有內(nèi)胎全鋼載重子午線輪胎無內(nèi)胎化應(yīng)用研究

黃玉輝，孫宗濤，周君蘭，姜洪旭，夏清曉

[浦林成山（山東）輪胎有限公司，山東 榮成 264300]

近年來市場(chǎng)上出現(xiàn)一款分體式無內(nèi)胎輪輞，其獨(dú)特的專利結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使有內(nèi)胎輪胎與輪輞和擋圈緊密配合（見圖1），在使用過程中無需內(nèi)胎和墊帶就能使有內(nèi)胎輪胎與輪輞形成良好密封，確保輪胎不漏氣。

圖1 輪胎與輪輞裝配示意

有內(nèi)胎全鋼載重子午線輪胎無內(nèi)胎化產(chǎn)品不僅保留了傳統(tǒng)有內(nèi)胎輪胎承載能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，還節(jié)省了內(nèi)胎和墊帶的成本，在配套和替換輪胎領(lǐng)域有很大的市場(chǎng)潛力。

在配套輪胎領(lǐng)域，該類產(chǎn)品無需安裝內(nèi)胎和墊帶，使輪胎總質(zhì)量減小。整車輕量化可以提升車輛的操縱性能，降低油耗，減小碳排放量。研究表明，約75%的油耗與整車質(zhì)量有關(guān)，汽車質(zhì)量每減小10%，油耗下降8%，碳排放量減小4%[1-5]。

在替換輪胎領(lǐng)域，該類產(chǎn)品無需安裝內(nèi)胎和墊帶，具有便于安裝和替換、抗刺扎、安全性高、胎圈發(fā)熱量減小、動(dòng)平衡和均勻性相對(duì)較好的優(yōu)勢(shì)。

本工作進(jìn)行有內(nèi)胎全鋼載重子午線輪胎無內(nèi)胎化的應(yīng)用研究。

1 有限元分析

對(duì)12.00R20輪胎與分體式無內(nèi)胎輪輞8.5－20和12R22.5輪胎與標(biāo)準(zhǔn)輪輞9.00－22.5配合情況進(jìn)行仿真（充氣壓力均為1 000 kPa）。以輪胎與輪輞裝配的胎圈圈口部位材料接觸壓力分布和最大壓縮應(yīng)變作為評(píng)判氣密性的指標(biāo)。通過輪胎與輪輞配合情況對(duì)比，分析氣密性的影響因素，探討改善方案[6-9]。

輪胎胎圈圈口材料接觸壓力分布如圖2—4所示，圈口材料壓縮應(yīng)變?nèi)鐖D5和6所示。

圖2 12.00R20輪胎胎圈圈口材料接觸壓力分布

圖3 12R22.5輪胎胎圈圈口材料接觸壓力分布

圖4 兩種輪胎胎圈圈口材料接觸壓力分布對(duì)比

圖5 12.00R20輪胎胎圈圈口材料的壓縮應(yīng)變

圖6 12R22.5輪胎胎圈圈口材料的壓縮應(yīng)變

分析得到12.00R20和12R22.5輪胎胎圈圈口材料最大接觸壓力分別為19.51和14.33 MPa，最大壓縮應(yīng)變分別為0.643和0.784。

由圖2—6可以看出：12.00R20和12R22.5輪胎胎圈圈口材料與輪輞均處于過盈配合；12.00R20輪胎胎圈圈口材料最大接觸壓力大于12R22.5輪胎；12.00R20輪胎胎圈圈口材料壓縮量比12R22.5輪胎小約18%。可考慮減小鋼絲圈直徑以增大過盈量。

2 氣密性試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)方案

10.00R20，11.00R20和12.00R20輪胎分別配分體式無內(nèi)胎輪輞7.5－20，8.0－20和8.5－20。3種輪胎改造方案因素均包括胎里氣密性、胎圈圈口曲線和鋼絲圈直徑，10.00R20還包括胎圈圈口排氣線。

2.2 試驗(yàn)設(shè)備

MD-HL1804型輪胎氣密性試驗(yàn)系統(tǒng)由軟件平臺(tái)、數(shù)據(jù)通訊協(xié)議、各類測(cè)試（充氣壓力、溫度、大氣壓力）傳感器和測(cè)試臺(tái)架等部分組成。該系統(tǒng)自動(dòng)完成輪胎充氣壓力的采集、記錄、顯示、分析和輸出等工作，并完成現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試環(huán)境參數(shù)的同步采集。

2.3 試驗(yàn)條件

試驗(yàn)參照標(biāo)準(zhǔn)為GB/T 2977—2016《載重汽車輪胎規(guī)格、尺寸、氣壓與負(fù)荷》，試驗(yàn)起始充氣壓力為1.3～1.5 MPa，試驗(yàn)周期為30 d，判定標(biāo)準(zhǔn)充氣壓力損失率不大于3.5%。測(cè)試在恒溫恒濕的氣密性實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行。

2.4 數(shù)據(jù)計(jì)算

為了消除試驗(yàn)過程中不同大氣壓力和溫度的影響，將輪胎充氣壓力測(cè)量值換算成相同溫度（21℃）、標(biāo)準(zhǔn)大氣壓力（101.3 kPa）下的標(biāo)準(zhǔn)充氣壓力值（PB），計(jì)算公式如下[10]：

式中：θ為試驗(yàn)測(cè)量溫度，℃；PC為試驗(yàn)測(cè)量充氣壓力，kPa；PO為試驗(yàn)測(cè)量大氣壓力，kPa。

標(biāo)準(zhǔn)充氣壓力氣壓損失率（KB）的計(jì)算公式如下：

式中，PB1和PB2分別為試驗(yàn)起始和結(jié)束時(shí)標(biāo)準(zhǔn)充氣壓力，kPa。

2.5 試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)結(jié)果見表1。由表1可見，按照判定標(biāo)準(zhǔn)充氣壓力損失率不大于3.5%，實(shí)驗(yàn)室條件下3個(gè)輪胎改進(jìn)后的充氣壓力損失率均滿足要求。

表1 不同輪胎充氣壓力損失率計(jì)算結(jié)果

3 結(jié)論

有內(nèi)胎全鋼載重子午線輪胎無內(nèi)胎化應(yīng)用主要研究有內(nèi)胎輪胎與分體式無內(nèi)胎輪輞配合氣密性情況，根據(jù)氣密性試驗(yàn)分析，主要從以下3個(gè)方面對(duì)輪胎進(jìn)行改進(jìn)：

（1）輪胎胎圈圈口直徑與輪輞直徑過盈量設(shè)計(jì)；

（2）胎圈圈口材料分布，胎圈圈口曲線與輪輞曲線匹配程度；

（3）輪胎胎里氣密層氣密性。

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，實(shí)驗(yàn)室條件下該類無內(nèi)胎化產(chǎn)品與分體式無內(nèi)胎輪輞配合氣密性比較可靠，但未進(jìn)行實(shí)車試裝測(cè)試。后續(xù)計(jì)劃與配套主機(jī)廠合作進(jìn)行實(shí)車試裝測(cè)試。