11.4－20 8PR PR-1農業輪胎的設計

黃繼禮

（徐州徐輪橡膠有限公司，江蘇 徐州 221011）

我國是農產品的生產大國，隨著國家對農業生產的大力扶持以及高額補貼政策的不斷完善，使農業機械行業的發展步入快車道，從而加速了農業機械輪胎的需求量持續增長[1-2]。我公司通過走訪市場，根據客戶提出的車輛參數及要求，成功地自主研發出11.4－20 8PR PR-1農業輪胎。現將其設計情況簡介如下。

1 技術要求

11.4 －20 8PR PR-1農業輪胎主要在泥濘的水田地中作業，屬于水田拖拉機的驅動輪胎，參照《中國輪胎輪輞標準年鑒2020》及客戶提供的車輛參數和要求，確定該規格輪胎的主要技術參數如下：標準輪輞 W10，允許使用輪輞 W9和W10H，充氣外直徑（D′） 1 124（1 100～1 173）mm，充氣斷面寬（B′） 310（298～347） mm，層級8，花紋類型 PR-1，標準充氣壓力 240 kPa，標準負荷 1 640 kg，最高行駛速度 10 km·h-1。

2 結構設計

2.1 外直徑（D）和斷面寬（B）

D和B直接影響輪胎是否符合車輛參數及性能要求，而對應的輪胎模型尺寸則是影響成品輪胎充氣外緣尺寸的主要因素[3-5]。借鑒我公司11.2－24 8PR PR-1輪胎的開發經驗，并結合錦綸簾線的特點，本設計輪胎的D為1 104 mm，B為299 mm。通過進一步計算，輪胎的外直徑膨脹率（D′/D）為1.018，斷面寬膨脹率（B′/B）為1.036，從而確定模具的相關尺寸。

2.2 行駛面寬度（b）和弧度高（h）

本設計輪胎主要在泥濘的水田地中作業，主要用于驅動輪。從理論上講，輪胎的行駛面與泥土的接觸面積越大越好，因此為增大輪胎與泥土的接觸面積，減小輪胎的滾動阻力，提升輪胎的通過性能和牽引性能，b需要取較大值，在本設計中，b取281 mm，b/B為0.94，輪胎胎冠的h為28 mm，h/斷面高（H）為0.095，在增大輪胎接地面積的同時，也能進一步提升輪胎的防滑性能。

2.3 胎圈著合直徑（d）和著合寬度（C）

成品輪胎安裝內胎和墊帶后需與輪輞裝配，為防止裝配后輪胎圈口與輪輞出現相對滑移的現象，并且還能使輪胎與輪輞的拆裝方便，參照標準輪輞的尺寸，本設計輪胎的d為512 mm，C為254 mm，胎趾傾斜角為5°。

2.4 斷面水平軸位置（H1/H2）

斷面水平軸位置是指成品輪胎在承受載荷時法向變形最大的位置。使斷面水平軸處于合理位置，能夠減少輪胎作業時對某部位的集中損壞，即如果H1/H2取值較小，則對應的斷面水平軸位置偏低，靠近下胎側位置，在輪胎作業時應力和應變就會相對集中于下胎側位置，因此容易造成胎側胎圈斷裂。相反，如果H1/H2取值較大，則對應的斷面水平軸位置偏高，靠近下胎肩位置，在輪胎作業時應力和應變就會集中在輪胎肩部位置，因此容易造成胎肩脫層及出現裂縫。綜合考慮，為防止應力和應變集中，本設計中H1為105 mm，H2為191 mm，H1/H2為0.55。

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

根據拖拉機的作業環境及要求，即需在泥濘水田地中作業的特點，輪胎的花紋深度應取較大值，通過增大花紋塊的高度，能夠增大每個花紋塊與泥土的作用范圍，從而大大提升切向牽引力。本設計輪胎的花紋深度為68 mm，花紋周節數為15，花紋飽和度為18.2%。花紋飽和度取值偏小，能有效減小輪胎滾動阻力，降低材料成本，并能節省燃油。花紋塊兩側溝壁傾斜角度不同，前角為20°，后角為15°，可以保證花紋塊的支撐性能，防止使用時花紋塊過度變形，出現花紋塊前后角磨損程度不同的情況，杜絕異常磨損。此外，為使花紋塊根部的受力均勻分散，減少花紋塊根部的應力集中，花紋根部采取加強筋設計，同時花紋底部采用半徑為25 mm的大弧形設計，加強筋厚度為5 mm，寬度為90 mm。

輪胎胎面花紋展開如圖2所示。

圖2 輪胎胎面花紋展開示意

2.6 外觀設計

輪胎的外觀主要是由胎冠及胎側部位的字體組成，本設計輪胎的字體主要設計在胎側位置，主要包括：（1）商標，上模為英文字體，下模為中文字體；（2）規格和花紋，上下模均為11.4－20 PR1；（3）層級、氣壓和負荷，上模為英文字體，下模為中文字體；（4）胎側位置注明氣壓、負荷等，以便進一步指導用戶對輪胎的規范使用。

3 施工設計

3.1 胎面

由于本設計輪胎的花紋深度較大，花紋塊全部由膠料組成，為防止長期作業后出現掉塊等問題，胎面膠采用水田專用膠配方[6-7]，可有效改善花紋塊的分裂情況，胎側膠采用耐老化和耐屈撓性能良好的膠料配方[8]。根據產品材料分布圖設計，冠部胎面總厚度為65 mm，寬度為255 mm，長度為2 200 mm，胎面質量為42 kg；胎側長度為2 010 mm，寬度為205 mm，厚度為5 mm，胎側質量為4.6 kg。

3.2 胎體

為保證胎體強度，胎體采用4層高強度1400dtex/2錦綸6浸膠簾布（2V1＋2V2），并增加2層930dtex/2錦綸6緩沖浸膠簾布，以加強冠部的抗沖擊性能。簾布裁斷角度取32°，胎體安全倍數為11.2。

3.3 成型

采用2#普通成型機成型，成型鼓為全折疊式，成型鼓的直徑為680 mm，寬度為590 mm，胎面采用冠包側工藝，胎體簾布采用套筒法（2-2）成型。

3.4 硫化

采用立式硫化罐硫化，硫化條件為：外壓蒸汽壓力 （0.28±0.02） MPa，內壓過熱水進口壓力（2.6～2.7） MPa，內壓過熱水溫度 （165±5）℃，循環水壓力 ≥2.0 MPa。

4 成品性能

4.1 外緣尺寸

將輪胎與標準輪輞組裝后，成品輪胎在標準充氣壓力下，測量輪胎的D′為1 120 mm，B′為208 mm，外緣尺寸達到設計要求。

4.2 物理性能

成品輪胎胎面膠的物理性能見表1。

表1 成品輪胎胎面膠的物理性能

從表1可以看出，成品輪胎胎面膠的物理性能達到國家標準要求。

5 結論

11.4－20 8PR PR-1農業輪胎的生產工藝穩定，外觀質量優良，其充氣外緣尺寸和物理性能分別達到相應的設計和國家標準要求。該產品的研發很好地滿足了市場需要，彌補了該規格花紋輪胎的市場空白，為企業的發展做出了貢獻。