胎斷面輪廓如圖1所示。

圖1 輪胎斷面輪廓示意

2.6 胎面花紋

輪胎花紋的樣式會對車輛的多方面性能產生影響，包括操控性能、制動性能、舒適性、安全性能、噪聲和燃油經濟性等。對于拖車輪胎而言，其主要作用是承受載荷，不需要提供導向和驅動力，因此在本次胎面花紋設計中，耐磨性能和經濟性是首要考慮因素。

輪胎縱溝的寬度對滾動阻力的影響最為顯著，而縱溝的深度對滾動阻力的影響次之，二者之間呈正相關關系?？v向花紋的剛度最大，而剛度越大的輪胎滾動阻力越小，這也意味著車輛的燃油經濟性越好[2-3]。因此，根據輪胎的使用條件，本次設計采用4條直線型縱溝，以提高輪胎的排水能力和縱向剛性，改善胎面的耐磨性能，并降低滾動阻力，減少燃油消耗。此外，花紋溝底采用曲折設計，起到防止石子夾入的作用?？v溝的深度設計為10 mm，以提高輪胎的耐磨性能，使其行駛里程更長。在縱溝的邊緣還增加了細小的花紋鋼片，這在基本不影響滾動阻力的情況下，可以增強胎面的散熱能力。

胎面花紋效果見圖2。

圖2 胎面花紋效果

2.7 有限元分析

通過有限元分析軟件對輪胎的充氣內外輪廓進行比較，以觀察接地印痕形狀，并分析胎肩部位的受力情況[4]。通過對不同方案的結果進行對比，并結合經驗，選擇最優的外輪廓方案。有限元分析的輪胎靜態接地印痕形狀和胎肩受力情況分別如圖3和4所示。

圖3 輪胎靜態接地印痕形狀的有限元分析

圖4 輪胎胎肩受力的有限元分析

3 施工設計

3.1 胎面

胎面采用冠膠和基部膠兩層結構，以滿足輪胎的高耐磨和低生熱要求，適應長時間行駛。在胎面設計中，將預口型和口型設計相結合，確保擠出的基部膠和冠膠的尺寸符合設計要求。胎面的擠出總寬度設計為200 mm。

3.2 胎體

胎體骨架材料的選擇對輪胎的使用壽命和安全性具有重要影響，可以決定輪胎的承載負荷和變形情況。本設計胎體骨架材料選擇規格為3×0.24/9×0.225CCHT的鋼絲簾線[5]。

3.3 帶束層

帶束層為具有多角度的多層設計，可以牢固地箍住胎體，減少使用時的形變，增加胎體的穩定性，承受來自胎體和地面等多方面的應力，并防止地面異物對胎體造成傷害。帶束層的伸張系數直接影響胎坯成型后的外觀和使用性能，因此對車輛的行駛穩定性和輪胎的行駛里程等都具有重要影響[6-7]。

在帶束層的整體設計中，需要考慮多方面因素，其中最重要的是選擇適當規格的鋼絲簾線，此外，簾線的密度、角度和帶束層寬度也是重要因素。根據輪胎的使用路況，還需要選擇適當的帶束層層數和結構。

綜合考慮，本設計帶束層采用常規的3層結構，并選擇0.37＋6×0.32ST鋼絲簾線。該鋼絲簾線具有高強度和輕量化的特點，可以有效減輕輪胎的質量。

3.4 胎圈

子午線輪胎裝配到輪輞上后，內部承受充氣壓力，外部承受輪輞的剛性力，并在行駛和制動時受到多方面應力的影響。胎體反包和加強層位于胎圈部位，在行駛過程中，胎圈部位會產生大量的熱和屈撓應力。為了解決這個問題，胎圈結構中可增加上下膠芯，并對胎圈部位進行加厚補強。此外，在靠近鋼絲圈的胎體外側增加鋼絲加強層，用以保護胎體。通常，鋼絲加強層的外端點與胎體反包端點的距離在10 mm以上，以減少應力集中現象，并提高胎圈的剛度和強度，以確保行駛安全。

對于位于拖車輪位的輪胎，其承載能力要求較高，承受的力也較大，因此需要提高胎圈的強度，可以使用較強的鋼絲結構和增加纏繞的圈數。在本設計中，采用正六邊形的鋼絲圈，以增加鋼絲圈的穩定性，防止散圈的發生。通過外輪廓的胎圈弧線設計，使胎圈與輪輞緊密配合，從而減小相對滑動的幅度。

3.5 成型和硫化

成型采用TRPO-S三鼓成型機。硫化采用1 651 mm（65英寸）雙模定型熱板式硫化機，硫化條件為：溫度 （147±2） ℃，壓力 （1.7±0.1）MPa，時間 34 min[8]。

4 成品性能

4.1 外緣尺寸

按照GB/T 521—2016測試輪胎充氣外緣尺寸，B′為234 mm，D′為805 mm?？梢钥闯?，成品輪胎的充氣外緣尺寸符合國家標準要求。

4.2 強度性能

按照GB/T 4501—2016測試輪胎的強度性能。第5點破壞能的平均值為3 581.6 J，大于標準規定的2 090 J，最大與最小破壞能之比的平均值為155.8%，符合國家標準要求。

4.3 耐久性能

按照GB/T 4501—2016測試輪胎耐久性能，試驗結果見表1。

表1 輪胎耐久性能試驗結果

從表1可以看出，輪胎的耐久性能符合國家標準要求。

4.4 高速性能

輪胎高速性能試驗結果見表2。

表2 輪胎高速性能試驗結果

從表2可以看出，輪胎的高速性能達到企業標準要求（≥90 min）。

5 結語

經室內性能測試，ST235/85R16全鋼拖車子午線輪胎的各方面性能均達到了設計要求，完全滿足美國市場拖車輪胎的使用要求。今后將繼續優化輪胎的制造工藝，以進一步提高輪胎的質量，并滿足不斷變化的客戶需求，從而提高產品在市場上的競爭力。