基于TKPH 值的輪胎選型方法及延長使用壽命措施

程 瑋

（國能準(zhǔn)能集團(tuán)有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 010300）

國家能源集團(tuán)準(zhǔn)能集團(tuán)有限責(zé)任公司是集煤炭開采、坑口發(fā)電及煤炭循環(huán)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)為一體的大型綜合能源企業(yè)，其所屬的黑岱溝露天煤礦和哈爾烏素露天煤礦2 個(gè)特大型現(xiàn)代化露天煤礦，核定產(chǎn)能分別為34 Mt/a 和35 Mt/a。2 個(gè)露天煤礦主要開采工藝為單斗-卡車間斷工藝，大型礦用卡車在剝離及采煤環(huán)節(jié)大量使用。目前，黑岱溝露天煤礦和哈爾烏素露天煤礦在用154～363 t 電動(dòng)輪自卸卡車180多臺(tái)，主要應(yīng)用普利司通、米其林和固特異等廠家生產(chǎn)的巨型輪胎，正常生產(chǎn)的情況下，輪胎年使用成本超過2 億元。準(zhǔn)能集團(tuán)大型礦用自卸卡車輪胎長期依賴國外進(jìn)口，且消耗較大，價(jià)格昂貴，基于礦用卡車輪胎的最基本參數(shù)TKPH 值，從輪胎的選型、壽命影響因素及管控方法等環(huán)節(jié)著手，探討延長輪胎使用壽命方法，從而降低生產(chǎn)成本，提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。

1 輪胎TKPH 值定義

在工程輪胎領(lǐng)域，TKPH 是用于表達(dá)輪胎工作能力的符號(hào)，是輪胎最大允許內(nèi)部運(yùn)行溫度的函數(shù)，輪胎的TKPH 值是反映引起輪胎溫度升高諸因素影響關(guān)系，表示輪胎生熱限度，由此用來限定輪胎使用工況的1 個(gè)重要指標(biāo)[1-2]。每1 種規(guī)格的輪胎都有1個(gè)確定的載荷速度極限值，即TKPH 值，按TKPH 值選擇使用輪胎，使輪胎TKPH 值與現(xiàn)場TKPH 值相匹配，可以有效地延長輪胎使用壽命。

2 基于TKPH 值的輪胎選型

2.1 輪胎TKPH 值和現(xiàn)場TKPH 值

1）輪胎TKPH 值。每1 種型號(hào)的工程輪胎均有1 個(gè)TKPH 額定值，該值是以輪胎在38 ℃環(huán)境溫度下達(dá)到工作臨界溫度時(shí)輪胎負(fù)荷與速度的乘積來表示。1 條輪胎的TKPH 額定值取決于其結(jié)構(gòu)、花紋、材質(zhì)、制造工藝等多種因素，并根據(jù)規(guī)格和類型而變化，輪胎的TKPH 額定值一般由輪胎生產(chǎn)廠家在實(shí)驗(yàn)室通過特點(diǎn)的方法進(jìn)行測試得出，作為輪胎的1個(gè)重要參數(shù)為用戶選型的參考[3-5]。

2）現(xiàn)場TKPH 值?，F(xiàn)場TKPH 的數(shù)值反映的是設(shè)備在實(shí)際應(yīng)用現(xiàn)場對(duì)輪胎相關(guān)參數(shù)的具體要求，現(xiàn)場TKPH 公式為：

式中：Qm為設(shè)備每條胎的平均負(fù)荷，t；Vm為設(shè)備運(yùn)行周期內(nèi)的平均速度，km/h；K1為運(yùn)距修正系數(shù)；K2為溫度修正系數(shù)。

2.2 現(xiàn)場TKPH 值計(jì)算方法和輪胎選型原則

現(xiàn)場實(shí)際TKPH 值一般通過式（1）計(jì)算獲得，具體按照以下原則進(jìn)行計(jì)算。

式中：Qc為負(fù)載車輛的單胎負(fù)荷，t；Qv為空載車輛的單胎負(fù)荷，t。

理論上每條胎的Qm值都應(yīng)該單獨(dú)計(jì)算，在實(shí)際應(yīng)用中，一般情況下無法獲得具體的輪胎負(fù)荷，因此假定同一軸上的每1 條胎承載的負(fù)荷相同，當(dāng)計(jì)算前軸和后軸上每1 條胎的平均負(fù)荷時(shí)，獲取的最大的Qm值將用于計(jì)算現(xiàn)場TKPH 值。在大多數(shù)情況下，對(duì)于1 臺(tái)2 軸6 輪的礦用自卸車卡車，負(fù)載車輛質(zhì)量的分布，前軸（單輪）為33.3%，后軸（雙輪并裝）為66.7%，現(xiàn)場生產(chǎn)實(shí)際是承載的質(zhì)量最大，因此卡車最大的Qm值幾乎始終在前輪上。

式中：L 為運(yùn)行周期長度，km；H 為運(yùn)行周期持續(xù)的時(shí)間，h。

因卡車在作業(yè)過程中，循環(huán)作業(yè)的周期和距離不盡相同，因此建議運(yùn)行周期取數(shù)時(shí)必須為最高的平均速度的行駛周期，特別要注意的是，H 為運(yùn)行周期持續(xù)的時(shí)間，包含了卡車裝載、重裝、卸車、空載返回、待裝等1 個(gè)完整循環(huán)內(nèi)的全部時(shí)間。

在實(shí)踐過程中，卡車輪胎使用壽命與運(yùn)距和環(huán)境溫度有著密切的關(guān)系，運(yùn)距越長、環(huán)境溫度越高越會(huì)降低輪胎的使用壽命，因此在計(jì)算現(xiàn)場實(shí)際TKPH 值時(shí)一般會(huì)引入K1運(yùn)距修正系數(shù)和K2溫度修正系數(shù)。K1、K2一般根據(jù)輪胎特性進(jìn)行取值，具體取值須參考輪胎生產(chǎn)廠家指導(dǎo)手冊(cè)。根據(jù)上述Qm、Vm、K1、K2的計(jì)算方法和取數(shù)原則，結(jié)合卡車的自重、質(zhì)量分配及載荷等相關(guān)參數(shù)，很容易計(jì)算出某一車型現(xiàn)場TKPH 值。

通過計(jì)算可得到現(xiàn)場TKPH，結(jié)合車輛牽引、防護(hù)和速度方面的要求來選擇滿足現(xiàn)場使用的輪胎，輪胎選型原則是輪胎TKPH 值要大于實(shí)際現(xiàn)場TKPH 值，但是選擇的輪胎TKPH 值也不宜超過現(xiàn)場TKPH 值太多，否則經(jīng)濟(jì)上不劃算；若輪胎的TKPH值小于實(shí)際現(xiàn)場TKPH 值，則該輪胎不適合于該現(xiàn)場應(yīng)用，如果出現(xiàn)次情況，則需要查看是否有其他花紋或種類的輪胎可以滿足現(xiàn)場需求，若確實(shí)找不到滿足現(xiàn)場需求的輪胎，則需要修改運(yùn)行條件，即減少車輛負(fù)荷或降低速度，把現(xiàn)場TKPH 值降低到輪胎TKPH 值以下。

3 影響輪胎使用壽命的因素

基于TKPH 值的輪胎選型能夠保證卡車輪胎滿足現(xiàn)場使用要求，在確保輪胎安全性、經(jīng)濟(jì)性方面有重要意義。如果要提高輪胎的使用壽命，還需結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際使用情況，對(duì)輪胎損壞形式及影響輪胎使用壽命的因素進(jìn)行有針對(duì)性的分析。

輪胎是車輛同地面的唯一接觸點(diǎn)，影響輪胎使用性能的原因與大量因素相關(guān)，根據(jù)多年來的研究，對(duì)輪胎的功能產(chǎn)生影響主要因素包含地面類型、現(xiàn)場道路條件、外部溫度、氣壓、負(fù)荷、速度等，其中任何條件發(fā)生變化（地面類型，運(yùn)距，現(xiàn)場道路布局等），可能導(dǎo)致之前完全符合要求的輪胎變得不適合，需要對(duì)車輛上的輪胎進(jìn)行調(diào)整。輪胎的負(fù)荷、速度、氣壓等不同，會(huì)造成輪胎不同形式的損壞，根據(jù)TKPH 值計(jì)算公式，可得出影響輪胎性能較大的因素是速度和載重，還包含現(xiàn)場道路的條件、維護(hù)、充氣壓力等其它因素。輪胎損壞原因影響因素見表1。

表1 輪胎損壞原因影響因素

1）輪胎過載。盡管短期輪胎的胎面磨損跡象不明顯，但嚴(yán)重影響輪胎使用壽命，主要表現(xiàn)在過度生熱造成脫層、輪胎下沉量過大造成簾線損壞、長時(shí)間會(huì)造成胎面快速磨損、簾線張力增大造成爆裂的風(fēng)險(xiǎn)等。研究表明：輪胎超載10%，輪胎使用壽命減少15%，輪胎超載20%，輪胎使用壽命減少30%，輪胎超載30%，輪胎使用壽命減少50%。

2）輪胎超速。會(huì)輪胎內(nèi)部溫度異常升高會(huì)導(dǎo)致輪胎部件過熱，導(dǎo)致輪胎結(jié)構(gòu)的不可彌補(bǔ)的損壞，輪胎內(nèi)部臨界溫度閾值一般為80 ℃左右，超過此溫度應(yīng)當(dāng)采取控制措施。

3）輪胎充氣氣壓不足或氣壓過大對(duì)輪胎的使用壽命影響很大。充氣不足會(huì)導(dǎo)致輪胎胎側(cè)的曲撓度增加會(huì)，造成輪胎內(nèi)部溫度升高以及偏磨；充氣過大會(huì)造成胎面的早期磨損，耐沖擊和耐割傷性下降以及偏磨。

4）根據(jù)準(zhǔn)能集團(tuán)多年來的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，卡車輪胎損壞主要表現(xiàn)是扎破、扎爆等，占比接近50%，主要與道路質(zhì)量、行駛速度和載重量都有不同程度的關(guān)系，扎破、扎爆是1 個(gè)綜合因素導(dǎo)致的結(jié)果。

5）日常維護(hù)的重要性。如輪胎早期損壞未及時(shí)維修、前后車軸輪胎及同軸磨損程度不同的輪胎要未及時(shí)換位、懸掛不平衡導(dǎo)致的輪胎偏磨、輪輞組裝不合格造成輪胎損壞等。還包含司機(jī)操作手法及水平、輪胎質(zhì)量、運(yùn)輸距離不合理等方面的因素。

4 延長輪胎使用壽命措施

基于TKPH 值選擇了正確的輪胎，分析了影響輪胎損壞形式和影響輪胎性能及使用壽命因素，制定有針對(duì)性的應(yīng)對(duì)措施，結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際，形成了豐富的管理、使用、維修經(jīng)驗(yàn)，以延長輪胎使用壽命[6-7]。

4.1 管理方面

1）對(duì)礦用卡車大型輪胎施行全壽命周期管理，對(duì)每1 條輪胎從領(lǐng)用、安裝、換位、修補(bǔ)、下機(jī)等全過程跟蹤，詳細(xì)統(tǒng)計(jì)輪胎使用壽命，分析報(bào)廢原因，為后續(xù)優(yōu)化管理提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

2）設(shè)置輪胎獎(jiǎng)，對(duì)使用壽命超過規(guī)定壽命的機(jī)組進(jìn)行獎(jiǎng)勵(lì)，同時(shí)也設(shè)置工程質(zhì)量獎(jiǎng)，提高卡車司機(jī)及道路維護(hù)人員的積極性。

3）定期召開提高礦用卡車輪胎管理水平研討會(huì)，總結(jié)礦用卡車輪胎使用經(jīng)驗(yàn)，分析目前存在的問題，研究提高輪胎使用壽命和保障供應(yīng)的方法，形成全員關(guān)注輪胎、全員管理輪胎的氛圍。

4）與采礦、爆破及輔助工程相結(jié)合，關(guān)注生產(chǎn)安排、采礦布置、工藝安排及爆破環(huán)節(jié)對(duì)輪胎使用壽命的影響，持續(xù)優(yōu)化采礦方案，合理安排各類型卡車的生產(chǎn)任務(wù)，各環(huán)節(jié)聯(lián)動(dòng)管控，共同減少輪胎損耗。

5）降低輪胎消耗、延長輪胎使用壽命的同時(shí)需兼顧輪胎使用安全，制定合理的輪胎報(bào)廢標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)達(dá)到報(bào)廢標(biāo)準(zhǔn)的輪胎及時(shí)更換。

4.2 使用方面

1）輪胎扎破仍然是輪胎損壞的主要原因，露天礦采場和排土場仍撒料較多，對(duì)輪胎損傷較大，加強(qiáng)采場、排土場工程質(zhì)量管理，改善輪胎運(yùn)行環(huán)境。

2）根據(jù)各品牌、各車型輪胎TKPH 值及耐熱、耐切割性能的不同，合理安排卡車作業(yè)位置。

3）露天礦加強(qiáng)裝車質(zhì)量管理，嚴(yán)控卡車超載；加強(qiáng)設(shè)備運(yùn)行管理，嚴(yán)控卡車超速行駛。

4）安裝輪胎胎溫胎壓管理系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)測卡車輪胎，胎溫、胎壓超過規(guī)定值時(shí)，有強(qiáng)制應(yīng)對(duì)措施[8-9]。

4.3 維修方面

1）加大輪胎修補(bǔ)力度，并制定修補(bǔ)標(biāo)準(zhǔn)，加強(qiáng)預(yù)防性維修，對(duì)早期割傷的輪胎及時(shí)進(jìn)行修補(bǔ)，避免傷口擴(kuò)大加速損壞；加大設(shè)備和人員投入，提高輪胎修補(bǔ)力度，擴(kuò)大修補(bǔ)范圍，同時(shí)考核修補(bǔ)輪胎數(shù)量。

2）嚴(yán)控卡車超載，確?？ㄜ嚪Q重系統(tǒng)完好、準(zhǔn)確是重要的手段，并對(duì)穩(wěn)定性較差的稱重系統(tǒng)進(jìn)行改造，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)裝車，降低卡車超裝風(fēng)險(xiǎn)，避免因卡車超載導(dǎo)致輪胎損壞。

3）做好車輛及輪胎日常維護(hù)，如前后車軸輪胎及同軸磨損程度不同的輪胎要及時(shí)換位，定期調(diào)整懸掛，保證卡車側(cè)護(hù)板完好避免裝車過程中落石損傷輪胎等。

4）做好輪胎與輪輞的組裝工作，保證組裝后符合使用標(biāo)準(zhǔn)。

4.4 供應(yīng)方面

1）與國內(nèi)廠家合作，加大國產(chǎn)輪胎研發(fā)和試用，擴(kuò)寬輪胎采購渠道，打破進(jìn)口輪胎壟斷局面，目前準(zhǔn)能集團(tuán)已于國內(nèi)福建海安、青島賽輪等廠家進(jìn)行各種規(guī)格型號(hào)的輪胎的開發(fā)和試用，部分型號(hào)的輪胎已達(dá)到進(jìn)口輪胎的水平。

2）與輪胎供應(yīng)商簽訂長期戰(zhàn)略框架協(xié)議，以戰(zhàn)略框架協(xié)議采購為主、零星采購為輔，豐富采購方式，同時(shí)提高采購工作效率，充分把握每年10—12月的輪胎黃金采購時(shí)機(jī)，保證輪胎供應(yīng)安全[10]。

3）輪胎供應(yīng)商產(chǎn)能不足、輪胎交貨周期較長及輪胎交貨不均勻時(shí)，要適當(dāng)增加輪胎安全庫存數(shù)量。

5 結(jié)語

國能準(zhǔn)能集團(tuán)大型礦用卡車輪胎基于TKPH 值的選型，避免了輪胎型號(hào)不符合現(xiàn)場實(shí)際情況的發(fā)生，保證了礦用卡車輪胎使用的經(jīng)濟(jì)性、安全性，同時(shí)對(duì)輪胎使用施行全壽命周期管理，輔以輪胎胎溫胎壓管理系統(tǒng)和卡車稱重系統(tǒng)等信息化、智能化的管理手段，從管理、使用、維修、供應(yīng)等多維度制定了切實(shí)可行的管控措施，輪胎使用水平一直處于全國領(lǐng)先行列，在準(zhǔn)能集團(tuán)2 個(gè)露天煤礦采礦、地質(zhì)條件下，部分卡車輪胎平均使用壽命超過了10 000 h，300 t 級(jí)卡車輪胎使用壽命常年保持在8 000 h 左右，大型礦用卡車輪胎使用壽命的提高，為提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益做出了突出貢獻(xiàn)。