20.5/70－16工程机械斜交轮胎的设计

赵小慧，赵俊杰，于桂华，陈雪梅，许广彪，张正伟

（山东玲珑轮胎股份有限公司，山东 招远 265400）

国产轮式装载机已进入高质量、经济实用性阶段，市场份额逐年增大[1]。该系列轮胎的工作环境多泥泞，轮胎高宽比较小，设计和生产难度较大，成品容易出现不耐磨等问题。为满足国内外装载机市场的需要，我公司开发了一系列工程机械斜交轮胎，现以20.5/70－16工程机械斜交轮胎为例将产品设计情况介绍如下。

1 技术要求

参照相关标准和客户要求，确定20.5/70－16工程机械斜交轮胎的技术参数如下：测量轮辋10.00（SDC），充气外直径（D′） 905（891～921）mm，充气断面宽（B′） 325（318～346） mm，充气压力 280 kPa，标准负荷 1 600 kg。

2 结构设计

2.1 外直径（D）和断面宽（B）

D由D′和外直径膨胀率（D′/D）决定。为提高轮胎的耐磨和抗刺扎性能[2]，参考相近规格设计经验，D′/D取1.01，D为896 mm。

B由B′和外直径膨胀率（B′/B）决定。锦纶帘线模量较低，轮胎充气断面膨胀率大，B′/B宜取较大值，依据相近规格设计经验，并结合公司的设备现状和工艺流程，B′/B取1.048，B取310 mm。

2.2 行驶面宽度（b）和弧度高（h）

工程机械轮胎要求胎冠宽一些，b/B取值宜大些，结合作业环境，h/断面高（H）值宜取小些。综合考虑，本设计b取300 mm，h取9 mm，保证了足够的胎面接地面积，避免胎面磨耗过快、磨耗不均匀等问题。

2.3 胎圈着合直径（d）和着合宽度（C）

轮胎胎圈部位的设计首先要保证胎圈与轮辋着合紧密，同时应考虑装卸方便、便于客户使用，该规格轮胎使用半深槽轮辋10.00，在保证安全性和气密性的前提下，本设计d取406 mm（比标准轮辋直径大0.4 mm），C取260 mm（比标准轮辋宽度大6 mm）。

2.4 断面水平轴位置（H1/H2）

断面水平轴位于轮胎断面最宽处，是负荷下轮胎法向形变最大位置，只有正确选取H1/H2值，才能保证应力从刚度大的胎肩和胎圈向柔软的胎侧均匀过渡，避免应力集中，延长轮胎的使用寿命。本设计H1/H2取0.914，H1取117 mm，H2取128 mm。

轮胎断面轮廓如图1所示。

2.5 胎面花纹

胎面采用L-3块状花纹，花纹深度为17 mm，花纹饱和度为67%，花纹周节数为24，其特点为胎面接地面积大，具有良好的耐磨性能，可以在坚实的路面上提供较大的牵引力，适用于装载机使用。胎肩侧部采用大块连续式的花纹，保证良好的支撑性，肩下凹槽设计既可保证散热性，同时又美观大方。

胎面花纹如图2所示。

2.6 模具设计

轮胎模具的智能化已成为发展趋势，本设计模具选择Unigraphics（UG）系统作为三维支撑环境，加工模具时先使用数控加工中心进行粗加工，再使用电火花进行精加工，后期采用电镀工艺，保证模具不受腐蚀影响，经久耐用。为保证侧板美观性，胎肩部位增加装载机功能活块标识，更清晰直观，胎侧优化气孔、气线分布，避免缺胶问题。

3 施工设计

3.1 胎面和胎侧

胎面胶采用丁苯橡胶/天然橡胶并用配方，保证耐磨、抗切割性能及良好的挤出、压合工艺性能，采用冷贴工艺完成胎面成型。

胎面成型如图3所示。

3.2 胎体和缓冲层

胎体采用高强度2100dtex/2锦纶6帘布，具有强力高、生热低、耐疲劳、耐腐蚀、缓冲性能好的优点，与小型装载机的车型特点和强度需求相适应，胎体安全倍数达到10.7，满足设计要求（不小于8）。

装载机轮胎广泛应用于泥土和岩石路面，为提升胎冠的抗刺扎性能和耐磨性能，需保证缓冲层的坚韧性[3]，本设计缓冲层采用1400dtex/2锦纶6帘布，上窄下宽设计，以打散端点的集中分布，避免应力集中。

3.3 胎圈

胎圈设计要保证轮胎能够紧密固定在轮辋上，传递轮胎与道路间应力。本设计采用单侧单个矩形钢丝圈结构，采用直径0.96 mm高强度胎圈钢丝，排列方式为7×6，共计42根钢丝，钢丝圈内直径为416 mm，胶芯热贴，同时增加1层锦纶钢丝圈包布，钢丝圈安全倍数为9.4，满足设计要求（不小于7）。

3.4 成型

成型采用3#成型机，成型机头采用8瓦全折叠、不卸鼓肩设计，机头直径取525 mm，机头宽度取720 mm，胎冠角度（βk）取58°，因该规格机头直径较小[4]，对3#成型机下压辊装置进行特殊改造，以满足生产需求。

3.5 硫化

硫化采用1 612.9 mm（63.5英寸）双模蒸锅式硫化机，采用过热水/饱和蒸汽硫化工艺，内温过热水温度为170～175 ℃，外温蒸汽温度为140～145 ℃，总硫化时间为80 min。

4 成品性能

4.1 外缘尺寸

成品轮胎充气外缘尺寸按GB/T 521—2012《轮胎外缘尺寸测量方法》测量。安装在测量轮辋上的轮胎在标准充气压力下的D′和B′分别为906和325 mm，均满足设计要求。

4.2 物理性能

成品轮胎的物理性能见表1。

表1 成品轮胎的物理性能

从表1可以看出，成品轮胎的各项物理性能均符合相应标准要求。

4.3 耐久性能

耐久性能按照GB/T 30193—2013《工程机械轮胎耐久性试验方法》进行测试，试验结果表明轮胎累计行驶时间为132 h，试验结束时轮胎未损坏，满足国家标准要求（不短于47 h），同时满足更加严格的企业标准要求，该轮胎能够满足工程机械车辆对高负载和安全性能的要求。

4.4 装车测试

山东莱州素有小装载机之乡的美称，因此在莱州进行20.5/70－16工程机械斜交轮胎装车作业和实地测试，结果表明，该轮胎使用性能良好，表现出极大的竞争优势，得到客户的认可。

5 结语

20.5/70－16工程机械斜交轮胎的充气外缘尺寸、物理性能和耐久性能达到国家标准和企业标准要求。该产品投放市场后，客户反馈良好，提升公司在装载机轮胎市场上的份额，为公司创造了良好的经济效益。