59/80R63無內(nèi)胎全鋼巨型工程機(jī)械子午線輪胎的設(shè)計(jì)

黃振華，郭其焰，許志展

（福建省海安橡膠有限公司，福建 莆田 351254）

隨著礦山的發(fā)展以及人工成本的增加，各礦山業(yè)主都在尋求降低成本的方法，如何能在同樣的時(shí)間內(nèi)生產(chǎn)更多的礦石成為需要解決的問題。而使用大型自動(dòng)裝卸車就成為很多礦山業(yè)主的首選，如國外很多礦山均已使用BELAZ 7560，CAT 797和KOMATSU 970等載質(zhì)量超過360 t的車輛，這就造成巨型輪胎供應(yīng)緊張的局面。我公司在進(jìn)行充分市場調(diào)研的基礎(chǔ)上，決定開發(fā)59/80R63規(guī)格的無內(nèi)胎全鋼巨型工程機(jī)械子午線輪胎，以增強(qiáng)企業(yè)的競爭力。

1 技術(shù)要求

根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 2980—2009《工程機(jī)械輪胎規(guī)格、尺寸、氣壓與負(fù)荷》以及TRA—2012《美國輪胎輪輞協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)年鑒》，確定59/80R63HA681無內(nèi)胎全鋼巨型工程機(jī)械子午線輪胎的技術(shù)參數(shù)為：標(biāo)準(zhǔn)輪輞 44.00/5.0，充氣外直徑（D′）4 070（3 957.1～4 102.9）mm，充氣斷面寬（B′） 1 500（1 455～1 635）mm，標(biāo)準(zhǔn)充氣壓力600 Pa，標(biāo)準(zhǔn)負(fù)荷 100 000 kg，輪胎最高速度 50 km·h-1。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 外直徑（D）和斷面寬（B）

由于全鋼巨型工程機(jī)械子午線輪胎的斷面寬和直徑大，因此在標(biāo)準(zhǔn)充氣壓力下成品輪胎的外緣尺寸變化較大，國內(nèi)外也無可參照技術(shù)參數(shù)。根據(jù)我公司在早期產(chǎn)品研發(fā)中累積的經(jīng)驗(yàn)，本設(shè)計(jì)D取值為4 035 mm，B為1 496 mm。

2.2 行駛面寬度（b）和弧度高（h）

b和h的取值是輪胎設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，是胎冠設(shè)計(jì)的主要參數(shù)，直接影響到輪胎的耐磨性、耐久性及冠部磨耗的均勻性。為了減小輪胎冠部的單位面積壓力，延長輪胎的使用壽命，輪胎的載質(zhì)量越大，則b的取值越大，與B的比值越大，本設(shè)計(jì)b與B的比值取0.897 7，h與斷面高（H）的比值取0.045 0，因此b值為1 343 mm，h值為55 mm。

2.3 胎圈著合直徑（d）和著合寬度（C）

胎圈與輪輞的配合不但影響輪胎的氣密性，而且與胎圈的拆卸也有較大關(guān)系，因此在胎圈著合直徑的取值上既要考慮輪胎使用的安全性，又要照顧拆卸的方便性，本設(shè)計(jì)d值為1 595.4 mm。

全鋼巨型工程機(jī)械子午線輪胎胎圈著合寬度一般采用大于標(biāo)準(zhǔn)輪輞寬度12.7～25.4 mm（0.5～1英寸）的方法。本設(shè)計(jì)采用增大25.4 mm的方法，標(biāo)準(zhǔn)輪輞寬度取值為1 117.6 mm，因此C值為1 143 mm。

2.4 斷面水平軸位置（H1/H2）

斷面水平軸的位置是輪胎厚度最小、變形最大、寬度最大的區(qū)域，水平軸偏下或偏上均會(huì)對(duì)輪胎的使用產(chǎn)生不良影響。如偏上則會(huì)產(chǎn)生輪胎肩部早期脫空，偏下太多則會(huì)導(dǎo)致胎圈部位脫空。

全鋼巨型工程機(jī)械子午線輪胎的花紋都很深，而輪胎花紋會(huì)不斷磨損，這樣斷面水平軸位置隨著輪胎的使用而不斷變化，為了保證輪胎使用到后期時(shí)斷面水平軸位置還處于合適范圍，本設(shè)計(jì)H1/H2為0.87。

輪胎斷面輪廓如圖1所示。

圖1 輪胎斷面示意

2.5 胎面花紋

本規(guī)格花紋適用于礦山載質(zhì)量360 t以上的自卸車，胎面采用4條縱向和橫向花紋溝設(shè)計(jì)，有利于降低胎冠部的生熱。橫向溝由中部向肩部逐漸加寬，有利于花紋溝的自潔和提高轉(zhuǎn)向抓著力?；y深度為92 mm，花紋周節(jié)數(shù)為36，花紋飽和度為70.2%，花紋代號(hào)為HA681。

胎面花紋展開示意如圖2所示。

圖2 胎面花紋展開示意

3 施工設(shè)計(jì)

3.1 胎面

由于巨型工程機(jī)械子午線輪胎的胎面膠非常厚，如果采用擠出多層貼合法進(jìn)行胎面成型，勢必會(huì)產(chǎn)生大量氣泡，因此我公司采用擠出機(jī)定型纏繞法。胎面采用三方分層纏繞：過渡膠有效降低從帶束層到基部膠的強(qiáng)剪切力，基部膠降低輪胎運(yùn)行過程中的生熱，胎面膠滿足輪胎正常使用要求。胎面總質(zhì)量為1 900 kg，其中過渡膠、基部膠和胎面膠的質(zhì)量分別為150，500和1 250 kg。

3.2 帶束層

帶束層是子午線輪胎的主要受力部件，而巨型工程機(jī)械子午線輪胎中帶束層的載質(zhì)量更大，為保證車輛運(yùn)行的安全性，帶束層的強(qiáng)度必須符合要求。本設(shè)計(jì)采用6層帶束層，其中1#—4#帶束層采用7×（3+9+15）×0.245+0.20HT鋼絲簾線，5#—6#帶束層采用4×6×0.25HE鋼絲簾線，安全倍數(shù)為9.2。

3.3 胎體

胎體是輪胎的主要骨架部件，除需要承受一定的作用力外，還要保持輪胎充氣后輪廓的穩(wěn)定性。為了滿足胎體的特殊要求，本設(shè)計(jì)胎體采用7×（3+9+15）×0.245+0.20HT鋼絲簾線，安全倍數(shù)為9.8。

3.4 鋼絲圈

鋼絲圈采用Φ2.2 mm的回火胎圈鋼絲，鋼絲成型采用單根纏繞，鋼絲圈形狀為長六邊形，鋼絲圈結(jié)構(gòu)為14-15-…-29-…-17-16，總根數(shù)為630，安全倍數(shù)為5.8。

3.5 成型

成型是輪胎制造過程中的重要工序，由于巨型工程機(jī)械子午線輪胎成型部件多、體積大，為保證胎坯在成型過程中的質(zhì)量，本設(shè)計(jì)采用四鼓二次法成型機(jī)成型。成型鼓直徑為1 926 mm，機(jī)頭寬度為2 905 mm。胎坯外觀質(zhì)量符合要求。

3.6 硫化

選用B59R63-1膠囊，徑向伸張為15.5%，周向伸張為12.1%。硫化采用錐形開模蒸鍋式硫化機(jī)，硫化條件為：過熱水硫化，內(nèi)壓力（3.5±0.1）MPa，內(nèi)溫（150±3）℃，外溫（135±3）℃，總硫化時(shí)間為715 min。

4 成品性能

4.1 外緣尺寸

成品輪胎的外緣尺寸按GB/T 521—2012《輪胎外緣尺寸測量方法》進(jìn)行測量。充氣壓力為600 kPa，安裝于44.00/5.0輪輞上測量，測得數(shù)據(jù)如下：充氣外直徑 4 038 mm，充氣斷面寬 1 523 mm，均符合設(shè)計(jì)要求。

4.2 X射線檢測

成品輪胎按GB/T 26276—2010《工程機(jī)械子午線輪胎無損檢驗(yàn)方法 X射線法》檢測符合要求，胎側(cè)和胎冠圖片分別如圖3和4所示。

圖3 胎側(cè)

圖4 胎冠

4.3 耐久性試驗(yàn)

成品輪胎按GB/T 30193—2013《工程機(jī)械輪胎耐久性試驗(yàn)方法》進(jìn)行耐久性試驗(yàn)，試驗(yàn)條件為：輪胎轉(zhuǎn)鼓直徑（5 000±30）mm，充氣壓力600 kPa，額定負(fù)荷 100 000 kg，運(yùn)行速度 15 km·h-1，試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

表1 耐久性試驗(yàn)條件和結(jié)果

從表1可以看出，成品輪胎的累計(jì)行駛時(shí)間為68.5 h，符合標(biāo)準(zhǔn)要求，輪胎損壞形式為冠部冒煙，有濃烈氣味。

5 結(jié)語

59/80R63HA681無內(nèi)胎全鋼巨型工程機(jī)械子午線輪胎的外緣尺寸、X光檢測和耐久性試驗(yàn)均達(dá)到設(shè)計(jì)和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，能滿足各類礦山的需求，產(chǎn)品投放市場后反映良好，提高了企業(yè)的競爭優(yōu)勢。