鋼絲圈單根纏繞替代根排結(jié)構(gòu)的應(yīng)用分析

童詩(shī)圖

(雙錢(qián)集團(tuán)（安徽）回力輪胎有限公司，安徽 蕪湖 241000)

輪胎作為汽車(chē)唯一接觸地面的部件，承擔(dān)了汽車(chē)與地面之間力的傳導(dǎo)作用，隨著汽車(chē)工業(yè)的不斷發(fā)展，帶動(dòng)了輪胎工業(yè)的快速提升，市場(chǎng)對(duì)于輪胎的綜合性能要求也越來(lái)越高。胎圈鋼絲作為輪胎的主要骨架材料，主要起到支撐輪胎結(jié)構(gòu)，箍緊汽車(chē)輪輞的作用，是保障汽車(chē)驅(qū)動(dòng)、制動(dòng)、轉(zhuǎn)向等機(jī)械動(dòng)作向輪胎傳遞的重要部件。半鋼子午線(xiàn)輪胎因其胎體柔軟，相比于全鋼胎來(lái)說(shuō)，胎圈部位受力比率更大，因此對(duì)于半鋼子午線(xiàn)輪胎來(lái)說(shuō)，胎圈部位的設(shè)計(jì)尤為重要。本文主要研究1.20 HT鋼絲圈單根纏繞結(jié)構(gòu)替代常用0.96 HT根排結(jié)構(gòu)的應(yīng)用，以期作為半鋼子午線(xiàn)輪胎鋼絲圈設(shè)計(jì)的重要參考。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 鋼絲性能對(duì)比

1.20 HT和0.96 HT胎圈鋼絲主要性能指標(biāo)如表1所示。

表1 兩種鋼絲材料主要性能參數(shù)

1.2 單根纏繞結(jié)構(gòu)和根排結(jié)構(gòu)對(duì)比

單根纏繞鋼絲圈，常見(jiàn)的形狀為六角形和菱形，我司采用的是六角形這種類(lèi)似于蜂巢的結(jié)構(gòu)。鋼絲圈的鋼絲根數(shù)、層數(shù)根據(jù)輪胎結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)而定的，主要是依據(jù)輪胎使用的氣壓標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)格尺寸計(jì)算出鋼絲圈所需的強(qiáng)度來(lái)確定總根數(shù)。根數(shù)少了會(huì)降低鋼絲圈的安全系數(shù)，造成鋼絲斷裂；根數(shù)多了浪費(fèi)材料，會(huì)影響胎圈結(jié)構(gòu)，成品還可能產(chǎn)生胎趾出邊的現(xiàn)象。因此，各種規(guī)格的鋼絲圈都有一定的直徑、層數(shù)和根數(shù)，不許隨意的改變或互換代用。

0.96 HT鋼絲根排結(jié)構(gòu)的鋼絲圈如5×5結(jié)構(gòu)，是5根鋼絲按照正方形結(jié)構(gòu)形狀纏繞5圈后搭接，其缺點(diǎn)是其附膠鋼絲之間接觸面較小，且根排結(jié)構(gòu)沒(méi)有單根纏繞結(jié)構(gòu)的鋼絲圈緊密，所以鋼絲的接頭長(zhǎng)度一般要求根排結(jié)構(gòu)的搭接量遠(yuǎn)大于單根纏繞結(jié)構(gòu)的搭接量，以防止鋼絲圈松散，對(duì)動(dòng)平衡產(chǎn)生一定的負(fù)面影響，特別是裝胎過(guò)程中操作不當(dāng)還容易在接頭處斷開(kāi)；而1.20 HT鋼絲單根纏繞結(jié)構(gòu)的鋼絲圈如4+5+4+3結(jié)構(gòu)，為單根鋼絲按照六角形結(jié)構(gòu)形狀纏繞16圈后搭接，附膠鋼絲之間的接觸面較大，結(jié)構(gòu)緊密，且只有單根鋼絲接頭，對(duì)動(dòng)平衡影響進(jìn)一步降低。

根排結(jié)構(gòu)方形鋼絲圈和單根纏繞六角形鋼絲圈如圖1所示。

圖1 兩種鋼絲結(jié)構(gòu)圖示

1.3 生產(chǎn)設(shè)備

我司根排結(jié)構(gòu)的方形鋼絲圈生產(chǎn)設(shè)備為玄洋科技方形鋼絲圈機(jī)；單絲纏繞結(jié)構(gòu)的六角形鋼絲圈生產(chǎn)設(shè)備為江陰勤力和無(wú)錫益聯(lián)六角形鋼絲圈纏繞機(jī)。

1.4 性能測(cè)試

兩種結(jié)構(gòu)鋼絲圈的對(duì)比，安排測(cè)試項(xiàng)目為脫圈、壓穿強(qiáng)度、高速、耐久等室內(nèi)安全性能，水壓爆破試驗(yàn)，均勻性及動(dòng)平衡檢測(cè)，實(shí)車(chē)道路測(cè)試，并比較兩種鋼絲圈市場(chǎng)裝胎反饋的數(shù)據(jù)。其中室內(nèi)安全性能參照GB/T 4502—2016進(jìn)行測(cè)試，水壓爆破試驗(yàn)按照HG 2186—2012進(jìn)行測(cè)試，均勻性及動(dòng)平衡檢測(cè)分別按照GB/T 18506—2013和GB/T 18505—2013進(jìn) 行檢測(cè)。

2 結(jié)果與討論

2.1 室內(nèi)安全性能測(cè)試

我們選擇公司205/70R15 96S SR1產(chǎn)品為例，應(yīng)用不同鋼絲圈室內(nèi)安全性試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

表2 兩種鋼絲圈室內(nèi)安全性試驗(yàn)結(jié)果

從表1中的結(jié)果可以看出，僅僅是鋼絲圈結(jié)構(gòu)的變化，對(duì)成品輪胎的耐久、高速、脫圈和強(qiáng)度等國(guó)標(biāo)要求的安全性能沒(méi)有明顯的影響，完全滿(mǎn)足產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求。

2.2 水壓爆破測(cè)試

我們以公司205/70R15 96S SR1產(chǎn)品為例，兩種鋼絲圈水壓爆破試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

表3 兩種鋼絲圈水壓爆破試驗(yàn)結(jié)果

使用1.20 HT鋼絲4+5+4+3結(jié)構(gòu)鋼絲圈替代0.96HT鋼絲5×5結(jié)構(gòu)鋼絲圈，水壓爆破的安全倍數(shù)提升20%左右，鋼絲圈強(qiáng)度有很大提高，安全性進(jìn)一步提升。

2.3 成品均勻性、動(dòng)平衡性能對(duì)比

我們繼續(xù)選擇以205/70R15 96S SR1產(chǎn)品為例，不同鋼絲圈的成品輪胎均勻性、動(dòng)平衡結(jié)果如表4所示。

表4 兩種鋼絲圈均勻性、動(dòng)平衡結(jié)果

鋼絲圈單根纏繞結(jié)構(gòu)相對(duì)于根排結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)更穩(wěn)固，質(zhì)量更均勻，所以單根纏繞結(jié)構(gòu)產(chǎn)品的均勻性、動(dòng)平衡優(yōu)于根排結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品。通過(guò)試驗(yàn)結(jié)果也顯示，單根纏繞結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品與根排結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品相比，無(wú)論徑向力、側(cè)向力、錐度、靜/動(dòng)平衡均有所提升，產(chǎn)品性能進(jìn)一步優(yōu)化，且在工業(yè)化中體現(xiàn)更明顯。

2.4 路試對(duì)比

為進(jìn)一步驗(yàn)證單根纏繞可靠性，我們選擇3種不同類(lèi)型的產(chǎn)品，分別為輕卡、PCR和SUV產(chǎn)品，對(duì)應(yīng)3種車(chē)型，每種車(chē)型2臺(tái)車(chē)，對(duì)兩種鋼絲圈結(jié)構(gòu)的3個(gè)規(guī)格輪胎進(jìn)行實(shí)車(chē)路試。路試的路面主要為城鄉(xiāng)道路和高速，要求駕駛員正常使用，在約定的時(shí)間內(nèi)，跑到3萬(wàn)km后返回工廠分析，拆卸檢查輪胎情況，路試結(jié)果如表5所示。

表5 兩種鋼絲圈結(jié)構(gòu)路試結(jié)果

兩種鋼絲圈在路試中磨耗壽命的理論計(jì)算均值差異在2%以?xún)?nèi)，且都超過(guò)產(chǎn)品的理論磨耗水平，考慮到胎面配方及花紋、溝深相同的情況下，實(shí)際磨耗仍受到行駛路面和駕駛習(xí)慣等影響，可以認(rèn)為兩種鋼絲圈的路試結(jié)果在同一水平。

2.5 市場(chǎng)裝胎反饋

半鋼子午線(xiàn)輪胎在安裝時(shí)偶爾會(huì)出現(xiàn)充氣困難或充氣時(shí)輪輞難以彈起，一般是輪胎與輪輞的安裝位置不正造成的。公司試驗(yàn)室的標(biāo)準(zhǔn)要求是當(dāng)充氣氣壓達(dá)到輪胎最大使用氣壓時(shí)，若輪胎輪輞仍未彈起，則將輪胎內(nèi)氣壓放空，重新調(diào)整輪胎和輪輞的安裝位置再安裝，所以?xún)煞N鋼絲圈在公司實(shí)驗(yàn)室裝胎情況都無(wú)異常。但在零售市場(chǎng)，因門(mén)店裝胎量大，通常使用爆充的方式進(jìn)行裝胎，通過(guò)爆充時(shí)突增的氣壓將輪胎推壓至輪輞上，爆充的瞬間若輪胎與輪輞的裝胎位置不正，對(duì)胎圈的傷害極大，可能造成鋼絲圈斷裂和裝胎爆胎的現(xiàn)象。

因?yàn)閱胃p繞的鋼絲圈結(jié)構(gòu)更緊密，鋼絲圈層間不會(huì)錯(cuò)位，鋼絲圈的結(jié)構(gòu)更不容易變形，搭接處單根鋼絲比根排結(jié)構(gòu)更難斷裂或松散，所以鋼絲圈的整體強(qiáng)度更大，很好的改善裝胎時(shí)發(fā)生搭接處松散和斷裂而造成裝胎爆胎，提高了輪胎使用的安全性。從我司鋼絲圈結(jié)構(gòu)切換前后的情況來(lái)看，排除人為損壞，單根纏繞結(jié)構(gòu)的輪胎裝胎爆胎單項(xiàng)PPM已為零。

3 成本分析

根據(jù)計(jì)算，以15英寸產(chǎn)品為例，0.96HT鋼絲5× 5根排結(jié)構(gòu)鋼絲圈，替換為1.20 HT鋼絲4+5+4+3單根纏繞鋼絲圈后，鋼絲成本下降約2%。如考慮將兩者的安全倍數(shù)調(diào)整到同一水平，則材料成本還會(huì)下降。

另外，因?yàn)楦沤Y(jié)構(gòu)如5×5單工位需要5個(gè)鋼絲錠子供應(yīng)，而單根纏繞不論結(jié)構(gòu)單工位只需要1個(gè)鋼絲錠子供應(yīng)，設(shè)備占地少，所以單根纏繞結(jié)構(gòu)的鋼絲圈生產(chǎn)設(shè)備工位多，生產(chǎn)效率遠(yuǎn)大于根排結(jié)構(gòu)的鋼絲圈生產(chǎn)設(shè)備，用地和用人的成本也大大降低。

4 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的對(duì)比，采用1.20 HT單根纏繞結(jié)構(gòu)鋼絲圈來(lái)替代0.96 HT根排結(jié)構(gòu)鋼絲圈，輪胎的室內(nèi)安全性能穩(wěn)定，路試結(jié)果無(wú)明顯區(qū)別，均勻性及動(dòng)平衡略有提升，輪胎的安全倍數(shù)明顯提高，使用的安全性有顯著的提升，且單根纏繞結(jié)構(gòu)鋼絲圈的材料和加工成本降低，能有效的提升公司的效益和顧客滿(mǎn)意度。