11.4－20 8PR PR-1农业轮胎的设计

黄继礼

（徐州徐轮橡胶有限公司，江苏 徐州 221011）

我国是农产品的生产大国，随着国家对农业生产的大力扶持以及高额补贴政策的不断完善，使农业机械行业的发展步入快车道，从而加速了农业机械轮胎的需求量持续增长[1-2]。我公司通过走访市场，根据客户提出的车辆参数及要求，成功地自主研发出11.4－20 8PR PR-1农业轮胎。现将其设计情况简介如下。

1 技术要求

11.4 －20 8PR PR-1农业轮胎主要在泥泞的水田地中作业，属于水田拖拉机的驱动轮胎，参照《中国轮胎轮辋标准年鉴2020》及客户提供的车辆参数和要求，确定该规格轮胎的主要技术参数如下：标准轮辋 W10，允许使用轮辋 W9和W10H，充气外直径（D′） 1 124（1 100～1 173）mm，充气断面宽（B′） 310（298～347） mm，层级8，花纹类型 PR-1，标准充气压力 240 kPa，标准负荷 1 640 kg，最高行驶速度 10 km·h-1。

2 结构设计

2.1 外直径（D）和断面宽（B）

D和B直接影响轮胎是否符合车辆参数及性能要求，而对应的轮胎模型尺寸则是影响成品轮胎充气外缘尺寸的主要因素[3-5]。借鉴我公司11.2－24 8PR PR-1轮胎的开发经验，并结合锦纶帘线的特点，本设计轮胎的D为1 104 mm，B为299 mm。通过进一步计算，轮胎的外直径膨胀率（D′/D）为1.018，断面宽膨胀率（B′/B）为1.036，从而确定模具的相关尺寸。

2.2 行驶面宽度（b）和弧度高（h）

本设计轮胎主要在泥泞的水田地中作业，主要用于驱动轮。从理论上讲，轮胎的行驶面与泥土的接触面积越大越好，因此为增大轮胎与泥土的接触面积，减小轮胎的滚动阻力，提升轮胎的通过性能和牵引性能，b需要取较大值，在本设计中，b取281 mm，b/B为0.94，轮胎胎冠的h为28 mm，h/断面高（H）为0.095，在增大轮胎接地面积的同时，也能进一步提升轮胎的防滑性能。

2.3 胎圈着合直径（d）和着合宽度（C）

成品轮胎安装内胎和垫带后需与轮辋装配，为防止装配后轮胎圈口与轮辋出现相对滑移的现象，并且还能使轮胎与轮辋的拆装方便，参照标准轮辋的尺寸，本设计轮胎的d为512 mm，C为254 mm，胎趾倾斜角为5°。

2.4 断面水平轴位置（H1/H2）

断面水平轴位置是指成品轮胎在承受载荷时法向变形最大的位置。使断面水平轴处于合理位置，能够减少轮胎作业时对某部位的集中损坏，即如果H1/H2取值较小，则对应的断面水平轴位置偏低，靠近下胎侧位置，在轮胎作业时应力和应变就会相对集中于下胎侧位置，因此容易造成胎侧胎圈断裂。相反，如果H1/H2取值较大，则对应的断面水平轴位置偏高，靠近下胎肩位置，在轮胎作业时应力和应变就会集中在轮胎肩部位置，因此容易造成胎肩脱层及出现裂缝。综合考虑，为防止应力和应变集中，本设计中H1为105 mm，H2为191 mm，H1/H2为0.55。

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

根据拖拉机的作业环境及要求，即需在泥泞水田地中作业的特点，轮胎的花纹深度应取较大值，通过增大花纹块的高度，能够增大每个花纹块与泥土的作用范围，从而大大提升切向牵引力。本设计轮胎的花纹深度为68 mm，花纹周节数为15，花纹饱和度为18.2%。花纹饱和度取值偏小，能有效减小轮胎滚动阻力，降低材料成本，并能节省燃油。花纹块两侧沟壁倾斜角度不同，前角为20°，后角为15°，可以保证花纹块的支撑性能，防止使用时花纹块过度变形，出现花纹块前后角磨损程度不同的情况，杜绝异常磨损。此外，为使花纹块根部的受力均匀分散，减少花纹块根部的应力集中，花纹根部采取加强筋设计，同时花纹底部采用半径为25 mm的大弧形设计，加强筋厚度为5 mm，宽度为90 mm。

轮胎胎面花纹展开如图2所示。

图2 轮胎胎面花纹展开示意

2.6 外观设计

轮胎的外观主要是由胎冠及胎侧部位的字体组成，本设计轮胎的字体主要设计在胎侧位置，主要包括：（1）商标，上模为英文字体，下模为中文字体；（2）规格和花纹，上下模均为11.4－20 PR1；（3）层级、气压和负荷，上模为英文字体，下模为中文字体；（4）胎侧位置注明气压、负荷等，以便进一步指导用户对轮胎的规范使用。

3 施工设计

3.1 胎面

由于本设计轮胎的花纹深度较大，花纹块全部由胶料组成，为防止长期作业后出现掉块等问题，胎面胶采用水田专用胶配方[6-7]，可有效改善花纹块的分裂情况，胎侧胶采用耐老化和耐屈挠性能良好的胶料配方[8]。根据产品材料分布图设计，冠部胎面总厚度为65 mm，宽度为255 mm，长度为2 200 mm，胎面质量为42 kg；胎侧长度为2 010 mm，宽度为205 mm，厚度为5 mm，胎侧质量为4.6 kg。

3.2 胎体

为保证胎体强度，胎体采用4层高强度1400dtex/2锦纶6浸胶帘布（2V1＋2V2），并增加2层930dtex/2锦纶6缓冲浸胶帘布，以加强冠部的抗冲击性能。帘布裁断角度取32°，胎体安全倍数为11.2。

3.3 成型

采用2#普通成型机成型，成型鼓为全折叠式，成型鼓的直径为680 mm，宽度为590 mm，胎面采用冠包侧工艺，胎体帘布采用套筒法（2-2）成型。

3.4 硫化

采用立式硫化罐硫化，硫化条件为：外压蒸汽压力 （0.28±0.02） MPa，内压过热水进口压力（2.6～2.7） MPa，内压过热水温度 （165±5）℃，循环水压力 ≥2.0 MPa。

4 成品性能

4.1 外缘尺寸

将轮胎与标准轮辋组装后，成品轮胎在标准充气压力下，测量轮胎的D′为1 120 mm，B′为208 mm，外缘尺寸达到设计要求。

4.2 物理性能

成品轮胎胎面胶的物理性能见表1。

表1 成品轮胎胎面胶的物理性能

从表1可以看出，成品轮胎胎面胶的物理性能达到国家标准要求。

5 结论

11.4－20 8PR PR-1农业轮胎的生产工艺稳定，外观质量优良，其充气外缘尺寸和物理性能分别达到相应的设计和国家标准要求。该产品的研发很好地满足了市场需要，弥补了该规格花纹轮胎的市场空白，为企业的发展做出了贡献。