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斜交工程机械轮胎结构设计及工艺要点全国轮胎结构学习班讲义风神轮胎股份有限公司苏平芝二零零七年九月 一、工程机械轮胎在世界轮胎产业中的地位及我国工程机械轮胎的发展状况： 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）工程机械包含：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品种规格很多，使用工程机械轮胎的品种、规格很多，而且大小差异非常大 在国外和国内轮胎标准中，对巨型工程轮胎都没有确切的定义但在我国轮胎外观质量HG/T2177-1998标准中，判断外观质量标准按轮胎大小不同，提出了“巨”、“大”、“中小”和“轿”的概念，它指出了外胎名义断面宽为24吋（610mm）为“特巨”；18吋（457mm）及其以上的轮胎为“巨胎”，这就包括了1/3以上的工程轮胎都称之为巨胎，从而出现了有近百万条巨胎市场的说法而名符其实的“巨胎”估计世界范围内的需求量最多在10万条中国橡胶协会提出的巨型工程轮胎是指轮胎轮辋直径33吋，轮胎充气外直径在2000mm以上，单胎负荷量（级，10km/h）在20000kg以上的工程轮胎为巨型工程轮胎，如18.00-33、21.00-35、21.00-49、21.00-33、24.00-35、24.00-49、27.00-49、30.00-51、33.00-51、36.00-51、37.00-57、40.00-57，以及宽基的33.25-35、33.5-33、35/65-33、45/65-45等。

大型工程轮胎是指轮辋直径在2533吋，如18.00-25、18.00-33、17.5-25、20.5-25、23.5-25、26.5-25、29.5-25、29.5-29等，在工程轮胎中大型工程轮胎约占1/3的量 中型工程轮胎是指轮辋直径在2024吋的工程轮胎，如16/70-20、13.00-24、14.00-24、16.00-20等 小型工程轮胎是指轮辋直径在20吋以下的，如8.25-15等按以上定义，我国2006年协会统计的各类工程轮胎产量比例如下表1 表1 2006年全国各类工程轮胎产量比例 我国工程轮胎从2001-2005年，年均增长率33%，2006年间增长50%，随着我国矿山、水利、交通、各种基础建筑的快速发展，工程轮胎需求增加，再加上近年出口量的增加，出现了更大增长在工程轮胎中原有的主要规格17.5-25、20.5-25、23.5-25仍占比重大，但呈逐年下降趋势，而大一些的规格如26.5-25、29.5-25量在增加，35“以上的巨胎2006年比上年增加一倍多目前生产巨胎的厂家也不仅是原来风神、天津、桂林等厂，能生产27.00-49、30.00-51、36.00-51、40.00-57、45/65-45巨型工程轮胎的厂家已达20多家，大部分集中在山东，但总量不超过2万条，而大部分用于出口，填补全球巨型工程子午胎需求急增的空间，带来一个大的发展机遇。

我国工程子午线轮胎从2002年开始生产了8条（三角23.5R25 2条、上海14.00R24 6条），发展到2006年的18万条，最大规格29.5R29目前正开发24.00R35，现生产工程子午轮胎的已有8家企业（上海、三角、风神、桂林、贵州、山东兴源、金宇、玲珑） 巨型工程子午胎主要用于重型自卸汽车，其优越的性能会更加突出，如提高行驶性能，生热低，耐磨、耐刺扎，缓冲性能好，操纵稳定性好，负荷能力大，使用寿命长等现我国的平朔安太堡煤矿、南芬铁矿已全部采用子午工程胎，货源依赖进口据目前国内主要矿山重型自卸汽车估算，需巨型子午工程胎约4000条左右，要求使用寿命在20003000小时，规格已由27.00R49、37.00 R 57、30.00 R 51向40.00 R 57、53/80 R 63等发展我国工程轮胎近5年来产量见表2 表2 我国工程轮胎近5年产量（万条） （轮胎协会会员单位统计） 国内已能生产巨型工程子午胎项目的企业，关键生产设备一次法或两次法成型机，巨型定型硫化机或机模一体化的胶囊硫化装置也在研制开发中，另出口的巨型工程子午胎的质量更应引起高度重视，方能占领市场二、工程机械轮胎代号标志、使用类型及主要规格所配车型：1、工程机械轮胎使用类型： 国标“GB/T 2980-2001”工程机械轮胎规格、尺寸、气压与负荷中将工程机械轮胎的使用类型分为四类：第一类：重型自卸车和铲运机轮胎，用于运输作业，通常在不平整的路面上以中等速度行驶，最高速度为65km/h，单程不超过4km；第二类：平地机轮胎，用于修筑或养护道路，作业时轮胎负荷较稳定，工作周期内速度较慢，最高速度为40km/h；第三类：装载机和推土机等轮胎，主要用于短距离装运，作业速度慢、运输距离短，最高速度10km/h，单程不超过75m；第四类：压路机轮胎，用于压平或压实路面、场地和跑道，行程短速度低，最高速度为10 km/h。

2、工程机械轮胎规格名称、代号标志和使用类型：工程机械轮胎规格名称举例：16.00 24 TG 12PR TT/TL23.5 R 25 14.00 24 NHS 16PR45 / 65 45 38PR TL TT有内胎、TL无内胎 PR层级、负荷符号 TG工程牵引车和平地机轮胎 NHS非公路使用轮胎 轮辋名义直径，吋 “”斜交结构代号、“R”子午结构代号 名义高宽比 名义断面宽，吋工程机械轮胎的国标代号标志和使用类型：见表3工程机械轮胎尺寸公差：新胎最大总宽度（mm）=新胎设计断面宽a斜交轮胎：a=1.06；子午线轮胎：新胎设计断面宽度380mm时，a=1.07, 新胎设计断面宽度380mm时，a=1.09;新胎最小总宽度（mm）=新胎设计断面宽0.97；新胎最大外直径（mm）=2设计新胎断面高度1.03+轮辋名义直径；新胎最小外直径（mm）=2设计新胎断面高度0.97+轮辋名义直径； 表3 工程机械轮胎的国标代号标志和使用类型 窄基轮胎（普通断面轮胎）：轮胎断面高宽比为0.95左右的工程轮胎宽基轮胎：轮胎断面高宽比为0.80左右的工程轮胎低断面轮胎：轮胎断面高宽比为0.65左右（65系列）或0.70左右（70系列）的工程轮胎。

3、常用的大型工程机械轮胎主要尺寸及所配车型：4、工程机械轮胎的发展趋势：从普通断面向宽基或低断面结构发展：可显著提高牵引性能，大大改进工程车辆的稳定性向无内胎轮胎方向发展： 无内胎轮胎内腔有耐透气性好的专用密封层，胎圈与轮辋过盈紧密配合，胎圈与轮辋接触部有胎趾密封胶，胎圈与轮辋之间有“O”形密封圈无内胎轮胎的优点： 密封性能好，能提高行驶安全性 因没有内胎，所以消除了内外胎之间的摩擦，生热低，工作温度低，更是用于高速行驶工况，可提高轮胎使用寿命 当轮胎被刺穿后，因胎里密封层漏气慢，不致于立即失去支撑与行驶能力，从而提高了行驶的安全性 维修方便：当穿孔较小时，可直接修补 简化了工艺，省去了内胎、垫带的工艺及其生产的工装设备，节省了投资向子午线方向发展：子午线轮胎的优点： 耐磨性好； 滚动阻力低、节油； 高速性能好，乘坐舒适； 操纵稳定性好； 噪音低向专用型方向发展： 普通型； 低生热型； 耐切割型； 沙漠型； 岩石型 三、工程机械轮胎结构设计： 工程机械轮胎同一般载重汽车轮胎相比，具有承载能力高，牵引力大，通过性好，耐磨耐切割性能好如14.00-24、16.00-25、18.00-25、18.00-33、21.00-35、24.00-35、27.00-49、30.00-51、33.00-51、36.00-51、40.00-57等规格均为与自卸汽车及铲运机配套的产品，其作业条件苛刻，多行驶在矿山、碎石路面上，而且作业速度多在3060km/h，连续作业，因此要求具有高承载能力，胎体较厚，胎面耐磨、耐切割，又要使其具有低生热，严防轮胎的早期脱层爆破。

而17.5-25、20.5-25、23.5-25、26.5-25、29.5-25、29.5-29、35/65-33、45/65-45等规格多于装载机配套的产品，该类工程机械主要使用在矿山、煤田等无路面的短距离低速作业，要求其耐磨、耐切割性能好，同时在设计计算时要注意装载机在作业时，铲运斗铲矿石和举升矿石的瞬间，前桥的两条轮胎将承受整车和铲运斗容量总负荷的70%，以使正确确定轮胎的层级，以满足该类轮胎的承载能力 另13.00-24TG、14.00-24 TG等多与推土机配套的产品，要求装配在半深槽轮辋上，轮胎的花纹要求为牵引性好、可抛泥的自洁性花纹等，如L-2型等1、工程轮胎负荷能力计算：普通断面斜交轮胎（16.00吋以下断面）:用英制单位计算时：Q=K0.425P0.585S0.6251.39(Dr+S0.625)用国际单位计算时：Q=K2.73510-5P0.585S0.6251.39(Dr+S0.625)普通断面斜交轮胎（16.00吋及以上断面）:用英制单位计算时：Q=K0.425P0.585S0.6251.39(1.46Dr0.88+S0.625)用国际单位计算时：Q=K2.73510-5P0.585S0.6251.39(2.152Dr0.88+S0.625)宽基斜交轮胎：用英制单位计算时：Q=K0.425P0.585Sd1.39(1.84Dr0.81+Sd)用国际单位计算时：Q=K2.73510-5P0.585Sd1.39(3.402Dr0.81+Sd)式中各符号的含义：Q-负荷，英制单位，磅 lbs 国际单位，公斤 kgP-气压，英制单位，Psi(磅/吋2) 国际单位，KpaDr-轮辋名义直径，英制单位，吋in 国际单位，mm注意：偶数轮辋直径用于计算负荷。

180 sin-1(Rm / S)如14.00-25、16.00-25用24直径 S0.625=S S0.70=S 135.6180 sin-1(Rm / S)180 sin-1(Rm / S)141.3Rim-测量轮辋宽度，英制单位，吋in国际单位，mmS-测量轮辋上断面宽，英制单位，吋in国际单位，mmSd-S0.625 (F)dd=圆形轮胎设计断面高（0.96S0.70）减去扁平轮胎断面高，英制单位，吋in国际单位，mmF=d/S0.70K-负荷系数N-层数SF-应力系数SF= 2、轮胎负荷计算举例： 27.00-49-48PR V=50Km/h，即30mphP=575Kpa(83psi)，要求Q=25000kg(55100lbs)查TRA27.00-49标准轮辋19.50新胎设计断面宽737mm(29吋)180 sin-1(Rm / S)查表V=50 Km/H时，K=1.3P S2NS0.625=S =29 =28.27Q=1.30.425830.58528.271.39(1.46480.88+28.27) =55148 lbs 可满足要求工程轮胎的承载能力与行驶速度、作业条件、气压密切相关，在设计中经常遇到已知轮胎规格、作业速度，而不同层级相对应的气压应是多少？或知道同一规格同一层级轮胎在不同作业速度下相对应的气压如何计算，这些问题应用应力系数公式就可算出。

即SF= 计算举例：例1：20.5-25用于装载机作业速度8km/h，当12PR、16PR、20PR时相对应的气压是多少？180 sin-1(Rm / S)141.3180 sin-1(19.5 /29)141.3P S2N12PR时，P=SF2N/S=34212/20.5=39.8psi=280kpa16PR时，P= 34216/20.5=53psi=370kpa20PR时，P= 34220/20.5=65psi=450kpa例2：29.5-29-28R用于装载机时，作业速度为8km/h和用于铲运机作业速度为50km/h时，相应的气压应为多少？查表8km/h时，SF=34 P= 34228/29.5=65psi=450kpa查表50km/h时，SF=25.6 P= 25.6228/29.5=48psi=340kpa2、工程轮胎一般设计参数的选取：D/D的选取：普。