淺析高速公路輪胎爆破原因及預防措施

邵光澤

筆者在此對高速公路輪胎爆破機理以及影響因素加以分析,并提出防止輪胎爆破的一些措施。

一、輪胎爆破機理

輪胎工作時,除了承受一定的氣壓外,與路面接觸時產生較大的變形,胎體簾線外側承受拉力,內側承受壓力,隨著輪胎的運轉,胎體各部分將不斷地承受這一交變拉壓應力。胎體簾線之間不斷產生擠壓、拉伸及摩擦而生熱,導致胎溫升高。另外,外胎與內胎、外胎與輪輞、內胎與墊帶之間也會因輪胎的不斷變形產生摩擦生熱。同時,汽車制動時產生的熱量也會傳給輪胎,當熱量超過輪胎的散熱能力時,胎體的溫度將會不斷上升,胎體簾線的強度逐漸下降。由圖1可見,輪胎溫度由0℃上升到約120℃時,簾線的強度下降大約為鋼絲5%、人造絲18%、尼龍30%;胎溫繼續上升時,胎體簾線的強度將迅速下降。胎溫的上升還將使輪胎氣壓隨之上升,胎體簾線將承受更大的應力,最終導致輪胎某一薄弱部位產生裂口,外層橡膠和簾線被撕裂,氣體由破口泄出,導致爆胎。

二、影響因素

輪胎爆破主要是胎溫過高所造成的,而影響胎溫升高的因素主要有以下這些。

1. 車速

車速與輪胎的變形頻率成正比。車速提高,輪胎的變形頻率、滑動率、胎體的振動以及輪胎的周向和側向產生的扭曲變形也隨之增加,導致胎溫及胎壓隨之上升,輪胎的磨損將成倍增加,加速輪胎的機械和熱損傷,降低其疲勞強度。當行駛速度達到“臨界速度”時胎冠表面出現駐波,輪胎因“遲滯損失”所消耗的能量與車速的三次方成正比,這些能量大部分變成了熱量,致使輪胎溫度超過其“臨界溫度”(約92℃左右),極易產生輪胎胎體簾線脫層、熱爆胎等現象。

2. 載荷

載荷增加,將使輪胎的變形增大,從而使車輪滾動其簾線的相互擠壓、摩擦加劇,胎溫升高;同時載荷增加將使胎體簾線承受更大的應力。當輪胎所承受的載荷超過允許范圍時,輪胎的變形會過大,胎體簾線的疲勞強度下降,易造成簾線斷裂、胎體脫層,甚至爆胎。輪胎的載荷還與其壽命密切相關。由圖2可見,載荷超過20%時,行駛里程下降30%;超過50%時,行駛里程下降60%;載荷超過一倍時,行駛里程下降90%以上。

3. 氣壓

輪胎的氣壓是輪胎的生命。氣壓過低時,胎體的剛性下降,變形增大,輪胎滾動時,產生更多的熱量,胎溫易過高。氣壓過高時,胎體的變形雖減小,但輪胎的接地面積減小,與路面的附著力下降,胎冠磨損嚴重,胎體簾線所承受的應力加大,簾線易斷裂。同時,氣壓高時輪胎的剛性增大,承受的動載荷相應增大,相對于氣壓低時更易爆胎。

4. 其他因素

(1)環境溫度。環境氣溫高時,輪胎的散熱效果下降,高速行駛時,胎溫易升高。這正是夏天輪胎易爆破的主要原因。

(2)制造缺陷。外胎厚度不勻、膠料不勻、簾線質量低劣、外胎與輪輞的結合不牢固等都易造成輪胎的早期損壞,甚至爆胎。

(3)選型及使用不當。不同類型的輪胎,其性能差異較大。從高速性能來說,無內胎輪胎要比有內胎輪胎好(因為少了內、外胎之間的擠壓、摩擦生熱,可降低胎溫)。定期換位、及時去除嵌入的尖硬物、駕駛中盡可能以滑行代替制動、避免緊急制動、轉彎要平穩等,都有利于延長輪胎使用壽命。

三、預防措施

1. 合理選用輪胎

常在高速公路上行駛的車輛,宜選用子午線無內胎輪胎。子午線輪胎具有滾動阻力小、承載能力高、耐磨、減振性與附著性能好等優點。無內胎輪胎則具有密封性好、胎溫低、質量小,適宜高速運行。目前,絕大多數轎車選用無內胎的子午線輪胎。

選用輪胎時,還應注意速度等級。國產貨車用子午線輪胎的速度級別一般為L、M、N三個等級,相應的最高限速為120km/h、130km/h、210km/h。轎車用子午線輪胎的速度級別為S、T、H,相應的最高限速為180km/h、190km/h、210km/h。另外,輪胎的花紋最好選縱向布置的溝槽細而淺的普通花紋,這種花紋防側滑性能好、散熱快、噪聲小。

2. 正確使用

首先要保持輪胎的氣壓正常。通常汽車制造廠在確定所選輪胎的氣壓時,將考慮汽車的載重量、最高設計車速、行駛安全性等因素,而胎側標志上的氣壓值是由輪胎制造廠根據輪胎簾線材料、層數、結構特點等因素來確定的。因此,輪胎的充氣壓力應以汽車制造廠的為標準,胎側標志上的氣壓值可作為參考。另外,現代高速轎車前后輪胎氣壓還有較大的差異,一般前輪比后輪氣壓低50～100kPa,這主要是為了提高車輛高速行駛時的安全性,不可隨意改變。(注意:應在輪胎處于常溫狀態下檢查氣壓)。

其次,嚴禁車輛超載。超載除了引起輪胎損壞,還是造成路損和引發交通事故的主要因素。還應注意車輛裝載均勻。

第三,同一輛車裝用的輪胎應一致,包括尺寸、花紋、規格、速度等級等。輪胎不一致,不僅會使輪胎早期損壞,還會使車輛的使用性能發生變化。

3. 合理駕駛

盡量保持中速行駛;少用制動、盡可能以滑行代替制動,避免緊急制動;轉彎要平穩,尤其是在急彎,要提前減速;遇不良道路時應慢行,并選擇良好路面通過。夏天正午應休息,行車選擇在早上、晚間、傍晚等時段。冬季寒冷的天氣行車,剛開始行駛的一段里程(20～30km),車速不宜太高,因此時輪胎的溫度低,胎體較硬,輪胎的防滑和抗震性能都較差,等胎溫有所上升后,再以正常車速行駛。

4. 定期維護

輪胎的定期檢查、維護工作,合理換位,及時更換十分重要。不用的輪胎應妥善保管。由于車輪的定位參數、懸架的工作狀況、制動系統的工作情況,對車輪的影響最大,定期對上述參數和機構進行檢查、調整和修復,保持車輛良好的技術狀況,對延長輪胎壽命也是重要的環節。

(作者單位:浙江杭州技師學院)