120/90－26 6PR R2農(nóng)業(yè)輪胎的設(shè)計(jì)

睢安全

（徐州徐輪橡膠有限公司，江蘇 徐州 221011）

隨著我國(guó)農(nóng)村產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程的推進(jìn)，農(nóng)業(yè)機(jī)械產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展。新型打藥機(jī)是一種高效植物保護(hù)機(jī)械（以下簡(jiǎn)稱植保機(jī)），采用水、旱兩用輪，適用于水、旱田作業(yè)，適合矮稈作物幼苗期、生長(zhǎng)期農(nóng)藥噴灑，具有噴幅寬、容量大等特點(diǎn)，是理想的乘座式高效田間管理機(jī)械[1-2]。為滿足打藥機(jī)需求，我公司開(kāi)發(fā)了120/90－26 6PR R2農(nóng)業(yè)輪胎，適宜在植保機(jī)上使用，現(xiàn)將其設(shè)計(jì)情況簡(jiǎn)介如下。

1 技術(shù)要求

根據(jù)客戶提出的要求，植保機(jī)主要在田壟間作業(yè)，作業(yè)時(shí)不能損壞田間作物，這就要求輪胎的外直徑（D）大，斷面寬（B）小；作為驅(qū)動(dòng)輪使用，輪胎的抓著力要大，因此確定120/90－26 6PR R2農(nóng)業(yè)輪胎的主要技術(shù)參數(shù)為:標(biāo)準(zhǔn)輪輞 4J，充氣外直徑（D′）940（930～955）mm，充氣斷面寬（B′）123（113～133）mm，層級(jí) 6，花紋類型 R2，標(biāo)準(zhǔn)充氣壓力 320 kPa，額定負(fù)荷 680 kg，最高行駛速度 15 km·h-1。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 外直徑和斷面寬

外直徑和斷面寬膨脹率（B′/B）的選取直接關(guān)系到成品輪胎能否達(dá)到植保機(jī)的使用和性能要求。借鑒R2農(nóng)業(yè)輪胎的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)以及我廠的生產(chǎn)工藝情況，并根據(jù)聚酯簾線的特點(diǎn)，本設(shè)計(jì)輪胎的外直徑膨脹率（D′/D）為0.993，B′/B為1.02，由此計(jì)算出輪胎的D為952 mm，B為122 mm，并根據(jù)所確定的模型尺寸驗(yàn)算其負(fù)荷能力可達(dá)到客戶車輛使用要求。

2.2 行駛面寬度（b）和弧度高（h）

b和h是決定輪胎胎冠形狀的主要參數(shù)，本設(shè)計(jì)輪胎主要用于田壟上的驅(qū)動(dòng)作業(yè)，因此需要較大的接地面積，才能保證輪胎的支撐能力和操縱性能以及車輛的平穩(wěn)行駛[3-4]。綜合考慮輪胎的肩部厚度，b/B取0.97，b為118 mm，h為9 mm。

2.3 胎圈著合直徑（d）和著合寬度（C）

本設(shè)計(jì)輪胎為有內(nèi)胎輪胎，裝于5°斜底輪輞，d取664 mm。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)C/B取0.84，C設(shè)計(jì)為102 mm，胎圈角度為5°。

2.4 斷面水平軸位置（H1/H2）

斷面水平軸是輪胎在負(fù)荷下法向變形最大的位置。在保證輪胎內(nèi)輪廓平衡的前提下，避免應(yīng)力集中在上胎側(cè)或下胎側(cè)，造成胎肩脫空或胎圈部位折斷，本設(shè)計(jì)由于花紋較深，H1取46 mm，H2取98 mm，則H1/H2為0.47。輪胎斷面輪廓見(jiàn)圖1。

圖1 輪胎斷面輪廓示意

2.5 胎面花紋

根據(jù)植保機(jī)作業(yè)環(huán)境和驅(qū)動(dòng)輪使用要求，本設(shè)計(jì)輪胎采用R2花紋，花紋深度為44.5 mm，花紋周節(jié)數(shù)為18，花紋飽和度為16.9%。花紋前角為15°，后角為22°～25°，前后角相差7°～10°。前角小，可提高花紋塊對(duì)土壤的抓著力；后角大，可提高花紋塊的支撐性能和離地時(shí)的自潔性能。胎面基部膠厚度為6 mm，花紋塊根部倒半徑為10～20 mm圓弧，避免冠部花紋根部應(yīng)力集中造成根裂現(xiàn)象。輪胎胎面花紋展開(kāi)如圖2所示。

圖2 輪胎胎面花紋展開(kāi)示意

3 施工設(shè)計(jì)

3.1 胎面和胎側(cè)

胎面采用冠側(cè)一體結(jié)構(gòu)，胎面膠采用水田專用膠配方，以提高胎面膠的耐磨性能，避免花紋掉塊現(xiàn)象[5-6]。根據(jù)材料分布圖設(shè)計(jì)，胎面總寬度為265 mm，胎冠寬度為50 mm，胎冠厚度為28.5 mm，胎側(cè)厚度為4 mm。

3.2 胎體和胎圈

胎體采用2層高強(qiáng)度1670dtex/2聚酯簾布，安全倍數(shù)達(dá)到12，成型方式為2-0結(jié)構(gòu)，即第1個(gè)布筒有2層簾布，第2個(gè)布筒為0層簾布。簾布裁斷角為40°。

胎圈采用單鋼絲圈設(shè)計(jì)，采用Φ1.0 mm的回火胎圈鋼絲，5×5排列，鋼絲圈直徑為673 mm。胎圈安全倍數(shù)大于8。

3.3 成型

采用半鼓式成型機(jī)，成型鼓直徑為705 mm，寬度為225 mm。按照現(xiàn)有的成型鼓內(nèi)部連桿結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在保證成型鼓強(qiáng)度及使用壽命的情況下，各連桿的厚度均有相應(yīng)的要求（搭子厚度為23 mm，主連桿盤(pán)厚度為20 mm，副連桿盤(pán)厚度為30 mm，彎連桿厚度為38 mm，小連桿厚度為38 mm，碰塊厚度為40 mm），據(jù)此設(shè)計(jì)的成型鼓機(jī)芯寬度最小為262 mm，已超出該成型鼓寬度[7-8]。因此，需要重新設(shè)計(jì)成型鼓內(nèi)部連桿結(jié)構(gòu)。新設(shè)計(jì)的成型鼓結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 新設(shè)計(jì)的成型鼓結(jié)構(gòu)示意

成型鼓設(shè)計(jì)為三瓦塊，一塊固定瓦，兩塊活動(dòng)瓦，折疊后的成型鼓形狀類似于半圓。固定瓦相對(duì)于成型鼓機(jī)芯中心的圓心角為130°，固定瓦兩側(cè)端點(diǎn)的最大距離為640 mm，固定瓦的尺寸決定了成型鼓的最大折疊直徑；兩塊活動(dòng)瓦的圓心角為115°，折疊后活動(dòng)瓦被包含在固定瓦內(nèi)，活動(dòng)瓦保證了成型鼓的撐、合兩種工作狀態(tài)。

成型鼓撐開(kāi)后，關(guān)閉活動(dòng)檔撥，成型鼓達(dá)到工作狀態(tài)，外直徑達(dá)到705 mm；成型鼓折疊時(shí)，打開(kāi)活動(dòng)檔撥，兩塊活動(dòng)瓦向內(nèi)折疊，折疊后最大徑向距離為640 mm，半成品圈口內(nèi)直徑約為668 mm，可以順利完成卸胎。

按照成型鼓直徑和鋼圈直徑可在3#壓輥包邊成型機(jī)上成型。胎體簾布和胎面均為套筒式。由于3#成型機(jī)后壓輥有一定的使用范圍，無(wú)法輥壓正包，因此需要采用手動(dòng)壓輥的方式。

3.4 硫化

本設(shè)計(jì)輪胎采用水胎定型，水胎斷面寬為103 mm，2#空氣定型機(jī)的最小定型高度為165 mm，定型盤(pán)落到最低位置時(shí)胎坯無(wú)法定型。因此制作一種簡(jiǎn)易撐胎機(jī)，通過(guò)氣缸控制撐胎直徑為710～830 mm，并通過(guò)與水胎外形相似的半圓環(huán)將半成品撐起。將水胎對(duì)折，兩頭塞入撐胎后的半成品中，再將另外兩側(cè)壓入半成品，水胎充氣后定型完成。

采用200T四立柱硫化機(jī)硫化，由于本設(shè)計(jì)輪胎模具厚度為210 mm，將四立柱硫化機(jī)兩層改為3層，每次可使用3副模具硫化[9-10]。硫化條件為:外壓蒸汽壓力（0.5±0.02）MPa，過(guò)熱水進(jìn)口壓力2.6～2.7 MPa，過(guò)熱水溫度（168±3）℃，循環(huán)水壓力 ≥2.2 MPa，硫化時(shí)間 75～80 min。

4 成品性能

4.1 外緣尺寸

使用標(biāo)準(zhǔn)輪輞，在標(biāo)準(zhǔn)充氣壓力下，本設(shè)計(jì)輪胎的D′為945 mm，B′為125 mm，充氣外緣尺寸滿足設(shè)計(jì)要求。

4.2 物理性能

成品輪胎胎面膠的物理性能見(jiàn)表1。

從表1可以看出，成品輪胎胎面膠的物理性能滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求。

表1 成品輪胎胎面膠的物理性能

5 結(jié)論

120/90－26 6PR R2農(nóng)業(yè)輪胎的制造工藝穩(wěn)定、外觀質(zhì)量良好，充氣外緣尺寸和物理性能均達(dá)到相應(yīng)的設(shè)計(jì)和標(biāo)準(zhǔn)要求。該產(chǎn)品的研發(fā)填補(bǔ)了植保機(jī)市場(chǎng)輪胎產(chǎn)品的空白，為公司在養(yǎng)護(hù)農(nóng)業(yè)機(jī)械輪胎方面的開(kāi)發(fā)奠定了基礎(chǔ)。