450×90KB×51農用橡膠履帶的研制

方周榮

（中策橡膠集團有限公司永固橡膠廠，浙江 杭州 310011）

農用橡膠履帶是用于農業機械、工程機械和運輸車輛等設備的行走部件。1968年日本農業機械制造企業ISEKI公司和輪胎企業普利司通公司聯合開發了第1條替代金屬履帶的農用橡膠履帶[1]。與輪胎相比，橡膠履帶與地面接觸面積大，對地壓強小，牽引力大，在農業機械中得到了廣泛應用。

隨著農業機械化程度提高，我國對農用橡膠履帶的需求量逐年提高。工業和信息化部發布的《農機工業發展規劃（2011-2015年）》顯示，“十二五”期間，我國聯合收割機總需求量約為80萬臺。2013年，久保田、福田雷沃、凱斯、洋馬、碧浪和柳林等10余個品牌的橡膠履帶式聯合收割機產量已達13萬臺，農用橡膠履帶需求量已達到40萬條。

自1978年中策橡膠集團有限公司研制和生產出我國首條農用橡膠履帶以來，我國農用橡膠履帶生產快速發展，目前我國橡膠履帶生產企業已有20余家。近年來我國農用橡膠履帶性能與國外產品差距逐漸縮小，并逐步走向國際市場。中策橡膠集團有限公司研發的無接頭農用橡膠履帶生產工藝及設備已申請了6項專利（CN 203246015U，CN 103240807A，CN 203510543U，CN 103331851A，CN 203236687U，CN 103243443A）。

農用橡膠履帶按用途可分為聯合收割機用橡膠履帶、田園耕作機械用橡膠履帶和農田運輸機械用橡膠履帶；按驅動方式可分為齒輪式橡膠履帶（CRT）和無芯金式橡膠履帶（WRT），與WRT相比，CRT主要用于中小型農用機械。目前聯合收割機對橡膠履帶的需求量最大。與傳統鋼制履帶相比，450×90KB×51農用橡膠履帶（CRT）具有作業性好、通用性強、質量小、價格低的特點，適合在水稻、小麥和油菜等多種作物的田地作業，可與久保田688Q型聯合收割機以及福田雷沃、谷王和約翰迪爾等多種聯合收割機配套使用。本工作進行了450×90KB×51農用橡膠履帶的研制。現將研制情況簡介如下。

1 實驗

1.1 主要原材料

混煉膠918，935和947，自制；Φ2.0鋼絲簾線，張家港市沙洲鋼繩有限公司產品；4590 kB-8型芯金，浙江鄭升鍛造有限公司產品；開姆洛克粘合劑，牌號205和220，美國洛德公司產品。

1.2 主要設備與儀器

XK-450型開煉機，常州三橡機械有限公司產品；M200E型門尼粘度儀，北京友深電子儀器有限公司產品；XLBE-650×2050型顎式平板硫化機，青島亞東橡膠機械集團有限公司產品；XLB-Q1000×3500型平板硫化機，青島第三橡膠機械廠產品；GT-TCS-200型伺服控制拉力試驗機，高鐵檢測儀器有限公司產品；HY-10080型微控電子萬能材料試驗機，上海衡翼精密儀器有限公司產品。

1.3 性能測試

橡膠履帶性能測試按照相應國家標準進行。

2 履帶設計

農用橡膠履帶由膠料、芯金、簾線材料通過模壓硫化復合制成[2]。450×90KB×51農用橡膠履帶結構如圖1所示，其中膠料質量占比為61%，芯金質量占比為34%，簾線材料質量占比為5%。

圖1 農用橡膠履帶結構示意

2.1 膠料

橡膠履帶不同部位膠料具備不同的物理性能[3]。農用橡膠履帶膠料一般選用天然橡膠（NR）/丁苯橡膠（SBR）并用膠、NR/SBR/順丁橡膠（BR）并用膠、NR/溶聚丁苯橡膠（SSBR）/BR并用膠和NR/BR并用膠作為主體材料。

450×90KB×51農用橡膠履帶的花紋側膠與地面接觸，且長時間處于拉伸狀態，需要較好的耐磨性能、抗撕裂性能和較大的拉斷伸長率。花紋側膠采用混煉膠947，其主體材料為NR/SBR（并用比85/15），并補加了增硬劑，膠料阿克隆磨耗量不小于0.5 cm3，撕裂強度不小于70 kN·m-1，拉斷伸長率大于500%。

輪側膠是與芯金粘合的部件，需要較大的硬度和較好粘合性能。輪側膠采用混煉膠918，其主體材料為復合橡膠/SBR（并用比70/30），膠料硬度較大，與芯金的剝離試驗粘合強度不低于12.0 kN·m-1。

農用橡膠履帶在運行時鋼絲簾線膠一直產生剪切變形，為保證膠料滲入鋼絲簾線，要求鋼絲簾線膠具有良好的流動性和較小的門尼粘度。鋼絲簾線膠采用混煉膠935，其主體材料為復合橡膠，膠料彈性大、抗剪切變形性和耐疲勞性能好。

2.2 芯金

2.2.1 材質

芯金是農用橡膠履帶中傳遞動力、導向及橫向支撐的部分，其常用的材料有鍛鋼（如45#鍛鋼）、鑄鐵（如QT450鑄鐵）、玻璃纖維等。鑄鐵一般用于制造形狀復雜、尺寸精度要求高、不易加工的芯金。450×90KB×51農用橡膠履帶芯金采用45#鍛鋼，可以避免鑄鐵加工過程中因砂眼等缺陷導致的斷裂故障。農用橡膠履帶芯金如圖2所示。

圖2 農用橡膠履帶芯金示意

2.2.2 負荷

在受彎曲力時，芯金保持彈性變形的最大應力不得小于機身重力的0.5倍。具體根據使用需求和作業環境設計芯金所能承受的負荷，例如在西南地區使用的農用橡膠履帶芯金所能承受的負荷應大于江浙地區使用的農用橡膠履帶。長時間作業的農用橡膠履帶也應適當提高芯金承受負荷的能力，以保證芯金磨損后的抗彎曲性能。

久保田688Q聯合收割機主要收割作物為水稻（水田）、小麥、油菜（旱地）。本工作綜合考慮該機型使用區域、作業環境及市場反饋的情況，適當提高了450×90KB×51農用橡膠履帶芯金負荷，芯金負荷設計為機身質量的0.6倍。

2.2.3 尺寸

與金屬履帶和工程橡膠履帶相比，農用橡膠履帶的運行速度更快。農用橡膠履帶芯金的寬度應根據履帶的節距設計。芯金過寬，履帶運行時的柔韌性會降低，芯金間橡膠擠壓形變明顯，芯金間橡膠易開裂與損壞；芯金過窄，芯金與橡膠的粘合面積過小，輪側膠與芯金粘合力不足，芯金易脫出。節距90 mm的農用橡膠履帶芯金寬度一般設計為35～50 mm，其它節距的農用橡膠履帶芯金寬度占節距的比例一般為38%～55%。

作為CRT，450×90KB×51農用橡膠履帶支重輪作用于輪側膠上，因此芯金采用長條形設計，不含加強筋，以減小支重輪對輪側膠的剪切作用，防止輪側膠過早損壞，還可以減輕履帶高速運行時的振動。450×90KB×51農用橡膠履帶芯金寬度設計為42 mm，芯金寬度占節距的比例為46.7%。該結構尺寸較好地避免了輪側膠與芯金粘合不良的缺陷，同時保證了履帶帶體的柔韌性。

2.3 鋼絲簾線

2.3.1 根數

在保證鋼絲簾線強度和柔韌性的同時，鋼絲簾線總寬度不得超過芯金寬度，否則鋼絲簾線會失去傳遞動力的作用。

鋼絲簾線縱向拉力應大于機身重力的5倍以上，計算公式如下。

F=f×C

式中，F為履帶的縱向拉力，N；f為單根鋼絲簾線破斷力，N；C為履帶的鋼絲簾線（縱向）根數。

450×90KB×51農用橡膠履帶f設計為3.9 kN；C為56根；F為218.4 kN，為機身重力的6.2倍。鋼絲簾線提供了機身所需的足夠驅動力，同時使帶體有足夠的柔韌性，可以滿足田間運行作業的需求。

2.3.2 直徑

在保證鋼絲簾線強度的同時，還要考慮農用橡膠履帶的使用環境。同樣規格的農用橡膠履帶，若用于中高速運轉作業機械，則需要使用較細的鋼絲簾線并增加簾線根數，較細的鋼絲簾線可以保證履帶的柔軟性，減少裂口和脫帶事故的發生，這也是農用橡膠履帶采用較細鋼絲簾線的原因。400～500 mm寬度的農用橡膠履帶一般采用單根直徑2.0～2.5 mm的鋼絲簾線，根據450×90KB×51農用橡膠履帶的運行速度和頻率，鋼絲簾線直徑設計為2.0 mm較為適宜。

2.3.3 結構

鋼絲簾線的結構影響其強度、柔韌性及覆膠性。中心絲加粗有助于膠料滲入，提高鋼絲與橡膠的粘合性能。450×90KB×51農用橡膠履帶在使用中出現過鋼絲簾線中心絲外露的情況，為解決這一問題，將其采用的0.27+6×0.22+6×7×0.22結構鋼絲簾線的中心絲直徑由0.27 mm加粗至0.36 mm（如圖3所示），這樣有效提高了鋼絲簾線的覆膠性，避免了中心絲外露。

圖3 鋼絲簾線中心絲加粗

2.3.4 表面處理

為提高橡膠與鋼絲簾線的粘合性能，常采用表面鍍黃銅和鍍鋅的鋼絲簾線，鋼絲簾線鍍層的Cu/Zn質量比為64/36時其與橡膠的粘合性能最佳。450×90KB×51農用橡膠履帶的鋼絲簾線采用Cu/Zn鍍層（Cu/Zn質量比為64/36，鍍層附著量為3.5～6.0 g·kg-1），橡膠與鋼絲粘合強度可達65 kN·m-1，完全能滿足使用需求。

2.4 花紋

2.4.1 類型

農用橡膠履帶必須具有強大的牽引力，高速運轉時具有優異的耐疲勞性能、耐磨性能和易脫泥性能。農用橡膠履帶典型花紋如圖4所示。

圖4 農用橡膠履帶典型花紋

450×90KB×51履帶采用Z型花紋，該花紋具有脫泥性好，摩擦驅動力大的優點。V型和Y型花紋一般用于大型農用機械的橡膠履帶中。

2.4.2 寬度和高度

適宜的花紋寬度和高度可以為設備運行提供足夠的牽引力，減小應力集中和裂口擴展。以常用的400～500 mm寬度的農用橡膠履帶為例，花紋寬度一般設計為45～65 mm，花紋高度一般設計為30～55 mm。450×90KB×51農用橡膠履帶花紋采用寬度45 mm、高度35 mm、長短花塊相間的結構。

3 成品橡膠履帶性能

本設計450×90KB×51農用橡膠履帶性能見表1。從表1可以看出：450×90KB×51橡膠履帶的花紋側膠和輪側膠拉伸強度、拉斷伸長率、撕裂強度、磨耗量以及芯金負荷、鋼絲簾線破斷力達到或超過GB/T 20786—2006要求，橡膠與鋼絲簾線的粘合性能較好。450×90KB×51農用橡膠履帶實際使用壽命可超過1000 h，質保使用壽命超過500 h，優于市場上其它同類產品。因故障率低、通用性強、綜合性能好，450×90KB×51農用橡膠履帶取得了良好的口碑，在市場上深受歡迎。

表1 450×90KB×51農用橡膠履帶性能

4 結語

農用橡膠履帶具有質量小、速度快、減振、噪聲低、耐腐蝕、接地壓力小等特點。隨著土地流轉加快，農用機械補貼政策出臺，家庭農場、合作社迅速崛起，高效農用機械的需求量激增，農用橡膠履帶的市場需求量將進一步增大。農用橡膠履帶向大型、高效、優質的方向發展，農用橡膠履帶生產企業和研究機構應從膠料、芯金、簾線材料和花紋等方面改進農用橡膠履帶，提高我國農用橡膠履帶的質量。