于清溪

载重轮胎设计开发技术大观（一）

于清溪

随着载重轮胎子午化、扁平化、无内胎化进程的不断深入，对载重轮胎的设计开发也逐渐趋于成熟。系统介绍了载重轮胎的材料和结构设计思路，并就其某些代表性性能的设计进行了思考。

橡胶；老化；防老剂；配合

0 前 言

载重轮胎通常系指主要为运输货物而在载重汽车上配套使用的轮胎，也包括同一类型载重的城市公交汽车、城际旅游客车以及它们的拖车所用的轮胎。载重轮胎根据载重负荷的大小，一般可分为轻型载重、中型载重、重型载重和特种载重四种类型。其单胎载荷量一般在1000～5000 kg之间，内直径为18～24 in（约为450～600 mm），最常见和最广泛使用的为20 in（约为508 mm)。

近半个世纪以来，载重轮胎从材料到结构，从生产到使用以及其设计上均发生了一系列重大变化，“三化”轮胎（指轮胎子午化、扁平化、无内胎化）已成现今的时尚和主流。目前，中型和重型载重轮胎的结构已基本实现了子午化，子午化率占95%以上；扁平化程度达到一半多；无内胎化比例在2/3以上。轮胎的使用寿命也较以前的斜交结构时代提高了1～2倍，并且进入到绿色环保节能的新时期。

载重轮胎对性能的要求是极为苛刻、复杂和多样的。首先，在设计上必须完全满足安全性，经济性和环保性三方面的最基本条件，具体来说：

一为安全性。这是轮胎的首要性能和条件。它以满足耐久性的最低使用条件为基础，不爆胎并且能保证操控（驱动、刹车、转向），以及在各类路面和气候条件下的正常有效工作性能；

二为经济性。除了价格有竞争力之外，使用性是主要条件。要求轮胎互换性强，容易装拆，维护保养方便；运行故障少，使用寿命长，燃料消耗费用低。因此，轮胎必须要耐磨损、抗湿滑，同时滚动阻力低，具有很高的耐久力。

三为环保性。要求轮胎达到绿色化的目标，即静音、节能、低碳。从节省资源角度着想，要尽量设计轻量化、滚动阻力低的轮胎；从循环利用角度出发，要实施轮胎的减量化、再利用化和资源化，使之化害为利，变废为宝。

轮胎的设计开发涉及汽车的设计、制造、使用，公路的运输、路面、气候状况以及司机的操控、保养、维护等诸多方面，是一个系统工程，除上述基本条件之外还有许多附加条件。多年来，轮胎的设计主要是以经验和试验为主来决定的。从研发设计、轮胎制造到室内外试验以及实际使用角度考核，往往需要长达几年的时间，处于十分滞后的状态。近年来，随着电脑技术的发展，轮胎设计也开始从经验模式走上科学化道路。现在从轮胎轮廓结构、应力分配、材料分布到花纹类型以及配方设定等均已实现了电脑化，设计生产时间大幅缩短，甚至在几天之内即可完成一个系列的轮胎设计方案，不仅节省了大量设计、研发和试验费用，而且可靠性和生产性更得到很大提高。

1 轮胎种类与销售市场

1.1 载重轮胎的品种与类型

1.1.1 以用途分类

目前，世界载重轮胎的产销量已达2.5亿条以上。在数量上虽然只占整个轮胎产量的1/5，但用胶量上已占2/3左右的绝对地位，同乘用轮胎一起共同成为汽车轮胎的主导产品。当今的载重轮胎，视用途的不同可分为城际载货汽车用胎、市内公交汽车用胎、长途旅游大客汽车用胎、长途拖挂载货汽车用胎、短途轻卡汽车用胎、轻型载客汽车用胎，以及农用运输车、抢险车、救护车、警备车、消防车和环卫车等用的汽车轮胎。此外，特种用途的还有非公路用的各种越野车用轮胎，如沼泽胎、盐田胎、油田胎、沙漠胎、林场胎、爬山胎、地形胎等等，多种多样，要求各异。另外，根据地区和气候条件的不同，还有夏季轮胎、冬用轮胎和全天候轮胎之分。尽管如此，代表性的一般载重和公共汽车轮胎要占到80%以上。载重轮胎的细化分类详见图1。

上述载重汽车轮胎根据使用特征大体可划分为通用型、低速耐久型、高速安全型和特种型四大类别。在特种型中，最为突出的有超高载重型、自动调压型、抗曝晒型、防刺扎型以及漏气自补、泄气保用、零气压等多功能和安全轮胎。现今，随着汽车和交通运输的现代化和高速公路的日益普及，汽车的运行速度正在不断提高。轮胎的速度等级已从早先斜交轮胎的60～80 km/h和子午线轮胎的J级（100 km/h），普遍提升为K、L、М级（分别为110、120、130 km/h），轻卡轮胎甚至高达N、P、Q级（分别为140、150、160 km/h）；货车载荷量也已大多改用15～30 t的拖式载货汽车。多载快跑已成为提高运输效率、降低运输成本的主要途径。因此，高速安全型轮胎日益成为时尚主流。同时，漏气自补、泄气保用和零气压轮胎的比例也大幅增加。

1.1.2 按结构区分

图1 载重汽车轮胎的细化分类

载重轮胎的结构形状，近些年来也发生了前所未有的大变化。一是胎体帘线排列形式已由相互斜交的方式改为辐射的子午线状态，使用材质由尼龙变为钢丝，组成层数由10～16层级（6～12实际层）减为单层，并以标准负荷量表示。二是轮胎组合由外胎、内胎和垫带三件，改成为一件式的无内胎轮胎。三是轮廓形状从历来的圆形标准断面（扁平比0.95～1.00），逐渐发展演变成长圆形、椭圆形和扁平形（扁平比为0.8～0.50）。目前“三化”的轮胎（子午化、无内胎化、扁平化）已发展为主流，在公交、旅游和长途客货汽车上已占到95%～100%的高额比例。一次行驶里程相应提高50%到100%以上，由原来的10万～15万km一举达到20万～30万km，行驶中的爆胎率也由万分之一以上减至十万分之一以下。

随着轮胎结构的改变，载重轮胎尺寸规格的表示方法也相应发生了变化。在以传统英制为主的普通型基础上，无内胎型改为断面宽度取整数和轮胎内径（轮网）为小数点0.5位制，低断面扁平型改为公制（断面）和英制（内径）混合以及全公制表示法。同时，在规格后面还要缀上速度等级、负荷量（层级）。载重轮胎代表性的规格表示例详见表1。

表1 载重轮胎代表性规格表示例

1.1.3 花纹类型划分

载重轮胎的类型还可从胎面的花纹形态上进行分类。不同花纹类型，其行驶性能和使用用途也完全不同，它是轮胎分类的最直观特征。通常可划分为：横向花纹轮胎；纵向花纹轮胎；纵横双向花纹轮胎；混合块状花纹轮胎；雪地宽窄曲折花纹轮胎；全天候宽沟细缝花纹轮胎等六种类型，其特点及适用范围详见图2和表2。

图2 载重轮胎胎面花纹类型图

表2 载重轮胎花纹特点及适用范围

横向花纹轮胎的抓着力强、耐磨耗性好、抗刺扎，但侧向稳定性差、生热性大。因此，一般多用于中距离运输（100～300 km），在较差的二三级路面上行驶速度不超过60～80 km/h。纵向花纹轮胎具有良好的操控性和导向性，低生热和低滚阻，噪音小，易排水。主要适用于高速公路及高等级公路上的远距离快速行驶，轻型载重轮胎可达N级（140 km/h），最多能达到P和Q级（150～160 km/h），载重轮胎J级（100 km/h）到М级（130 km/h），重型载重轮胎为J和K级（100～110 km/h）。大多用在汽车的导向及拖车轮位。而驱动轮位则主要使用牵引力大、通过性好的混合块状花纹轮胎。纵横双向花纹轮胎的通用性强，适于汽车全轮位使用，在好坏多变路面上中短距离、准快速运输。

（未完待续）

[责任编辑：朱 胤]

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2013-10-10