16.00-25 36PR E-3寬體礦用自卸車輪胎的設計

莊玉森

（威海中威橡膠有限公司，山東 威海 264200）

近年來，我國出現了一類具有中國特色的非公路運輸車輛（工程機械）—寬體礦用自卸車，我公司通過調查，針對性地開發了承載能力強、耐磨性能和抗切割性能好的13.00－25，14.00－24，14.00－25和16.00－25等規格礦用寬體自卸車輪胎，取得了良好的效益。現以規格為16.00－25 36PR E-3產品為例，介紹礦用寬體自卸車輪胎的設計。

1 技術要求

寬體礦用自卸車自質量一般約為40 t，載質量約為50 t。據調查，自卸車主要應用于露天礦山土方剝離層運輸，工作條件非常惡劣，礦區運距一般為3～6 km，道路彎多，泥土路面，接近開采區路面碎石多，部分路面坡度較大，雨季道路濕滑泥濘，夾雜碎石，輪胎很容易割傷；自卸車輪胎實際使用氣壓為0.8～1.2 MPa，一般滿載行駛速度不超過15 km·h-1，空車行駛速度不超過30 km·h-1；自卸車作業強度高，基本上換人不停車，輪胎使用周期一般為3～4個月。

寬體礦用自卸車輪胎損壞的主要形式是鼓包脫層、胎體簾線折斷以及胎圈爆破等，退賠率較高，因此其設計原則以提高胎體強度、降低變形生熱、減少胎冠和胎肩脫空、提高耐磨性能為目的，采用寬且深的大塊工程花紋，以保證輪胎具有良好的牽引性和通過性，胎面具有良好的耐磨性能、抗刺扎性能和抗撕裂性能。

2 結構設計

2.1 外直徑（D）和斷面寬度（B）

由于作業環境極差，斷面高度（H）/B宜取大值，以使輪胎充氣后胎冠仍在收縮狀態工作，從而提高胎面耐磨性能和抗刺扎性能。另外，輪胎的負荷能力取決于內腔容積及充氣壓力。在保證輪胎充氣外緣尺寸符合國家標準的前提下，合理增大輪胎模型尺寸，可提高輪胎的承載能力。根據公司生產工藝狀況，本設計D取1 490 mm，B取390 mm，H/B取1.10。

2.2 行駛面寬度（b）和弧度高（h）

為提高輪胎負荷能力和胎面耐磨性能，采用較大的行駛面弧度半徑和行駛面寬度。本設計b/B取0.897 4，b為350 mm；h/H取0.079 4，h為34 mm。

2.3 胎圈著合寬度（C）和著合直徑（d）

為增大胎側支撐能力，減小胎側變形，使輪胎與輪輞緊密配合，本設計C與標準輪輞寬度相同，為286 mm。

由于車輛重載，制、啟動力矩很大，為解決胎圈與輪輞配合不緊而產生的磨胎圈等問題，本設計d取633 mm，胎趾傾角為5°。

2.4 斷面水平軸位置（H1/H2）

H1/H2的取值對輪胎使用性能影響很大，由于車輛重載，輪胎下沉量較大，相應胎圈部位應力大，熱量積累迅速，極易引發胎圈早期爆破。本設計H1/H2取0.869 0，使水平軸適當上移，以減小胎圈部位的應力和應變。

根據以上確定參數繪制的輪胎斷面形狀如圖1所示。

制版過程的主要污染源于化學蝕刻劑。隨著半導體與電路板行業的興起，成熟的金屬蝕刻技術及污染處理方案，為我們探討銅版畫的化學制版方法提供了參考。作為為硝酸的替代材料，金屬鹽蝕刻劑逐步應用于銅版畫的制版，當然，它們也存在重金屬污染的隱患。而新興的無酸電解制版法，則代表了無毒制版的發展趨勢。

圖1 輪胎斷面形狀示意

2.5 胎面花紋

針對車速低和路況極差的特點，選用耐磨性能和牽引性能好的E-3型橫向花紋，花紋溝和花紋塊均適當加寬。花紋溝采用開放式結構，同時適當增大剖面角度以及溝底連接弧度，這不但可以防止花紋溝底因夾石子而引起的花紋溝裂，還可以有效減少溝底的應力集中。花紋深度取較大值，為33.5 mm，花紋周節數為28。本設計胎面花紋展開如圖2所示。

圖2 胎面花紋展開示意

2.6 外觀設計

由于市場競爭日趨激烈，在追求產品內在質量的同時，也應不斷改變產品外觀形象。本設計冠部花紋沿圓周六等分刻上“16.00－25”輪胎規格，既美觀又醒目；胎側刻“礦山專用”“抗切割加強型”等輪胎特征，以更有效指導輪胎使用。

3 施工設計

3.1 胎面

胎面上層膠采用新開發的礦山輪胎專用配方，以提高輪胎的耐磨性能、抗切割性能、抗刺扎性能；為防止肩空，胎面基部膠以低生熱和粘合性能好為主要配方設計目標，胎側膠以抗屈撓龜裂性能和耐老化性能好為主要配方設計目標。

胎面成型采用纏繞法，這不但大大提高了胎面的密實性，而且有效減少了輪胎使用中胎面崩花掉塊和接頭開裂問題。

3.2 胎體及緩沖層

鑒于實際使用中輪胎氣壓較高，且重載，本設計胎體采用16層1260dtex/3V1錦綸6簾布作為骨架材料，成型方式為5-5-4-2，計算得出胎體安全倍數為12.2；采用等伸張結構，以減小簾布層間的剪切力。

緩沖層采用4層930dtex/2V3錦綸6簾布。為了最大限度地避開肩部應力集中區，緩沖層端點達到防擦線部位；緩沖膠片覆蓋緩沖層端點，以增大粘合力。另外，緩沖層簾布裁斷角度比胎體簾布大3°，以利于減小冠部膨脹，提高輪胎的耐磨性能和抗刺扎性能。

3.3 胎圈

為使胎圈有足夠的強度和剛度，采用三鋼絲圈結構，鋼絲圈采用Ф0.96 mm的19#回火鋼絲，排列方式為10×12，3個鋼絲圈采用不同的內徑，以保證鋼絲圈底部材料壓縮因數基本一致，防止鋼絲圈受力不均。采用14 mm×25 mm大三角膠條，以使胎圈部位材料均勻過渡，同時使胎側保持一定挺性，避免趾口爆破。鋼絲圈包布和胎圈包布采用錦綸帆布，以增強胎圈的耐磨性能和剛性。

3.4 成型

輪胎成型采用LC-G4.5型工程機械輪胎成型機，半芯輪式機頭直徑為890 mm，胎里直徑與機頭直徑的比值為1.5，簾線假定伸張值為1.035，胎冠角度為53.5°，機頭寬度為835 mm。

3.5 硫化

采用立式硫化罐膠囊硫化，硫化工藝條件為：內溫 （170±5） ℃，外溫 （145±2） ℃，內壓（2.8±0.2） kPa，通過輪胎硫化測溫和等效硫化計算，并根據輪胎物理性能確定總硫化時間。輪胎硫化結束后，應注意向硫化罐內和膠囊內充內壓冷卻水，以免錦綸簾布急劇收縮，造成輪胎耐磨性能和抗刺扎性能下降、易脫層等質量問題。

4 工藝控制

為提高輪胎質量，需加強重點工藝監控。

（1）原材料定點、批量采購，并建立質檢和質保體系，確保原材料質量穩定。

（2）嚴格按照ISO 9001質量管理體系控制生產，不合格半成品不流入下道工序，確保半成品質量。

（3）合理安排生產計劃，做到膠料、簾布和半成品按順序使用，防止半成品表面噴霜。

（4）嚴格控制胎面纏繞質量和尺寸。

（5）成型胎坯上架，防止變形。

（6）胎坯扎眼必須落實到位。

（7）加強硫化設備的巡回檢查，特別注意內壓波動情況。

5 成品輪胎性能

5.1 外緣尺寸

按照GB/T 521—2012《輪胎外緣尺寸測量方法》測得的成品輪胎外緣尺寸為：充氣外直徑1 491.5 mm，充氣斷面寬 431.7 mm，符合GB/T 9744—2007《載重汽車輪胎》要求。

5.2 物理性能

成品輪胎物理性能見表1。從表1可以看出，成品輪胎物理性能達到GB/T 1190—2009《工程機械輪胎技術要求》指標。

表1 成品輪胎物理性能

5.3 裝車試驗

本設計產品2014年初開始小批量投放越南煤礦進行實際裝車試驗。試驗車型為山東臨沃重機有限公司生產的MT90寬體礦用自卸車，車輛自身質量約為40 t，礦石裝載量約為55 t，重載下坡，行駛路面泥漿呈酸性，夾雜較多碎石塊，道路彎多。試驗結果為，輪胎實際平均壽命可達5個月，輪胎整體剛性大，下沉量小，生熱低，耐磨性能較好，未出現爆胎、脫層等問題，性價比高，用戶十分滿意。

6 結語

16.00－25 36PR E-3寬體礦用自卸車輪胎性能達到國家標準或設計要求，生產工藝穩定。自投放市場以來，該輪胎產品以獨特的強韌胎體、優良的承載性能和耐磨性能而深受用戶喜愛，經濟效益顯著。