全路面起重机用385/95R25工程机械子午线轮胎的开发

印海建，赵 君，孙熙林，夏效坤，王传铸

[泰凯英（青岛）专用轮胎技术研究开发有限公司，山东 青岛 266100]

大吨位全路面起重机作为建筑行业常见的一种工程机械车辆，适用于多种工况的全路面使用场景[1]。全路面起重机与履带式起重机的主要区别一是相较于履带式起重机适用于平坦地域吊装作业，全路面起重机作业更加灵活，适合山地、越野场景的（例如风电机组建设、电网检修等）复杂吊装场景；二是全路面起重机为轮式驱动，即使是1 600 t的超大吨位起重机也具备长途高速转场能力，最大单程运距可达1 000 km以上，最大速度可达90 km·h-1，平均速度为60～80 km·h-1，而履带式起重机需要借助其他拖车车辆进行长距离转场，自身不具备长距离转场能力。全路面起重机根据起吊能力不同分为汽车吊、全路面起重机和大吨位全路面起重机，目前行业内暂无统一标准。385/95R25轮胎主要适用于吊装能力为80～300 t的全路面起重机。

随着工程机械车辆的发展，起重机轮胎面临新的挑战[2]。国家“双碳”目标提出后，以风电为代表的新能源受到更大的关注，大量的风电设备投入建设并组网发电。山地风电机组的吊装作业对轮胎的驱动性能、抗切割性能提出要求。此外，随着车辆和道路状况的升级，高速长距离转场过程中的轮胎生热导致橡胶老化而引起的爆胎问题严重影响车辆行驶安全。

为了适应不断变化的市场需要，我公司开发了全路面起重机用385/95R25工程机械子午线轮胎[3]，以期解决复杂路面驱动问题以及高速长运距子午线轮胎出现早期肩部脱层、冠部脱层和爆胎等问题，提高产品性能，为客户创造更高的价值。

1 技术要求

根据美国轮胎轮辋协会标准年鉴（TRA）2016和欧洲轮胎轮辋技术组织标准手册（ETRTO）2018，确定385/95R25工程机械子午线轮胎的技术参数如下：标准轮辋 10.0/1.5-25，充气外直径（D′） 1 363（1 355～1 427） mm，充气断面宽（B′）385（368～409） mm，无内胎轮胎。

2 结构设计

2.1 外直径（D）和断面宽（B）

适用于全路面起重机的轮胎产品的市场病象多以肩部脱层为主，本次设计D和B时与材料模量匹配，优化骨架材料端点处的应力梯度变化[4-6]，同时综合全路面起重机实际路况的最大行驶速度和轮胎生热情况，最终确定D取1 363 mm，B取385 mm。

2.2 行驶面宽度（b）和弧度高（h）

因b和h对轮胎行驶过程中的稳定性和耐磨性能有较大影响，全路面起重机全轮位具备转向能力，在市场调研期间发现竞品轮胎大多存在整周肩部偏磨和花纹块前高后低等畸形磨损情况，并有明显的疲劳裂纹，因此本次设计时平衡肩部的异常磨损情况，加强肩部刚度，b取310 mm，h取11 mm。

2.3 胎圈着合直径（d）和着合宽度（C）

国内起重机车辆超载情况比较常见，但使用385/95R25轮胎的起重机车辆超载比例在10%以下，市场上不存在胎圈部位滑移情况，但在轮胎加载和卸载的周期性往复运动过程中，与轮辋接触的胎趾上侧常见胎圈部位老化纹。竞品轮胎存在冬季漏气的问题，同时考虑到全路面起重机长运距、高速的使用条件，本设计C取280 mm，d取630 mm。

2.4 断面水平轴位置（H1/H2）

H1/H2的选取直接影响轮胎胎肩和胎圈部位受力平衡情况。考虑到起重机吊装现场车辆被支腿架起，轮胎不受力，但在作业场地内存在短距离低速重载情况，同时兼顾长运距、高速的转场情况下市场主要病象以胎肩生热导致的肩部脱层为主，本次设计尽量避免肩部骨架材料端点处屈挠程度，降低胶料的应变，进而降低肩部生热，因此H1/H2取0.97。

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

针对起重机轮胎外侧胎肩异常磨损问题，考虑采用封闭胎肩方案，但封闭胎肩会增大花纹饱和度，从肩部生热角度分析，本设计采用单侧封闭式胎肩设计，这样既能有效控制成本，又可以有效降低生热。

市场调研中发现起重机车辆导向轮有明显的疲劳裂纹现象，分析原因是竞品轮胎花纹由直沟转向沟壁应力过大导致。考虑到非对称花纹设计对于后期轮胎轮位调换不利，采用对称花纹设计：全轮位4条花纹沟设计，采用轻沟槽，胎肩采用封闭式设计，改善肩部偏磨，同时边部楔形开槽，有利于肩部应力集中时的散热；为兼顾复杂路面的驱动性能，中间花纹采用大弧度块状花纹设计，增大沟槽宽度，冠弧展开长度为310 mm，采用3种节距设计，各节距长度分别为85，80和70 mm，花纹深度取22 mm，花纹饱和度取66.2%，花纹周节数取54。

胎面花纹展开如图2所示，轮胎三维花纹效果见图3。

图2 胎面花纹展开示意

图3 轮胎三维花纹效果

3 施工设计

3.1 胎面

胎面是轮胎直接接触地面的部位，对起重机轮胎胎面胶的一般要求是具备全路面工况行驶性能，重点兼顾高速生热和抗切割性能。因此将胎面分为上层胎面胶和下层基部胶两部分。考虑到起重机车辆全路面作业行驶和轮胎肩部脱层的主要失效模式，胎面胶选用硬度较高、抗刺扎胶料配方，以保证在复杂路面上轮胎的抗切割和耐磨性能。基部胶采用低生热的高速胶料配方，同时保证胎面与带束层之间具有良好的过渡性能，以降低轮胎的生热，减少肩部脱层。

3.2 带束层

全钢工程机械子午线轮胎一般为3—6层带束层。本次设计采用3层带束层结构，带束层均采用3＋9＋15×0.22＋0.15NT钢丝帘线，安全倍数为6.75，满足要求。因全路面起重机有长距离高速转场的性能要求，带束层包边胶和夹胶采用为高速工程机械轮胎定制的高模量、低生热胶料配方，以提高全路面起重机轮胎的高速性能。

3.3 胎体

由于起重机轮胎胎侧扭转程度大且频次高[7]，因此胎体帘布采用高反包设计，即胎体帘布反包高度超过轮胎的断面水平轴。胎体采用3＋9＋15×0.22＋0.15NT钢丝帘线，安全倍数为6.21。

3.4 胎圈

轮胎胎圈主要作用为启动、制动时将轮胎紧固在轮辋上，本次设计采用六边形钢丝圈，钢丝直径为1.65 mm，覆胶直径为1.8 mm，钢丝圈钢丝根数为101，安全倍数为6.18。

3.5 成型

采用一次法成型机成型。胎体帘布高反包结构需要充气胶囊助推到位，控制胶囊的充气时间，并重视胎侧的辊压排气，以减少胎体帘布反包处的缺陷。

3.6 硫化

采用单模蒸锅式硫化机硫化。硫化条件为：内温 （175±3） ℃，外温 （145±3） ℃，内压（2.8±0.1） MPa，外压 （0.30±0.02） MPa，总硫化时间 108 min。

4 成品性能

4.1 外缘尺寸

轮胎外缘尺寸按照GB/T 521—2012《轮胎外缘尺寸测量方法》测量。安装在标准轮辋上的轮胎在标准充气压力下的D′和B′分别为1 363和385 mm，均符合国家标准要求。

4.2 耐久性能

按照GB/T 30193—2013《工程机械轮胎耐久性试验方法》并结合企业测试标准进行轮胎耐久性试验，试验条件见表1。轮胎的试验速度恒定，负荷水平不断提高，行驶至轮胎损坏为止。国家标准要求累计行驶时间至少达到47 h，本产品重复试验实际累计行驶时间可达117 h以上，即达到负荷率170%水平阶段。该耐久性能水平的试验轮胎经实地测试后可以满足市场上300 t以下全路面起重机对轮胎生热性能的要求，满足企业轮胎耐久性能上市标准。

表1 轮胎耐久性试验条件

5 结语

本次针对超长运距、高速条件下使用的全路面起重机设计开发的385/95R25工程机械子午线轮胎的充气外缘尺寸和耐久性能满足设计要求和相应国家标准和企业标准要求。该产品投入市场后，在国内全路面起重机细分市场占比高，轮胎肩部脱层和爆胎比例明显降低，为此类建筑用轮胎场景提供了有效的轮胎解决方案，并为公司带来了一定经济效益。