雪地用途23.5R25全鋼工程機械子午線輪胎的設計

夏效坤，謝仕強，張燕龍，趙 君，郭永芳

[泰凱英（青島）專用輪胎技術研究開發有限公司，山東 青島 266100]

在北美和北歐的部分國家因地處高緯度，在冬季大部分地區都被冰雪覆蓋，且降雪頻次較高，普通輪胎在雪地上的抓著性能、驅動性能和制動性能下降，存在安全隱患。同時，在北美和北歐的國家多為發達國家，安全意識較強，其部分礦山和建筑商通常要求工程機械設備在冬季替換為雪地輪胎。23.5R25 L3全鋼工程機械子午線輪胎主要用于裝載機[1]，是L3產品中市場需求量較大的產品。隨著海外市場對該規格雪地輪胎需求的增長，我公司開發了雪地用途23.5R25 L3全鋼工程機械子午線輪胎，現將產品的設計情況介紹如下。

1 技術要求

根據美國輪胎輪輞標準協會標準（TRA—2016），確定雪地用途23.5R25 L3全鋼工程機械子午線輪胎的技術參數如下：標準輪輞19.50/2.5，充氣外直徑（D′） 1 617（1 587.5～1 646.5） mm，充氣斷面寬（B′） 597（579.1～650.7） mm；L3產品用途兩星設計要求標準充氣壓力（10 km·h-1速度下） 650 kPa，標準單胎負荷 14 500 kg。

2 結構設計

2.1 外直徑（D）和斷面寬（B）

全鋼工程機械輪胎因胎體和帶束層的鋼絲簾線強度較高，通常情況下其充氣前后的外緣尺寸變化較小，根據以往設計經驗，結合對一線競品輪胎的分析，本次設計D取1 592 mm，B取596 mm。

2.2 行駛面寬度（b）和弧度高（h）

b和h對輪胎行駛過程中的穩定性和耐磨性能影響較大，通常情況下b/B取0.85～0.95，h/H（斷面高）取0.04～0.06，按照以往設計經驗，本次設計b取530 mm，即b/B為0.89；h取24.5 mm，即h/H為0.05。

2.3 胎圈著合直徑（d）和著合寬度（C）

該產品無內胎，胎圈與輪輞采用過盈配合設計，過盈量的大小關系到輪胎的氣密性以及輪輞裝卸的難易程度等，過盈量不合適可能會導致輪胎在行駛過程中與輪輞之間產生相對位移等問題[2-4]。本次設計標準輪輞直徑為635 mm，輪輞圈座角度為5°，d取630 mm，胎圈底座處角度采取變角度設計，胎踵和胎趾處的角度分別為6°和0°。C一般情況下等于輪輞的著合寬度，因此本設計C取496 mm。

2.4 斷面水平軸位置（H1/H2）

裝載機的作業特點決定了其對輪胎胎圈部位性能要求較高，為了避免胎圈部位應力集中導致胎圈爆等風險，應將斷面水平軸略微上移，以降低胎圈部位受力。本次設計適當增大H1/H2，取0.88。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

該產品主要用于雪地路況下的裝載機，應考慮該使用場景下的操控性能，需要輪胎在冰雪等光滑路面上具有較好的抓著性能、驅動性能和制動性能，因此胎面花紋設計具有以下主要特點。（1）采用牽引型的橫向花紋溝設計，花紋塊的排列采用橫向四塊＋五塊交替組合的方式，且橫向四塊花紋塊與橫向五塊花紋塊的總寬度采用變化設計，即排列方式為“長-短-長-短”；相比于常規等寬度的設計，該種設計可以提升輪胎在冰雪和泥濘路面上的驅動性能和制動性能。（2）采用縱向花紋溝以提升輪胎的防側滑性能。（3）花紋溝寬度從冠中位置到胎肩位置逐漸變大，以提高花紋自潔性能。（4）所有花紋塊上均設置有波浪形鋼片，且使用3D鋼片，可以有效提升輪胎的抓著性能。（5）花紋溝底采用全圓弧設計，降低在低溫環境下出現花紋溝底裂的風險。本次設計花紋深度為35 mm，花紋飽和度為58%，花紋周節數為21。

胎面花紋展開如圖2所示，輪胎花紋立體效果如圖3所示。

圖2 胎面花紋展開示意

圖3 輪胎花紋立體效果

3 施工設計

3.1 胎面

普通胎面膠在低溫環境下發脆變硬，易出現崩花掉塊現象，本次設計胎面采用雪地輪胎專用胎面膠配方，膠料在低溫環境下仍保持較好的彈性。成型采用胎面纏繞方式，由冷喂料擠出機擠出膠條，將其纏繞在已經完成定型的胎坯上。

3.2 帶束層

采用4層帶束層結構設計，1#—3#帶束層均使用3＋9＋15×0.22＋0.15NT鋼絲簾線，簾布壓延密度和裁斷角度略有不同；4#帶束層為保護層，使用4×6×0.25HE鋼絲簾線。帶束層的安全倍數為8.1。

3.3 胎體

胎體使用3＋9＋15×0.22＋0.15NT鋼絲簾線，采用高反包設計，胎體反包端點高于斷面水平軸。胎體的安全倍數為6.6。

3.4 胎圈

采用傳統的六邊形鋼絲圈結構，胎圈鋼絲直徑為1.65 mm，覆膠后直徑為1.8 mm，鋼絲圈排列方式為9-14-9，共計124根。胎圈的安全倍數為8.4。

3.5 成型

采用軟控股份有限公司生產的一次法成型機成型，為四鼓式成型機，與胎面纏繞設備相匹配，生產效率較高。成型鼓的初始貼合直徑為575 mm，帶束層貼合鼓周長為4 490 mm。

3.6 硫化

采用單模蒸鍋式硫化機硫化。硫化條件為：內溫 （170±3） ℃，外溫 （140±3）℃，內壓（2.8±0.1） MPa，外壓 （0.21±0.02） MPa，總硫化時間 170 min。硫化輪胎無過硫和缺膠等缺陷，檢測合格。

4 成品輪胎性能

4.1 充氣外緣尺寸

按照GB/T 521—2012《輪胎外緣尺寸測量方法》測量成品輪胎外緣尺寸。安裝在標準輪輞上的輪胎在標準充氣壓力下的D′為1 600 mm，B′為614 mm，符合國家標準要求。

4.2 物理性能

成品輪胎胎面膠的物理性能見表1。從表1可以看出，成品輪胎胎面膠的各項物理性能指標滿足GB/T 1190—2018要求。

表1 成品輪胎胎面膠的物理性能

4.3 耐久性能

按照GB/T 30193—2013并結合企業標準進行耐久性試驗，試驗條件如表2所示。企業標準要求輪胎在耐久性試驗中必須進入第8階段，實際試驗中輪胎進入第9階段出現胎圈脫層，輪胎的耐久性能達到企業標準要求，超過國家標準要求。

表2 成品輪胎的耐久性試驗條件

5 結語

本次開發的雪地用途23.5R25 L3全鋼工程機械子午線輪胎的充氣外緣尺寸和物理性能達到國家標準要求，耐久性能滿足企業標準要求，并且遠高于國家標準要求。產品投放市場后表現較好，在北歐和北美地區市場占有率較高，為公司帶來了良好的經濟效益。