60×18.00-35 50PR TL L-5礦用支架搬運車填充輪胎的設計

宋敬連，莊玉森，程 磊，高衛東

（威海中威橡膠有限公司，山東 威海 264200）

礦用支架搬運車是用于綜合采礦工作面液壓支架整體下井、倒面作業的專用設備，具有載重能力大、運行速度快、機動靈活和爬坡能力強等優點，其使用可大大縮短新舊工作面的接續時間，降低工人的勞動強度，提高出煤效率，已經得到國內煤礦企業的普遍認可。但與之配套的輪胎只有國外少數大型輪胎企業能夠生產，雖然產品性能優良，但存在價格高、服務不及時和交貨周期長等問題，給國內礦用機械的生產、保養和維修造成了極大的不便。

根據客戶要求，我公司從2013年起先后開發了1425×585-27，1425×660-29和60×18.00-35等系列低斷面厚胎體礦用輪胎，取得了良好的效果。現以60×18.00-35輪胎為例，將產品設計情況簡要介紹如下。

1 技術要求

根據車輛技術性能和用戶的使用要求，確定60×18.00-35礦用支架搬運車填充輪胎技術參數如下：層級 50，花紋類型 L-5（塊狀超加深花紋），標準輪輞 15.00/2.5，充氣外直徑（D′） （1 500±15） mm，充氣斷面寬（B′） （450±13） mm，最高行駛速度 12 km·h-1，充氣壓力 1 400 kPa，最大負荷 25 000 kg。

所配車型為50Y液壓支架搬運車（見圖1），車輛自身質量為30 000 kg，載質量為50 000 kg，最大爬坡角度為16°，空車速度不大于24 km·h-1，載重速度不大于12 km·h-1，作業環境為煤礦井下礦渣路面和水泥路面。

圖1 50Y液壓支架搬運車

60×18.00-35輪胎是由實心輪胎演變而來的，主要用于支架搬運車的前輪。據調查，其作業條件異常惡劣且危險，作業場地高低不平，路面坡度大，轉彎多，夾雜著鋒利的碎石塊，而且車輛超載現象十分嚴重，輪胎容易在短時間內損壞。用戶要求輪胎必須具有良好的耐磨、耐撕裂、抗切割性能及優異的抓著性和通過性。另外，輪胎胎側容易劃傷，切割或撕裂的區域在輪胎表面會迅速延伸擴大，引起胎體裂口，造成輪胎早期失效，必須加強保護。

2 結構設計

2.1 外直徑（D）和斷面寬（B）

合理設計輪胎模型尺寸是保證輪胎充氣外緣尺寸符合標準要求并獲得最佳使用性能的關鍵。該規格輪胎高寬比為0.69，屬于低斷面輪胎，外直徑膨脹率（D′/D）較大，斷面寬膨脹率（B′/B）較小。參照我公司相近規格輪胎的膨脹率和設計經驗，本次設計D′/D取1.019，B′/B取0.99，由此得出D為1 472 mm，B為455 mm。

2.2 行駛面寬度（b）和弧度高（h）

由于增大b可以增大輪胎的接地面積，提高輪胎牽引和抗切割性能，因此本次設計b/B取0.879 1，b取400 mm。

行駛面采用反弧形設計，h取-8 mm，使其充氣后胎面盡量平坦，既提高胎面的耐磨性能，又可保證輪胎行駛的穩定性[1]。

2.3 胎圈著合直徑（d）和著合寬度（C）

輪胎在井下作業，實際使用中胎圈部位受力較大，易出現胎圈磨損和爆破等問題。為提高胎圈與輪輞配合的緊密程度，d取882 mm，過盈量為7 mm，C取381 mm（即標準輪輞寬度）[2-4]。

2.4 斷面水平軸位置（H1/H2）

斷面水平軸位于斷面的最寬點，是負荷下屈撓變形最大的部位。H1/H2的取值對輪胎的使用性能影響較大。為避免應力集中造成下胎側簾線折斷、胎圈爆破和鋼絲刺出等問題，根據材料分布和輪胎的變形情況，本次設計H1/H2取0.928 1。

2.5 胎肩

為提高胎肩接地支撐性能，本設計采用切線型胎肩設計，并使得胎肩盡量與地面垂直線靠近，以提高胎肩的支撐性能，減小變形[5]。

2.6 胎側及防擦線

為有效對抗巷道外來尖銳物的劃傷，保護胎體簾布，上胎側采用了特別加厚、加寬的防擦線設計，凸出保護層厚度達50 mm。

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

根據車輛作業特點及客戶需求，本次設計采用L-5塊狀超加深花紋，該花紋的優點是行駛穩定性、牽引性和制動性良好。花紋深度為50 mm，花紋周節數為14，花紋飽和度為82%，為避免輪胎使用中花紋溝底裂口，花紋底部采用全圓弧過渡。

胎面花紋展開如圖3所示。

圖3 胎面花紋展開示意

2.8 外觀設計

由于市場競爭的日益激烈，客戶在追求產品內在質量的同時，也不斷關注產品外觀形象。本設計冠部花紋沿圓周7等分刻上“60×18.00-35”字樣，同時胎側增加了安全警示語標識，可以更有效地指導用戶規范使用。

2.9 聚氨酯填充

采用聚氨酯彈性體填充充氣輪胎。聚氨酯填充輪胎沒有因爆胎泄氣而引發安全隱患，可提高車輛在惡劣環境下的工作能力，以及車輛的平穩度和駕駛車輛的安全系數，從而延長了輪胎的使用壽命，降低輪胎更換成本。

3 施工設計

3.1 胎面

針對輪胎作業環境非常惡劣的特點，采用專用礦用膠料配方，胎面膠以丁苯橡膠為主，同時使用少量天然橡膠；補強體系采用炭黑N234、N220和白炭黑，分3段混煉。胎面的定伸應力和硬度大幅度提高，使輪胎具有優良的耐磨、耐熱、抗切割和抗刺扎性能，延長了輪胎的使用壽命。

胎面采用纏繞法成型，不但大幅度提高了胎面的密實性，而且可有效減少脫層和接頭開裂問題。

3.2 胎體及緩沖層

該規格輪胎負荷大，使用條件異常苛刻，需要高強度的胎體結構。本次設計胎體采用20層1400dtex/3V1錦綸66簾布作為骨架材料。各簾布筒采用不同的裁斷角度，盡量使簾布的內外層伸張均勻，避免外層簾布打彎，從而提高輪胎的耐熱性能及抗沖擊性[6]。

緩沖層選用4層930dtex/2V3錦綸66簾布，緩沖層最寬處達到防擦線部位，以避免緩沖層端點落入肩部應力集中區。上下緩沖膠片分別覆蓋緩沖層端點，以提高各部件之間的粘合力，減少脫層問題。

3.3 氣密層

氣密層是無內胎輪胎的關鍵部位，為防止胎腔空氣經過氣密層時滲透到胎體簾布層內引起脫層，必須具有良好的氣密性。本次氣密層膠選用氯化丁基橡膠/天然橡膠并用配方，兼顧了輪胎的氣密性和工藝性能。氣密層厚度為3.5 mm，寬度以包到胎趾部位為佳。

3.4 胎圈

胎圈鋼絲采用直徑為0.96 mm的19#回火胎圈鋼絲，排列方式為10×16，三鋼絲圈排列。為防止各鋼絲圈受力不均，采用不同直徑的鋼絲結構，以保證各個鋼絲圈底部材料壓縮因數基本一致[7-8]。胎圈包布采用雙層單絲錦綸網眼布。

3.5 胎冠簾線角度和簾線假定伸張值

由于低斷面輪胎內輪廓呈扁平形，充氣后有徑向脹大的特點，極易造成輪胎異常變形，影響輪胎的使用性能，因此胎冠簾線角度一般取較大值，以遏制輪胎的徑向脹大，降低應力，增強冠部的周向剛性，同時提高行駛面的平坦性。根據經驗，本設計胎冠簾線角度取60°，簾線假定伸張值為 1.035[9]。

3.6 成型

成型采用膠囊反包成型機，機頭直徑為1 000 mm，機頭寬度為780 mm。

3.7 硫化

硫化采用膠囊定型硫化罐。硫化工藝條件為：外溫 （145±2） ℃，內壓水壓力 （2.8±0.2） MPa，內溫 （168±3） ℃，經硫化測溫確定最佳正硫化時間。

3.8 其他

在輪胎成品的胎肩和胎圈設有成品打眼標志，在硫化后的新輪胎上用錐子打眼，以便將胎體或胎腔中滲透出的空氣經過這些孔導出至輪胎外部，防止產品使用過程中出現脫層、脫空問題。

4 生產工藝控制

由于該輪胎生產工藝復雜且價格昂貴，因此必須嚴格控制工藝過程。為提高輪胎的內在質量，需加大對重點工藝的監控，具體措施如下。

（1）確保混煉時間和溫度達到工藝要求。

（2）胎體簾布筒的周長和角度須符合施工要求，簾布筒差級分布要均勻。

（3）在貼合和成型過程中必須停機排除氣泡。

（4）鋼絲圈必須上正。

（5）為保證胎面膠之間及胎面與胎體之間的粘合性能，須確保纏繞膠條溫度。

（6）確保烘胎時間。

（7）確保胎坯的穿刺深度和穿刺距離，避免成品輪胎胎里缺陷。

5 成品輪胎性能

5.1 充氣外緣尺寸

安裝在標準輪輞上的成品輪胎在標準充氣壓力下測得的充氣外直徑為1 510 mm，充氣斷面寬為451 mm，達到設計要求。

5.2 物理性能

成品輪胎的物理性能測試結果見表1。從表1可以看出，成品輪胎的各項物理性能均符合國家標準要求。

表1 成品輪胎物理性能

5.3 實際裝車路試

2018年開始將輪胎小批量投放煤礦裝車路試，試驗車型為引進美國BUCYRUS公司的50 t鏟板式支架搬運車，試驗地點為山西某煤礦，裝載量為50 t，負責搬運重型大件，如液壓支架、移動變壓器和皮帶輪等，路況為破損的水泥路面及碎石路面。從反饋的信息看，輪胎實際使用壽命超過同類產品水平，并且行駛穩定性好，通過性能強，無脫層和胎圈爆破問題，維護成本低，超過用戶預期。

6 結語

60×18.00-35 50PR TL L-5礦用支架搬運車填充輪胎的充氣外緣尺寸符合設計要求，物理性能達到國家標準要求。該產品自投產以來工藝穩定，成品輪胎外觀合格率較高，批量投放市場后，以其優異的質量贏得了用戶的一致肯定，訂單不斷追加，成為公司新的經濟增長點。