315/55D20NHS登高機(jī)輪胎的設(shè)計(jì)

代方文，羅福海，孫紹雙

（貴州輪胎股份有限公司，貴州 貴陽(yáng) 550008）

近幾年來(lái)，隨著我國(guó)工業(yè)化進(jìn)程的發(fā)展，根據(jù)市場(chǎng)和車輛設(shè)計(jì)需求，在常用于礦山、港口、井下、貨物搬運(yùn)等場(chǎng)合的工業(yè)斜交輪胎需求量不斷增加的同時(shí)，高空作業(yè)平臺(tái)車輛市場(chǎng)持續(xù)發(fā)展，已初步形成產(chǎn)品規(guī)范化、系列化[1-5]。我公司通過(guò)市場(chǎng)走訪，感知到以高空作業(yè)平臺(tái)為主的登高機(jī)輪胎市場(chǎng)變化，為加強(qiáng)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整，滿足高空作業(yè)市場(chǎng)的需求，公司新組建研發(fā)團(tuán)隊(duì)，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了315/55D20NHS 12PR-L2C登高機(jī)輪胎。現(xiàn)將輪胎設(shè)計(jì)情況介紹如下。

1 技術(shù)要求

根據(jù)技術(shù)要求，確定315/55D20NHS 12PRL2C登高機(jī)輪胎的技術(shù)參數(shù)為：測(cè)量輪輞20×11，充氣外直徑（D′） 848（833～863） mm，充氣斷面寬（B′） 319（306～332） mm，標(biāo)準(zhǔn)充氣壓力 560 kPa，速度級(jí)別 A2，標(biāo)準(zhǔn)負(fù)荷 3 550 kg，無(wú)內(nèi)胎。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 外直徑（D）和斷面寬（B）

在輪胎結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，由于胎體錦綸簾線的熱收縮[6]，充氣狀態(tài)下輪胎的D和B都會(huì)發(fā)生變化，對(duì)于該系列輪胎，為減小輪胎充氣后的徑向變形，保證外緣尺寸滿足設(shè)計(jì)要求，通過(guò)收集大量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，參考相近規(guī)格、系列輪胎的膨脹率，本次設(shè)計(jì)中D取824 mm，B取325 mm。

2.2 行駛面寬度（b）和弧度高（h）

b和h是影響輪胎使用性能的重要參數(shù)之一，是輪胎外緣尺寸變化的重要影響因素，通常情況下，b和h的取值影響輪胎接地印痕和壓力分布，從而影響輪胎的牽引性能和耐磨性能。對(duì)于行駛速度較低的車輛，為了提高輪胎的使用壽命，增強(qiáng)安全性能，需要最大限度地增大接地面積，減小胎冠弧以及單位面積上的壓力。本次設(shè)計(jì)考慮增大輪胎行駛面寬度，b取290 mm。綜合考慮輪胎的使用性能、負(fù)荷能力及耐磨性能，減小徑向變形，提高輪胎的行駛穩(wěn)定性，本次胎冠弧采用平弧設(shè)計(jì)[7]。

2.3 胎圈著合直徑（d）和著合寬度（C）

d的選取一般根據(jù)輪輞確定，設(shè)計(jì)時(shí)為了使輪胎與輪輞緊密配合，d取值一般比輪輞標(biāo)定直徑小0.5～2.0 mm，同時(shí)考慮鋼絲圈直徑以及胎圈部位膠料硬度。可以采用過(guò)盈設(shè)計(jì)，同時(shí)調(diào)整趾口傾角，本次角度取7°。當(dāng)d偏小，則過(guò)盈量較大，輪胎裝卸困難，不方便操作；反之，則過(guò)盈量較小，胎圈與輪輞不能緊密配合，輪胎行駛過(guò)程中胎圈與輪輞之間易發(fā)生打滑現(xiàn)象，導(dǎo)致胎圈磨損，以及無(wú)內(nèi)胎輪胎漏氣等使用質(zhì)量問(wèn)題，影響輪胎的安全性能。綜合考慮各因素，本次設(shè)計(jì)d取510 mm，C取279.5 mm。

2.4 斷面水平軸位置（H1/H2）

斷面水平軸區(qū)域是輪胎屈撓變形最大位置，是連接胎冠和胎圈形變的過(guò)渡區(qū)域，選取不當(dāng)會(huì)帶來(lái)輪胎的使用質(zhì)量問(wèn)題，登高作業(yè)平臺(tái)注重安全性，故本次設(shè)計(jì)有胎圈保護(hù)結(jié)構(gòu)。為避免因水平軸位置不當(dāng)帶來(lái)的輪胎使用質(zhì)量問(wèn)題，結(jié)合原有設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，本次設(shè)計(jì)H1/H2取0.802 3。

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

胎面花紋是設(shè)計(jì)的重要組成部分，花紋設(shè)計(jì)合理，可提高輪胎的使用壽命。花紋通常根據(jù)輪胎的使用環(huán)境、用途以及車輛類型來(lái)確定，需要考慮輪胎整體外觀、應(yīng)力分布、抓著性、牽引性和自潔性方面的因素[8-9]。本次設(shè)計(jì)的L2C花紋采用橫向塊狀結(jié)構(gòu)，為防止花紋出現(xiàn)掉塊和花紋溝裂口現(xiàn)象，冠部花紋溝底采用全圓弧過(guò)渡，同時(shí)在肩部區(qū)域設(shè)計(jì)有加強(qiáng)筋連接，整體布局合理，美觀大方。花紋深度為20 mm，周節(jié)數(shù)為19，花紋飽和度為72.0%。

胎面花紋展開(kāi)示意見(jiàn)圖2。

圖2 胎面花紋展開(kāi)示意

3 施工設(shè)計(jì)

3.1 胎面

胎面采用兩方三塊結(jié)構(gòu)，即由一塊胎冠和兩塊胎側(cè)組成。為適應(yīng)該車型的使用特點(diǎn)，預(yù)防胎面花紋不耐磨，胎冠和胎肩部位生熱過(guò)快，出現(xiàn)早期脫空質(zhì)量缺陷，胎面冠部采用耐磨性能好、生熱低、抗撕裂的專用配方，胎側(cè)采用耐老化性能好的配方[10]。胎面冠部總厚度為25.0 mm，胎面肩部總厚度為33.0 mm，胎面總寬度為600 mm。

輪胎充氣后由于徑向變形，為使外緣尺寸滿足設(shè)計(jì)要求，輪胎胎冠簾線角度的取值尤為重要，本次成品輪胎胎冠簾線角度取64.0°，假定伸張值取1.029。

3.2 胎體

結(jié)合車輛的使用情況和路況，為分散和吸收路面產(chǎn)生的應(yīng)力，確保輪胎的強(qiáng)度和緩沖性能，合理分布緩沖端點(diǎn)，減少因應(yīng)力集中出現(xiàn)早期肩空質(zhì)量缺陷。胎體采用6層高強(qiáng)度的1400dtex/2錦綸6浸膠簾布和2層1400dtex/2V3錦綸6浸膠緩沖簾布，胎體安全倍數(shù)為13.8。

3.3 鋼絲圈

鋼絲圈采用直徑為1.0 mm的胎圈鋼絲，覆膠后直徑為1.3 mm，采用8根9排矩形結(jié)構(gòu)，胎圈安全倍數(shù)為14.2。

3.4 成型

成型質(zhì)量是保證輪胎工藝質(zhì)量的關(guān)鍵，大量的輪胎使用質(zhì)量缺陷是由胎坯成型缺陷造成的。

本設(shè)計(jì)采用指形正包膠囊反包成型機(jī)一次成型，成型機(jī)頭直徑為620 mm，機(jī)頭寬度為510 mm，采用套筒法，由擴(kuò)布器擴(kuò)張后自動(dòng)夾往成型機(jī)頭，根據(jù)定位及糾偏裝置調(diào)整位置，膠囊反包，胎面采用自動(dòng)送取、貼合的方式，胎坯質(zhì)量滿足要求。

3.5 硫化

采用液壓式B型膠囊硫化機(jī)硫化，采用止循環(huán)硫化工藝。硫化條件為：總硫化時(shí)間 70 min，外溫 160 ℃，內(nèi)溫 173 ℃，壓力 2.8 MPa。

4 成品性能

4.1 外緣尺寸及外觀質(zhì)量

參照GB/T 521—2012《輪胎外緣尺寸測(cè)量方法》，將合格輪胎安裝在標(biāo)準(zhǔn)輪輞上，充氣至標(biāo)準(zhǔn)氣壓，在室溫18～36 ℃下停放24 h后，測(cè)得D′為860.5 mm，B′為320.5 mm，h為17.5 mm，輪胎充氣外緣尺寸滿足設(shè)計(jì)要求，外觀質(zhì)量滿足HG/T 2177—2011《輪胎外觀質(zhì)量》要求。

4.2 靜負(fù)荷性能

參照HG/T 2443—2012《輪胎靜負(fù)荷測(cè)定方法》，對(duì)輪胎進(jìn)行靜負(fù)荷性能測(cè)試，測(cè)得不同負(fù)荷下輪胎的接地面積和下沉量，經(jīng)數(shù)據(jù)分析對(duì)比，滿足設(shè)計(jì)要求。

輪胎下沉量和靜負(fù)荷性能如圖3所示。

圖3 輪胎下沉量和靜負(fù)荷性能

4.3 物理性能

成品輪胎的物理性能如表1所示，經(jīng)數(shù)據(jù)對(duì)比，成品輪胎物理性能滿足GB/T 2981—2014《工業(yè)車輛充氣輪胎技術(shù)要求》要求。

表1 成品輪胎的物理性能

5 結(jié)語(yǔ)

315/55D20NHS 12PR-L2C登高機(jī)輪胎外觀質(zhì)量合格，充氣外緣尺寸、靜負(fù)荷性能和物理性能等均滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)要求。該規(guī)格輪胎順利投產(chǎn)并上市，用戶反饋使用效果良好，為進(jìn)一步調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，完善產(chǎn)品系列做出了貢獻(xiàn)，也為公司進(jìn)一步開(kāi)拓高空作業(yè)平臺(tái)車輛市場(chǎng)打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。