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全纤维子午线UTV 轮胎设计
宋开云 韩洪伟 孙铁 姜士俊
（天津市万达轮胎集团有限公司，天津，北辰，300402）
摘要：UTV （Utility Terrain Vehicle）实用型全地形车轮胎，与ATV 轮胎相比，UTV 轮胎需要有更大的载荷能力和速度要求。280/60-14 MST 6PR（27x11.00-14 6P） 全纤维子午线UTV 轮胎的设计。结构设计：外径27英寸，断面宽11.08英寸，标准轮辋9.0AT，标准气压34PSI，10mph 和50mph 行驶速度对应的负荷分别为2470LBS 和1480LBS。结构设计：胎体采用90°，带束采用27°，胎体和带束均使用聚酯帘布。机头宽度470mm。花纹采用泥地型花纹，具有良好的驱动性能。采用胶囊反包成型机成型，胶囊硫化机硫化。成品轮胎检测结果：轮胎成品充气尺寸、强度性能、耐久性能、轮胎刚性、压力分布、东平河性能、轮胎跳动等性能均符合TRA 和ETRTO 等标准要求。
关键词：：UTV（实用型全地形车）；全纤维子午线轮胎；半钢子午线轮胎；二次法成型机；结构设计；
全地形车（ATV ，UTV ，SSU ）是针对恶劣环境和地域而设计的特种车。UTV 是全地形车的一种，又叫多功能全地形车。UTV 车辆后面有个斗，可以装载货物，其与ATV ，SSV 相比较其更实用，所以UTV 对轮胎的通过性能和负载能力要求比ATV 更高。
近年来随着全地形车辆的发展，UTV 车辆的使用也越来越广泛，UTV 对轮胎的性能要求也越来越高。在欧洲市场，UTV 除了在沙漠，戈壁，山区，农场等地形的载货，运输外，UTV 还允许在高速路上行驶。目前的UTV 轮胎基本是斜交结构，为了提供UTV 轮胎的高速性能和舒适性能，所以提案设计全纤维子午线UTV 轮胎。现将
280/60-14 MST 6P （27x9-14 6P ） 全纤维子午线UTV 轮胎的设计情况介绍如下。
1 技术要求
子午线轮胎根据TRA 标准要求，确定280/60‐14 MST 6P （27x11.00‐14 6P ）UTV 轮胎的技术参数为：
标准轮辋：9.0AT
充气外直径（D’）：27(26.19~27.81)英寸 充气断面宽（B’）：11.08（10.75~11.41）英寸 标准充气压力：34PSI
在10mph 速度下的标准负荷：2470LBS 在50mph 速度下的标准负荷：1480LBS
2 结构设计
全地形车要求有很好的通过性能，前轮用于转向，后轮用于驱动，后轮需要设计为宽断面轮胎。本次设计的280/60-14 MST 6P （27×9-14 6P ）轮胎为后轮轮胎。
作者简介：宋开云（1983—），男，籍贯山东临沂，天津市万达轮胎有限公司研发部部长，学士，主要从事特种轮胎的设计和开发工作。
橡塑资源利用
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按照子午线轮胎结构设计进行试验。胎体帘布采聚酯纤维材料，角度用90°，带束层聚酯纤
维材料，角度采用28°。根据子午胎设计成型机头宽度计算公式：
计算出成型机头宽度为470mm 。
轮胎成型使用半钢子午胎成型机，二次法成型。生产过程全部用半钢子午胎设备。生产中存在问题：（1）带束层为帘布，在二段成型过程中需要解决帘布带束和带束贴合鼓的黏合问题。（2）胎胚存放。由于带束为纤维帘布，生胎会比半钢轮胎生胎软，存放容易变形，所以需要解决胎胚存放问题。
轮胎硫化，与成型问题点相同，需要解决轮胎存放过程中由于生胎胎体软容易出现生胎变形的问题。
2.1轮胎外直径（D ）和断面宽（B ） 半钢子午线轮胎外径膨胀率（D’/D ）范围为1.001~1.0026。斜交轮胎的外径膨胀率（D’/D ）范围为 1.01~1.030。由于全纤维子午线轮胎的带束层采用纤维帘布，其对轮胎的束缚作用要大于半钢子午线轮胎，同时会小于斜交胎的外径膨胀率。所以该轮胎的膨胀率取 1.010。D ＝D’/1.010=27英寸/1.010=26.73英寸。断面宽膨胀率（B’/B ）取1.020，B=11.08英寸/1.020＝10.86英寸。
2.2轮胎胎圈着和直径（d ）、轮胎着和宽度（C ）、轮胎断面高（H ）
该轮胎为无内胎轮胎，标准轮辋为14x9.0AT ，14x9.0AT 轮辋的着和直径为354.8mm （13.969英
寸）。为保证轮胎与轮辋紧密着和。轮胎与轮辋之间需要有一定的过盈量，所以轮胎的着和直径取13.9英寸。
由于子午线轮胎的胎侧比较薄，容易出现并子口现象，从而导致轮胎子口宽度过窄，装配轮辋后无法正常充气，所以需要加大设计轮胎子口宽度，一般设计子口宽度比标准轮辋宽度宽0.5~1英寸。该规格标准轮辋为9.0英寸，所以C 取值为9.5英寸。
D ＝26.73英寸，所以轮胎的断面高度为6.415英寸
2.3轮胎行驶面宽度（b ）和弧度高（h ） 由于该轮胎为UTV 驱动轮（后轮），要求轮胎与地面有很好的接触性能和通过性能。并且该轮胎花纹需要采用越野型花纹。车辆在路况比较差条件下行驶时，为防止外物对轮胎的损伤，胎肩花纹需要延伸到断面水平轴位置，从而起到保护轮胎胎侧的左右。
根据ATV/UTV 轮胎的设计经验，b/B 取0.95，h/H 取0.12。所以b ＝10.32英寸。h ＝0.12x6.415＝0.74英寸。
2.4 轮胎轮廓和花纹
根据上述数据绘制轮胎轮廓图，如下图图1轮胎断面示意图所示。
1
22(')
s L
B L
C δ=
-
-
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图1 轮胎断面示意图
UTV 车辆需要具有在各种地形上具有良好的通过性能。所以采用低饱和度花纹设计，设计花纹饱和度为35%。花纹沟深度为35mm ，花节数为14个。并且UTV 车辆在山石路上行驶，胎
侧在接触山石时需要具有一定的行驶性能，所以轮胎花纹需要延伸至图1所示位置。同时该肩部花纹对轮胎也具有保护性能。
图2 轮胎花纹展开示意图
3 施工设计
3.1 胎面、胎侧设计
胎面采用三方四块结构，胎面冠部厚度设计为12mm ，胎面肩部厚度设计为14.5mm ，胎冠宽度设计280mm 宽。胎侧宽度设定180mm 。
3.2 胎体和带束
胎体采用两层1000D/2聚酯帘布，帘布角度为90°。缓冲采用两层1000D/2聚酯帘布，帘布角度为28°。
3.3 成型
成型采用二次法成型机，机头宽度为470mm 。机头涨鼓直径为375mm 。贴合鼓直径设定为513mm ，传递环直径为539mm 。
成型过程需要解决两个问题：
1）带束鼓与纤维带束黏合问题：由于带束采用纤维帘布，在贴合过程中帘布不能很好的与带束鼓黏合，所以需要使用磁铁方便贴合。
2）生胎存放问题：因为全纤维子午线轮胎生胎在胎冠部位没有钢丝，同时胎体帘线为90°，所以胎冠刚性比较低，胎侧也比斜交轮胎软，所
橡塑资源利用
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以在存放过程中如果按照正常半钢子午或斜交胎生胎的存放方式进行存放，轮胎生胎非常容易出现变型问题，导致硫化无法自动装胎和轮胎存在质量问题的隐患。为解决该问题，专门制作该类轮胎生胎存储车，与正常生胎车区别在于该生胎车具有多点支撑，防止生胎出现变型问题。
3.4 硫化
硫化采用42寸液压式，过热水胶囊硫化机。硫化条件为：硫化内压 2.3±0.1 Mpa 。内温：177±2℃。外压：0.65±0.05MPa ，外温：165±5℃。正硫化时间32分钟。由于胎体采用聚酯帘布，生产过程可以取消后充气。减少操作过程，节约能源。
由于生胎软的问题，硫化机的生胎支架也需要单独设计，使用多点支撑的生胎存放盘，解决生胎硫化前的变形问题。
4 实验室检测
4.1 轮胎尺寸
安装于标准轮辋上按照ASTM 标准尺寸检验方法对轮胎尺寸进行检验，成长后轮胎尺寸，OD 为27.1英寸，SW 为11.0英寸，符合TRA 标准要求。
4.2 耐久性能
该轮胎设定速度为50mph ，该类型轮胎在美国属于非高速轮胎，欧洲属于多用途轮胎。按照50mph 的速度以及ECE 认证标准要求对轮胎进行耐久检测，检测结果符合标准要求。
4.3 动平衡和跳动检测
全纤维子午线轮胎与斜交胎最大的区别在于其胎体帘布角度和成型工艺过程。成型过程采用二次法成型，轮胎由生胎形状更接近成品胎形状，所以材料变型更小。轮胎的动平衡性能更好。经
检测，普通斜交胎轮胎动平衡能达到200g 左右。全纤维子午线轮胎动平衡性能更接近于子午线轮胎的动平衡，检测结果均在100g 以内。
跳动检测，该类型普通斜交轮胎跳动检测结果在3.0mm 以下。该全纤维子午线轮胎跳动检测结果在2.0mm 以下。
该类型轮胎解决了斜交胎在高速行驶的条件下出现跳动、抖动等问题。
4.4 强度性能检测
该类型轮胎由于行驶路面与正常轮胎不同，不能按照正常轮胎的压穿标准进行判定，目前国标中没有针对该类型轮胎的检测和判定的方法。美国标准中可以按照FMVSS-119标准文件进行判定。
另外由于该类型轮胎需要具有耐刺扎性能，所以针对该类型轮胎专门制定了耐刺扎性能实验室检测方法。
该轮胎实验室检测结果显示，按照FMVSS-119检测其强度与普通斜交轮胎对比，其强度至比普通轮胎强度提高了30%。刺穿值也提高，比普通轮胎刺穿强度提高的25%。
4.5 高速性能
该类型轮胎属于泥地型轮胎，对高速没有特殊要求，同时美国法规要求ATV 和UTV 属于非高速使用轮胎，但在欧洲该类型轮胎可以在高速上使用。所以对该轮胎进行高速检测，检测结果最大速度可以达到120km/h 。
4.6 轮胎刚性
经过对比实验，全纤维子午线轮胎胎径向刚性比斜交胎低，但比半钢轮胎高。胎冠强度比半钢轮胎低，但比斜交轮胎高，所以其具有良好的乘坐舒适性能的同时胎冠与半钢轮胎相比也具有更好的包覆性能。（下转第31页）
橡胶机械设备使用与维护
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参考文献
（1）邝朴生.橡胶机械设备诊断工程【M 】北京：中国农业科技出版社.2005（7） （2）王茂贵.王国明.浅谈橡胶机械设备故障率【J 】化工机械2003.（07）
（上接第22页） 5 结语
280/60-14 MST 6P （27x11.00-14 6P ）全纤维子午线轮胎尺寸和耐久等各项性能均达到欧美标准要求。全纤维子午轮胎工艺，与子午胎相比，轮胎成本低于半钢子午线轮胎，因其使用地形特殊，半钢子午线轮胎无法满足该类车型的使用要求。并且其性能比斜交要好。产品性能稳定性好。投放市场后深受客户的好评
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