14.00-24 28PR T17矿山工程机械轮胎的设计

侯慧锦

（徐州徐轮橡胶有限公司，江苏 徐州 221011）

近年来，国家强化基础设施建设，带动了采矿业迅速发展，矿山工程机械轮胎需求量不断增长，品种不断增多。由于使用环境恶劣，矿山工程机械轮胎要求具有较好的耐磨、抗刺扎、抗切割和抗崩花掉块性能。我公司开发的14.00-24 28PR T17 矿山工程机械轮胎用户反映性能良好。现将其结构和施工设计情况简介如下。

1 技术要求

根据客户要求并参照中国轮胎轮辋标准年鉴，确定14.00-24 28PR T17 矿山工程机械轮胎主要技术参数为：标准轮辋10.00；充气外直径（D′）1370（1348～1392） mm，充气断面宽（B′）375（360～397） mm；最高行驶速度10 km·h-1时，充气压力925 kPa，额定负荷 10000 kg；最高行驶速度50 km·h-1时，充气压力650 kPa，额定负荷5600 kg。

2 结构设计

2.1 外直径（D）和断面宽（B）

由于矿山轮胎速度低、负荷大、胎体帘布层数多，根据设计经验及我公司实际生产工艺，并结合锦纶帘线的特点，本设计D取1365 mm，B取347 mm，外直径膨胀率（D′/D）为1.003，断面宽膨胀率（B′/B）为1.081。轮胎充气后D′/D小，轮胎的耐磨和抗刺扎性能提高。

2.2 行驶面宽度（b）和弧度高（h）

b和h是决定轮胎胎冠形状的主要参数，设计不当直接影响轮胎的使用性能。b过大，胎肩厚度大、生热高、散热困难，容易引起胎肩、胎冠脱层，缩短轮胎的使用寿命；b过小，轮胎与地面接触面积小，接地压力大，轮胎耐磨性能差。综合考虑，本设计b取302 mm，h取25 mm，b/B为0.87，h/H为0.0668。

2.3 胎圈着合直径（d）和着合宽度（C）

为保证轮胎在行驶过程中胎圈与轮辋配合紧密、不打滑，且易于轮胎装卸，本次设计d取616 mm，C取254 mm，胎趾倾角为5°。

2.4 断面水平轴位置（H1/H2）

断面水平轴是轮胎在使用过程中法向变形最大的位置，H1/H2过小，即断面水平轴偏低，接近下胎侧，轮胎行驶过程中应力、应变集中在胎圈部位，易造成胎圈爆破；H1/H2过大，即断面水平轴较高，应力和应变集中于胎肩部位，容易造成肩空和肩裂。综合考虑，本设计H1取177 mm，H2取197.5 mm，则H1/H2为0.896。轮胎断面如图1所示。

图1 轮胎断面示意

2.5 胎面花纹

胎面花纹为加宽块状花纹。这种花纹具有花纹块大、耐磨、抗刺扎和不易掉块的特点。花纹沟壁倾角取10°，花纹沟底部采用半径5 mm小圆弧与沟壁相切，形成向上开放的U形沟槽，使花纹沟具有良好的自洁性，不易夹石子，不易产生基部裂口。花纹深度取25 mm，基部胶厚度为花纹深度的30%。为了提高胎冠耐磨性能，取64.8%的较大花纹饱和度。胎面花纹展开如图2所示。

图2 胎面花纹展开示意

2.6 胎圈排气线

由于矿山工程机械轮胎负荷大、帘布层多、胎圈宽度较大，在产品成型过程中易出现胎圈空及胎圈皱褶等质量缺陷，造成胎圈部位帘布层间存在较多气体，在硫化过程中这些气体无法排出，在胎圈部位形成气疤。

本设计在轮胎胎趾和胎踵部位设置排气线，沿轮胎圆周26等分，一方面有利于排气，减少胎圈出现疤痕；另一方面增大胎圈与轮辋的摩擦力，防止胎圈与轮辋滑动。

3 施工设计

3.1 胎面

胎面采用三方四块结构，由2块胎冠胶和2块胎侧胶组成。胎冠胶由耐磨性能好的上层胎面胶与生热低的下层胎肩胶复合而成，在提高轮胎耐磨性的同时降低胎面与帘布层间的生热，减少轮胎胎冠、胎肩脱层现象。胎面冠部宽度为550 mm，厚度为33 mm，长度为2810 mm，质量为51.5 kg。

由于矿山工程机械轮胎使用条件恶劣，胎侧碰伤、刮伤是常见现象。为此，采用加厚胎侧的方法提高胎侧的防擦性能。本设计胎侧厚度比常规胎侧厚度增大2 mm，胎侧宽度为310 mm，长度为2750 mm，厚度为8 mm，质量为15.5 kg。

3.2 胎体和缓冲层

本设计轮胎负荷大，因此要求胎体强度高。胎体采用16层高强度1400dtex/3锦纶66浸胶帘布（12V1+4V2）；缓冲层采用2层930dtex/2锦纶66帘布（2V2），以增强冠部抗冲击性能。缓冲层采用一宽一窄结构，最宽层延至水平轴上方，一方面使缓冲端点避开肩部应力集中点，减少胎肩脱空现象；另一方面加强上胎侧强度，减少由于轮胎屈挠变形大而导致的胎侧开裂现象。胎体帘布裁断角度为33°，胎体安全倍数11.5。

3.3 胎冠帘线角度

胎冠帘线角度直接影响轮胎的外缘尺寸和耐磨、抗刺扎和抗切割性能。本设计胎冠帘线角取较大值55°，以增强轮胎冠部刚性，减小轮胎充气后外缘尺寸膨胀率，提高轮胎耐磨和抗刺扎性能。

3.4 胎圈

钢丝圈采用直径1.0 mm的回火胎圈钢丝，排列方式为10×9，三钢丝圈结构。由于本设计胎圈较宽，为使胎圈与轮辋紧密配合，钢丝圈采用大小圈结构，1和2号钢丝圈为小圈，直径为630 mm，3号钢丝圈为大圈，直径为639 mm，钢丝圈安全倍数大于9倍。

3.5 成型

成型采用LCX-3B成型机，成型机头为卸鼓肩式，成型机头直径为900 mm，帘布假定伸张值为1.035，成型机头宽度为675 mm，胎体帘布成型方式为4-4-4-4，胎面采用侧包冠工艺。

3.6 硫化

采用立式硫化罐硫化，外压蒸汽压力为（0.28±0.02） MPa，过热水进口压力为2.6～2.7 MPa，过热水温度为（165±5） ℃，循环水压力≥2.0 MPa，硫化总时间为235 min。

4 工艺管理

由于本设计轮胎使用条件苛刻，为保证轮胎使用质量，生产过程中应重点控制以下几个方面。

（1）胎面各部位尺寸、帘布尺寸符合施工表要求，保证材料分布均匀，避免应力集中。

（2）成型过程中反包帘布拉紧、压实，正包帘布压实，避免出现胎圈空、胎圈皱褶现象，影响轮胎成品质量。

（3）帘布筒和胎侧上正，避免成品轮胎两侧的胎圈宽窄不一。

（4）多次定型，保证水胎充分舒展，避免成品轮胎胎里皱褶。

（5）轮胎出模后及时后充气，减小帘线收缩率，避免胎冠、胎肩早期脱层现象。

5 成品轮胎性能

5.1 外缘尺寸

安装在标准轮辋10.00上的成品轮胎在标准充气压力下，D′和B′分别为1368 mm和370 mm，符合设计及国家标准要求。

5.2 物理性能

成品轮胎的物理性能测试结果如表1所示。从表1可以看出，成品轮胎物理性能达到相应国家标准要求。

表1 成品轮胎物理性能

5.3 耐久性能

按照 GB/T 30193—2013对成品轮胎进行耐久性能试验，当累计行驶时间达到47 h时轮胎未损坏，增大20%负荷继续进行试验，直至轮胎损坏，结果如表2所示。从表2可以得出，轮胎累计行驶时间为53.25 h，累计行驶里程为798.75 km，轮胎耐久性能满足国家标准要求。

表2 成品轮胎耐久性能试验

6 结语

本设计14.00-24 28PR T17 矿山工程机械轮胎的充气外缘尺寸、物理性能和耐久性能均符合国家标准及设计要求，生产工艺稳定，成品轮胎外观质量优良。该产品批量生产并投入市场后，受到用户一致好评，为企业创造了良好的社会和经济效益。