31.5×13－16.5 10PR SK-400工業(yè)車輛輪胎的設(shè)計(jì)

薛 源，孟 龍，李 強(qiáng)，陳 朋

（1.青島科技大學(xué) 高分子科學(xué)與工程學(xué)院，山東 青島 266042；2.徐州徐輪橡膠有限公司，江蘇 徐州 221011）

隨著我國社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，工業(yè)車輛的使用量急速增加，對不同類型的工業(yè)車輛輪胎需求量越來越大，工業(yè)車輛輪胎市場前景廣闊。為滿足市場需求，我公司設(shè)計(jì)了31.5×13-16.5 10PR SK-400工業(yè)車輛輪胎，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。現(xiàn)將產(chǎn)品的設(shè)計(jì)情況簡介如下。

1 技術(shù)要求

根據(jù)客戶要求并參照《美國輪胎輪輞協(xié)會工程設(shè)計(jì)手冊（TRA）》2012，確定31.5×13-16.5 10PR SK-400工業(yè)車輛輪胎的主要技術(shù)參數(shù)為：標(biāo)準(zhǔn)輪輞 9.75，充氣外直徑（D′） 800（788～826）mm，充氣斷面寬（B′） 326（316～349） mm，層級 10PR，標(biāo)準(zhǔn)充氣壓力 490 kPa，標(biāo)準(zhǔn)負(fù)荷2 145 kg，最高行駛速度 10 km·h-1，花紋類型SK-400。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 外直徑（D）和斷面寬（B）

輪胎合理的充氣外緣尺寸可提供良好的使用性能，而模型尺寸決定了輪胎的充氣尺寸，合理設(shè)計(jì)模型尺寸是保證成品輪胎充氣尺寸達(dá)到設(shè)計(jì)要求和使用性能良好的關(guān)鍵。根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)及我公司的實(shí)際工藝情況，結(jié)合錦綸簾線的特點(diǎn)，本次設(shè)計(jì)參考了相近規(guī)格10-16.5 RG400和12-16.5 RG400同類輪胎的膨脹率，外直徑膨脹率（D′/D）取1.05，D為762 mm，斷面寬膨脹率（B′/B）取1.003，B取325 mm，以保證充氣后的外緣尺寸能滿足設(shè)計(jì)要求。

2.2 行駛面寬度（b）和弧度高（h）

為了提高輪胎充氣后的支撐能力，保證輪胎操縱平穩(wěn)且耐磨，b應(yīng)取較大值，但b值也不能過大，否則胎肩過厚，散熱困難，易造成輪胎使用過程中脫空。

為保證輪胎的操縱性能及耐磨性能，胎冠部位采用兩段弧設(shè)計(jì)。綜合考慮，b/B取0.917，b為298 mm，h為0 mm。

2.3 胎圈著合直徑（d）和著合寬度（C）

該規(guī)格輪胎為無內(nèi)胎輪胎，為了保證輪胎的氣密性并避免裝卸困難和胎圈滑動等問題，胎圈過盈量取3.1 mm，d取416 mm；根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，C/B取0.76，C取247 mm。

2.4 斷面水平軸位置（H1/H2）

斷面水平軸是輪胎在負(fù)荷下法向變形最大的位置，也稱為零點(diǎn)半徑，H1/H2取值偏小，斷面水平軸位置降低，在輪胎行駛過程中胎圈部位應(yīng)力較集中，易造成胎圈撕裂；反之，H1/H2取值偏大，斷面水平軸位置較高，應(yīng)力集中于胎肩部位，在反復(fù)壓縮拉伸與屈撓作用下肩部易生熱，造成肩空和肩裂。因此，本次設(shè)計(jì)H1取80 mm，H2取93 mm，則H1/H2為0.86。

輪胎斷面輪廓如圖1所示。

圖1 輪胎斷面輪廓示意

2.5 胎面花紋

胎面采用具有抓著力強(qiáng)、耐磨和操縱性能好等特點(diǎn)的SK-400花紋，花紋深度為20 mm，花紋飽和度為50%，花紋周節(jié)數(shù)為19，基部膠厚度為6 mm，這既提高了花紋的使用壽命，又不至于使輪胎滾動阻力過大，避免增加油耗?；y前傾角為15°，后傾角為20°，前傾角偏小、后傾角偏大可有效保證花紋支撐性能、牽引性能和自潔性能?；y塊根部采用圓弧設(shè)計(jì)，很好地保證了輪胎的使用性能，同時避免應(yīng)力集中造成的花紋根裂現(xiàn)象。

胎面花紋展開如圖2所示。

圖2 胎面花紋展開示意

2.6 外觀設(shè)計(jì)

為提高輪胎外觀質(zhì)量及平衡性能，模具花紋采用電火花加工，精確度較高，胎側(cè)電腦刻字；模具內(nèi)表面采用鍍鉻處理，以保證輪胎外觀精美。此外，輪胎胎圈部位圓周19等分設(shè)置排氣線，排氣線延伸到胎側(cè)上，以利于該部位的排氣，減少胎圈出疤現(xiàn)象。

3 施工設(shè)計(jì)

3.1 胎面

胎面采用一方一塊設(shè)計(jì)，并采用工業(yè)車輛輪胎專用胎面膠配方生產(chǎn)，冠部厚度為21 mm，胎側(cè)厚度為5.5 mm。

3.2 緩沖層

緩沖層采用2層930dtex/2錦綸6浸膠簾布，每層厚度為1.3 mm，采取兩寬設(shè)計(jì)，2層緩沖層寬度分別為350和320 mm。

3.3 胎體

胎體采用4層高強(qiáng)度1670dtex/2錦綸6浸膠簾布，成型方式為2-2。簾布裁斷角度為40°，胎體安全倍數(shù)達(dá)到8。

3.4 鋼絲圈

胎圈采取單鋼絲圈設(shè)計(jì)，鋼絲圈采用直徑為1.0 mm 的回火胎圈鋼絲，鋼絲排列形式為8×7，鋼絲圈直徑為423 mm；鋼絲圈包布采用1層1260dtex/2錦綸6簾布，厚度為0.94 mm；胎圈包布為1層錦綸網(wǎng)眼布，厚度為1.05 mm，安全倍數(shù)達(dá)到9以上。

3.5 成型

成型采用半芯輪式成型機(jī)，胎體簾布和胎面均采用套筒法成型。成型機(jī)頭直徑為540 mm，成型機(jī)頭寬度為555 mm，成型過程中不需要卸鼓肩，胎坯成型質(zhì)量好，生產(chǎn)效率較高。

3.6 硫化

采用膠囊硫化機(jī)硫化，硫化條件為：外壓蒸汽壓力 （0.32±0.02） MPa，過熱水進(jìn)口壓力（2.6～2.7） MPa，過熱水溫度 （165±3） ℃，循環(huán)水壓力 ≥2.2 MPa，總硫化時間 103 min。

4 成品性能

先隨機(jī)抽取6條成品輪胎進(jìn)行室內(nèi)性能測試，再隨機(jī)抽取10條成品輪胎進(jìn)行定點(diǎn)裝車試驗(yàn)。

4.1 外緣尺寸

安裝于標(biāo)準(zhǔn)輪輞上的成品輪胎在490 kPa充氣壓力下充氣外直徑和充氣斷面寬分別為805和325 mm，D′/D為1.056，B′/B為1.003，基本符合預(yù)測的膨脹率，滿足設(shè)計(jì)要求。

4.2 物理性能

成品輪胎的物理性能測試結(jié)果見表1。

表1 成品輪胎的物理性能測試結(jié)果

從表1可以看出，成品輪胎的各項(xiàng)物理性能均符合國家標(biāo)準(zhǔn)要求。

4.3 簾線性能

成品輪胎胎冠簾線角度實(shí)測值為58°，滿足設(shè)計(jì)要求（57°～60°）。

4.4 實(shí)際路試

裝車試驗(yàn)結(jié)果表明，成品輪胎的耐磨性能、支撐性能、操縱性能和牽引性能良好，負(fù)荷能力強(qiáng)，下沉量小。

5 結(jié)語

31.5×13-16.5 10PR SK-400工業(yè)車輛輪胎的充氣外緣尺寸、物理性能等達(dá)到相關(guān)設(shè)計(jì)或國家標(biāo)準(zhǔn)要求，輪胎批量生產(chǎn)過程中工藝穩(wěn)定、外觀質(zhì)量良好。產(chǎn)品投入市場后，客戶反饋該款輪胎牽引性能強(qiáng)、耐磨性能和自潔性能良好，外觀美觀，為公司創(chuàng)造了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

第19屆中國輪胎技術(shù)研討會論文