33×12－20（7.50）SAS實(shí)心輪胎的設(shè)計(jì)

韋昌交

（貴州輪胎股份有限公司，貴州 貴陽 550201）

實(shí)心輪胎是一種適用于低速、高負(fù)荷運(yùn)行車輛的工業(yè)用輪胎。優(yōu)良的安全使用性能有利于提高工作效率，由于其使用壽命長、耐疲勞和免維護(hù)等特點(diǎn)而被廣泛用于各種工業(yè)車輛、工程機(jī)械和拖掛車輛等，主要應(yīng)用場所為港口、機(jī)場、鐵路及大中型工礦企業(yè)和各種貨物裝卸作業(yè)場所。實(shí)心輪胎形變小、運(yùn)行穩(wěn)定、抗刺穿且無需充氣，避免了頻繁補(bǔ)胎、換胎的繁重勞動(dòng)，可提高車輛的使用率和工作效率，在低速、高負(fù)荷的運(yùn)行車輛中，實(shí)心輪胎完全可以替代充氣輪胎[1-5]。

為滿足市場需求，我公司經(jīng)市場調(diào)研后開發(fā)了33×12－20（7.50）SAS實(shí)心輪胎，主要用于滑移式裝載機(jī)和曲臂高空作業(yè)平臺(tái)車輪，現(xiàn)介紹其設(shè)計(jì)過程如下。

1 技術(shù)要求

根據(jù)市場需求，參照GB/T 10823—2009《充氣輪胎輪輞實(shí)心輪胎規(guī)格、尺寸與負(fù)荷》，確定33×12－20/7.50（SAS）實(shí)心輪胎的技術(shù)參數(shù)為：輪輞 7.50V－20，成品外直徑（D′） 842（800～842） mm，成品斷面寬（B′） 292（≤292）mm，標(biāo)準(zhǔn)負(fù)荷（速度10 km·h-1） 3 380 kg。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 外直徑（D）和斷面寬（B）

根據(jù)我公司膠料的收縮性能和以往的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，現(xiàn)取外直徑收縮率（D′/D）為0.988 3、斷面寬收縮率（B′/B）為0.989 8，即D取852 mm、B取295 mm。

2.2 行駛面寬度（b）和弧度高（h）

b和h是決定胎冠形狀的主要參數(shù)，設(shè)計(jì)不當(dāng)直接影響輪胎的耐磨性能、牽引性能、抓著性能和滾動(dòng)阻力。

b值過大，行駛面寬，胎冠生熱量大，散熱困難，以致造成胎冠早期損壞；b值過小，行駛面窄，胎面與路面接觸面積小，平均單位面積壓力增大，極易早期磨損，影響輪胎的使用壽命。該規(guī)格輪胎行駛速度低，為保證輪胎使用壽命，b/B取0.955 9，則b取282 mm。

h值過大即胎冠曲率大，輪胎耐磨性能和抓著性能差；h值過小，雖然耐磨性能和抓著性能得以提高，但影響胎冠散熱。根據(jù)該規(guī)格輪胎的深花紋設(shè)計(jì)、胎冠散熱性能好的特點(diǎn)，本次設(shè)計(jì)h取15 mm。

2.3 胎圈著合直徑（d）和著合寬度（C）

胎圈曲線是依據(jù)輪輞邊緣曲線設(shè)計(jì)的。胎圈與輪輞一般采取過盈設(shè)計(jì)，若過盈量較大，輪胎裝卸困難；若過盈量較小，輪胎與輪輞不能緊密配合，輪胎在行駛過程中胎圈與輪輞之間會(huì)發(fā)生相對位移，導(dǎo)致胎圈早期磨損。為滿足輪胎裝卸方便和緊密配合兩點(diǎn)要求，本次設(shè)計(jì)d取503 mm，C取195 mm，趾口傾角為5°。

2.4 胎側(cè)散熱減震孔

胎側(cè)散熱減震孔可提高輪胎散熱性能，從而解決了實(shí)心輪胎因溫度積累而導(dǎo)致的脹大、爆裂等質(zhì)量問題。實(shí)心輪胎的硬度較高，減震性能一般，而側(cè)孔很大程度上緩解了車輛行駛時(shí)的震動(dòng)，提高了駕駛的舒適性。

本次設(shè)計(jì)采用輪胎兩面?zhèn)瓤捉诲e(cuò)排列方式，可避免輪胎行駛時(shí)因側(cè)孔位置應(yīng)力和應(yīng)變集中而引起輪胎早期爆裂問題。

胎側(cè)散熱減震孔中心軸位置是輪胎在負(fù)荷下法向變形最大的位置，選取不當(dāng)會(huì)導(dǎo)致輪胎早期損壞。中心軸位置偏下，輪胎行駛過程中應(yīng)力和應(yīng)變較集中于基部，易造成基部膠破裂；中心軸位置偏上，應(yīng)力和應(yīng)變集中于胎冠，容易造成輪胎冠空。根據(jù)實(shí)心輪胎基部膠硬度大、變形量小的特點(diǎn)，本次設(shè)計(jì)胎側(cè)散熱減震孔中心軸位置偏下一點(diǎn)，斷面水平軸位置（H1/H2）取0.879 1。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

輪胎花紋的主要作用是增大胎面與路面間的摩擦力，以防止車輪與路面之間打滑。在胎面與路面間切向力（如驅(qū)動(dòng)力、制動(dòng)力和橫向力）的作用下，花紋塊能產(chǎn)生較大的切向彈性變形。切向力增大，切向變形隨之增大，接觸面的摩擦作用隨之增強(qiáng)。輪胎花紋提高了胎面接地彈性，抑制了胎面與路面打滑或打滑趨勢，使車輛的動(dòng)力性、制動(dòng)性、轉(zhuǎn)向操縱性和行駛安全性得到保障[6-8]。

本次胎面花紋設(shè)計(jì)，根據(jù)輪胎類型結(jié)構(gòu)、使用條件、主次要求并兼顧平衡確定方案。采用有向牽引型大塊橫向花紋，花紋深度為40 mm，花紋飽和度為51%，花紋周節(jié)數(shù)為20。采用深花紋，胎冠生熱小，散熱性能好；輪胎花紋內(nèi)窄外寬，自潔性能好；花紋具有方向性，主溝為橫向花紋，使花紋有很強(qiáng)的抓著性能和牽引性能。為防止花紋掉塊，在冠部花紋塊間設(shè)有加強(qiáng)筋連接底部。花紋溝底部采用圓弧過渡，以分散應(yīng)力，從而避免花紋溝裂口現(xiàn)象。本次花紋設(shè)計(jì)美觀、噪聲低，而且便于模具加工，圖2為胎面花紋展開示意。

圖2 胎面花紋展開示意

3 施工設(shè)計(jì)

3.1 胎面

采用先進(jìn)的三段式（基部膠＋中部膠＋冠部膠）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，保證了輪胎的整體性能。高剛性、高強(qiáng)度的基部膠及鋼絲圈支撐，既保證了輪胎的挺性，又確保輪胎與輪輞的緊固性，消除了實(shí)心輪胎胎圈打滑的問題；高彈性的中部膠，有效地吸納了車輛運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的震動(dòng)，提供舒適的駕乘性，同時(shí)避免了車輛因大幅震動(dòng)而損壞；加厚的冠部膠層，保證了輪胎的抗撕裂和耐磨性能，提高輪胎的使用壽命。

3.2 成型

采用XK-450型開煉機(jī)（成型機(jī)頭的直徑為可收縮式，直徑為480～520 mm，機(jī)頭寬度為400 mm）自動(dòng)纏繞方式成型，保證成型壓力使膠層之間粘貼緊密且排除胎坯內(nèi)部的空氣。胎坯膠層居中對齊，質(zhì)量滿足工藝要求。

3.3 硫化

采用XLB-DQ-1000T型平板硫化機(jī)進(jìn)行硫化，硫化條件為155 ℃/15 MPa×270 min。

4 成品性能

4.1 外觀質(zhì)量

經(jīng)外觀檢驗(yàn)，成品輪胎外觀滿足HG/T 2177—2011《輪胎外觀質(zhì)量》要求。

4.2 外緣尺寸

根據(jù)GB/T 521—2012《輪胎外緣尺寸測量方法》對成品輪胎外緣尺寸進(jìn)行測量，成品輪胎的D′和B′分別為842和292 mm，符合GB/T 10823—2009設(shè)計(jì)要求。

4.3 靜負(fù)荷性能

對成品輪胎進(jìn)行靜負(fù)荷性能測試，結(jié)果滿足設(shè)計(jì)要求，如表1所示。

表1 成品輪胎的靜負(fù)荷性能

4.4 物理性能

對成品輪胎進(jìn)行物理性能測試，結(jié)果符合GB/T 10824—2008《充氣輪胎輪輞實(shí)心輪胎技術(shù)規(guī)范》要求，如表2所示。

表2 成品輪胎物理性能測試結(jié)果

4.5 耐久性能

對成品輪胎進(jìn)行耐久性測試，結(jié)果符合GB/T 10824—2008要求，如表3所示。試驗(yàn)結(jié)束時(shí)輪胎狀況良好。

表3 成品輪胎耐久性測試結(jié)果

5 結(jié)語

33×12－20（7.50）SAS實(shí)心輪胎成品外觀質(zhì)量、外緣尺寸、靜負(fù)荷性能、物理性能和耐久性能均符合設(shè)計(jì)和國家標(biāo)準(zhǔn)要求。

33×12－20（7.50）SAS實(shí)心輪胎目前已投產(chǎn)，用于曲臂高空作業(yè)平臺(tái)車輪，用戶反應(yīng)輪胎性能滿足使用要求，達(dá)到預(yù)期效果，為公司開發(fā)新產(chǎn)品打下了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。