18×7-8 14PR工業(yè)車輛輪胎的設(shè)計

何 劍，劉呈祥，肖 磊

（中策橡膠集團有限公司，浙江 杭州 310018）

隨著經(jīng)濟的發(fā)展，特別是加入WTO后中國的工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模急劇擴大，成為名副其實的“世界工廠”。與此同時，我國各種工業(yè)車輛的使用量也迅猛增長，伴隨而來的是與之相配套的工業(yè)車輛輪胎的市場需求增長[1-2]。

為滿足市場需求，我公司開發(fā)了一系列工業(yè)車輛輪胎，并不斷改進。現(xiàn)將其中一款18×7-8 14PR工業(yè)車輛輪胎的設(shè)計情況介紹如下。

1 技術(shù)要求

根據(jù)GB/T 2982—2014要求，確定18×7-8 14PR工業(yè)車輛輪胎的技術(shù)參數(shù)為：標(biāo)準(zhǔn)輪輞4.33R，充氣外直徑（D′） 465（457～483） mm，充氣斷面寬（B′） 173（168～185） mm，標(biāo)準(zhǔn)充氣壓力 970 kPa，最大負荷（速度為25 km·h-1）1 505 kg（驅(qū)動輪），1 270 kg（轉(zhuǎn)向輪）。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.1 外直徑（D）和斷面寬（B）

為使輪胎充氣外緣尺寸達到標(biāo)準(zhǔn)要求，并具有良好的使用性能，根據(jù)類似高寬比規(guī)格輪胎的參數(shù)以及實際設(shè)計經(jīng)驗，本設(shè)計D取454 mm，即外直徑膨脹率（D′/D）為1.024。由于該規(guī)格輪胎的高寬比較小，且輪輞的輪緣曲線較高，在實際使用中充氣斷面往往是收縮的，因此B取178 mm，比國家標(biāo)準(zhǔn)要求的B′（173 mm）略大，斷面寬膨脹率（B′/B）為0.972，由此計算得到斷面高度（H）為124.5 mm，H/B為0.699。

2.2 行駛面寬度（b）和弧度高（h）

b和h是決定胎冠形狀的主要參數(shù)，直接影響輪胎的接地壓力分布和磨面形態(tài)。本設(shè)計b取134 mm。考慮到輪胎的H/B約為0.7，但b不是很大且胎冠較厚，根據(jù)以往經(jīng)驗，輪胎不會沖冠，因此胎冠不宜選擇低斷面斜交輪胎常用的反弧設(shè)計，而采用h為4 mm的正弧設(shè)計。

2.3 胎圈著合直徑（d）和著合寬度（C）

在輪胎胎圈設(shè)計中，d和C的取值至關(guān)重要。d取值太大，則輪胎著合不緊密，容易造成胎圈磨損；d取值太小，則輪胎安裝拆卸困難。本設(shè)計為有內(nèi)胎輪胎，胎圈的C較小，且采用雙鋼圈設(shè)計，胎圈寬度較大，如果d采用過盈設(shè)計，則會出現(xiàn)裝胎困難，因此d取205 mm，比4.33R-8輪輞標(biāo)定直徑（204.4 mm）略大，同時胎圈傾角取值也比輪輞傾角（5°）略小，胎圈傾角取3°，C取110 mm。

2.4 斷面水平軸位置（H1/H2）

斷面水平軸位于斷面最寬點，決定著變形量和應(yīng)力分布情況，其選取的合理與否對輪胎性能有很大影響。若水平軸位置設(shè)計過高，則輪胎最大屈撓應(yīng)力及應(yīng)變部位接近胎肩部，容易造成早期肩空；若水平軸位置設(shè)計過低，則輪胎最大屈撓應(yīng)力及應(yīng)變部位接近下胎側(cè)胎體簾布差級端點，容易造成胎圈上端起鼓。綜合考慮，本設(shè)計H1/H2取0.87。

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

花紋為輪胎提供抓著力，傳遞整車的牽引力與制動力。好的花紋能夠增強車輛的操縱性能并延長輪胎的使用壽命。考慮到本設(shè)計輪胎多用于工業(yè)叉車的轉(zhuǎn)向輪，制動與轉(zhuǎn)向頻繁，需要良好的抓著力，因此胎面采用橫向花紋。同時考慮輪胎的接地面積與壓力分布，花紋深度為14 mm，花紋飽和度為75.94%，花塊周節(jié)數(shù)為20。

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(shè)計

3.1 胎面

胎面采用兩方三塊結(jié)構(gòu)，冠部采用工業(yè)車輛輪胎專用耐磨配方，以應(yīng)對轉(zhuǎn)向輪制動與轉(zhuǎn)向頻繁的使用工況。而工業(yè)車輛輪胎使用周期遠不如輕型載重輪胎和農(nóng)業(yè)輪胎，胎側(cè)膠可使用普通耐老化配方[3]。胎面型膠冷喂料擠出，出型尺寸為冠部厚度 14.5 mm，肩部厚度 17.5 mm，胎面寬度 130 mm，胎面總寬度 400 mm。其中胎冠膠質(zhì)量 2.8 kg，胎側(cè)膠質(zhì)量 1.3 kg。

胎面型膠如圖3所示。

圖3 胎面型膠示意

3.2 胎體

工業(yè)車輛輪胎的特點是速度慢、負荷大、充氣壓力高。但實際使用時出于安全考慮或充氣設(shè)備限制，輪胎的實際充氣壓力往往達不到標(biāo)準(zhǔn)要求。因此胎體設(shè)計時需要考慮充氣壓力不足時的輪胎下沉量以及胎側(cè)挺性，并適當(dāng)增大胎體安全倍數(shù)，避免胎里內(nèi)折及三線起鼓等問題。

本設(shè)計成型采用2-2-2方式，內(nèi)層和中層采用4層2100dtex/2V1錦綸6簾布，外層采用2層2100dtex/2V2錦綸6簾布。中層、內(nèi)層與外層的簾線密度由88根·dm-1過渡到74根·dm-1。一般來說，隨著輪胎胎冠簾線設(shè)計角度的增大，輪胎的下沉率和磨耗量均減小，側(cè)向穩(wěn)定性提高。本設(shè)計輪胎轉(zhuǎn)向頻繁且斷面高寬比較小，為增強胎側(cè)的剛性和減小胎面磨耗量，胎冠簾線設(shè)計角度取60°，假定伸張值取1.03，簾布裁斷角度為38.5°，胎體安全倍數(shù)達到6.9。

為使胎面到胎體材料分布過渡均勻，減少輪胎冠部與肩部發(fā)生脫層，本設(shè)計緩沖層采用2層930dtex/2V3錦綸66簾布，簾布裁斷角度為39.5°。

3.3 胎圈

胎圈采用雙鋼絲圈設(shè)計，采用Φ0.96 mm胎圈鋼絲，覆膠直徑為1.35 mm，排列方式為4×6，鋼絲圈纏繞直徑為218.0 mm。兩個鋼絲圈共含48根鋼絲，胎圈安全倍數(shù)為7.0。

3.4 成型

采用膠囊反包成型機成型，成型機頭為半芯輪式，機頭直徑為296 mm，胎里伸張值為1.36。根據(jù)輪胎設(shè)計內(nèi)輪廓計算得出機頭寬度為336 mm。

3.5 硫化

采用B型膠囊定型，1 028.7 mm（40.5英寸）液壓四模硫化機氮氣硫化。硫化時胎里先充短時間高溫蒸汽加熱，再關(guān)閉高溫蒸汽充入氮氣保壓。硫化條件為：硫化外溫 （155±3） ℃，高溫蒸汽溫度 （203±3） ℃，高溫蒸汽壓力 （1.55±0.1）MPa，氮氣壓力 （2.4±0.15） MPa，后充氣壓力≥（1.1±0.02） MPa，正硫化時間 43.4 min。

4 成品性能

4．1 充氣外緣尺寸

安裝在標(biāo)準(zhǔn)輪輞上的輪胎在標(biāo)準(zhǔn)充氣壓力下的D′為473 mm，B′為169 mm，符合GB/T 2982—2014的要求。

4.2 物理性能

成品輪胎的物理性能測試結(jié)果見表1。

表1 成品輪胎的物理性能

從表1可以看出，成品輪胎的物理性能達到GB/T 2981—2014的要求。

5 結(jié)語

從結(jié)構(gòu)和施工方面對18×7-8 14PR工業(yè)車輛輪胎進行設(shè)計。成品性能試驗結(jié)果表明，輪胎的充氣外緣尺寸和物理性能均符合國家標(biāo)準(zhǔn)要求。該產(chǎn)品自投放市場以來質(zhì)量穩(wěn)定，滿足了客戶的使用要求，取得了較好的經(jīng)濟和社會效益。