校企合作共研工程輪胎外觀結(jié)構(gòu)設(shè)計

孫名楷+劉泳生+奚君標

摘 要：根據(jù)國內(nèi)工程輪胎發(fā)展趨勢和存在問題，工程輪胎廠家為了提升市場競爭力，通過與學(xué)校建立校企合作關(guān)系，對工程輪胎存在的不足進行分析，創(chuàng)新設(shè)計工程輪胎外觀結(jié)構(gòu)，取得了良好的效果并具有推廣價值。

關(guān)鍵詞：校企合作 工程輪胎 輪胎花紋 外觀結(jié)構(gòu) 推廣價值

為更好地滿足珠三角地區(qū)產(chǎn)業(yè)升級轉(zhuǎn)型的需要，深入推進廣州技工教育“273”工程建設(shè)，踐行廣州模式“三維一體”培養(yǎng)體系，廣州市輕工高級技工學(xué)校大力開展校企合作，不僅為企業(yè)培養(yǎng)高技能、高素質(zhì)的應(yīng)用型人才，還能協(xié)助企業(yè)解決技術(shù)問題，共同開發(fā)產(chǎn)品，使校企合作實現(xiàn)了信息、資源共享，使學(xué)校和企業(yè)的設(shè)備、技術(shù)實現(xiàn)優(yōu)勢互補，節(jié)約了教育與企業(yè)成本，形成了多方共贏的局面。其中，筆者所在學(xué)校與廣州市白云區(qū)君誠橡膠輪胎廠共同合作研發(fā)的《工程輪胎（11.00R20）外觀設(shè)計》項目，不僅成功申報了外觀設(shè)計專利，還在國內(nèi)各大礦區(qū)工程車輛上使用，受到了廣大客戶的好評。

一、研究背景及意義

隨著我國公路和水電站建設(shè)的飛速發(fā)展以及國家基礎(chǔ)建設(shè)、礦產(chǎn)開發(fā)投資力度的加大，礦區(qū)工程輪胎的需求量與日俱增，市場空間較大。但由于米其林、普利司通等國際品牌的工程輪胎價格昂貴，使得國內(nèi)大部分中小型礦區(qū)的工程車輛都使用價格相對較低的國內(nèi)品牌工程輪胎。不過國內(nèi)品牌的大部分輪胎存在耐磨性一般、不耐扎、上斜坡易打滑、側(cè)胎面易被碎石撞擊磨損等缺點。

君誠橡膠輪胎廠一直從事工程輪胎生產(chǎn)，輪胎產(chǎn)品也存在以上質(zhì)量問題，廠方迫切希望改善產(chǎn)品質(zhì)量，盡快提高市場優(yōu)勢。為此，廠方通過與學(xué)校建立校企合作關(guān)系，與學(xué)校教師共同研發(fā)解決輪胎存在的缺點，希望能從外觀結(jié)構(gòu)上加以改進。最后，通過創(chuàng)新輪胎外觀設(shè)計，新型輪胎的性能大幅度提升，輪胎外觀特點明顯，具有很強的競爭優(yōu)勢。

二、研究步驟及內(nèi)容

工程輪胎稱為非公路輪胎，簡稱OR或OTR輪胎，主要指工程汽車和工程機械用輪胎，但并不完全局限于工程車輛和工程機械使用。工程輪胎制造技術(shù)難度大，工藝結(jié)構(gòu)設(shè)計復(fù)雜，研發(fā)成本高。輪胎外觀設(shè)計的研發(fā)過程如下。

1.收集客戶使用輪胎的反饋意見

經(jīng)銷商、代理商反映，輪胎有不耐磨、不耐扎、不耐割等問題。為了解決輪胎的問題，提升輪胎綜合性能，廠方技術(shù)員多次到遼寧省鞍山市鐵礦區(qū)、山西省五臺縣煤礦區(qū)、廣東省和平縣陶瓷礦區(qū)等輪胎使用地實地調(diào)查了解情況。調(diào)查結(jié)果顯示，在國內(nèi)礦區(qū)大部分廠家生產(chǎn)的輪胎中90%使用壽命為3個月左右，其中50%的輪胎因不耐扎、不耐割、不耐磨而報廢，25%的輪胎因常受到碎石撞擊而破裂，15%的輪胎因脫層而報廢，10%的輪胎因其他原因而報廢（如爆胎等）。

2.分析客戶使用輪胎的環(huán)境

根據(jù)客戶的反映和實地考察發(fā)現(xiàn)，國內(nèi)金屬礦、煤礦、水電站建設(shè)工程的路面，基本為碎石和沙塵路面，道路凹凸不平，并存在大量斜坡路段，運輸?shù)缆繁容^危險。

3.分析輪胎花紋和側(cè)胎結(jié)構(gòu)

輪胎好比一輛車的鞋子，有一雙好鞋，才能使汽車跑得更安全、平穩(wěn)，并實現(xiàn)承載、牽引/制動等功能，具有穩(wěn)定性、舒適性（圖1）。

圖1 輪胎功能

輪胎外觀結(jié)構(gòu)設(shè)計科學(xué)合理，不僅能使輪胎外觀美觀獨特，還能提升輪胎的綜合性能（圖2）。

圖2 輪胎外觀結(jié)構(gòu)

在輪胎外觀結(jié)構(gòu)中，胎面花紋和胎側(cè)都是輪胎重要的組成部分，其中花紋主要起到防滑性、接著性、傳遞性、節(jié)省材料等作用，胎側(cè)主要起保護胎體、提高乘車舒適感及操縱穩(wěn)定性的作用。

（1）輪胎花紋分析。工程輪胎花紋一般有條形、牽引形、塊狀、光面幾種（圖3）。

條形 牽引形 塊狀 光面

圖3 輪胎花紋類型

不同花紋類型的輪胎，具有各自的特點及性能，下表為輪胎花紋的特點及性能。

表 輪胎花紋特點及性能

花紋類型 TRA代號 特點及性能

條形（導(dǎo)向型） E-1 沿輪胎周向分布的條形、鋸齒形、波浪形花紋，這種花紋塊面積占輪胎接地面積的18%～20%，特點是抗側(cè)滑

G-1

牽引型 E-2 八字形或人字形花紋，花紋溝面積大，占輪胎接地面積的50%以上。在松軟路面上，其具有良好的附著力，且具有良好的自潔性能，牽引力大

G-2

L-2

塊狀型 E-3 胎面接地面積大，具有良好的耐磨、耐切割、耐刺扎性能，特別是在堅實的路面上有很大的牽引力

E-4

G-3

L-3

L-4

L-5

光面型 C-1 胎面光滑平整、寬度大，不但增大了接地面積，而且接地壓力分布均勻，具有良好的耐切割、耐磨性能

C-2

L-3S

L-4S

L-5S

目前，國內(nèi)外大部分工程輪胎廠對礦區(qū)裝卸運輸車輛用輪胎基本采用塊狀花紋，但大部分中小廠家采用花紋塊間距小、花紋溝槽尺寸大或選用中間連接塊狀花紋，這樣可以降低輪胎材料成本，但這種輪胎存在不耐磨、不耐扎等缺點。

（2）輪胎胎側(cè)分析。胎側(cè)是輪胎的重要部位，它具有良好的減震性、耐曲撓性和相應(yīng)的承受力。但胎側(cè)沒有帶鋼絲層，當(dāng)輪胎行駛過凹坑、障礙物及路沿時，可能會因局部受尖銳硬物瞬間撞擊，超過胎側(cè)的承受能力，致使胎側(cè)簾線松弛或斷裂引起鼓包。特別是在礦區(qū)碎石路面，碎石易撞擊輪胎側(cè)面。

4.設(shè)計輪胎外觀結(jié)構(gòu)

（1）根據(jù)客戶使用意見和對花紋的分析，對胎面花紋重新設(shè)計。輪胎花紋要接著性好、耐磨性好、生熱低、散熱快、自潔性好、加工性好，但這些基本要求相互間存在的矛盾難以全部滿足。胎面花紋設(shè)計必須根據(jù)輪胎類型結(jié)構(gòu)和使用條件、主次要求來確定方案。endprint

①花紋類型選取。根據(jù)本型號輪胎基本在礦區(qū)、水電站建設(shè)工程等碎石路面使用的特點，選擇塊狀型花紋，該花紋具有優(yōu)越的抓著性、牽引性，適用于環(huán)境較差的山路、礦山、建筑工地及松土、雪泥地等。

圖4 本型號輪胎花紋塊

②確定花紋溝槽的深度及形狀?；y溝槽深度及形狀要根據(jù)輪胎類型和規(guī)格、花紋類型、胎體強度、車輛的行駛速度以及要求達到的行駛里程，綜合考慮確定。載重運輸輪胎普通花紋深度一般為11～15mm，加深花紋為15～20mm。要使花紋溝具有良好自潔性，不易夾石子和基部不裂口，花紋溝底部應(yīng)采用小圓弧與溝壁相切，形成向上開放的U形溝槽?；y溝壁傾斜角度α，橫向花紋為15°～20°，溝底圓弧半徑R約為1～3mm。本次設(shè)計嘗試突破原有形式，加深花紋溝槽，使溝槽深度h達到25mm，溝槽橫截面形狀為寬花紋溝，壁傾斜角α為15°，圓弧半徑R為2mm，以此提升耐磨、耐扎、耐割性及抓地力等（圖5、圖6）。

a） b） c） d）

圖5 花紋溝槽橫截面形狀

a）窄花紋溝 b）寬花紋溝 c）雙層花紋溝 d）單邊雙層花紋溝

圖6 花紋溝槽深度

③確定花紋槽、花紋塊胎面形狀及尺寸。

一是花紋槽形狀及尺寸?；y槽是指輪胎溝槽在平面上的投影輪廓，其形狀及尺寸設(shè)計主要根據(jù)輪胎溝槽確定的深度和形狀類型，以及輪胎行駛碎石路面的抓地力決定（圖7）。

圖7 花紋槽形狀及尺寸

二是花紋塊形狀及尺寸?；y塊是指在輪胎行駛面上凸起支撐輪胎并與地接觸的部分，與凹陷下縮的“花紋溝”相間形成“胎冠花紋”。花紋塊的形狀理論上是無限多的，其功能作用隨設(shè)計形狀的差異也大相徑庭。本設(shè)計創(chuàng)新花紋塊的主要目的，是解決輪胎不耐磨、不耐扎、花紋塊易崩膠問題，為此設(shè)計者參照冠部花紋間距公式對輪胎花紋塊間距進行重新設(shè)計：

tc——冠部花紋間距值mm；

n——花紋周節(jié)數(shù)（40～60，且為偶數(shù)）；

D——外胎外直徑mm。

花紋塊形狀是依花紋槽形狀而形成的。目前大部分工程輪胎的花紋塊間距較小，達不到100mm，使輪胎材料減少，成本也隨之減少，但對輪胎的耐磨性、耐扎性有影響，所以本設(shè)計將花紋塊間距調(diào)整為100mm，胎冠橫截距離（兩胎肩間距離）為238mm（圖8）。

圖8 花紋塊形狀及尺寸

（2）設(shè)計胎肩防撞條。胎肩是胎冠兩側(cè)的邊緣部位，是胎冠與胎側(cè)連接部。胎側(cè)是用來防止胎體受機械損傷和其他外界作用的橡膠覆蓋層，它不承受大的應(yīng)力，不與地面接觸，一般不承受摩擦力，主要在屈撓狀態(tài)下工作，因此胎側(cè)的厚度較薄，但它能有效地承受多次屈撓應(yīng)力，并有很好的耐光老化和耐臭氧老化的性能。

礦區(qū)工程運輸車輛行駛在碎石路面時，時常會壓過碎石，碎石塊經(jīng)過胎肩跳撞到輪胎側(cè)面，日積月累造成胎側(cè)磨損，甚至破裂。因此，根據(jù)客戶的反饋和實地考察，設(shè)計者嘗試在胎肩增加一條寬10mm、厚10mm的橡膠圈，稱為防撞條（圖9）。

圖9 有防撞與無防撞條輪胎對比

（3）設(shè)計后輪胎整體外觀。經(jīng)過對輪胎花紋和胎側(cè)進行重新設(shè)計后，輪胎外觀與其他輪胎形成鮮明對比，其花紋溝槽獨特、溝槽深度大、花紋塊大、花紋間距也大，而且有防撞條（圖10、圖11）。

圖10 工程輪胎（1100.R20）

圖11 其他工程輪胎

5.輪胎試驗效果

由于中國輪胎行業(yè)沒有一個全國性試驗場所，因此設(shè)計者選擇10條新型輪胎，送到鐵礦、水電建設(shè)工程、煤礦、陶瓷礦工地實際使用試驗。經(jīng)過三、四個月的使用對比，本輪胎適用于金屬礦區(qū)、煤礦區(qū)、水電站工程建設(shè)的工程運輸車輛使用，其綜合性能比其他同檔次的輪胎好，耐磨性、耐扎性、抓地力、花紋塊耐用度均有很大提升，輪胎整體使用壽命延長。

三、創(chuàng)新特點及使用效果

一是設(shè)計輪胎花紋溝槽形狀及尺寸，使輪胎抓地力強，易排出礦區(qū)路面碎石。

二是增大花紋塊面積、花紋塊間距，使胎面接地面積大、耐磨、耐扎、行駛平穩(wěn)、花紋塊不易崩膠。

三是胎肩增加防撞條，使輪胎壓過碎石路面時，碎石能向胎肩兩側(cè)排出，保護側(cè)胎不易被碎石撞擊，避免磨損或破裂。

四是輪胎整體外觀具有獨特性，綜合性能強，使用壽命由原來的3個月延長到4.5個月，制造成本僅比原來增加3.5%。

四、推廣情況

本項目成果正式投產(chǎn)一年后，于2013年由校企雙方三名設(shè)計者共同申請了外觀設(shè)計專利。由于新型輪胎綜合性能強、外觀設(shè)計具有獨特性，銷售后，使用者反饋良好，具有較好的市場競爭優(yōu)勢，因此使生產(chǎn)廠的產(chǎn)量和產(chǎn)值逐年增長。廠方2013年產(chǎn)值相比2012年增長10%，預(yù)計2014年產(chǎn)值將增長15%。目前，本輪胎已在全國各大金屬礦區(qū)、煤礦區(qū)、水電站建設(shè)工程使用，如遼寧省鞍山市鐵礦區(qū)、山西省五臺縣煤礦區(qū)、廣東省和平縣陶瓷礦區(qū)等。特別是在和平縣陶瓷礦區(qū)，本輪胎已成為運輸車隊指定使用產(chǎn)品。

由于輪胎外觀設(shè)計的突破，全國各地礦區(qū)越來越多的工程車輛選擇了該型號的輪胎，同時在校企合作共同開發(fā)產(chǎn)品方面，也進一步提升了學(xué)校協(xié)助企業(yè)解決技術(shù)難題的能力和地位。因此，更多企業(yè)愿意與學(xué)校合作，建立校企合作關(guān)系。我們堅信，走產(chǎn)學(xué)研教育教學(xué)改革之路，一定能培養(yǎng)出社會、行業(yè)、企業(yè)需求的高技能應(yīng)用型人才。

參考文獻：

[1]林禮貴.輪胎生產(chǎn)工藝[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008.

[2]萊斯特[德].汽車輪胎研發(fā)[M].北京：機械工業(yè)出版社，2012.

（作者單位：孫名楷、劉泳生，廣州市輕工技師學(xué)院；

奚君標，廣州市白云區(qū)君誠橡膠輪胎廠）endprint

①花紋類型選取。根據(jù)本型號輪胎基本在礦區(qū)、水電站建設(shè)工程等碎石路面使用的特點，選擇塊狀型花紋，該花紋具有優(yōu)越的抓著性、牽引性，適用于環(huán)境較差的山路、礦山、建筑工地及松土、雪泥地等。

圖4 本型號輪胎花紋塊

②確定花紋溝槽的深度及形狀。花紋溝槽深度及形狀要根據(jù)輪胎類型和規(guī)格、花紋類型、胎體強度、車輛的行駛速度以及要求達到的行駛里程，綜合考慮確定。載重運輸輪胎普通花紋深度一般為11～15mm，加深花紋為15～20mm。要使花紋溝具有良好自潔性，不易夾石子和基部不裂口，花紋溝底部應(yīng)采用小圓弧與溝壁相切，形成向上開放的U形溝槽。花紋溝壁傾斜角度α，橫向花紋為15°～20°，溝底圓弧半徑R約為1～3mm。本次設(shè)計嘗試突破原有形式，加深花紋溝槽，使溝槽深度h達到25mm，溝槽橫截面形狀為寬花紋溝，壁傾斜角α為15°，圓弧半徑R為2mm，以此提升耐磨、耐扎、耐割性及抓地力等（圖5、圖6）。

a） b） c） d）

圖5 花紋溝槽橫截面形狀

a）窄花紋溝 b）寬花紋溝 c）雙層花紋溝 d）單邊雙層花紋溝

圖6 花紋溝槽深度

③確定花紋槽、花紋塊胎面形狀及尺寸。

一是花紋槽形狀及尺寸。花紋槽是指輪胎溝槽在平面上的投影輪廓，其形狀及尺寸設(shè)計主要根據(jù)輪胎溝槽確定的深度和形狀類型，以及輪胎行駛碎石路面的抓地力決定（圖7）。

圖7 花紋槽形狀及尺寸

二是花紋塊形狀及尺寸。花紋塊是指在輪胎行駛面上凸起支撐輪胎并與地接觸的部分，與凹陷下縮的“花紋溝”相間形成“胎冠花紋”?；y塊的形狀理論上是無限多的，其功能作用隨設(shè)計形狀的差異也大相徑庭。本設(shè)計創(chuàng)新花紋塊的主要目的，是解決輪胎不耐磨、不耐扎、花紋塊易崩膠問題，為此設(shè)計者參照冠部花紋間距公式對輪胎花紋塊間距進行重新設(shè)計：

tc——冠部花紋間距值mm；

n——花紋周節(jié)數(shù)（40～60，且為偶數(shù)）；

D——外胎外直徑mm。

花紋塊形狀是依花紋槽形狀而形成的。目前大部分工程輪胎的花紋塊間距較小，達不到100mm，使輪胎材料減少，成本也隨之減少，但對輪胎的耐磨性、耐扎性有影響，所以本設(shè)計將花紋塊間距調(diào)整為100mm，胎冠橫截距離（兩胎肩間距離）為238mm（圖8）。

圖8 花紋塊形狀及尺寸

（2）設(shè)計胎肩防撞條。胎肩是胎冠兩側(cè)的邊緣部位，是胎冠與胎側(cè)連接部。胎側(cè)是用來防止胎體受機械損傷和其他外界作用的橡膠覆蓋層，它不承受大的應(yīng)力，不與地面接觸，一般不承受摩擦力，主要在屈撓狀態(tài)下工作，因此胎側(cè)的厚度較薄，但它能有效地承受多次屈撓應(yīng)力，并有很好的耐光老化和耐臭氧老化的性能。

礦區(qū)工程運輸車輛行駛在碎石路面時，時常會壓過碎石，碎石塊經(jīng)過胎肩跳撞到輪胎側(cè)面，日積月累造成胎側(cè)磨損，甚至破裂。因此，根據(jù)客戶的反饋和實地考察，設(shè)計者嘗試在胎肩增加一條寬10mm、厚10mm的橡膠圈，稱為防撞條（圖9）。

圖9 有防撞與無防撞條輪胎對比

（3）設(shè)計后輪胎整體外觀。經(jīng)過對輪胎花紋和胎側(cè)進行重新設(shè)計后，輪胎外觀與其他輪胎形成鮮明對比，其花紋溝槽獨特、溝槽深度大、花紋塊大、花紋間距也大，而且有防撞條（圖10、圖11）。

圖10 工程輪胎（1100.R20）

圖11 其他工程輪胎

5.輪胎試驗效果

由于中國輪胎行業(yè)沒有一個全國性試驗場所，因此設(shè)計者選擇10條新型輪胎，送到鐵礦、水電建設(shè)工程、煤礦、陶瓷礦工地實際使用試驗。經(jīng)過三、四個月的使用對比，本輪胎適用于金屬礦區(qū)、煤礦區(qū)、水電站工程建設(shè)的工程運輸車輛使用，其綜合性能比其他同檔次的輪胎好，耐磨性、耐扎性、抓地力、花紋塊耐用度均有很大提升，輪胎整體使用壽命延長。

三、創(chuàng)新特點及使用效果

一是設(shè)計輪胎花紋溝槽形狀及尺寸，使輪胎抓地力強，易排出礦區(qū)路面碎石。

二是增大花紋塊面積、花紋塊間距，使胎面接地面積大、耐磨、耐扎、行駛平穩(wěn)、花紋塊不易崩膠。

三是胎肩增加防撞條，使輪胎壓過碎石路面時，碎石能向胎肩兩側(cè)排出，保護側(cè)胎不易被碎石撞擊，避免磨損或破裂。

四是輪胎整體外觀具有獨特性，綜合性能強，使用壽命由原來的3個月延長到4.5個月，制造成本僅比原來增加3.5%。

四、推廣情況

本項目成果正式投產(chǎn)一年后，于2013年由校企雙方三名設(shè)計者共同申請了外觀設(shè)計專利。由于新型輪胎綜合性能強、外觀設(shè)計具有獨特性，銷售后，使用者反饋良好，具有較好的市場競爭優(yōu)勢，因此使生產(chǎn)廠的產(chǎn)量和產(chǎn)值逐年增長。廠方2013年產(chǎn)值相比2012年增長10%，預(yù)計2014年產(chǎn)值將增長15%。目前，本輪胎已在全國各大金屬礦區(qū)、煤礦區(qū)、水電站建設(shè)工程使用，如遼寧省鞍山市鐵礦區(qū)、山西省五臺縣煤礦區(qū)、廣東省和平縣陶瓷礦區(qū)等。特別是在和平縣陶瓷礦區(qū)，本輪胎已成為運輸車隊指定使用產(chǎn)品。

由于輪胎外觀設(shè)計的突破，全國各地礦區(qū)越來越多的工程車輛選擇了該型號的輪胎，同時在校企合作共同開發(fā)產(chǎn)品方面，也進一步提升了學(xué)校協(xié)助企業(yè)解決技術(shù)難題的能力和地位。因此，更多企業(yè)愿意與學(xué)校合作，建立校企合作關(guān)系。我們堅信，走產(chǎn)學(xué)研教育教學(xué)改革之路，一定能培養(yǎng)出社會、行業(yè)、企業(yè)需求的高技能應(yīng)用型人才。

參考文獻：

[1]林禮貴.輪胎生產(chǎn)工藝[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008.

[2]萊斯特[德].汽車輪胎研發(fā)[M].北京：機械工業(yè)出版社，2012.

（作者單位：孫名楷、劉泳生，廣州市輕工技師學(xué)院；

奚君標，廣州市白云區(qū)君誠橡膠輪胎廠）endprint

①花紋類型選取。根據(jù)本型號輪胎基本在礦區(qū)、水電站建設(shè)工程等碎石路面使用的特點，選擇塊狀型花紋，該花紋具有優(yōu)越的抓著性、牽引性，適用于環(huán)境較差的山路、礦山、建筑工地及松土、雪泥地等。

圖4 本型號輪胎花紋塊

②確定花紋溝槽的深度及形狀?；y溝槽深度及形狀要根據(jù)輪胎類型和規(guī)格、花紋類型、胎體強度、車輛的行駛速度以及要求達到的行駛里程，綜合考慮確定。載重運輸輪胎普通花紋深度一般為11～15mm，加深花紋為15～20mm。要使花紋溝具有良好自潔性，不易夾石子和基部不裂口，花紋溝底部應(yīng)采用小圓弧與溝壁相切，形成向上開放的U形溝槽?；y溝壁傾斜角度α，橫向花紋為15°～20°，溝底圓弧半徑R約為1～3mm。本次設(shè)計嘗試突破原有形式，加深花紋溝槽，使溝槽深度h達到25mm，溝槽橫截面形狀為寬花紋溝，壁傾斜角α為15°，圓弧半徑R為2mm，以此提升耐磨、耐扎、耐割性及抓地力等（圖5、圖6）。

a） b） c） d）

圖5 花紋溝槽橫截面形狀

a）窄花紋溝 b）寬花紋溝 c）雙層花紋溝 d）單邊雙層花紋溝

圖6 花紋溝槽深度

③確定花紋槽、花紋塊胎面形狀及尺寸。

一是花紋槽形狀及尺寸?；y槽是指輪胎溝槽在平面上的投影輪廓，其形狀及尺寸設(shè)計主要根據(jù)輪胎溝槽確定的深度和形狀類型，以及輪胎行駛碎石路面的抓地力決定（圖7）。

圖7 花紋槽形狀及尺寸

二是花紋塊形狀及尺寸。花紋塊是指在輪胎行駛面上凸起支撐輪胎并與地接觸的部分，與凹陷下縮的“花紋溝”相間形成“胎冠花紋”。花紋塊的形狀理論上是無限多的，其功能作用隨設(shè)計形狀的差異也大相徑庭。本設(shè)計創(chuàng)新花紋塊的主要目的，是解決輪胎不耐磨、不耐扎、花紋塊易崩膠問題，為此設(shè)計者參照冠部花紋間距公式對輪胎花紋塊間距進行重新設(shè)計：

tc——冠部花紋間距值mm；

n——花紋周節(jié)數(shù)（40～60，且為偶數(shù)）；

D——外胎外直徑mm。

花紋塊形狀是依花紋槽形狀而形成的。目前大部分工程輪胎的花紋塊間距較小，達不到100mm，使輪胎材料減少，成本也隨之減少，但對輪胎的耐磨性、耐扎性有影響，所以本設(shè)計將花紋塊間距調(diào)整為100mm，胎冠橫截距離（兩胎肩間距離）為238mm（圖8）。

圖8 花紋塊形狀及尺寸

（2）設(shè)計胎肩防撞條。胎肩是胎冠兩側(cè)的邊緣部位，是胎冠與胎側(cè)連接部。胎側(cè)是用來防止胎體受機械損傷和其他外界作用的橡膠覆蓋層，它不承受大的應(yīng)力，不與地面接觸，一般不承受摩擦力，主要在屈撓狀態(tài)下工作，因此胎側(cè)的厚度較薄，但它能有效地承受多次屈撓應(yīng)力，并有很好的耐光老化和耐臭氧老化的性能。

礦區(qū)工程運輸車輛行駛在碎石路面時，時常會壓過碎石，碎石塊經(jīng)過胎肩跳撞到輪胎側(cè)面，日積月累造成胎側(cè)磨損，甚至破裂。因此，根據(jù)客戶的反饋和實地考察，設(shè)計者嘗試在胎肩增加一條寬10mm、厚10mm的橡膠圈，稱為防撞條（圖9）。

圖9 有防撞與無防撞條輪胎對比

（3）設(shè)計后輪胎整體外觀。經(jīng)過對輪胎花紋和胎側(cè)進行重新設(shè)計后，輪胎外觀與其他輪胎形成鮮明對比，其花紋溝槽獨特、溝槽深度大、花紋塊大、花紋間距也大，而且有防撞條（圖10、圖11）。

圖10 工程輪胎（1100.R20）

圖11 其他工程輪胎

5.輪胎試驗效果

由于中國輪胎行業(yè)沒有一個全國性試驗場所，因此設(shè)計者選擇10條新型輪胎，送到鐵礦、水電建設(shè)工程、煤礦、陶瓷礦工地實際使用試驗。經(jīng)過三、四個月的使用對比，本輪胎適用于金屬礦區(qū)、煤礦區(qū)、水電站工程建設(shè)的工程運輸車輛使用，其綜合性能比其他同檔次的輪胎好，耐磨性、耐扎性、抓地力、花紋塊耐用度均有很大提升，輪胎整體使用壽命延長。

三、創(chuàng)新特點及使用效果

一是設(shè)計輪胎花紋溝槽形狀及尺寸，使輪胎抓地力強，易排出礦區(qū)路面碎石。

二是增大花紋塊面積、花紋塊間距，使胎面接地面積大、耐磨、耐扎、行駛平穩(wěn)、花紋塊不易崩膠。

三是胎肩增加防撞條，使輪胎壓過碎石路面時，碎石能向胎肩兩側(cè)排出，保護側(cè)胎不易被碎石撞擊，避免磨損或破裂。

四是輪胎整體外觀具有獨特性，綜合性能強，使用壽命由原來的3個月延長到4.5個月，制造成本僅比原來增加3.5%。

四、推廣情況

本項目成果正式投產(chǎn)一年后，于2013年由校企雙方三名設(shè)計者共同申請了外觀設(shè)計專利。由于新型輪胎綜合性能強、外觀設(shè)計具有獨特性，銷售后，使用者反饋良好，具有較好的市場競爭優(yōu)勢，因此使生產(chǎn)廠的產(chǎn)量和產(chǎn)值逐年增長。廠方2013年產(chǎn)值相比2012年增長10%，預(yù)計2014年產(chǎn)值將增長15%。目前，本輪胎已在全國各大金屬礦區(qū)、煤礦區(qū)、水電站建設(shè)工程使用，如遼寧省鞍山市鐵礦區(qū)、山西省五臺縣煤礦區(qū)、廣東省和平縣陶瓷礦區(qū)等。特別是在和平縣陶瓷礦區(qū)，本輪胎已成為運輸車隊指定使用產(chǎn)品。

由于輪胎外觀設(shè)計的突破，全國各地礦區(qū)越來越多的工程車輛選擇了該型號的輪胎，同時在校企合作共同開發(fā)產(chǎn)品方面，也進一步提升了學(xué)校協(xié)助企業(yè)解決技術(shù)難題的能力和地位。因此，更多企業(yè)愿意與學(xué)校合作，建立校企合作關(guān)系。我們堅信，走產(chǎn)學(xué)研教育教學(xué)改革之路，一定能培養(yǎng)出社會、行業(yè)、企業(yè)需求的高技能應(yīng)用型人才。

參考文獻：

[1]林禮貴.輪胎生產(chǎn)工藝[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008.

[2]萊斯特[德].汽車輪胎研發(fā)[M].北京：機械工業(yè)出版社，2012.

（作者單位：孫名楷、劉泳生，廣州市輕工技師學(xué)院；

奚君標，廣州市白云區(qū)君誠橡膠輪胎廠）endprint