33×12－20（7.50）SAS實心輪胎的設計

韋昌交

（貴州輪胎股份有限公司，貴州 貴陽 550201）

實心輪胎是一種適用于低速、高負荷運行車輛的工業用輪胎。優良的安全使用性能有利于提高工作效率，由于其使用壽命長、耐疲勞和免維護等特點而被廣泛用于各種工業車輛、工程機械和拖掛車輛等，主要應用場所為港口、機場、鐵路及大中型工礦企業和各種貨物裝卸作業場所。實心輪胎形變小、運行穩定、抗刺穿且無需充氣，避免了頻繁補胎、換胎的繁重勞動，可提高車輛的使用率和工作效率，在低速、高負荷的運行車輛中，實心輪胎完全可以替代充氣輪胎[1-5]。

為滿足市場需求，我公司經市場調研后開發了33×12－20（7.50）SAS實心輪胎，主要用于滑移式裝載機和曲臂高空作業平臺車輪，現介紹其設計過程如下。

1 技術要求

根據市場需求，參照GB/T 10823—2009《充氣輪胎輪輞實心輪胎規格、尺寸與負荷》，確定33×12－20/7.50（SAS）實心輪胎的技術參數為：輪輞 7.50V－20，成品外直徑（D′） 842（800～842） mm，成品斷面寬（B′） 292（≤292）mm，標準負荷（速度10 km·h-1） 3 380 kg。

2 結構設計

2.1 外直徑（D）和斷面寬（B）

根據我公司膠料的收縮性能和以往的設計經驗，現取外直徑收縮率（D′/D）為0.988 3、斷面寬收縮率（B′/B）為0.989 8，即D取852 mm、B取295 mm。

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，設計不當直接影響輪胎的耐磨性能、牽引性能、抓著性能和滾動阻力。

b值過大，行駛面寬，胎冠生熱量大，散熱困難，以致造成胎冠早期損壞；b值過小，行駛面窄，胎面與路面接觸面積小，平均單位面積壓力增大，極易早期磨損，影響輪胎的使用壽命。該規格輪胎行駛速度低，為保證輪胎使用壽命，b/B取0.955 9，則b取282 mm。

h值過大即胎冠曲率大，輪胎耐磨性能和抓著性能差；h值過小，雖然耐磨性能和抓著性能得以提高，但影響胎冠散熱。根據該規格輪胎的深花紋設計、胎冠散熱性能好的特點，本次設計h取15 mm。

2.3 胎圈著合直徑（d）和著合寬度（C）

胎圈曲線是依據輪輞邊緣曲線設計的。胎圈與輪輞一般采取過盈設計，若過盈量較大，輪胎裝卸困難；若過盈量較小，輪胎與輪輞不能緊密配合，輪胎在行駛過程中胎圈與輪輞之間會發生相對位移，導致胎圈早期磨損。為滿足輪胎裝卸方便和緊密配合兩點要求，本次設計d取503 mm，C取195 mm，趾口傾角為5°。

2.4 胎側散熱減震孔

胎側散熱減震孔可提高輪胎散熱性能，從而解決了實心輪胎因溫度積累而導致的脹大、爆裂等質量問題。實心輪胎的硬度較高，減震性能一般，而側孔很大程度上緩解了車輛行駛時的震動，提高了駕駛的舒適性。

本次設計采用輪胎兩面側孔交錯排列方式，可避免輪胎行駛時因側孔位置應力和應變集中而引起輪胎早期爆裂問題。

胎側散熱減震孔中心軸位置是輪胎在負荷下法向變形最大的位置，選取不當會導致輪胎早期損壞。中心軸位置偏下，輪胎行駛過程中應力和應變較集中于基部，易造成基部膠破裂；中心軸位置偏上，應力和應變集中于胎冠，容易造成輪胎冠空。根據實心輪胎基部膠硬度大、變形量小的特點，本次設計胎側散熱減震孔中心軸位置偏下一點，斷面水平軸位置（H1/H2）取0.879 1。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

輪胎花紋的主要作用是增大胎面與路面間的摩擦力，以防止車輪與路面之間打滑。在胎面與路面間切向力（如驅動力、制動力和橫向力）的作用下，花紋塊能產生較大的切向彈性變形。切向力增大，切向變形隨之增大，接觸面的摩擦作用隨之增強。輪胎花紋提高了胎面接地彈性，抑制了胎面與路面打滑或打滑趨勢，使車輛的動力性、制動性、轉向操縱性和行駛安全性得到保障[6-8]。

本次胎面花紋設計，根據輪胎類型結構、使用條件、主次要求并兼顧平衡確定方案。采用有向牽引型大塊橫向花紋，花紋深度為40 mm，花紋飽和度為51%，花紋周節數為20。采用深花紋，胎冠生熱小，散熱性能好；輪胎花紋內窄外寬，自潔性能好；花紋具有方向性，主溝為橫向花紋，使花紋有很強的抓著性能和牽引性能。為防止花紋掉塊，在冠部花紋塊間設有加強筋連接底部。花紋溝底部采用圓弧過渡，以分散應力，從而避免花紋溝裂口現象。本次花紋設計美觀、噪聲低，而且便于模具加工，圖2為胎面花紋展開示意。

圖2 胎面花紋展開示意

3 施工設計

3.1 胎面

采用先進的三段式（基部膠＋中部膠＋冠部膠）結構設計，保證了輪胎的整體性能。高剛性、高強度的基部膠及鋼絲圈支撐，既保證了輪胎的挺性，又確保輪胎與輪輞的緊固性，消除了實心輪胎胎圈打滑的問題；高彈性的中部膠，有效地吸納了車輛運行時產生的震動，提供舒適的駕乘性，同時避免了車輛因大幅震動而損壞；加厚的冠部膠層，保證了輪胎的抗撕裂和耐磨性能，提高輪胎的使用壽命。

3.2 成型

采用XK-450型開煉機（成型機頭的直徑為可收縮式，直徑為480～520 mm，機頭寬度為400 mm）自動纏繞方式成型，保證成型壓力使膠層之間粘貼緊密且排除胎坯內部的空氣。胎坯膠層居中對齊，質量滿足工藝要求。

3.3 硫化

采用XLB-DQ-1000T型平板硫化機進行硫化，硫化條件為155 ℃/15 MPa×270 min。

4 成品性能

4.1 外觀質量

經外觀檢驗，成品輪胎外觀滿足HG/T 2177—2011《輪胎外觀質量》要求。

4.2 外緣尺寸

根據GB/T 521—2012《輪胎外緣尺寸測量方法》對成品輪胎外緣尺寸進行測量，成品輪胎的D′和B′分別為842和292 mm，符合GB/T 10823—2009設計要求。

4.3 靜負荷性能

對成品輪胎進行靜負荷性能測試，結果滿足設計要求，如表1所示。

表1 成品輪胎的靜負荷性能

4.4 物理性能

對成品輪胎進行物理性能測試，結果符合GB/T 10824—2008《充氣輪胎輪輞實心輪胎技術規范》要求，如表2所示。

表2 成品輪胎物理性能測試結果

4.5 耐久性能

對成品輪胎進行耐久性測試，結果符合GB/T 10824—2008要求，如表3所示。試驗結束時輪胎狀況良好。

表3 成品輪胎耐久性測試結果

5 結語

33×12－20（7.50）SAS實心輪胎成品外觀質量、外緣尺寸、靜負荷性能、物理性能和耐久性能均符合設計和國家標準要求。

33×12－20（7.50）SAS實心輪胎目前已投產，用于曲臂高空作業平臺車輪，用戶反應輪胎性能滿足使用要求，達到預期效果，為公司開發新產品打下了堅實的技術基礎。