14.00-24 28PR T17礦山工程機械輪胎的設計

侯慧錦

（徐州徐輪橡膠有限公司，江蘇 徐州 221011）

近年來，國家強化基礎設施建設，帶動了采礦業迅速發展，礦山工程機械輪胎需求量不斷增長，品種不斷增多。由于使用環境惡劣，礦山工程機械輪胎要求具有較好的耐磨、抗刺扎、抗切割和抗崩花掉塊性能。我公司開發的14.00-24 28PR T17 礦山工程機械輪胎用戶反映性能良好。現將其結構和施工設計情況簡介如下。

1 技術要求

根據客戶要求并參照中國輪胎輪輞標準年鑒，確定14.00-24 28PR T17 礦山工程機械輪胎主要技術參數為：標準輪輞10.00；充氣外直徑（D′）1370（1348～1392） mm，充氣斷面寬（B′）375（360～397） mm；最高行駛速度10 km·h-1時，充氣壓力925 kPa，額定負荷 10000 kg；最高行駛速度50 km·h-1時，充氣壓力650 kPa，額定負荷5600 kg。

2 結構設計

2.1 外直徑（D）和斷面寬（B）

由于礦山輪胎速度低、負荷大、胎體簾布層數多，根據設計經驗及我公司實際生產工藝，并結合錦綸簾線的特點，本設計D取1365 mm，B取347 mm，外直徑膨脹率（D′/D）為1.003，斷面寬膨脹率（B′/B）為1.081。輪胎充氣后D′/D小，輪胎的耐磨和抗刺扎性能提高。

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，設計不當直接影響輪胎的使用性能。b過大，胎肩厚度大、生熱高、散熱困難，容易引起胎肩、胎冠脫層，縮短輪胎的使用壽命；b過小，輪胎與地面接觸面積小，接地壓力大，輪胎耐磨性能差。綜合考慮，本設計b取302 mm，h取25 mm，b/B為0.87，h/H為0.0668。

2.3 胎圈著合直徑（d）和著合寬度（C）

為保證輪胎在行駛過程中胎圈與輪輞配合緊密、不打滑，且易于輪胎裝卸，本次設計d取616 mm，C取254 mm，胎趾傾角為5°。

2.4 斷面水平軸位置（H1/H2）

斷面水平軸是輪胎在使用過程中法向變形最大的位置，H1/H2過小，即斷面水平軸偏低，接近下胎側，輪胎行駛過程中應力、應變集中在胎圈部位，易造成胎圈爆破；H1/H2過大，即斷面水平軸較高，應力和應變集中于胎肩部位，容易造成肩空和肩裂。綜合考慮，本設計H1取177 mm，H2取197.5 mm，則H1/H2為0.896。輪胎斷面如圖1所示。

圖1 輪胎斷面示意

2.5 胎面花紋

胎面花紋為加寬塊狀花紋。這種花紋具有花紋塊大、耐磨、抗刺扎和不易掉塊的特點。花紋溝壁傾角取10°，花紋溝底部采用半徑5 mm小圓弧與溝壁相切，形成向上開放的U形溝槽，使花紋溝具有良好的自潔性，不易夾石子，不易產生基部裂口。花紋深度取25 mm，基部膠厚度為花紋深度的30%。為了提高胎冠耐磨性能，取64.8%的較大花紋飽和度。胎面花紋展開如圖2所示。

圖2 胎面花紋展開示意

2.6 胎圈排氣線

由于礦山工程機械輪胎負荷大、簾布層多、胎圈寬度較大，在產品成型過程中易出現胎圈空及胎圈皺褶等質量缺陷，造成胎圈部位簾布層間存在較多氣體，在硫化過程中這些氣體無法排出，在胎圈部位形成氣疤。

本設計在輪胎胎趾和胎踵部位設置排氣線，沿輪胎圓周26等分，一方面有利于排氣，減少胎圈出現疤痕；另一方面增大胎圈與輪輞的摩擦力，防止胎圈與輪輞滑動。

3 施工設計

3.1 胎面

胎面采用三方四塊結構，由2塊胎冠膠和2塊胎側膠組成。胎冠膠由耐磨性能好的上層胎面膠與生熱低的下層胎肩膠復合而成，在提高輪胎耐磨性的同時降低胎面與簾布層間的生熱，減少輪胎胎冠、胎肩脫層現象。胎面冠部寬度為550 mm，厚度為33 mm，長度為2810 mm，質量為51.5 kg。

由于礦山工程機械輪胎使用條件惡劣，胎側碰傷、刮傷是常見現象。為此，采用加厚胎側的方法提高胎側的防擦性能。本設計胎側厚度比常規胎側厚度增大2 mm，胎側寬度為310 mm，長度為2750 mm，厚度為8 mm，質量為15.5 kg。

3.2 胎體和緩沖層

本設計輪胎負荷大，因此要求胎體強度高。胎體采用16層高強度1400dtex/3錦綸66浸膠簾布（12V1+4V2）；緩沖層采用2層930dtex/2錦綸66簾布（2V2），以增強冠部抗沖擊性能。緩沖層采用一寬一窄結構，最寬層延至水平軸上方，一方面使緩沖端點避開肩部應力集中點，減少胎肩脫空現象；另一方面加強上胎側強度，減少由于輪胎屈撓變形大而導致的胎側開裂現象。胎體簾布裁斷角度為33°，胎體安全倍數11.5。

3.3 胎冠簾線角度

胎冠簾線角度直接影響輪胎的外緣尺寸和耐磨、抗刺扎和抗切割性能。本設計胎冠簾線角取較大值55°，以增強輪胎冠部剛性，減小輪胎充氣后外緣尺寸膨脹率，提高輪胎耐磨和抗刺扎性能。

3.4 胎圈

鋼絲圈采用直徑1.0 mm的回火胎圈鋼絲，排列方式為10×9，三鋼絲圈結構。由于本設計胎圈較寬，為使胎圈與輪輞緊密配合，鋼絲圈采用大小圈結構，1和2號鋼絲圈為小圈，直徑為630 mm，3號鋼絲圈為大圈，直徑為639 mm，鋼絲圈安全倍數大于9倍。

3.5 成型

成型采用LCX-3B成型機，成型機頭為卸鼓肩式，成型機頭直徑為900 mm，簾布假定伸張值為1.035，成型機頭寬度為675 mm，胎體簾布成型方式為4-4-4-4，胎面采用側包冠工藝。

3.6 硫化

采用立式硫化罐硫化，外壓蒸汽壓力為（0.28±0.02） MPa，過熱水進口壓力為2.6～2.7 MPa，過熱水溫度為（165±5） ℃，循環水壓力≥2.0 MPa，硫化總時間為235 min。

4 工藝管理

由于本設計輪胎使用條件苛刻，為保證輪胎使用質量，生產過程中應重點控制以下幾個方面。

（1）胎面各部位尺寸、簾布尺寸符合施工表要求，保證材料分布均勻，避免應力集中。

（2）成型過程中反包簾布拉緊、壓實，正包簾布壓實，避免出現胎圈空、胎圈皺褶現象，影響輪胎成品質量。

（3）簾布筒和胎側上正，避免成品輪胎兩側的胎圈寬窄不一。

（4）多次定型，保證水胎充分舒展，避免成品輪胎胎里皺褶。

（5）輪胎出模后及時后充氣，減小簾線收縮率，避免胎冠、胎肩早期脫層現象。

5 成品輪胎性能

5.1 外緣尺寸

安裝在標準輪輞10.00上的成品輪胎在標準充氣壓力下，D′和B′分別為1368 mm和370 mm，符合設計及國家標準要求。

5.2 物理性能

成品輪胎的物理性能測試結果如表1所示。從表1可以看出，成品輪胎物理性能達到相應國家標準要求。

表1 成品輪胎物理性能

5.3 耐久性能

按照 GB/T 30193—2013對成品輪胎進行耐久性能試驗，當累計行駛時間達到47 h時輪胎未損壞，增大20%負荷繼續進行試驗，直至輪胎損壞，結果如表2所示。從表2可以得出，輪胎累計行駛時間為53.25 h，累計行駛里程為798.75 km，輪胎耐久性能滿足國家標準要求。

表2 成品輪胎耐久性能試驗

6 結語

本設計14.00-24 28PR T17 礦山工程機械輪胎的充氣外緣尺寸、物理性能和耐久性能均符合國家標準及設計要求，生產工藝穩定，成品輪胎外觀質量優良。該產品批量生產并投入市場后，受到用戶一致好評，為企業創造了良好的社會和經濟效益。