6裴晓辉-工程胎设计2013

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第三节 工程机械轮胎 结构设计特点
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工程机械轮胎的特点：工程机械轮胎同一般汽车轮胎相比，有载重大，牵引
性能大，通过性能好，要求耐磨耗、耐刺扎、耐切割性能好，同时要求轮胎生热
低、耐热老化性能好，轮胎结构尺寸大、帘布层数多、胎面宽厚，而且，花纹类 型多，形状各异。
（三耐 低生热）
工程机械轮胎就其断面轮廓来讲，胎面的设计是宽厚，行驶面宽度达断面宽 度的85%～95%,有的超深花纹行驶面宽度甚至超过断面宽度。因此要求胎面胶设计 必须严格掌握胎面胶各部分（特别是胎肩部）的厚度和尺寸，要求半成品的形状 基本上与成品轮胎相同，以保证制造出合乎要求的宽厚轮胎。对于通用型牵引花 纹轮胎要注意肩部花纹挖空散热措施，但也不能将肩部花纹块设计得过于孤立单 薄，以防止早期掉块和蠕动生热而产生脱空等质量问题。
徐州徐轮橡胶有限公司 裴晓辉 2013年10月
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近几年，随着我国大型矿山的采掘及大型水利工程建设的飞跃发展，以及 国家拉动内需的带动下，2006年主要工程机械产品销量取得了大幅增长，其中装 载机销量达12万台，叉车达10万台，推土机达6000台。随着这种增长，工程机械 轮胎市场也受益匪浅，成为斜交轮胎市场上发展速度最快、市场最火、发展潜力 最大的市场。在矿用自卸车大胎市场方面也是需求激增，这些都给加速发展大、 中型工程机械配套轮胎提供了机遇。
机、跨式运输机、飞机牵引机、移动式粉碎机、运梁机和提梁机）使 用工程机械轮胎完成的作业。
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工程轮胎尺寸要求：
新胎最大、最小总宽度 轮胎最大总宽度（mm）=新胎设计断面宽度×a 斜交轮胎 子午线轮胎 新胎设计断面宽度＜380 新胎设计断面宽度 ≥ 380 a=1.06 a=1.07 a=1.09
轮胎最小总宽度（mm）=新胎设计断面宽度×0.96
图2 胎肩设计示意图
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4、胎圈部位设计
用于工程机械的轮胎，要求与地面具有较大的抓着力，因此胎圈与轮辋之间
产生较大的扭矩，为避免轮胎在轮辋上产生滑移，要求轮胎对轮辋有足够的箍紧 力，为此，除胎圈和轮缘的配合设计与载重汽车轮胎相同外，并要求胎趾角与轮
辋角一致，轮胎着合直径要比轮辋直径小1～3mm（即过盈量、指有内胎）。尤其
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看出H/B愈大，则B′/B就愈大，而D′/D变小，C/B小则B′/B大。尼龙 帘线轮胎外直径及断面宽，充气后都膨胀较大。适当地确定H/B值，使D′ 变化尽量小，即遏制外直径的胀大，有助于提高轮胎的耐磨性、耐啃性能、 耐划伤性能。（一切的设计都是围绕着使用性能）
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2． 行驶面宽度及胎面弧形设计 一般载重汽车轮胎b/B=0.7～0.82，而工程机械轮胎b/B=0.85～0.95，即行 驶面都比较宽，有些特殊使用条件的轮胎b/B≥1。行驶面的增宽，主要是增加接
mm
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胎圈过盈量过大会使轮胎装卸困难，同时，因钢丝圈伸张过大，容 易引起钢丝折断；过盈量小则由于胎圈箍不紧轮辋而引起漏气。同时胎 圈底部倾斜角应比轮辋底座倾斜角大0.5~1°。有关16.00-25 28PR无内 胎轮胎胎圈与轮辋配合见图5。
图5
无内胎工程机械轮胎胎圈与轮辋配合图
新胎最大、最小外直径 轮胎最大外直径（mm）=2 ×设计新胎面断面高度×1.03+轮辋名义直径
轮胎最小外直径（mm）=2 ×设计新胎面断面高度×0.97+轮辋名义直径
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供车辆厂设计轮胎间隙用的胀大轮胎 在使用中最大外缘尺寸的定义
备注：A等于断面高度的25%。
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工程机械轮胎规格名称举例：
16.00 23.5 14.00 45 / 65 R 24 25 24 45 TG NHS
18.00-25 17.5-25 20.5-25 尼龙帘线 23.5-25
1.045 0.890 0.857 0.879
0.95 1.00 0.94 0.95
0.711 0.890 0.864 0.900
0.062 0.045 0.047 0.051
0.996 1.013 0.993 0.997
1.148 1.110 1.056 1.079
（总的设计要求）
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一、轮胎外轮廓设计
1． 模型外直径（D）和断面宽（B）的设计
在确定设计轮胎的规格后，应依据国家标准及参照国外标准，了解新胎充 气后的外缘尺寸（主要是外直径及断面宽）。并从经验数据中选取正确的膨胀 D′/D和B′/B，从而可计算出模型外直径D和断面宽B。 表2 轮胎规格 骨架材料 H/B b/B C/B h/H D′/D B′/B
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第一节 工程机械轮胎的 分类及使用条件
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工程机械轮胎常用的分类方法：
工程机械轮胎是指用于轮式车辆与工程机械上的充气轮胎（简称工程轮 胎）。工程机械包括重型自卸汽车、装载机、挖掘机、铲运机、推土机和压路机 等。因工程机械的品种和规格很多，所使用的工程机械轮胎的品种和规格也很多， 而且大小差异也非常大。
NHS——非公路使用轮胎 TG ——工程牵引车和平地 机轮胎（非公路用） 轮辋名义直径 “-”斜交结构代号 “R”子午线结构代号 名义高宽比 名义断面宽度
12PR ★★ 16PR 38PR
“PR” 层 级 “★★”负荷符号
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第二节 工程机械轮胎设计 技术资料的收集
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设计依据的标准
国家标准
装载机作业用装载机拾取物料并作短距离转移的一个工作过程。轮 胎负荷随装载机拾取载荷时所涉及的条件而变动。运输速度低，最高达 10km/h。而且运输距离也短，单程最远为75km。
推土机作业——使用推土机推、刮和平的方式来转移物料（通常为 泥土）的一种工况，轮胎负荷相对稳定，作业速度低，为10km/h以下， 运输距离随工作地点而变。
2002-2005年工程机械轮胎保持高速增长的发展势头。现在，我国已能生产
各种规格的工程机械轮胎300多种，工程机械轮胎生产企业已发展到30多家。由 于工程机械轮胎市场需求旺盛，贵州轮胎、河南风神生产规模较大；天津国际、
三角集团、徐州徐工、杭州中策、青岛双星等企业生产规模不断扩大。那么工程
机械轮胎的产品质量和成本成为市场竞争的核心因素。
地面积，降低单位接地面积的压力，提高工程轮胎的耐磨、耐刺扎性能。另外，
胎冠弧度比较平坦，大型规格轮胎的胎面弧多采用两个弧，使胎肩的胎面较平坦， 一方面可增加接地面积，另一方面可提高胎面接地面积单位压强的均匀性，也有
助于提高抓着力及耐磨耗性能。
图1 胎面采用两个弧的示意图
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3、胎肩部位的设计
工程机械轮胎多用于矿山、水利工程地区，行驶路况非常恶劣，如矿山多为 碎石路面，因此胎肩常被石块刮伤和啃伤，使胎肩崩花掉块，故在胎肩的设计要 求具有较强的抗切割能力，其主要措施有如下几方面： （1）胎肩圆弧半径要适当取大一些，使胎肩圆滑坚固，不易被啃伤。 （2）胎肩与胎侧相连的切线，尽量与地面垂直线接近，切线与地面垂直夹角愈 小，胎肩被刮伤的机会愈小。
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胎圈设计 胎圈着合直径及钢丝圈直径的选取
胎圈设计是否合理，关系到胎圈的气密性和使用安全性。无内胎轮胎要 求胎圈与轮辋具有更紧密的配合，以防止胎圈漏气，因此胎圈着合直径应小于 轮辋直径，其过盈量一般为4~8mm，规格大的轮胎过盈量可大些。有关规格工 程机械轮胎胎圈过盈量的选取见表4。
表4
无内胎工程机械轮胎着合直径与轮辋直径关系
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作业路况：
主要了解路面的性质，是硬基（水泥、柏油和碎石）、混合路面（城乡之
间的水泥或石土路），还是软基特殊路面（雪、砂或土路等）；车辆附属设备 的具体情况等。
某工程机械的的使用环境状况，其50装载机车辆自重17t，前钭容积为3m3，
此种装载机主要用于铲运和运载石子、泥土、陶瓷、砂土等物质，在使用时， 铲运货物最多达8t多重。
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设计前的资料收集
车辆状况：
车辆类别、厂牌、型号、用途和外形尺寸；
车辆自重、载重、整车重量在各轴上的分布和车辆所需承担的牵引负荷； 车辆驱动形式、轴数、轴距、轮数和轮距；
轮辋类型、代号和双轮间距离；
车辆的平均速度和最高速度； 最小离地间隙、最小转弯半径和最大爬坡度；
轮胎的最大外缘尺寸；
对轮胎的特殊要求； 今后这种车辆的发展趋势； 其他 。
17.5-25 20.5-25 23.5-25 18.00-25 29.5-25
过盈量过大会使轮胎装卸困难，同时，因钢丝圈伸张过大，容易引起钢丝 折断；过盈量小则胎圈箍不紧轮辋而引起胎圈滑移或漏气。有内胎工程胎胎趾 倾角与轮辋座倾角相合（5°），无内胎工程胎胎趾倾角为6°~7°，比轮辋倾 角大1 ~ 2°。
小型工程胎是指轮辋直径在20吋以下的工程轮胎。
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断面轮胎
(c)低断面轮胎
普通轮胎 (窄基轮胎）：轮胎断面高宽比为0.95左右的工程机械轮胎； 宽基轮胎： 轮辋宽度与轮胎断面高宽比为0.80左右的工程机械轮胎； 低断面轮胎： 轮胎断面高宽比为0.65左右（65系列）或0.70左右 （70系列）
按轮胎尺寸分类：
工程轮胎可分为巨型工程胎、大型工程胎、中型工程胎、小型工程胎。 巨型工程胎是指轮辋直径≥33吋，轮胎充气外直径在2000 mm以上，单胎负
荷量（**级，10km/h）在20000 kg以上的工程轮胎。
大型工程胎是指轮辋直径在25～33吋的工程轮胎； 中型工程胎是指轮辋直径在20～24吋的工程轮胎；
是无内胎轮胎，胎圈设计是否合理关系到胎圈的气密性和使用安全性，故要求胎 圈与轮辋具有更紧密的配合。
表3
规
格
有无内胎 有内胎 有内胎 无内胎 无内胎 无内胎
轮辋直径 mm 635 635 635 635 635
轮胎着合直径 mm 633 633 630 630 630
过盈量 mm 2 2 5 5 5
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GB/T2980-2009《工程机械轮胎规格、尺寸、气压与负荷》 GB/T1190-2009《工程机械轮胎技术要求》 HG/T2177-1998《轮胎外观质量》