全鋼載重子午線(xiàn)輪胎成型工藝對(duì)輪胎徑向力波動(dòng)的影響

趙成忠，李培軍，崔 莉，周 萍

（1.青島科技大學(xué) 高分子材料與工程學(xué)院，山東 青島 266061；2.貴州輪胎股份有限公司，貴州 貴陽(yáng) 550008）

輪胎均勻性直接影響車(chē)輛的操縱穩(wěn)定性和行駛安全性。輪胎徑向力波動(dòng)（RFV）是輪胎不均勻的重要指標(biāo)，當(dāng)RFV值偏大時(shí)會(huì)導(dǎo)致汽車(chē)在行駛過(guò)程中出現(xiàn)振動(dòng)和噪聲增大，影響汽車(chē)行駛的舒適性和平穩(wěn)性，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致汽車(chē)零部件受損[1-2]。

影響輪胎RFV的因素較復(fù)雜，RFV值除了受成型工藝和硫化過(guò)程的影響外，還受輪胎骨架材料的影響。為提高輪胎均勻性，減小輪胎RFV值，提高產(chǎn)品在市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)力，各輪胎企業(yè)做了大量工作。浦哲等[3]研究發(fā)現(xiàn)，降低硫化定型過(guò)程中合模瞬間膠囊內(nèi)部壓力，可降低全鋼載重子午線(xiàn)輪胎RFV。趙延林等[4]研究結(jié)果表明，在滿(mǎn)足使用要求的前提下選用柔韌性較好的骨架材料及在成型過(guò)程中設(shè)定適當(dāng)?shù)脑O(shè)備工藝參數(shù)，可以有效減少輪胎剛性不均勻現(xiàn)象。本工作從胎面接頭位置、成型半部件接頭定位角度、胎面寬度、胎面?zhèn)鬟f環(huán)瓦塊尺寸以及胎面?zhèn)鬟f環(huán)瓦塊夾持壓力等方面探討成型工藝對(duì)載重子午線(xiàn)輪胎RFV的影響，以期為實(shí)際生產(chǎn)的優(yōu)化和相關(guān)研究提供基礎(chǔ)。

1 實(shí)驗(yàn)

（1）試驗(yàn)對(duì)象為11R22.5 16PR無(wú)內(nèi)胎載重子午線(xiàn)輪胎。

（2）主要試驗(yàn)設(shè)備為天津賽象科技股份有限公司生產(chǎn)的三鼓成型機(jī)以及日本神戶(hù)制鋼公司生產(chǎn)的TB-UXR-P2型全鋼載重子午線(xiàn)輪胎均勻性試驗(yàn)機(jī)。

（3）采用全鋼載重子午線(xiàn)輪胎均勻性試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行均勻性試驗(yàn)，測(cè)試輪胎RFV和徑向力波動(dòng)一次諧波（RFV1H）。試驗(yàn)條件為：轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速 60 r·min-1，負(fù)荷 26 kN，充氣壓力 0.6 MPa。

2 結(jié)果與討論

2.1 胎面接頭在胎面?zhèn)鬟f環(huán)上的位置

保持輪胎主要半成品部件接頭角度分布的相對(duì)位置不變，胎面接頭在胎面?zhèn)鬟f環(huán)上每次轉(zhuǎn)動(dòng)90°得到生產(chǎn)輪胎的4種方案，如圖1所示。按照每個(gè)方案生產(chǎn)5條輪胎進(jìn)行均勻性試驗(yàn)，得到的輪胎RFV和RFV1H如表1所示。

從表1可以看出，4種方案輪胎的RFV和RFV1H平均值從大到小順序是：方案2＞方案1＞方案3＞方案4，RFV標(biāo)準(zhǔn)偏差從大到小順序是：方案1≈方案2＞方案4＞方案3，RFV1H標(biāo)準(zhǔn)偏差從大到小順序是：方案1＞方案2＞方案4＞方案3。輪胎的RFV和RFV1H平均值以及標(biāo)準(zhǔn)偏差越小，輪胎舒適性和平穩(wěn)性越好。綜合考慮，方案4輪胎RFV和RFV1H平均值最小，其標(biāo)準(zhǔn)偏差也較小，輪胎均勻性最好；方案2輪胎RFV和RFV1H平均值最大，標(biāo)準(zhǔn)偏差也較大，輪胎均勻性最差。

圖1 胎面接頭在胎面?zhèn)鬟f環(huán)上的位置示意

分析認(rèn)為，在輪胎充氣定型過(guò)程中胎面受到2個(gè)方向的作用力，一是胎體簾布在內(nèi)壓的作用下膨脹，在輪胎徑向上產(chǎn)生向外的張力；二是胎面接頭質(zhì)量分布不均勻產(chǎn)生向下的重力。當(dāng)胎面接頭位于傳遞環(huán)上方時(shí)（方案4），向下的重力和向上的張力中和抵消一部分，合力減小，使得按照該方案設(shè)計(jì)的輪胎RFV和RFV1H平均值最小，輪胎均勻性最好；當(dāng)胎面接頭位于傳遞環(huán)下方時(shí)（方案2），胎體簾布在內(nèi)壓的作用下膨脹會(huì)在輪胎徑向上產(chǎn)生向下的張力，與向下的重力方向一致，導(dǎo)致合力增大，使得按照該方案設(shè)計(jì)的輪胎RFV和RFV1H平均值最大，輪胎均勻性最差。因此，選擇胎面接頭位于傳遞環(huán)上方進(jìn)行生產(chǎn)，輪胎RFV最小。

表1 胎面接頭位置對(duì)輪胎RFV和RFV1H的影響

2.2 胎體接頭定位角度

固定胎面接頭位于胎面?zhèn)鬟f環(huán)上方，調(diào)整胎體復(fù)合件的接頭角度，每次轉(zhuǎn)動(dòng)90°得到4種方案，如圖2所示。按每個(gè)方案生產(chǎn)5條輪胎，進(jìn)行均勻性測(cè)試，得到的輪胎RFV和RFV1H如表2所示。

從表2可以看出，4種方案輪胎的RFV和RFV1H平均值從大到小順序是：方案D＞方案C＞方案B＞方案A，RFV標(biāo)準(zhǔn)偏差順序是：方案B＞方案D＞方案C＞方案A，RFV1H標(biāo)準(zhǔn)偏差順序是：方案B＞方案C≈方案D＞方案A。綜合考慮，方案A輪胎RFV、RFV1H平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差均最小，輪胎均勻性最好；方案D輪胎RFV和RFV1H平均值最大，標(biāo)準(zhǔn)偏差也較大，輪胎均勻性最差。

分析認(rèn)為，操作上的不均勻?qū)е掳氩考宇^部位產(chǎn)生應(yīng)力集中，當(dāng)各半部件接頭重疊時(shí)這種應(yīng)力會(huì)累加變大，但當(dāng)接頭分散時(shí)應(yīng)力會(huì)分散減小甚至相互抵消。方案A輪胎接頭角度分布比較均勻，應(yīng)力沒(méi)有形成累加，輪胎在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中應(yīng)力可能會(huì)相互抵消一部分，使得利用該方案設(shè)計(jì)的輪胎RFV和RFV1H平均值最小，輪胎均勻性最好；方案D中胎面接頭和胎側(cè)-內(nèi)襯層復(fù)合件接頭剛好重疊，應(yīng)力累加導(dǎo)致輪胎RFV變差，輪胎RFV和RFV1H平均值最大，輪胎均勻性最差。因此，利用方案A將輪胎中各種半部件接頭角度在周向上均勻分布，輪胎在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中才會(huì)更平穩(wěn)。

圖2 胎體接頭定位角度在胎面?zhèn)鬟f環(huán)上的位置示意

2.3 胎面長(zhǎng)度

胎面長(zhǎng)度變化也有可能對(duì)輪胎均勻性造成影響。分別取10條正常長(zhǎng)度胎面生產(chǎn)10條輪胎；將胎面長(zhǎng)度減小10 mm后生產(chǎn)另外10條輪胎，測(cè)定兩組輪胎RFV及其平均值，結(jié)果如圖3所示。

從圖3可見(jiàn)，與正常胎面輪胎RFV平均值相比，胎面長(zhǎng)度減小10 mm的輪胎RFV平均值明顯減小。這是由于胎面長(zhǎng)度較大時(shí)，胎面接頭偏大，接頭部位材料堆積，導(dǎo)致輪胎RFV偏大；胎面長(zhǎng)度減小，接頭時(shí)胎面被適當(dāng)拉伸，導(dǎo)致接頭部位材料堆積相應(yīng)減少，有利于改善輪胎RFV。

表2 胎體接頭位置對(duì)輪胎RFV和RFV1H的影響

圖3 胎面長(zhǎng)度對(duì)輪胎RFV及其平均值的影響

2.4 胎面?zhèn)鬟f環(huán)瓦塊尺寸

圖4示出了胎面?zhèn)鬟f環(huán)瓦塊尺寸對(duì)輪胎RFV的影響。從圖4可見(jiàn)，利用直徑范圍為950～1 000 mm的瓦塊A連續(xù)生產(chǎn)5 d，輪胎RFV平均值在742 N左右，利用直徑范圍為1 000～1 050 mm的瓦塊B連續(xù)生產(chǎn)12 d，輪胎RFV平均值在467 N左右，可見(jiàn)采用瓦塊B生產(chǎn)的輪胎RFV值遠(yuǎn)低于采用瓦塊A生產(chǎn)的輪胎，這是由于該規(guī)格輪胎胎坯直徑為1 017 mm，剛好滿(mǎn)足瓦塊B的弧度，在夾取胎面復(fù)合件時(shí)，胎面復(fù)合件周向受力均勻。當(dāng)使用直徑為950～1 000 mm的瓦塊A夾取胎面復(fù)合件時(shí)，由于胎坯弧度和胎面?zhèn)鬟f環(huán)瓦塊弧度差異大，瓦塊將胎面復(fù)合件夾變形，導(dǎo)致胎面復(fù)合件失圓，在定型充氣過(guò)程中，胎體復(fù)合件和胎面復(fù)合件接觸周向上不同步，導(dǎo)致輪胎徑向材料分布不均勻，RFV變大（如圖5所示）；而且胎面?zhèn)鬟f環(huán)瓦塊幅度與胎坯直徑差異越大，輪胎RFV越大。

圖4 胎面?zhèn)鬟f環(huán)瓦塊尺寸對(duì)輪胎RFV的影響

圖5 夾持示意

2.5 胎面?zhèn)鬟f環(huán)瓦塊夾持壓力

將胎面?zhèn)鬟f環(huán)瓦塊夾持壓力分別調(diào)整至0.2和0.4 MPa，各生產(chǎn)10條輪胎對(duì)比均勻性，結(jié)果如圖6所示。由圖6可見(jiàn)，在確保能夾緊胎面復(fù)合件的情況下，胎面?zhèn)鬟f環(huán)瓦塊夾持壓力越低，輪胎RFV越?。粖A持壓力增大，胎面復(fù)合件受到的力增大，胎面復(fù)合件容易變形，導(dǎo)致輪胎RFV增大。

圖6 胎面?zhèn)鬟f環(huán)瓦塊夾持壓力對(duì)輪胎徑向力波動(dòng)的影響

3 結(jié)語(yǔ)

（1）胎面接頭位于傳遞環(huán)上方時(shí)，胎體簾布在內(nèi)壓的作用下膨脹，使輪胎徑向產(chǎn)生向外的張力，與胎面接頭質(zhì)量分布不均導(dǎo)致自身向下的重力相互中和，合力降低，輪胎RFV減小。

（2）輪胎半成品部件接頭重疊時(shí)，接頭部位產(chǎn)生的應(yīng)力會(huì)累加變大，輪胎RFV增大；半成品部件接頭分散時(shí)，應(yīng)力會(huì)分散甚至相互抵消而減小，輪胎RFV減小。

（3）胎面正常長(zhǎng)度減小10 mm，接頭時(shí)適當(dāng)拉伸胎面，減少接頭部位材料的堆積，輪胎RFV減小。

（4）胎面?zhèn)鬟f環(huán)瓦塊幅度與胎坯直徑差異越大，輪胎RFV越大。

（5）在確保能夾緊胎面復(fù)合件的情況下，胎面?zhèn)鬟f環(huán)瓦塊夾持壓力越低，輪胎RFV越小。