軸載、輪胎氣壓與輪胎平均接地壓應力之間的關系

張巨功

（山西省交通科學研究院，山西 太原 030006）

0 引言

瀝青路面的路用性能受外部條件如車輛荷載、輪胎氣壓的影響很大，高溫下瀝青混合料的車轍變形隨車輛荷載、輪胎氣壓的增加而快速增加，最終導致瀝青混合料無法抵擋表面壓應力的作用而產生永久變形[1-2]。隨著車輛的大型化和載重能力的不斷增加，汽車的輪胎充氣壓力也在不斷增加，額定載重150 kN的貨車實際載重達380 kN，輪胎的充氣壓力可達1.0～1.1 MPa左右[3-4]，而對于不同輪胎充氣壓力時，同類型同載重的汽車對路面壓應力有所不同。一般認為，輪胎作用于地面為橢圓分布,但部分文獻認為[5]，輪胎作用于路面的接地形狀在荷載的增加過程中很大程度上趨近為矩形，并越來越明顯。

本文在常溫下，選用雙輪單后軸貨車，進行不同輪胎充氣壓力、不同軸載下測試實際輪胎接地壓應力。輪胎氣壓分別為 0.6 MPa、0.7 MPa、0.9 MPa、1.1 MPa、1.3 MPa，軸載選擇 110 kN、120 kN、130 kN、140 kN、150 kN，分析軸載、輪胎氣壓與路面壓應力之間的關系。

1 輪胎接地面積

本文對雙輪單后軸貨車的后軸所有輪胎改變氣壓、軸載進行試驗，后軸每個輪胎氣壓選用氣壓表放氣的方式設定到設計氣壓，并保證后軸各輪胎的氣壓相同，荷載通過裝載土的方式逐級增加。輪胎接地面積選后軸所有輪胎接地面積，采用毫米網格復寫紙放入貨車所有后輪胎下測試相加而得。

從不同軸載、不同氣壓的輪胎印來看，在一定氣壓下，隨軸載的增加，復寫紙上的胎印越來越清淅，表明對路面的壓力明顯增加；輪胎印的寬度沒發生變化，而輪胎印的長度發生了增加，表明輪胎隨軸載的增加，輪胎接地面積增加；胎印中間印跡比外圍明顯，表明輪壓為中間大兩邊小的非均勻分布；軸載增加過程中，插于放氣孔中的氣壓表氣壓幾乎沒有變化，表明軸載的變化對胎內氣壓影響微弱。

2 輪胎平均接地壓應力

通過對不同輪胎氣壓、軸載的輪胎平均接地壓應力測試，計算得不同軸載和輪胎氣壓時的實際接地面積，進而計算輪胎平均接地壓應力，計算結果見表1，關系圖見圖1、圖2。從表1可知，輪胎氣壓不變，隨軸載的增加，輪胎平均接地面積增加，平均接地壓應力也增加，表明輪胎接地面積的增加影響量不能抵消軸載的增加影響量。荷載不變，隨著輪胎氣壓的升高，輪胎平均接地壓應力升高。

圖1 平均接地壓應力與軸向荷載之間的關系

表1 輪胎氣壓、軸載、輪胎平均接地壓應力之間的關系

圖2 平均接地壓應力與輪胎氣壓之間的關系

從圖1、圖2可以看出，平均接地壓應力與軸向荷載、輪胎氣壓之間呈很好的線性關系，線性相關系數都達到0.98以上。軸向荷載與輪胎氣壓都影響平均接地壓應力，且輪胎氣壓對平均接地壓應力的影響不可忽略。

3 輪胎平均接地壓應力三維曲面回歸

通過對平均接地壓應力與軸向荷載、輪胎氣壓之間的相關性分析，平均接地壓應力與其他兩個指標之間都呈很好的線性關系，所以在三維空間中應成很好的平面關系。運用SPSS軟件[5]對平均接地壓應力與軸向荷載、輪胎氣壓進行三維回歸，回歸方程如式（1），曲面圖見圖3。

Z=0.114+0.549x+0.003 13y R2=0.986，（1）式中：Z表示輪胎平均接地壓應力，MPa；x表示輪胎充氣壓力，MPa；y表示標準單后軸軸向荷載，kN。

從式（1）可以看出，軸載不變時，輪胎氣壓每升高1 MPa，輪胎平均接地壓應力升高約0.5 MPa;軸載每增加1 t，輪胎平均接地壓應力增加0.03 MPa。輪胎氣壓從0.7 MPa升高到1.3 MPa時，輪胎平均接地壓應力升高到約 3 MPa，軸載從 10 t增加到15 t時，輪胎平均接地壓應力增加0.15 MPa。

圖3 平均接地壓應力與軸向荷載、輪胎氣壓之間的關系

車輛駕駛員為了節約燃油，提高輪胎氣壓以減少輪胎接地面積過大對車輛的阻力。從圖3可以看出，提高輪胎氣壓后，勢必引起平均接地壓應力的升高，對路面的損害與超載無異。

4 結語

a）隨軸載的增加，輪胎接地面積呈中間大兩邊小的非均勻分布，并隨軸載的增加，輪印逐漸趨于矩形。

b）輪胎氣壓不變，隨軸載的增加，輪胎平均接地面積增加，平均接地壓應力也增加。表明，輪胎接地面積的增加影響量不能抵消軸載增加的增加量。

c）軸載不變，隨輪胎氣壓升高，輪胎平均接地壓應力升高。

d）平均接地壓應力與軸向荷載、輪胎氣壓之間呈很好的線性關系。

e）軸載不變時，輪胎氣壓每升高1 MPa，輪胎平均接地壓應力升高約0.5 MPa；軸載每增加1 t，輪胎平均接地壓應力增加0.03 MPa。輪胎氣壓對輪胎平均接地壓應力的影響不可小視。

f）目前超限治理中，只注重了載重汽車的總重，而沒有注意輪胎氣壓超壓使路面平均接地壓應力嚴重超出0.7 MPa的設計標準。建議路政部門增加輪胎氣壓的檢測或設計單位路面設計時提高瀝青路面輪胎平均接地壓應力標準。