IN445/50D710 20PR TL R-4高空作業(yè)車特種填充輪胎的設(shè)計

莊玉森，高衛(wèi)東，程 磊

（威海中威橡膠有限公司，山東 威海 264200）

高空作業(yè)車具有物料舉升、起重吊裝、載人高空作業(yè)等功能，在國外廣泛應(yīng)用于車站碼頭、廠礦車間、市政通信等大范圍高空作業(yè)領(lǐng)域，在國內(nèi)更是市場增長潛力巨大。其行駛速度不高，但要求輪胎下沉量小，行駛平穩(wěn)，安全可靠。由于高空作業(yè)車輪胎屬于超低斷面輪胎，內(nèi)輪廓呈扁平形，設(shè)計和施工制造難度較大。

根據(jù)客戶要求，我公司先后設(shè)計開發(fā)了18-625，IN355/55D625和IN455/50D710等系列高空作業(yè)車輪胎，均取得了良好效果。現(xiàn)以IN445/50D710輪胎為例，將產(chǎn)品設(shè)計情況介紹如下。

1 技術(shù)要求

根據(jù)車輛技術(shù)性能和客戶要求，確定IN445/50D710輪胎的主要技術(shù)參數(shù)如下：層級 20，花紋型號 R-4（工業(yè)型驅(qū)動輪胎花紋），標準輪輞 W15L×28，充氣外直徑（D′）（1 189±17） mm，充氣斷面寬（B′） （445±13）mm，充氣壓力 790 kPa，最大行駛速度 10 km·h-1，最大負荷 7 740 kg。

IN445/50D710 輪胎主要配套于JLG ultra boom 1350SJ直臂、自行式高空作業(yè)車（見圖1），爬坡度為40%，最大工作高度為41.15 m，平臺允許載質(zhì)量為450 kg，整車質(zhì)量為20 411 kg。

圖1 直臂、自行式高空作業(yè)車

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.1 外直徑（D）和斷面寬（B）

模型尺寸設(shè)計會影響輪胎充氣外緣尺寸和使用性能。該規(guī)格輪胎是高寬比為0.5的超低斷面輪胎，根據(jù)我公司相近規(guī)格輪胎的膨脹率并結(jié)合以往設(shè)計經(jīng)驗，本次設(shè)計外直徑膨脹率（D′/D）取1.025，斷面寬膨脹率（B′/B）取1.037，D取1 160 mm，B取 429 mm。

2.2 行駛面寬度（b）和弧度高（h）

行駛面形狀對輪胎接地性能和牽引性能有直接影響。為保證高空作業(yè)平臺平穩(wěn)、不打擺，b應(yīng)取較大值，以增大接地面積，提高穩(wěn)定性。本次設(shè)計b/B取0.937 1，b取402 mm。

本次胎冠采用兩段圓弧連接，其中一段為反弧形設(shè)計，h取－5 mm，使其充氣后胎面盡量平坦，既增大了輪胎的接地面積，又可保證輪胎行駛的穩(wěn)定性[1]。

2.3 胎圈著合直徑（d）和著合寬度（C）

d小于輪輞直徑，可提高無內(nèi)胎輪胎的氣密性。本次設(shè)計d取711 mm，胎趾傾角取6°（輪輞圈座傾角為5°），C取381 mm（即標準輪輞寬度）[2-4]。

2.4 斷面水平軸位置（H1/H2）

H1/H2的取值對輪胎的使用性能影響較大。高空作業(yè)車作業(yè)過程中，輪胎斷面水平軸下移也會使得胎圈部位壓力急劇增大，車身易擺動。本次設(shè)計H1/H2取較大值為0.804 7，將水平軸適當上移，以減小胎圈部位的應(yīng)力和應(yīng)變，提高作業(yè)過程中的安全性。

2.5 胎肩

為提高胎肩接地支撐性能，本次設(shè)計采用切線型設(shè)計，并使得胎肩盡量與地面垂直線靠近，以提高其支撐性能，減小變形。

2.6 下胎側(cè)及胎圈保護設(shè)計

本次設(shè)計將下胎側(cè)特別加厚，以提高輪胎的抗刺扎和抵抗外界創(chuàng)傷的能力。胎踵上部采用胎圈保護設(shè)計，一方面可提高胎側(cè)的硬度，另一方面起到保護輪緣的作用。

輪胎斷面輪廓如圖2所示。

圖2 輪胎斷面輪廓示意

2.7 胎面花紋

根據(jù)高空作業(yè)車作業(yè)特點及客戶需求，本次設(shè)計采用自潔性能好且抓著力強的R-4花紋?；y深度為25 mm，花紋周節(jié)數(shù)為19，花紋飽和度為75%。為防止出現(xiàn)花紋根部裂口和崩花掉塊問題，花紋塊后側(cè)壁采用階梯狀設(shè)計。

胎面花紋展開如圖3所示。

圖3 胎面花紋展開示意

2.8 聚氨酯填充

采用聚氨酯彈性體填充充氣輪胎。聚氨酯填充輪胎沒有因爆胎泄氣引發(fā)的安全隱患，可提高車輛在惡劣環(huán)境下的工作能力、平穩(wěn)度和駕駛的安全系數(shù)，從而延長輪胎的使用壽命，降低輪胎的更換成本。

3 施工設(shè)計

3.1 胎面

胎面采用兩方三塊結(jié)構(gòu)，根據(jù)使用環(huán)境和作業(yè)特點，胎面膠以天然橡膠為主，并用少量丁苯橡膠；補強體系采用中超耐磨炭黑N220和少量白炭黑并用；硫化體系采用硫黃硫化體系。側(cè)部采用定伸應(yīng)力大、壓縮變形小的膠料。

該規(guī)格輪胎屬于超低斷面輪胎，胎面膠的流動規(guī)律與普通輪胎有一定區(qū)別，故胎冠寬度取值稍大于b，以防止硫化過程中肩部膠料向冠部倒流而出現(xiàn)胎里窩氣現(xiàn)象。

3.2 胎體及緩沖層

胎體采用6層1400dtex/3V1錦綸66簾布作為骨架材料，成型方式為4-2，以增大胎體的硬度，提高輪胎的支撐性能、車輛升高時的穩(wěn)定性及行駛的平穩(wěn)性[5-6]。

緩沖層選用4層930dtex/2V3錦綸66簾布，為最大限度避開肩部應(yīng)力集中區(qū)，其端點達到防擦線部位，同時上緩沖膠片覆蓋緩沖層端點以增大粘合力。

3.3 氣密層

為防止胎腔空氣經(jīng)過氣密層滲透到胎體簾布層內(nèi)引起脫層，氣密層必須具有良好的氣密性。本次設(shè)計氣密層膠選用氯化丁基橡膠/天然橡膠（并用比為70/30）并用配方，兼顧了輪胎的氣密性和工藝性能。氣密層厚度為2.5 mm，寬度以包到胎趾部位為佳。

3.4 胎圈

胎圈采用單鋼絲圈結(jié)構(gòu)設(shè)計，采用直徑為0.96 mm的19#回火胎圈鋼絲，排布型式為10×11，鋼絲圈直徑為729 mm，安全倍數(shù)大于6[5-7]。

3.5 胎冠簾線角度和簾線假定伸張值

由于該規(guī)格輪胎內(nèi)輪廓呈扁平形，為保證輪胎使用性能，根據(jù)經(jīng)驗，本設(shè)計胎冠簾線角度取60.5°，簾線假定伸張值取1.04。

3.6 成型

成型采用LCB-4B型壓輥包邊成型機，機頭直徑為835 mm，機頭寬度為750 mm。

3.7 硫化

硫化采用1 612.9 mm（63.5英寸）蒸鍋式雙模定型硫化機，以保證最佳的硫化效果和外緣尺寸的穩(wěn)定性。在模具上合理布置排氣孔和排氣線，有利于提高輪胎的外觀合格率。

硫化條件為：內(nèi)溫 （168±5） ℃，外溫（145±2） ℃，內(nèi)壓 （2.6±0.2） MPa，經(jīng)硫化測溫確定最佳正硫化時間。

3.8 外觀設(shè)計

由于市場競爭日趨激烈，客戶在追求產(chǎn)品內(nèi)在質(zhì)量的同時，也十分關(guān)注產(chǎn)品外觀形象。本設(shè)計在冠部花紋沿圓周六等分刻上“IN445/50D710”字樣，同時在胎側(cè)增加了安全警示語、充氣壓力和負荷等標識，可更有效地指導(dǎo)用戶規(guī)范使用。

4 工藝控制

該輪胎在實際生產(chǎn)中易出現(xiàn)花紋溝底裂和胎里漏線、胎里窩氣及胎側(cè)重皮裂口等外觀質(zhì)量問題。為提高輪胎的內(nèi)在質(zhì)量，需加大對重點工藝的監(jiān)控，具體措施如下。

（1）確保密煉機混煉時間和溫度達到工藝要求。

（2）嚴格控制氣密層的質(zhì)量，特別是貼合對正度需符合要求，氣泡須挑破壓實。

（3）胎面接頭須壓實、平整。

（4）嚴格控制成型工藝，特別是布筒周長和角度須符合施工要求，簾布筒差級分布均勻。

（5）嚴格扎眼工藝，加大胎坯穿刺密度。

（6）硫化前使膠囊充分預(yù)熱和伸張，控制一次及二次定型高度，避免成品輪胎胎里缺陷。

（7）加強輪胎后充氣工藝控制，硫化后必須確保3.5 min內(nèi)進行后充氣。

5 成品性能

5.1 充氣外緣尺寸

在標準充氣壓力下，測得輪胎的充氣外直徑為1 199 mm，充氣斷面寬為446.8 mm，充氣后冠弧半徑為788 mm，下沉量為59 mm，均滿足設(shè)計要求。

5.2 成品物理性能

成品輪胎的物理性能試驗結(jié)果見表1。從表1可以看出，成品輪胎的各項物理性能均符合國家標準要求。

表1 成品輪胎的物理性能試驗結(jié)果

5.3 實際裝車路試

在路況為沙地、巖石等復(fù)雜路面，以試驗車型為JLG 1350SJ直臂式高空作業(yè)車進行小批量實際裝車對比試驗。從反饋信息看，輪胎的整體剛性大，下沉量小，穩(wěn)定性好，升高時不打擺，通過性好。

6 結(jié)語

IN445/50D710 20PR TL R-4特種高空作業(yè)車輪胎的外緣尺寸符合設(shè)計要求，其物理性能可達到國家標準要求。該規(guī)格輪胎自投產(chǎn)以來，外觀合格率達99.7%以上，投放市場后以優(yōu)異的質(zhì)量贏得了用戶的肯定，給公司帶來良好的經(jīng)濟效益。