智能型輪胎創口探測儀及其在輪胎修復中的應用

鄭州市機動車維配件行業協會 譚雙有

機械工業信息研究院 謝 元

截至2018年年底，我國高速公路總里程突破14萬km，里程規模居世界第一。高速公路上，因輪胎修補不當或輪胎受外力造成輪胎故障導致的交通事故時有發生。橡膠輪胎不管是被錐形利器還是鈍器刺破漏氣，因輪胎橡膠的自身特性，刺破輪胎的物體脫出后其創口大多都會基本自動合攏，用游標卡尺、內徑千分尺、塞規等均很難測量出輪胎的創口數據和創口類型。當輪胎被刺破漏氣需要修補時，創口數據、創口類型在國內外目前均是憑感覺估計的，由于創口估計中的人為因素多，隨意性強，在選擇輪胎修復方法和用料時經常發生錯誤，從而導致超范圍濫用低溫硫化、大補片、蘑菇釘等輪胎修補方式，從而增加了輪胎的安全隱患。因此，解決超范圍濫用輪胎修補材料，提高輪胎修補后的安全系數，已經迫在眉睫。但受利益驅動，極少數輪胎修補材料銷售商與部分補胎企業會有意無意夸大大厚補片、低溫硫化、蘑菇釘的補胎用料范圍和效果，誤導了補胎理念和用料原則，導致大多消費者誤認為“補胎用料越大越貴越安全”，蘑菇釘補胎“最安全”，甚至有相當一部分車主在補胎時，全然不顧輪胎創口是否適用，會主動要求用大厚補片、低溫硫化、蘑菇釘材料對其輪胎進行修補。特別提醒：對于7座及以下乘用車的輪胎，其胎側、胎肩漏氣達到輪胎廠家規定報廢標準，采用任何材料對輪胎進行修補都無法消除輪胎的安全隱患；胎冠創口大于6 mm的輪胎，按照輪胎廠家規定均應對輪胎進行報廢處理，任何人用任何材料對其進行修補都無法消除輪胎的安全隱患。

1 傳統輪胎修復技術的優劣勢分析

1.1 穿膠條法補胎（外補）

穿膠條法補胎比較原始，俗稱“外補”，其原理就是先用錐子等銳器將輪胎上破損的洞口撐大，再將一種涂滿膠水的橡膠條填充進洞內（圖1）即可，操作簡單，成本極低，用時很少，無須分離輪胎和輪轂，補胎后也無須進行車輪動平衡。但這種輪胎修補方法的缺點非常明顯，那就是在用錐子將輪胎上的洞口撐大過程中，無疑擴大了輪胎的受損面積。另外，采用這種補胎方法修補后的輪胎不是很耐用，容易出現漏氣情況。

圖1 穿膠條法補胎

1.2 貼片法補胎（內補）

圖2 貼片法補胎的打磨

貼片法補胎是最為常見的一種輪胎修補方法。采用貼片法補胎時，要先將輪胎與輪轂分離，為了能夠讓膠更容易粘牢固，需要在輪胎里面破損處進行打磨（圖2），將打磨出來的碎屑清理干凈，再將破損處及周圍涂抹一些專用補胎膠水（粘合劑），把補胎用的貼片粘在破損處，通過粘合劑的硫化作用將輪胎修補貼片與輪胎粘合在一起，但自然狀態的硫化作用并不能形成致密的貼合平面，需要通過一定的工具利用熱壓或冷壓的方式進行壓牢壓緊，碾壓牢固后，再涂上一層膠即可。所謂冷壓，就是單純地施加壓力，這種方式無法保證貼合平面的一致性，對補胎技師的個人技術要求較高。所謂熱壓，就是在對貼合平面加熱的同時進行加壓，以加速硫化反應的進行，提高輪胎修補效率，但其成本要略高一些。貼片法補胎的材料成本低，但其補胎效果受貼片質量、補胎技術和壓制技術影響較大。目前，貼片法補胎是輪胎修補的主流方式。

這種補胎方法，可根據輪胎創口的大小選擇不同大小的貼片，效果不錯，穩定性比較高。但其缺點是補胎時需要分離輪胎和輪轂，且補胎完成后需要做輪胎動平衡，相對來說時間比較長，且較大的輪胎破損無法用貼片法進行修補。還有一點就是輪胎外面的破損處直接裸露，在行車時輪胎創口有可能會繼續擴大，需要時常檢查輪胎。

1.3 蘑菇釘補胎（內補）

橡膠輪胎不管是被錐形利器還是被鈍器刺破漏氣，其創口大多為呈外大內小的漏斗型。蘑菇釘補胎材料是椎形體（圖3），但與輪胎創口形狀的方向正好相反。蘑菇釘整體結構類似蘑菇，蘑菇蓋中間豎起棒體，根部粗，末端細。補胎時，從輪胎內壁沿著創口通道向外穿，再從輪胎外側將蘑菇釘向外抽拉，使蘑菇釘蓋部貼緊輪胎內部氣密層。從整體上來說，對于開放性創口（從內壁看呈現透明有空間的窟窿，從內壁測量直徑達3 mm～6 mm的創口），蘑菇釘補胎無論是操作簡便性、氣密性，還是補胎后漏氣的風險，相對于其他補胎方式都是有優勢的。蘑菇釘補胎雖然適用于開放性創口的修補，但其必要條件是開放性創口必須在胎肩向內10 mm的胎冠部位，如果是輪胎其他部位出現開放性創口，則嚴禁使用蘑菇釘對輪胎進行修補，因此其適用概率較低。

蘑菇釘補胎也屬于內補胎，需要將輪胎和輪轂分離，并且補胎完成后也要做車輪動平衡。蘑菇釘與貼片補胎法的區別在于蘑菇釘補胎法能夠很好地填充破損洞口的縫隙，避免了輪胎受損處的繼續擴大。蘑菇釘補胎法相對于其他輪胎修補方法來說更安全徹底穩定。

圖3 蘑菇釘

1.4 低溫硫化補胎（熱補）

對于胎壁，也就是輪胎的側面，其厚度較薄，且沒有帶束層，僅僅靠簾布層支撐，雖說簾布層能起到輪胎骨架的作用，但在車輛行駛中，輪胎每接觸一次地面，輪胎胎壁都會由于車輛的自身重量而彎曲變形一次。在成千上萬次的變形中，貼片與蘑菇釘也會隨之變形，從而導致開膠，因此，貼片修補和蘑菇釘修補應用于輪胎側面的修補具有很大的弊端，而低溫硫化補胎（熱補）的方式，則可以避免上述因素的影響，從而起到較好的輪胎修復效果，確保修復后的輪胎具有較高的安全系數。

采用低溫硫化的方法對輪胎修補時，首先要對已有的輪胎損傷部位進行清潔處理，然后在輪胎創口（釘子眼）中塞入生膠并填滿，之后用硫化機對填膠部位進行加壓加熱（低溫硫化基本不會影響橡膠的使用壽命），通過熱硫化，可使橡膠的交聯鏈條鏈接起來，簡單地說就是使補胎膠片與輪胎本身粘結成一體。低溫硫化補胎（熱補）后的輪胎不會開膠，不怕彎曲變形。

一般來說，低溫硫化（熱補）比較適合于載重輪胎，筆者不建議對乘用車輪胎進行低溫硫化補胎（弊端大于利）。

1.5 自動補胎液補胎

目前不僅有多種多樣的被動補胎方法，對于預防性的補胎方式也逐漸興起，比如自動補胎液這種新型產品。自動補胎液源于一種防爆輪胎技術，在輪胎發生損傷后，隨著輪胎滾動，自動補胎液會在輪胎創口表面會形成一層覆蓋，防止胎壓繼續降低。但這種補胎方式并不適合一些小型家用車，會嚴重影響操縱性。因此這種補胎方式，只是一種應急暫時的措施，當輪胎出現創傷后，雖然采用自動補胎液可以在短時間內不發生繼續泄漏，但車主也應及時對輪胎進行維修或更換。

1.6 目前輪胎修補中存在的誤區

1.6.1 貼片越大越好

貼片都是有不同型號和尺寸的，普通貼片可以直觀地看出大小，在進行輪胎修補是，要針對不同大小面積的創口選擇合適的貼片進行修補。有很多車主存在一個誤區——補胎材料越大+越貴=“越安全”，這種是一些補胎店誤導車主的常用手段，目的是誘導車主多花錢。其實，用大厚貼片補胎時，在操作中必須人為打磨掉更多的輪胎內壁密封層，輪胎內壁密封層被破壞后，在輪胎修補中是無法恢復達到原有密封層的功效的。另外，由于大厚貼片大而厚，用大厚貼片對輪胎修補后，修補部位的平衡度、厚度、強度、硬度、縱橫撕裂拉力度、曲饒力、曲饒力交接力、滾動阻力、彈性等技術參數，與未修補部位的技術參數差別很大。輪胎在運動中，特別是在滿載持續高速或輕微缺氣情況下，相關部位經反復揉搓后，開膠、漏氣、爆胎等的概率，要遠遠大于使用合理范圍內補胎材料膠片。大厚貼片適合用在較大的不規則開放型創口（透明窟窿）或半閉合型創口（半透明窟窿）。大厚貼片補胎屬于應急補救或臨時使用，不是常規使用范疇。

如前所述，蘑菇釘補胎方法是有一定的適用范圍的，適合于對輪胎上的開放性創口的修補，但不能夠修補輪胎的不規則創口，如果要對輪胎上的不規則性創口采用蘑菇釘補胎方式進行修補，則必須將輪胎上的不規則性創口修剪成規則性創口，這無疑會對輪胎造成二次損傷。另外，對于輪胎的慢性缺氣損傷，如輪胎損傷僅僅是一個非常細小的閉合性創口（從內壁測量直徑僅為0.1 mm～6 mm，穿刺物脫出后創口自動合攏，從內壁來看創口呈現閉合狀態），如果采用蘑菇釘（蘑菇釘最大直徑是8 mm，最小直徑是3 mm）進行修補，則必需用電鉆把閉合性創口鉆成開放性創口，或者用擴張器強力將創口擴大，否則，蘑菇釘棒無法從里向外穿過去。而在用電鉆或擴張器強力擴張輪胎創口時，新創口將是原來創口的數倍，這就必然會增加鉆斷或擴張斷的鋼絲和簾線數量，而鋼絲和簾線是輪胎的骨架，斷裂后無法修復，這是有嚴重安全隱患的，修補后的輪胎在高速行駛中爆胎的風險系數會增大數倍。除此之外，對于輪胎上的密集型創口，蘑菇釘補胎方式則束手無策。但目前很多輪胎店會誘導消費者輪胎修補理念，向消費者灌輸蘑菇釘修補最安全可靠的思想，無論輪胎上的什么創口都誘導消費者采用蘑菇釘法進行修補。

輪胎內部的骨架結構是由鋼絲和簾線組成的，鋼絲和簾線在胎冠內側5 mm處，呈子午線狀間隔0.5 mm～0.8 mm密集排列，胎冠整體厚度一般為17 mm～20 mm，胎冠外側沒有鋼絲和簾線，胎冠內側在4 mm～6 mm的厚度處有鋼絲和簾線。輪胎刺破大多是錐形利器由外向內刺破，直徑最大6 mm、長度為22 mm的類似錐體鋼釘，尖端處長度6 mm的錐體部分中部最大，但直徑大多不會大于2 mm。因此，直徑最大6 mm、長度為20 mm的類似錐體鋼釘刺穿的輪胎，鋼絲和簾線斷裂極少或基本不斷裂，因此多數可修補輪胎的創口不適合采用蘑菇釘法進行修補。

1.6.2 輪胎所有創口都可以修補

一般來說，胎冠創口直徑超過6 mm、同一條輪胎修補次數達到3次、胎側有較深創口或鼓包、輪胎磨損或龜裂嚴重、輪胎超過使用年限等都會存在一定的安全隱患，此時就沒有必要再對輪胎修補了，為了安全起見，筆者建議直接更換新輪胎。

2 智能型輪胎創口探測儀及其應用

超范圍濫用大厚補片、低溫硫化、蘑菇釘等修補方法，都會給汽車行駛安全埋下隱患，因此為了實現科學補胎，建立補胎創口綜合數據探測、補胎用料范圍、操作標準、補胎收費等數據量化體系迫在眉睫。筆者研制的智能型輪胎創口探測儀能夠很好地解決這一問題。

2.1 智能型輪胎創口探測儀的結構和功能

智能型輪胎創口探測儀由探測儀主體、測量尺、測量探針、創口探測專用傳感器、微電腦等組成。探測儀主體的前端設置有測量器械（錐形測量針），后端設置有刻度尺，刻度尺與錐形測量針相連接，探測儀主體的外部安裝有測量尺導座，測量尺導座前端形成測量基準面，測量尺上安裝有帶攝像功能的微電腦。微電腦中內置有補胎用料范圍數據與測量輪胎創口各種數據。

智能型輪胎創口探測儀利用類似人臉識別系統能秒拍固定輪胎創口原始影像憑證，然后再科學診斷輪胎創口。輪胎創口探測儀可探測輪胎創口類型、創口深度數據、創口外直徑數據、創口內直徑數據、創口外壁直徑與創口內壁直徑的差值、創口傾斜度、鋼簾線斷裂數據、拍攝輪胎原始創口影像等，并能將探測出的輪胎創口數據自動傳輸給微電腦。微電腦根據測得的精密數據信息對照相匹配的科學補胎綜合數據表，能自動、科學、精密、高吻合度地匹配補胎用料類型、范圍、尺寸。另外，智能型輪胎創口探測儀還能科學地探測出修補后的輪胎安全級別、安全狀態及使用壽命，且可打印診斷結果數據、票據、憑證等，實現輪胎的科學化、數據化修補，讓消費者無后顧之憂。

智能型輪胎創口探測儀輸出的輪胎診斷結果如下。

（1）輪胎原始創口影像（創口位置） （圖片）

（2）輪胎創口類型 xxxx

（3）輪胎創口深度數據 xxxx

（4）輪胎創口外直徑數據 xxxx

（5）輪胎創口內直徑數據 xxxx

（6）輪胎鋼簾線斷裂數據 xxxxx

（7）適合用料X類型，修補適合用料 xxx mm至xxx mm

（8）創口外壁直徑與創口內壁直徑的差值 xxx mm

（9）達報廢標準 如修補，建議低速、后輪、備胎臨時使用

（10）剩余使用壽命百分比 安全狀態（如：正常、微小隱患、隱患）

（11）車牌號：xxxxx xxxxx年xx月xx日

2.2 智能型輪胎創口探測儀使用注意事項

（1）探測胎冠外壁直徑時要由外向里探測，探測胎冠內壁直徑時要由里向外探測。

（2）錐形測量針及刻度尺與端面應基本垂直，被測表面與基準面應貼合緊密，基準面必須與被測輪胎橫向，否則會影響測量結果的精度。

（3）測量時，要將測量尺前端錐形測量針用標準力循序漸進順勢探入輪胎創口，要讓基準面剛好接觸到胎冠表面，如果壓力過大，會造成測量數據不準確。

（4）為減小測量誤差，應適當增加測量次數，并取其平均值。

（5）測量胎冠厚度時，應使錐形測量針尖端與輪胎內壁平齊。

（6）測量時，如果遇到創口在輪胎花紋凹陷處的情況，應重新調整基準再進行測量。

（7）測量前，應將被測量輪胎表面擦干凈，以免灰塵、雜質等磨損量具。