IN445/50D710 20PR TL R-4高空作業(yè)車特種填充輪胎的設(shè)計(jì)

莊玉森，高衛(wèi)東，程 磊

（威海中威橡膠有限公司，山東 威海 264200）

高空作業(yè)車具有物料舉升、起重吊裝、載人高空作業(yè)等功能，在國(guó)外廣泛應(yīng)用于車站碼頭、廠礦車間、市政通信等大范圍高空作業(yè)領(lǐng)域，在國(guó)內(nèi)更是市場(chǎng)增長(zhǎng)潛力巨大。其行駛速度不高，但要求輪胎下沉量小，行駛平穩(wěn)，安全可靠。由于高空作業(yè)車輪胎屬于超低斷面輪胎，內(nèi)輪廓呈扁平形，設(shè)計(jì)和施工制造難度較大。

根據(jù)客戶要求，我公司先后設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了18-625，IN355/55D625和IN455/50D710等系列高空作業(yè)車輪胎，均取得了良好效果?，F(xiàn)以IN445/50D710輪胎為例，將產(chǎn)品設(shè)計(jì)情況介紹如下。

1 技術(shù)要求

根據(jù)車輛技術(shù)性能和客戶要求，確定IN445/50D710輪胎的主要技術(shù)參數(shù)如下：層級(jí) 20，花紋型號(hào) R-4（工業(yè)型驅(qū)動(dòng)輪胎花紋），標(biāo)準(zhǔn)輪輞 W15L×28，充氣外直徑（D′）（1 189±17） mm，充氣斷面寬（B′） （445±13）mm，充氣壓力 790 kPa，最大行駛速度 10 km·h-1，最大負(fù)荷 7 740 kg。

IN445/50D710 輪胎主要配套于JLG ultra boom 1350SJ直臂、自行式高空作業(yè)車（見(jiàn)圖1），爬坡度為40%，最大工作高度為41.15 m，平臺(tái)允許載質(zhì)量為450 kg，整車質(zhì)量為20 411 kg。

圖1 直臂、自行式高空作業(yè)車

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 外直徑（D）和斷面寬（B）

模型尺寸設(shè)計(jì)會(huì)影響輪胎充氣外緣尺寸和使用性能。該規(guī)格輪胎是高寬比為0.5的超低斷面輪胎，根據(jù)我公司相近規(guī)格輪胎的膨脹率并結(jié)合以往設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，本次設(shè)計(jì)外直徑膨脹率（D′/D）取1.025，斷面寬膨脹率（B′/B）取1.037，D取1 160 mm，B取 429 mm。

2.2 行駛面寬度（b）和弧度高（h）

行駛面形狀對(duì)輪胎接地性能和牽引性能有直接影響。為保證高空作業(yè)平臺(tái)平穩(wěn)、不打擺，b應(yīng)取較大值，以增大接地面積，提高穩(wěn)定性。本次設(shè)計(jì)b/B取0.937 1，b取402 mm。

本次胎冠采用兩段圓弧連接，其中一段為反弧形設(shè)計(jì)，h?。? mm，使其充氣后胎面盡量平坦，既增大了輪胎的接地面積，又可保證輪胎行駛的穩(wěn)定性[1]。

2.3 胎圈著合直徑（d）和著合寬度（C）

d小于輪輞直徑，可提高無(wú)內(nèi)胎輪胎的氣密性。本次設(shè)計(jì)d取711 mm，胎趾傾角取6°（輪輞圈座傾角為5°），C取381 mm（即標(biāo)準(zhǔn)輪輞寬度）[2-4]。

2.4 斷面水平軸位置（H1/H2）

H1/H2的取值對(duì)輪胎的使用性能影響較大。高空作業(yè)車作業(yè)過(guò)程中，輪胎斷面水平軸下移也會(huì)使得胎圈部位壓力急劇增大，車身易擺動(dòng)。本次設(shè)計(jì)H1/H2取較大值為0.804 7，將水平軸適當(dāng)上移，以減小胎圈部位的應(yīng)力和應(yīng)變，提高作業(yè)過(guò)程中的安全性。

2.5 胎肩

為提高胎肩接地支撐性能，本次設(shè)計(jì)采用切線型設(shè)計(jì)，并使得胎肩盡量與地面垂直線靠近，以提高其支撐性能，減小變形。

2.6 下胎側(cè)及胎圈保護(hù)設(shè)計(jì)

本次設(shè)計(jì)將下胎側(cè)特別加厚，以提高輪胎的抗刺扎和抵抗外界創(chuàng)傷的能力。胎踵上部采用胎圈保護(hù)設(shè)計(jì)，一方面可提高胎側(cè)的硬度，另一方面起到保護(hù)輪緣的作用。

輪胎斷面輪廓如圖2所示。

圖2 輪胎斷面輪廓示意

2.7 胎面花紋

根據(jù)高空作業(yè)車作業(yè)特點(diǎn)及客戶需求，本次設(shè)計(jì)采用自潔性能好且抓著力強(qiáng)的R-4花紋?；y深度為25 mm，花紋周節(jié)數(shù)為19，花紋飽和度為75%。為防止出現(xiàn)花紋根部裂口和崩花掉塊問(wèn)題，花紋塊后側(cè)壁采用階梯狀設(shè)計(jì)。

胎面花紋展開(kāi)如圖3所示。

圖3 胎面花紋展開(kāi)示意

2.8 聚氨酯填充

采用聚氨酯彈性體填充充氣輪胎。聚氨酯填充輪胎沒(méi)有因爆胎泄氣引發(fā)的安全隱患，可提高車輛在惡劣環(huán)境下的工作能力、平穩(wěn)度和駕駛的安全系數(shù)，從而延長(zhǎng)輪胎的使用壽命，降低輪胎的更換成本。

3 施工設(shè)計(jì)

3.1 胎面

胎面采用兩方三塊結(jié)構(gòu)，根據(jù)使用環(huán)境和作業(yè)特點(diǎn)，胎面膠以天然橡膠為主，并用少量丁苯橡膠；補(bǔ)強(qiáng)體系采用中超耐磨炭黑N220和少量白炭黑并用；硫化體系采用硫黃硫化體系。側(cè)部采用定伸應(yīng)力大、壓縮變形小的膠料。

該規(guī)格輪胎屬于超低斷面輪胎，胎面膠的流動(dòng)規(guī)律與普通輪胎有一定區(qū)別，故胎冠寬度取值稍大于b，以防止硫化過(guò)程中肩部膠料向冠部倒流而出現(xiàn)胎里窩氣現(xiàn)象。

3.2 胎體及緩沖層

胎體采用6層1400dtex/3V1錦綸66簾布作為骨架材料，成型方式為4-2，以增大胎體的硬度，提高輪胎的支撐性能、車輛升高時(shí)的穩(wěn)定性及行駛的平穩(wěn)性[5-6]。

緩沖層選用4層930dtex/2V3錦綸66簾布，為最大限度避開(kāi)肩部應(yīng)力集中區(qū)，其端點(diǎn)達(dá)到防擦線部位，同時(shí)上緩沖膠片覆蓋緩沖層端點(diǎn)以增大粘合力。

3.3 氣密層

為防止胎腔空氣經(jīng)過(guò)氣密層滲透到胎體簾布層內(nèi)引起脫層，氣密層必須具有良好的氣密性。本次設(shè)計(jì)氣密層膠選用氯化丁基橡膠/天然橡膠（并用比為70/30）并用配方，兼顧了輪胎的氣密性和工藝性能。氣密層厚度為2.5 mm，寬度以包到胎趾部位為佳。

3.4 胎圈

胎圈采用單鋼絲圈結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，采用直徑為0.96 mm的19#回火胎圈鋼絲，排布型式為10×11，鋼絲圈直徑為729 mm，安全倍數(shù)大于6[5-7]。

3.5 胎冠簾線角度和簾線假定伸張值

由于該規(guī)格輪胎內(nèi)輪廓呈扁平形，為保證輪胎使用性能，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，本設(shè)計(jì)胎冠簾線角度取60.5°，簾線假定伸張值取1.04。

3.6 成型

成型采用LCB-4B型壓輥包邊成型機(jī)，機(jī)頭直徑為835 mm，機(jī)頭寬度為750 mm。

3.7 硫化

硫化采用1 612.9 mm（63.5英寸）蒸鍋式雙模定型硫化機(jī)，以保證最佳的硫化效果和外緣尺寸的穩(wěn)定性。在模具上合理布置排氣孔和排氣線，有利于提高輪胎的外觀合格率。

硫化條件為：內(nèi)溫 （168±5） ℃，外溫（145±2） ℃，內(nèi)壓 （2.6±0.2） MPa，經(jīng)硫化測(cè)溫確定最佳正硫化時(shí)間。

3.8 外觀設(shè)計(jì)

由于市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈，客戶在追求產(chǎn)品內(nèi)在質(zhì)量的同時(shí)，也十分關(guān)注產(chǎn)品外觀形象。本設(shè)計(jì)在冠部花紋沿圓周六等分刻上“IN445/50D710”字樣，同時(shí)在胎側(cè)增加了安全警示語(yǔ)、充氣壓力和負(fù)荷等標(biāo)識(shí)，可更有效地指導(dǎo)用戶規(guī)范使用。

4 工藝控制

該輪胎在實(shí)際生產(chǎn)中易出現(xiàn)花紋溝底裂和胎里漏線、胎里窩氣及胎側(cè)重皮裂口等外觀質(zhì)量問(wèn)題。為提高輪胎的內(nèi)在質(zhì)量，需加大對(duì)重點(diǎn)工藝的監(jiān)控，具體措施如下。

（1）確保密煉機(jī)混煉時(shí)間和溫度達(dá)到工藝要求。

（2）嚴(yán)格控制氣密層的質(zhì)量，特別是貼合對(duì)正度需符合要求，氣泡須挑破壓實(shí)。

（3）胎面接頭須壓實(shí)、平整。

（4）嚴(yán)格控制成型工藝，特別是布筒周長(zhǎng)和角度須符合施工要求，簾布筒差級(jí)分布均勻。

（5）嚴(yán)格扎眼工藝，加大胎坯穿刺密度。

（6）硫化前使膠囊充分預(yù)熱和伸張，控制一次及二次定型高度，避免成品輪胎胎里缺陷。

（7）加強(qiáng)輪胎后充氣工藝控制，硫化后必須確保3.5 min內(nèi)進(jìn)行后充氣。

5 成品性能

5.1 充氣外緣尺寸

在標(biāo)準(zhǔn)充氣壓力下，測(cè)得輪胎的充氣外直徑為1 199 mm，充氣斷面寬為446.8 mm，充氣后冠弧半徑為788 mm，下沉量為59 mm，均滿足設(shè)計(jì)要求。

5.2 成品物理性能

成品輪胎的物理性能試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。從表1可以看出，成品輪胎的各項(xiàng)物理性能均符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求。

表1 成品輪胎的物理性能試驗(yàn)結(jié)果

5.3 實(shí)際裝車路試

在路況為沙地、巖石等復(fù)雜路面，以試驗(yàn)車型為JLG 1350SJ直臂式高空作業(yè)車進(jìn)行小批量實(shí)際裝車對(duì)比試驗(yàn)。從反饋信息看，輪胎的整體剛性大，下沉量小，穩(wěn)定性好，升高時(shí)不打擺，通過(guò)性好。

6 結(jié)語(yǔ)

IN445/50D710 20PR TL R-4特種高空作業(yè)車輪胎的外緣尺寸符合設(shè)計(jì)要求，其物理性能可達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求。該規(guī)格輪胎自投產(chǎn)以來(lái)，外觀合格率達(dá)99.7%以上，投放市場(chǎng)后以優(yōu)異的質(zhì)量贏得了用戶的肯定，給公司帶來(lái)良好的經(jīng)濟(jì)效益。