新能源中型巴士专用10R22.5全钢载重子午线轮胎的设计.pdf
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1、402 轮胎工业 2023年第43卷新能源中型巴士专用10R22.5全钢载重子午线轮胎的设计杨萌,高兴鹏,高同舜,张春颖,张宝亮,王天石,罗哲(青岛双星轮胎工业有限公司,山东 青岛266400)摘要:介绍新能源中型巴士专用10R22.5全钢载重子午线轮胎的设计。结构设计:外直径1 020 mm,断面宽260 mm,行驶面宽度203 mm,行驶面弧度高6.3 mm,胎圈着合直径569.5 mm,胎圈着合宽度203 mm,断面水平轴位置(H1/H2)0.846 3,胎面采用4条纵向直线花纹主沟设计,花纹深度15.5 mm,花纹饱和度78.39%,花 纹 周 节 数63。施 工 设 计:采 用 双
2、复 合 挤 出 胎 面,带 束 层 采 用3层30.2060.35HT钢 丝 帘 线,胎 体 采 用30.24/90.225CCST钢丝帘线,采用侧包冠成型工艺,采用液氮热板式硫化机硫化。成品性能试验结果表明,轮胎的充气外缘尺寸、强度性能、耐久性能和高速性能达到国家标准和企业标准要求。关键词:新能源中型巴士;全钢载重子午线轮胎;结构设计;施工设计;耐久性能中图分类号:U463.341.3/.6;TQ336.1 文章编号:1006-8171(2023)07-0402-04文献标志码:ADOI:10.12135/j.issn.1006-8171.2023.07.0402自2010年我国提出要重点培
3、育新能源汽车产业以来,每年都有相关的产业政策、财政补贴或税费减免来支持新能源汽车产业的发展。据统计,目前我国新能源汽车产销量以每年50%左右的速度增长1-3。未来,我国新能源汽车的市场占比将进一步增大,对相应新能源汽车轮胎的需求量也将逐步增大。为增强企业的竞争力,我公司根据用户需求,成功开发了新能源中型巴士专用轮胎。现将新能源中型巴士专用10R22.5全钢载重子午线轮胎的设计情况介绍如下。1技术要求通过市场调研及与客户沟通,并根据GB/T 29772016,确定新能源中型巴士专用10R22.5全钢载重子午线轮胎的主要技术参数为:标准轮辋7.50,充气外直径(D)1 019(1 0061 033
4、)mm,充气断面宽(B)254(244264)mm,层级16,标准充气压力900 kPa,单胎最大标准负荷2 800 kg。2结构设计2.1外直径(D)和断面宽(B)鉴于全钢载重子午线轮胎的结构特性,轮胎充气后外直径膨胀小4-5,根据以往产品的设计经验及实际生产过程的工艺情况,本次设计D取 1 020 mm,外直径膨胀率(D/D)为0.999 0。选取轮胎断面宽时需考虑胎体、带束层钢丝帘线的伸张率以及胎圈着合宽度(C)的取值。本次设计B取260 mm,断面宽膨胀率(B/B)为 0.976 9。2.2行驶面宽度(b)和弧度高(h)b和h对轮胎的高速性能、附着性能、牵引性能、耐久性能、耐磨性能和滚
5、动阻力等使用性能以及接地性能有很大影响,该产品主要考虑驾乘舒适性、安全性和使用寿命,综合各种因素,本次设计胎冠弧采取两段弧设计,b取203 mm,h取6.3 mm,h/断面高(H)为0.028。2.3胎圈着合直径(d)和C胎圈部位的尺寸需要根据标准轮辋的曲线来设计。d和C取值既应该满足轮胎与轮辋的紧密配合,保证轮胎的气密性,又要考虑轮胎拆装方便作者简介:杨萌(1987),女,山东青岛人,青岛双星轮胎工业有限公司工程师,硕士,主要从事全钢子午线轮胎的结构设计 工作。E-mail:OSID开放科学标识码(扫码与作者交流)第 7 期 杨萌 新能源中型巴士专用10R22.5全钢载重子午线轮胎的设计 4
6、03性。轮辋的标准着合直径为571.5 mm,由于采用胎圈与轮辋过盈配合设计,d取569.5 mm,C取203 mm,即采用大12.7 mm(0.5英寸)设计。2.4断面水平轴位置(H1/H2)断面水平轴是轮胎断面最宽处,该处轮胎断面最薄、胎体屈挠最大,因此,H1/H2取值对轮胎寿命和性能有很大影响6。H1/H2取值偏小,会造成下胎侧与胎圈部位的应变增大,断面内剪切应力增大,即胎圈部位应力集中,导致胎圈断裂或脱层;H1/H2取值偏大,会造成胎肩及下胎侧部位应变增大,断面内骨架层间剪切应力增大,即胎肩部位应力集中,导致肩空或肩裂等早期损坏。综合考虑,本次设计H1/H2取0.846 3。轮胎断面轮
7、廓如图1所示。图1轮胎断面轮廓示意2.5胎面花纹胎面花纹关乎轮胎附着力、行驶稳定性和安全性7,因此,合理的花纹设计是保证轮胎具有良好使用性能的前提。考虑该产品的使用特点及良好的行驶路况,该产品设计为4条纵向直线花纹主沟,加以流线型横向钢片,既赋予轮胎超强的导向性能和抗侧滑性能,又能打破水膜,增加轮胎的抓着力,保证操控稳定性和安全性能;花纹沟采用仿生膨胀设计,噪声更低、驾乘更舒适;合理的行驶面弧度和分型面宽度设计,使胎面磨耗更均匀,防止轮胎畸磨和偏磨;肩部傍花设计,有利于散热,预防肩空或脱层现象。根据目标市场的实际应用情况,该产品花纹深度取15.5 mm,花纹饱和度取78.39%,花纹周节数取6
8、3,采用变节距设计。胎面花纹展开以及轮胎三维造型分别如图 2和3所示。图2胎面花纹展开示意图3轮胎三维造型示意3施工设计3.1胎面胎面是轮胎与地面接触的部位,是轮胎的最表层,冠部保护胎体缓冲层、帘布层免受刺伤、割破和承受冲击、磨损;通过花纹传递牵引力,转向力和制动力。因此,要求胎面必须具有良好的耐磨性能,有一定的抓着性能和防侧滑性能,而且要求耐日光老化和耐臭氧老化、抗刺扎,以减少崩花掉块等现象。本次胎面设计为胎面胶、基部胶、缓冲胶片的形式,使用双复合挤出机挤出。胎面胶采用超耐磨炭黑,补强性能优异,以保证良好的耐磨性能;基部胶采用低生热配方,可有效降低肩部生热,减少轮胎肩空等缺陷。胎面结构见图4
9、。3.2带束层带束层作为胎体帘布与胎面之间的中间层,404 轮胎工业 2023年第43卷?图4胎面结构示意既部分吸收轮胎行驶过程的冲击,也承受由于轮胎滚动、牵引、制动、侧滑所产生的胎面与胎体间的剪切应力,保护帘布层不因应力集中而发生早期损坏。采用3层带束层结构,选取30.2060.35HT钢丝帘线应用于1#,2#和3#带束层8。经过有限元分析,改变带束层原有角度,以减小轮胎外直径膨胀,带束层角度设计为24,18和18,2#带束层上贴大包胶片,以增强层间粘合力、提升轮胎性能。经过计算,带束层安全倍数为6.9,可以达到客户使用要求。3.3胎体胎体是轮胎的主体结构,保证外胎有必要的强度和承受一定的气
10、压和负荷,承受外部的冲击,固定轮胎的外缘尺寸。根据新能源巴士实际路况及车况9,考虑轮胎的承载能力、刚性及屈挠等特性,胎体选用30.24/90.225CCST高强度钢丝帘线,安全倍数为7.87,可以达到客户使用要求。3.4胎圈钢丝圈稳固地将轮胎固定在轮辋上,箍紧胎体与轮辋呈一体,防止轮胎由于充气压力和外力作用而产生变形,使汽车在行驶时不发生摇晃,同时传递旋转和扭转力矩。钢丝圈使用直径为1.55 mm的高碳钢丝,排列方式为7-8-9-10-9-8-7,共58根钢丝,呈正六角形,安全倍数为8.67,可以保证胎圈具有足够的强度和刚性来满足使用 要求。3.5成型成型机机头直径为535 mm,平面宽为61
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