半鋼子午線輪胎錐度效應(yīng)影響因素分析

劉風(fēng)麗，彭 松，王時(shí)豪，宋 立，李天奇

（中策橡膠集團(tuán)股份有限公司，浙江 杭州 310018）

輪胎是汽車與路面保持接觸的唯一部件，不僅支承汽車的滾動，而且直接影響汽車的行駛性能。因此汽車行駛性能與輪胎地面力學(xué)性能密切相關(guān)。然而輪胎地面力學(xué)性能又與輪胎品質(zhì)密不可分，因此汽車行駛性能是建立在輪胎品質(zhì)基礎(chǔ)之上的[1]。

輪胎制造工藝水平影響輪胎的品質(zhì)[2-3]。半鋼子午線輪胎是由不同橡膠、鋼絲等材料，經(jīng)過壓出、復(fù)合、貼合、輥壓、硫化等一系列生產(chǎn)工序復(fù)合的產(chǎn)物。因此設(shè)備精度、操作員操作手法及生產(chǎn)環(huán)境都會對輪胎品質(zhì)造成影響[4-7]。

輪胎在滾動過程中，如果或多或少伴有作用于其上的錐形側(cè)向力，力圖使其偏離原來的直線運(yùn)動方向，即使是剛換上的新輪胎也可能如此，該現(xiàn)象被稱為輪胎的錐度效應(yīng)。

本工作主要分析輪胎制造過程中常見因素對輪胎錐度效應(yīng)的影響。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)輪胎

試驗(yàn)采用控制變量法，試驗(yàn)輪胎規(guī)格為265/70R18。

1.2 測試條件

1.2.1 充氣壓力

檢測充氣壓力的精度要求為：檢測值 設(shè)定值±10 kPa，波動量 ≤5 kPa。最大充氣壓力（Pmax）參見輪胎胎側(cè)標(biāo)注。

檢測充氣壓力標(biāo)準(zhǔn)如下：當(dāng)Pmax≤320 kPa時(shí)，充氣高壓≥280 kPa，檢測充氣壓力為180 kPa；當(dāng)440 kPa≥Pmax＞320 kPa時(shí)，充氣高壓≥350 kPa，檢測充氣壓力為260 kPa；當(dāng)Pmax＞420 kPa時(shí)，充氣高壓≥350 kPa，檢測充氣壓力為320 kPa。

1.2.2 負(fù)荷

檢測負(fù)荷精度要求為：檢測值 設(shè)定值±5 kg，波動量 ≤設(shè)定值×1%；最大負(fù)荷參見輪胎胎側(cè)標(biāo)注；增強(qiáng)型輪胎測試時(shí)的單胎最大負(fù)荷為胎側(cè)標(biāo)定負(fù)荷指數(shù)減5后的負(fù)荷指數(shù)所對應(yīng)的負(fù)荷值（胎側(cè)有“EXTRALOAD”或“REINFORCED”字樣的為增強(qiáng)型輪胎）。

檢測負(fù)荷為單胎最大負(fù)荷×80%。

1.2.3 輪輞寬度

檢測寬度精度要求為標(biāo)準(zhǔn)寬度±0.5J。檢測輪輞寬度參考TRA《美國輪胎輪輞協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)年鑒》和ETRTO《歐洲輪胎輪輞技術(shù)組織標(biāo)準(zhǔn)手冊》標(biāo)準(zhǔn)。

1.2.4 速度

速度精度要求為檢測值應(yīng)在±設(shè)定值×1%的范圍內(nèi)，波動量≤設(shè)定值×0.5%。

檢測速度標(biāo)準(zhǔn)為65 r·min-1。

1.3 試驗(yàn)設(shè)備

LCY1418-JY-A二次法成型機(jī)，北京敬業(yè)機(jī)械設(shè)備有限公司產(chǎn)品；輪胎均勻性實(shí)驗(yàn)機(jī)，巨輪智能裝備股份有限公司產(chǎn)品。

1.4 測試及計(jì)算方法

輪胎錐度測試如圖1所示。錐度測試的受力和受力波形示意分別如圖2和3所示。

圖1 輪胎錐度測試

圖2 輪胎錐度測試受力示意

錐度的計(jì)算值為FCW和FCCW的平均值，即-16.2 N。

圖3 輪胎錐度測試的受力波形

2 結(jié)果與討論

輪胎生產(chǎn)過程中錐度影響因素主要包括半成品（胎面厚度差和寬度差不對稱）、成型[胎面、帶束層或組件（胎面、冠帶層、帶束層在二段成型時(shí)的復(fù)合件）貼偏]、硫化（胎坯中心線與模具中心線或膠囊中心線不重合）、結(jié)構(gòu)（胎面為非對稱花紋）。下面分別進(jìn)行討論。

2.1 半成品

輪胎胎面膠如圖4所示。

圖4 輪胎胎面膠示意

因胎面壓出后各尺寸存在一定偏差，為使試驗(yàn)數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確（貼近理論計(jì)算值），將A與A'和B與B'的差值控制在±2 mm，H與H'的差值控制在±0.3 mm，其余控制參數(shù)的公差以現(xiàn)場執(zhí)行為準(zhǔn)。A，A'，H和H'以X光掃描儀數(shù)值為準(zhǔn)。

胎面尺寸變化對應(yīng)的錐度如表1所示。因難以控制標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的錐度為零，故將方案1作為標(biāo)準(zhǔn)胎面，其試驗(yàn)結(jié)果作為參照，方案2—5的錐度為平均值。

表1 胎面尺寸變化對應(yīng)的錐度值

從表1可以看出，胎肩寬度差值在5 mm左右對錐度影響為34.3 N；胎肩厚度差值在0.5 mm左右對錐度影響為23.5 N。

2.2 成型

進(jìn)行胎面、帶束層和組件貼偏3組試驗(yàn)及1個(gè)參照試驗(yàn)（參照試驗(yàn)所有部件都正常貼合），所有貼偏均在成型時(shí)向左偏。

2.2.1 胎面貼偏

胎面貼偏如圖5所示。

圖5 胎面貼偏示意

C1分別取0，1，3和5 mm（每個(gè)數(shù)值分別做3條輪胎）時(shí)，對應(yīng)的錐度平均值分別為-29.79，-15.19，26.36和74.77 N。

從以上數(shù)據(jù)可以看出：當(dāng)C1由0 mm增大至1 mm時(shí)，輪胎的錐度增大了14.60 N；當(dāng)C1由1 mm增大至3 mm時(shí)，錐度增大了41.55 N，平均每偏離1 mm錐度增大20.78 N；當(dāng)C1由3 mm增大至5 mm時(shí)，錐度增加了48.31 N，平均每偏離1 mm錐度增大24.21 N。

2.2.2 帶束層貼偏

帶束層貼偏如圖6所示。

圖6 帶束層貼偏示意

C2分別取1，3和5 mm（每個(gè)數(shù)值分別做3條輪胎）時(shí)，對應(yīng)的錐度平均值分別為-21.07，14.01和56.55 N。

從以上數(shù)據(jù)可以看出：當(dāng)C2由0 mm增大至1 mm時(shí)，錐度增大了8.72 N；當(dāng)C2由1 mm增大至3 mm時(shí)，錐度增大了35.08 N，平均每偏離1 mm錐度增大17.54 N；當(dāng)C2由3 mm增大至5 mm時(shí)，錐度增大了42.53 N，平均每偏離1 mm錐度增大21.27 N。

2.2.3 組件貼偏

組件貼偏如圖7所示。

圖7 組件貼偏示意

C3分別取1，3和5 mm（每個(gè)數(shù)值分別做3條輪胎）時(shí)，對應(yīng)的錐度平均值分別為-3.53，76.34，160.23 N。

由上述數(shù)據(jù)可以看出：當(dāng)C3由0 mm增大至1 mm時(shí)，錐度增大了26.26 N；當(dāng)C3由1 mm增大至3 mm時(shí)，錐度增大了79.87 N，平均每偏離1 mm 錐度增大39.98 N；當(dāng)C3由3mm增大至5mm時(shí)，錐度增大了83.89 N，平均每偏離1 mm錐度增大41.94 N。

2.3 硫化

用熒光筆標(biāo)記胎坯的內(nèi)側(cè)和外側(cè)中心，硫化1條輪胎后確認(rèn)膠囊中心線、胎坯中心線和模具中心線三線是否重合，若未重合調(diào)整預(yù)定型高度和抓胎手的裝胎高度直至重合，調(diào)整到位后硫化生產(chǎn)3條輪胎作為標(biāo)準(zhǔn)輪胎。

2.3.1 胎坯中心與膠囊中心偏離

胎坯中心與膠囊中心偏離如圖8所示。

圖8 胎坯中心與膠囊中心偏離示意

D分別取0，2和4 mm（每個(gè)數(shù)值分別做3條輪胎）時(shí)，對應(yīng)的錐度平均值分別為25.38，10.39和-29.11 N。

從數(shù)據(jù)可以看出：當(dāng)D由0 mm增大至2 mm時(shí)，錐度增大了14.99 N，平均每偏離1 mm錐度增大7.45 N；當(dāng)D由2 mm增大至4 mm時(shí)，錐度增大了39.49 N，平均每偏離1 mm錐度增大19.80 N。

2.3.2 胎坯中心與模具中心偏離

胎坯中心與模具中心偏離如圖9所示。

圖9 胎坯中心與模具中心偏離示意

E分別取2和4 mm（每個(gè)數(shù)值分別做3條輪胎）時(shí)，對應(yīng)的錐度平均值分別為72.23和149.74 N。

從數(shù)據(jù)可以看出：當(dāng)E由0 mm增大至2 mm時(shí)，錐度增大了46.84 N，平均每偏離1 mm錐度增大23.42 N；當(dāng)E由2 mm增大至4 mm時(shí)，錐度增大了77.52 N，平均每偏離1 mm錐度增大38.81 N。

2.4 非對稱胎面花紋

非對稱胎面花紋對錐度的影響是兩肩部花紋的海陸比差異（主要影響硫化時(shí)的吃膠量），所以在設(shè)計(jì)非對稱花紋胎面時(shí)應(yīng)考慮花紋兩肩部的海陸比差異，合理設(shè)計(jì)胎面兩肩部的膠料。

3 結(jié)論

（1）胎面和胎肩寬度和厚度差值在一定范圍內(nèi)，對輪胎的錐度影響不大。

（2）成型時(shí)胎面、帶束層和組件貼偏對錐度效應(yīng)影響較大，且偏移量越大，單位偏移量對錐度的影響越大，因此成型時(shí)應(yīng)該嚴(yán)格控制設(shè)備精度，減小設(shè)備精度波動，同時(shí)加大檢查力度，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并解決。

（3）硫化時(shí)胎坯中心需與膠囊中心和模具中心重合，膠囊中心與胎坯中心位置偏移對錐度效應(yīng)影響較小，模具中心與胎坯中心位置偏移對錐度效應(yīng)影響較大且偏移量越大，單位偏移量對錐度的影響越大。因此硫化胎坯位中心應(yīng)確保與模具中心重合。