半鋼子午線輪胎耐久性試驗問題分析及解決措施

孫奇濤，王 慶，張騰飛，史鵬飛

[倍耐力輪胎（焦作）有限公司，河南 焦作 454000]

輪胎是一種由多種材料、多個部件構成的在苛刻、復雜條件下使用的復合結構制品，在使用過程中要承受徑向力、側向力、驅動力和制動力等多種外力的作用。輪胎在行駛過程中與路面發生劇烈摩擦，各部位均產生不同程度的應力應變，且應力應變以較高頻率交替改變，導致輪胎疲勞。此外，輪胎在受力過程中由于滯后特性會將部分動能轉變為熱能，導致輪胎在較高溫度下工作，而輪胎是熱的不良導體，易造成膠料熱氧老化，因此耐熱性能和耐疲勞性能是決定輪胎使用壽命的主要因素。耐久性能是考核輪胎耐熱性能和耐疲勞性能的關鍵項目，是非常重要的輪胎質量指標之一。

本工作根據輪胎耐久性試驗結果，分析胎肩脫塊和胎圈裂口等問題產生的原因，并提出相應的改善措施[1-2]。

1 胎肩脫塊

肩部花紋塊脫落即胎肩脫塊，是半鋼子午線輪胎耐久性試驗中常見的問題，如圖1所示。

圖1 胎肩脫塊

1.1 原因分析

（1）胎肩部位厚度偏大。輪胎運行過程中受交變應力而生熱升溫，在較高溫度和高負荷運轉條件下，胎肩部位受力大、熱積累高，如果胎肩部位厚度偏大，會加劇熱積累而導致胎肩脫塊。

（2）帶束層寬度偏小。輪胎胎肩部位承受較大周期性應力，而帶束層起緊箍胎體簾布層的作用，如果帶束層寬度偏小，則無法完全起到緊箍作用，帶束層邊部會受到胎體復雜應力作用，增大帶束層層間剪切力，易增加熱積累，導致胎肩部位膠料因熱氧老化而提前脫開[3]。

（3）冠帶層材料強度偏小或冠帶層纏繞張力過小。冠帶層起緊箍帶束層的作用，以達到減小帶束層鋼絲簾布之間的剪切力、降低生熱的目的。如果冠帶層材料強度偏小或胎坯成型工序冠帶層纏繞張力過小，會使冠帶層起不到緊箍帶束層的作用，導致帶束層生熱異常，使輪胎在耐久性試驗時出現肩部脫開或起鼓等問題[4]。

1.2 解決措施

（1）根據輪胎斷面胎肩部位厚度測量結果，并結合輪胎接地壓力分布情況，適當減小胎肩部位厚度。胎肩部位厚度調整前后輪胎的接地壓力分布如圖2所示。

圖2 胎肩部位厚度調整前后輪胎的接地壓力分布

從圖2可以看出，調整后輪胎的接地壓力分布更均勻。在滿足輪胎斷面尺寸標準的前提下，提高輪胎接地壓力分布的均勻性可改善輪胎耐久性試驗時出現的胎肩脫塊問題[5]。

（2）根據設計原則，設定合理的帶束層寬度。試驗表明，帶束層寬度與模具肩寬之比在0.96～1.0之間為宜。

（3）增大冠帶層材料強度，規范冠帶層纏繞設備維護，定期檢查張力變化，確保冠帶層纏繞張力滿足工藝要求。

2 胎圈裂口

胎圈裂口也是輪胎耐久性試驗中常見的問題，如圖3所示。

圖3 胎圈裂口

2.1 原因分析

（1）三角膠尺寸不合理。三角膠填充于鋼絲圈至胎側部位，起剛性過渡和加強胎圈的作用。如果三角膠尺寸偏小，會導致胎圈部位強度不足，易發生胎圈裂口或鼓包問題，如圖4所示。

圖4 三角膠偏小導致損壞

（2）胎側耐磨膠偏薄。胎側耐磨膠是一層硬質橡膠，用來防護胎圈與輪輞突緣的摩擦和腐蝕作用。如果胎側耐磨膠偏薄，易被輪輞突緣磨損，起不到防護作用，導致胎圈裂口問題發生，如圖5所示。

圖5 胎側耐磨膠偏薄導致損壞

（3）模具設計不合理。模具胎圈部位尺寸設計不合理導致成品輪胎胎圈部位與輪輞突緣配合間隙大，輪胎在耐久性試驗過程中因受力使胎圈部位與輪輞突緣頻繁摩擦，造成胎圈裂口問題發生。

（4）成型鼓鼓寬設定不合理。成型鼓鼓寬設定值偏大，則簾布張力小，在三角膠端點處出現打彎現象，導致胎圈強度不足，如圖6所示；成型鼓鼓寬設定值偏小，則簾布張力大，會使耐磨膠變薄，易被磨損，導致胎圈裂口問題發生，如圖7所示。

圖6 成型鼓鼓寬大導致胎體簾布張力小問題

圖7 成型鼓鼓寬小導致胎側耐磨膠變薄問題

2.2 解決措施

（1）在滿足設計要求的前提下，結合輪胎斷面測量情況，適當增大三角膠尺寸。試驗表明，三角膠高度與斷面高的比值以0.2～0.3為宜。

（2）結合輪胎斷面尺寸標準要求，調整胎側耐磨膠厚度，應注意區分成型鼓鼓寬設定不合理導致耐磨膠偏薄問題。

（3）調整模具尺寸，保證成品輪胎與輪輞突緣的間隙符合標準。

（4）重新計算成型鼓鼓寬。

3 結語

耐久性試驗中除胎肩脫塊和胎圈裂口問題外，還有胎側鼓包、輪胎爆破和漏氣等問題，大多數均為三角膠強度或胎體強度不足造成，可根據損壞情況，并結合斷面測量和高速試驗結果，通過調整部件尺寸和強度解決。

通過分析半鋼子午線輪胎耐久性試驗中問題的原因，并采取相應的解決措施，有效提高了公司半鋼子午線輪胎的質量，取得了良好的經濟和社會效益。