120/90－26 6PR R2农业轮胎的设计

睢安全

（徐州徐轮橡胶有限公司，江苏 徐州 221011）

随着我国农村产业化进程的推进，农业机械产业快速发展。新型打药机是一种高效植物保护机械（以下简称植保机），采用水、旱两用轮，适用于水、旱田作业，适合矮秆作物幼苗期、生长期农药喷洒，具有喷幅宽、容量大等特点，是理想的乘座式高效田间管理机械[1-2]。为满足打药机需求，我公司开发了120/90－26 6PR R2农业轮胎，适宜在植保机上使用，现将其设计情况简介如下。

1 技术要求

根据客户提出的要求，植保机主要在田垄间作业，作业时不能损坏田间作物，这就要求轮胎的外直径（D）大，断面宽（B）小；作为驱动轮使用，轮胎的抓着力要大，因此确定120/90－26 6PR R2农业轮胎的主要技术参数为:标准轮辋 4J，充气外直径（D′）940（930～955）mm，充气断面宽（B′）123（113～133）mm，层级 6，花纹类型 R2，标准充气压力 320 kPa，额定负荷 680 kg，最高行驶速度 15 km·h-1。

2 结构设计

2.1 外直径和断面宽

外直径和断面宽膨胀率（B′/B）的选取直接关系到成品轮胎能否达到植保机的使用和性能要求。借鉴R2农业轮胎的设计经验以及我厂的生产工艺情况，并根据聚酯帘线的特点，本设计轮胎的外直径膨胀率（D′/D）为0.993，B′/B为1.02，由此计算出轮胎的D为952 mm，B为122 mm，并根据所确定的模型尺寸验算其负荷能力可达到客户车辆使用要求。

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，本设计轮胎主要用于田垄上的驱动作业，因此需要较大的接地面积，才能保证轮胎的支撑能力和操纵性能以及车辆的平稳行驶[3-4]。综合考虑轮胎的肩部厚度，b/B取0.97，b为118 mm，h为9 mm。

2.3 胎圈着合直径（d）和着合宽度（C）

本设计轮胎为有内胎轮胎，装于5°斜底轮辋，d取664 mm。根据经验C/B取0.84，C设计为102 mm，胎圈角度为5°。

2.4 断面水平轴位置（H1/H2）

断面水平轴是轮胎在负荷下法向变形最大的位置。在保证轮胎内轮廓平衡的前提下，避免应力集中在上胎侧或下胎侧，造成胎肩脱空或胎圈部位折断，本设计由于花纹较深，H1取46 mm，H2取98 mm，则H1/H2为0.47。轮胎断面轮廓见图1。

图1 轮胎断面轮廓示意

2.5 胎面花纹

根据植保机作业环境和驱动轮使用要求，本设计轮胎采用R2花纹，花纹深度为44.5 mm，花纹周节数为18，花纹饱和度为16.9%。花纹前角为15°，后角为22°～25°，前后角相差7°～10°。前角小，可提高花纹块对土壤的抓着力；后角大，可提高花纹块的支撑性能和离地时的自洁性能。胎面基部胶厚度为6 mm，花纹块根部倒半径为10～20 mm圆弧，避免冠部花纹根部应力集中造成根裂现象。轮胎胎面花纹展开如图2所示。

图2 轮胎胎面花纹展开示意

3 施工设计

3.1 胎面和胎侧

胎面采用冠侧一体结构，胎面胶采用水田专用胶配方，以提高胎面胶的耐磨性能，避免花纹掉块现象[5-6]。根据材料分布图设计，胎面总宽度为265 mm，胎冠宽度为50 mm，胎冠厚度为28.5 mm，胎侧厚度为4 mm。

3.2 胎体和胎圈

胎体采用2层高强度1670dtex/2聚酯帘布，安全倍数达到12，成型方式为2-0结构，即第1个布筒有2层帘布，第2个布筒为0层帘布。帘布裁断角为40°。

胎圈采用单钢丝圈设计，采用Φ1.0 mm的回火胎圈钢丝，5×5排列，钢丝圈直径为673 mm。胎圈安全倍数大于8。

3.3 成型

采用半鼓式成型机，成型鼓直径为705 mm，宽度为225 mm。按照现有的成型鼓内部连杆结构设计，在保证成型鼓强度及使用寿命的情况下，各连杆的厚度均有相应的要求（搭子厚度为23 mm，主连杆盘厚度为20 mm，副连杆盘厚度为30 mm，弯连杆厚度为38 mm，小连杆厚度为38 mm，碰块厚度为40 mm），据此设计的成型鼓机芯宽度最小为262 mm，已超出该成型鼓宽度[7-8]。因此，需要重新设计成型鼓内部连杆结构。新设计的成型鼓结构如图3所示。

图3 新设计的成型鼓结构示意

成型鼓设计为三瓦块，一块固定瓦，两块活动瓦，折叠后的成型鼓形状类似于半圆。固定瓦相对于成型鼓机芯中心的圆心角为130°，固定瓦两侧端点的最大距离为640 mm，固定瓦的尺寸决定了成型鼓的最大折叠直径；两块活动瓦的圆心角为115°，折叠后活动瓦被包含在固定瓦内，活动瓦保证了成型鼓的撑、合两种工作状态。

成型鼓撑开后，关闭活动档拨，成型鼓达到工作状态，外直径达到705 mm；成型鼓折叠时，打开活动档拨，两块活动瓦向内折叠，折叠后最大径向距离为640 mm，半成品圈口内直径约为668 mm，可以顺利完成卸胎。

按照成型鼓直径和钢圈直径可在3#压辊包边成型机上成型。胎体帘布和胎面均为套筒式。由于3#成型机后压辊有一定的使用范围，无法辊压正包，因此需要采用手动压辊的方式。

3.4 硫化

本设计轮胎采用水胎定型，水胎断面宽为103 mm，2#空气定型机的最小定型高度为165 mm，定型盘落到最低位置时胎坯无法定型。因此制作一种简易撑胎机，通过气缸控制撑胎直径为710～830 mm，并通过与水胎外形相似的半圆环将半成品撑起。将水胎对折，两头塞入撑胎后的半成品中，再将另外两侧压入半成品，水胎充气后定型完成。

采用200T四立柱硫化机硫化，由于本设计轮胎模具厚度为210 mm，将四立柱硫化机两层改为3层，每次可使用3副模具硫化[9-10]。硫化条件为:外压蒸汽压力（0.5±0.02）MPa，过热水进口压力2.6～2.7 MPa，过热水温度（168±3）℃，循环水压力 ≥2.2 MPa，硫化时间 75～80 min。

4 成品性能

4.1 外缘尺寸

使用标准轮辋，在标准充气压力下，本设计轮胎的D′为945 mm，B′为125 mm，充气外缘尺寸满足设计要求。

4.2 物理性能

成品轮胎胎面胶的物理性能见表1。

从表1可以看出，成品轮胎胎面胶的物理性能满足国家标准要求。

表1 成品轮胎胎面胶的物理性能

5 结论

120/90－26 6PR R2农业轮胎的制造工艺稳定、外观质量良好，充气外缘尺寸和物理性能均达到相应的设计和标准要求。该产品的研发填补了植保机市场轮胎产品的空白，为公司在养护农业机械轮胎方面的开发奠定了基础。