半鋼子午線輪胎錐度效應影響因素分析

劉風麗，彭 松，王時豪，宋 立，李天奇

（中策橡膠集團股份有限公司，浙江 杭州 310018）

輪胎是汽車與路面保持接觸的唯一部件，不僅支承汽車的滾動，而且直接影響汽車的行駛性能。因此汽車行駛性能與輪胎地面力學性能密切相關。然而輪胎地面力學性能又與輪胎品質密不可分，因此汽車行駛性能是建立在輪胎品質基礎之上的[1]。

輪胎制造工藝水平影響輪胎的品質[2-3]。半鋼子午線輪胎是由不同橡膠、鋼絲等材料，經過壓出、復合、貼合、輥壓、硫化等一系列生產工序復合的產物。因此設備精度、操作員操作手法及生產環境都會對輪胎品質造成影響[4-7]。

輪胎在滾動過程中，如果或多或少伴有作用于其上的錐形側向力，力圖使其偏離原來的直線運動方向，即使是剛換上的新輪胎也可能如此，該現象被稱為輪胎的錐度效應。

本工作主要分析輪胎制造過程中常見因素對輪胎錐度效應的影響。

1 實驗

1.1 試驗輪胎

試驗采用控制變量法，試驗輪胎規格為265/70R18。

1.2 測試條件

1.2.1 充氣壓力

檢測充氣壓力的精度要求為：檢測值 設定值±10 kPa，波動量 ≤5 kPa。最大充氣壓力（Pmax）參見輪胎胎側標注。

檢測充氣壓力標準如下：當Pmax≤320 kPa時，充氣高壓≥280 kPa，檢測充氣壓力為180 kPa；當440 kPa≥Pmax＞320 kPa時，充氣高壓≥350 kPa，檢測充氣壓力為260 kPa；當Pmax＞420 kPa時，充氣高壓≥350 kPa，檢測充氣壓力為320 kPa。

1.2.2 負荷

檢測負荷精度要求為：檢測值 設定值±5 kg，波動量 ≤設定值×1%；最大負荷參見輪胎胎側標注；增強型輪胎測試時的單胎最大負荷為胎側標定負荷指數減5后的負荷指數所對應的負荷值（胎側有“EXTRALOAD”或“REINFORCED”字樣的為增強型輪胎）。

檢測負荷為單胎最大負荷×80%。

1.2.3 輪輞寬度

檢測寬度精度要求為標準寬度±0.5J。檢測輪輞寬度參考TRA《美國輪胎輪輞協會標準年鑒》和ETRTO《歐洲輪胎輪輞技術組織標準手冊》標準。

1.2.4 速度

速度精度要求為檢測值應在±設定值×1%的范圍內，波動量≤設定值×0.5%。

檢測速度標準為65 r·min-1。

1.3 試驗設備

LCY1418-JY-A二次法成型機，北京敬業機械設備有限公司產品；輪胎均勻性實驗機，巨輪智能裝備股份有限公司產品。

1.4 測試及計算方法

輪胎錐度測試如圖1所示。錐度測試的受力和受力波形示意分別如圖2和3所示。

圖1 輪胎錐度測試

圖2 輪胎錐度測試受力示意

錐度的計算值為FCW和FCCW的平均值，即-16.2 N。

圖3 輪胎錐度測試的受力波形

2 結果與討論

輪胎生產過程中錐度影響因素主要包括半成品（胎面厚度差和寬度差不對稱）、成型[胎面、帶束層或組件（胎面、冠帶層、帶束層在二段成型時的復合件）貼偏]、硫化（胎坯中心線與模具中心線或膠囊中心線不重合）、結構（胎面為非對稱花紋）。下面分別進行討論。

2.1 半成品

輪胎胎面膠如圖4所示。

圖4 輪胎胎面膠示意

因胎面壓出后各尺寸存在一定偏差，為使試驗數據更加準確（貼近理論計算值），將A與A'和B與B'的差值控制在±2 mm，H與H'的差值控制在±0.3 mm，其余控制參數的公差以現場執行為準。A，A'，H和H'以X光掃描儀數值為準。

胎面尺寸變化對應的錐度如表1所示。因難以控制標準狀態下的錐度為零，故將方案1作為標準胎面，其試驗結果作為參照，方案2—5的錐度為平均值。

表1 胎面尺寸變化對應的錐度值

從表1可以看出，胎肩寬度差值在5 mm左右對錐度影響為34.3 N；胎肩厚度差值在0.5 mm左右對錐度影響為23.5 N。

2.2 成型

進行胎面、帶束層和組件貼偏3組試驗及1個參照試驗（參照試驗所有部件都正常貼合），所有貼偏均在成型時向左偏。

2.2.1 胎面貼偏

胎面貼偏如圖5所示。

圖5 胎面貼偏示意

C1分別取0，1，3和5 mm（每個數值分別做3條輪胎）時，對應的錐度平均值分別為-29.79，-15.19，26.36和74.77 N。

從以上數據可以看出：當C1由0 mm增大至1 mm時，輪胎的錐度增大了14.60 N；當C1由1 mm增大至3 mm時，錐度增大了41.55 N，平均每偏離1 mm錐度增大20.78 N；當C1由3 mm增大至5 mm時，錐度增加了48.31 N，平均每偏離1 mm錐度增大24.21 N。

2.2.2 帶束層貼偏

帶束層貼偏如圖6所示。

圖6 帶束層貼偏示意

C2分別取1，3和5 mm（每個數值分別做3條輪胎）時，對應的錐度平均值分別為-21.07，14.01和56.55 N。

從以上數據可以看出：當C2由0 mm增大至1 mm時，錐度增大了8.72 N；當C2由1 mm增大至3 mm時，錐度增大了35.08 N，平均每偏離1 mm錐度增大17.54 N；當C2由3 mm增大至5 mm時，錐度增大了42.53 N，平均每偏離1 mm錐度增大21.27 N。

2.2.3 組件貼偏

組件貼偏如圖7所示。

圖7 組件貼偏示意

C3分別取1，3和5 mm（每個數值分別做3條輪胎）時，對應的錐度平均值分別為-3.53，76.34，160.23 N。

由上述數據可以看出：當C3由0 mm增大至1 mm時，錐度增大了26.26 N；當C3由1 mm增大至3 mm時，錐度增大了79.87 N，平均每偏離1 mm 錐度增大39.98 N；當C3由3mm增大至5mm時，錐度增大了83.89 N，平均每偏離1 mm錐度增大41.94 N。

2.3 硫化

用熒光筆標記胎坯的內側和外側中心，硫化1條輪胎后確認膠囊中心線、胎坯中心線和模具中心線三線是否重合，若未重合調整預定型高度和抓胎手的裝胎高度直至重合，調整到位后硫化生產3條輪胎作為標準輪胎。

2.3.1 胎坯中心與膠囊中心偏離

胎坯中心與膠囊中心偏離如圖8所示。

圖8 胎坯中心與膠囊中心偏離示意

D分別取0，2和4 mm（每個數值分別做3條輪胎）時，對應的錐度平均值分別為25.38，10.39和-29.11 N。

從數據可以看出：當D由0 mm增大至2 mm時，錐度增大了14.99 N，平均每偏離1 mm錐度增大7.45 N；當D由2 mm增大至4 mm時，錐度增大了39.49 N，平均每偏離1 mm錐度增大19.80 N。

2.3.2 胎坯中心與模具中心偏離

胎坯中心與模具中心偏離如圖9所示。

圖9 胎坯中心與模具中心偏離示意

E分別取2和4 mm（每個數值分別做3條輪胎）時，對應的錐度平均值分別為72.23和149.74 N。

從數據可以看出：當E由0 mm增大至2 mm時，錐度增大了46.84 N，平均每偏離1 mm錐度增大23.42 N；當E由2 mm增大至4 mm時，錐度增大了77.52 N，平均每偏離1 mm錐度增大38.81 N。

2.4 非對稱胎面花紋

非對稱胎面花紋對錐度的影響是兩肩部花紋的海陸比差異（主要影響硫化時的吃膠量），所以在設計非對稱花紋胎面時應考慮花紋兩肩部的海陸比差異，合理設計胎面兩肩部的膠料。

3 結論

（1）胎面和胎肩寬度和厚度差值在一定范圍內，對輪胎的錐度影響不大。

（2）成型時胎面、帶束層和組件貼偏對錐度效應影響較大，且偏移量越大，單位偏移量對錐度的影響越大，因此成型時應該嚴格控制設備精度，減小設備精度波動，同時加大檢查力度，及時發現問題并解決。

（3）硫化時胎坯中心需與膠囊中心和模具中心重合，膠囊中心與胎坯中心位置偏移對錐度效應影響較小，模具中心與胎坯中心位置偏移對錐度效應影響較大且偏移量越大，單位偏移量對錐度的影響越大。因此硫化胎坯位中心應確保與模具中心重合。