全鋼載重子午線輪胎胎圈耐久性能試驗(yàn)方法的研究

牛 飛，丁紀(jì)龍，高 明，張樂(lè)樂(lè)，陳緒飛，王 丁，鄭嵩嵩，袁桂真

（1.華勤橡膠工業(yè)集團(tuán)，山東 濟(jì)寧 272100；2.濟(jì)寧齊魯檢測(cè)技術(shù)有限公司，山東 濟(jì)寧 272100；3.倍耐力輪胎有限公司，山東 濟(jì)寧 272100；4.通力輪胎有限公司，山東 濟(jì)寧 272100）

輪胎是車輛的重要部件之一，其主要作用為支撐車輛并承受車輛質(zhì)量，傳遞力和力矩，保證行駛安全性、穩(wěn)定性、舒適性和操縱性等，減輕和吸收車輛行駛過(guò)程中的震動(dòng)和沖擊力，降低行駛過(guò)程中的噪聲[1-4]。輪胎主要由胎面、胎體、帶束層、氣密層和胎圈等組成。胎面是輪胎唯一與地面接觸的部位，需要超強(qiáng)的耐磨性能，以及保持輪胎牽引力和降低滾動(dòng)阻力的特性；胎體起到支撐輪胎結(jié)構(gòu)的作用，需要高強(qiáng)度和耐疲勞性能，幫助輪胎承受負(fù)荷和震動(dòng)；帶束層在胎面與胎體之間，沿胎面中心線圓周方向箍緊胎體等材料層，對(duì)胎體起到束縛和保護(hù)作用，對(duì)胎面起到加強(qiáng)作用，提高輪胎的高速性能和抗刺穿性能；氣密層防止輪胎內(nèi)的壓縮氣體泄漏，維持輪胎的充氣壓力；胎圈由鋼絲圈、三角膠、胎圈包布等組成，結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，胎圈是輪胎唯一與輪輞直接接觸的部位，在輪胎各部件中硬度最大，其主要作用是與輪輞互相作用形成密封，減緩?fù)饨鐩_擊，并支撐車輛實(shí)現(xiàn)輪胎與路面的接觸，保證車輛在路面上平穩(wěn)行駛[5-9]。

輪胎胎圈的耐久性能關(guān)系到輪胎的耐久性能和安全性。輪胎胎圈的耐久性能試驗(yàn)是指使承受一定垂直負(fù)荷作用的輪胎在模擬實(shí)際輪胎使用中所處的環(huán)境溫度下，在光滑、鋼制的模擬路面上旋轉(zhuǎn)一定時(shí)間后，檢測(cè)輪胎胎圈部位強(qiáng)度的變化情況[10-11]。關(guān)于全鋼載重子午線輪胎胎圈耐久性能的檢測(cè)，目前國(guó)內(nèi)尚無(wú)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)或者行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，行業(yè)內(nèi)常用的全鋼載重子午線輪胎胎圈耐久性能試驗(yàn)方法準(zhǔn)確性較差，且試驗(yàn)周期較長(zhǎng)，成本較高。

相較于轎車子午線輪胎，全鋼載重子午線輪胎負(fù)荷大，使用環(huán)境復(fù)雜嚴(yán)苛，對(duì)輪胎胎圈性能有較高的要求。目前國(guó)內(nèi)重型載重車輛主流使用12.00R20規(guī)格全鋼載重子午線輪胎，該規(guī)格輪胎兼顧穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性，對(duì)該規(guī)格輪胎性能的研究具備較好的代表性。本工作開發(fā)了一種全鋼載重子午線輪胎胎圈耐久性能試驗(yàn)方法，并與目前應(yīng)用較為普遍的2種常規(guī)試驗(yàn)方法進(jìn)行對(duì)比分析。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)樣品

試驗(yàn)輪胎為ROADONE品牌、12.00R20規(guī)格、層級(jí)為20、縱向條狀花紋的全新輪胎。

1.2 主要設(shè)備及參數(shù)

TJR-2TB（Y）型載重輪胎耐久及高速性能轉(zhuǎn)鼓試驗(yàn)機(jī)[可測(cè)試直徑為700～1 400 mm的輪胎，輪輞直徑為406.4～622.3 mm（16～24.5英寸），負(fù)載為0～10 t，速度范圍為0～160 km·h-1]和試驗(yàn)輪輞（規(guī)格為20×8.5），天津久榮車輪技術(shù)有限責(zé)任公司產(chǎn)品；數(shù)顯輪胎氣壓表（量程為0～1 800 kPa），巨野縣大鵬機(jī)械制造有限公司產(chǎn)品；輪胎拆裝機(jī)（可拆裝14.00規(guī)格以下的有內(nèi)胎和無(wú)內(nèi)胎輪胎），珠海市香洲詩(shī)琴汽保設(shè)備廠產(chǎn)品；輪胎打磨機(jī)（可打磨7.50～14.00規(guī)格輪胎），北京漢達(dá)森機(jī)械技術(shù)有限公司產(chǎn)品。

1.3 試驗(yàn)方法

先對(duì)試驗(yàn)輪胎胎面進(jìn)行打磨至花紋溝底，打磨精度要求預(yù)留花紋深度0～1 mm，打磨前后胎面見(jiàn)圖1。

圖1 打磨前后胎面

將打磨后試驗(yàn)輪胎安裝在試驗(yàn)輪輞上，結(jié)合輪胎的實(shí)際使用情況充以1 100 kPa氣壓，充氣后的輪胎輪輞組合體在（38±3） ℃的環(huán)境溫度下停放至少3 h。為了更好地模擬輪胎在真實(shí)路況的使用狀態(tài)，試驗(yàn)分2個(gè)階段進(jìn)行。第1階段：持續(xù)時(shí)間為2 h，使用輪胎標(biāo)準(zhǔn)負(fù)荷，即100%負(fù)荷，模擬輪胎起步無(wú)負(fù)載狀態(tài)下行駛；第2階段：負(fù)荷提高至輪胎標(biāo)準(zhǔn)負(fù)荷的2倍，即200%標(biāo)準(zhǔn)負(fù)荷，運(yùn)行至輪胎損壞。試驗(yàn)速度始終保持50 km·h-1。

2 結(jié)果與討論

選用3條試驗(yàn)輪胎分別采用本方法和2種常規(guī)試驗(yàn)方法（方法1和方法2）進(jìn)行輪胎胎圈耐久性能試驗(yàn)，3種方法的測(cè)試條件和結(jié)果對(duì)比見(jiàn)表1。

表1 3種輪胎胎圈耐久性能試驗(yàn)方法的測(cè)試條件和結(jié)果對(duì)比

從表1可以看出，3種方法的試驗(yàn)充氣壓力、試驗(yàn)速度和胎面打磨條件不相同，其他試驗(yàn)條件均相同。

方法1的試驗(yàn)充氣壓力為標(biāo)準(zhǔn)充氣壓力900 kPa，而輪胎在汽車上的真實(shí)使用充氣壓力為1 000～1 200 kPa，有些車輛為達(dá)到高負(fù)載，極少數(shù)時(shí)輪胎充氣壓力會(huì)達(dá)到1 300 kPa左右，可見(jiàn)方法1的試驗(yàn)充氣壓力與實(shí)際使用充氣壓力相差較大。胎面打磨至花紋溝底0～1 mm，可以在試驗(yàn)中起到良好的散熱作用。方法1的試驗(yàn)速度為30 km·h-1，而汽車在實(shí)際中的平均行駛速度為45～60 km·h-1，可見(jiàn)方法1的試驗(yàn)速度與實(shí)際速度相差也較大。方法1的試驗(yàn)充氣壓力較低，在試驗(yàn)運(yùn)行至第2階段時(shí)，隨著負(fù)荷的增大，胎圈部位因過(guò)度受力而產(chǎn)生嚴(yán)重變形，雖然方法1的試驗(yàn)速度較低，但是由于胎圈部位受屈撓程度較嚴(yán)重，導(dǎo)致短時(shí)間內(nèi)胎圈破裂，不能準(zhǔn)確反映輪胎胎圈耐久性能。

方法2的試驗(yàn)充氣壓力為600 kPa，試驗(yàn)速度與方法1相同，為30 km·h-1，但方法2的試驗(yàn)輪胎胎面未進(jìn)行打磨處理，完全符合輪胎的真實(shí)使用情況。試驗(yàn)結(jié)束時(shí)輪胎胎肩部位破裂，但胎圈部位未發(fā)生明顯的損壞。輪胎在持續(xù)運(yùn)行中，肩部區(qū)域的形變比胎圈區(qū)域的形變大，導(dǎo)致胎肩處生熱大于胎圈部位，所以輪胎的肩部會(huì)更加容易先出現(xiàn)損壞，方法2未對(duì)胎面進(jìn)行打磨，導(dǎo)致試驗(yàn)過(guò)程中輪胎肩部生熱集中，熱量無(wú)法及時(shí)散出，造成肩部膠提前損壞。這種情況下通常輪胎企業(yè)會(huì)再次使用一條新輪胎進(jìn)行二次試驗(yàn)，造成成本增加及試驗(yàn)周期延長(zhǎng)。

本方法試驗(yàn)輪胎累計(jì)行駛時(shí)間最長(zhǎng)，分別是方法1和方法2試驗(yàn)輪胎運(yùn)行時(shí)間的3.1和1.3倍，試驗(yàn)速度更接近輪胎在實(shí)際使用中的平均行駛速度，且1 100 kPa的較高充氣壓力使得胎圈部位受屈撓程度較小，試驗(yàn)過(guò)程更接近輪胎在實(shí)際路況下的真實(shí)使用狀態(tài)，該方法的可參考性更好。

3 結(jié)論

本工作開發(fā)的試驗(yàn)方法測(cè)試全鋼載重子午線輪胎胎圈耐久性能時(shí)，對(duì)胎面進(jìn)行打磨至花紋溝底0～1 mm，可有效提升輪胎肩部散熱效率，而且試驗(yàn)速度和充氣壓力更接近目前國(guó)內(nèi)全鋼載重汽車輪胎在實(shí)際路況下的真實(shí)使用狀態(tài)。與目前應(yīng)用較為普遍的2種常規(guī)試驗(yàn)方法相比，本方法中輪胎的累計(jì)行駛時(shí)間較長(zhǎng)，試驗(yàn)周期較短，試驗(yàn)成本較低，可參考性更好。