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无内胎半钢子午线轮胎的设计开发

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第9期

38󰀁15.5R15AT405无内胎半钢子午线轮胎的设计开发

王󰀁海,张󰀁剑(贵州轮胎股份有限公司,贵州贵阳󰀁550008)󰀁󰀁摘要:介绍38󰀁15.5R15AT405无内胎半钢子午线轮胎的结构设计及生产工艺。采用5󰀁裁断角度胎体帘布有效解决了0󰀁裁断角度胎体帘布导致的轮胎充气后胎体帘布接头处凹痕问题,对成型工艺进行控制后轮胎的均匀性一次谐波径向力波动值合格率从55%提高到90%;成品轮胎的外缘尺寸、强度、耐久性能和高速性能均符合设计要求。󰀁󰀁关键词:无内胎半钢子午线轮胎;结构设计;帘布裁断角度;一次谐波径向力波动值󰀁󰀁中图分类号:U463.341+.2/.6;TQ336.1+4󰀁󰀁文献标识码:B󰀁󰀁文章编号:1006-8171(2007)09-0531-04

作者简介:王海(1969-),男,贵州镇宁人,贵州轮胎股份有限公司工程师,学士,主要从事轮胎结构设计和工艺管理工作。󰀁󰀁38󰀁15.5R15AT405无内胎半钢子午线轮胎是我公司为冰岛某汽车公司开发的配套产品,该规格轮胎在国内尚属空白。现将其设计开发情况介绍如下。

1󰀁技术标准和性能要求1󰀁1󰀁技术标准参照美国TRA标准确定38󰀁15.5R15AT405无内胎半钢子午线轮胎(C层级)的技术标准如下:标准轮辋󰀁12J,允许使用轮辋󰀁11J,12J,13J;充气断面宽󰀁390mm,最大断面宽󰀁421mm;充气外直径󰀁959mm,最大外直径󰀁982mm;标准气压󰀁250kPa,额定负荷󰀁1550kg。1󰀁2󰀁性能要求(1)防滑及防侧滑性能优良;(2)轮胎高速性能测试必须通过140km󰀁h-1󰀁30min阶段;(3)为防止低气压下轮胎与轮辋配合部位产生位移,要求轮胎在充气过程中胎踵位置与轮辋相应位置配合瞬间发出󰀁嘭󰀁声时的气压为151.7~206.9kPa;(4)均匀性测试中的一次谐波径向力波动不大于196N;(5)花纹独特、新颖、美观。2󰀁结构设计2.1󰀁轮胎外直径(D)和断面宽(B)半钢子午线轮胎钢丝带束层起箍紧作用,在标准气压下轮胎外直径变化小。由于该规格轮胎是在低气压高负荷状态下使用,为提高轮胎的负荷能力,D取偏上限值(964mm),以增大轮胎的内腔容积;同理,B取400mm。2.2󰀁断面水平轴位置(H1/H2)断面水平轴位于断面最宽点,是子午线轮胎胎体最薄、变形最大的部位。为保证轮胎的高速性能,设计时让轮胎的变形区域下移,远离胎肩,H1/H2取0.6657(H为294mm)。2󰀁3󰀁胎面花纹为适应极地气候雪地轮胎使用条件,提高牵引性能、防滑性能和通过性能,花纹形式以曲折块状花纹为主,并结合横向花纹,花纹块上开设3~5个深度为15mm(主体花纹沟深18mm)、宽度为0.5mm的刀槽花纹,同时在每块花纹上设计了防滑钉孔。该胎面花纹具有独特、新颖和美观的特点(如图1所示),提高了轮胎的抓着力、防滑性能和越野性能。2󰀁4󰀁胎圈着合直径(d)d的确定原则上应满足轮胎装卸方便和着合紧密的要求,d一般取比轮辋标定直径小1.0~2.0mm的值,但考虑到该规格轮胎低气压条件下的通过性,d确定为376mm,比轮辋标定直径小531王󰀁海等.38󰀁15.5R15AT405无内胎半钢子午线轮胎的设计开发

图1󰀁38󰀁15.5R15AT405轮胎胎面花纹示意4.2mm。

3󰀁轮胎性能的影响因素3.1󰀁钢丝圈直径对轮胎气压的影响最初设计钢丝圈直径为390mm,但成品轮胎在进行充气检测时,胎踵配合到轮辋相应位置瞬间听到󰀁嘭󰀁声时的气压约为69.0kPa。为测量低气压条件下轮胎与轮辋之间的相对位移,对试验轮胎进行路试,轮胎在很深的雪地上低气压行驶时,只见轮辋转,轮胎不动,轮胎与轮辋间打滑,汽车很难前进;此外,在70km󰀁h-1速度下紧急刹车,汽车停下后轮胎与轮辋的相对滑移较大(在轮辋气门嘴对应的胎侧位置作标识,紧急制动后测量标识处与气门嘴的位移)。对断面进行分析后认为,钢丝圈直径较大时,由于钢丝圈底部材料中橡胶所占比例大,钢丝圈底部材料弹性大,刚性小,因此充气时胎踵到位时的气压低;同时,在低气压条件下,胎圈对轮辋产生的过盈力小,导致轮胎与轮辋的相对滑移较大。为此,重新将钢丝圈直径分别设计为385和382mm,对试验轮胎进行充气测试,并通过胎圈与轮辋的过盈量与钢丝圈过盈力理论公式计算不同钢丝圈直径的轮辋过盈力,结果见表1。从表1可见,钢丝圈直径为382mm时,胎踵配合到轮辋相应位置时的气压为172.2kPa,满

表1󰀁不同钢丝圈直径轮胎胎踵配合到轮辋相应位置时的气压和过盈力钢丝圈直径/mm气压/kPa过盈力/N39069.020079.2385124.130848.4382172.448967.7足轮胎性能要求,且路试后轮胎与轮辋未出现滑移现象,这与其产生的过盈力大有关。因此,确定钢丝圈直径为382mm。3.2󰀁胎体帘布裁断角度的确定由于此规格轮胎从一段胎坯到二段胎坯的成型过程中胎体帘布伸张大,当胎体帘布裁断角度为0󰀁时,为避免二段成型充气过程中帘布接头脱开,将帘线搭接数量定为5~8根,因此在充气过程中接头处帘布伸张比其它位置小,在此位置产生凹痕,这种现象虽不影响轮胎的使用性能,但影响轮胎外观。为此,采用5󰀁裁断角度帘布交叉贴合,胎侧部位胎体帘布接头处凹痕现象得以解决。将0󰀁和5󰀁胎体帘布裁断角度试验轮胎进行了室内性能测试,强度和高速性能试验结果变化不大,但耐久性测试结果差别很大,具体数据见表2。

表2󰀁0󰀁和5󰀁胎体帘布裁断角度轮胎耐久性试验结果帘布裁断角度/(󰀁)测试结果/h破坏形式0170.57胎圈鼓包590.17胎肩爆破592.08胎肩爆破󰀁󰀁注:按GB/T4501󰀁1998测试。从表2可知,5󰀁胎体帘布裁断角度虽然解决了胎体帘布接头处凹痕现象,但耐久性试验结束后破坏形式均为上胎侧靠近胎肩处爆破,且试验时间仅为90h左右(连续检测两条轮胎均是如此),虽然满足国标要求,但凭经验认为,耐久性试验破坏形式在胎肩爆破很不正常,对此进行了分析。一方面,轮胎温度虽较低,但胎内剪切应力超过某一临界值时,轮胎会发生早期损坏;另一方面,胎内剪切应力虽小,但轮胎温度超过某一临界值,轮胎同样会发生早期损坏,因为高温时材料强度下降。因此,只强调温度或疲劳应力对带束层边缘部位的破坏作用是不全面的,应同时考虑两者的综合影响。(1)剪切应力理论分析帘布层之间贴胶厚度(I)和帘线之间擦胶厚度(间隙,A)比例是按Uc/U󰀁确定的(Uc为帘线方向剪切力,U󰀁为帘布层间周向剪切力)。研究表明,A/I值为0.7~1.0较适宜(如图2所示)。532轮󰀁胎󰀁工󰀁业󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁2007年第27卷第9期

图2󰀁帘线间擦胶厚度与帘布层间贴胶厚度比例示意M为帘线直径。如果帘布层间有足够厚度的胶层,轮胎屈挠变形时剪切应变会全部转移到帘线间;同样,如果帘线间有足够厚度的擦胶,剪切应变就集中在帘布层之间,前者将造成胶线剥离,后者将造成帘布层间脱层。而38󰀁15.5R15AT405轮胎的一段成型鼓直径为413mm,二段胎坯直径为928mm,二段成型过程中胎体帘布径向伸张很大,而胎体帘布附胶厚度较小,轮胎在成型时会导致I减小,同时帘线密度减小,即A增大。成品轮胎断面分析后计算得出胎肩部位的A/I比值为1.72,说明成品轮胎中I远远小于A,而此部位又是剪切应力最大的部位,肩部剪切应变就集中在帘布层之间。同时,轮胎在耐久性试验旋转的条件下,由于离心力的作用帘线承受了附加强力,导致轮胎的剪切应力进一步增大,在达到一定负荷时,帘布层间先脱层后爆破,从而使轮胎的耐久性能下降。(2)帘布角度分析相邻两层帘布间的角度差越大,帘布层间的剪切力就越大,将胎体帘布裁断角度由0󰀁调整为5󰀁,则相邻两层帘布的夹角由原来的0󰀁变为10󰀁,同时由于帘布有角度,必须交叉贴合。第1带束层是规定了方向和角度(72󰀁)的,当最外层帘布的方向与第1带束层的方向相同时,最外层帘布与第1带束层的夹角为67󰀁;当最外层帘布的方向与第1带束层的方向相反时,最外层帘布与第1带束层的夹角为77󰀁(如图3所示),这两种工艺的轮胎肩部剪切应力不同,前者小于后者。在胎体帘布裁断角度为0󰀁时,由于相邻两层帘布的角度差而产生的剪切力就不存在了,即增大了轮胎损坏的临界剪切力,延长了轮胎的耐久时间。为此,将A/I值控制在0.7~1.0范围内,重新设计帘布压延厚度,使成品轮胎中肩部帘布层所受的剪切应力能够均匀分布在帘布层间和帘图3󰀁帘布角度示意线缝隙间,不产生剪切应力集中,计算得出半成品帘布的覆胶厚度为1.50~1.85mm。因此,在使用5󰀁裁断角度胎体帘布的同时,采用压延覆胶方法在1.15mm厚的帘布上覆一层宽度为第1帘布宽度的1/3、厚度为0.6mm的薄胶片(配方与帘布胶配方一致),所得轮胎的耐久性试验结果为170.58h,胎肩脱空,说明采取的措施有效,效果良好。3.3󰀁成型工艺对均匀性的影响由于38󰀁15.5R15AT405轮胎外直径大,现有的美国阿克隆公司的D/70型均匀性试验机不能检测其均匀性,市场调研后购买了美国生产的HUNTERGSP9700型平衡振动检测仪。该规格轮胎对均匀性中的一次谐波径向力波动值指标要求较高,但试验轮胎的一次谐波径向力波动值不大于196N的合格率只有55%左右,原因分析如下。(1)成型时半成品部件接头位置为研究成型时各半成品部件接头位置的分布对均匀性中一次谐波径向力波动值的影响,进行了不同接头分布方案的试验(如图4所示)。方案1是气密层接头与胎面接头同位置,与胎圈复合接头错开180󰀁;方案2是气密层接头与胎圈复合接头呈180󰀁径向对称分布,胎面接头与胎圈复合接头和气密层接头以90󰀁间隔分布;方案3是气密层接头与胎面接头呈180󰀁径向对称分布,胎圈复合接头与胎面接头和气密层接头以90󰀁间隔分布。每个方案做两条试验轮胎,方案1,2和3的均匀性一次谐波径向力波动值分别为284.2/269.5,235.2/205.8和107.8/78.4N。由此可见,方案3的一次谐波径向力波动值最小,平均为93.1N;方案2次之,平均为220.5N;方案1最大,平均为276.9N。(2)其它因素通过严格控制生产工艺过程、轮胎断面的对533王󰀁海等.38󰀁15.5R15AT405无内胎半钢子午线轮胎的设计开发

(a)方案1

(b)方案2

(c)方案3图4󰀁半成品部件接头位置示意A󰀁气密层;B󰀁1#帘布层;C󰀁2#帘布层;D󰀁胎圈;E󰀁胎面。称性、胎面几何尺寸均匀性和胎面胶的长度及钢丝圈同心度等因素后,轮胎的一次谐波径向力波动值不大于196N的合格率由55%提高到90%。

4󰀁成品轮胎性能将38󰀁15.5R15AT405试验轮胎进行室内性能检测。轮胎充气断面宽和外直径分别为406.1和965.3mm(按GB/T521󰀁2003测试);强度测试最小破坏能为702J(按GB/T6327󰀁1996测试);耐久性测试结果为170.58h,破坏形式为肩空(按GB/T4501󰀁1998测试);高速性能测试结果为150km󰀁h-1󰀁39min,破坏形式为肩空(按GB/T7035󰀁1993测试)。以上试验结果表明,38󰀁15.5R156PRAT405轮胎的各项性能完全满足使用要求。5󰀁结语研制的38󰀁15.5R156PRAT405无内胎半钢子午线轮胎的外缘尺寸、强度性能、耐久性能和高速性能均符合设计要求。经用户实际使用,效果令人满意,取得了较好的社会和经济效益。收稿日期:2007-06-07Designof38󰀁15.5R15AT405tubelessstee-lbeltedtire

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3×0.24+9×0.225WHT钢丝帘线在无内胎全钢载重子午线轮胎胎体中的应用

3×0.24+9×0.225WHT钢丝帘线在无内胎全钢载重子午线轮胎胎体中的应用

４６　轮胎工业　２０１４年第３４卷　

３×０．２４＋９　Ｘ　０．２２５ＷＨＴ钢丝帘线在无内胎　

全钢载重子午线轮胎胎体中的应用　

杨俊坤，曾　清，杨利伟，夏科伟，李伟　

（四川凯力威科技股份有限公司，四川简阳　６４１４００）　

摘要：以３Ｘ０．２４＋９Ｘ　０．２２５ＷＨＴ钢丝帘线替代３＋９＋１５Ｘ　０．１７５＋０．１５钢丝帘线应用于３１５／８０Ｒ２２．５　１８ＰＲ　无内胎全钢载重子午线轮胎胎体。试验结果表睨：与３＋９＋１５×０．１７５＋０．１５钢丝帘线相比，３Ｘ０．２４＋９×０．２２５　ｗＨＴ钢丝帘线强度高，直径小，且钢丝帘布压延密度大，上下覆胶厚度和钢丝间胶厚度大；以３Ｘ　０．２４＋９Ｘ　０．２２５　ｗＨＴ钢丝帘线替代３＋９＋１５×０．１７５＋０．１５钢丝帘线后，成品轮胎的外缘尺寸变化不大，强度性能和耐久性能提　高，且轮胎质量和成本减小。　关键词：无内胎全钢载重子午线轮胎；钢丝帘线；胎体　中图分类号：Ｕ４６３．３４１＋．３／．６；ＴＱ３３０．３８　９　文献标志码：Ａ　文章编号：ｌＯＯ６—８１７１（２ｏ１４）ｏ１－００４６—０４　

随着我国汽车工业和高速公路的快速发展，　

国内轮胎市场竞争日益激烈，轮胎企业只有发挥　

质量和成本等优势，提高市场竞争力和满足市场　

需求，才能在激烈的竞争中得以继续生存和发展。　

胎体作为轮胎重要的支撑部件之一，对轮胎安全　

和使用寿命起着至关重要的作用。对于无内胎全　

钢载重子午线轮胎而言，由于其采用单层胎体，且　

厚度较小，因此胎体的性能直接影响到轮胎的使　

用性能。目前我公司生产的无内胎全钢载重子午　

线轮胎普遍采用传统的３＋９＋１５×０．１７５＋０．１５　

钢丝帘线，生产成本较高。３　Ｘ　０．２４＋９　Ｘ　

０．２２５ＷＨＴ钢丝帘线强度较高，直径小，提高压　

延密度能保证轮胎的安全性能，减小轮胎质量与　

成本，同时也能减少胎体稀线、胎侧鼓包等问题，　

提高轮胎产品使用质量。本工作采用３×０．２４＋　

无内胎全钢子午线轮胎带束层结构改进

无内胎全钢子午线轮胎带束层结构改进

５３８　轮胎工业　２００６年第２６卷　

无内胎全钢子午线轮胎带束层结构改进　

毛建清　（杭州朝阳橡胶有限公司，浙江杭州　３１００１８）　

摘耍：对采用４层带束层结构与传统Ｏ。带束层结构的无内胎全钢子午线轮胎进行对比试验研究。过渡层对钢丝　帘线的强度要求不高，选用３×０．３０ＮＴ钢丝帘线。试验结果表明．无内胎全钢子午线轮胎采用４层带束层结构和新　型钢丝帘线，可提高轮胎的综合性能，同时可减小质量、降低成本。　关ｔ词：无内胎全钢子午线轮胎；带束层；钢丝帘线　中田分类号：Ｕ４６３．３４１＋．６　ＴＱ３３０．３８　９　文献标识码：Ｂ　文章编号：１００６—８１７１（２００６）０９—０５３８—０２　

汽车工业和高速公路的发展对轮胎提出了更　高的性能要求。高速、安全也是使用者最关心的　问题，而无内胎全钢子午线轮胎最显著的特点是　高速和安全性能好，是轮胎行业的技术尖端产品。　当前发达国家轻型和中重型载重汽车、中大型客　车主要使用无内胎全钢子午线轮胎，欧洲、美国、　加拿大及澳大利亚等国家和地区市场需求量　巨大。　带柬层是无内胎全钢子午线轮胎的主要受力　部件，对其结构和钢丝帘线有特殊要求。传统无　内胎全钢子午线轮胎采用Ｏ。带柬层结构，生产工　艺复杂，产品成本较高，并且使用过程中会出现偏　磨现象。而采用４层带柬层结构的无内胎全钢子　午线轮胎成本低，轮胎综合性能好。本文介绍　２８５／７５Ｒ２４．５轮胎带柬层结构改进和钢丝帘线的　选取情况。　

１带束层结构　无内胎全钢子午线轮胎４层带柬层结构如图　１所示，Ｏ。带柬层结构如图２所示。　图１中，第１层为过渡层，与胎体帘线成大角　度，是将胎面受到的应力通过较硬的带柬层传递　到较软胎体的过渡区，使剪切应力分散，从而减小　该部位脱空的危险。第２和３层为工作层，是主　要承受载荷的部件，要求有较高的刚性，断裂强力　

作者简介：毛建清（１９７３一），女，浙江江山人，杭州朝阳橡胶有　限公司工程师，学士，主要从事全钢子午线轮胎结构设计工作。　口＝＝ｌ　圆　口　Ｘ］【＝　口　

12R22.5_全钢载重子午线轮胎的设计

12R22.5_全钢载重子午线轮胎的设计

45中国橡胶

应

用

技

术APPLIED TECHNOLOGY

12R22.5全钢载重子午线轮胎的设计

郑志超 常素玲 姚晓锦 宋 倩陕西延长石油集团橡胶有限公司

摘 要：介绍12R22.5全钢载重子午线轮胎的设计。结构设计：轮胎外直径1077mm，轮胎断面宽295mm，轮胎行驶面宽度239mm，行驶面弧高

8.1mm，胎圈着合直径569.8mm，胎圈着合宽度244.8mm，断面水平轴位

置（H1/H2）0.98，花纹深度17.5mm，采用3条主花纹沟设计。施工设计：

胎面采用两方两块结构，胎体采用0.25+6+12×225HT钢丝，1#带束层采

用3×0.20+6×0.35HT钢丝，2#和3#带束层采用3+8×0.33HT钢丝，4#

带束层采用5×0.35HI钢丝；采用三鼓一次法成型机成型，65〞B型翻转式

热板硫化机硫化。

关键词：全钢子午线轮胎；无内胎轮胎；结构设计；施工设计

郑志超（1985-），男，山东日照人，陕西延长石油集团橡胶有限公司工程师，主要从事全钢子午线轮胎

结构设计及技术管理工作。作者简介高性能无内胎全钢载重子午线轮胎在安

全、环保、节能方面具有一定的优越性，随

着我国公路建设及公路运输业的快速发展，

对高性能无内胎全钢载重子午线轮胎的需求

越来越大。目前，几乎所有的客运车辆都在

使用无内胎轮胎，并且大部分长途货运车辆

也已普遍使用无内胎轮胎。根据市场需求，

调整产品结构，开发高性能无内胎全钢载重

子午线轮胎，已成为轮胎企业增强竞争力、

提高经济效益的重要举措。

一、技术要求

参考GB/T 9744-2008，确定12R22.5全

钢载重子午线轮胎的技术参数为：充气外直

径（D′）1085（1070～1102）mm，充气断

面宽（B′）300（288～312）mm，标准负荷3550kg，标准充气压力930kPa，标准轮辋

9.00。

二、设计目标

充气外直径（D′）1085±1%mm，充

气断面宽（B′）300±3.5%mm，层级18PR，

无内胎全钢轻型载重子午线轮胎稳态滚动温度场有限元分析

无内胎全钢轻型载重子午线轮胎稳态滚动温度场有限元分析

第３期　王学瑞等．无内胎全钢轻型载重子午线轮胎稳态滚动温度场有限元分析　１７３　无内胎全钢轻型载重子午线轮胎稳态滚动　温度场有限元分析　王学瑞　，王泽君　，王友善　（１．杭州朝阳橡胶有限公司，浙江杭州３１００１８；２．哈尔滨工业大学复合材料与结构研究所，黑龙江哈尔滨１５００８０）　摘要：采用轮胎专用有限元分析软件ＴＹＳＹＳ，在额定负荷及超负荷条件下，对比分析Ｏ。带束层和４层带束层结构　２６５／７０Ｒ１９．５无内胎全钢轻型载重子午线轮胎稳态滚动的温度场分布。分析结果表明，在高负荷条件下，ｏ。带束层结　构更有利于轮胎使用。室内试验结果表明，０。带束层结构可以大幅提高轮胎的耐久性能及高速性能，证明了有限元仿　真计算的正确性。　关键词：无内胎全钢轻型载重子午线轮胎；带束层；稳态滚动；温度场；有限元分析　中图分类号：ＴＱ４６３．３４１＋．６；Ｑ２４１．８２　文献标志码：Ａ　文章编号：１０００—８９ｏｘ（２ｏ１２）０３一ｏ１７３—０４　在世界主要工业国家轮胎基本实现子午化的　国际大背景下，我国的轮胎工业也得到了很大发　展，轮胎子午化率不断提高，国外客户对我国子午　线轮胎的生产要求也越来越高。　哈尔滨工业大学复合材料与结构研究所研发　的轮胎专用有限元分析软件ＴＹＳＹＳ的应用证　明，该软件不仅能对轮胎带束层端部翘曲等质量　问题进行分析＿１］，还能在进行轮胎结构设计时对　轮廓参数进行优选＿２］。　为了满足客户的高负荷使用要求，本工作采　用ＴＹＳＹＳ软件对杭州朝阳橡胶有限公司的２６５／　７０Ｒ１９．５无内胎全钢轻型载重子午线轮胎Ｏ。带束　层和４层带束层两种带束层结构设计的稳态滚动　温度场分布进行对比分析，以确定最佳的结构设　计，并通过室内耐久性试验和高速性能试验对设　计方案给予验证。　１轮胎有限元分析　１．１技术要求　客户要求２６５／７０Ｒ１９．５轮胎的单胎最大负　荷为２　７２５　ｋｇ，充气压力为８５０　ｋＰａ。本工作以此　要求进行有限元分析计算。　作者简介：王学瑞（１９６７一），女，黑龙江牡丹江人，杭州朝阳　橡胶有限公司工程师，从事全钢子午线轮胎的结构设计与生产技　术管理工作。　１．２对比方案　为了比较高负荷下不同带束层结构对轮胎性　能的影响，设计了两种带束层结构：方案１为４层　带束层结构设计，如图１（ａ）所示；方案２为０。带　束层结构设计，如图１（ｂ）所示。