280/85R24 R-1W農(nóng)業(yè)子午線輪胎的設(shè)計(jì)

姚茂華，陳傳慧

（貴州輪胎股份有限公司，貴州 貴陽 550008）

隨著農(nóng)村土地流轉(zhuǎn)政策的實(shí)施，農(nóng)業(yè)集約化生產(chǎn)快速發(fā)展，拖拉機(jī)的使用也越來越廣泛，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的機(jī)械化進(jìn)程逐步加快，與之配套的農(nóng)業(yè)輪胎近幾年也得到很大發(fā)展。隨著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的進(jìn)步以及環(huán)保要求的提高，人們對輪胎的使用性能也提出了更高的要求。與農(nóng)業(yè)斜交輪胎相比，農(nóng)業(yè)子午線輪胎具有對土壤壓實(shí)程度低、對地面抓著力大、舒適、節(jié)油、耐磨性能和速度性能好等優(yōu)點(diǎn)，因此得到我國輪胎生產(chǎn)廠家的關(guān)注并紛紛投產(chǎn)，農(nóng)業(yè)輪胎的子午化率逐年提高，目前已接近30%[1-4]。我公司目前已具有年產(chǎn)6萬條農(nóng)業(yè)子午線輪胎的生產(chǎn)能力且產(chǎn)品質(zhì)量優(yōu)異。

本文介紹我公司新開發(fā)的280/85R24 R-1W農(nóng)業(yè)子午線輪胎的設(shè)計(jì)，為農(nóng)業(yè)子午線輪胎的開發(fā)提供參考。

1 技術(shù)要求

農(nóng)業(yè)子午線輪胎在歐洲發(fā)展最早，目前歐洲農(nóng)業(yè)輪胎子午化率接近100%，并且其農(nóng)業(yè)輪胎標(biāo)準(zhǔn)以及《美國輪輞輪胎協(xié)會(huì)（TRA）標(biāo)準(zhǔn)年鑒》都是參照《歐洲輪胎輪輞技術(shù)組織（ETRTO）標(biāo)準(zhǔn)手冊》制定的。為同時(shí)滿足國內(nèi)外客戶的要求，本設(shè)計(jì)參照ETRTO標(biāo)準(zhǔn)，確定280/85R24 R-1W農(nóng)業(yè)子午線輪胎的技術(shù)參數(shù)為：標(biāo)準(zhǔn)輪輞 W9，充氣外直徑（D′） 1 086 mm（1 067.2～1 104.8 mm），充氣斷面寬度（B′） 282 mm（270.8～298.9 mm），標(biāo)準(zhǔn)充氣壓力 160 kPa，標(biāo)準(zhǔn)負(fù)荷 1 215 kg，負(fù)荷指數(shù) 115，速度級別 A8/B，速度半徑指數(shù) 525。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 外直徑（D）和斷面寬度（B）

農(nóng)業(yè)子午線輪胎采用全纖維簾線胎體，在設(shè)計(jì)時(shí)要考慮纖維簾線的特點(diǎn)。纖維簾線的伸張和變形比鋼絲簾線大。根據(jù)以往設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，D的伸張量約為20 mm，同時(shí)本設(shè)計(jì)加大了胎圈著合寬度（C），因此確定B有4～8 mm的收縮量。本設(shè)計(jì)D取1 068 mm，B取283 mm。

2.2 C和胎圈著合直徑（d）

本設(shè)計(jì)輪胎無內(nèi)胎，為避免在生產(chǎn)與儲(chǔ)運(yùn)過程中由于胎圈在寬度方向上收縮引起不能或不易充氣的問題，C的取值比輪輞寬度增大25.4 mm（1英寸），C取254 mm。

本設(shè)計(jì)輪胎配用半深槽輪輞，輪輞直徑為614.4 mm，著合面傾角為5°，輪胎與輪輞采用過盈配合，d取611 mm。同時(shí)，胎圈底部傾角設(shè)計(jì)為6°，以確保輪胎在使用中保持良好的氣密性以及輪胎在行駛中與輪輞不產(chǎn)生相對滑移。

2.3 行駛面寬度（b）和弧度高（h）

b和h決定了輪胎在行駛面上的壓力及其均勻性。對于農(nóng)業(yè)輪胎，應(yīng)盡量降低其對土壤的壓實(shí)程度，同時(shí)還要考慮胎面花紋對地面的抓著力，盡量提高輪胎的牽引性能。綜合考慮，本設(shè)計(jì)b取266 mm，h取15 mm，胎肩采用大圓弧R20過渡。

2.4 斷面水平軸位置（H1/H2）

斷面水平軸的設(shè)計(jì)會(huì)影響胎側(cè)在使用中的變形，從而影響應(yīng)力在胎肩和胎圈部位的分布，在設(shè)計(jì)時(shí)需要分析應(yīng)力分布并進(jìn)行平衡，以確保使用中胎肩和胎圈部位都不會(huì)因應(yīng)力集中而出現(xiàn)故障。一般子午線輪胎的H1/H2比斜交輪胎大，本設(shè)計(jì)H1取96.5 mm，H2取132.0 mm，H1/H2為0.731 1。H1/H2之所以偏小，是采用了C比輪輞斷面寬度增大25.4 mm的設(shè)計(jì)，輪胎裝配到標(biāo)準(zhǔn)輪輞上后，斷面水平軸會(huì)上移。

2.5 外觀輪廓

輪胎斷面輪廓如圖1所示，胎圈側(cè)視圖如圖2所示。胎圈部位設(shè)計(jì)了輪輞防護(hù)（藍(lán)線）與下胎槽（紅線）。

圖1 輪胎斷面輪廓示意

圖2 胎圈側(cè)視圖

2.6 胎面花紋

農(nóng)業(yè)輪胎的胎面花紋設(shè)計(jì)主要考慮以下4個(gè)要求：一是輪胎對松軟地面的抓著力大，以提高輪胎的牽引性能；二是胎面抗刺扎和耐磨性能好；三是避免花紋溝底部裂口；四是保證輪胎花紋的自潔性。設(shè)計(jì)胎面花紋時(shí)，在保證輪胎對地面抓著力的前提下，胎面花紋溝底部盡量用大半徑圓弧過渡，以避免花紋溝底應(yīng)力集中，引起花紋溝裂口。胎面花紋深度設(shè)計(jì)為43 mm，以提高輪胎的抓著性能和延長使用壽命。胎面花紋與法向的夾角為36°（靠近胎肩）～45°（靠近胎冠），采用圓弧逐漸過渡，此設(shè)計(jì)能較好地兼顧牽引性能、行駛平順性與花紋自潔性。本設(shè)計(jì)花紋周節(jié)數(shù)取19，花紋塊面積約占輪胎行駛面面積的23.4%。胎面花紋展開如圖3所示，胎面花紋立體效果照片如圖4所示。

圖3 胎面花紋展開示意

圖4 胎面花紋立體效果照片

3 施工設(shè)計(jì)

3.1 胎面

為避免花紋溝底產(chǎn)生裂口，除花紋設(shè)計(jì)上的措施外，采用了以天然橡膠為主體材料的抗刺扎、耐磨、抗撕裂的專用農(nóng)業(yè)子午線輪胎胎面膠配方，基部膠最小厚度為6 mm。采用了耐屈撓、抗刺扎、耐老化性能好的胎側(cè)膠配方，胎側(cè)膠最小厚度為5 mm。胎面采用胎冠包胎側(cè)的結(jié)構(gòu)。

3.2 胎體

胎體采用兩層1670dtex/2高模量低收縮聚酯（DSP）簾布，簾布密度為100根·dm-1。在充氣壓力為160 kPa條件下胎體安全倍數(shù)大于10。胎體簾布層裁斷角度為5°，簾線略有交叉，可有效避免由于工藝參數(shù)波動(dòng)造成的胎體簾線劈縫。

3.3 帶束層

帶束層采用4層1400dtex/3錦綸66簾布，簾布密度為88根·dm-1，在充氣壓力為160 kPa條件下帶束層安全倍數(shù)大于8，帶束層簾布裁斷角度為22°。

3.4 鋼絲圈與三角膠

胎圈鋼絲采用直徑為0.96 mm的鍍銅回火鋼絲，鋼絲圈直徑為621 mm，鋼絲排列方式為7×10，鋼絲圈安全倍數(shù)大于7。三角膠高度為50 mm，以增強(qiáng)對胎圈的支撐性能。鋼絲圈不采用包布，以便成型時(shí)三角膠易壓實(shí)。

3.5 成型

將兩層氣密層（總厚度為2.0 mm）貼合于第1層胎體簾布上。胎體簾布在一段成型機(jī)上采用層貼法成型，兩層反包，一段成型鼓直徑為686 mm，寬度為468 mm。采用胎肩墊膠單層貼合，胎肩墊膠厚度為8 mm。帶束層在二段成型機(jī)上用層貼法成型，二段成型機(jī)卡盤直徑為615.5 mm，成型充氣壓力為30～60 kPa。胎圈不采用包布，采用護(hù)膠。胎面在二段成型機(jī)上纏繞成型。

3.6 硫化

采用蒸鍋式雙模硫化機(jī)硫化，硫化條件為：過熱水壓力（內(nèi)壓） 2.4～2.8 MPa，過熱水溫度（內(nèi)溫） 173 ℃，外溫 145 ℃，硫化時(shí)間 113 min，無后充氣。

4 成品輪胎性能

4.1 外緣尺寸

輪胎裝在W9輪輞上，充氣壓力為160 kPa，按歐洲經(jīng)濟(jì)委員會(huì)（ECE）324測得的D′為1 092 mm，B′為278 mm，符合設(shè)計(jì)要求。

4.2 耐久性能

按ETRTO標(biāo)準(zhǔn)，采用ECE106的耐久性能測試方法，在速度為20 km·h-1以及通過47 h后每隔10 h在標(biāo)準(zhǔn)負(fù)荷（1 215 kg）基礎(chǔ)上負(fù)荷增大10%，測得累計(jì)行駛時(shí)間為77 h，輪胎未損壞。

4.3 物理性能

成品輪胎的物理性能如表1所示。從表1可以看出，成品輪胎的物理性能良好，滿足國家標(biāo)準(zhǔn)要求。

表1 成品輪胎的物理性能

5 結(jié)語

280/85R24 R-1W農(nóng)業(yè)子午線輪胎的充氣外緣尺寸符合設(shè)計(jì)要求，耐久性能達(dá)到ETRTO標(biāo)準(zhǔn)要求，物理性能達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)要求。該輪胎美觀，使用性能好，其投放市場后得到用戶好評，滿足市場需求，為公司創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。