12R22.5低滚阻全钢载重子午线轮胎导向轮的设计

12R22.5低滚阻全钢载重 子午线轮胎导向轮的设计
李本超 王业敬 高 原 孙美丽
山东华盛橡胶有限公司
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应用技术
APPLIED TECHNOLOGY
二、结构设计
1.外直径（D ）和断面宽（B ）全钢载重子午线轮胎充气后受到沿圆周方向钢丝带束层的箍紧作用，外直径D 及断面宽度B 变化较小，根据设计的需要，一般B 取值较小，D 就要取值较大。

结合标准及其他设计经验数据，考虑轮胎充气膨胀率，综合权衡确定D 的取值。

本设计中，D 取值1079mm ，B 取298mm 。

2.行驶面宽度（b ）和弧度高（h ）行驶面宽度b 的确定，要以轮辋宽度R m 为基准。

一般情况下，行驶面宽b =Rm ±15mm ，最终要根据实际需要来确定具体取值。

高速路和路况较好的条件下，b 值较小；较差和恶劣路况，速度较低，b 值较大。

h 的选取与b 数值的确定密切相关，行驶面较宽，相应h 较大；行驶面较窄，相应h 较小。

为获得导向轮静负荷下较好的接地印痕，以及产品低滚动阻力的需要，根据实际情况权衡确定，本设计b 取230mm ， h 取7.8mm 。

3.胎圈着合直径（d ）和着合宽度（C ）着合直径的取值，应满足装卸方便、着和紧密的要求。

胎圈与轮辋装配过盈量过大时，轮胎装卸困难，且影响胎圈安全性；过盈量过小，轮胎不能与轮辋紧密配合，无内胎子午线轮胎容易漏气。

装于深槽轮辋的载重子午线无内胎轮胎，轮胎的着合直径d 一般要小于轮辋的标定直径，以满足过盈配合的要求，使轮胎紧箍于轮辋上，提高牵引性能，避免磨子口现象。

此处，着合直径较轮辋相应部位直径（571.5mm ）小2mm ，d 取569.5mm ；着合宽度C ，一般无内胎载重子午线轮胎胎圈大于轮辋宽度半英寸或1英寸（25.4mm ），b 的取值与C 的取值接近，用来增大轮胎的弹性值，提高轮胎整体舒适性。

本设计C 取228mm ，胎圈部位设计为20度和25度两段直线连接。

4.断面水平轴位置（H 1/H 2）
断面水平轴位于全钢载重子午线轮胎断面最宽处，对轮胎的使用性能及寿命起决定性作用。

由于子午线轮胎胎体帘线呈径向
排列，胎圈钢丝圈受力较大，断面水平轴稍微上移可以减小下胎侧区域的应力和胎圈应力。

本设计产品主要作为导向轮设计开发使用，因此综合考虑节油和舒适性能，H 1/H 2取0.994。

轮胎断面外轮廓示意见图1。

5.胎面花纹
RL501主要作为全钢载重子午线轮胎导向轮使用，胎面花纹设计为4条主沟花纹。

为了减小使用过程中的噪声，该花纹设计采用变节距花纹，L （长节距）、M （中节距）、S （短节距）的节距比为19∶41∶21，共计81个节距交替排列。

该花纹设计中间为两条V 型沟，两侧为两条S 型波浪沟；胎面增加细刀槽设计，采用开放式胎肩设计；花纹沟底增加弹石块设计，可有效减少行驶过程中的夹石和肩空现象的发生。

胎面采用低滚阻节油导向轮专用配方，具有优异的操控舒适性能。

本设计花纹深度为15.5mm ，花纹饱和度为78.46%。

花纹沟底采用全圆弧过渡设计，有效避免沟裂现象的发生。

轮胎胎面花纹平面图见图2，轮胎花纹三维设计效果见图3。

三、施工设计
1.胎面、胎侧和胶芯设计
为了满足导向轮的节油、低生热、高速舒适性能，并避免冠空病象的发生，本设计胎面采用冠部胶和基部胶全分层结构设计。

胎面胶采用低滚阻、低生热胶料配方，保证图1 
轮胎断面外轮廓示意图
应用技术
APPLIED TECHNOLOGY
冠部具有良好的节油高速性能；胎侧采用三复合胶结构（胎侧胶/子口护胶/轮辋护胶），胶芯采用软、硬胶复合结构，以提高轮胎的耐久性能及舒适性能。

胎面胶结构见图4，胎侧胶结构见图5，胶芯结构见图6。

2.胎体和带束层
本设计的胎体骨架结构，选用0.25＋（6＋12）×0.225HT 钢丝帘线，最小破断力为2225N ，胎体压延密度为60，胎体安全倍
数为8.5倍。

采用4层带束层结构，1#带束层采用3×0.2+6×0.35HT 钢丝帘线，2#、3#带束层采用3×0.15+6×0.27HT 钢丝帘线，4#带束层采用5×0.3HI 钢丝帘线。

其中，1#带束层裁断角度为52度，2#、3#和4#带束层裁断角度为18度。

3.胎圈
为提高胎圈耐久性能，胶芯采用软、硬胶芯复合结构。

本设计钢丝圈采用直径为1.55mm 镀锌回火钢丝，总根数为65根，排列方式为8-9-10-11-10-9-8，钢丝覆胶后直径为1.75mm 。

钢丝圈安全倍数大于8。

4.成型
成型采用一次法三鼓成型机，机头直径
图2 
轮胎胎面花纹平面图
图3 轮胎花纹三维设计效果图
图6 胶芯结构图
胎的动平衡和均匀性性能。

该方法工艺参数
较为稳定，半成品部件定位精度较高，部件贴合较为密实。

5.硫化
硫化采用热板式硫化机氮气硫化工艺，一次定型氮气压力为0.003～0.006MPa ，二次定型氮气压力为0.006～0.009MPa ，高
为535mm ，机头宽度710mm 。

成型过程中，半成品部件定点分布，接头错开，以保证轮
软胶心
硬胶心
图5 胎侧胶结构图
胎侧胶
轮胎护胶
子口护胶
图4 胎面胶结构图
粘合胶片
低滚阻导向轮专用胎面胶
基部胶
应
用
技术APPLIED TECHNOLOGY
化时间为49min。

四、配方设计
1.胎面胶
优化后的生胶组合胎面胶配方，以综合
性能较好的天然胶为主，同时配合弹性较好
的合成胶，补强体系采用炭黑/白炭黑硅烷
偶联剂并用，使轮胎具有较低的滚动阻力，
基部胶采用低生热配方，降低胎面胶生热，
提高轮胎的耐久性。

2.胎侧及子口护胶
为保证胎侧及子口护胶胶料具有较好的
弹性及屈挠性能，采用以天然胶/顺丁胶并
用的组合形式。

同时，胎侧胶使用弹性好、
生热低的补强填充体系。

五、成品性能
1.外缘尺寸
按国家标准GB/T 521-2012，安装于9.00
标准轮辋上，测试在标准气压930kPa下的
成品轮胎外缘尺寸。

轮胎的充气外直径D′
和充气断面宽B′分别为1084mm和305mm。

通过3D扫描标准气压下产品外轮廓尺寸变
化，均符合设计要求。

至第4点破坏能均达到国家标准要求，第
5点压穿破坏能为4077.98J，为标准值的
185%。

成品轮胎强度性能达到国家标准的
要求。

强度试验结果见表1。

3.耐久性能
成品轮胎耐久性能按国家标准GB/T 4501-
2016测试，试验轮胎充气压力为930kPa，
试验速度65km/h，达到100%负荷后，按照
10%逐级增加。

耐久试验结果见表2，成品
轮胎累计行驶时间为106.75h，累计行驶里
程为6937.6km。

成品轮胎耐久性能达到国
家标准要求。

4.滚阻系数
成品轮胎参照国家标准GB/T 29042-
2020评定滚阻系数。

试验轮胎充气压力
为930kPa，试验速度80km/h，实验温度为
25℃，滚动阻力系数测定值为4.625。

六、结论
本设计12R22.5 18PR RL501低滚阻全
钢载重子午线轮胎导向轮的充气外缘尺寸、
强度性能、耐久性能和滚阻系数，均达到设
计效果和国家标准要求。

产品投入市场以
来，其优越的节油舒适性能得到了消费者一
致好评，取得了较好的经济效益。

中国
橡胶
应
用
技
术
APPLIED TECHNOLOGY
朱世强 李耀刚
浙江科达利实业有限公司
朱世强（1979-），男，河南开封人，浙江科达利实业有限公司工程师，主要研究汽车胶管配方
（EPDM、丁基、AEM汽车用空调软管胶料）和汽车刹车管配方胶料等。

作者简介
随着石油化工、煤炭、钢铁、汽车工
业不断发展，编织（缠绕）输送蒸汽三元乙
丙橡胶（EPDM）胶管得以广泛应用，且对
胶管的使用环境和技术要求不断提高。

因
此，改进和提高编织（缠绕）蒸汽EPDM胶
管的质量显得越来越重要。

现有编织（缠
绕）输送蒸汽EPDM胶管的结构为：内层橡
胶EPDM→编织（缠绕）骨架层（镀铜钢丝、
浸胶聚酯线）→外层橡胶EPDM。

此结构胶
管的大规格长米生产，不能使用EPDM胶芯
棒，否则会产生芯棒与内胶粘连，不便于硫
化好的胶管脱芯，影响产品质量。

为此，笔
者从分析研究胶芯胶种入手，采用丁腈橡胶
（NBR）作为胶芯，经小试、中试、大试，
着力改进芯棒与EPDM内胶不粘、胶管尺寸
稳定等性能，来保证胶管的整体质量。

目前，生产胶管的工艺方法有3种，分
别为无芯法、硬芯法、软芯法。

其中，无
芯法产品尺寸和质量不稳定，已逐渐被淘
汰；硬芯法受生产效率和胶管尺寸限制，一
般应用于大口径胶管生产，而且产品长度受
限制；相比而言，软芯法具有尺寸稳定、长
米数生产、效率高等优点，在生产企业中得
以广泛应用。

软芯法也分两种：一种是PP、
PA、TPX（冬季发硬使用过程收卷弯曲受限）
等塑料芯棒；另一种是橡胶芯棒（EPDM、
NBR等）。

本文介绍NBR胶芯的配方设计、
加工工艺，以及使用性能。

一、实验
1.主要原材料
NBR牌号4155，镇江南帝化工有限公
司；纳米氧化锌，洛阳蓝天化工科技有限
公司；炭黑N774，龙星化工股份有限公司；
液体丁腈橡胶牌号LR820，青岛王氏兄弟
橡塑科技有限公司；双叔丁基过氧化二异
丙苯（BIBP）牌号96%，法国阿科玛公司；
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