13.6－24 6PR R-1（VG）農(nóng)業(yè)輪胎的設(shè)計

張春林

（1.徐州徐輪橡膠有限公司，江蘇 徐州 221005；2.青島科技大學(xué) 高分子科學(xué)與工程學(xué)院，山東 青島 266042）

隨著我公司輪胎外銷市場不斷拓展，客戶對農(nóng)業(yè)輪胎需求品種不斷增多。為更好地滿足國外客戶需求，我公司相繼開發(fā)了14.9-24 R-1（VG），13.6-24 R-1（VG）和11.2-24 R-1（VG）等規(guī)格農(nóng)業(yè)輪胎。現(xiàn)將13.6-24 6PR R-1（VG）農(nóng)業(yè)輪胎的設(shè)計情況介紹如下。

1 技術(shù)要求

通過市場調(diào)研和與客戶溝通，同時查閱《美國輪胎輪輞協(xié)會標準年鑒（2010）》，確定13.6-24 6PR R-1（VG）農(nóng)業(yè)輪胎主要技術(shù)參數(shù)為：標準輪輞規(guī)格 W12，胎面花紋 R-1，充氣外直徑（D′） 1 210（1 192～1 234） mm，充氣斷面寬（B′） 345（335～365） mm，層級 6PR，標準充氣壓力 150 kPa，額定負荷 1 215 kg。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.1 外直徑（D）和斷面寬度（B）

輪胎充氣尺寸關(guān)系到輪胎的使用性能，而充氣外緣尺寸主要由輪胎模具尺寸決定，根據(jù)設(shè)計經(jīng)驗及我公司實際工藝，結(jié)合錦綸簾布的特點，本設(shè)計D取1 210 mm，B取332 mm，外直徑膨脹率（D′/D）為0.998，斷面寬膨脹率（B′/B）為1.04。

2.2 行駛面寬度（b）和弧度高（h）

該輪胎為農(nóng)業(yè)灌溉車輛使用，為了增加輪胎與土壤的接觸面積，減小土壤單位面積所受壓力和土壤變形，可增大輪胎與地面接觸面積，有效提高輪胎牽引性能。綜合考慮，本次設(shè)計b取302.5 mm，h取34 mm。

2.3 胎圈著合直徑（d）和著合寬度（C）

農(nóng)業(yè)灌溉車輛輪胎在使用時，除承受額定的垂直載荷外，還要牽引農(nóng)具進行田間作業(yè)，切向牽引力可達額定垂直負荷的0.95，由于輪胎氣壓低，在切向牽引力的作用下易導(dǎo)致輪胎在輪輞上滑動，造成胎圈磨壞。為防止這類問題的發(fā)生，可采取過盈配合，本設(shè)計輪輞直徑為614.4 mm，d取611 mm。同時為提高胎圈與輪輞配合的緊密程度，合理設(shè)計輪緣高度和胎圈半徑，使胎圈曲線部位與輪緣曲線吻合，起到保護輪緣的作用，本次設(shè)計C的取值小于輪輞寬度，為292 mm，胎趾傾角為6°。

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位置。H1/H2過小，即斷面水平線位置偏低，接近下胎側(cè)，使用過程中應(yīng)力和應(yīng)變較集中，易造成胎側(cè)胎圈折斷；H1/H2過大，則斷面水平線位置較高，應(yīng)力和應(yīng)變集中于胎肩，容易造成肩空和肩裂。綜合考慮，本設(shè)計H1取118 mm，H2取181.5 mm，H1/H2為0.65。此取值保證了斷面水平軸上、下距離和厚度基本對稱相似，使用過程中不會造成局部應(yīng)力集中。輪胎斷面輪廓示意見圖1。

圖1 輪胎斷面輪廓示意

2.5 胎面花紋

根據(jù)灌溉車輛實際作業(yè)情況，本設(shè)計花紋深度取38 mm，花紋周節(jié)數(shù)為18，花紋飽和度為20.6%。花紋塊采用半徑分別為560和460 mm的兩圓弧結(jié)構(gòu)，偏橫向花紋賦予輪胎較好的牽引性能和自潔性能。花紋塊兩側(cè)溝傾斜角度不同，前傾斜角取20°，后傾斜角取15°，為避免輪胎使用中花紋塊根部裂口，增大溝底連接弧半徑至35 mm。胎面花紋展開示意見圖2。

圖2 胎面花紋展開示意

2.6 外觀設(shè)計

上下模胎側(cè)部位標識輪胎的規(guī)格、花紋、層級、充氣壓力和負荷等，以便指導(dǎo)用戶規(guī)范使用輪胎。

2.7 負荷能力

充氣輪胎負荷（G）依據(jù)《美國輪胎輪輞協(xié)會工程設(shè)計手冊（2014）》計算：

式中V—體積因數(shù)；

SN—輪胎名義斷面寬度，mm；

H′—輪胎充氣斷面高度，mm；

DR—輪輞名義直徑，mm；

K—負荷系數(shù)，取1.75；

P—標準充氣壓力，kPa；

P0—氣壓修正值，取60 kPa。

本設(shè)計輪胎的標準負荷為1 215 kg，負荷能力能夠滿足設(shè)計要求。

3 施工設(shè)計

3.1 胎面

胎面采用套筒法成型，兩方兩塊結(jié)構(gòu)，根據(jù)材料分布圖和設(shè)計經(jīng)驗，確定胎冠寬度為245 mm，胎面總寬度為780 mm，胎冠總厚度為31.5 mm。本次設(shè)計胎面尺寸見圖3。

圖3 胎面尺寸

3.2 胎體和緩沖層

胎體采用2層高強度1400dtex/2V1錦綸6浸膠簾布，緩沖層采用3層1400dtex/3V2錦綸6浸膠簾布，胎體簾布裁斷角度為30°，緩沖層簾布裁斷角度為37°，胎體和緩沖層安全倍數(shù)為16.5。

3.3 胎圈

鋼絲圈采用直徑為1.0 mm的回火鋼絲，排列方式為8×8，鋼絲圈直徑為621.5 mm，胎圈安全倍數(shù)大于9。

3.4 成型

成型采用LCX-4B成型機，機頭為折疊式，機頭直徑為750 mm。胎體簾布假定伸張值為1.03，成型機頭寬度為695 mm。胎面成型采用胎冠包胎側(cè)的工藝；胎體簾布為套筒式，成型方式為2-0。

3.5 硫化

采用立式硫化罐硫化，包括內(nèi)壓過熱水硫化、外壓蒸汽硫化和后冷卻硫化3個階段。過熱水溫度為（165±5） ℃，總硫化時間為115 min。硫化工藝如表1所示。

表1 硫化工藝

4 成品輪胎性能

4.1 外緣尺寸

安裝在W12標準輪輞上的成品輪胎在標準充氣壓力下放置24 h，測得的輪胎充氣外直徑為1 207 mm，充氣斷面寬度為347 mm，符合設(shè)計要求。

4.2 斷面尺寸

成品輪胎斷面尺寸如表2所示。從表2可以看出，成品輪胎斷面尺寸均滿足設(shè)計要求。

表2 成品輪胎斷面尺寸

4.3 物理性能

成品輪胎物理性能測試結(jié)果如表3所示。從表3可以看出，成品輪胎物理性能均達到國家標準要求。

表3 成品輪胎物理性能

5 結(jié)語

本設(shè)計的13.6-24 6PR R-1（VG）農(nóng)業(yè)輪胎充氣外緣尺寸和物理性能達到設(shè)計或國家標準要求。該輪胎批量生產(chǎn)投入市場后贏得用戶好評，滿足農(nóng)業(yè)車輛需求，經(jīng)濟效益良好。