420/85R30拖拉机驱动轮农业子午线轮胎胎面花纹的设计

2022-11-30张桢浩

轮胎工业 2022年11期

张桢浩，曲建，李强

（青岛橡建工业工程有限公司，山东青岛 266000）

农业拖拉机主要用于田间作业，因此牵引性能是衡量其驱动轮轮胎使用性能的主要指标之一，而胎面花纹则是影响轮胎牵引性能的重要因素[1-3]。胎面花纹设计包括花纹块的宽度、深度、周节数、排列角度以及花纹块饱和度。合理的胎面花纹能保证轮胎优异的牵引性能、耐磨性能及自洁性能。

本工作进行420/85R30拖拉机驱动轮农业子午线轮胎胎面花纹的设计。

1 花纹设计

1.1 花纹块宽度

农业拖拉机主要用于田间，兼做运输工具，因此其驱动轮轮胎的花纹块宽度设计在考虑轮胎的耐磨性能、牵引性能和自洁性能的同时还需考虑单位面积压力等。一般农业机械驱动轮轮胎花纹饱和度为20%～25%，结合轮胎的实际使用环境，本设计花纹饱和度取23.6%。为提高胎冠耐磨性能，结合以往设计经验，胎面冠部花纹块宽度大于胎肩花纹块宽度。胎面花纹立体效果如图1所示。

图1 胎面花纹立体效果

1.2 花纹块数量

根据农业拖拉机耕运两用的特点，轮胎花纹块数量与使用条件相关，如果主要用于田间耕作，轮胎花纹块数量相对较少，花纹块较窄；如果主要用于短途运输，轮胎花纹块数相对多些，花纹块宽些。结合以往经验，本次设计花纹周节数取20。

1.3 花纹深度

花纹深度的确定取决于轮胎的使用条件，如果用于旱田操作及短途运输，轮胎花纹深度相对较小；如果用于湿度大的土壤田间或较泥泞的田间甚至水田间作业时，轮胎花纹深度相对较大。根据GB/T 2979—2017，并结合以往设计经验，本次设计花纹深度取45 mm。

1.4 花纹块排列角度

1.4.1 花纹角度

轮胎花纹块排列角度对轮胎的牵引性能和耐磨性能有重要影响，本次设计的农业拖拉机驱动轮胎花纹是左右成对错开排列的，左右花纹块排列成人字形，整个胎面花纹具有一定的方向。拖拉机的牵引力是由于轮胎与地面或土壤接触后产生的剪切力而产生，剪切力增大，则牵引力增大。

为方便区分，将轮胎的整个行驶面划分为接地区和驱动区。接地区为胎冠中心部位最先接触土壤的区域，约占整个行驶面宽度的1/3，驱动区在接地区左右两侧对称分布。

1.4.1.1 接地区花纹角度

农业拖拉机在田间作业过程中，轮胎胎冠中部首先接触土壤，胎冠中部的接触角（与径向之间的夹角）越小，平顺性越好，行驶阻力越小，能耗越低，舒适性越好，但是牵引力小；如果胎冠中部接触角增大，行驶阻力和牵引力增大，但是拖拉机兼做运输工具时，在硬路面行驶的平稳性会受到影响，且能耗大，综合农业拖拉机驱动轮轮胎是耕运两用的轮胎，采用轮胎花纹与径向成40°～45°的变角度（图2中的α角）花纹设计，花纹块转折处采用弧线连接，提高轮胎的自洁性能、抗刺扎性能和抗撕裂性能。

图2 胎面花纹块及花纹夹角示意

1.4.1.2 驱动区花纹角度

根据轮胎的使用条件，驱动区花纹与径向之间的夹角（图2中的β角）明显大于α角，β角一般采用50°～69°的变角度设计。从α角到β角，随着角度的不断增大，行驶阻力不断增大，从而逐步提高了轮胎的牵引力。由于土壤与路面的硬度不同，轮胎花纹块在不同角度的综合作用下，使轮胎既具有一定的导向性能，又具有良好的牵引性能。另外接地区与驱动区花纹块之间采用圆弧过渡，可使花纹块转弯处光滑，有利于提高轮胎的自洁性能。

1.4.2 前后支撑角度

胎面中部花纹块的前后支撑角度越小，花纹块越易切入土壤中，但是前后支撑角度过小，容易引起花纹块根部裂口，花纹块稳定性降低，花纹块移动大，导致轮胎的耐磨性能及抗撕裂性能差，使用寿命短。结合以往设计经验，胎面中部花纹块前支撑角度一般设计为15°，其位置从花纹块表面到花纹块1/4高度处，后支撑角度设计取值一般是18°～20°，同时增大花纹块根部的连接弧半径，使花纹块根部橡胶厚度增大。这样既可以保证花纹块有良好的切入性能，同时又可以使轮胎在行驶过程中有足够的支撑性能和自洁性能。

此外胎面肩部的花纹块前后支撑角度需要综合考虑各种因素，一方面肩部花纹块要有足够的支撑力，同时要有良好的散热性能及自洁性能。结合以往设计经验，肩部花纹块前支撑角度取18°，其位置从花纹块表面到花纹块1/4高度处，后支撑角度取25°。

胎面花纹前后支撑剖面如图3所示。