315/55D20NHS登高機輪胎的設計

代方文，羅福海，孫紹雙

（貴州輪胎股份有限公司，貴州 貴陽 550008）

近幾年來，隨著我國工業化進程的發展，根據市場和車輛設計需求，在常用于礦山、港口、井下、貨物搬運等場合的工業斜交輪胎需求量不斷增加的同時，高空作業平臺車輛市場持續發展，已初步形成產品規范化、系列化[1-5]。我公司通過市場走訪，感知到以高空作業平臺為主的登高機輪胎市場變化，為加強產品結構調整，滿足高空作業市場的需求，公司新組建研發團隊，設計開發了315/55D20NHS 12PR-L2C登高機輪胎。現將輪胎設計情況介紹如下。

1 技術要求

根據技術要求，確定315/55D20NHS 12PRL2C登高機輪胎的技術參數為：測量輪輞20×11，充氣外直徑（D′） 848（833～863） mm，充氣斷面寬（B′） 319（306～332） mm，標準充氣壓力 560 kPa，速度級別 A2，標準負荷 3 550 kg，無內胎。

2 結構設計

2.1 外直徑（D）和斷面寬（B）

在輪胎結構設計中，由于胎體錦綸簾線的熱收縮[6]，充氣狀態下輪胎的D和B都會發生變化，對于該系列輪胎，為減小輪胎充氣后的徑向變形，保證外緣尺寸滿足設計要求，通過收集大量的試驗數據，參考相近規格、系列輪胎的膨脹率，本次設計中D取824 mm，B取325 mm。

2.2 行駛面寬度（b）和弧度高（h）

b和h是影響輪胎使用性能的重要參數之一，是輪胎外緣尺寸變化的重要影響因素，通常情況下，b和h的取值影響輪胎接地印痕和壓力分布，從而影響輪胎的牽引性能和耐磨性能。對于行駛速度較低的車輛，為了提高輪胎的使用壽命，增強安全性能，需要最大限度地增大接地面積，減小胎冠弧以及單位面積上的壓力。本次設計考慮增大輪胎行駛面寬度，b取290 mm。綜合考慮輪胎的使用性能、負荷能力及耐磨性能，減小徑向變形，提高輪胎的行駛穩定性，本次胎冠弧采用平弧設計[7]。

2.3 胎圈著合直徑（d）和著合寬度（C）

d的選取一般根據輪輞確定，設計時為了使輪胎與輪輞緊密配合，d取值一般比輪輞標定直徑小0.5～2.0 mm，同時考慮鋼絲圈直徑以及胎圈部位膠料硬度。可以采用過盈設計，同時調整趾口傾角，本次角度取7°。當d偏小，則過盈量較大，輪胎裝卸困難，不方便操作；反之，則過盈量較小，胎圈與輪輞不能緊密配合，輪胎行駛過程中胎圈與輪輞之間易發生打滑現象，導致胎圈磨損，以及無內胎輪胎漏氣等使用質量問題，影響輪胎的安全性能。綜合考慮各因素，本次設計d取510 mm，C取279.5 mm。

2.4 斷面水平軸位置（H1/H2）

斷面水平軸區域是輪胎屈撓變形最大位置，是連接胎冠和胎圈形變的過渡區域，選取不當會帶來輪胎的使用質量問題，登高作業平臺注重安全性，故本次設計有胎圈保護結構。為避免因水平軸位置不當帶來的輪胎使用質量問題，結合原有設計經驗，本次設計H1/H2取0.802 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

胎面花紋是設計的重要組成部分，花紋設計合理，可提高輪胎的使用壽命。花紋通常根據輪胎的使用環境、用途以及車輛類型來確定，需要考慮輪胎整體外觀、應力分布、抓著性、牽引性和自潔性方面的因素[8-9]。本次設計的L2C花紋采用橫向塊狀結構，為防止花紋出現掉塊和花紋溝裂口現象，冠部花紋溝底采用全圓弧過渡，同時在肩部區域設計有加強筋連接，整體布局合理，美觀大方。花紋深度為20 mm，周節數為19，花紋飽和度為72.0%。

胎面花紋展開示意見圖2。

圖2 胎面花紋展開示意

3 施工設計

3.1 胎面

胎面采用兩方三塊結構，即由一塊胎冠和兩塊胎側組成。為適應該車型的使用特點，預防胎面花紋不耐磨，胎冠和胎肩部位生熱過快，出現早期脫空質量缺陷，胎面冠部采用耐磨性能好、生熱低、抗撕裂的專用配方，胎側采用耐老化性能好的配方[10]。胎面冠部總厚度為25.0 mm，胎面肩部總厚度為33.0 mm，胎面總寬度為600 mm。

輪胎充氣后由于徑向變形，為使外緣尺寸滿足設計要求，輪胎胎冠簾線角度的取值尤為重要，本次成品輪胎胎冠簾線角度取64.0°，假定伸張值取1.029。

3.2 胎體

結合車輛的使用情況和路況，為分散和吸收路面產生的應力，確保輪胎的強度和緩沖性能，合理分布緩沖端點，減少因應力集中出現早期肩空質量缺陷。胎體采用6層高強度的1400dtex/2錦綸6浸膠簾布和2層1400dtex/2V3錦綸6浸膠緩沖簾布，胎體安全倍數為13.8。

3.3 鋼絲圈

鋼絲圈采用直徑為1.0 mm的胎圈鋼絲，覆膠后直徑為1.3 mm，采用8根9排矩形結構，胎圈安全倍數為14.2。

3.4 成型

成型質量是保證輪胎工藝質量的關鍵，大量的輪胎使用質量缺陷是由胎坯成型缺陷造成的。

本設計采用指形正包膠囊反包成型機一次成型，成型機頭直徑為620 mm，機頭寬度為510 mm，采用套筒法，由擴布器擴張后自動夾往成型機頭，根據定位及糾偏裝置調整位置，膠囊反包，胎面采用自動送取、貼合的方式，胎坯質量滿足要求。

3.5 硫化

采用液壓式B型膠囊硫化機硫化，采用止循環硫化工藝。硫化條件為：總硫化時間 70 min，外溫 160 ℃，內溫 173 ℃，壓力 2.8 MPa。

4 成品性能

4.1 外緣尺寸及外觀質量

參照GB/T 521—2012《輪胎外緣尺寸測量方法》，將合格輪胎安裝在標準輪輞上，充氣至標準氣壓，在室溫18～36 ℃下停放24 h后，測得D′為860.5 mm，B′為320.5 mm，h為17.5 mm，輪胎充氣外緣尺寸滿足設計要求，外觀質量滿足HG/T 2177—2011《輪胎外觀質量》要求。

4.2 靜負荷性能

參照HG/T 2443—2012《輪胎靜負荷測定方法》，對輪胎進行靜負荷性能測試，測得不同負荷下輪胎的接地面積和下沉量，經數據分析對比，滿足設計要求。

輪胎下沉量和靜負荷性能如圖3所示。

圖3 輪胎下沉量和靜負荷性能

4.3 物理性能

成品輪胎的物理性能如表1所示，經數據對比，成品輪胎物理性能滿足GB/T 2981—2014《工業車輛充氣輪胎技術要求》要求。

表1 成品輪胎的物理性能

5 結語

315/55D20NHS 12PR-L2C登高機輪胎外觀質量合格，充氣外緣尺寸、靜負荷性能和物理性能等均滿足國家標準和設計要求。該規格輪胎順利投產并上市，用戶反饋使用效果良好，為進一步調整產品結構，完善產品系列做出了貢獻，也為公司進一步開拓高空作業平臺車輛市場打下了堅實基礎。