385/65R22.5全天候全钢载重子午线轮胎的设计

赵飞燕，贾晓栋，周鹏飞，赵卫东

（风神轮胎股份有限公司，河南 焦作 454003）

近年来，随着相关法规的逐渐完善，市场对轮胎性能的要求越来越高。目前，欧洲特别是德国已规定过境车辆在冬季必须使用带有3PMSF标识的轮胎。调查显示，冬季轮胎具有在冬季条件下使用的明显性能优势和安全保障，但多数客户因更换夏季和冬季轮胎需要负担额外的费用和时间而选择使用全天候轮胎[1-2]。

385/65R22.5全天候全钢载重子午线轮胎为欧盟主流规格，需要具备冬季轮胎优异的雪地性能以及夏季轮胎优异的通过噪声、滚动阻力、磨耗寿命等综合性能。

为满足市场需求，我公司开发了385/65R22.5全天候全钢载重子午线轮胎，下面简要介绍其设计情况。

1 技术要求

为满足欧盟法规准入的要求，根据ETRTO—2017《欧洲轮胎轮辋技术组织标准手册》和《欧洲经济委员会第54号法规》，选取 385/65R22.5全天候全钢载重子午线轮胎的技术参数[3]为：标准轮辋宽度 298.45 mm，充气外直径（D′）1 072（1 057～1 092） mm，充气断面宽（B′） 389（373～405） mm，标准充气压力 900 kPa，标准负荷 5 000 kg，负荷指数 164。

2 结构设计

2.1 外直径（D）和断面宽（B）

根据子午线轮胎胎冠设计特点和胎冠材料特性，本设计D取1 067 mm，B取385 mm。

2.2 行驶面宽度（b）和弧度高（h）

b和h是影响胎冠形状的两个主要因素，决定了胎冠各部位的轮廓形态及其压力分布。综合考虑全天候轮胎对滚动阻力、雪地、油耗、磨耗和操控性能的总体要求，本设计b取308 mm，h取13 mm。

2.3 胎圈着合直径（d）和着合宽度（C）

d和C的取值一般根据标准轮辋尺寸确定，在宽基低断面子午线轮胎d和C的取值上，需要考虑胎侧部位的刚性[4]。一般而言，低断面轮胎胎侧刚性较大，驾乘舒适性较差，可选择增大C来减小胎侧刚性，以期获得更好的驾乘舒适性，本设计C取311 mm。d一般比轮辋直径小0.5～2 mm，考虑到胎圈部位整体气密性和装配性能，本设计d取570.5 mm。

2.4 断面水平轴位置（H1/H2）

断面水平轴在断面最宽点，是轮胎在充气状态下承受法向负荷时发生最大变形的位置[5]。在进行宽基低断面子午线轮胎设计时，其取值极其重要。若H1/H2取值偏大，变形区域主要集中在轮胎上半部分，轮胎上半部分承受的应力应变较大，胎肩部位容易出现早期损坏；若H1/H2取值较小，变形区域集中在轮胎下半部分，轮胎下半部分承受应力应变较大，容易造成胎圈部位的早期损坏。由于385/65R22.5是宽基低断面全钢子午线轮胎，一般做单胎使用，轮胎在径向需要承受较大的变形，胎圈是主要承载部位，需要承受较大的应力应变，因此，本设计H1/H2取1.01，使变形最大位置落在轮胎上半部分，以期减小胎圈部位变形。

2.5 胎面花纹

胎面是轮胎与地面直接接触的部位，胎面花纹直接影响轮胎的综合性能。全天候轮胎花纹的设计尤其重要，需要综合雪地轮胎的雪地性能和夏季轮胎的湿地性能、操控稳定性能、滚动阻力性能和磨耗寿命等[6-7]。

轮胎的雪地性能、湿地性能、操控稳定性能和花纹饱和度密切关联，轮胎的滚动阻力与花纹深度、花纹块宽度成反向相关关系，轮胎的磨耗性能与花纹深度、花纹块宽度、花纹饱和度成正相关关系。如通过提高轮胎花纹饱和度来提升里程，势必会导致轮胎花纹沟槽的减少，进而导致轮胎湿地性能、雪地性能和制动力的降低。因此，平衡花纹深度、花纹块宽度和花纹饱和度对轮胎综合性能的影响尤为重要。

本设计综合考虑轮胎夏季和冬季使用要求，分模块进行花纹设计，通过优化轮胎花纹的深度、花纹块宽度和花纹饱和度以实现轮胎优异的综合性能。具体设计如下。

（1）胎面采用4条纵向宽沟槽，花纹采用对称式设计，花纹深度为16.5 mm，花纹周节数为55，花纹饱和度为70%，宽花纹沟的宽度为16 mm。沟底采用折线形设计，在保证轮胎自洁性能的同时提升排水性。

胎面花纹如图1所示。

（2）中心花纹采用简单的条形花纹，增加特殊刀槽，在提升湿地性能的同时保证轮胎的通过噪声性能[8-9]，提升驾乘舒适性。

（3）中心花纹块开设横向细沟槽，细沟槽采用我公司开发的3D立体钢片，在提升雪地性能的同时保证轮胎的整体刚性，以实现降低滚动阻力的目的。

（4）胎肩花纹采用封闭式设计，可以增大轮胎接地面积，保证成品轮胎磨耗寿命。

3 施工设计

3.1 胎面

胎面采用面层和底层双复合结构，面层要求综合考虑耐磨性能和雪地性能，底层主要考虑降低生热，以降低滚动阻力和提升耐久性能，胎面结构如图2所示。

3.2 胎体和带束层

根据同类产品设计经验，本设计胎体选用0.25＋6＋12×0.225HT钢丝帘线，胎体安全倍数为9.1，满足设计要求。

本设计采用3层带束层＋0°带束层结构，1#和2#带束层采用3＋8×0.33HT钢丝帘线，3#带束层采用1×5×0.30HI钢丝帘线，0°带束层采用3×7×0.20HE钢丝帘线，带束层安全倍数为8.2，满足设计要求。

3.3 胎圈

本设计选取Φ1.65 mm镀铜回火胎圈钢丝，覆胶钢丝直径为1.8 mm，钢丝圈排列方式为9-10-11-12-11-10-9，共72根钢丝。胎圈安全倍数为7.3，满足设计要求。

3.4 成型和硫化

轮胎成型方法采用一次法成型，采用胶囊鼓反包。硫化采用热板式硫化机，常规过热水硫化工艺。硫化条件：温度 （151±2） ℃，压力（2.6±0.1） MPa，总硫化时间 64 min。

4 成品性能

4.1 室内性能

4.1.1 充气外缘尺寸

按照欧洲经济委员会第54号法规要求，新胎装配标准轮辋，充气至标准充气压力900 kPa，停放24 h，测得D′为1 068 mm，B′为385 mm，轮胎充气外缘尺寸满足要求。

4.1.2 耐久性能

按照欧洲经济委员会第54号法规要求进行成品轮胎耐久性能测试，过程如下：将成品轮胎充气至900 kPa，速度设定为56 km·h-1，运行前3个阶段后停机检查；按照法规要求继续运行测试，至轮胎损坏结束。

成品轮胎耐久性测试结果如表1所示。

从表1可以看出：在标准充气压力和恒定速度下，测试前3个阶段行驶时间共计47 h，轮胎未出现损坏，满足法规要求；测试至第8阶段轮胎出现损坏，累计行驶时间为81 h，满足设计要求。

表1 成品轮胎耐久性测试结果

4.1.3 滚动阻力

按照欧洲经济委员会第117号法规要求进行滚动阻力测试：将成品轮胎充气至900 kPa，速度设定为80 km·h-1，温度为25.29 ℃，实测滚动阻力系数为4.8 N·kN-1，满足法规要求，同时满足不大于5.0 N·kN-1的设计要求。

4.2 室外性能

委托莱茵检测认证服务（中国）有限公司按照欧洲经济委员会第117号法规要求进行室外性能测试，测试结果如下：噪声 73 dB（A），抗湿滑指数 1.15，雪地性能指数 1.39，各项性能均满足法规要求。

5 结语

我公司385/65R22.5全天候全钢载重子午线轮胎的充气外缘尺寸、耐久性能、滚动阻力、噪声、抗湿滑性能、雪地性能均满足相应设计要求，已经申请并获得欧盟R117证书，产品投放市场后，其优异的雪地性能和低油耗表现获得用户好评，市场竞争力强。