IN445/50D710 20PR TL R-4高空作业车特种填充轮胎的设计

庄玉森，高卫东，程 磊

（威海中威橡胶有限公司，山东 威海 264200）

高空作业车具有物料举升、起重吊装、载人高空作业等功能，在国外广泛应用于车站码头、厂矿车间、市政通信等大范围高空作业领域，在国内更是市场增长潜力巨大。其行驶速度不高，但要求轮胎下沉量小，行驶平稳，安全可靠。由于高空作业车轮胎属于超低断面轮胎，内轮廓呈扁平形，设计和施工制造难度较大。

根据客户要求，我公司先后设计开发了18-625，IN355/55D625和IN455/50D710等系列高空作业车轮胎，均取得了良好效果。现以IN445/50D710轮胎为例，将产品设计情况介绍如下。

1 技术要求

根据车辆技术性能和客户要求，确定IN445/50D710轮胎的主要技术参数如下：层级 20，花纹型号 R-4（工业型驱动轮胎花纹），标准轮辋 W15L×28，充气外直径（D′）（1 189±17） mm，充气断面宽（B′） （445±13）mm，充气压力 790 kPa，最大行驶速度 10 km·h-1，最大负荷 7 740 kg。

IN445/50D710 轮胎主要配套于JLG ultra boom 1350SJ直臂、自行式高空作业车（见图1），爬坡度为40%，最大工作高度为41.15 m，平台允许载质量为450 kg，整车质量为20 411 kg。

图1 直臂、自行式高空作业车

2 结构设计

2.1 外直径（D）和断面宽（B）

模型尺寸设计会影响轮胎充气外缘尺寸和使用性能。该规格轮胎是高宽比为0.5的超低断面轮胎，根据我公司相近规格轮胎的膨胀率并结合以往设计经验，本次设计外直径膨胀率（D′/D）取1.025，断面宽膨胀率（B′/B）取1.037，D取1 160 mm，B取 429 mm。

2.2 行驶面宽度（b）和弧度高（h）

行驶面形状对轮胎接地性能和牵引性能有直接影响。为保证高空作业平台平稳、不打摆，b应取较大值，以增大接地面积，提高稳定性。本次设计b/B取0.937 1，b取402 mm。

本次胎冠采用两段圆弧连接，其中一段为反弧形设计，h取－5 mm，使其充气后胎面尽量平坦，既增大了轮胎的接地面积，又可保证轮胎行驶的稳定性[1]。

2.3 胎圈着合直径（d）和着合宽度（C）

d小于轮辋直径，可提高无内胎轮胎的气密性。本次设计d取711 mm，胎趾倾角取6°（轮辋圈座倾角为5°），C取381 mm（即标准轮辋宽度）[2-4]。

2.4 断面水平轴位置（H1/H2）

H1/H2的取值对轮胎的使用性能影响较大。高空作业车作业过程中，轮胎断面水平轴下移也会使得胎圈部位压力急剧增大，车身易摆动。本次设计H1/H2取较大值为0.804 7，将水平轴适当上移，以减小胎圈部位的应力和应变，提高作业过程中的安全性。

2.5 胎肩

为提高胎肩接地支撑性能，本次设计采用切线型设计，并使得胎肩尽量与地面垂直线靠近，以提高其支撑性能，减小变形。

2.6 下胎侧及胎圈保护设计

本次设计将下胎侧特别加厚，以提高轮胎的抗刺扎和抵抗外界创伤的能力。胎踵上部采用胎圈保护设计，一方面可提高胎侧的硬度，另一方面起到保护轮缘的作用。

轮胎断面轮廓如图2所示。

图2 轮胎断面轮廓示意

2.7 胎面花纹

根据高空作业车作业特点及客户需求，本次设计采用自洁性能好且抓着力强的R-4花纹。花纹深度为25 mm，花纹周节数为19，花纹饱和度为75%。为防止出现花纹根部裂口和崩花掉块问题，花纹块后侧壁采用阶梯状设计。

胎面花纹展开如图3所示。

图3 胎面花纹展开示意

2.8 聚氨酯填充

采用聚氨酯弹性体填充充气轮胎。聚氨酯填充轮胎没有因爆胎泄气引发的安全隐患，可提高车辆在恶劣环境下的工作能力、平稳度和驾驶的安全系数，从而延长轮胎的使用寿命，降低轮胎的更换成本。

3 施工设计

3.1 胎面

胎面采用两方三块结构，根据使用环境和作业特点，胎面胶以天然橡胶为主，并用少量丁苯橡胶；补强体系采用中超耐磨炭黑N220和少量白炭黑并用；硫化体系采用硫黄硫化体系。侧部采用定伸应力大、压缩变形小的胶料。

该规格轮胎属于超低断面轮胎，胎面胶的流动规律与普通轮胎有一定区别，故胎冠宽度取值稍大于b，以防止硫化过程中肩部胶料向冠部倒流而出现胎里窝气现象。

3.2 胎体及缓冲层

胎体采用6层1400dtex/3V1锦纶66帘布作为骨架材料，成型方式为4-2，以增大胎体的硬度，提高轮胎的支撑性能、车辆升高时的稳定性及行驶的平稳性[5-6]。

缓冲层选用4层930dtex/2V3锦纶66帘布，为最大限度避开肩部应力集中区，其端点达到防擦线部位，同时上缓冲胶片覆盖缓冲层端点以增大粘合力。

3.3 气密层

为防止胎腔空气经过气密层渗透到胎体帘布层内引起脱层，气密层必须具有良好的气密性。本次设计气密层胶选用氯化丁基橡胶/天然橡胶（并用比为70/30）并用配方，兼顾了轮胎的气密性和工艺性能。气密层厚度为2.5 mm，宽度以包到胎趾部位为佳。

3.4 胎圈

胎圈采用单钢丝圈结构设计，采用直径为0.96 mm的19#回火胎圈钢丝，排布型式为10×11，钢丝圈直径为729 mm，安全倍数大于6[5-7]。

3.5 胎冠帘线角度和帘线假定伸张值

由于该规格轮胎内轮廓呈扁平形，为保证轮胎使用性能，根据经验，本设计胎冠帘线角度取60.5°，帘线假定伸张值取1.04。

3.6 成型

成型采用LCB-4B型压辊包边成型机，机头直径为835 mm，机头宽度为750 mm。

3.7 硫化

硫化采用1 612.9 mm（63.5英寸）蒸锅式双模定型硫化机，以保证最佳的硫化效果和外缘尺寸的稳定性。在模具上合理布置排气孔和排气线，有利于提高轮胎的外观合格率。

硫化条件为：内温 （168±5） ℃，外温（145±2） ℃，内压 （2.6±0.2） MPa，经硫化测温确定最佳正硫化时间。

3.8 外观设计

由于市场竞争日趋激烈，客户在追求产品内在质量的同时，也十分关注产品外观形象。本设计在冠部花纹沿圆周六等分刻上“IN445/50D710”字样，同时在胎侧增加了安全警示语、充气压力和负荷等标识，可更有效地指导用户规范使用。

4 工艺控制

该轮胎在实际生产中易出现花纹沟底裂和胎里漏线、胎里窝气及胎侧重皮裂口等外观质量问题。为提高轮胎的内在质量，需加大对重点工艺的监控，具体措施如下。

（1）确保密炼机混炼时间和温度达到工艺要求。

（2）严格控制气密层的质量，特别是贴合对正度需符合要求，气泡须挑破压实。

（3）胎面接头须压实、平整。

（4）严格控制成型工艺，特别是布筒周长和角度须符合施工要求，帘布筒差级分布均匀。

（5）严格扎眼工艺，加大胎坯穿刺密度。

（6）硫化前使胶囊充分预热和伸张，控制一次及二次定型高度，避免成品轮胎胎里缺陷。

（7）加强轮胎后充气工艺控制，硫化后必须确保3.5 min内进行后充气。

5 成品性能

5.1 充气外缘尺寸

在标准充气压力下，测得轮胎的充气外直径为1 199 mm，充气断面宽为446.8 mm，充气后冠弧半径为788 mm，下沉量为59 mm，均满足设计要求。

5.2 成品物理性能

成品轮胎的物理性能试验结果见表1。从表1可以看出，成品轮胎的各项物理性能均符合国家标准要求。

表1 成品轮胎的物理性能试验结果

5.3 实际装车路试

在路况为沙地、岩石等复杂路面，以试验车型为JLG 1350SJ直臂式高空作业车进行小批量实际装车对比试验。从反馈信息看，轮胎的整体刚性大，下沉量小，稳定性好，升高时不打摆，通过性好。

6 结语

IN445/50D710 20PR TL R-4特种高空作业车轮胎的外缘尺寸符合设计要求，其物理性能可达到国家标准要求。该规格轮胎自投产以来，外观合格率达99.7%以上，投放市场后以优异的质量赢得了用户的肯定，给公司带来良好的经济效益。