雪地用途23.5R25全钢工程机械子午线轮胎的设计

夏效坤，谢仕强，张燕龙，赵 君，郭永芳

[泰凯英（青岛）专用轮胎技术研究开发有限公司，山东 青岛 266100]

在北美和北欧的部分国家因地处高纬度，在冬季大部分地区都被冰雪覆盖，且降雪频次较高，普通轮胎在雪地上的抓着性能、驱动性能和制动性能下降，存在安全隐患。同时，在北美和北欧的国家多为发达国家，安全意识较强，其部分矿山和建筑商通常要求工程机械设备在冬季替换为雪地轮胎。23.5R25 L3全钢工程机械子午线轮胎主要用于装载机[1]，是L3产品中市场需求量较大的产品。随着海外市场对该规格雪地轮胎需求的增长，我公司开发了雪地用途23.5R25 L3全钢工程机械子午线轮胎，现将产品的设计情况介绍如下。

1 技术要求

根据美国轮胎轮辋标准协会标准（TRA—2016），确定雪地用途23.5R25 L3全钢工程机械子午线轮胎的技术参数如下：标准轮辋19.50/2.5，充气外直径（D′） 1 617（1 587.5～1 646.5） mm，充气断面宽（B′） 597（579.1～650.7） mm；L3产品用途两星设计要求标准充气压力（10 km·h-1速度下） 650 kPa，标准单胎负荷 14 500 kg。

2 结构设计

2.1 外直径（D）和断面宽（B）

全钢工程机械轮胎因胎体和带束层的钢丝帘线强度较高，通常情况下其充气前后的外缘尺寸变化较小，根据以往设计经验，结合对一线竞品轮胎的分析，本次设计D取1 592 mm，B取596 mm。

2.2 行驶面宽度（b）和弧度高（h）

b和h对轮胎行驶过程中的稳定性和耐磨性能影响较大，通常情况下b/B取0.85～0.95，h/H（断面高）取0.04～0.06，按照以往设计经验，本次设计b取530 mm，即b/B为0.89；h取24.5 mm，即h/H为0.05。

2.3 胎圈着合直径（d）和着合宽度（C）

该产品无内胎，胎圈与轮辋采用过盈配合设计，过盈量的大小关系到轮胎的气密性以及轮辋装卸的难易程度等，过盈量不合适可能会导致轮胎在行驶过程中与轮辋之间产生相对位移等问题[2-4]。本次设计标准轮辋直径为635 mm，轮辋圈座角度为5°，d取630 mm，胎圈底座处角度采取变角度设计，胎踵和胎趾处的角度分别为6°和0°。C一般情况下等于轮辋的着合宽度，因此本设计C取496 mm。

2.4 断面水平轴位置（H1/H2）

装载机的作业特点决定了其对轮胎胎圈部位性能要求较高，为了避免胎圈部位应力集中导致胎圈爆等风险，应将断面水平轴略微上移，以降低胎圈部位受力。本次设计适当增大H1/H2，取0.88。轮胎断面轮廓如图1所示。

图1 轮胎断面轮廓示意

2.5 胎面花纹

该产品主要用于雪地路况下的装载机，应考虑该使用场景下的操控性能，需要轮胎在冰雪等光滑路面上具有较好的抓着性能、驱动性能和制动性能，因此胎面花纹设计具有以下主要特点。（1）采用牵引型的横向花纹沟设计，花纹块的排列采用横向四块＋五块交替组合的方式，且横向四块花纹块与横向五块花纹块的总宽度采用变化设计，即排列方式为“长-短-长-短”；相比于常规等宽度的设计，该种设计可以提升轮胎在冰雪和泥泞路面上的驱动性能和制动性能。（2）采用纵向花纹沟以提升轮胎的防侧滑性能。（3）花纹沟宽度从冠中位置到胎肩位置逐渐变大，以提高花纹自洁性能。（4）所有花纹块上均设置有波浪形钢片，且使用3D钢片，可以有效提升轮胎的抓着性能。（5）花纹沟底采用全圆弧设计，降低在低温环境下出现花纹沟底裂的风险。本次设计花纹深度为35 mm，花纹饱和度为58%，花纹周节数为21。

胎面花纹展开如图2所示，轮胎花纹立体效果如图3所示。

图2 胎面花纹展开示意

图3 轮胎花纹立体效果

3 施工设计

3.1 胎面

普通胎面胶在低温环境下发脆变硬，易出现崩花掉块现象，本次设计胎面采用雪地轮胎专用胎面胶配方，胶料在低温环境下仍保持较好的弹性。成型采用胎面缠绕方式，由冷喂料挤出机挤出胶条，将其缠绕在已经完成定型的胎坯上。

3.2 带束层

采用4层带束层结构设计，1#—3#带束层均使用3＋9＋15×0.22＋0.15NT钢丝帘线，帘布压延密度和裁断角度略有不同；4#带束层为保护层，使用4×6×0.25HE钢丝帘线。带束层的安全倍数为8.1。

3.3 胎体

胎体使用3＋9＋15×0.22＋0.15NT钢丝帘线，采用高反包设计，胎体反包端点高于断面水平轴。胎体的安全倍数为6.6。

3.4 胎圈

采用传统的六边形钢丝圈结构，胎圈钢丝直径为1.65 mm，覆胶后直径为1.8 mm，钢丝圈排列方式为9-14-9，共计124根。胎圈的安全倍数为8.4。

3.5 成型

采用软控股份有限公司生产的一次法成型机成型，为四鼓式成型机，与胎面缠绕设备相匹配，生产效率较高。成型鼓的初始贴合直径为575 mm，带束层贴合鼓周长为4 490 mm。

3.6 硫化

采用单模蒸锅式硫化机硫化。硫化条件为：内温 （170±3） ℃，外温 （140±3）℃，内压（2.8±0.1） MPa，外压 （0.21±0.02） MPa，总硫化时间 170 min。硫化轮胎无过硫和缺胶等缺陷，检测合格。

4 成品轮胎性能

4.1 充气外缘尺寸

按照GB/T 521—2012《轮胎外缘尺寸测量方法》测量成品轮胎外缘尺寸。安装在标准轮辋上的轮胎在标准充气压力下的D′为1 600 mm，B′为614 mm，符合国家标准要求。

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，成品轮胎胎面胶的各项物理性能指标满足GB/T 1190—2018要求。

表1 成品轮胎胎面胶的物理性能

4.3 耐久性能

按照GB/T 30193—2013并结合企业标准进行耐久性试验，试验条件如表2所示。企业标准要求轮胎在耐久性试验中必须进入第8阶段，实际试验中轮胎进入第9阶段出现胎圈脱层，轮胎的耐久性能达到企业标准要求，超过国家标准要求。

表2 成品轮胎的耐久性试验条件

5 结语

本次开发的雪地用途23.5R25 L3全钢工程机械子午线轮胎的充气外缘尺寸和物理性能达到国家标准要求，耐久性能满足企业标准要求，并且远高于国家标准要求。产品投放市场后表现较好，在北欧和北美地区市场占有率较高，为公司带来了良好的经济效益。