20.8-42 R-1W無(wú)內(nèi)胎農(nóng)業(yè)輪胎的設(shè)計(jì)

陳 朋，關(guān) 雨，孟 龍，蘇 甜

（1.青島科技大學(xué) 高分子科學(xué)與工程學(xué)院，山東 青島 266042；2.徐州徐輪橡膠有限公司，江蘇 徐州 221011）

近年來(lái)，隨著政府大力提倡農(nóng)業(yè)規(guī)模化經(jīng)營(yíng)，大功率農(nóng)業(yè)機(jī)械銷量逐年上升，其中廣泛應(yīng)用的大型拖拉機(jī)更是如此。與此同時(shí)，與大型拖拉機(jī)配套的大規(guī)格農(nóng)業(yè)輪胎需求量也日益增長(zhǎng)。為滿足市場(chǎng)需求，我公司設(shè)計(jì)了20.8-42 R-1W無(wú)內(nèi)胎農(nóng)業(yè)輪胎。現(xiàn)將該輪胎的設(shè)計(jì)情況介紹如下。

1 技術(shù)要求

根據(jù)輪胎使用特點(diǎn)并參照《中國(guó)輪胎輪輞氣門嘴標(biāo)準(zhǔn)年鑒》（2014），確定20.8-42 R-1W無(wú)內(nèi)胎農(nóng)業(yè)輪胎主要技術(shù)參數(shù)為：標(biāo)準(zhǔn)輪輞規(guī)格 W18L，胎面花紋 濕地牽引型R-1W花紋，充氣外直徑（D′） （1 950±20） mm，充氣斷面寬（B′） （530±15） mm，標(biāo)準(zhǔn)充氣壓力 160 kPa，額定負(fù)荷 3 875 kg，最高行駛速度 40 km·h-1。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 外直徑（D）和斷面寬度（B）

由于緩沖層采用模量較高的聚酯簾布，冠部剛性強(qiáng)，輪胎充氣后受圓周方向聚酯簾布的箍緊作用，外直徑膨脹率（D′/D）較小，D應(yīng)稍大于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)值；斷面寬膨脹率（B′/B）較大，B取偏小值。本次設(shè)計(jì)D′/D取1.002 8，B′/B取1.03，D為1 945 mm，B為515 mm。

2.2 行駛面寬度（b）和弧度高（h）

考慮輪胎規(guī)格較大，為增大其行駛接地面積、降低單位面積壓力、提高耐磨性能，本次設(shè)計(jì)b取465 mm，b/B為0.90；h取22 mm，h/斷面高（H）為0.05；冠部行駛面采用兩段弧設(shè)計(jì)，其中一段為平弧，其寬度為110 mm。

2.3 胎圈著合直徑（d）和著合寬度（C）

由于無(wú)內(nèi)胎，且規(guī)格較大，為保證輪胎的氣密性，本次設(shè)計(jì)胎圈過(guò)盈量取5.6 mm，d為1 066 mm；為避免輪胎裝卸困難，C與W18L輪輞寬度相同，C為457 mm。

2.4 斷面水平軸位置（H1/H2）

斷面水平軸是輪胎在負(fù)荷下法向變形最大的部位，水平軸高低決定輪胎胎圈與肩部的受力狀態(tài)。一般來(lái)講，H1/H2值在0.7～1.0，由于我公司鋼絲圈的鋼絲排布為矩形且較細(xì)，因此斷面水平軸應(yīng)適當(dāng)提高，以使胎圈和胎肩部位應(yīng)力較小。本次設(shè)計(jì)H1取208 mm，H2取231.5 mm，H1/H2為0.899。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

本次設(shè)計(jì)采用的R-1W胎面花紋是大型拖拉機(jī)專用胎面花紋[1]，具有抓著性能和耐磨性能好、土壤壓實(shí)度小等特點(diǎn)。胎面花紋的具體參數(shù)如下：花紋深度為51 mm（國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的1.2倍），花紋周節(jié)數(shù)為24，花紋飽和度為22.2%，花紋塊排列角度為29°。胎面花紋展開(kāi)如圖2所示。

圖2 胎面花紋展開(kāi)示意

2.6 負(fù)荷能力

充氣輪胎負(fù)荷（G）依據(jù)《TRA工程設(shè)計(jì)手冊(cè)》（2014）計(jì)算：

式中K——負(fù)荷因數(shù)，取1.750；

P——充氣壓力，kPa；

P0——?dú)鈮合禂?shù)，取60 kPa；

V——體積因數(shù)；

SN——輪胎名義斷面寬度，mm；

DR——輪輞名義直徑，mm。

本次設(shè)計(jì)輪胎的標(biāo)準(zhǔn)負(fù)荷為4 125 kg，可以看出設(shè)計(jì)負(fù)荷滿足要求。

3 施工設(shè)計(jì)

3.1 胎面

胎面分為胎冠和胎側(cè)兩部分。冠部采用農(nóng)業(yè)輪胎專用胎冠膠，采用纏繞方式成型；側(cè)部采用農(nóng)業(yè)輪胎專用胎側(cè)膠（2塊），厚度10為 mm。

3.2 胎體和緩沖層

胎體采用2層1870dtex/2V1錦綸66簾布，簾布裁斷角度為6°。

緩沖層采用5層2200dtex/2V1聚酯簾布，簾布裁斷角度為66°，寬度分別為400，420，400，380，360 mm。

胎體和緩沖層簾布的主要性能如表1所示。

表1 胎體和緩沖層簾布主要性能

3.3 鋼絲圈

胎圈采用單鋼絲圈結(jié)構(gòu)，鋼絲為直徑1.0 mm的回火鋼絲，排列方式為13×13；鋼絲圈直徑為1 080 mm，鋼絲圈包布為1層，厚度為0.94 mm；胎圈包布層為1層，厚度為1.05 mm，安全倍數(shù)在8以上。

3.4 成型

成型采用半鼓式成型鼓，胎體簾布為套筒式，成型方式為2-0。本次設(shè)計(jì)成型鼓直徑取1 200 mm，寬度取975 mm。

3.5 硫化

輪胎采用95英寸（2 413 mm）B型硫化機(jī)硫化，外壓蒸汽壓力為（0.28±0.02） MPa，過(guò)熱水進(jìn)口壓力為（2.6～2.7） MPa，過(guò)熱水溫度為（165±2） ℃，循環(huán)水壓力不小于2.0 MPa，總硫化時(shí)間為138 min。

3.6 輪胎成品各部位和半成品設(shè)計(jì)厚度

輪胎成品各部位和半成品的設(shè)計(jì)厚度如表2所示。

表2 輪胎成品各部位和半成品設(shè)計(jì)厚度

4 成品性能

4.1 外緣尺寸和質(zhì)量

安裝在W18L標(biāo)準(zhǔn)輪輞上的成品輪胎在160 kPa充氣壓力下放置24 h，測(cè)得的輪胎外直徑為1 960 mm，斷面寬為536 mm，符合設(shè)計(jì)要求。成品輪胎質(zhì)量為210 kg，符合客戶要求。

4.2 物理性能

成品輪胎物理性能測(cè)試結(jié)果如表3所示。

表3 成品輪胎物理性能測(cè)試結(jié)果

4.3 胎冠簾線角度

成品輪胎胎冠簾線角度為8°～9°（設(shè)計(jì)值為9.5°）。

4.4 燃油消耗量

將本次設(shè)計(jì)的成品輪胎在鹽城大豐市上海農(nóng)場(chǎng)進(jìn)行了裝車對(duì)比試驗(yàn)。結(jié)果表明，與裝配某公司同規(guī)格輪胎的拖拉機(jī)相比，裝配本次設(shè)計(jì)成品輪胎的拖拉機(jī)每公頃作業(yè)燃油消耗量減小2.115 L，減幅達(dá)12%。

5 結(jié)語(yǔ)

本次設(shè)計(jì)的20.8-42 R-1W無(wú)內(nèi)胎農(nóng)業(yè)輪胎充氣外緣尺寸、質(zhì)量和物理性能達(dá)到設(shè)計(jì)或國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求。該輪胎裝配于大型拖拉機(jī)上具有牽引性能好和燃油消耗量耗小等特點(diǎn)，綜合經(jīng)濟(jì)效益顯著。