7.00-16 14PR山地型轻卡轮胎的结构设计

天野

7.00-16 14PR山地型轻卡轮胎的结构设计
    轻型载重汽车轮胎使用范围广，轻型汽车、农用运输车均可使用。近年来，随着农用运输车社会保有量的日益增加，轻卡汽车轮胎的市场需求将不断扩大。鹤壁环燕轮胎公司1997年设计生产的7.00-16轻卡轮胎，室内试验和实际使用性能优异，尤其在我国北方市场深受用户好评，产销量持续上升。但是在南方的部分省份，该规格质量问题较多，主要表现为肩空和不耐磨，严重影响了公司的市场销售。对此，公司派遣工程技术人员深入南方市场，进行了详细的调查研究，并根据市场细分的原则，对症下药，及时设计制造了适合南方山地路面使用的7.00-16 14PR轻卡轮胎。
4 F3 Y3 g% y9 z. a一、技术特征和使用性能要求的确定
7.00-16 14PR轮胎是国家质监总局最新批准发布的增强型轻载轮胎国标产品之一，是适应市场运输需求的产物。本设计技术特征参数参照GB9744-1997。新胎充气外直径D=(775+9.3)mm，断面宽B=(200+7.0)mm。依据7.00-16 12PR最大负荷对应气压，向上递增100KPa，确定7.00-16 14PR气压为730KPa。经计算确定单胎最大负荷为1320Kg。
市场调查发现，我国南方山区多，道路状况差，轮胎的使用条件十分恶劣。7.00-16 14PR轮胎70%以上用于农用运输车或改型拖拉机，行驶速度一般不超过60km/h；超载严重，轮胎的实际载荷为额定负荷的150%-250%。从退赔的胎来看，轮胎花纹严重变形，胎冠花纹沟闭合，胎肩花纹块有接地磨损的痕迹；轮胎行使面粗糙，有大小不等的裂口，为刺扎所致。以上充分证明了超载和路况差的使用条件。另外，用户反映轮胎不耐磨，部分轮胎行驶里程不足2万公里。鉴于以上情况，7.00-16 14PR的设计以提高轮胎载荷能力和耐磨性为目标，突出山地型轮胎结实耐用的特点，轮胎一次性行驶里程要求达到3万公里以上。
3 Y+ b+ G& W2 O" f5 N( a5 S" _4 k二、轮胎结构设计
6 H/ Y. C* Y0 [! U1、技术设计
& r) \1 I- A5 G; c5 a①模型外直径D和断面宽B
6 s6 z  A/ x; g: C! K轮胎的承载能力可以用Q=(3.2VT2P2+580VTP)/( VTP+30)表示。
' x  T. i; |* v+ U3 H* k- Y式中Q—轮胎的承载能力；VT—充气轮胎的内腔容积；P—充气压力。
; X. X# j* a1 e4 |4 Y- g2 V) e从上式可以看出，轮胎的承载能力与轮胎充气压力和内腔容积有直接关系，而轮胎
# e) g" n, C9 p7 f的内腔容积与轮胎外直径和断面宽有关。因此，为提高轮胎的承载能力，在保证轮胎充气外缘尺寸符合技术要求的前提下，应设计较大的模型尺寸。
根据以上分析，轮胎充气外直径取上限值，充气断面宽取中限值，结合斜交轮胎充气后外缘尺寸的变化特点，参考相近规格的膨胀系数，确定模型外直径D=780mm；断面宽B=180mm。轮胎模型断面高宽比（H/B）增大，外直径膨胀系数（D’/D）相应减小，有利于改善轮胎的耐磨性和抗刺扎性。
②轮胎行驶面宽度b和弧度高h
$ g& K8 |0 ~  D/ d6 `0 n增大行驶面宽度b，轮胎接地面积较大，在相同负荷的条件下，单位面积上的压强相应减小；减小弧度高h，胎冠弧度相对平坦，轮胎在运转过程中，行驶面接地展平时，径向滑移减小。所以增大行驶面宽度b和减小弧度高h均能提高轮胎的耐磨性能。行驶面宽度b=146mm，b/B=0.811；弧度高h=8mm，h/H=0.043。
8 m3 B4 U" U* s③胎圈着合直径d和着合宽度c
& O# z9 R* n0 ?为使轮胎胎圈与轮辋紧密固定，着合直径与轮辋直径取过盈配合。轮辋的标定直径为405.6mm，取着合直径d=405mm。依据标准轮辋宽度确定着合宽度c=140mm。
④断面水平轴位置（H1/H2）
6 G3 @9 g2 k. ?' l% y2 I: X断面水平轴位于断面最宽点，是轮胎法向负荷下屈挠变形最大的部位，与轮胎断面厚度最薄部位对应。断面水平轴实际上是虚拟的，其位置往往因材料分布和轮胎使用条件的变化而在一定范围内上下移动。本设计确定 H1/H2=0.806。
% z# z' W( O  L  Z) k  m  W& s) O8 w8 b' V⑤胎面花纹设计
设计花纹深度取12mm，较原设计提高2mm，以增加轮胎的使用寿命。花纹类型选用耐磨性好且市场流行的八角花纹。花纹周节沿圆周42等分，花纹块饱和度为78.3%。胎肩采用阶梯形设计，并取消胎肩花纹块的小花纹沟，以提高胎肩的支撑性能。
6 z$ d2 ?4 w+ Z) ?; {, G2、施工设计
①胎体帘线的选择及帘线安全系数
. |% A" C/ m& l3 i- I5 p: F5 H胎体使用8层锦纶1400dtex/2帘线，胎体挺实，超载时可减小下沉量，减少胎体变形，同时减小了单根帘线所受的张力。胎体帘线的安全系数达到13倍。
②缓冲层
原设计缓冲层为两窄结构，在实际施工中，对操作工技能和责任心要求较高，稍有疏忽，缓冲层端点就有可能落入胎肩应力集中区域，造成轮胎早期肩空。为消除隐患，同时兼顾肩部材料厚度，本设计缓冲层改用一宽一窄结构，缓冲层帘布延伸至胎肩切线下端点，窄缓冲层宽度小于行驶面的15%。
③胎圈包布应用尼龙帆布
胎圈包布采用尼龙帆布，与其胎体帘布和胎侧胶的粘合强度均大于维纶帆布，且尼龙帆布耐磨性好，可进一步提高胎圈质量。
- F% i3 N+ J3 A* l; S④成型机头
$ F. v; e6 d! m5 N  m原设计的7.00-16硫化胎圈易产生裂纹，虽采取过一些措施，均没有明显效果。本次施工设计成型机头直径有500mm改为525mm，胎里直径与机头直径比值相应减小，半成品胎胚定型质量改善，硫化裂纹问题得以彻底结决。
三、胎面胶配方设计
1、生胶体系三胶并用
    传统的载重斜交胎胎面胶配方生胶体系采用玻璃化温度较低的BR和NR并用（并用比为50/50—60/40）。这种胶生热低，适应于较好的路面，在使用初期耐磨性较好，而中后期耐磨性变劣。针对这种情况，生胶体系采用NR/BR/SBR三胶并用，以改善胎面胶的综合物理性能，提高轮胎的耐磨性、抗刺扎性、抗崩花掉块性。
2、使用新工艺炭黑N234
# C+ l7 Y$ L2 n4 D4 ~1 s7 f由于炭黑N220氮吸附比表面积和DBP吸收值均低于炭黑N234，因此炭黑N220硫化胶的耐磨性比炭黑N234硫化胶差。使用新工艺炭黑N234替代传统炭黑N220，胎面胶的定伸应力和硬度提高，耐磨性改善。
四、成品室内试验及实际使用情况
$ e" x. ^2 R6 O( [! H1、物理机械性能
依据GB/T519—1993《充气轮胎物理机械性能实验方法》，进行成品轮胎解剖实验。测试结果见表1。
表1  成品轮胎物理机械性能
% q8 }9 i. [- t/ _项  目        测  量  值
, z: D- i. L; y胎面胶       
4 B. s1 W- P* d' b6 ?% E6 Y拉伸强度/MPa        20.3
; p* W. J/ C0 J8 |8 }扯断伸长率/%        490
0 R/ e- w1 ]3 m1 m7 k/ J: Y, p阿克隆磨耗/cm3        0.173
( C- F1 n. h  q5 _邵尔A型硬度/度        67
胎冠帘线角度/℃        51
帘线拉伸性能       
扯断强力/N        223.0
+ A1 K# \  }2 n* G+ H扯断伸长率/%        19.7
# e: Y) X0 c6 o' g  m7 c: V66.7N定负荷伸长率/%        8.7
9 b, f2 p1 L: x5 q" p2、成品试验
9 n8 H8 g, y. }    7.00-16 14PR超层级产品，我们依据载重汽车轮胎相关的国家标准及企业标准进行了试验。成品性能试验结果见表2。
表2  成品性能试验
' a7 d8 [4 I% P/ X/ a项  目        测量值
, V- ?9 ~+ R# V  B) F充气外直径/mm        781.6
7 B, e2 ]4 ?- P5 I- n4 }* ]充气断面宽/mm        200.7
耐久性能/h        112（未坏）
高速性能/h        9.5（冠空）
轮胎破坏能/J        836.4
! p6 D* B. b% Q注：①耐久试验气压730MPa、负荷1320kg、速度55km/h；②负荷率/ %为65、85、100、110、120、130、140、和150时，对应时间分别为：7h、16h、24h、10h、10h、10h、10h和至损坏；③高速试验通过速度为130km/h。
3、实际使用情况
) k9 N4 v/ ~8 B) C0 W7.00-16 14PR山地型轮胎投放市场以来，基本上没有因质量问题而造成损坏。用户反映，轮胎结实耐用，承载能力较以前有大幅度提高，胎面耐磨、抗刺扎。据调查，有的轮胎行使里程已经超过3万公里，达到了预期目标。

fxhero

楼主辛苦

laolang

哥们注意泄密，太敏感的东西建议私下交流，不要因此被企业把你炒了鱿鱼！！！！

xiaopangdu

外行看了都能设计轮胎了，真是精品，兄弟给你加分

yuera5

这么好没人顶啊？楼主辛苦了，不过“耐久试验气压730MPa”太吓人了吧？

wangyu90

好贴