20.8-42 R-1W无内胎农业轮胎的设计

陈 朋，关 雨，孟 龙，苏 甜

（1.青岛科技大学 高分子科学与工程学院，山东 青岛 266042；2.徐州徐轮橡胶有限公司，江苏 徐州 221011）

近年来，随着政府大力提倡农业规模化经营，大功率农业机械销量逐年上升，其中广泛应用的大型拖拉机更是如此。与此同时，与大型拖拉机配套的大规格农业轮胎需求量也日益增长。为满足市场需求，我公司设计了20.8-42 R-1W无内胎农业轮胎。现将该轮胎的设计情况介绍如下。

1 技术要求

根据轮胎使用特点并参照《中国轮胎轮辋气门嘴标准年鉴》（2014），确定20.8-42 R-1W无内胎农业轮胎主要技术参数为：标准轮辋规格 W18L，胎面花纹 湿地牵引型R-1W花纹，充气外直径（D′） （1 950±20） mm，充气断面宽（B′） （530±15） mm，标准充气压力 160 kPa，额定负荷 3 875 kg，最高行驶速度 40 km·h-1。

2 结构设计

2.1 外直径（D）和断面宽度（B）

由于缓冲层采用模量较高的聚酯帘布，冠部刚性强，轮胎充气后受圆周方向聚酯帘布的箍紧作用，外直径膨胀率（D′/D）较小，D应稍大于国家标准值；断面宽膨胀率（B′/B）较大，B取偏小值。本次设计D′/D取1.002 8，B′/B取1.03，D为1 945 mm，B为515 mm。

2.2 行驶面宽度（b）和弧度高（h）

考虑轮胎规格较大，为增大其行驶接地面积、降低单位面积压力、提高耐磨性能，本次设计b取465 mm，b/B为0.90；h取22 mm，h/断面高（H）为0.05；冠部行驶面采用两段弧设计，其中一段为平弧，其宽度为110 mm。

2.3 胎圈着合直径（d）和着合宽度（C）

由于无内胎，且规格较大，为保证轮胎的气密性，本次设计胎圈过盈量取5.6 mm，d为1 066 mm；为避免轮胎装卸困难，C与W18L轮辋宽度相同，C为457 mm。

2.4 断面水平轴位置（H1/H2）

断面水平轴是轮胎在负荷下法向变形最大的部位，水平轴高低决定轮胎胎圈与肩部的受力状态。一般来讲，H1/H2值在0.7～1.0，由于我公司钢丝圈的钢丝排布为矩形且较细，因此断面水平轴应适当提高，以使胎圈和胎肩部位应力较小。本次设计H1取208 mm，H2取231.5 mm，H1/H2为0.899。轮胎断面轮廓如图1所示。

图1 轮胎断面轮廓示意

2.5 胎面花纹

本次设计采用的R-1W胎面花纹是大型拖拉机专用胎面花纹[1]，具有抓着性能和耐磨性能好、土壤压实度小等特点。胎面花纹的具体参数如下：花纹深度为51 mm（国家标准的1.2倍），花纹周节数为24，花纹饱和度为22.2%，花纹块排列角度为29°。胎面花纹展开如图2所示。

图2 胎面花纹展开示意

2.6 负荷能力

充气轮胎负荷（G）依据《TRA工程设计手册》（2014）计算：

式中K——负荷因数，取1.750；

P——充气压力，kPa；

P0——气压系数，取60 kPa；

V——体积因数；

SN——轮胎名义断面宽度，mm；

DR——轮辋名义直径，mm。

本次设计轮胎的标准负荷为4 125 kg，可以看出设计负荷满足要求。

3 施工设计

3.1 胎面

胎面分为胎冠和胎侧两部分。冠部采用农业轮胎专用胎冠胶，采用缠绕方式成型；侧部采用农业轮胎专用胎侧胶（2块），厚度10为 mm。

3.2 胎体和缓冲层

胎体采用2层1870dtex/2V1锦纶66帘布，帘布裁断角度为6°。

缓冲层采用5层2200dtex/2V1聚酯帘布，帘布裁断角度为66°，宽度分别为400，420，400，380，360 mm。

胎体和缓冲层帘布的主要性能如表1所示。

表1 胎体和缓冲层帘布主要性能

3.3 钢丝圈

胎圈采用单钢丝圈结构，钢丝为直径1.0 mm的回火钢丝，排列方式为13×13；钢丝圈直径为1 080 mm，钢丝圈包布为1层，厚度为0.94 mm；胎圈包布层为1层，厚度为1.05 mm，安全倍数在8以上。

3.4 成型

成型采用半鼓式成型鼓，胎体帘布为套筒式，成型方式为2-0。本次设计成型鼓直径取1 200 mm，宽度取975 mm。

3.5 硫化

轮胎采用95英寸（2 413 mm）B型硫化机硫化，外压蒸汽压力为（0.28±0.02） MPa，过热水进口压力为（2.6～2.7） MPa，过热水温度为（165±2） ℃，循环水压力不小于2.0 MPa，总硫化时间为138 min。

3.6 轮胎成品各部位和半成品设计厚度

轮胎成品各部位和半成品的设计厚度如表2所示。

表2 轮胎成品各部位和半成品设计厚度

4 成品性能

4.1 外缘尺寸和质量

安装在W18L标准轮辋上的成品轮胎在160 kPa充气压力下放置24 h，测得的轮胎外直径为1 960 mm，断面宽为536 mm，符合设计要求。成品轮胎质量为210 kg，符合客户要求。

4.2 物理性能

成品轮胎物理性能测试结果如表3所示。

表3 成品轮胎物理性能测试结果

4.3 胎冠帘线角度

成品轮胎胎冠帘线角度为8°～9°（设计值为9.5°）。

4.4 燃油消耗量

将本次设计的成品轮胎在盐城大丰市上海农场进行了装车对比试验。结果表明，与装配某公司同规格轮胎的拖拉机相比，装配本次设计成品轮胎的拖拉机每公顷作业燃油消耗量减小2.115 L，减幅达12%。

5 结语

本次设计的20.8-42 R-1W无内胎农业轮胎充气外缘尺寸、质量和物理性能达到设计或国家标准要求。该轮胎装配于大型拖拉机上具有牵引性能好和燃油消耗量耗小等特点，综合经济效益显著。