380/85R28農業子午線輪胎的設計

張楨浩，曲 建，李 強

（青島橡建工業工程有限公司，山東 青島 266000）

隨著人們生活水平的不斷提高，農業現代化發展趨勢凸顯。農業機械化在現代化農業發展進程中已顯現了強大的優勢。同時現代化農業機械設備對輪胎的性能要求日益提高，除基本的承載性能外，還要求輪胎具有自潔性、節能環保性和安全舒適性等[1-3]。

我公司根據市場需求，設計開發了高性能的380/85R28農業子午線輪胎，其除具有油耗低、環保、牽引力大的特點外，還具有耐屈撓龜裂、耐磨、地面壓力分布均勻等特點，在農業機械領域取得良好效果。現將本產品的設計情況介紹如下。

1 技術要求

依據GB/T 2979—2017，確定380/85R28農業子午線輪胎主要技術參數如下：充氣外直徑（D′）1 357（1 316～1 366） mm，充氣斷面寬（B′）380（364.8～402.8） mm，標準輪輞 W12，標準負荷 2 060 kg，標準充氣壓力 160 kPa。

2 結構設計

2.1 外直徑（D）和斷面寬（B）

由于輪胎的胎面與地面直接接觸，是輪胎的主要受力部位，而帶束層則是輪胎的主要受力部件，對輪胎有箍緊作用，充氣輪胎的形狀在很大程度上受帶束層的影響[4]。在充氣狀態下，輪胎徑向方向由于受帶束層的拉伸剛度及帶束層箍緊作用的影響，D變化不大。由于本產品帶束層骨架材料采用的是4層聚酯簾布，充氣后輪胎外直徑膨脹率比鋼絲帶束層輪胎要大些，結合我公司380/85R30輪胎的設計經驗，本次設計D取1 341.6 mm，外直徑膨脹率（D′/D）為1.011 48。

農業子午線輪胎B的取值需綜合考慮胎體和帶束層的影響，包括胎體簾線的伸張率及帶束層簾線的箍緊因數、角度和長度等。本產品采用2層錦綸簾布胎體，另外，由于本產品不屬于低斷面輪胎（屬于85系列輪胎），本次設計B取370 mm，斷面寬膨脹率（B′/B）為1.027。

2.2 行駛面寬度（b）和弧度高（h）

由于農業子午線輪胎主要從事農田作業，因此b一方面考慮宜取較大值，以適當增大胎面的曲率半徑和減小胎面的拱度，從而增大胎面與地面的接觸面積，降低單位面積壓力，提高胎面的耐磨性能和牽引力（輪胎使用過程中不易打滑）以及抗刺扎性能；但考慮到b若取值過大，胎面拱度過小而過于寬平，會導致肩部材料過多過厚，輪胎在使用過程中會出現肩部生熱大而散熱慢等情況，容易造成肩空、肩裂等早期損壞問題。為此，結合以往設計經驗，本次設計b/B取0.906 7，b取335.5 mm。

當農業子午線輪胎的b/B較小時，輪胎的胎冠較窄，h與斷面高（H）之比應適當減小，否則輪胎容易產生左右磨耗不對稱、土壤壓實等問題，這是由于胎冠呈拱形，胎面與地面的接觸面積減小而導致單位面積壓力增大。當b/B取值較大時，h/H應適當增大，否則胎冠由于曲率半徑過大而過于寬平，胎肩部位材料多而厚，在內應力不斷作用下，也易造成集中生熱且操作不穩定的現象。根據以往設計經驗，本次設計h/H取0.056 4，h取17.78 mm。

2.3 胎圈著合直徑（d）和著合寬度（C）

d的取值本著輪胎與輪輞裝卸方便同時保持良好氣密性的原則。如果d取值過大，可以使輪輞與胎圈之間貼合緊密以防脫圈漏氣，但是輪輞與胎圈之間過盈量過大會導致裝卸困難；如果d取值過小，輪輞與胎圈之間的過盈量小甚至沒有過盈量，雖便于裝卸但氣密性差，且農業拖拉機在農田工作，產生的水平牽引力較大，易產生脫圈的隱患。根據320/85R28輪胎設計經驗，本次設計d宜比輪輞著合直徑稍大，過盈量為2～4 mm，因此d取711.63 mm。

為提高輪胎胎側的柔軟性，C應適當大于輪輞寬度，綜合各種因素，一般英制農業子午線輪胎C的取值比輪輞寬度大12.7～25.4 mm（0.5～1英寸）。但農業輪胎在田間使用時負荷較高，相對速度較低，如果其胎側過于柔軟，在使用過程中通過性能差，結合成熟產品設計經驗，此次設計C取317.5 mm。

2.4 斷面水平軸位置（H1/H2）

H1/H2的設計是保證上下胎側彎曲剛度平衡的關鍵。如果H1/H2取值不當，容易因上下胎側彎曲差異懸殊而導致斷面水平軸偏移過大，肩部變形大，縮短輪胎的使用壽命（如耐磨性能和耐久性能等受影響）。結合380/85R30輪胎設計經驗，本次設計H1/H2取0.721。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

結合路面情況、輪胎結構類型及使用特點對胎面花紋的寬度、深度、角度等進行設計。考慮到產品主要用于田間操作，兼作運輸，為提高對土壤的附著力，以免壓實土壤，本次設計采用左右呈對錯開的人字形花紋（R-1W濕牽引型花紋），花紋周節數為20，花紋深度為普通人字形花紋深度的1.2倍左右，取45 mm，花紋飽和度為22.27%；花紋塊前后切入角度即前后支撐角度采用15°～25°變角度設計，前切入（前支撐）變角度取值范圍為15°～18°，后切入（后支撐）變角度取值范圍為18°～25°，同時采用加大花紋塊根部圓弧半徑進行平滑過渡，以增大花紋塊底部厚度，防止根部出現破口與撕裂，提高胎面的抗撕裂性能和抗刺扎性能。

在花紋塊底部空間處設計有高2 mm的規格字體和呈S形曲線的磨耗凸起交替排列，不但增強了輪胎的外觀立體感，提高了輪胎使用過程中的排水、排泥性能，同時起到花紋底部支撐和增大散熱面積的作用。胎面花紋平面展開如圖2所示。

圖2 胎面花紋平面展開示意

3 施工設計

3.1 胎面

胎面采用自動擠出纏繞生產方式。胎面膠要求具有良好的耐磨性能、抗刺扎性能、緩沖性能、耐疲勞性能等，防止簾布層被割破和刺穿[5-7]。結合380/85R30輪胎胎面設計參數，本輪胎胎面設計全寬為370 mm，肩寬為320 mm，肩厚為33 mm，中厚為25.5 mm。胎面斷面示意見圖3。

圖3 胎面斷面示意

3.2 胎體

胎體簾布采用2層裁斷角度為4°、厚度為1.35 mm的2100dtex/2 V1錦綸簾布，2層胎體簾布之間的寬度差級為180 mm。經計算胎體的安全倍數達到15以上，符合設計要求。

3.3 帶束層

帶束層采用4層裁斷角度為62°～65°、厚度為1.2 mm的1670dtex/2 E2聚酯簾布，其中1#帶束層與3#帶束層和2#帶束層與4#帶束層寬度分別一致，差級為20 mm。經計算帶束層安全倍數達到16.73，符合設計要求。

3.4 氣密層

對于無內胎輪胎而言，氣密層起到內胎的作用，對輪胎的安全性和保壓性起到至關重要的作用，因此氣密層厚度設計和材料選用成為重要考慮因素[8-10]。結合相似成熟產品設計經驗，本次設計半成品氣密層厚度取2.2 mm，以確保成品氣密層厚度不小于1.5 mm；氣密層膠主體材料采用氣密性和耐老化性能較好的鹵化丁基橡膠，同時氣密層接頭處采用厚度為2 mm的封口膠片，位于氣密層接頭下。

3.5 胎圈

本輪胎的單個胎圈共采用90根胎圈鋼絲，其中鋼絲層數為9，每層鋼絲根數為10，鋼絲的裸絲直徑為0.96 mm，鋼絲圈是寬度為14.85 mm、高度為12.15 mm的矩形鋼絲圈，經計算安全倍數為15.64，符合設計要求。本輪胎三角膠尺寸為13 mm×50 mm。

3.6 成型

成型采用二次法成型機，一段成型鼓機頭直徑為795 mm，機頭寬度為700 mm；二段成型鼓機頭直徑為1 138 mm，寬度為950 mm。成型時嚴格按照上正、壓實、接好頭的工藝要求進行。

3.7 硫化

輪胎硫化采用1 905 mm（75英寸）硫化機，硫化介質為過熱水，工藝條件如下：外溫 140～146℃，外 壓 0.34～0.36 MPa，過 熱 水 壓 力2.2～2.7 MPa，過熱水溫度 170～176 ℃，硫化時間 84 min。

4 成品輪胎性能

4.1 外緣尺寸

按照GB/T 521—2012將成品輪胎安裝于標準輪輞上（W12）進行測量，輪胎D′和B′分別為1 365.4和376.3 mm，符合設計要求。

4.2 物理性能和粘合性能

按照GB/T 1192—2017對成品輪胎的性能進行測試，結果見表1。

表1 成品輪胎的性能測試結果

由表1可見，胎面膠的物理性能及各部位的粘合強度達到國家標準要求。

5 結語

本設計的380/85R28農業子午線輪胎充氣外緣尺寸、胎面膠的物理性能和各部位的粘合性能均符合國家標準及相應設計要求。產品投放市場后得到認可，為社會創造經濟價值的同時，也進一步推動了我公司打開國外市場的進程。