20.5/70-16 14PR有內胎小型裝載機輪胎的設計

賀李萍，周明超，于樂樂

（風神輪胎股份有限公司，河南 焦作 454003）

隨著裝載機向更小型和更大型發展，配套市場和維修市場對工程機械輪胎的品種需求逐漸增多。為滿足市場需求，增加輪胎品牌、規格和花紋型號，我公司開發了用于小型裝載機的20.5/70-16 14PR有內胎輪胎，市場反饋良好。現將該產品的設計情況介紹如下。

1 技術要求

20.5/70-16 14PR小型裝載機輪胎是一種非標準輪胎，根據客戶要求，確定其技術參數為：標準輪輞 8.5-16，充氣外直徑（D′）945（928.8～961.2）mm，充氣斷面寬（B′）332（323.0～351.9）mm，速度 10 km·h-1，最大負荷 3 000 kg，充氣壓力 450 kPa，氣門嘴型號DG06C。

2 結構設計

2.1 外直徑（D）和斷面寬（B）

20.5/70-16 14PR小型裝載機輪胎是低斷面寬基輪胎，其內輪廓為扁橢圓形。為保證成品輪胎充氣后尺寸符合設計要求，防止輪胎充氣后徑向方向膨脹，本設計輪胎的外直徑膨脹率（D′/D）取1.056，斷面寬膨脹率（B′/B）取1.065，則D為895 mm，B為312 mm。

2.2 行駛面寬度（b）和弧度高（h）

輪胎的b和h對胎面的耐磨、牽引、轉向和生熱等多項性能有較大的影響[1]。為了保證在負荷作用下95%以上寬度的胎面與地面接觸，本設計b/B取0.961 5，h/斷面高取0.043 9，則b為300 mm，h為11 mm。

2.3 胎圈著合直徑（d）和著合寬度（C）

小型裝載機主要用于貨物周轉作業，對行駛的平穩性具有很高的要求。為避免輪胎在使用過程中出現胎圈滑移和脫圈現象，本設計d取405 mm，C取216 mm。

2.4 斷面水平軸位置（H1/H2）

斷面水平軸位置的選取應結合材料分布圖和內輪廓曲線，設計時應保證內輪廓趨于橢圓形狀，橢圓長軸位于斷面水平軸附近，以避免使用過程中胎圈和胎肩部位出現早期損壞[2-4]，本設計H1/H2取0.828 3。

輪胎斷面輪廓如圖1所示。

圖1 輪胎斷面輪廓示意

2.5 胎面花紋

本設計胎面花紋采用L-3橫向花紋，花紋深度為19 mm，基部膠厚度為7 mm，花紋周節數為20，花紋飽和度為68.7%，花紋溝采用15°傾角，并采用全圓角過渡形式與花紋溝底連接，避免因應力集中導致的早期溝底裂。

胎面花紋展開如圖2所示。

圖2 胎面花紋展開示意

輪胎下胎側設有3條防水線以有效地保護輪輞。胎側部位增加波紋裝飾線，具有良好的胎側自潔性能。胎側上下模刻有中英文商標，包括規格、花紋、氣壓和負荷等信息。

3 施工設計

3.1 胎面

胎面采用全丁苯橡膠耐磨膠料，胎側采用高韌性膠料。

根據材料分布圖和輪胎三維設計圖確定半成品尺寸：胎面長度 1 780 mm，寬度 495 mm，肩部厚度 32 mm，中間厚度 27.5 mm；胎側長度1 726 mm，寬度 250 mm，厚度 5.4 mm。

3.2 胎體簾布層及緩沖層

胎體簾布層是輪胎的骨架，承受由內壓引起的初始應力的80%～90%[5-6]，因此需選用強度適合的胎體簾布以滿足輪胎使用過程中的氣壓、負荷和安全性能要求。

本設計采用4層反包和2層正包的胎體簾布結構，反包采用4層1870dtex/2V1錦綸6簾布，反包端點位于斷面水平軸附近；正包采用2層1870dtex/2V2錦綸6簾布，包過胎趾，各層簾布寬度級差均為15 mm。

為使輪胎胎冠到胎體的材料均勻過渡，增大冠部簾線附著力[7-8]，本設計緩沖層采用2層930dtex/2V3錦綸6簾布，緩沖層端點到達胎踵，有效防止使用過程中胎側脫層損壞。

胎體簾布和緩沖層簾布的裁斷角度均為30°，成品輪胎胎冠角為57°，簾線假定伸張值為1.032，胎體安全倍數為7.2。

3.3 胎圈

胎圈采用單鋼絲圈結構，鋼絲排列方式為7×9。胎圈由直徑為0.96 mm的鋼絲覆膠擠出后在直徑為421.44 mm的卷成盤上卷制而成。胎圈包布采用2層930dtex/1錦綸帆布，厚度為1 mm。胎圈安全倍數為5.9。

3.4 成型

胎坯采用Φ540 mm×400 mm半芯輪式成型機成型。機頭寬度為（650±30）mm，鼓肩深度為40 mm。胎面采用熱接頭、套筒法成型，胎側采用層貼法成型。

3.5 硫化

胎坯采用B型膠囊定型，兩半模硫化機硫化。硫化條件為：外壓蒸汽壓力（0.9±0.01）MPa，過熱水壓力（3±0.2）MPa，外壓蒸汽溫度（146±2）℃，過熱水溫度（172±8）℃，總硫化時間 117 min。

硫化出鍋后在后充氣裝置上冷卻定型，后充氣壓力為（0.56±0.05）MPa，從啟模到后充氣冷卻時間不得超過10 min，后充氣冷卻時間需長于一個硫化周期，即117 min。

4 成品性能

4.1 充氣外緣尺寸

成品輪胎在標準充氣壓力下停放24 h后，安裝在標準輪輞上進行外緣尺寸測量，輪胎的D′為949 mm，B′為341 mm，符合設計要求。

4.2 物理性能

成品輪胎的物理性能按照GB/T 2891-2014進行測試，結果如表1所示。

表1 成品輪胎的物理性能

由表1可以看出，20.5/70-16 14PR有內胎小型裝載機輪胎的各項物理性能均符合國家標準要求。

5 結語

20.5/70-16 14PR有內胎小型裝載機輪胎生產工藝穩定，充氣外緣尺寸、胎面膠物理性能和粘合強度均達到設計和國家標準要求。該產品因其新穎的外觀和優異的使用性能而受到市場的一致好評。