有內胎全鋼載重子午線輪胎無內胎化應用研究

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]

近年來市場上出現一款分體式無內胎輪輞，其獨特的專利結構設計使有內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胎和墊帶就能使有內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

有內胎全鋼載重子午線輪胎無內胎化產品不僅保留了傳統有內胎輪胎承載能力強的優點，還節省了內胎和墊帶的成本，在配套和替換輪胎領域有很大的市場潛力。

在配套輪胎領域，該類產品無需安裝內胎和墊帶，使輪胎總質量減小。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%的油耗與整車質量有關，汽車質量每減小10%，油耗下降8%，碳排放量減小4%[1-5]。

在替換輪胎領域，該類產品無需安裝內胎和墊帶，具有便于安裝和替換、抗刺扎、安全性高、胎圈發熱量減小、動平衡和均勻性相對較好的優勢。

本工作進行有內胎全鋼載重子午線輪胎無內胎化的應用研究。

1 有限元分析

對12.00R20輪胎與分體式無內胎輪輞8.5－20和12R22.5輪胎與標準輪輞9.00－22.5配合情況進行仿真（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變作為評判氣密性的指標。通過輪胎與輪輞配合情況對比，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，圈口材料壓縮應變如圖5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比

圖5 12.00R20輪胎胎圈圈口材料的壓縮應變

圖6 12R22.5輪胎胎圈圈口材料的壓縮應變

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

2.1 試驗方案

10.00R20，11.00R20和12.00R20輪胎分別配分體式無內胎輪輞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 試驗設備

MD-HL1804型輪胎氣密性試驗系統由軟件平臺、數據通訊協議、各類測試（充氣壓力、溫度、大氣壓力）傳感器和測試臺架等部分組成。該系統自動完成輪胎充氣壓力的采集、記錄、顯示、分析和輸出等工作，并完成現場測試環境參數的同步采集。

2.3 試驗條件

試驗參照標準為GB/T 2977—2016《載重汽車輪胎規格、尺寸、氣壓與負荷》，試驗起始充氣壓力為1.3～1.5 MPa，試驗周期為30 d，判定標準充氣壓力損失率不大于3.5%。測試在恒溫恒濕的氣密性實驗室內進行。

2.4 數據計算

為了消除試驗過程中不同大氣壓力和溫度的影響，將輪胎充氣壓力測量值換算成相同溫度（21℃）、標準大氣壓力（101.3 kPa）下的標準充氣壓力值（PB），計算公式如下[10]：

式中：θ為試驗測量溫度，℃；PC為試驗測量充氣壓力，kPa；PO為試驗測量大氣壓力，kPa。

標準充氣壓力氣壓損失率（KB）的計算公式如下：

式中，PB1和PB2分別為試驗起始和結束時標準充氣壓力，kPa。

2.5 試驗結果

試驗結果見表1。由表1可見，按照判定標準充氣壓力損失率不大于3.5%，實驗室條件下3個輪胎改進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算結果

3 結論

有內胎全鋼載重子午線輪胎無內胎化應用主要研究有內胎輪胎與分體式無內胎輪輞配合氣密性情況，根據氣密性試驗分析，主要從以下3個方面對輪胎進行改進：

（1）輪胎胎圈圈口直徑與輪輞直徑過盈量設計；

（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。

根據試驗結果，實驗室條件下該類無內胎化產品與分體式無內胎輪輞配合氣密性比較可靠，但未進行實車試裝測試。后續計劃與配套主機廠合作進行實車試裝測試。