李志华，刘飞鹏，李 勇，张 夺，李昭帝

（青岛科技大学 机电工程学院，山东 青岛 266061）

子午线轮胎胎体帘布层帘线与胎面中心线呈90°排列，带束层帘线与胎面中心线呈0°或很小角度斜向交叉排列。子午线轮胎具有行驶里程高，节约燃料、减震性能好、胎面耐穿刺、抓着性能好、越野性能高、行驶温度低及散热快等特点。

子午线轮胎的出现是轮胎工业的一次重大技术革命，是轮胎更新换代的产品，其优越性能取决于柔软的胎体和坚固的带束层。子午线轮胎的力学性能[1]与胎体和带束层的关系比较复杂，其中带束层起决定性的作用。带束层的坚固性影响子午线轮胎的操纵性能、侧向力、高速性能和耐磨性能等，而胎体会影响到车辆的乘坐舒适性和牵引性能等。

通过分析不难发现，目前常用的全钢载重子午线轮胎在制造或使用过程中容易出现诸如胎体帘线弯曲、胎体帘线辟缝、胎体帘线稀线、胎体帘线重迭交叉、胎体帘线断头[2]、胎体帘布反包过高或过低、接头错边以及带束层中心偏歪、带束层帘线重迭或裂开、带束层接头错边等质量缺陷。同时，与更高的负荷能力、缓冲性能、牵引力、刹车能力、转弯能力、方向稳定性能、耐磨性能、耐久性能、安全性及滚动阻力性能[3]等要求还有较大 差距。

目前的全钢载重子午线轮胎结构及制造工艺难以克服上述缺陷和满足上述要求，因而有必要提出并设计一种全新结构的全钢载重子午线轮胎，以简化轮胎制造工艺，解决轮胎制造过程中可能出现的轮胎精度难以保证问题，从而大幅提升轮胎的自动化制造水平、承载能力和使用寿命等 指标。

1 新结构全钢载重子午线轮胎的提出

全钢载重子午线轮胎的关键部件是胎体帘布层和带束层。钢丝帘线是子午线轮胎的主要骨架材料，它使子午线轮胎的胎体和带束层具有强力大、伸长小的特点。胎体帘布层和带束层对全钢载重子午线轮胎的力学性能尤为重要。

传统的胎体帘布层[4]普遍使用钢丝与胶条压延成型、裁断和粘接而成的钢丝帘布，带束层同样采用钢丝与胶条压延、小角度裁断和粘接而成。在胎体帘布层和带束层制造过程中，胎体帘布层和带束层在轮胎的贴合成型过程中出现了太多的钢丝断头，这些钢丝断头直接或间接地造成了轮胎的各种质量缺陷。

新型全钢载重子午线轮胎就是抛弃传统轮胎胎体帘布和带束层的压延（或挤出）、裁断制造工艺，消除钢丝接头，采用1根挂胶钢丝帘线缠绕的方法直接在轮胎成型设备上分别制成胎体帘布层和多层带束层，整体断面结构如图1所示。

图1 新型全钢载重子午线轮胎断面结构示意

2 新结构全钢载重子午线轮胎的设计

2.1 胎体帘布层和带束层

全钢载重子午线轮胎的胎体帘布层自始至终采用1根挂胶钢丝帘线直接在两个胎圈之间有序缠绕形成筒状，如图2所示。

图2 胎体帘布层示意

帘布层宽度、钢丝间距可调可控，缠绕完毕后只有一个钢丝接头，大大减小了钢丝接头数量，钢丝间距均匀性、钢丝受力一致性易保证。

带束层是使用1根挂胶钢丝帘线直接在充气隆起的胎体筒上缠绕，分别用1根钢丝缠到底，形成独立的1#，2#和3#带束层或0°带束层，如图3 所示。

图3 带束层钢丝帘线缠绕示意

帘布层宽度、钢丝间距可调可控。每层无钢丝接头，避免了钢丝接头，钢丝间距均匀性、钢丝受力一致性易保证。

2.2 工艺设计

首先，在2个胎圈（三角胶胶条粘贴在钢丝圈的侧面）之间使用1根挂胶钢丝帘线按照设定的间距和拉力绕着两个胎圈有序缠绕1周，形成钢丝筒，将钢丝筒套到已经贴上内衬层胶片、胎侧胶片以及胎圈包布等部件的成型鼓上，在钢丝筒外侧贴上一层胶片，形成胎体帘布筒。成型鼓充气、隆起并反包后制成定型尺寸的胎体，如图4所示。

然后，使用一根挂胶钢丝帘线沿着定型尺寸的胎体周向有序地按照设定的间距和拉力缠绕到设定宽度，接着贴上一层包胶，形成1#带束层。以此类推，使用同样的缠绕方法分别形成2#和3#带束层或0°带束层，如图5所示。

最后，再贴上胎面等部件，即制成胎坯，如图6所示。

该工艺不需要传统的钢丝压延机、帘布裁断机及贴合设备，无需轮胎成型机的帘布导开、输送、定长裁断、反包搭接等装置，简化了设备。

2.3 几个关键性问题

（1）帘线材料。新型全钢载重子午线轮胎帘线材料仍使用钢丝，要求伸张小、强度高。

（2）帘线结构。新型轮胎只设1层胎体帘布，胎体帘线要求柔软性好、刚度较低，以提高汽车行驶的舒适性，具体可按不同规格轮胎胎体帘线所需强度选择钢丝帘线。

新型轮胎带束层所用钢丝帘线结构比较复杂，如带束层由2层甚至3层或4层钢丝帘布组成，受力较复杂，在设计上要采用2种或3种甚至4种钢丝帘线。带束层帘线要求刚度较大，因此单丝直径须有一定的要求，单根钢丝帘线直径的选择也要根据轮胎的规格和层级而定。

（3）帘线间距。帘线间距的选择取决于轮胎的耐磨耗性能和承载能力，应根据帘线结构和强度来选择密度。

（4）帘布层宽度。带束层宽度的选择不仅影响轮胎的质量，也影响汽车的性能。带束层过窄易引起胎肩早期磨损，过宽会引起胎肩早期脱层，带束层宽度对转弯因数和滚动阻力因数也有很大影响，因此选择带束层宽度时必须综合考虑。

图4 胎体帘布筒制造工艺流程

图5 带束层制造工艺流程

图6 胎坯断面效果

2.4 轮胎结构及性能分析

（1）全新结构的全钢载重子午线轮胎的胎体彻底颠覆了人们对轮胎的传统制造工艺过程的理解，以1根挂胶钢丝帘线缠绕，整个胎体帘线仅1个接头。轮胎的胎圈部位也不同于传统结构，该部位受力更加均匀。

（2）全新结构的全钢载重子午线轮胎每层带束层都由1根挂胶钢丝帘线缠绕，无接头，带束层帘线与胎冠中心线成0°周向排列，带束层帘线和胎体子午线方向排列的帘线形成真正意义的90°，无“剪切”效应，无变形，使带束层在承载时几乎不变形，刚性更大、强度更高。

（3）全新的特殊结构带来的在轮胎整体上相辅相成作用的结果是，在内压、负荷和外力作用下的轮胎侧向变形、轮胎法向变形、胎冠周向变形、胎冠周期滚动变形、高速运行旋转下的轮胎变形普遍得到了优化，满足了轮胎苛刻的使用要求，有利于提高轮胎的承载能力，延长轮胎的使用 寿命。

（4）全新结构的全钢载重子午线轮胎的制造工艺大大简化，不仅省去了压延机和裁断机等重型设备，也取消了轮胎成型机上的部分附属装置，不仅容易提升制造轮胎的精度，也有利于提高轮胎成型设备的自动化控制水平。

3 结论

轮胎的胎体帘布和每层带束层分别用1根挂胶钢丝帘线直接缠绕完成是全新结构的全钢载重子午线轮胎的明显特征。新型轮胎的结构只有胎体帘布层有1个钢丝接头，其制造工艺也不同于传统工艺，简化了轮胎制造工艺流程，成型周期短，生产效率高，克服了传统轮胎存在的质量缺陷，既保证了制造精度，提高了轮胎的承载能力，又提升了轮胎质量，并且容易实现真正意义上的轮胎自动化流水作业。