59/80R63無內胎全鋼巨型工程機械子午線輪胎的設計

黃振華，郭其焰，許志展

（福建省海安橡膠有限公司，福建 莆田 351254）

隨著礦山的發展以及人工成本的增加，各礦山業主都在尋求降低成本的方法，如何能在同樣的時間內生產更多的礦石成為需要解決的問題。而使用大型自動裝卸車就成為很多礦山業主的首選，如國外很多礦山均已使用BELAZ 7560，CAT 797和KOMATSU 970等載質量超過360 t的車輛，這就造成巨型輪胎供應緊張的局面。我公司在進行充分市場調研的基礎上，決定開發59/80R63規格的無內胎全鋼巨型工程機械子午線輪胎，以增強企業的競爭力。

1 技術要求

根據國家標準GB/T 2980—2009《工程機械輪胎規格、尺寸、氣壓與負荷》以及TRA—2012《美國輪胎輪輞協會標準年鑒》，確定59/80R63HA681無內胎全鋼巨型工程機械子午線輪胎的技術參數為：標準輪輞 44.00/5.0，充氣外直徑（D′）4 070（3 957.1～4 102.9）mm，充氣斷面寬（B′） 1 500（1 455～1 635）mm，標準充氣壓力600 Pa，標準負荷 100 000 kg，輪胎最高速度 50 km·h-1。

2 結構設計

2.1 外直徑（D）和斷面寬（B）

由于全鋼巨型工程機械子午線輪胎的斷面寬和直徑大，因此在標準充氣壓力下成品輪胎的外緣尺寸變化較大，國內外也無可參照技術參數。根據我公司在早期產品研發中累積的經驗，本設計D取值為4 035 mm，B為1 496 mm。

2.2 行駛面寬度（b）和弧度高（h）

b和h的取值是輪胎設計的關鍵，是胎冠設計的主要參數，直接影響到輪胎的耐磨性、耐久性及冠部磨耗的均勻性。為了減小輪胎冠部的單位面積壓力，延長輪胎的使用壽命，輪胎的載質量越大，則b的取值越大，與B的比值越大，本設計b與B的比值取0.897 7，h與斷面高（H）的比值取0.045 0，因此b值為1 343 mm，h值為55 mm。

2.3 胎圈著合直徑（d）和著合寬度（C）

胎圈與輪輞的配合不但影響輪胎的氣密性，而且與胎圈的拆卸也有較大關系，因此在胎圈著合直徑的取值上既要考慮輪胎使用的安全性，又要照顧拆卸的方便性，本設計d值為1 595.4 mm。

全鋼巨型工程機械子午線輪胎胎圈著合寬度一般采用大于標準輪輞寬度12.7～25.4 mm（0.5～1英寸）的方法。本設計采用增大25.4 mm的方法，標準輪輞寬度取值為1 117.6 mm，因此C值為1 143 mm。

2.4 斷面水平軸位置（H1/H2）

斷面水平軸的位置是輪胎厚度最小、變形最大、寬度最大的區域，水平軸偏下或偏上均會對輪胎的使用產生不良影響。如偏上則會產生輪胎肩部早期脫空，偏下太多則會導致胎圈部位脫空。

全鋼巨型工程機械子午線輪胎的花紋都很深，而輪胎花紋會不斷磨損，這樣斷面水平軸位置隨著輪胎的使用而不斷變化，為了保證輪胎使用到后期時斷面水平軸位置還處于合適范圍，本設計H1/H2為0.87。

輪胎斷面輪廓如圖1所示。

圖1 輪胎斷面示意

2.5 胎面花紋

本規格花紋適用于礦山載質量360 t以上的自卸車，胎面采用4條縱向和橫向花紋溝設計，有利于降低胎冠部的生熱。橫向溝由中部向肩部逐漸加寬，有利于花紋溝的自潔和提高轉向抓著力。花紋深度為92 mm，花紋周節數為36，花紋飽和度為70.2%，花紋代號為HA681。

胎面花紋展開示意如圖2所示。

圖2 胎面花紋展開示意

3 施工設計

3.1 胎面

由于巨型工程機械子午線輪胎的胎面膠非常厚，如果采用擠出多層貼合法進行胎面成型，勢必會產生大量氣泡，因此我公司采用擠出機定型纏繞法。胎面采用三方分層纏繞：過渡膠有效降低從帶束層到基部膠的強剪切力，基部膠降低輪胎運行過程中的生熱，胎面膠滿足輪胎正常使用要求。胎面總質量為1 900 kg，其中過渡膠、基部膠和胎面膠的質量分別為150，500和1 250 kg。

3.2 帶束層

帶束層是子午線輪胎的主要受力部件，而巨型工程機械子午線輪胎中帶束層的載質量更大，為保證車輛運行的安全性，帶束層的強度必須符合要求。本設計采用6層帶束層，其中1#—4#帶束層采用7×（3+9+15）×0.245+0.20HT鋼絲簾線，5#—6#帶束層采用4×6×0.25HE鋼絲簾線，安全倍數為9.2。

3.3 胎體

胎體是輪胎的主要骨架部件，除需要承受一定的作用力外，還要保持輪胎充氣后輪廓的穩定性。為了滿足胎體的特殊要求，本設計胎體采用7×（3+9+15）×0.245+0.20HT鋼絲簾線，安全倍數為9.8。

3.4 鋼絲圈

鋼絲圈采用Φ2.2 mm的回火胎圈鋼絲，鋼絲成型采用單根纏繞，鋼絲圈形狀為長六邊形，鋼絲圈結構為14-15-…-29-…-17-16，總根數為630，安全倍數為5.8。

3.5 成型

成型是輪胎制造過程中的重要工序，由于巨型工程機械子午線輪胎成型部件多、體積大，為保證胎坯在成型過程中的質量，本設計采用四鼓二次法成型機成型。成型鼓直徑為1 926 mm，機頭寬度為2 905 mm。胎坯外觀質量符合要求。

3.6 硫化

選用B59R63-1膠囊，徑向伸張為15.5%，周向伸張為12.1%。硫化采用錐形開模蒸鍋式硫化機，硫化條件為：過熱水硫化，內壓力（3.5±0.1）MPa，內溫（150±3）℃，外溫（135±3）℃，總硫化時間為715 min。

4 成品性能

4.1 外緣尺寸

成品輪胎的外緣尺寸按GB/T 521—2012《輪胎外緣尺寸測量方法》進行測量。充氣壓力為600 kPa，安裝于44.00/5.0輪輞上測量，測得數據如下：充氣外直徑 4 038 mm，充氣斷面寬 1 523 mm，均符合設計要求。

4.2 X射線檢測

成品輪胎按GB/T 26276—2010《工程機械子午線輪胎無損檢驗方法 X射線法》檢測符合要求，胎側和胎冠圖片分別如圖3和4所示。

圖3 胎側

圖4 胎冠

4.3 耐久性試驗

成品輪胎按GB/T 30193—2013《工程機械輪胎耐久性試驗方法》進行耐久性試驗，試驗條件為：輪胎轉鼓直徑（5 000±30）mm，充氣壓力600 kPa，額定負荷 100 000 kg，運行速度 15 km·h-1，試驗結果如表1所示。

表1 耐久性試驗條件和結果

從表1可以看出，成品輪胎的累計行駛時間為68.5 h，符合標準要求，輪胎損壞形式為冠部冒煙，有濃烈氣味。

5 結語

59/80R63HA681無內胎全鋼巨型工程機械子午線輪胎的外緣尺寸、X光檢測和耐久性試驗均達到設計和相關標準要求，能滿足各類礦山的需求，產品投放市場后反映良好，提高了企業的競爭優勢。