380/85R28农业子午线轮胎的设计

张桢浩，曲 建，李 强

（青岛橡建工业工程有限公司，山东 青岛 266000）

随着人们生活水平的不断提高，农业现代化发展趋势凸显。农业机械化在现代化农业发展进程中已显现了强大的优势。同时现代化农业机械设备对轮胎的性能要求日益提高，除基本的承载性能外，还要求轮胎具有自洁性、节能环保性和安全舒适性等[1-3]。

我公司根据市场需求，设计开发了高性能的380/85R28农业子午线轮胎，其除具有油耗低、环保、牵引力大的特点外，还具有耐屈挠龟裂、耐磨、地面压力分布均匀等特点，在农业机械领域取得良好效果。现将本产品的设计情况介绍如下。

1 技术要求

依据GB/T 2979—2017，确定380/85R28农业子午线轮胎主要技术参数如下：充气外直径（D′）1 357（1 316～1 366） mm，充气断面宽（B′）380（364.8～402.8） mm，标准轮辋 W12，标准负荷 2 060 kg，标准充气压力 160 kPa。

2 结构设计

2.1 外直径（D）和断面宽（B）

由于轮胎的胎面与地面直接接触，是轮胎的主要受力部位，而带束层则是轮胎的主要受力部件，对轮胎有箍紧作用，充气轮胎的形状在很大程度上受带束层的影响[4]。在充气状态下，轮胎径向方向由于受带束层的拉伸刚度及带束层箍紧作用的影响，D变化不大。由于本产品带束层骨架材料采用的是4层聚酯帘布，充气后轮胎外直径膨胀率比钢丝带束层轮胎要大些，结合我公司380/85R30轮胎的设计经验，本次设计D取1 341.6 mm，外直径膨胀率（D′/D）为1.011 48。

农业子午线轮胎B的取值需综合考虑胎体和带束层的影响，包括胎体帘线的伸张率及带束层帘线的箍紧因数、角度和长度等。本产品采用2层锦纶帘布胎体，另外，由于本产品不属于低断面轮胎（属于85系列轮胎），本次设计B取370 mm，断面宽膨胀率（B′/B）为1.027。

2.2 行驶面宽度（b）和弧度高（h）

由于农业子午线轮胎主要从事农田作业，因此b一方面考虑宜取较大值，以适当增大胎面的曲率半径和减小胎面的拱度，从而增大胎面与地面的接触面积，降低单位面积压力，提高胎面的耐磨性能和牵引力（轮胎使用过程中不易打滑）以及抗刺扎性能；但考虑到b若取值过大，胎面拱度过小而过于宽平，会导致肩部材料过多过厚，轮胎在使用过程中会出现肩部生热大而散热慢等情况，容易造成肩空、肩裂等早期损坏问题。为此，结合以往设计经验，本次设计b/B取0.906 7，b取335.5 mm。

当农业子午线轮胎的b/B较小时，轮胎的胎冠较窄，h与断面高（H）之比应适当减小，否则轮胎容易产生左右磨耗不对称、土壤压实等问题，这是由于胎冠呈拱形，胎面与地面的接触面积减小而导致单位面积压力增大。当b/B取值较大时，h/H应适当增大，否则胎冠由于曲率半径过大而过于宽平，胎肩部位材料多而厚，在内应力不断作用下，也易造成集中生热且操作不稳定的现象。根据以往设计经验，本次设计h/H取0.056 4，h取17.78 mm。

2.3 胎圈着合直径（d）和着合宽度（C）

d的取值本着轮胎与轮辋装卸方便同时保持良好气密性的原则。如果d取值过大，可以使轮辋与胎圈之间贴合紧密以防脱圈漏气，但是轮辋与胎圈之间过盈量过大会导致装卸困难；如果d取值过小，轮辋与胎圈之间的过盈量小甚至没有过盈量，虽便于装卸但气密性差，且农业拖拉机在农田工作，产生的水平牵引力较大，易产生脱圈的隐患。根据320/85R28轮胎设计经验，本次设计d宜比轮辋着合直径稍大，过盈量为2～4 mm，因此d取711.63 mm。

为提高轮胎胎侧的柔软性，C应适当大于轮辋宽度，综合各种因素，一般英制农业子午线轮胎C的取值比轮辋宽度大12.7～25.4 mm（0.5～1英寸）。但农业轮胎在田间使用时负荷较高，相对速度较低，如果其胎侧过于柔软，在使用过程中通过性能差，结合成熟产品设计经验，此次设计C取317.5 mm。

2.4 断面水平轴位置（H1/H2）

H1/H2的设计是保证上下胎侧弯曲刚度平衡的关键。如果H1/H2取值不当，容易因上下胎侧弯曲差异悬殊而导致断面水平轴偏移过大，肩部变形大，缩短轮胎的使用寿命（如耐磨性能和耐久性能等受影响）。结合380/85R30轮胎设计经验，本次设计H1/H2取0.721。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

结合路面情况、轮胎结构类型及使用特点对胎面花纹的宽度、深度、角度等进行设计。考虑到产品主要用于田间操作，兼作运输，为提高对土壤的附着力，以免压实土壤，本次设计采用左右呈对错开的人字形花纹（R-1W湿牵引型花纹），花纹周节数为20，花纹深度为普通人字形花纹深度的1.2倍左右，取45 mm，花纹饱和度为22.27%；花纹块前后切入角度即前后支撑角度采用15°～25°变角度设计，前切入（前支撑）变角度取值范围为15°～18°，后切入（后支撑）变角度取值范围为18°～25°，同时采用加大花纹块根部圆弧半径进行平滑过渡，以增大花纹块底部厚度，防止根部出现破口与撕裂，提高胎面的抗撕裂性能和抗刺扎性能。

在花纹块底部空间处设计有高2 mm的规格字体和呈S形曲线的磨耗凸起交替排列，不但增强了轮胎的外观立体感，提高了轮胎使用过程中的排水、排泥性能，同时起到花纹底部支撑和增大散热面积的作用。胎面花纹平面展开如图2所示。

图2 胎面花纹平面展开示意

3 施工设计

3.1 胎面

胎面采用自动挤出缠绕生产方式。胎面胶要求具有良好的耐磨性能、抗刺扎性能、缓冲性能、耐疲劳性能等，防止帘布层被割破和刺穿[5-7]。结合380/85R30轮胎胎面设计参数，本轮胎胎面设计全宽为370 mm，肩宽为320 mm，肩厚为33 mm，中厚为25.5 mm。胎面断面示意见图3。

图3 胎面断面示意

3.2 胎体

胎体帘布采用2层裁断角度为4°、厚度为1.35 mm的2100dtex/2 V1锦纶帘布，2层胎体帘布之间的宽度差级为180 mm。经计算胎体的安全倍数达到15以上，符合设计要求。

3.3 带束层

带束层采用4层裁断角度为62°～65°、厚度为1.2 mm的1670dtex/2 E2聚酯帘布，其中1#带束层与3#带束层和2#带束层与4#带束层宽度分别一致，差级为20 mm。经计算带束层安全倍数达到16.73，符合设计要求。

3.4 气密层

对于无内胎轮胎而言，气密层起到内胎的作用，对轮胎的安全性和保压性起到至关重要的作用，因此气密层厚度设计和材料选用成为重要考虑因素[8-10]。结合相似成熟产品设计经验，本次设计半成品气密层厚度取2.2 mm，以确保成品气密层厚度不小于1.5 mm；气密层胶主体材料采用气密性和耐老化性能较好的卤化丁基橡胶，同时气密层接头处采用厚度为2 mm的封口胶片，位于气密层接头下。

3.5 胎圈

本轮胎的单个胎圈共采用90根胎圈钢丝，其中钢丝层数为9，每层钢丝根数为10，钢丝的裸丝直径为0.96 mm，钢丝圈是宽度为14.85 mm、高度为12.15 mm的矩形钢丝圈，经计算安全倍数为15.64，符合设计要求。本轮胎三角胶尺寸为13 mm×50 mm。

3.6 成型

成型采用二次法成型机，一段成型鼓机头直径为795 mm，机头宽度为700 mm；二段成型鼓机头直径为1 138 mm，宽度为950 mm。成型时严格按照上正、压实、接好头的工艺要求进行。

3.7 硫化

轮胎硫化采用1 905 mm（75英寸）硫化机，硫化介质为过热水，工艺条件如下：外温 140～146℃，外 压 0.34～0.36 MPa，过 热 水 压 力2.2～2.7 MPa，过热水温度 170～176 ℃，硫化时间 84 min。

4 成品轮胎性能

4.1 外缘尺寸

按照GB/T 521—2012将成品轮胎安装于标准轮辋上（W12）进行测量，轮胎D′和B′分别为1 365.4和376.3 mm，符合设计要求。

4.2 物理性能和粘合性能

按照GB/T 1192—2017对成品轮胎的性能进行测试，结果见表1。

表1 成品轮胎的性能测试结果

由表1可见，胎面胶的物理性能及各部位的粘合强度达到国家标准要求。

5 结语

本设计的380/85R28农业子午线轮胎充气外缘尺寸、胎面胶的物理性能和各部位的粘合性能均符合国家标准及相应设计要求。产品投放市场后得到认可，为社会创造经济价值的同时，也进一步推动了我公司打开国外市场的进程。