16.9-26 8PR農(nóng)業(yè)無內(nèi)胎輪胎的產(chǎn)品設(shè)計(jì)

李紅梅, 張志江, 李偉才

（樺林佳通輪胎有限責(zé)任公司, 黑龍江 牡丹江 157032）

0 前 言

隨著農(nóng)業(yè)機(jī)械水平的不斷提高，國內(nèi)外各種大型農(nóng)機(jī)具所占比例也隨之增大，對(duì)大規(guī)格農(nóng)業(yè)輪胎的需求日益旺盛，尤其對(duì)農(nóng)業(yè)無內(nèi)胎輪胎的需求逐漸增加。本次開發(fā)的16.9-26 8PR規(guī)格人字花紋輪胎具有方向性，花紋自潔性好，具有極佳的牽引性能，適用于土壤濕度大、較泥濘的田間作業(yè)，被用于聯(lián)合收割機(jī)上。本文簡(jiǎn)介了此款16.9-26 8PR規(guī)格農(nóng)業(yè)無內(nèi)胎輪胎的設(shè)計(jì)情況。

1 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)要求，確定16.9-26 8PR規(guī)格輪胎技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)如下：充氣外直徑D' 1430 mm（1400～1468） mm；充氣斷面寬B' 430 mm（413～456）mm；測(cè)量輪輞W15L；最高速度30 km/h時(shí)，充氣壓力為170 kPa，負(fù)荷能力為2105 kg。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 模型外直徑（D）

參照我司相近規(guī)格推得外直徑膨脹率D'/D值在1.000 6～1.002 6之間，因?yàn)榇艘?guī)格按國家標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算其充氣后高寬比比較小,故本次設(shè)計(jì)取1.002 1，即模型外直徑D為1424 mm。

2.2 模型斷面寬（B）

參照我司相近規(guī)格推得斷面寬膨脹率，B'/B值在1.033 1～1.037 5之間，結(jié)合其內(nèi)輪廓伸張值，本次設(shè)計(jì)取1.036 2，即模型斷面寬B為414 mm。

2.3 行駛面寬度（b）及行駛面弧高（h）

式中：P￠－輪胎的切向牽引力；P￠T－輪胎與土壤接觸部位的全部摩擦力的合力；P￠δ－輪胎向拖拉機(jī)運(yùn)動(dòng)的相反方向擠壓土壤時(shí)所產(chǎn)生的反應(yīng)力。

式中：δ*－土壤平均反應(yīng)力；FB－輪胎與土壤接觸部分的全部花紋垂直投影面積。

根據(jù)該公式，為增大輪胎與土壤的接觸面積，減小土壤所受壓強(qiáng)和土壤變形，降低輪胎的滾動(dòng)阻力并提高輪胎的牽引性能，b/B取值為0.961 4；輪胎的行駛面弧高h(yuǎn)與輪胎斷面高H的比值取較大值0.073 6，使冠部較平坦。這樣既增大了輪胎接地面積，同時(shí)提高了輪胎的通過性能。

2.4 斷面水平軸位置（H1/H2）

斷面水平軸位置是輪胎變形、屈撓最大的部位，斷面水平軸的高低直接影響到其應(yīng)力分布。H1/H2取值大易引起變形區(qū)上移，使輪胎冠部應(yīng)力集中，極易造成輪胎早期損壞；H1/H2取值小易引起變形區(qū)下移，使輪胎胎圈部位應(yīng)力集中，亦極易造成胎圈部位早期損壞。本次設(shè)計(jì)H1/H2取0.559 4。輪胎斷面示意如圖1如示。

圖1 輪胎斷面示意

2.5 輪胎著合直徑(Dz)

此規(guī)格輪輞采用W15L，其輪輞標(biāo)定直徑為665.2 mm，鑒于無內(nèi)胎農(nóng)用輪胎充氣壓力低，在切向牽引力的作用下易導(dǎo)致輪胎在輪輞上滑動(dòng)，磨壞輪胎，并產(chǎn)生泄漏。為使輪胎與輪輞獲得最佳配合，防止胎圈從輪輞胎圈座上脫落，輪胎的著合直徑采取與輪輞直徑過盈配合，本設(shè)計(jì)著合直徑Dz取663 mm，其過盈量為2.2 mm。

2.6 輪胎胎圈

此規(guī)格為無內(nèi)胎農(nóng)用胎，胎圈是一個(gè)非常關(guān)鍵的部位，為使輪胎牢固地固定在輪輞上，并能保持無內(nèi)胎農(nóng)業(yè)胎不泄漏，與輪輞接觸的胎圈部位設(shè)計(jì)為兩個(gè)角度：6°及17°。輪胎胎圈示意如圖2所示。

圖2 輪胎胎圈示意

2.7 胎面花紋

根據(jù)聯(lián)合收割機(jī)的作業(yè)環(huán)境及該規(guī)格輪胎的花紋深度，為防止輪胎花紋根部裂口，胎面基部膠厚度設(shè)計(jì)為19 mm。

為提高輪胎的牽引性能和自潔性能，胎冠處中部花紋溝深度參照國家標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)為76 mm，花紋塊前后角設(shè)計(jì)：前角設(shè)計(jì)為13°，后角設(shè)計(jì)為16°，人字花紋因其花紋溝較寬，在使用中變形大、支撐性小，花紋根部易撕裂，為了防止花紋塊根部裂口，花紋根部采用大圓弧設(shè)計(jì)，并從冠中向胎肩位置，圓弧由小到大逐漸過度，使花紋根部強(qiáng)壯，輪胎在使用中花紋變形減小，同時(shí)也可增強(qiáng)花紋牽引性?；y節(jié)數(shù)為13節(jié)，花紋塊占整個(gè)行駛面面積的17.45%,胎面花紋展開示意如圖3所示。

2.8 輪胎外觀

輪胎胎側(cè)徑向排氣線深1 mm、寬2 mm，沿圓周36等分，用于排氣，以減少輪胎外觀缺陷；裝配線高2 mm、寬3 mm，有3條，不僅起到裝飾性作用，同樣能利于排氣；防擦線高2 mm、寬20 mm，用于保護(hù)胎側(cè)不被擦傷；胎側(cè)排氣孔直徑2 mm,采用根部劃窩加強(qiáng)，這樣既利于排氣，又能減少啟模時(shí)膠蹴斷裂，便于工藝操作。

圖3 胎面花紋展開示意

3 施工設(shè)計(jì)

3.1 胎面

根據(jù)輪胎的實(shí)際使用情況, 為使胎面膠能合理分布，胎面膠采用兩種配方，分三塊壓出，胎面上冠采用耐磨耗及抗撕裂性能較好的配方，胎面下冠采用低生熱配方，胎面總寬度為620 mm，肩部寬度為350 mm，冠部胎面總厚度為51.5 mm，胎肩總厚度為55.5 mm。胎側(cè)膠采用抗刺扎性能及屈撓性能較好的農(nóng)業(yè)胎專用配方。胎側(cè)兩塊，每塊寬度為230 mm，胎側(cè)厚度為6.0 mm，胎面總質(zhì)量為90.99 kg。胎面結(jié)構(gòu)示意如圖4所示。

圖4 胎面結(jié)構(gòu)示意

3.2 胎體簾布及緩沖層

根據(jù)輪胎的設(shè)計(jì)負(fù)荷，胎體簾布采用4層1260D/2 V1錦綸6簾布，2層1260D/2 V2錦綸6簾布。4層反包簾布高度均勻錯(cuò)開至水平軸附近，以提高胎側(cè)的剛性。胎體強(qiáng)度安全系數(shù)為17.39，保證了輪胎的使用安全性。

3.3 內(nèi)襯層

無內(nèi)胎內(nèi)襯層是個(gè)很重要的部件，尤其是靠近胎里的氣密層，使無內(nèi)胎輪胎不漏氣，且與胎里簾線有較好的粘合力，胎里采用氣密層與過渡層復(fù)合壓出，胎里采用的氣密層厚度為2 mm，其過渡層厚度為1 mm。

3.4 胎圈

鋼絲圈采用￠0.95 mm回火鋼絲，覆膠后單絲寬度為1.4 mm，單絲厚度為1.3 mm。本設(shè)計(jì)采用單鋼圈，排列形式9×11，內(nèi)徑（Dg）676.7 mm，鋼絲圈底部壓縮量設(shè)計(jì)為9%，鋼絲圈強(qiáng)度安全系數(shù)達(dá)到5.4；三角膠尺寸設(shè)計(jì)為12.5 mm×25 mm，使鋼絲圈材料飽滿，過渡均勻；與輪輞直接接觸部位胎圈包布采用1260D/1-37E簾布及一層耐磨膠，提高胎圈的耐磨性。

3.5 胎冠簾線角度

參照我司以往設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)及實(shí)際使用情況，農(nóng)業(yè)輪胎一般選取較大胎冠簾線角度，這樣可以減小輪胎外直徑伸張，提高胎冠的周向剛性。本次設(shè)計(jì)胎冠簾線角度(βk)取52°～54°，取成品胎體簾線角度為52°，通過胎冠簾線角度計(jì)算公式反推簾布裁斷角度(α0)取31°，公式如下:

式中：α0－半成品簾布裁斷角度；δ1－簾線假定伸張；δ－第一層簾布筒至胎里的伸張。

3.6 成型

成型機(jī)鼓采用半芯輪式成型機(jī)鼓，機(jī)鼓寬度(Bs)取745 mm，機(jī)鼓直徑（Dc）取835 mm，該機(jī)鼓在我司目前3＃成型機(jī)上可正常使用。胎里直徑(Dk)與機(jī)頭直徑（Dc）之比(Dk/Dc) 為1.480, 機(jī)頭直徑（Dc）與鋼絲圈直徑（Dg）之比（Dc/Dg）為1.230，機(jī)頭直徑（Dc）與第一層簾布筒直徑（D0）之比（Dc/D0）為1.070。

3.7 硫化

采用膠囊罐進(jìn)行硫化，為保證產(chǎn)品質(zhì)量，選用伸張適宜的膠囊，通過測(cè)溫制訂硫化條件：內(nèi)壓溫度（163±5）℃，內(nèi)壓（2.7±0.2）MPa；外壓溫度（152±2）℃，外壓為（0.41±0.02）MPa；膠囊拉伸高度控制在（1250±10）mm；定型壓力控制在（0.18～0.20） MPa；硫化總時(shí)間為138 min。

4 成品室內(nèi)試驗(yàn)

4.1 成品輪胎充氣外緣尺寸

安裝在測(cè)量輪輞W15L上的成品輪胎在標(biāo)準(zhǔn)充氣壓力下，按GB/T521—2003進(jìn)行測(cè)量，成品輪胎外直徑和斷面寬符合設(shè)計(jì)要求。外緣尺寸如表1所示。

表1 成品輪胎外緣尺寸試驗(yàn)結(jié)果

4.2 成品輪胎物理性能

成品輪胎胎面物理性能實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

從表2可以看出，成品輪胎物理性能達(dá)到了相應(yīng)國家標(biāo)準(zhǔn)的要求。

4.3 成品輪胎簾線性能

成品輪胎簾線性能實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表3所示（實(shí)驗(yàn)溫度23 ℃）。

5 結(jié) 語

16.9 -26 8PR 輪胎成品充氣后外緣尺寸、氣密性、簾線性能、輪胎斷面尺寸符合設(shè)計(jì)要求，各項(xiàng)物理性能等均達(dá)到相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)；批量生產(chǎn)過程中，工藝穩(wěn)定，外觀缺陷少；用戶反映外形美觀，質(zhì)量穩(wěn)定，牽引力大、使用性能好。

表2 成品輪胎物理性能試驗(yàn)結(jié)果

表3 成品輪胎簾線性能