一种多用途载重全钢子午线轮胎胎面花纹结构及轮胎的制作方法

本发明属于轮胎，尤其涉及一种适用于多工况商用运输车辆的多用途载重全钢子午线轮胎胎面花纹结构及轮胎。

背景技术：

1、全钢载重子午线轮胎是重型载货汽车、半挂牵引车、冷链物流运输车及城乡重载配送车的核心关键行走部件，其承载性能、耐磨性能、抗撕裂性能、湿地防滑性能、抗偏磨性能及nvh静音性能直接决定着车辆行驶安全性、运输稳定性与轮胎全生命周期使用成本。

2、随着现代物流运输体系向集约化、多元化、全天候、全路况方向快速发展，商用车辆普遍呈现运营场景混杂、工况切换频繁的特点：一方面，需要满足高速公路长途高速巡航、连续重载行驶的耐磨耐久需求；另一方面，需适配城乡复杂路面、湿滑雨雪路面、碎石颠簸路面的防滑、抗冲击、抗崩块需求。这对载重轮胎胎面花纹的综合适配能力与多性能平衡能力提出了极高要求。胎面花纹作为轮胎与地面直接作用的核心结构，其沟槽布局、花纹块构型、沟壁轮廓、过渡结构、微纹理设计，是调控轮胎接地压力分布、排水效率、刚性分布、形变特征及噪音特性的关键要素。

3、然而，现有载重轮胎花纹多为单一工况定向设计，长途顺纹轮胎耐磨排水好但驱动抓地不足，常规混合花纹干湿性能相互制衡，无法适配现代物流车辆高速长途、城乡烂路、湿滑雨雪交替运行的复合工况。具体而言，长途顺纹胎纵向沟槽连续，耐磨排水性能突出，但横向抓地结构偏少，砂石路面易打滑制动；常规混合花纹沟槽衔接处多为直角直壁结构，重载形变时应力集中，长期使用易出现沟底龟裂、花纹块崩边掉块等故障。

4、尤其是，传统胎面花纹结构普遍采用直壁沟槽、直角衔接、规整块状结构，花纹沟与花纹块衔接位置易形成应力集中点，在重载挤压、转向形变、碎石冲击作用下，极易出现沟壁龟裂、沟底开裂、花纹块崩边掉块、胎肩偏磨等问题。同时，胎肩缺少缓冲支撑结构，空载满载切换时接地压力分布不均，极易产生锯齿状偏磨，大幅缩短轮胎使用寿命。此外，纵向沟槽多为光滑直筒空腔结构，高速滚动易产生气流紊流与空腔共振，形成明显风噪与胎噪；且常规花纹排水死角多，高速雨天易出现水滑失控、制动距离变长的安全隐患。

5、基于上述问题，本发明提出一种多用途载重全钢子午线轮胎胎面花纹结构及轮胎。

技术实现思路

1、针对现有载重全钢子午线轮胎胎面花纹结构存在的直壁沟槽应力集中、多工况性能难以平衡的问题，本发明提供了一种多用途载重全钢子午线轮胎胎面花纹结构及轮胎，在消除胎肩应力集中的同时兼顾支撑刚性，能够适配多工况多场景运输需求。

2、本发明提供一种多用途载重全钢子午线轮胎胎面花纹结构，包括沿轮胎周向延伸设置的多个纵向沟槽，每个纵向沟槽的至少一侧沟壁沿轮胎周向呈波浪形延伸，且在轮胎轴向上呈波浪形起伏；波浪形侧壁相邻波峰与波谷在轮胎轴向上的间距为2mm~4mm，相邻两波峰在轮胎周向上的间距为12mm~18mm，波浪形侧壁的波峰区域与波谷区域的曲面曲率半径均为6mm~7mm；波浪形侧壁沿纵向沟槽深度方向的轴向波动幅度自纵向沟槽的开口端至沟底端呈单调递减分布。

3、本技术方案中波浪形侧壁能够缓冲重载转向时胎肩形变挤压应力，分散接地冲击力，大幅降低沟壁、沟底龟裂风险，同时均衡接地压强，抑制胎肩偏磨，从而有效消除胎肩应力集中；波浪形侧壁沿纵向沟槽深度方向的轴向波动幅度自纵向沟槽的开口端至沟底端呈单调递减分布形成梯度缓冲结构，使波浪形沟壁兼顾支撑刚性，避免因曲面设计削弱花纹承载能力，提升长途高速、重载满载工况下沟壁抗疲劳性能，从而能够适配多工况多场景运输需求。

4、在其中一些实施例中，每个纵向沟槽的沟底在轮胎轴向截面上呈内凹弧形，且沟底沿轮胎周向设有多个凸台，凸台的侧壁与顶面连接处、根部与沟底连接处均采用圆弧过渡。

5、本技术方案中，纵向沟槽的沟底在轮胎轴向截面上呈内凹弧形，进一步分散挤压应力；沟底凸台的设置，能够强化纵向沟槽侧壁刚性，抵抗重载挤压变形，维持纵向沟槽形态稳定；圆弧过渡能够消除应力集中尖角，在混合路况碎石、杂物冲击下不易产生裂纹。

6、在其中一些实施例中，凸台包括交替排布的支撑凸台和缓冲凸台，支撑凸台的高度与纵向沟槽的深度相等，缓冲凸台的高度小于纵向沟槽的深度。

7、本技术方案中，支撑凸台用于承载时均匀分散胎肩接地压力，抑制偏磨；缓冲凸台在轮胎高速滚动时，分割纵向沟槽空腔内涌入的紊乱气流，有效缓冲气流冲击引发的震动，从而阻断纵向沟槽空腔的共振噪音，显著降低行驶风噪，提升长途驾乘舒适性。

8、在其中一些实施例中，还包括由纵向沟槽划分而成的中部花纹区，中部花纹区位于胎面中心线两侧，中部花纹区沿轮胎周向等距间隔设置多个呈折线型结构的中部横向沟槽，中部横向沟槽的两端分别延伸至相邻的纵向沟槽，且中部横向沟槽与相邻纵向沟槽的连通处均采用圆弧过渡。

9、本技术方案中，中部横向沟槽与相邻的纵向沟槽形成纵横交错连通式立体排水网络，中部横向沟槽与纵向沟槽的连通处采用圆弧过渡，雨水可快速从胎面中部向胎肩分流排出，提升水滑临界车速，缩短雨天制动距离。

10、在其中一些实施例中，中部横向沟槽将中部花纹区分隔成多个中部花纹块单元，每个中部花纹块单元包括交错排布的第一斜向花纹块和第二斜向花纹块，交错夹角为60°~75°。

11、本技术方案中，第一斜向花纹块和第二斜向花纹块交错排布，使胎面接地压力均匀分布，避免局部过度磨损。

12、在其中一些实施例中，第一斜向花纹块和第二斜向花纹块之间设有滚花区域，滚花区域呈s型结构，滚花区域内设有平行等距排布的滚花线。

13、本技术方案中，滚花线与中部横向沟槽协同分散重载、制动时的应力，防止沟槽口崩边；花线的细密分割结构与中部横向沟槽形成刚性梯度差，能够均衡接地压强，抑制局部偏磨；同时滚花线微纹路与中部横向沟槽配合还能扰动气流削弱共振噪音，实现抗撕裂与降噪的一体化协同优化。

14、在其中一些实施例中，第一斜向花纹块靠近胎面中心线，第一斜向花纹块上设有两端封闭的防滑刀槽。

15、本技术方案中，防滑刀槽在干地受压闭合增大接地面积，提升耐磨性；在湿地受拉伸张开形成排水通道，增强抓地力与制动性能。

16、在其中一些实施例中，还包括由纵向沟槽划分而成的边部花纹区，边部花纹区位于两侧胎肩，边部花纹区沿轮胎周向等距间隔设置多个边部横向沟槽，边部横向沟槽呈曲线型结构，边部横向沟槽靠近胎面中心线的一端延伸至相邻的纵向沟槽，边部横向沟槽靠近胎面边缘的一端为封闭结构。

17、本技术方案中，边部横向沟槽呈曲线型结构，能够缓冲胎肩边缘形变，避免偏磨。

18、在其中一些实施例中，边部花纹区的外缘沿轮胎周向等角度阵列排布多个散热沟槽，散热沟槽的槽口宽度大于槽底宽度，散热沟槽在宽度方向上的两侧壁为斜面，槽口边缘与斜面之间以及槽底边缘与斜面之间分别设有圆角。

19、本技术方案中，散热沟槽通过斜面侧壁分散滚动应力避免开裂，敞口结构强化散热抑制热老化，同时分流气流消除共振噪音，并吸收路面冲击，集成散热、缓冲、降噪功能；等角度阵列与圆角设计提升耐久性，有效适配重载轮胎的多工况散热需求。

20、本发明另一方面还提供了一种轮胎，包括所述多用途载重全钢子午线轮胎胎面花纹结构，轮胎胎面胶橡胶组合物包括天然橡胶、顺丁橡胶、溶聚丁苯橡胶、炭黑、高分散白炭黑、纳米耐磨填料、抗龟裂助剂、低生热树脂、抗崩块树脂、增塑剂。

21、本技术方案轮胎胎面胶橡胶组合物可显著增强轮胎的抗疲劳与抗老化性能，有效避免高速长途行驶中沟槽侧壁龟裂，提升轮胎耐久寿命；其中，顺丁橡胶组分优化胶料动态摩擦特性，大幅减少碎石路面冲击造成的崩块、掉块故障，抗撕裂强度提升；溶聚丁苯橡胶与白炭黑协同提升胶料湿滑路面抓附系数；炭黑搭配纳米耐磨填料可提升胶料致密性，降低滚动磨耗损失；低生热树脂降低轮胎连续重载滚动压缩温升，抑制高速长距离行驶下沟槽侧壁热老化龟裂，解决传统配方高温易开裂的缺陷。

22、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明沿轮胎周向延伸设置有多个纵向沟槽，提供主要排水通道，快速排出胎面与路面间积水；纵向沟槽的波浪形侧壁能够缓冲重载转向时胎肩形变挤压应力，分散接地冲击力，大幅降低沟壁、沟底龟裂风险，同时均衡接地压强、抑制胎肩偏磨，从而从源头消除胎肩应力集中；波浪形侧壁通过波动幅度自沟槽开口至沟底递减的梯度设计，在缓冲冲击的同时兼顾支撑刚性，避免因曲面设计削弱花纹承载能力，有效提升长途高速及重载满载工况下的沟壁抗疲劳性能，从而适配多工况多场景运输需求。