20.5/70－16工程機械斜交輪胎的設(shè)計

趙小慧，趙俊杰，于桂華，陳雪梅，許廣彪，張正偉

（山東玲瓏輪胎股份有限公司，山東 招遠(yuǎn) 265400）

國產(chǎn)輪式裝載機已進(jìn)入高質(zhì)量、經(jīng)濟實用性階段，市場份額逐年增大[1]。該系列輪胎的工作環(huán)境多泥濘，輪胎高寬比較小，設(shè)計和生產(chǎn)難度較大，成品容易出現(xiàn)不耐磨等問題。為滿足國內(nèi)外裝載機市場的需要，我公司開發(fā)了一系列工程機械斜交輪胎，現(xiàn)以20.5/70－16工程機械斜交輪胎為例將產(chǎn)品設(shè)計情況介紹如下。

1 技術(shù)要求

參照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和客戶要求，確定20.5/70－16工程機械斜交輪胎的技術(shù)參數(shù)如下：測量輪輞10.00（SDC），充氣外直徑（D′） 905（891～921）mm，充氣斷面寬（B′） 325（318～346） mm，充氣壓力 280 kPa，標(biāo)準(zhǔn)負(fù)荷 1 600 kg。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.1 外直徑（D）和斷面寬（B）

D由D′和外直徑膨脹率（D′/D）決定。為提高輪胎的耐磨和抗刺扎性能[2]，參考相近規(guī)格設(shè)計經(jīng)驗，D′/D取1.01，D為896 mm。

B由B′和外直徑膨脹率（B′/B）決定。錦綸簾線模量較低，輪胎充氣斷面膨脹率大，B′/B宜取較大值，依據(jù)相近規(guī)格設(shè)計經(jīng)驗，并結(jié)合公司的設(shè)備現(xiàn)狀和工藝流程，B′/B取1.048，B取310 mm。

2.2 行駛面寬度（b）和弧度高（h）

工程機械輪胎要求胎冠寬一些，b/B取值宜大些，結(jié)合作業(yè)環(huán)境，h/斷面高（H）值宜取小些。綜合考慮，本設(shè)計b取300 mm，h取9 mm，保證了足夠的胎面接地面積，避免胎面磨耗過快、磨耗不均勻等問題。

2.3 胎圈著合直徑（d）和著合寬度（C）

輪胎胎圈部位的設(shè)計首先要保證胎圈與輪輞著合緊密，同時應(yīng)考慮裝卸方便、便于客戶使用，該規(guī)格輪胎使用半深槽輪輞10.00，在保證安全性和氣密性的前提下，本設(shè)計d取406 mm（比標(biāo)準(zhǔn)輪輞直徑大0.4 mm），C取260 mm（比標(biāo)準(zhǔn)輪輞寬度大6 mm）。

2.4 斷面水平軸位置（H1/H2）

斷面水平軸位于輪胎斷面最寬處，是負(fù)荷下輪胎法向形變最大位置，只有正確選取H1/H2值，才能保證應(yīng)力從剛度大的胎肩和胎圈向柔軟的胎側(cè)均勻過渡，避免應(yīng)力集中，延長輪胎的使用壽命。本設(shè)計H1/H2取0.914，H1取117 mm，H2取128 mm。

輪胎斷面輪廓如圖1所示。

2.5 胎面花紋

胎面采用L-3塊狀花紋，花紋深度為17 mm，花紋飽和度為67%，花紋周節(jié)數(shù)為24，其特點為胎面接地面積大，具有良好的耐磨性能，可以在堅實的路面上提供較大的牽引力，適用于裝載機使用。胎肩側(cè)部采用大塊連續(xù)式的花紋，保證良好的支撐性，肩下凹槽設(shè)計既可保證散熱性，同時又美觀大方。

胎面花紋如圖2所示。

2.6 模具設(shè)計

輪胎模具的智能化已成為發(fā)展趨勢，本設(shè)計模具選擇Unigraphics（UG）系統(tǒng)作為三維支撐環(huán)境，加工模具時先使用數(shù)控加工中心進(jìn)行粗加工，再使用電火花進(jìn)行精加工，后期采用電鍍工藝，保證模具不受腐蝕影響，經(jīng)久耐用。為保證側(cè)板美觀性，胎肩部位增加裝載機功能活塊標(biāo)識，更清晰直觀，胎側(cè)優(yōu)化氣孔、氣線分布，避免缺膠問題。

3 施工設(shè)計

3.1 胎面和胎側(cè)

胎面膠采用丁苯橡膠/天然橡膠并用配方，保證耐磨、抗切割性能及良好的擠出、壓合工藝性能，采用冷貼工藝完成胎面成型。

胎面成型如圖3所示。

3.2 胎體和緩沖層

胎體采用高強度2100dtex/2錦綸6簾布，具有強力高、生熱低、耐疲勞、耐腐蝕、緩沖性能好的優(yōu)點，與小型裝載機的車型特點和強度需求相適應(yīng)，胎體安全倍數(shù)達(dá)到10.7，滿足設(shè)計要求（不小于8）。

裝載機輪胎廣泛應(yīng)用于泥土和巖石路面，為提升胎冠的抗刺扎性能和耐磨性能，需保證緩沖層的堅韌性[3]，本設(shè)計緩沖層采用1400dtex/2錦綸6簾布，上窄下寬設(shè)計，以打散端點的集中分布，避免應(yīng)力集中。

3.3 胎圈

胎圈設(shè)計要保證輪胎能夠緊密固定在輪輞上，傳遞輪胎與道路間應(yīng)力。本設(shè)計采用單側(cè)單個矩形鋼絲圈結(jié)構(gòu)，采用直徑0.96 mm高強度胎圈鋼絲，排列方式為7×6，共計42根鋼絲，鋼絲圈內(nèi)直徑為416 mm，膠芯熱貼，同時增加1層錦綸鋼絲圈包布，鋼絲圈安全倍數(shù)為9.4，滿足設(shè)計要求（不小于7）。

3.4 成型

成型采用3#成型機，成型機頭采用8瓦全折疊、不卸鼓肩設(shè)計，機頭直徑取525 mm，機頭寬度取720 mm，胎冠角度（βk）取58°，因該規(guī)格機頭直徑較小[4]，對3#成型機下壓輥裝置進(jìn)行特殊改造，以滿足生產(chǎn)需求。

3.5 硫化

硫化采用1 612.9 mm（63.5英寸）雙模蒸鍋式硫化機，采用過熱水/飽和蒸汽硫化工藝，內(nèi)溫過熱水溫度為170～175 ℃，外溫蒸汽溫度為140～145 ℃，總硫化時間為80 min。

4 成品性能

4.1 外緣尺寸

成品輪胎充氣外緣尺寸按GB/T 521—2012《輪胎外緣尺寸測量方法》測量。安裝在測量輪輞上的輪胎在標(biāo)準(zhǔn)充氣壓力下的D′和B′分別為906和325 mm，均滿足設(shè)計要求。

4.2 物理性能

成品輪胎的物理性能見表1。

表1 成品輪胎的物理性能

從表1可以看出，成品輪胎的各項物理性能均符合相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)要求。

4.3 耐久性能

耐久性能按照GB/T 30193—2013《工程機械輪胎耐久性試驗方法》進(jìn)行測試，試驗結(jié)果表明輪胎累計行駛時間為132 h，試驗結(jié)束時輪胎未損壞，滿足國家標(biāo)準(zhǔn)要求（不短于47 h），同時滿足更加嚴(yán)格的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求，該輪胎能夠滿足工程機械車輛對高負(fù)載和安全性能的要求。

4.4 裝車測試

山東萊州素有小裝載機之鄉(xiāng)的美稱，因此在萊州進(jìn)行20.5/70－16工程機械斜交輪胎裝車作業(yè)和實地測試，結(jié)果表明，該輪胎使用性能良好，表現(xiàn)出極大的競爭優(yōu)勢，得到客戶的認(rèn)可。

5 結(jié)語

20.5/70－16工程機械斜交輪胎的充氣外緣尺寸、物理性能和耐久性能達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)和企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求。該產(chǎn)品投放市場后，客戶反饋良好，提升公司在裝載機輪胎市場上的份額，為公司創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟效益。