360/70R28 R-1W农业子午线轮胎的设计

2022-10-28李清亮

轮胎工业 2022年10期

李清亮

（贵州轮胎股份有限公司，贵州贵阳 550008）

国外轮胎企业，如米其林公司、固特异公司和普利司通公司等已经普遍生产农业子午线轮胎，而国内农业子午线轮胎的发展较为落后。随着子午线轮胎的优势逐渐深入人心，传统农业斜交轮胎已经不能满足人们对高效、节能、环保以及保护耕地的作业需求[1-4]。为此，我公司开发了一系列农业子午线轮胎，现将360/70R28 R-1W农业子午线轮胎的设计情况介绍如下。

1 技术要求

由于360/70R28 R-1W农业子午线轮胎主要面向国外市场，为满足客户需求，因此设计标准参照欧洲轮胎轮辋技术组织标准手册（ETRTO）2018，确定其主要技术参数如下：标准轮辋W11，标准充气压力 240 kPa，充气外直径（D′）

1 251（1 230～1 273） mm，充气断面宽（B′）357（343～375） mm，轮胎最大安全行驶速度 65 km·h-1（D级），负荷指数 130，额定负荷 1 900 kg。

2 结构设计

2.1 外直径（D）和断面宽（B）

360/70R28 R-1W农业子午线轮胎的骨架材料除胎圈钢丝外均采用纤维帘线，考虑到低断面轮胎的特性，根据以往设计经验，确定D取1 235 mm，外直径膨胀率（D′/D）为1.013；确定B取358 mm，断面宽膨胀率（B′/B）为0.997[B′/B小于1是因为设计时胎圈着合宽度（C）的取值有所增大]。

2.2 行驶面宽度（b）和弧度高（h）

b直接影响成品轮胎的接地面积，也会影响拖拉机的牵引力以及对土壤的压实程度，因此b取较大值对轮胎综合性能的提升有益。但是b也不能过大，需要兼顾胎肩部位的厚度，防止胎肩部位过厚，在轮胎使用过程中肩部生热大，导致肩部脱层问题。因此，b取330 mm，b/B为0.922。

h/断面高（H）的取值决定了轮胎行驶面的平整度，h/H取值过大，行驶面接地面积减小，胎冠容易过度磨损；h/H取值过小，肩部受力加大，易导致肩部生热，同时车辆转向困难。根据该规格轮胎低断面的特点，h/H取0.057较合适，h为15 mm。整个行驶面采用一段弧设计，在行驶面端点与胎侧的交汇处用半径为20 mm的倒圆过渡。

2.3 胎圈着合直径（d）和C

为了不影响轮胎的正常使用，确保轮胎与轮辋装配后，在正常行驶过程中胎圈与轮辋不发生位移，d取712 mm，比轮辋直径小4 mm，胎圈与轮辋为过盈配合。W11轮辋的着合面倾角为5°，该规格轮胎胎圈底部采用分段式设计，分为7°和9°两段，均大于轮辋着合面的倾角，使轮胎与轮辋之间装配更紧密，如图1所示。

图1 胎圈底部倾角示意

该规格为无内胎轮胎，安装好轮胎充气时内部没有内胎支撑，轮胎需要有足够大的C才能顺利完成充气。轮胎在储存和运输过程中下胎侧容易被挤压变形，导致胎圈内收缩变窄，造成装胎后轮胎充气困难。因此C的取值比标准轮辋宽度大30.5 mm，C取310 mm。

2.4 断面水平轴位置（H1/H2）

H1/H2取值会影响胎肩和胎圈处的应力分布。H1/H2取值过大会时肩部受力增大，造成肩部损坏；取值过小时会造成胎圈部位脱层或裂口等问题。结合轮胎花纹深度，选取使胎肩和胎圈受力均衡的位置，本次设计H1/H2取0.749。

轮胎断面轮廓如图2所示。

图2 轮胎断面轮廓示意

2.5 胎面花纹

该规格轮胎主要用于农业拖拉机驱动轮，对轮胎的牵引性能、脱泥性能、抗刺扎性能等要求比较高。本设计采用人字形花纹，花纹块倾角约为40°，弧形结构，以保证轮胎具有足够的牵引力；花纹块端部位置较大，以提高胎冠中央的耐磨性能；两块花纹对接处采用全倒圆过渡，以避免花纹沟底裂口[5-7]。花纹深度为普通R-1花纹深度的1.2倍，取42 mm，花纹周节数为20，花纹饱和度为23%。

胎面花纹形状如图3所示。轮胎立体花纹效果如图4所示。

图3 胎面花纹形状示意

图4 轮胎立体花纹效果

3 施工设计

3.1 胎面

为了延长轮胎的使用寿命，研发了农业子午线轮胎专用胎面胶配方，以天然橡胶为主体材料，胶料具有较强的抗刺扎、耐磨和抗撕裂性能[8]。胎面基部胶最薄处的厚度为8.5 mm。胎面胶采用冷喂料挤出、缠绕法成型，避免了胎面接头处压不实造成胎面脱层的问题。胎面胶采用三维建模分段计算各部分用量，可以精确计算出各部位尺寸，减少轮胎试制次数，同时提高轮胎材料分布的均匀性，如图5所示。

图5 胎面尺寸建模计算示意

3.2 带束层和胎体

带束层采用4层1400dtex/3锦纶66浸胶帘布，帘布密度为88根·dm-1，带束层安全倍数约为8.5。根据帘线密度和成型工艺，带束层帘布的裁断角度选择20°。

胎体骨架材料采用2层1670dtex/2尺寸稳定型聚酯浸胶帘布，帘布经线密度为100根·dm-1。经过理论计算，胎体安全倍数约为10。覆胶后的胎体帘布在成型前略微带点角度，以5°进行裁断。轮胎成型时，两层胎体帘布交错贴合，形成一定的交叉，以有效避免以往用0°帘布层贴合容易引起的胎体帘线劈缝问题，以及成品轮胎充气后胎侧凹凸不平现象。

3.3 胎圈

胎圈采用长方形结构，选用单丝直径为0.96 mm的高强度钢丝，以增强胎圈的稳定性。钢丝圈钢丝总根数为63根，排列方式为7×9，经计算，钢丝圈安全倍数大于8。针对子午线轮胎胎圈部位受力较大的特点，三角胶高度取40 mm，较高的三角胶可以增加胎圈部位的结构强度，提高支撑性能。

3.4 成型

采用二次法成型方式。成型鼓采用自动折叠式，鼓宽为596 mm，鼓直径为795 mm[9-10]。气密层厚度为2.0 mm，贴在第1层帘布下，两层胎体帘布采用层贴法成型，并反包。带束层在二段成型机上用层贴法成型。

3.5 硫化

根据轮胎的尺寸大小，采用双模硫化机硫化。过热水压力为2.4～2.8 MPa，过热水温度为173 ℃，模具外温为145 ℃，单胎硫化周期为105 min，无需进行后充气。

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。将成品轮胎安装在W11标准轮辋上，充气至240 kPa，停放24 h并校准充气压力后，测得轮胎B′为351 mm，D′为1 258 mm，符合ETRTO标准要求，同时也能满足GB/T 2979—2017《农业轮胎规格、尺寸、气压与负荷》要求。