420/85R30拖拉機驅動輪農業子午線輪胎胎面花紋的設計

張楨浩，曲 建，李 強

（青島橡建工業工程有限公司，山東 青島 266000）

農業拖拉機主要用于田間作業，因此牽引性能是衡量其驅動輪輪胎使用性能的主要指標之一，而胎面花紋則是影響輪胎牽引性能的重要因素[1-3]。胎面花紋設計包括花紋塊的寬度、深度、周節數、排列角度以及花紋塊飽和度。合理的胎面花紋能保證輪胎優異的牽引性能、耐磨性能及自潔性能。

本工作進行420/85R30拖拉機驅動輪農業子午線輪胎胎面花紋的設計。

1 花紋設計

1.1 花紋塊寬度

農業拖拉機主要用于田間，兼做運輸工具，因此其驅動輪輪胎的花紋塊寬度設計在考慮輪胎的耐磨性能、牽引性能和自潔性能的同時還需考慮單位面積壓力等。一般農業機械驅動輪輪胎花紋飽和度為20%～25%，結合輪胎的實際使用環境，本設計花紋飽和度取23.6%。為提高胎冠耐磨性能，結合以往設計經驗，胎面冠部花紋塊寬度大于胎肩花紋塊寬度。胎面花紋立體效果如圖1所示。

圖1 胎面花紋立體效果

1.2 花紋塊數量

根據農業拖拉機耕運兩用的特點，輪胎花紋塊數量與使用條件相關，如果主要用于田間耕作，輪胎花紋塊數量相對較少，花紋塊較窄；如果主要用于短途運輸，輪胎花紋塊數相對多些，花紋塊寬些。結合以往經驗，本次設計花紋周節數取20。

1.3 花紋深度

花紋深度的確定取決于輪胎的使用條件，如果用于旱田操作及短途運輸，輪胎花紋深度相對較小；如果用于濕度大的土壤田間或較泥濘的田間甚至水田間作業時，輪胎花紋深度相對較大。根據GB/T 2979—2017，并結合以往設計經驗，本次設計花紋深度取45 mm。

1.4 花紋塊排列角度

1.4.1 花紋角度

輪胎花紋塊排列角度對輪胎的牽引性能和耐磨性能有重要影響，本次設計的農業拖拉機驅動輪胎花紋是左右成對錯開排列的，左右花紋塊排列成人字形，整個胎面花紋具有一定的方向。拖拉機的牽引力是由于輪胎與地面或土壤接觸后產生的剪切力而產生，剪切力增大，則牽引力增大。

為方便區分，將輪胎的整個行駛面劃分為接地區和驅動區。接地區為胎冠中心部位最先接觸土壤的區域，約占整個行駛面寬度的1/3，驅動區在接地區左右兩側對稱分布。

1.4.1.1 接地區花紋角度

農業拖拉機在田間作業過程中，輪胎胎冠中部首先接觸土壤，胎冠中部的接觸角（與徑向之間的夾角）越小，平順性越好，行駛阻力越小，能耗越低，舒適性越好，但是牽引力小；如果胎冠中部接觸角增大，行駛阻力和牽引力增大，但是拖拉機兼做運輸工具時，在硬路面行駛的平穩性會受到影響，且能耗大，綜合農業拖拉機驅動輪輪胎是耕運兩用的輪胎，采用輪胎花紋與徑向成40°～45°的變角度（圖2中的α角）花紋設計，花紋塊轉折處采用弧線連接，提高輪胎的自潔性能、抗刺扎性能和抗撕裂性能。

圖2 胎面花紋塊及花紋夾角示意

1.4.1.2 驅動區花紋角度

根據輪胎的使用條件，驅動區花紋與徑向之間的夾角（圖2中的β角）明顯大于α角，β角一般采用50°～69°的變角度設計。從α角到β角，隨著角度的不斷增大，行駛阻力不斷增大，從而逐步提高了輪胎的牽引力。由于土壤與路面的硬度不同，輪胎花紋塊在不同角度的綜合作用下，使輪胎既具有一定的導向性能，又具有良好的牽引性能。另外接地區與驅動區花紋塊之間采用圓弧過渡，可使花紋塊轉彎處光滑，有利于提高輪胎的自潔性能。

1.4.2 前后支撐角度

胎面中部花紋塊的前后支撐角度越小，花紋塊越易切入土壤中，但是前后支撐角度過小，容易引起花紋塊根部裂口，花紋塊穩定性降低，花紋塊移動大，導致輪胎的耐磨性能及抗撕裂性能差，使用壽命短。結合以往設計經驗，胎面中部花紋塊前支撐角度一般設計為15°，其位置從花紋塊表面到花紋塊1/4高度處，后支撐角度設計取值一般是18°～20°，同時增大花紋塊根部的連接弧半徑，使花紋塊根部橡膠厚度增大。這樣既可以保證花紋塊有良好的切入性能，同時又可以使輪胎在行駛過程中有足夠的支撐性能和自潔性能。

此外胎面肩部的花紋塊前后支撐角度需要綜合考慮各種因素，一方面肩部花紋塊要有足夠的支撐力，同時要有良好的散熱性能及自潔性能。結合以往設計經驗，肩部花紋塊前支撐角度取18°，其位置從花紋塊表面到花紋塊1/4高度處，后支撐角度取25°。

胎面花紋前后支撐剖面如圖3所示。

圖3 胎面花紋前后支撐剖面示意

1.5 花紋溝底弧度及其他

根據輪胎的使用條件，花紋溝底弧度影響輪胎的使用壽命。如果花紋溝底過渡弧半徑過小，容易導致應力集中，導致溝底裂口，造成輪胎早期損壞。結合輪胎的使用條件，一般前支撐弧度半徑在15～20 mm之間，后支撐弧度半徑比前支撐弧度半徑大5～10 mm。

為確保農業拖拉機驅動輪輪胎適用多種路面，具有良好的牽引性能和自潔性能，胎肩花紋溝與胎冠花紋溝之間采用圓弧過渡。另外，花紋溝底部設有曲線形凸起和規格文字凸起，相互交替排列分布，凸起高度為2 mm，起到增大散熱面積、支撐花紋塊、保護胎冠的作用，同時增強了輪胎的立體感和美感。輪胎斷面輪廓如圖4所示。

圖4 輪胎斷面輪廓示意

2 成品輪胎性能

2.1 充氣外緣尺寸

輪胎充氣外緣尺寸按照GB/T 521—2012測量，標準充氣壓力為160 kPa，輪胎充氣外直徑和充氣斷面寬分別為1 088和281 mm，符合設計要求。

2.2 物理性能

成品輪胎物理性能按照GB/T 1192—2017測試，結果見表1。

表1 成品輪胎物理性能測試結果

由表1可見，成品輪胎胎面膠物理性能和各部位粘合強度符合國家標準要求。

3 結語

本花紋設計的420/85R30拖拉機驅動輪農業子午線輪胎的充氣外緣尺寸和物理性能符合設計要求，受到國內外客戶歡迎。后續將開發此花紋的不同規格的系列產品，為公司和社會進一步創造效益。