385/65R22.5 24PR 164J AM211宽基子午线轮胎耐久性能的提高

王 雪，鞠 浩，孙宗涛，吕 伟，曲家玉，任世夺，黄孝鹏

[浦林成山（山东）轮胎有限公司，山东 荣成 264300]

随着市场发展，轮胎逐渐向着子午化、无内胎化、低扁平化、单胎化等趋势发展[1-2]。宽基轮胎采用单胎方式替代普通断面轮胎的双胎并装方式，具有承载能力高、质量小、维护保养便利以及滚动阻力和油耗低的优势，同时可以解决因双胎并装而引起的轮胎异常磨损等问题[3-5]。虽然宽基轮胎具有较多优势，但轮胎低扁平化、高负荷和深花纹沟会影响其耐久性能[6-8]。为适应俄罗斯市场需求，我公司将385/65R22.5 AM211宽基子午线轮胎由20PR增大至24PR，单胎负荷由4 500 kg提升至5 000 kg。该轮胎多用于驱动轮位，花纹深度较大，对耐久性能提出了更高的要求。

本工作从骨架材料、胎肩垫胶、胎面和带束层宽度等方面入手，进行提高385/65R22.5 24PR 164J AM211宽基子午线轮胎耐久性能的研究。

1 骨架材料

1.1 带束层

采用4层带束层结构，1#—3#带束层均使用3 ＋8×0.33HT 钢丝帘线，4#带束层使用5×0.35HT钢丝帘线，带束层安全倍数为6.8，满足研发要求[9-12]。

1.2 胎体

胎体采用3＋9＋15×0.20ST钢丝帘线，安全倍数为9.2，满足研发要求。

1.3 胎圈

钢丝圈采用Φ1.83 mm胎圈钢丝，排列方式为8-9-10-11-10-9，共57根。钢丝圈安全倍数为8.0，满足研发要求[9-12]。

通过对上述骨架材料进行评估，决定保持原有骨架材料不变，即24PR和20PR的385/65R22.5 AM211轮胎采用相同的骨架材料。

2 胎肩垫胶

胎肩垫胶结构如图1所示。根据经验，385/65R22.5 24PR轮胎的胎肩垫胶最大厚度仍保持6 mm比较适宜。

图1 胎肩垫胶结构示意

3 胎面

结合该轮胎实际接地印痕略微内凹的特征，实际断面肩部花纹沟底胶厚度略大，因此对胎面肩部口型设计进行优化，如图2所示，即胎面肩部最大厚度由25.5 mm降至24.5 mm。

图2 胎面肩部口型示意

4 带束层宽度

全钢子午线轮胎带束层设计时要充分考虑各带束层端点间的差级、带束层端点与花纹沟的避让问题，2#带束层宽度与行驶面宽度之比（c）及胎冠与胎侧的刚度比。本次设计带束层宽度调整方案如表1所示。采用有限元分析软件对胎肩部位进行仿真分析，对比带束层宽度对轮胎外缘尺寸及胎肩部位应变能密度的影响，结果如表2所示。不同方案轮胎胎肩部位剪切应变云图如图3所示。

表1 带束层宽度调整方案

表2 带束层宽度对轮胎外缘尺寸及胎肩部位应变能密度影响的有限元分析结果

图3 不同方案轮胎胎肩部位剪切应变云图

从表1和2以及图3可以得出以下结论。

（1）方案1—4带束层宽度调整对轮胎充气断面宽与充气外直径影响不大。

（2）与原方案相比，方案1增大了1#带束层与2#带束层、2#带束层与3#带束层的端点差值，由原来的10 mm差值调整到13 mm。方案1轮胎的胎肩部位应变能密度小于原方案轮胎，表明适当增大1#带束层与2#带束层、2#带束层与3#带束层的端点差值有助于提高轮胎的耐久性能。

（3）与方案1相比，方案2考虑到带束层端点要避开花纹沟，将4#带束层宽度减小。方案2轮胎胎肩部位的应变能密度小于方案1轮胎，方案2轮胎的耐久性能优于方案1轮胎。

（4）方案2—4。在保证1#带束层与2#带束层、2#带束层与3#带束层端点差值为13 mm，4#带束层宽度不变的条件下，对c进行了调整，分别为91%，89%，86%。结果表明，c越小，轮胎胎肩部位的应变能密度越小，越有利于提高轮胎的耐久性能，理论上，方案4轮胎的耐久性能最佳。

可见，并非带束层宽度越大，对轮胎的耐久性能越有利，而合理的带束层宽度配置既有利于提高轮胎的耐久性能，又可以节约生产成本。

5 轮胎的耐久性能

采用优化胎面肩部口型设计和方案4试制385/65R22.5 24PR 164J AM211轮胎（其他半成品施工、成型和硫化工艺与原方案轮胎一致）进行耐久性能测试，试验条件如表3所示。

表3 轮胎的耐久性能试验条件

轮胎耐久性能试验结果表明：试验轮胎累计行驶时间为78 h，轮胎损坏形式为轮胎脱层；原方案轮胎累计行驶时间为60 h，轮胎损坏形式为胎冠爆破，可见通过对胎面肩部口型及带束层宽度进行优化设计，轮胎的耐久性能显著提高，增幅为30%，不仅达到国家标准要求的47 h，而且达到了企业标准要求的67 h，可以进入投产阶段。

6 结论

本工作从骨架材料、胎肩垫胶、胎面和带束层宽度等方面入手，结合有限元分析技术进行提高轮胎耐久性能的研究。通过对胎面肩部口型及带束层宽度进行优化设计，显著提高了385/65R22.5 24PR AM211宽基子午线轮胎的耐久性能，提高了产品的市场竞争力，同时优化了生产成本。