20.5/70-16 14PR有内胎小型装载机轮胎的设计

贺李萍，周明超，于乐乐

（风神轮胎股份有限公司，河南 焦作 454003）

随着装载机向更小型和更大型发展，配套市场和维修市场对工程机械轮胎的品种需求逐渐增多。为满足市场需求，增加轮胎品牌、规格和花纹型号，我公司开发了用于小型装载机的20.5/70-16 14PR有内胎轮胎，市场反馈良好。现将该产品的设计情况介绍如下。

1 技术要求

20.5/70-16 14PR小型装载机轮胎是一种非标准轮胎，根据客户要求，确定其技术参数为：标准轮辋 8.5-16，充气外直径（D′）945（928.8～961.2）mm，充气断面宽（B′）332（323.0～351.9）mm，速度 10 km·h-1，最大负荷 3 000 kg，充气压力 450 kPa，气门嘴型号DG06C。

2 结构设计

2.1 外直径（D）和断面宽（B）

20.5/70-16 14PR小型装载机轮胎是低断面宽基轮胎，其内轮廓为扁椭圆形。为保证成品轮胎充气后尺寸符合设计要求，防止轮胎充气后径向方向膨胀，本设计轮胎的外直径膨胀率（D′/D）取1.056，断面宽膨胀率（B′/B）取1.065，则D为895 mm，B为312 mm。

2.2 行驶面宽度（b）和弧度高（h）

轮胎的b和h对胎面的耐磨、牵引、转向和生热等多项性能有较大的影响[1]。为了保证在负荷作用下95%以上宽度的胎面与地面接触，本设计b/B取0.961 5，h/断面高取0.043 9，则b为300 mm，h为11 mm。

2.3 胎圈着合直径（d）和着合宽度（C）

小型装载机主要用于货物周转作业，对行驶的平稳性具有很高的要求。为避免轮胎在使用过程中出现胎圈滑移和脱圈现象，本设计d取405 mm，C取216 mm。

2.4 断面水平轴位置（H1/H2）

断面水平轴位置的选取应结合材料分布图和内轮廓曲线，设计时应保证内轮廓趋于椭圆形状，椭圆长轴位于断面水平轴附近，以避免使用过程中胎圈和胎肩部位出现早期损坏[2-4]，本设计H1/H2取0.828 3。

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

本设计胎面花纹采用L-3横向花纹，花纹深度为19 mm，基部胶厚度为7 mm，花纹周节数为20，花纹饱和度为68.7%，花纹沟采用15°倾角，并采用全圆角过渡形式与花纹沟底连接，避免因应力集中导致的早期沟底裂。

胎面花纹展开如图2所示。

图2 胎面花纹展开示意

轮胎下胎侧设有3条防水线以有效地保护轮辋。胎侧部位增加波纹装饰线，具有良好的胎侧自洁性能。胎侧上下模刻有中英文商标，包括规格、花纹、气压和负荷等信息。

3 施工设计

3.1 胎面

胎面采用全丁苯橡胶耐磨胶料，胎侧采用高韧性胶料。

根据材料分布图和轮胎三维设计图确定半成品尺寸：胎面长度 1 780 mm，宽度 495 mm，肩部厚度 32 mm，中间厚度 27.5 mm；胎侧长度1 726 mm，宽度 250 mm，厚度 5.4 mm。

3.2 胎体帘布层及缓冲层

胎体帘布层是轮胎的骨架，承受由内压引起的初始应力的80%～90%[5-6]，因此需选用强度适合的胎体帘布以满足轮胎使用过程中的气压、负荷和安全性能要求。

本设计采用4层反包和2层正包的胎体帘布结构，反包采用4层1870dtex/2V1锦纶6帘布，反包端点位于断面水平轴附近；正包采用2层1870dtex/2V2锦纶6帘布，包过胎趾，各层帘布宽度级差均为15 mm。

为使轮胎胎冠到胎体的材料均匀过渡，增大冠部帘线附着力[7-8]，本设计缓冲层采用2层930dtex/2V3锦纶6帘布，缓冲层端点到达胎踵，有效防止使用过程中胎侧脱层损坏。

胎体帘布和缓冲层帘布的裁断角度均为30°，成品轮胎胎冠角为57°，帘线假定伸张值为1.032，胎体安全倍数为7.2。

3.3 胎圈

胎圈采用单钢丝圈结构，钢丝排列方式为7×9。胎圈由直径为0.96 mm的钢丝覆胶挤出后在直径为421.44 mm的卷成盘上卷制而成。胎圈包布采用2层930dtex/1锦纶帆布，厚度为1 mm。胎圈安全倍数为5.9。

3.4 成型

胎坯采用Φ540 mm×400 mm半芯轮式成型机成型。机头宽度为（650±30）mm，鼓肩深度为40 mm。胎面采用热接头、套筒法成型，胎侧采用层贴法成型。

3.5 硫化

胎坯采用B型胶囊定型，两半模硫化机硫化。硫化条件为：外压蒸汽压力（0.9±0.01）MPa，过热水压力（3±0.2）MPa，外压蒸汽温度（146±2）℃，过热水温度（172±8）℃，总硫化时间 117 min。

硫化出锅后在后充气装置上冷却定型，后充气压力为（0.56±0.05）MPa，从启模到后充气冷却时间不得超过10 min，后充气冷却时间需长于一个硫化周期，即117 min。

4 成品性能

4.1 充气外缘尺寸

成品轮胎在标准充气压力下停放24 h后，安装在标准轮辋上进行外缘尺寸测量，轮胎的D′为949 mm，B′为341 mm，符合设计要求。

4.2 物理性能

成品轮胎的物理性能按照GB/T 2891-2014进行测试，结果如表1所示。

表1 成品轮胎的物理性能

由表1可以看出，20.5/70-16 14PR有内胎小型装载机轮胎的各项物理性能均符合国家标准要求。

5 结语

20.5/70-16 14PR有内胎小型装载机轮胎生产工艺稳定，充气外缘尺寸、胎面胶物理性能和粘合强度均达到设计和国家标准要求。该产品因其新颖的外观和优异的使用性能而受到市场的一致好评。