全路面起重機用385/95R25工程機械子午線輪胎的開發

印海建，趙 君，孫熙林，夏效坤，王傳鑄

[泰凱英（青島）專用輪胎技術研究開發有限公司，山東 青島 266100]

大噸位全路面起重機作為建筑行業常見的一種工程機械車輛，適用于多種工況的全路面使用場景[1]。全路面起重機與履帶式起重機的主要區別一是相較于履帶式起重機適用于平坦地域吊裝作業，全路面起重機作業更加靈活，適合山地、越野場景的（例如風電機組建設、電網檢修等）復雜吊裝場景；二是全路面起重機為輪式驅動，即使是1 600 t的超大噸位起重機也具備長途高速轉場能力，最大單程運距可達1 000 km以上，最大速度可達90 km·h-1，平均速度為60～80 km·h-1，而履帶式起重機需要借助其他拖車車輛進行長距離轉場，自身不具備長距離轉場能力。全路面起重機根據起吊能力不同分為汽車吊、全路面起重機和大噸位全路面起重機，目前行業內暫無統一標準。385/95R25輪胎主要適用于吊裝能力為80～300 t的全路面起重機。

隨著工程機械車輛的發展，起重機輪胎面臨新的挑戰[2]。國家“雙碳”目標提出后，以風電為代表的新能源受到更大的關注，大量的風電設備投入建設并組網發電。山地風電機組的吊裝作業對輪胎的驅動性能、抗切割性能提出要求。此外，隨著車輛和道路狀況的升級，高速長距離轉場過程中的輪胎生熱導致橡膠老化而引起的爆胎問題嚴重影響車輛行駛安全。

為了適應不斷變化的市場需要，我公司開發了全路面起重機用385/95R25工程機械子午線輪胎[3]，以期解決復雜路面驅動問題以及高速長運距子午線輪胎出現早期肩部脫層、冠部脫層和爆胎等問題，提高產品性能，為客戶創造更高的價值。

1 技術要求

根據美國輪胎輪輞協會標準年鑒（TRA）2016和歐洲輪胎輪輞技術組織標準手冊（ETRTO）2018，確定385/95R25工程機械子午線輪胎的技術參數如下：標準輪輞 10.0/1.5-25，充氣外直徑（D′） 1 363（1 355～1 427） mm，充氣斷面寬（B′）385（368～409） mm，無內胎輪胎。

2 結構設計

2.1 外直徑（D）和斷面寬（B）

適用于全路面起重機的輪胎產品的市場病象多以肩部脫層為主，本次設計D和B時與材料模量匹配，優化骨架材料端點處的應力梯度變化[4-6]，同時綜合全路面起重機實際路況的最大行駛速度和輪胎生熱情況，最終確定D取1 363 mm，B取385 mm。

2.2 行駛面寬度（b）和弧度高（h）

因b和h對輪胎行駛過程中的穩定性和耐磨性能有較大影響，全路面起重機全輪位具備轉向能力，在市場調研期間發現競品輪胎大多存在整周肩部偏磨和花紋塊前高后低等畸形磨損情況，并有明顯的疲勞裂紋，因此本次設計時平衡肩部的異常磨損情況，加強肩部剛度，b取310 mm，h取11 mm。

2.3 胎圈著合直徑（d）和著合寬度（C）

國內起重機車輛超載情況比較常見，但使用385/95R25輪胎的起重機車輛超載比例在10%以下，市場上不存在胎圈部位滑移情況，但在輪胎加載和卸載的周期性往復運動過程中，與輪輞接觸的胎趾上側常見胎圈部位老化紋。競品輪胎存在冬季漏氣的問題，同時考慮到全路面起重機長運距、高速的使用條件，本設計C取280 mm，d取630 mm。

2.4 斷面水平軸位置（H1/H2）

H1/H2的選取直接影響輪胎胎肩和胎圈部位受力平衡情況。考慮到起重機吊裝現場車輛被支腿架起，輪胎不受力，但在作業場地內存在短距離低速重載情況，同時兼顧長運距、高速的轉場情況下市場主要病象以胎肩生熱導致的肩部脫層為主，本次設計盡量避免肩部骨架材料端點處屈撓程度，降低膠料的應變，進而降低肩部生熱，因此H1/H2取0.97。

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

針對起重機輪胎外側胎肩異常磨損問題，考慮采用封閉胎肩方案，但封閉胎肩會增大花紋飽和度，從肩部生熱角度分析，本設計采用單側封閉式胎肩設計，這樣既能有效控制成本，又可以有效降低生熱。

市場調研中發現起重機車輛導向輪有明顯的疲勞裂紋現象，分析原因是競品輪胎花紋由直溝轉向溝壁應力過大導致。考慮到非對稱花紋設計對于后期輪胎輪位調換不利，采用對稱花紋設計：全輪位4條花紋溝設計，采用輕溝槽，胎肩采用封閉式設計，改善肩部偏磨，同時邊部楔形開槽，有利于肩部應力集中時的散熱；為兼顧復雜路面的驅動性能，中間花紋采用大弧度塊狀花紋設計，增大溝槽寬度，冠弧展開長度為310 mm，采用3種節距設計，各節距長度分別為85，80和70 mm，花紋深度取22 mm，花紋飽和度取66.2%，花紋周節數取54。

胎面花紋展開如圖2所示，輪胎三維花紋效果見圖3。

圖2 胎面花紋展開示意

圖3 輪胎三維花紋效果

3 施工設計

3.1 胎面

胎面是輪胎直接接觸地面的部位，對起重機輪胎胎面膠的一般要求是具備全路面工況行駛性能，重點兼顧高速生熱和抗切割性能。因此將胎面分為上層胎面膠和下層基部膠兩部分。考慮到起重機車輛全路面作業行駛和輪胎肩部脫層的主要失效模式，胎面膠選用硬度較高、抗刺扎膠料配方，以保證在復雜路面上輪胎的抗切割和耐磨性能。基部膠采用低生熱的高速膠料配方，同時保證胎面與帶束層之間具有良好的過渡性能，以降低輪胎的生熱，減少肩部脫層。

3.2 帶束層

全鋼工程機械子午線輪胎一般為3—6層帶束層。本次設計采用3層帶束層結構，帶束層均采用3＋9＋15×0.22＋0.15NT鋼絲簾線，安全倍數為6.75，滿足要求。因全路面起重機有長距離高速轉場的性能要求，帶束層包邊膠和夾膠采用為高速工程機械輪胎定制的高模量、低生熱膠料配方，以提高全路面起重機輪胎的高速性能。

3.3 胎體

由于起重機輪胎胎側扭轉程度大且頻次高[7]，因此胎體簾布采用高反包設計，即胎體簾布反包高度超過輪胎的斷面水平軸。胎體采用3＋9＋15×0.22＋0.15NT鋼絲簾線，安全倍數為6.21。

3.4 胎圈

輪胎胎圈主要作用為啟動、制動時將輪胎緊固在輪輞上，本次設計采用六邊形鋼絲圈，鋼絲直徑為1.65 mm，覆膠直徑為1.8 mm，鋼絲圈鋼絲根數為101，安全倍數為6.18。

3.5 成型

采用一次法成型機成型。胎體簾布高反包結構需要充氣膠囊助推到位，控制膠囊的充氣時間，并重視胎側的輥壓排氣，以減少胎體簾布反包處的缺陷。

3.6 硫化

采用單模蒸鍋式硫化機硫化。硫化條件為：內溫 （175±3） ℃，外溫 （145±3） ℃，內壓（2.8±0.1） MPa，外壓 （0.30±0.02） MPa，總硫化時間 108 min。

4 成品性能

4.1 外緣尺寸

輪胎外緣尺寸按照GB/T 521—2012《輪胎外緣尺寸測量方法》測量。安裝在標準輪輞上的輪胎在標準充氣壓力下的D′和B′分別為1 363和385 mm，均符合國家標準要求。

4.2 耐久性能

按照GB/T 30193—2013《工程機械輪胎耐久性試驗方法》并結合企業測試標準進行輪胎耐久性試驗，試驗條件見表1。輪胎的試驗速度恒定，負荷水平不斷提高，行駛至輪胎損壞為止。國家標準要求累計行駛時間至少達到47 h，本產品重復試驗實際累計行駛時間可達117 h以上，即達到負荷率170%水平階段。該耐久性能水平的試驗輪胎經實地測試后可以滿足市場上300 t以下全路面起重機對輪胎生熱性能的要求，滿足企業輪胎耐久性能上市標準。

表1 輪胎耐久性試驗條件

5 結語

本次針對超長運距、高速條件下使用的全路面起重機設計開發的385/95R25工程機械子午線輪胎的充氣外緣尺寸和耐久性能滿足設計要求和相應國家標準和企業標準要求。該產品投入市場后，在國內全路面起重機細分市場占比高，輪胎肩部脫層和爆胎比例明顯降低，為此類建筑用輪胎場景提供了有效的輪胎解決方案，并為公司帶來了一定經濟效益。