16.00-25 36PR E-3宽体矿用自卸车轮胎的设计

庄玉森

（威海中威橡胶有限公司，山东 威海 264200）

近年来，我国出现了一类具有中国特色的非公路运输车辆（工程机械）—宽体矿用自卸车，我公司通过调查，针对性地开发了承载能力强、耐磨性能和抗切割性能好的13.00－25，14.00－24，14.00－25和16.00－25等规格矿用宽体自卸车轮胎，取得了良好的效益。现以规格为16.00－25 36PR E-3产品为例，介绍矿用宽体自卸车轮胎的设计。

1 技术要求

宽体矿用自卸车自质量一般约为40 t，载质量约为50 t。据调查，自卸车主要应用于露天矿山土方剥离层运输，工作条件非常恶劣，矿区运距一般为3～6 km，道路弯多，泥土路面，接近开采区路面碎石多，部分路面坡度较大，雨季道路湿滑泥泞，夹杂碎石，轮胎很容易割伤；自卸车轮胎实际使用气压为0.8～1.2 MPa，一般满载行驶速度不超过15 km·h-1，空车行驶速度不超过30 km·h-1；自卸车作业强度高，基本上换人不停车，轮胎使用周期一般为3～4个月。

宽体矿用自卸车轮胎损坏的主要形式是鼓包脱层、胎体帘线折断以及胎圈爆破等，退赔率较高，因此其设计原则以提高胎体强度、降低变形生热、减少胎冠和胎肩脱空、提高耐磨性能为目的，采用宽且深的大块工程花纹，以保证轮胎具有良好的牵引性和通过性，胎面具有良好的耐磨性能、抗刺扎性能和抗撕裂性能。

2 结构设计

2.1 外直径（D）和断面宽度（B）

由于作业环境极差，断面高度（H）/B宜取大值，以使轮胎充气后胎冠仍在收缩状态工作，从而提高胎面耐磨性能和抗刺扎性能。另外，轮胎的负荷能力取决于内腔容积及充气压力。在保证轮胎充气外缘尺寸符合国家标准的前提下，合理增大轮胎模型尺寸，可提高轮胎的承载能力。根据公司生产工艺状况，本设计D取1 490 mm，B取390 mm，H/B取1.10。

2.2 行驶面宽度（b）和弧度高（h）

为提高轮胎负荷能力和胎面耐磨性能，采用较大的行驶面弧度半径和行驶面宽度。本设计b/B取0.897 4，b为350 mm；h/H取0.079 4，h为34 mm。

2.3 胎圈着合宽度（C）和着合直径（d）

为增大胎侧支撑能力，减小胎侧变形，使轮胎与轮辋紧密配合，本设计C与标准轮辋宽度相同，为286 mm。

由于车辆重载，制、启动力矩很大，为解决胎圈与轮辋配合不紧而产生的磨胎圈等问题，本设计d取633 mm，胎趾倾角为5°。

2.4 断面水平轴位置（H1/H2）

H1/H2的取值对轮胎使用性能影响很大，由于车辆重载，轮胎下沉量较大，相应胎圈部位应力大，热量积累迅速，极易引发胎圈早期爆破。本设计H1/H2取0.869 0，使水平轴适当上移，以减小胎圈部位的应力和应变。

根据以上确定参数绘制的轮胎断面形状如图1所示。

制版过程的主要污染源于化学蚀刻剂。随着半导体与电路板行业的兴起，成熟的金属蚀刻技术及污染处理方案，为我们探讨铜版画的化学制版方法提供了参考。作为为硝酸的替代材料，金属盐蚀刻剂逐步应用于铜版画的制版，当然，它们也存在重金属污染的隐患。而新兴的无酸电解制版法，则代表了无毒制版的发展趋势。

图1 轮胎断面形状示意

2.5 胎面花纹

针对车速低和路况极差的特点，选用耐磨性能和牵引性能好的E-3型横向花纹，花纹沟和花纹块均适当加宽。花纹沟采用开放式结构，同时适当增大剖面角度以及沟底连接弧度，这不但可以防止花纹沟底因夹石子而引起的花纹沟裂，还可以有效减少沟底的应力集中。花纹深度取较大值，为33.5 mm，花纹周节数为28。本设计胎面花纹展开如图2所示。

图2 胎面花纹展开示意

2.6 外观设计

由于市场竞争日趋激烈，在追求产品内在质量的同时，也应不断改变产品外观形象。本设计冠部花纹沿圆周六等分刻上“16.00－25”轮胎规格，既美观又醒目；胎侧刻“矿山专用”“抗切割加强型”等轮胎特征，以更有效指导轮胎使用。

3 施工设计

3.1 胎面

胎面上层胶采用新开发的矿山轮胎专用配方，以提高轮胎的耐磨性能、抗切割性能、抗刺扎性能；为防止肩空，胎面基部胶以低生热和粘合性能好为主要配方设计目标，胎侧胶以抗屈挠龟裂性能和耐老化性能好为主要配方设计目标。

胎面成型采用缠绕法，这不但大大提高了胎面的密实性，而且有效减少了轮胎使用中胎面崩花掉块和接头开裂问题。

3.2 胎体及缓冲层

鉴于实际使用中轮胎气压较高，且重载，本设计胎体采用16层1260dtex/3V1锦纶6帘布作为骨架材料，成型方式为5-5-4-2，计算得出胎体安全倍数为12.2；采用等伸张结构，以减小帘布层间的剪切力。

缓冲层采用4层930dtex/2V3锦纶6帘布。为了最大限度地避开肩部应力集中区，缓冲层端点达到防擦线部位；缓冲胶片覆盖缓冲层端点，以增大粘合力。另外，缓冲层帘布裁断角度比胎体帘布大3°，以利于减小冠部膨胀，提高轮胎的耐磨性能和抗刺扎性能。

3.3 胎圈

为使胎圈有足够的强度和刚度，采用三钢丝圈结构，钢丝圈采用Ф0.96 mm的19#回火钢丝，排列方式为10×12，3个钢丝圈采用不同的内径，以保证钢丝圈底部材料压缩因数基本一致，防止钢丝圈受力不均。采用14 mm×25 mm大三角胶条，以使胎圈部位材料均匀过渡，同时使胎侧保持一定挺性，避免趾口爆破。钢丝圈包布和胎圈包布采用锦纶帆布，以增强胎圈的耐磨性能和刚性。

3.4 成型

轮胎成型采用LC-G4.5型工程机械轮胎成型机，半芯轮式机头直径为890 mm，胎里直径与机头直径的比值为1.5，帘线假定伸张值为1.035，胎冠角度为53.5°，机头宽度为835 mm。

3.5 硫化

采用立式硫化罐胶囊硫化，硫化工艺条件为：内温 （170±5） ℃，外温 （145±2） ℃，内压（2.8±0.2） kPa，通过轮胎硫化测温和等效硫化计算，并根据轮胎物理性能确定总硫化时间。轮胎硫化结束后，应注意向硫化罐内和胶囊内充内压冷却水，以免锦纶帘布急剧收缩，造成轮胎耐磨性能和抗刺扎性能下降、易脱层等质量问题。

4 工艺控制

为提高轮胎质量，需加强重点工艺监控。

（1）原材料定点、批量采购，并建立质检和质保体系，确保原材料质量稳定。

（2）严格按照ISO 9001质量管理体系控制生产，不合格半成品不流入下道工序，确保半成品质量。

（3）合理安排生产计划，做到胶料、帘布和半成品按顺序使用，防止半成品表面喷霜。

（4）严格控制胎面缠绕质量和尺寸。

（5）成型胎坯上架，防止变形。

（6）胎坯扎眼必须落实到位。

（7）加强硫化设备的巡回检查，特别注意内压波动情况。

5 成品轮胎性能

5.1 外缘尺寸

按照GB/T 521—2012《轮胎外缘尺寸测量方法》测得的成品轮胎外缘尺寸为：充气外直径1 491.5 mm，充气断面宽 431.7 mm，符合GB/T 9744—2007《载重汽车轮胎》要求。

5.2 物理性能

成品轮胎物理性能见表1。从表1可以看出，成品轮胎物理性能达到GB/T 1190—2009《工程机械轮胎技术要求》指标。

表1 成品轮胎物理性能

5.3 装车试验

本设计产品2014年初开始小批量投放越南煤矿进行实际装车试验。试验车型为山东临沃重机有限公司生产的MT90宽体矿用自卸车，车辆自身质量约为40 t，矿石装载量约为55 t，重载下坡，行驶路面泥浆呈酸性，夹杂较多碎石块，道路弯多。试验结果为，轮胎实际平均寿命可达5个月，轮胎整体刚性大，下沉量小，生热低，耐磨性能较好，未出现爆胎、脱层等问题，性价比高，用户十分满意。

6 结语

16.00－25 36PR E-3宽体矿用自卸车轮胎性能达到国家标准或设计要求，生产工艺稳定。自投放市场以来，该轮胎产品以独特的强韧胎体、优良的承载性能和耐磨性能而深受用户喜爱，经济效益显著。