胎體簾線壓延密度對輪胎力學(xué)性能的影響

孫緒利，王龍慶，王兆龍，張凱凱，李 帥

（青島森麒麟輪胎股份有限公司，山東 青島 266229）

胎體簾線是輪胎的主要受力部件，對輪胎強(qiáng)度和抗沖擊性能影響很大，并使輪胎保持一定的外緣尺寸[1-3]。現(xiàn)階段，半鋼子午線輪胎常用的胎體簾線為聚酯簾線，因其具有模量高、伸長率低、耐疲勞性能和抗沖擊性能較好、吸水后強(qiáng)度不下降等優(yōu)點(diǎn)，在輪胎企業(yè)中廣泛使用[4-6]。選擇合適的胎體簾線壓延密度不僅能提升輪胎的安全性能，也是輪胎輕量化的一種重要手段。

本工作在保證胎體安全倍數(shù)的前提下，選擇3種規(guī)格輪胎為研究對象，研究不同的胎體簾線壓延密度對輪胎力學(xué)性能的影響。

1 試驗(yàn)方案及測試項(xiàng)目

選 取235/35ZR20，195/50R16和195/65R15 3種規(guī)格輪胎，進(jìn)行2種胎體簾布壓延方案（方案A和B）輪胎的室內(nèi)性能試驗(yàn)，胎體簾線均為1670dtex/2聚酯簾線，簾線壓延密度分別為100和118根·dm-1，簾布壓延厚度相同。

2種方案胎體簾布的主要壓延工藝參數(shù)如表1所示。

表1 2種方案胎體簾布的主要壓延工藝參數(shù)

每種規(guī)格輪胎均采用2種方案各生產(chǎn)10條。為減小輪胎間的差異，每種規(guī)格輪胎除胎體簾布不同外，其他部件均為同批次且分別在同一臺成型機(jī)和硫化機(jī)上由同組操作人員生產(chǎn)。

成品輪胎進(jìn)行靜態(tài)剛性試驗(yàn)、接地印痕試驗(yàn)和六分力側(cè)偏試驗(yàn)。

2 結(jié)果與討論

2.1 靜態(tài)剛性試驗(yàn)

輪胎靜態(tài)剛性主要包括徑向剛性、橫向剛性、縱向剛性、扭轉(zhuǎn)剛性和包絡(luò)剛性。徑向剛性指在徑向負(fù)荷作用下，輪胎徑向力的變化與徑向形變的比值，反映輪胎的徑向緩沖能力。橫向剛性和縱向剛性反映輪胎的操控性能，扭轉(zhuǎn)剛性反映輪胎的轉(zhuǎn)向能力，包絡(luò)剛性反映輪胎對異物的包覆能力[7]。GB/T 23663—2020規(guī)定了輪胎橫向剛性和縱向剛性的試驗(yàn)方法。本工作在GB/T 23663—2020的基礎(chǔ)上增加了徑向剛性、扭轉(zhuǎn)剛性和包絡(luò)剛性試驗(yàn)，測試結(jié)果如表2所示。

表2 輪胎靜態(tài)剛性試驗(yàn)結(jié)果 N·mm-1

從表2可以看出，增大胎體簾線壓延密度，輪胎的徑向剛性、橫向剛性和縱向剛性明顯增大。這是由于壓延密度增大后，胎體簾布單位面積內(nèi)的簾線數(shù)量相應(yīng)增大，從而使輪胎克服變形所需的能量增大，導(dǎo)致輪胎的徑向剛性、橫向剛性和縱向剛性增大。輪胎徑向剛性的增大導(dǎo)致輪胎的乘坐舒適性降低，輪胎橫向剛性和縱向剛性的增大導(dǎo)致輪胎的操控穩(wěn)定性提高。對于不同規(guī)格的輪胎，均有相似的規(guī)律性。

2.2 接地印痕試驗(yàn)

作為車輛與路面接觸的唯一媒介，輪胎接地區(qū)域直接影響輪胎與路面間作用力的傳遞，從而影響車輛的操控穩(wěn)定性和平順性。輪胎接地印痕和壓力反映道路與輪胎間的力學(xué)特性，通過接地區(qū)域的研究可以改善輪胎的耐磨性能、操控性能和平順性等。

一般來說，接地印痕趨于橢圓形，輪胎設(shè)計(jì)重點(diǎn)偏向舒適性；接地印痕趨于矩形，輪胎設(shè)計(jì)重點(diǎn)偏向操控性能。增大接地印痕面積有利于提高輪胎的抓著性能[8]。本工作采用矩形比表示接地印痕形狀，接地印痕矩形比＝2×中間接地長度/（內(nèi)側(cè)胎肩接地長度＋外側(cè)胎肩接地長度）。

接地壓力分布均勻，輪胎的耐磨性能良好。目前輪胎接地壓力測試方法主要有敏感膠片法、壓力傳感器法和光吸收法。本工作采用汕頭浩大輪胎測試裝備有限公司生產(chǎn)的綜合性能試驗(yàn)機(jī)對輪胎進(jìn)行固定及加載，采用壓力傳感器法，根據(jù)GB/T 22038—2018進(jìn)行測試，測試氣壓為250 kPa，測試負(fù)荷為額定負(fù)荷。

不同方案輪胎的接地印痕如圖1—3所示，接地特性參數(shù)測試結(jié)果如表3所示。

從圖1—3及表3可以看出：增大胎體簾線壓延密度，輪胎接地面積略有增大，輪胎中間接地長度增大，接地印痕矩形比減小，接地印痕形狀由輕微蝶形趨于矩形，有利于提升輪胎的操控性能；輪胎的平均接地壓力減小，接地區(qū)域壓力分布更加均勻，輪胎的耐磨性能提高。

表3 輪胎接地特性參數(shù)測試結(jié)果

2.3 六分力側(cè)偏試驗(yàn)

輪胎的側(cè)偏特性是影響車輛操控性能的重要因素，六分力側(cè)偏試驗(yàn)是研究輪胎側(cè)偏特性的主要手段。一般來說，側(cè)偏剛度大的輪胎操控性能較好，回正剛度大的輪胎轉(zhuǎn)向性能較好。

六分力側(cè)偏試驗(yàn)按照本公司標(biāo)準(zhǔn)在美國MTS公司生產(chǎn)的六分力試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，測試氣壓為250 kPa，測試負(fù)荷為額定負(fù)荷的80%，選取的輪胎力學(xué)特性參數(shù)為側(cè)偏剛度、回正剛度和側(cè)向摩擦因數(shù)。不同方案輪胎的力學(xué)特性參數(shù)如表4所示。

從表4可以看出：增大胎體簾線壓延密度，輪胎側(cè)偏剛度略有提升，但變化較小；回正剛度相當(dāng)或略增大，即輪胎操控性能相當(dāng)或略有提升；側(cè)向摩擦因數(shù)基本未發(fā)生變化。

表4 不同方案輪胎的力學(xué)特性參數(shù)

3 結(jié)論

（1）增大胎體簾線壓延密度，輪胎的橫向剛性和縱向剛性增大，有利于輪胎操控穩(wěn)定性的提高，但同時(shí)輪胎的徑向剛性增大，不利于輪胎的乘坐舒適性。

（2）增大胎體簾線壓延密度，輪胎的接地印痕面積增大，中間接地長度增大，接地印痕形狀趨于矩形，接地壓力分布更加均勻。

（3）增大胎體簾線壓延密度，輪胎的側(cè)偏剛度略有提升，但變化較小。

（4）對不同規(guī)格輪胎，胎體簾線壓延密度對輪胎力學(xué)性能的影響規(guī)律基本相同。