9.00-20 14PR AEX2輪式挖掘機輪胎的設計

張亞輝，朱海濤，王 潔

（風神輪胎股份有限公司，河南 焦作 454003）

近年來，我國大力扶持基礎建設[1]，重型機械由此得到更廣泛的應用[2-4]。在今后幾年內挖掘機市場會持續火爆，預期挖掘機年銷售量會保持在13萬臺左右。

為進入挖掘機市場，同時給韓國工廠VOLVO輪式挖掘機提供配套輪胎，我公司決定開發9.00-20 14PR AEX2輪式挖掘機輪胎（14 t級）。9.00-20 14PR AEX2輪式挖掘機輪胎裝配車輛時單車裝8條輪胎，雙胎并裝，最高速度為40 km·h-1。

根據市場環境，需要設計一款牽引力、耐磨性能和外觀質量均較好的產品。現將9.00-20 14PR AEX2輪式挖掘機輪胎相關設計情況簡介如下。

1 技術要求

根據GB/T 2980—2018《工程機械輪胎規格、尺寸、氣壓及負荷》，確定9.00-20 14PR AEX2輪式挖掘機輪胎的技術參數為：標準輪輞 7.5，充氣外直徑（D′） 1 018（1 002.7～1 053.7） mm，充氣斷面寬（B′） 259（251.23～277.13） mm，速度 40 km·h-1，標準負荷 2 575 kg（充氣壓力為700 kPa時）。

2 結構設計

2.1 外直徑（D）和斷面寬（B）

為保證成品輪胎充氣外緣尺寸符合國家標準要求，且輪胎充氣后有良好的使用性能，結合我公司的工藝情況，本設計D取1 018 mm，B取260 mm，輪胎外直徑膨脹率（D′/D）取1.009 9，斷面寬膨脹率（B′/B）取1.166。

2.2 行駛面寬度（b）和弧度高（h）

由于挖掘機輪胎的工作條件比較苛刻，常遇尖銳物體，同時需要較大扭轉力，輪胎不僅要具有良好的抗扭轉性能，還要有可靠的耐磨性能。本設計采取如下措施：

（1）增大b減小h，對b/B進行合理取值，以提高輪胎抗扭轉性能；

（2）輪胎行駛面采用平滑結構，以增大其與地面的接觸面積，提高耐磨性能[5]；

（3）優化輪胎結構，提高其行駛性能。

本設計b/B取0.92，其中b為240 mm，h/斷面高（H）為0.048，h為12 mm。

2.3 胎圈著合直徑（d）和著合寬度（C）

為使胎圈符合輪輞曲線，避免出現胎圈滑移和胎圈裂口等問題，d值選取尤為關鍵，本設計結合經驗，d取512 mm，C取178 mm。

2.4 斷面水平軸位置（H1/H2）

斷面水平軸為輪胎的應力分隔線，一般情況下，在胎肩部位有較大的應力集中，也是輪胎問題的集中點，為此，在新設計輪胎材料分布中，需要將各個部件的應力集中點錯開，使應力分散在斷面水平軸之上，結合經驗，H1/H2一般為0.9，本設計取0.865。

輪胎斷面結構如圖1所示。

圖1 輪胎斷面結構示意

2.5 胎面花紋

挖掘機輪胎在作業過程中，路況往往較差，且有較多石塊和刺扎物，極易造成輪胎劃傷、損壞，因此花紋飽和度不易過大；同時由于挖掘機在使用過程中需要較大的扭轉力，導致其輪胎胎面花紋發熱量較大，需要合理的花紋節距和胎面結構設計進行散熱[6]，因此本設計采用大花紋塊，并在花紋塊之間增加加強膠，保證花紋塊間的連接力，以防止輪胎出現掉塊及不耐磨等早期損壞。設計花紋深度為20 mm，花紋飽和度為76.25%，花紋周節數為24。

胎面花紋展開如圖2所示。

圖2 胎面花紋展開示意

3 施工設計

3.1 胎面

針對挖掘機輪胎惡劣的使用環境，胎面采用耐磨配方膠料，同時考慮到輪胎需要較大的扭轉性，基部膠選取生熱低、抗撕裂的配方，本設計胎面膠寬度為330 mm，冠部厚度為29 mm，胎肩厚度為25 mm。

胎面采用纏繞法成型，以減小膠料擠出的氣孔率，降低不合格品率，進一步提高胎面質量的精確度。

3.2 胎體

胎體采用6層簾布，前2層簾布采用1870dtex/3 V1錦綸6簾布，后4層采用1400dtex/3V1錦綸6簾布，胎體簾線角度為34°，胎冠簾線角度為55°，簾線假定伸張值為1.028 5，可保證輪胎充氣后達到理想尺寸及穩定的安全倍數。

三維輪胎如圖3所示。

圖3 三維輪胎示意

3.3 胎圈

采用雙胎圈結構，鋼絲圈采用直徑為0.9 mm的鍍銅回火胎圈鋼絲，排列方式為7×7，胎圈部位采用整周纏繞，保證胎圈鋼絲間的粘合性，降低胎圈爆裂的風險。

3.4 成型

采用半芯輪式成型機成型，機頭直徑為660 mm，機頭寬度為516 mm，采用2-2-2成型方式。

3.5 硫化

采用雙模定型硫化機硫化，硫化條件為：外壓蒸汽溫度 （200±5） ℃，過熱水溫度 （210±8）℃，過熱水壓力 （2.3±1） MPa，總硫化時間100 min。

4 成品性能

成品輪胎加工時，胎面溝出溝深度為1～2.5 mm時為合格品，同時，胎圈邊部的修剪膠邊膠條最大殘留量不應超過3 mm，無內胎輪胎的胎圈順胎趾邊部應修剪整齊，不能出現鋸齒狀，不能傷及簾線層。

在胎面溝深度不大于1 mm或長度大于2.5 mm時，需要修補輪胎，輪胎修補后根據其性能可定為合格品或等外品。

成品性能均達到國家標準和公司內控標準要求。

5 結語

新設計的9.00-20 14PR AEX2輪式挖掘機輪胎在蘇州湖州實驗廠已完成初步測試，行駛時間達到2 000 h，符合開發預期。