宋敬連，莊玉森，程 磊，高衛(wèi)東

（威海中威橡膠有限公司，山東 威海 264200）

礦用支架搬運車是用于綜合采礦工作面液壓支架整體下井、倒面作業(yè)的專用設(shè)備，具有載重能力大、運行速度快、機動靈活和爬坡能力強等優(yōu)點，其使用可大大縮短新舊工作面的接續(xù)時間，降低工人的勞動強度，提高出煤效率，已經(jīng)得到國內(nèi)煤礦企業(yè)的普遍認(rèn)可。但與之配套的輪胎只有國外少數(shù)大型輪胎企業(yè)能夠生產(chǎn)，雖然產(chǎn)品性能優(yōu)良，但存在價格高、服務(wù)不及時和交貨周期長等問題，給國內(nèi)礦用機械的生產(chǎn)、保養(yǎng)和維修造成了極大的不便。

根據(jù)客戶要求，我公司從2013年起先后開發(fā)了1425×585-27，1425×660-29和60×18.00-35等系列低斷面厚胎體礦用輪胎，取得了良好的效果?，F(xiàn)以60×18.00-35輪胎為例，將產(chǎn)品設(shè)計情況簡要介紹如下。

1 技術(shù)要求

根據(jù)車輛技術(shù)性能和用戶的使用要求，確定60×18.00-35礦用支架搬運車填充輪胎技術(shù)參數(shù)如下：層級 50，花紋類型 L-5（塊狀超加深花紋），標(biāo)準(zhǔn)輪輞 15.00/2.5，充氣外直徑（D′） （1 500±15） mm，充氣斷面寬（B′） （450±13） mm，最高行駛速度 12 km·h-1，充氣壓力 1 400 kPa，最大負(fù)荷 25 000 kg。

所配車型為50Y液壓支架搬運車（見圖1），車輛自身質(zhì)量為30 000 kg，載質(zhì)量為50 000 kg，最大爬坡角度為16°，空車速度不大于24 km·h-1，載重速度不大于12 km·h-1，作業(yè)環(huán)境為煤礦井下礦渣路面和水泥路面。

圖1 50Y液壓支架搬運車

60×18.00-35輪胎是由實心輪胎演變而來的，主要用于支架搬運車的前輪。據(jù)調(diào)查，其作業(yè)條件異常惡劣且危險，作業(yè)場地高低不平，路面坡度大，轉(zhuǎn)彎多，夾雜著鋒利的碎石塊，而且車輛超載現(xiàn)象十分嚴(yán)重，輪胎容易在短時間內(nèi)損壞。用戶要求輪胎必須具有良好的耐磨、耐撕裂、抗切割性能及優(yōu)異的抓著性和通過性。另外，輪胎胎側(cè)容易劃傷，切割或撕裂的區(qū)域在輪胎表面會迅速延伸擴大，引起胎體裂口，造成輪胎早期失效，必須加強保護。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.1 外直徑（D）和斷面寬（B）

合理設(shè)計輪胎模型尺寸是保證輪胎充氣外緣尺寸符合標(biāo)準(zhǔn)要求并獲得最佳使用性能的關(guān)鍵。該規(guī)格輪胎高寬比為0.69，屬于低斷面輪胎，外直徑膨脹率（D′/D）較大，斷面寬膨脹率（B′/B）較小。參照我公司相近規(guī)格輪胎的膨脹率和設(shè)計經(jīng)驗，本次設(shè)計D′/D取1.019，B′/B取0.99，由此得出D為1 472 mm，B為455 mm。

2.2 行駛面寬度（b）和弧度高（h）

由于增大b可以增大輪胎的接地面積，提高輪胎牽引和抗切割性能，因此本次設(shè)計b/B取0.879 1，b取400 mm。

行駛面采用反弧形設(shè)計，h取-8 mm，使其充氣后胎面盡量平坦，既提高胎面的耐磨性能，又可保證輪胎行駛的穩(wěn)定性[1]。

2.3 胎圈著合直徑（d）和著合寬度（C）

輪胎在井下作業(yè)，實際使用中胎圈部位受力較大，易出現(xiàn)胎圈磨損和爆破等問題。為提高胎圈與輪輞配合的緊密程度，d取882 mm，過盈量為7 mm，C取381 mm（即標(biāo)準(zhǔn)輪輞寬度）[2-4]。

2.4 斷面水平軸位置（H1/H2）

斷面水平軸位于斷面的最寬點，是負(fù)荷下屈撓變形最大的部位。H1/H2的取值對輪胎的使用性能影響較大。為避免應(yīng)力集中造成下胎側(cè)簾線折斷、胎圈爆破和鋼絲刺出等問題，根據(jù)材料分布和輪胎的變形情況，本次設(shè)計H1/H2取0.928 1。

2.5 胎肩

為提高胎肩接地支撐性能，本設(shè)計采用切線型胎肩設(shè)計，并使得胎肩盡量與地面垂直線靠近，以提高胎肩的支撐性能，減小變形[5]。

2.6 胎側(cè)及防擦線

為有效對抗巷道外來尖銳物的劃傷，保護胎體簾布，上胎側(cè)采用了特別加厚、加寬的防擦線設(shè)計，凸出保護層厚度達(dá)50 mm。

輪胎斷面輪廓如圖2所示。

圖2 輪胎斷面輪廓示意

2.7 胎面花紋

根據(jù)車輛作業(yè)特點及客戶需求，本次設(shè)計采用L-5塊狀超加深花紋，該花紋的優(yōu)點是行駛穩(wěn)定性、牽引性和制動性良好?；y深度為50 mm，花紋周節(jié)數(shù)為14，花紋飽和度為82%，為避免輪胎使用中花紋溝底裂口，花紋底部采用全圓弧過渡。

胎面花紋展開如圖3所示。

圖3 胎面花紋展開示意

2.8 外觀設(shè)計

由于市場競爭的日益激烈，客戶在追求產(chǎn)品內(nèi)在質(zhì)量的同時，也不斷關(guān)注產(chǎn)品外觀形象。本設(shè)計冠部花紋沿圓周7等分刻上“60×18.00-35”字樣，同時胎側(cè)增加了安全警示語標(biāo)識，可以更有效地指導(dǎo)用戶規(guī)范使用。

2.9 聚氨酯填充

采用聚氨酯彈性體填充充氣輪胎。聚氨酯填充輪胎沒有因爆胎泄氣而引發(fā)安全隱患，可提高車輛在惡劣環(huán)境下的工作能力，以及車輛的平穩(wěn)度和駕駛車輛的安全系數(shù)，從而延長了輪胎的使用壽命，降低輪胎更換成本。

3 施工設(shè)計

3.1 胎面

針對輪胎作業(yè)環(huán)境非常惡劣的特點，采用專用礦用膠料配方，胎面膠以丁苯橡膠為主，同時使用少量天然橡膠；補強體系采用炭黑N234、N220和白炭黑，分3段混煉。胎面的定伸應(yīng)力和硬度大幅度提高，使輪胎具有優(yōu)良的耐磨、耐熱、抗切割和抗刺扎性能，延長了輪胎的使用壽命。

胎面采用纏繞法成型，不但大幅度提高了胎面的密實性，而且可有效減少脫層和接頭開裂問題。

3.2 胎體及緩沖層

該規(guī)格輪胎負(fù)荷大，使用條件異常苛刻，需要高強度的胎體結(jié)構(gòu)。本次設(shè)計胎體采用20層1400dtex/3V1錦綸66簾布作為骨架材料。各簾布筒采用不同的裁斷角度，盡量使簾布的內(nèi)外層伸張均勻，避免外層簾布打彎，從而提高輪胎的耐熱性能及抗沖擊性[6]。

緩沖層選用4層930dtex/2V3錦綸66簾布，緩沖層最寬處達(dá)到防擦線部位，以避免緩沖層端點落入肩部應(yīng)力集中區(qū)。上下緩沖膠片分別覆蓋緩沖層端點，以提高各部件之間的粘合力，減少脫層問題。

3.3 氣密層

氣密層是無內(nèi)胎輪胎的關(guān)鍵部位，為防止胎腔空氣經(jīng)過氣密層時滲透到胎體簾布層內(nèi)引起脫層，必須具有良好的氣密性。本次氣密層膠選用氯化丁基橡膠/天然橡膠并用配方，兼顧了輪胎的氣密性和工藝性能。氣密層厚度為3.5 mm，寬度以包到胎趾部位為佳。

3.4 胎圈

胎圈鋼絲采用直徑為0.96 mm的19#回火胎圈鋼絲，排列方式為10×16，三鋼絲圈排列。為防止各鋼絲圈受力不均，采用不同直徑的鋼絲結(jié)構(gòu)，以保證各個鋼絲圈底部材料壓縮因數(shù)基本一致[7-8]。胎圈包布采用雙層單絲錦綸網(wǎng)眼布。

3.5 胎冠簾線角度和簾線假定伸張值

由于低斷面輪胎內(nèi)輪廓呈扁平形，充氣后有徑向脹大的特點，極易造成輪胎異常變形，影響輪胎的使用性能，因此胎冠簾線角度一般取較大值，以遏制輪胎的徑向脹大，降低應(yīng)力，增強冠部的周向剛性，同時提高行駛面的平坦性。根據(jù)經(jīng)驗，本設(shè)計胎冠簾線角度取60°，簾線假定伸張值為 1.035[9]。

3.6 成型

成型采用膠囊反包成型機，機頭直徑為1 000 mm，機頭寬度為780 mm。

3.7 硫化

硫化采用膠囊定型硫化罐。硫化工藝條件為：外溫 （145±2） ℃，內(nèi)壓水壓力 （2.8±0.2） MPa，內(nèi)溫 （168±3） ℃，經(jīng)硫化測溫確定最佳正硫化時間。

3.8 其他

在輪胎成品的胎肩和胎圈設(shè)有成品打眼標(biāo)志，在硫化后的新輪胎上用錐子打眼，以便將胎體或胎腔中滲透出的空氣經(jīng)過這些孔導(dǎo)出至輪胎外部，防止產(chǎn)品使用過程中出現(xiàn)脫層、脫空問題。

4 生產(chǎn)工藝控制

由于該輪胎生產(chǎn)工藝復(fù)雜且價格昂貴，因此必須嚴(yán)格控制工藝過程。為提高輪胎的內(nèi)在質(zhì)量，需加大對重點工藝的監(jiān)控，具體措施如下。

（1）確?；鞜挄r間和溫度達(dá)到工藝要求。

（2）胎體簾布筒的周長和角度須符合施工要求，簾布筒差級分布要均勻。

（3）在貼合和成型過程中必須停機排除氣泡。

（4）鋼絲圈必須上正。

（5）為保證胎面膠之間及胎面與胎體之間的粘合性能，須確保纏繞膠條溫度。

（6）確保烘胎時間。

（7）確保胎坯的穿刺深度和穿刺距離，避免成品輪胎胎里缺陷。

5 成品輪胎性能

5.1 充氣外緣尺寸

安裝在標(biāo)準(zhǔn)輪輞上的成品輪胎在標(biāo)準(zhǔn)充氣壓力下測得的充氣外直徑為1 510 mm，充氣斷面寬為451 mm，達(dá)到設(shè)計要求。

5.2 物理性能

成品輪胎的物理性能測試結(jié)果見表1。從表1可以看出，成品輪胎的各項物理性能均符合國家標(biāo)準(zhǔn)要求。

表1 成品輪胎物理性能

5.3 實際裝車路試

2018年開始將輪胎小批量投放煤礦裝車路試，試驗車型為引進美國BUCYRUS公司的50 t鏟板式支架搬運車，試驗地點為山西某煤礦，裝載量為50 t，負(fù)責(zé)搬運重型大件，如液壓支架、移動變壓器和皮帶輪等，路況為破損的水泥路面及碎石路面。從反饋的信息看，輪胎實際使用壽命超過同類產(chǎn)品水平，并且行駛穩(wěn)定性好，通過性能強，無脫層和胎圈爆破問題，維護成本低，超過用戶預(yù)期。

6 結(jié)語

60×18.00-35 50PR TL L-5礦用支架搬運車填充輪胎的充氣外緣尺寸符合設(shè)計要求，物理性能達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)要求。該產(chǎn)品自投產(chǎn)以來工藝穩(wěn)定，成品輪胎外觀合格率較高，批量投放市場后，以其優(yōu)異的質(zhì)量贏得了用戶的一致肯定，訂單不斷追加，成為公司新的經(jīng)濟增長點。