235_75R17.5低滚动阻力子午线轮胎的设计优化.pdf
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1、第 8 期 高同舜等 235/75R17.5低滚动阻力子午线轮胎的设计优化 461235/75R17.5低滚动阻力子午线轮胎的设计优化高同舜,王洋,高兴鹏,赵玉娜,李子奇,曹飞(青岛双星轮胎工业有限公司,山东 青岛266400)摘要:介绍235/75R17.5低滚动阻力子午线轮胎的设计优化。结构设计参数不变,即外直径794 mm,断面宽236 mm,行驶面宽度188 mm,行驶面弧度高6 mm,胎圈着合直径443.5 mm,胎圈着合宽度184 mm,断面水平轴位置(H1/H2)1.002 86。采取优化措施为:采用低滚动阻力胎面胶和胎侧胶配方,胎面采用胎冠胶小翼胶复合形式挤出,胎体采用30.2
2、4/90.225CCST钢丝帘线替代390.220.15NT钢丝帘线,带束层采用270.30ST钢丝帘线替代430.33ST和39150.220.15NT钢丝帘线,优化胎圈部位材料分布,采用低温硫化工艺。成品性能试验结果表明,优化轮胎的耐久性能提高,高速性能达到企业标准要求,滚动阻力系数为6.12 NkN-1,满足市场要求。关键词:低滚动阻力轮胎;子午线轮胎;设计优化;耐久性能;高速性能;滚动阻力系数中图分类号:U463.341.3/.6;TQ336.1 文章编号:1006-8171(2023)08-0461-04文献标志码:ADOI:10.12135/j.issn.1006-8171.202
3、3.08.0461为防止全球变暖,减少二氧化碳排放,引导消费者使用环保轮胎产品,欧盟和美国等地区和国家已相继出台了轮胎标签法,对轮胎的滚动阻力、抗湿滑性能和噪声提出了限值要求1-4。韩国、巴西、沙特阿拉伯等从2022年开始也实行与欧洲相同的轮胎标签要求5-6。根据欧盟轮胎标签法第二阶段要求,载重汽车轮胎及客车轮胎(C3)滚动阻力系数应不大于6.5 NkN-1。为满足国外轮胎市场需求,同时改善产品性能,提高产品附加值,我公司对载重轮胎的设计进行优化。现将235/75R17.5低滚动阻力子午线轮胎的设计优化情况介绍如下。1技术要求根据韩国标签法要求,出口到韩国市场的235/75R17.5子午线轮胎
4、需要满足滚动阻力系数不大于6.5 NkN-1的要求。我公司原成熟产品235/75R17.5子午线轮胎的滚动阻力系数为7.3 NkN-1,因客户要求产品外观不能发生变化,需在其基础上进行设计优化,原成熟产品的主要技术参数为:标准轮辋6.75,充气外直径(D)797(787807)mm,充 气 断 面 宽(B)236(224242)mm,标准充气压力775 kPa,标准负荷2 000 kg。235/75R17.5低滚动阻力子午线轮胎的D和B分别为798和238 mm,其他技术参数不变7-9。2结构设计由于客户要求低滚动阻力轮胎的外观与原成熟产品相同,因此本设计外直径(D)和断面宽(B)均保持原设计
5、参数不变,D取794 mm,B取236 mm,外直径膨胀率(D/D)为1.005 04,断面宽膨胀率(B/B)为1.008 48,原设计D/D和B/B分别为1.003 78和1.0。同时以下结构设计参数均未发生改变:行驶面宽度188 mm,行驶面弧度高6 mm,胎圈着合直径443.5 mm,胎圈着合宽度184 mm,断面水平轴位置(H1/H2)1.002 86。轮胎断面轮廓如图1所示。胎面花纹展开及轮胎花纹立体效果分别如图2和3所示。3配方设计3.1胎面胶胎面对轮胎低滚动阻力性能影响非常重要。采用低滚动阻力胎面胶配方,与正常胎面胶配方相比,低滚动阻力胎面胶配方生胶体系由全天然作者简介:高同舜(
6、1992),男,山东潍坊人,青岛双星轮胎工业有限公司工程师,学士,主要从事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)462 轮胎工业 2023年第43卷图1轮胎断面轮廓示意图2胎面花纹展开示意图3轮胎花纹立体效果橡胶(NR)调整为NR/钕系顺丁橡胶(BR)并用,钕系BR的玻璃化温度低,柔顺性好,具有强度高、生热低和抗湿滑等优点;补强体系减小普通炭黑用量,由高分散性白炭黑替代,并添加白炭黑分散剂,以提高其在胶料中的分散性,从而提高胶料物理性能的稳定性10。3.2胎侧胶采用低滚动阻力胎侧胶配方,即采用钕系BR替代高顺式BR,并适当减小炭黑用量,同时添加高分散性白炭黑
7、11。高分散性白炭黑补强性好,生热较低,有利于降低轮胎的滚动阻力,同时可以提高胶料的抗撕裂性能和耐老化性能。4施工设计4.1胎面胎面直接接触地面,对轮胎的接地印痕和滚动阻力有直接影响。根据经验,采用胎面胶大基部胶复合挤出形式更有利于降低胎冠生热,胎冠部位能量损失更小。但该产品因胎冠厚度较小,花纹沟底胶厚度为4 mm,若采用该种形式挤出,基部胶厚度为3 mm,实际生产挤出时若基部胶厚度出现波动,会造成基部胶厚度超出公差,基部胶渗透到花纹沟位置,会导致轮胎使用后期出现花纹沟底裂口等问题,为规避此风险,胎面采用胎冠胶小翼胶复合形式挤出。在对现有成熟产品轮胎断面进行分析时发现,胎冠基部胶中部偏厚,为保
8、证胎冠胶的平滑过渡及达到改善接地印痕的效果,对胎面挤出口型进行调整,减小胎面挤出口型中厚和肩下尺寸,即胎面挤出口型中厚由13 mm减小至12.5 mm,肩下尺寸由14.5 mm减小至13 mm。调整后胎面挤出口型如图4所示。12.513218170?图4调整后胎面挤出口型示意经研究,接地印痕对轮胎滚动阻力有0.2 NkN-1左右的影响,当接地印痕的胎面中心偏圆形时,对滚动阻力有利,但接地印痕的胎面过圆,会出现胎肩偏磨等问题。原轮胎和优化轮胎的接地印痕分别如图5和6所示。通过调整胎侧耐磨胶口型尺寸以及胎圈包布和胎体宽度,对胎圈部位材料分布进行优化,耐磨胶高度降低可有效减少成型后轮胎出现耐磨胶打褶
9、问题,从而避免轮胎在实际使用中出现胎圈裂 口现象。4.2胎体胎体作为轮胎的主要骨架支撑部位,用来承受轮胎的负荷、内部的空气压力及横向的剪切力等。胎体采用30.24/90.225CCST钢丝帘线替代390.220.15NT钢丝帘线,胎体质量减第 8 期 高同舜等 235/75R17.5低滚动阻力子午线轮胎的设计优化 463图5原轮胎接地印痕图6优化轮胎接地印痕小6%,帘布强度提高18%,优化后胎体安全倍数为12.69,达到客户使用要求。4.3带束层带束层作为子午线轮胎的主要受力部件,其设计的合理与否,对轮胎滚动阻力有重要影响。优化设计采用3层带束层0带束层结构,0带束层可以显著提升轮胎刚性。借鉴
10、我公司在7.50R16轮胎上的测试结果,0带束层结构的轮胎滚动阻力比非0带束层结构的轮胎可降低10%。0带束层使用370.20HE钢丝帘线,3层带束层使用270.30ST钢丝帘线(原设计1#带束层使用430.33ST钢丝帘线,2#带束层使用39150.220.15NT钢丝帘线),在帘布强度与原带束层帘布相当的情况下,带束层质量可减小24%。1#带束层帘布角度为24,2#和3#带束层帘布角度为15。带束层安全倍数为8.133,可以达到客户使用要求。4.4成型成型机机头直径为416 mm,平面宽为517 mm。为保证轮胎质量的稳定性,各部件接头要求按一定角度均匀分布,胶部件接头要求刷汽油打毛后压实
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