二段成型全地形车子午线轮胎的开发

任学鹏，庞军华

（中策橡胶集团有限公司，浙江 杭州 310018）

全地形车（UTV）具有沙滩越野、山区载货和农场作业等多种功能，是沙滩车（ATV）的高级版本[1]。其车体一般采用玻璃钢部件，前桥采用独立悬挂、双摇臂控制结构，后桥采用整体设计，含有差速器及变速器档位，使挂档轻松、急转弯平稳[2]。部分高级UTV对轮胎外缘尺寸稳定性、动平衡性能及胎侧抗刺扎性能有较高的要求。随着全球高端UTV主机动力的不断提升，近10年来UTV轮胎规格越来越大、断面越来越宽，具体表现如下：（1）轮胎内直径由356 mm（14英寸）增大到457 mm（18英寸）；（2）轮胎外直径由660 mm（26英寸）增大到991 mm（39英寸）；（3）轮胎行驶速度由F级（80 km·h-1）提高至M级（130 km·h-1）；（4）车辆发动机排量由600 mL增大至1 000 mL以上，对轮胎扭矩要求也有所提高。

综合行业发展状况，并根据对客户的需求预测，外直径为838～991 mm（33～39英寸）、断面宽在254 mm（10英寸）以上的UTV轮胎的未来市场需求量可以达到10万条·a-1。

为满足市场需求，我公司开发了二段成型UTV轮胎，本文介绍28×10R14 UTV子午线轮胎的开发情况。

1 样胎配置分析

样胎断面如图1所示，具体配置如表1所示。

表1 样胎具体配置Tab.1 Specific configurations of sample tire

经过结构受力分析和材料强度计算[3]得出，样胎2带束层安全倍数偏小，而样胎1由于采用了钢丝带束层，带束层安全倍数足够。

2 设计方案

鉴于UTV轮胎使用环境较恶劣，多为沙漠、泥地、砂石等路况，同时考虑到UTV轮胎花纹较深，两半模会导致轮胎脱模相对困难，公司对现有28×10R14UTV带束斜交轮胎进行带束子午化设计改进，并采用二段成型工艺试制。

本设计28×10R14 UTV子午线轮胎具体配置如下：胎体骨架材料 930dtex/2锦纶66帘线，胎体胎冠角 20°；带束层骨架材料 930dtex/2锦纶66帘线，带束层胎冠角 65°；冠带层骨架材料1400dtex/2锦纶66帘线，一字缠绕，交叠5 mm；钢丝圈Φ0.96 mm钢丝，5×4排列；三角胶尺寸（高×宽） 35 mm×5 mm。

2.1 胎体骨架材料选取

目前常用的轮胎胎体骨架材料主要有锦纶6帘线、锦纶66帘线和尺寸稳定性聚酯（DSP）帘线。与锦纶6帘线相比，锦纶66帘线在保持高弹性及高强度的同时，干热收缩率较小，高温下强力保持率较高[4]。与DSP帘线相比，相同直径的锦纶66帘线断裂强力相当，但定负荷伸长率更高，从而具有更好的抗冲击性能，只是干热收缩率略高[5]。由于UTV轮胎主要用于非铺装路面，路况恶劣，且UTV轮胎对尺寸稳定性要求较高，故本设计选用930dtex/2锦纶66帘线作为胎体骨架材料。

2.2 带束层骨架材料选取

通常子午线轮胎带束层骨架材料一般选用钢丝帘线，部分高性能轮胎采用芳纶帘线[6]。由于UTV轮胎花纹深度较大，且其胎冠弧半径较普通子午线轮胎小，如采用钢丝帘线，则需增加胎肩垫胶，并且模具需采用活络模形式，轮胎转向灵活性也有所下降，故本设计选用930dtex/2锦纶66帘线作为带束层骨架材料。

2.3 冠带层骨架材料选取

大多数子午线轮胎冠带层骨架材料采用锦纶66帘线，部分高性能轮胎采用芳纶帘线[7]或芳纶/锦纶66混纺帘线[8]。因UTV轮胎设计速度为M级，故本设计选用较粗的1400dtex/2锦纶66帘线作为冠带层骨架材料。

2.4 钢丝圈及三角胶设计

为满足UTV轮胎在恶劣路况下的正常使用要求，本设计钢丝圈安全倍数取12，钢丝采用5×4矩形排列方式；三角胶尺寸（高×宽）较大（35 mm×5 mm），以提高胎侧下部强度与支撑性。

2.5 胎体胎冠角及带束层胎冠角确定

为提高UTV轮胎胎侧抗刺扎能力，本设计胎体胎冠角并未采用常规子午线轮胎的0°或2°，而是确定为20°，以使轮胎在提供良好胎侧屈挠性能的同时，兼具一定的胎侧抗刺扎能力。

带束层胎冠角越大，轮胎耐久性能及高速性能越好，滚动阻力也有所降低，但是带束层胎冠角太大，轮胎制造会很困难。另外，带束层胎冠角增大，车辆操纵稳定性也会有所下降[9-10]。综合考虑，本设计带束层胎冠角确定为65°。

3 成品轮胎性能测试结果

二段成型UTV成品轮胎性能测试[11-13]结果如表2所示。

从表2可以看出，试验子午线轮胎强度满足设计要求，耐久性能和高速性能均大大高出指标要求，充气外直径精度高，波动在1～2 mm之内，可确保轮胎优异的动平衡性能。但因使用现有模具制备，常常导致成品轮胎外直径与断面宽超出要求范围，因此研制子午线轮胎产品需重新设计模具。

表2 UTV成品轮胎性能测试结果Tab.2 Performanc test results of UTV finished tires

此外，28×10R14 UTV子午线轮胎外送实车测试，通过了美国法规要求及相关主机厂主观评价（包括麋鹿测试[14]及J-TURN测试[15]等）。

4 原材料成本分析

二段成型UTV轮胎原材料成本分析结果如表3所示。

表3 UTV轮胎原材料成本分析结果Tab.3 Material cost analysis results of UTV tires

从表3可以看出，每条UTV子午线轮胎质量比带束斜交轮胎减小894 g（6%），材料总成本降低14.1元（11%），分析原因如下。

（1）子午线轮胎胎面长度大，基本接近于模具内腔周长，轮廓均匀性较带束斜交轮胎更容易控制，胎面质量明显减小，成本降低20%。

（2）子午线轮胎采用胎体＋带束层＋冠带层的结构，帘线成本比带束斜交轮胎高，提高12%。

5 结论

通过以上试验和分析，公司后续重新设计了模具，并对生产设备及工装做了相应调整，生产的二段成型UTV子午线轮胎既满足了市场需求，也提高了公司UTV轮胎在国外市场的品牌知名度，为公司创造了较好效益。