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      460/85R38 Marshland水田農(nóng)業(yè)子午線輪胎的設(shè)計

      2023-10-10 05:56:36孔延坤
      橡膠科技 2023年9期
      關(guān)鍵詞:輪輞子午線胎面

      孔延坤

      [特瑞堡輪胎工業(yè)產(chǎn)品(邢臺)有限公司,河北 邢臺 054000]

      我國農(nóng)作物種植收獲綜合機械化率不斷提高的同時,大功率拖拉機的數(shù)量也在不斷增加,這導(dǎo)致子午線輪胎在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用日益廣泛。許多歐洲國家的拖拉機輪胎子午化率已經(jīng)達到90%以上,北美地區(qū)也接近50%,我國僅為2.5%左右。根據(jù)中國橡膠工業(yè)協(xié)會發(fā)布的輪胎行業(yè)“十四五”規(guī)劃指導(dǎo)綱要,我國農(nóng)業(yè)輪胎子午化率的目標(biāo)是15%左右。這一數(shù)據(jù)顯示出中國農(nóng)業(yè)子午線輪胎市場巨大的潛力[1-2]。

      與農(nóng)業(yè)斜交輪胎相比,農(nóng)業(yè)子午線輪胎表現(xiàn)出諸多優(yōu)勢:使用壽命更長、燃油經(jīng)濟性更高、胎面耐磨性能更出色、牽引力更大、對土壤單位面積施加的壓力更小,從而對土壤起到保護性作用,為農(nóng)業(yè)用地的可持續(xù)發(fā)展做出積極貢獻。為了滿足市場需求,我公司專注于研制和開發(fā)適用于水田的大花紋農(nóng)業(yè)子午線輪胎。由于水田作業(yè)時輪胎接觸的是軟土、爛泥等,因此輪胎設(shè)計時更加注重防滑性能,可以通過增加接地面積和提高摩擦因數(shù)等方式增強輪胎的抓著力,以更好地適應(yīng)水田作業(yè)的特殊需求[3-10]。

      現(xiàn)將460/85R38 Marshland水田農(nóng)業(yè)子午線輪胎的設(shè)計介紹如下。

      1 技術(shù)要求

      為滿足用戶需求,參照《中國輪胎輪輞標(biāo)準(zhǔn)年鑒(2020)》的要求,確定輪胎設(shè)計參數(shù)為:標(biāo)準(zhǔn)輪輞 W16×38,充氣外直徑(D′)1 820(1 791~1 828)mm,充氣斷面寬(B′)506(484~514)mm,R-1W花紋,標(biāo)準(zhǔn)充氣壓力 60 kPa,最大負荷 3 250 kg。

      2 結(jié)構(gòu)設(shè)計

      2.1 外直徑(D)和斷面寬(B)

      D和B是直接影響輪胎是否符合車輛匹配和性能要求的重要參數(shù)。本設(shè)計D取1 810 mm,D′/D為1.005 5。考慮到錦綸簾線和聚酯帶束層的伸張值,本設(shè)計B取480 mm,B′/B為1.054。

      2.2 行駛面寬度(b)和弧度高(h)

      由于本設(shè)計輪胎主要用于水田作業(yè),輪胎接觸的都是爛泥、軟土等,考慮到該特殊工況下的需求,本次設(shè)計注重提高輪胎的牽引力。根據(jù)以往的設(shè)計經(jīng)驗,b/B取0.901,b為438 mm。在確定h取值時,需要考慮其與b的比值,避免h/b過大或過小。如果h/b過大,會導(dǎo)致外直徑尺寸不穩(wěn)定,接地面積過小,輪胎磨耗不均,使用壽命縮短;h/b過小則會導(dǎo)致胎冠過于寬和平,增加生產(chǎn)成本,并可能造成胎肩受力增大、生熱高,導(dǎo)致局部損壞。根據(jù)以往的經(jīng)驗,本設(shè)計h/b取0.071,h為31 mm。

      2.3 胎圈著合直徑(d)和著合寬度(C)

      一般根據(jù)輪胎裝配的輪輞尺寸確定d值。如果d值過大,輪胎與輪輞之間可能會出現(xiàn)打滑的情況;相反,如果d值過小,過盈配合太緊密,會對裝卸工作造成困難。因此,在防止輪胎打滑的同時,也要保證輪胎與輪輞之間的配合緊密,并方便人工裝卸。綜合考慮,本設(shè)計d取965 mm。在確定C時,一般會參考輪輞寬度標(biāo)準(zhǔn)進行計算,并比輪輞的寬度略大。這樣做有很多優(yōu)點,例如可以提高胎側(cè)的柔軟性,提高車輛行駛過程中的舒適性和操縱穩(wěn)定性。結(jié)合水田農(nóng)業(yè)輪胎的使用環(huán)境和使用特點,本設(shè)計C取444.5 mm,并設(shè)置胎趾傾角為8°。

      2.4 斷面水平軸位置(H1/H2)

      輪胎斷面水平軸位置的選擇非常關(guān)鍵,因為其是輪胎在負荷下變形最大的位置。一般來說,子午線輪胎的受力情況直接決定H1/H2值。如果H1/H2值過小,斷面水平軸的位置會偏低,接近下胎側(cè),這可能在正常使用過程中導(dǎo)致胎圈折斷、應(yīng)力集中的問題。另一方面,如果H1/H2值過大,斷面水平軸的位置會偏高,靠近胎肩,這可能在正常使用過程中導(dǎo)致胎肩脫層和胎肩裂口的問題。由于本設(shè)計輪胎為水田農(nóng)業(yè)輪胎,花紋塊深度較大,綜合考慮,本設(shè)計H1/H2取1.514。

      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

      考慮到本設(shè)計輪胎主要在水田中作業(yè),受力主要集中在花紋塊的根部。由于對牽引性能的高要求,胎面花紋選擇PR-1W型花紋。該花紋有17個周節(jié),最大花紋深度為80 mm,花紋飽和度為16.957%。為了提高輪胎的視覺效果和美觀度,所有花紋塊均采用變角度設(shè)計,前傾角為17.5°,后傾角為22.7°,使輪胎呈現(xiàn)出飽滿的視覺效果。前傾角的減小可以提高輪胎的牽引力,而后傾角的增大可以增強花紋塊的自清潔功能。這樣的設(shè)計不僅能防止花紋塊根部裂口,還提高了花紋的耐磨性能?;y深度大的輪胎的常見問題是在使用過程中花紋塊根部出現(xiàn)裂口,影響輪胎的使用壽命。因此,本設(shè)計在花紋溝過渡時采用圓弧連接,連接弧的半徑取19 mm。

      胎面花紋展開如圖2所示。

      圖2 胎面花紋展開示意

      3 施工設(shè)計

      3.1 氣密層

      氣密層的設(shè)計采用常用的子午線輪胎氣密層膠料,以確保良好的氣密性能。氣密層的厚度為2.5 mm,寬度以包覆胎趾部位為最佳??紤]到降低成本和保證輪胎正常使用的因素,輪胎與輪輞之間應(yīng)保持良好的氣密性,使外胎兼具內(nèi)胎的功能。該設(shè)計輪胎無需額外配備內(nèi)胎,因為其本身具有內(nèi)胎結(jié)構(gòu),空氣直接充填在輪胎中。這種設(shè)計不僅提供了良好的氣密性能,長期保持不漏氣,而且輪胎工作溫度較低,使用壽命長,結(jié)構(gòu)簡單且輕巧。由于氣密層設(shè)計將一層內(nèi)膜緊密粘附在輪胎內(nèi)壁上,使輪胎在作業(yè)中不易聚熱,即使輪胎發(fā)生穿孔,壓力也不會急劇下降,能繼續(xù)安全地行駛一段距離。

      3.2 擠出半成品

      擠出半成品根據(jù)相應(yīng)部件的壓縮比設(shè)計口型。

      胎面膠料采用天然橡膠、順丁橡膠與丁苯橡膠并用膠。該配方膠料具有良好的抗花紋崩裂和掉塊性能。由于該設(shè)計輪胎的花紋塊較深,可以有效防止掉塊,提高強度和耐老化性能。胎面采用冷喂料擠出機擠出并進行直接纏繞,與胎面層貼相比,這種設(shè)計減小了胎面間脫層的隱患。

      胎側(cè)的長度為3 328 mm,寬度為310 mm,厚度為12 mm,質(zhì)量為10 kg。胎肩墊膠的長度為3 250 mm,寬度為150 mm,厚度為23 mm,質(zhì)量為8.5 kg。胎面冠部的總厚度為47 mm,寬度為600 mm,質(zhì)量為116 kg。

      胎側(cè)膠使用天然橡膠與順丁橡膠并用膠,具有良好的耐老化性能和耐屈撓性能。在設(shè)計口型板時,直接設(shè)計兩種配方膠料口型,同時在三復(fù)合擠出機上擠出,使得胎側(cè)同時存在兩種配方的膠料,且位于不同的位置。這樣的設(shè)計有助于提高胎側(cè)的耐屈撓能力和胎圈部位的支撐能力,經(jīng)過后續(xù)的試驗也得到了良好的驗證。

      3.3 胎體

      胎體使用3層940dtex/2 F121錦綸66浸膠簾布。在四輥壓延機上,簾布采用雙面覆膠的方法進行壓延,以確保簾布與胎體膠料具有良好的粘合性能,防止脫層。壓延后的覆膠簾布厚度為(1.2±0.3)mm。

      3.4 帶束層

      本設(shè)計輪胎行駛速度較低,為了滿足使用要求并提高操控性和降低成本,本設(shè)計采用4層帶束層結(jié)構(gòu)。帶束層采用1100/3 F70聚酯浸膠簾布,簾線角度為28°。帶束層在受力后對胎體起到箍緊作用,直接影響輪胎的充氣外緣尺寸。在成型過程中,每層帶束層層貼時的差級應(yīng)控制為25 mm。

      3.5 胎圈

      鋼絲圈采用Φ0.96 mm 19#鍍銅高強度鋼絲,鋼絲圈直徑為976 mm,排列方式為9×10,膠芯使用17 mm×32 mm的三角膠。胎圈護膠采用專用的膠料,鋼絲圈安全倍數(shù)大于7。

      3.6 成型

      成型采用二次法成型技術(shù),使用LCY-2446型成型機,配備腰帶式成型機頭。根據(jù)輪胎的輪輞直徑、材料分布圖以及鋼絲圈直徑,確定機頭直徑為1 041 mm,機頭寬度為900 mm。為了滿足機頭寬度的要求,選擇合適尺寸的腰帶以與現(xiàn)有直徑的機頭匹配。

      3.7 硫化

      硫化采用241.3 cm(95英寸)蒸鍋式單模膠囊硫化機。硫化條件為:內(nèi)蒸汽壓力(0.8±0.01)MPa,過熱水出口壓力(2.75±0.2)MPa,硫化溫度(150±0.2)℃,內(nèi)冷回水溫度 <25 ℃,一次定型高度(320±20)mm,二次定型高度(230±20)mm,硫化膠囊拉伸高度 1 000 mm,總硫化時間 140 min。為了保證輪胎尺寸的穩(wěn)定性,通常會在硫化結(jié)束后進行后充氣,后充氣時間一般為1個硫化周期。

      4 成品性能

      4.1 外緣尺寸

      將成品輪胎與W16輪輞配合后進行充氣,充氣壓力為160 kPa,測量到輪胎的D′為1 820 mm,B′為503 mm,符合設(shè)計要求。

      4.2 物理性能

      成品輪胎的物理性能見表1。

      表1 成品輪胎的物理性能

      從表1可以看出,成品輪胎的物理性能達到國家標(biāo)準(zhǔn)要求。

      4.3 耐久性能

      按照GB/T 34823—2017進行成品輪胎耐久性能試驗,試驗條件為:充氣壓力160 kPa,額定負荷3 250 kg,試驗速度40 km·h-1。

      在標(biāo)準(zhǔn)充氣壓力下,成品輪胎累計行駛310.5 h,符合國家標(biāo)準(zhǔn)要求。

      5 結(jié)語

      我公司在普通農(nóng)業(yè)子午線輪胎基礎(chǔ)上成功地開發(fā)了系列水田農(nóng)業(yè)子午線輪胎。460/85R38 Marshland水田農(nóng)業(yè)子午線輪胎是該系列中的第1個規(guī)格,之后又相繼研制了420/85R38 Marshland 和380/85R38 Marshland 等 規(guī) 格。460/85R38 Marshland水田農(nóng)業(yè)子午線輪胎生產(chǎn)工藝穩(wěn)定,性能符合國家標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計要求,質(zhì)量良好,合格率達到99.7%。目前,該輪胎已大量出口,市場反饋良好。

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