全钢巨型工程机械子午线轮胎轮廓设计方法探索及实践
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程 机械 子午 线轮 胎 生 产 技 术 ， 已经应 用 于全 钢 巨
的设 计 ， 并 可指 导 开 发其 他 规 格 产 品 。本 文重 点 介 绍 全钢 巨型工 程机 械子 午线轮 胎开 发过程 中轮 胎 轮廓 设计 方法 探索及 实践 。
１ 模 型轮 廓设 计思 路
型 工程 机械 子 午线 轮 胎 的 开 发 与生 产 ， 经 实 际 使 用 验证 ， 开 发成 功 的 轮胎 产 品性 能 接 近 国 际 同类
包括 预测 及控 制 充气 时 轮 胎 轮 廓变 化 、 控 制 轮 胎 带束 层端 部应 力 的变化 幅度 以及 预测并 控制 胎圈 区域 应力 与应 变 的变化 。 目前 该方 法 已经成 功应 用于 ４ ９ ～５ ７英 寸全 钢 巨型 工 程机 械 子 午 线轮 胎
院（ 以下简称 北 院 ） 牵头 ， 研 发 了一套 全钢 巨型 工
第１ ０期
蔡
庆等． 全 钢 巨 型 工程 机械 子午 线 轮 胎 轮 廓 设 计 方 法探 索 及 实 践
５ ７ ９
全 钢 巨型 工 程 机 械 子 午 线 轮 胎
轮 廓 设 计 方 法探 索及 实践
蔡 庆， 何 晓玫 ， 张 伟， 韩成勇
１ ０ ０ １ ４ ３ ） （ 北 京 橡 胶 工 业 研究 设 计 院 ， 北京
轮胎 轮廓 通常 的设计 方法 为 自然 平衡 轮廓设
计方 法ｎ ］ ， 即假 设 轮胎 充 气 后 帘 布层 帘 线 所 受 张
力呈 均匀 分布 ， 以 自然 平衡 轮廓 为 依据 设 计 的轮
胎充 气 时轮廓 变化 大致 呈均一 状态 。 自然平衡 轮 廓理 论仅 考虑 力 的平衡 ， 是 用 内压 决 定 轮胎 形 状 的方 法 ， 与轮胎 实 际情况 有较 大差 距 。
摘要： 采用形变控制设计方法（ Ｄ ｅ ｆ ｏ ｒ ｍａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ Ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ， ＤＣ Ｍ） 设 计 全 钢 巨 型工 程 机 械 子 午 线 轮 胎 轮 廓 ， 利 用 有 限 元 技 术 进行 分 析优 化 ， 并 研 制 出成 品 轮 胎 与 国外 品 牌 轮 胎 进 行 对 比试 验 。 全 钢 巨 型 工 程 机 械 子 午 线 轮 胎 具 有 高 负荷 、 瞬间受力大、 路 面使 用 条 件 苛 刻 等 特 点 ， 设计上应控制充气时轮廓 、 带 束 层 端 点 应 力 以及 胎 圈 区 域 的 应 力 应 变 。 有限元分析结果表明， 不 同 负荷 下 轮 胎 轮 廓 变 化 与 Ｄ Ｃ Ｍ 设 想一致 ， 且 轮 胎 最 大 应 力 位 置 始 终 在 肩 部 带 柬 层 端 点 附 近 。轮 廓 测 量 结 果 表 明 ， 在 标 准充 气 压 力 下 ， 随着负荷率 的增大 ， ＤＣ Ｍ 成 品 轮 胎 的 轮 廓 变 化 趋 势 与 国外 品 牌 轮 胎 一
Hale Waihona Puke 构 及材 料分 布 ， 通 过调 整 模 型 轮廓 设 计 使 充 气后
的轮胎 轮廓 变形 尽可 能减小 。轮 廓变 形应 达到设 计 理念 预期 的胎 面 、 胎侧 和胎 圈变形 量 ， 并 使轮胎
胎体充 气 时 的形 状 变 化 控 制 在最 小 范 围 内 ， 从 而
５ ８ Ｏ
作者简介 ： 蔡庆（ １ ９ ７ ７ 一） ， 女（ 彝族 ） ， 贵 州 纳雍 县 人 ， 北 京 橡 胶工业 研究 设计 院高级 工 程 师 ， 学士 ， 主 要 从 事 轮 胎 结 构 设 计工作 。
根 据全 钢 巨型工程 机械 子午 线轮胎 的使 用特 点， Ｄ Ｃ Ｍ 的设 计 思 想 为 ： 在 遵 循 自然 平 衡 轮廓 设 计 方法 的基 础上 ， 基本 不 改 变 原设 计 轮 胎 内部 结
产 品水 平 。 全钢 巨型 工程机 械 子午线 轮胎 主要 应用 于大
型露 天矿 的 自卸车辆 ， 使 用条 件 以高负荷 、 苛 刻路
面、 瞬 间受 力 大为特 点 ， 常见 的损 坏形式 有 胎冠脱 层、 胎肩脱 层 和胎 圈裂 等 。同时 ， 由于全 钢 巨型工 程机 械子 午线 轮 胎 消耗 材 料 多 以及 生 产 成本 高 ，
中 图分 类 号 ： Ｕ４ ６ ３ ． ３ ４ １ ｝ ． ５ ／ ． ６ ； Ｏ２ ４ １ ． ８ ２ 文 献标 志码 ： Ｂ 文章编号 ： １ ０ ０ ６ — ８ １ ７ １ （ ２ ０ １ ３ ） １ ０ — ０ ５ ７ ９ — ０ ７
２ ０ ０ ７年之 Ｉ ｍ， 国际上仅有米其林、 普 利 司通
因此 要求 轮胎 可 以翻新 使用 。根 据全 钢 巨型工 程 机械 子午 线轮 胎 的 使用 特 点 ， 需 要 在 控 制 轮 胎 充 气使 用 时 的轮廓 变 形 、 带 束 层 端 点应 力 以及 胎 圈 区域 的应力应 变 前提下 ， 开 展轮 胎 的轮廓设 计 。 北 院通 过 实践 与 探 索 ， 建 立 了 全钢 巨型 工 程 机 械子 午线 轮胎 形变 控 制设 计 方 法 （ Ｄ ｅ ｆ ｏ ｒ ｍａ ｔ ｉ ｏ ｎ
和 固特异 三 大轮胎 巨头 拥有各 自的全钢 巨型工程 机 械子 午线 轮胎 生 产技 术 ， 且 对技 术 进 行 严 格保 密 。２ ０ ０ ８年 以来 ， 国 内由北京 橡 胶 工 业研 究 设计
Ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ Ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ， 简称 ＤＣ Ｍ） 。Ｄ Ｃ Ｍ 的关键 技 术
致。 但国外品牌轮胎的胎面变形更 小 ， 断 面水平 轴下 移更 小、 大 负荷 下胎侧 横 向变形率 较大 。实际应 用情 况表 明， Ｄ ＣＭ 成 品 轮 胎 的使 用 寿命 达 到 预 期 国际 品牌 轮 胎 的 ７ Ｏ 左右 。 关键词 ： 全 钢 巨 型 子 午 线 轮胎 ； 轮 廓设 计 ； 形变控制设计方法 ； 有 限 元 分 析
的设 计 ， 并 可指 导 开 发其 他 规 格 产 品 。本 文重 点 介 绍 全钢 巨型工 程机 械子 午线轮 胎开 发过程 中轮 胎 轮廓 设计 方法 探索及 实践 。
１ 模 型轮 廓设 计思 路
型 工程 机械 子 午线 轮 胎 的 开 发 与生 产 ， 经 实 际 使 用 验证 ， 开 发成 功 的 轮胎 产 品性 能 接 近 国 际 同类
包括 预测 及控 制 充气 时 轮 胎 轮 廓变 化 、 控 制 轮 胎 带束 层端 部应 力 的变化 幅度 以及 预测并 控制 胎圈 区域 应力 与应 变 的变化 。 目前 该方 法 已经成 功应 用于 ４ ９ ～５ ７英 寸全 钢 巨型 工 程机 械 子 午 线轮 胎
院（ 以下简称 北 院 ） 牵头 ， 研 发 了一套 全钢 巨型 工
第１ ０期
蔡
庆等． 全 钢 巨 型 工程 机械 子午 线 轮 胎 轮 廓 设 计 方 法探 索 及 实 践
５ ７ ９
全 钢 巨型 工 程 机 械 子 午 线 轮 胎
轮 廓 设 计 方 法探 索及 实践
蔡 庆， 何 晓玫 ， 张 伟， 韩成勇
１ ０ ０ １ ４ ３ ） （ 北 京 橡 胶 工 业 研究 设 计 院 ， 北京
轮胎 轮廓 通常 的设计 方法 为 自然 平衡 轮廓设
计方 法ｎ ］ ， 即假 设 轮胎 充 气 后 帘 布层 帘 线 所 受 张
力呈 均匀 分布 ， 以 自然 平衡 轮廓 为 依据 设 计 的轮
胎充 气 时轮廓 变化 大致 呈均一 状态 。 自然平衡 轮 廓理 论仅 考虑 力 的平衡 ， 是 用 内压 决 定 轮胎 形 状 的方 法 ， 与轮胎 实 际情况 有较 大差 距 。
摘要： 采用形变控制设计方法（ Ｄ ｅ ｆ ｏ ｒ ｍａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ Ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ， ＤＣ Ｍ） 设 计 全 钢 巨 型工 程 机 械 子 午 线 轮 胎 轮 廓 ， 利 用 有 限 元 技 术 进行 分 析优 化 ， 并 研 制 出成 品 轮 胎 与 国外 品 牌 轮 胎 进 行 对 比试 验 。 全 钢 巨 型 工 程 机 械 子 午 线 轮 胎 具 有 高 负荷 、 瞬间受力大、 路 面使 用 条 件 苛 刻 等 特 点 ， 设计上应控制充气时轮廓 、 带 束 层 端 点 应 力 以及 胎 圈 区 域 的 应 力 应 变 。 有限元分析结果表明， 不 同 负荷 下 轮 胎 轮 廓 变 化 与 Ｄ Ｃ Ｍ 设 想一致 ， 且 轮 胎 最 大 应 力 位 置 始 终 在 肩 部 带 柬 层 端 点 附 近 。轮 廓 测 量 结 果 表 明 ， 在 标 准充 气 压 力 下 ， 随着负荷率 的增大 ， ＤＣ Ｍ 成 品 轮 胎 的 轮 廓 变 化 趋 势 与 国外 品 牌 轮 胎 一
Hale Waihona Puke 构 及材 料分 布 ， 通 过调 整 模 型 轮廓 设 计 使 充 气后
的轮胎 轮廓 变形 尽可 能减小 。轮 廓变 形应 达到设 计 理念 预期 的胎 面 、 胎侧 和胎 圈变形 量 ， 并 使轮胎
胎体充 气 时 的形 状 变 化 控 制 在最 小 范 围 内 ， 从 而
５ ８ Ｏ
作者简介 ： 蔡庆（ １ ９ ７ ７ 一） ， 女（ 彝族 ） ， 贵 州 纳雍 县 人 ， 北 京 橡 胶工业 研究 设计 院高级 工 程 师 ， 学士 ， 主 要 从 事 轮 胎 结 构 设 计工作 。
根 据全 钢 巨型工程 机械 子午 线轮胎 的使 用特 点， Ｄ Ｃ Ｍ 的设 计 思 想 为 ： 在 遵 循 自然 平 衡 轮廓 设 计 方法 的基 础上 ， 基本 不 改 变 原设 计 轮 胎 内部 结
产 品水 平 。 全钢 巨型 工程机 械 子午线 轮胎 主要 应用 于大
型露 天矿 的 自卸车辆 ， 使 用条 件 以高负荷 、 苛 刻路
面、 瞬 间受 力 大为特 点 ， 常见 的损 坏形式 有 胎冠脱 层、 胎肩脱 层 和胎 圈裂 等 。同时 ， 由于全 钢 巨型工 程机 械子 午线 轮 胎 消耗 材 料 多 以及 生 产 成本 高 ，
中 图分 类 号 ： Ｕ４ ６ ３ ． ３ ４ １ ｝ ． ５ ／ ． ６ ； Ｏ２ ４ １ ． ８ ２ 文 献标 志码 ： Ｂ 文章编号 ： １ ０ ０ ６ — ８ １ ７ １ （ ２ ０ １ ３ ） １ ０ — ０ ５ ７ ９ — ０ ７
２ ０ ０ ７年之 Ｉ ｍ， 国际上仅有米其林、 普 利 司通
因此 要求 轮胎 可 以翻新 使用 。根 据全 钢 巨型工 程 机械 子午 线轮 胎 的 使用 特 点 ， 需 要 在 控 制 轮 胎 充 气使 用 时 的轮廓 变 形 、 带 束 层 端 点应 力 以及 胎 圈 区域 的应力应 变 前提下 ， 开 展轮 胎 的轮廓设 计 。 北 院通 过 实践 与 探 索 ， 建 立 了 全钢 巨型 工 程 机 械子 午线 轮胎 形变 控 制设 计 方 法 （ Ｄ ｅ ｆ ｏ ｒ ｍａ ｔ ｉ ｏ ｎ
和 固特异 三 大轮胎 巨头 拥有各 自的全钢 巨型工程 机 械子 午线 轮胎 生 产技 术 ， 且 对技 术 进 行 严 格保 密 。２ ０ ０ ８年 以来 ， 国 内由北京 橡 胶 工 业研 究 设计
Ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ Ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ， 简称 ＤＣ Ｍ） 。Ｄ Ｃ Ｍ 的关键 技 术
致。 但国外品牌轮胎的胎面变形更 小 ， 断 面水平 轴下 移更 小、 大 负荷 下胎侧 横 向变形率 较大 。实际应 用情 况表 明， Ｄ ＣＭ 成 品 轮 胎 的使 用 寿命 达 到 预 期 国际 品牌 轮 胎 的 ７ Ｏ 左右 。 关键词 ： 全 钢 巨 型 子 午 线 轮胎 ； 轮 廓设 计 ； 形变控制设计方法 ； 有 限 元 分 析