20.8-42 R-1W無內胎農業輪胎的設計

陳 朋，關 雨，孟 龍，蘇 甜

（1.青島科技大學 高分子科學與工程學院，山東 青島 266042；2.徐州徐輪橡膠有限公司，江蘇 徐州 221011）

近年來，隨著政府大力提倡農業規?；洜I，大功率農業機械銷量逐年上升，其中廣泛應用的大型拖拉機更是如此。與此同時，與大型拖拉機配套的大規格農業輪胎需求量也日益增長。為滿足市場需求，我公司設計了20.8-42 R-1W無內胎農業輪胎?，F將該輪胎的設計情況介紹如下。

1 技術要求

根據輪胎使用特點并參照《中國輪胎輪輞氣門嘴標準年鑒》（2014），確定20.8-42 R-1W無內胎農業輪胎主要技術參數為：標準輪輞規格 W18L，胎面花紋 濕地牽引型R-1W花紋，充氣外直徑（D′） （1 950±20） mm，充氣斷面寬（B′） （530±15） mm，標準充氣壓力 160 kPa，額定負荷 3 875 kg，最高行駛速度 40 km·h-1。

2 結構設計

2.1 外直徑（D）和斷面寬度（B）

由于緩沖層采用模量較高的聚酯簾布，冠部剛性強，輪胎充氣后受圓周方向聚酯簾布的箍緊作用，外直徑膨脹率（D′/D）較小，D應稍大于國家標準值；斷面寬膨脹率（B′/B）較大，B取偏小值。本次設計D′/D取1.002 8，B′/B取1.03，D為1 945 mm，B為515 mm。

2.2 行駛面寬度（b）和弧度高（h）

考慮輪胎規格較大，為增大其行駛接地面積、降低單位面積壓力、提高耐磨性能，本次設計b取465 mm，b/B為0.90；h取22 mm，h/斷面高（H）為0.05；冠部行駛面采用兩段弧設計，其中一段為平弧，其寬度為110 mm。

2.3 胎圈著合直徑（d）和著合寬度（C）

由于無內胎，且規格較大，為保證輪胎的氣密性，本次設計胎圈過盈量取5.6 mm，d為1 066 mm；為避免輪胎裝卸困難，C與W18L輪輞寬度相同，C為457 mm。

2.4 斷面水平軸位置（H1/H2）

斷面水平軸是輪胎在負荷下法向變形最大的部位，水平軸高低決定輪胎胎圈與肩部的受力狀態。一般來講，H1/H2值在0.7～1.0，由于我公司鋼絲圈的鋼絲排布為矩形且較細，因此斷面水平軸應適當提高，以使胎圈和胎肩部位應力較小。本次設計H1取208 mm，H2取231.5 mm，H1/H2為0.899。輪胎斷面輪廓如圖1所示。

圖1 輪胎斷面輪廓示意

2.5 胎面花紋

本次設計采用的R-1W胎面花紋是大型拖拉機專用胎面花紋[1]，具有抓著性能和耐磨性能好、土壤壓實度小等特點。胎面花紋的具體參數如下：花紋深度為51 mm（國家標準的1.2倍），花紋周節數為24，花紋飽和度為22.2%，花紋塊排列角度為29°。胎面花紋展開如圖2所示。

圖2 胎面花紋展開示意

2.6 負荷能力

充氣輪胎負荷（G）依據《TRA工程設計手冊》（2014）計算：

式中K——負荷因數，取1.750；

P——充氣壓力，kPa；

P0——氣壓系數，取60 kPa；

V——體積因數；

SN——輪胎名義斷面寬度，mm；

DR——輪輞名義直徑，mm。

本次設計輪胎的標準負荷為4 125 kg，可以看出設計負荷滿足要求。

3 施工設計

3.1 胎面

胎面分為胎冠和胎側兩部分。冠部采用農業輪胎專用胎冠膠，采用纏繞方式成型；側部采用農業輪胎專用胎側膠（2塊），厚度10為 mm。

3.2 胎體和緩沖層

胎體采用2層1870dtex/2V1錦綸66簾布，簾布裁斷角度為6°。

緩沖層采用5層2200dtex/2V1聚酯簾布，簾布裁斷角度為66°，寬度分別為400，420，400，380，360 mm。

胎體和緩沖層簾布的主要性能如表1所示。

表1 胎體和緩沖層簾布主要性能

3.3 鋼絲圈

胎圈采用單鋼絲圈結構，鋼絲為直徑1.0 mm的回火鋼絲，排列方式為13×13；鋼絲圈直徑為1 080 mm，鋼絲圈包布為1層，厚度為0.94 mm；胎圈包布層為1層，厚度為1.05 mm，安全倍數在8以上。

3.4 成型

成型采用半鼓式成型鼓，胎體簾布為套筒式，成型方式為2-0。本次設計成型鼓直徑取1 200 mm，寬度取975 mm。

3.5 硫化

輪胎采用95英寸（2 413 mm）B型硫化機硫化，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±2） ℃，循環水壓力不小于2.0 MPa，總硫化時間為138 min。

3.6 輪胎成品各部位和半成品設計厚度

輪胎成品各部位和半成品的設計厚度如表2所示。

表2 輪胎成品各部位和半成品設計厚度

4 成品性能

4.1 外緣尺寸和質量

安裝在W18L標準輪輞上的成品輪胎在160 kPa充氣壓力下放置24 h，測得的輪胎外直徑為1 960 mm，斷面寬為536 mm，符合設計要求。成品輪胎質量為210 kg，符合客戶要求。

4.2 物理性能

成品輪胎物理性能測試結果如表3所示。

表3 成品輪胎物理性能測試結果

4.3 胎冠簾線角度

成品輪胎胎冠簾線角度為8°～9°（設計值為9.5°）。

4.4 燃油消耗量

將本次設計的成品輪胎在鹽城大豐市上海農場進行了裝車對比試驗。結果表明，與裝配某公司同規格輪胎的拖拉機相比，裝配本次設計成品輪胎的拖拉機每公頃作業燃油消耗量減小2.115 L，減幅達12%。

5 結語

本次設計的20.8-42 R-1W無內胎農業輪胎充氣外緣尺寸、質量和物理性能達到設計或國家標準要求。該輪胎裝配于大型拖拉機上具有牽引性能好和燃油消耗量耗小等特點，綜合經濟效益顯著。