3＋9＋15×0.225ST鋼絲簾線在全鋼工程機(jī)械輪胎中的應(yīng)用

何 躍，周亞兵，薛利杰，陳 宇

（風(fēng)神輪胎股份有限公司，河南 焦作 454003）

2008年全球經(jīng)濟(jì)危機(jī)時(shí)期，我國(guó)大規(guī)模地進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，因此對(duì)煤炭、砂石、礦石等需求量增長(zhǎng)迅速，期間應(yīng)運(yùn)而生的具有更大運(yùn)載能力、更高運(yùn)輸效率、更低成本的礦用寬體自卸車得到大力發(fā)展，其配套使用的寬體自卸車專用小規(guī)格工程機(jī)械輪胎需求量也得到迅猛增長(zhǎng)[1-4]。

我公司一直在推進(jìn)與配套整車廠商更深度地合作，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)符合其車輛在不同工況環(huán)境下使用要求的輪胎。為滿足市場(chǎng)實(shí)際需求以及公司近年“轉(zhuǎn)型升級(jí)、以質(zhì)取勝”的戰(zhàn)略主題，進(jìn)行了大量的提質(zhì)降本工作。寬體自卸車輪胎因其在礦山環(huán)境使用中的特殊運(yùn)載方式，要求其具備胎面耐磨和抗割裂劃傷、超高的承載能力、抗沖擊等特性。針對(duì)目前礦山市場(chǎng)輪胎使用情況，通過(guò)在部分小規(guī)格工程機(jī)械車輛即礦用自卸車輪胎胎體和帶束層中應(yīng)用3＋9＋15×0.225ST鋼絲簾線進(jìn)行試驗(yàn)，以期在提高產(chǎn)品性能的同時(shí)降低成本以及生產(chǎn)復(fù)雜性。

根據(jù)市場(chǎng)上現(xiàn)有全鋼工程機(jī)械輪胎的使用特點(diǎn)和使用量以及我公司生產(chǎn)使用的鋼絲簾線品種，選定市場(chǎng)需求量大、替換周期短、應(yīng)用范圍廣的14.00R25輪胎進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 主要原材料

3＋9＋15×0.225ST和7×7×0.22＋0.15HT鋼絲簾線，貝卡爾特沈陽(yáng)鋼簾線有限公司產(chǎn)品；3＋9＋15×0.225HT鋼絲簾線，國(guó)內(nèi)某公司產(chǎn)品。

1.2 主要設(shè)備和儀器

S型四輥鋼絲簾布?jí)貉訖C(jī)，意大利魯?shù)婪蚬井a(chǎn)品；90°鋼絲簾布裁斷機(jī)和鋼絲簾布斜裁機(jī)，天津賽象科技股份有限公司產(chǎn)品；OTR2-1D型一次法成型機(jī)，北京恒馳科技有限公司產(chǎn)品；1 727.2 mm（68英寸）熱板式雙模硫化機(jī)，桂林橡膠機(jī)械有限公司產(chǎn)品；2836型X光機(jī)，德國(guó)COLLMANN公司產(chǎn)品；GX-YLN-1214型1.7 m轉(zhuǎn)鼓耐久試驗(yàn)機(jī)，青島高校測(cè)控技術(shù)有限公司產(chǎn)品。

1.3 生產(chǎn)工藝

本試驗(yàn)需進(jìn)行骨架材料強(qiáng)度核算，首先通過(guò)比德?tīng)柭?jì)算公式，按照現(xiàn)行GB/T 2980—2009《工程機(jī)械輪胎規(guī)格尺寸氣壓與負(fù)荷》中14.00R25★★★的充氣壓力與負(fù)荷指標(biāo)，計(jì)算滿足所需輪胎胎體和帶束層的安全倍數(shù)后，根據(jù)鋼絲簾線品種設(shè)計(jì)不同的簾線密度、帶束層角度分布等，然后在相同的設(shè)備上裁出具有相同的寬度和角度的半成品進(jìn)行輪胎成型與硫化。

1.4 性能測(cè)試

鋼絲簾線與膠料的粘合力按照ASTM D2229—2014進(jìn)行測(cè)試，其他物理性能按照我公司原材料標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法進(jìn)行檢測(cè)；成品輪胎外緣尺寸按照GB/T 2980—2009《工程機(jī)械輪胎規(guī)格尺寸氣壓與負(fù)荷》進(jìn)行測(cè)試，耐久性能按參考GB/T 30193—2013《工程機(jī)械輪胎耐久性試驗(yàn)方法》制定的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行測(cè)試。

2 結(jié)果與討論

2.1 鋼絲簾線性能

3＋9＋15×0.225ST，3＋9＋15×0.225HT和7×7×0.22＋0.15HT鋼絲簾線性能指標(biāo)對(duì)比如表1所示。

表1 3種鋼絲簾線性能指標(biāo)對(duì)比

針對(duì)上述3種鋼絲簾線性能分析如下。

（1）簾線結(jié)構(gòu)。3＋9＋15×0.225ST與3＋9＋15×0.225HT鋼絲簾線的捻向、捻距、簾線直徑和線密度等基本一致，而7×7×0.22＋0.15HT鋼絲簾線則存在較大差異，其層與層之間捻向不同且存在外纏絲，使其使用中受到的剪切力更大，不耐磨損。從鋼絲簾線耐磨損方面考慮，無(wú)外纏絲、捻向一致的結(jié)構(gòu)具備先天優(yōu)勢(shì)[5-6]。

（2）破斷力。3＋9＋15×0.225ST鋼絲簾線的破斷力明顯大于3＋9＋15×0.225HT鋼絲簾線，而7×7×0.22＋0.15HT鋼絲簾線的破斷力最大，且簾線直徑更大，單根鋼絲剛度更高，對(duì)輪胎冠部剛性有利。但從鋼絲簾線的單位直徑破斷力和單位線密度破斷力來(lái)看，3＋9＋15×0.225ST鋼絲簾線最具優(yōu)勢(shì)，其具備了通過(guò)簾布?jí)貉由a(chǎn)的設(shè)計(jì)優(yōu)化來(lái)提高整體性能的前提，工藝條件滿足的前提下是可以替代簾線破斷力更高的7×7×0.22＋0.15HT鋼絲簾線的。

（3）鋼絲簾線與膠料粘合力。3＋9＋15×0.225ST和3＋9＋15×0.225HT鋼絲簾線與膠料粘合力處于相同水平，7×7×0.22＋0.15HT鋼絲簾線雖然粘合力最大，但是其簾線直徑更大，通過(guò)電鏡掃描鋼絲滲膠截面發(fā)現(xiàn)其滲膠能力反而是最差的，這將縮短輪胎實(shí)際使用壽命。通常，3＋9＋15×0.225ST鋼絲簾線只用于部分承載要求較高的載重輪胎，通過(guò)以上對(duì)比可見(jiàn)，其優(yōu)勢(shì)具備了替代其他兩種鋼絲簾線在部分工程機(jī)械輪胎中應(yīng)用的可能。

2.2 工藝性能

為滿足寬體自卸車用輪胎市場(chǎng)的超高充氣壓力和高負(fù)荷使用情況，保證輪胎胎體的承載能力及冠部強(qiáng)度，在保證輪胎各部位強(qiáng)度的基礎(chǔ)上適當(dāng)調(diào)整鋼絲簾布?jí)貉用芏群蛪貉雍穸取?種鋼絲簾布?jí)貉庸に噮?shù)對(duì)比見(jiàn)表2。

表2 3種鋼絲簾布?jí)貉庸に噮?shù)對(duì)比

針對(duì)3種鋼絲壓延簾布及工藝參數(shù)分析如下。

（1）3種鋼絲簾布由于鋼絲簾線直徑差異導(dǎo)致壓延簾布厚度和密度也存在差異，3＋9＋15×0.225ST鋼絲簾線的壓延簾布質(zhì)量和簾線質(zhì)量最小，簾線間距與簾線直徑比值最大，單位間隙內(nèi)的膠料比例更大，能夠提升鋼絲簾線的滲膠性能及耐腐蝕能力。

（2）相對(duì)3＋9＋15×0.225HT鋼絲簾線，3＋9＋15×0.225ST鋼絲簾線在壓延過(guò)程中除了可以采用相同的壓延厚度、壓延速度、壓延張力等工藝參數(shù)外，壓延時(shí)更不易跳線，鋼絲簾線排列更均勻。相對(duì)7×7×0.22＋0.15HT鋼絲簾線，3＋9＋15×0.225ST鋼絲簾線直徑小，單根鋼絲簾線錠子滿錠長(zhǎng)度能夠長(zhǎng)1倍多，簾布厚度也相對(duì)較小，單輥壓延簾布更長(zhǎng)，生產(chǎn)效率也更高，有限的空間布局情況下有利于產(chǎn)能提升。

（3）3種鋼絲簾布均可以采用與載重輪胎生產(chǎn)相同的小型簾布裁斷機(jī)生產(chǎn)線，3＋9＋15×0.225HT和3＋9＋15×0.225ST鋼 絲 簾布的裁斷通過(guò)性及半成品質(zhì)量近乎一致，而7×7×0.22＋0.15HT鋼絲簾布在裁斷時(shí)受到鋼絲簾線本身性能、簾布?jí)貉庸に囐|(zhì)量及裁斷卷曲張力等的影響，存在簾布鋼絲端點(diǎn)散開(kāi)、帶束層大頭小尾等問(wèn)題，裁斷機(jī)的裁刀損耗過(guò)快，尤其是在裁斷小角度的帶束層時(shí)這些問(wèn)題更加突出。

（4）3＋9＋15×0.225ST鋼絲簾線在成型工藝性能方面也具有一定優(yōu)勢(shì)。3＋9＋15×0.225HT鋼絲簾線主要應(yīng)用于載重輪胎及部分小規(guī)格工程機(jī)械輪胎胎體，7×7×0.22＋0.15HT鋼絲簾線則主要應(yīng)用于較大規(guī)格工程機(jī)械輪胎的胎體和帶束層，存在中間性價(jià)比簾線區(qū)域。3＋9＋15×0.225ST鋼絲簾線能夠用于含20.5R25及以下規(guī)格工程機(jī)械輪胎的胎體和帶束層。在部分規(guī)格輪胎的帶束層中使用3＋9＋15×0.225ST鋼絲簾線替代7×7×0.22＋0.15HT鋼絲簾線時(shí)，冠帶層厚度減小，剛度降低，輪胎成型時(shí)胎冠部分更容易輥壓貼合。總的來(lái)說(shuō)，在滿足工藝通過(guò)性要求情況下，3＋9＋15×0.225ST鋼絲簾線能夠適應(yīng)更廣的應(yīng)用范圍。

（5）3＋9＋15×0.225ST鋼絲簾線的優(yōu)越性主要體現(xiàn)在替換7×7×0.22＋0.15HT鋼絲簾線使用方面，其鋼絲簾布厚度更小，使得成型后胎冠部分整體厚度有所減小[7-9]，這有利于縮短輪胎硫化時(shí)間。結(jié)合公司對(duì)部分產(chǎn)品由蒸鍋式硫化改熱板式硫化的提產(chǎn)改進(jìn)項(xiàng)目[10-11]，鋼絲簾線的替換在一定程度上促進(jìn)了輪胎性能和產(chǎn)量提升。

2.3 成品性能

考慮到14.00R25輪胎充氣壓力、負(fù)荷及實(shí)際使用安全倍數(shù)，將3＋9＋15×0.225ST，3＋9＋15×0.225HT和7×7×0.22＋0.15HT鋼絲簾線應(yīng)用于輪胎帶束層或/和胎體進(jìn)行不同組合方案以生產(chǎn)14.00R25★★★寬體自卸車用全鋼工程機(jī)械輪胎，成品輪胎性能測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 3種方案成品輪胎性能測(cè)試結(jié)果

2.4 實(shí)車路試性能

將試制的14.00R25★★★寬體自卸車用全鋼工程機(jī)械輪胎發(fā)往內(nèi)蒙古、新疆、福建等省和自治區(qū)進(jìn)行裝車試驗(yàn)跟蹤對(duì)比。結(jié)合該型輪胎市場(chǎng)使用周期普遍在3～6個(gè)月，經(jīng)過(guò)近半年的實(shí)際使用跟蹤，方案2和方案3輪胎在超高充氣壓力、超高負(fù)荷情況下使用時(shí)爆胎尤其是冠爆的發(fā)生率比方案1輪胎大幅降低至小于1%，滿足了客戶對(duì)輪胎承載能力的要求。方案3相對(duì)方案2在實(shí)際使用情況下存在下沉量較大問(wèn)題，實(shí)際測(cè)量下沉量增大8～15 mm，但能夠滿足使用要求，且舒適性有適當(dāng)提升。

2.5 成本分析

用3＋9＋15×0.225ST鋼絲簾線替代3＋9＋15×0.225HT鋼絲簾線應(yīng)用于全鋼工程機(jī)械輪胎胎體，簾布質(zhì)量略有減小，但鋼絲簾線成本略有增大，替換后的整體成本持平。3＋9＋15×0.225ST鋼絲簾線相對(duì)7×7×0.22＋0.15HT鋼絲簾線價(jià)格每噸節(jié)約約440元，將其應(yīng)用于14.00R25★★★全鋼工程機(jī)械輪胎帶束層時(shí)，簾布質(zhì)量大幅減小，單胎質(zhì)量減小約2.7 kg，單胎成本降低約65元，同時(shí)過(guò)程損耗也得到降低，過(guò)程及能耗損失每萬(wàn)元大約減少2.5元。

3 結(jié)語(yǔ)

在寬體自卸車用全鋼工程機(jī)械輪胎14.00R25★★★中采用3＋9＋15×0.225ST鋼絲簾線替代3＋9＋15×0.225HT鋼絲簾線應(yīng)用于胎體、替代7×7×0.22＋0.15HT鋼絲簾線應(yīng)用于帶束層，輪胎胎體承載能力顯著提升，胎冠強(qiáng)度滿足實(shí)際應(yīng)用要求，成品輪胎整體強(qiáng)度和耐久性能有所提高，滿足市場(chǎng)要求。

在大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)中，通過(guò)鋼絲簾線品種優(yōu)化及合并使用，在降低輪胎物料成本的同時(shí)可降低半成品生產(chǎn)的復(fù)雜程度及過(guò)程損耗，提升產(chǎn)能效率，符合公司發(fā)展戰(zhàn)略。