農業輪胎鋼絲圈上抽的原因分析及解決措施

解凱萍，趙興海，孟海獅，王 瑤

（1.中南林業科技大學，湖南 長沙 410004；2.徐州徐輪橡膠有限公司，江蘇 徐州 221011）

隨著我國農業機械化程度越來越高，農業機械被廣泛應用于各種農田作業[1]。各種農業機械的不斷推廣，對農業輪胎的需求越來越廣泛，而且近年來我國農業機械不斷升級，對農業輪胎的質量要求也越來越高。對于農業輪胎生產企業來說，保證生產過程穩定，減少質量問題，是企業生存的關鍵。

胎圈問題，尤其是鋼絲圈上抽問題始終是困擾輪胎生產企業的難題，因其涉及結構設計和生產工藝，影響因素很多[2-4]。本工作結合輪胎結構設計以及生產工藝，對鋼絲圈上抽問題進行深入剖析，并提出相應的解決措施。

1 存在的問題

鋼絲圈上抽病象指的是胎圈部位鋼絲圈明顯上移、胎趾部位嚴重缺少材料的情況，如圖1所示。

圖1 鋼絲圈上抽病象

鋼絲圈上抽輪胎趾口寬度遠小于設計標準尺寸，具有以下特點。

（1）涉及輪胎的規格較多，具有一定的普遍性。

（2）出現幾率較低（＜2%），且同一時期出現的輪胎規格無規律，同一規格出現無連續性。

（3）病疵長度不超過150 mm、單側胎圈問題居多。

2 原因分析及驗證

2.1 成品斷面分析

對輪胎的病象位置進行剖析（如圖2所示），發現其具有如下共性。

圖2 輪胎病象位置

（1）鋼絲圈明顯上移，造成胎圈的底部材料嚴重不足。

（2）對側鋼絲圈下移，趾口寬度比設計值略小。

（3）兩側胎體簾布反包高度存在明顯的差異（約為5～30 mm）。

（4）輪胎的胎趾位置有明顯被水胎擠壓的痕跡。

2.2 原因分析

根據斷面分析，鋼絲圈上抽是因鋼絲圈移動造成胎圈材料不足，其原因可從內部、外部進行查找。

（1）半成品存放不當使胎圈變形，影響其與水胎配合。

（2）定型不符合工藝要求，水胎牙子與半成品胎圈配合錯位。

（3）水胎存在問題，水胎牙子擠壓半成品胎圈。

（4）鋼絲圈直徑過大，造成胎圈的底部材料不足。

（5）胎體簾布筒上偏或鋼絲圈移動，導致兩側胎圈受力不均。

（6）成型時胎體簾布定長過大或過小，影響胎圈材料分布。

（7）胎體簾線伸張過大，導致胎圈的伸張變化不均勻。

2.3 原因驗證

對以上原因進行逐步驗證。

（1）半成品存放不當使胎圈變形。半成品懸空存放，胎圈局部受力，持續時間長，胎圈可見明顯變形、不平整，通過標記存放半成品的胎圈長軸、短軸位置，發現僅部分成品胎圈出現輕微軟膠邊。

結論：半成品的胎圈存放變形與鋼絲圈上抽關聯性很小。

（2）定型不符合工藝要求，水胎牙子與胎圈配合錯位。定型后通過標記水胎牙子與胎圈的配合錯位處，發現成品胎圈無鋼絲圈上抽現象。

結論：半成品定型不符合工藝要求與鋼絲圈上抽關聯性很小。

（3）水胎存在問題，水胎牙子擠壓胎圈。通過統計胎圈有問題的輪胎所用的水胎以及解剖斷面，未發現固定規律。

結論：水胎牙子問題與鋼絲圈上抽無明顯相關性。

（4）鋼絲圈直徑過大。選取某一規格輪胎，將鋼絲圈直徑增大2 mm，成品均未出現鋼絲圈上抽，只有局部出現趾口寬度稍小現象。同時通過計算問題輪胎胎圈壓縮率發現，部分問題輪胎胎圈材料稍微不足，其趾口寬度略小于設計值。

結論：鋼絲圈直徑過大、胎圈壓縮率不合理影響胎圈質量，對鋼絲圈上抽有直接影響。

（5）成型時胎體簾布筒上偏或鋼絲圈移動。選取某一規格輪胎，將胎體簾布筒整體上偏或局部上偏，成品胎圈出現對稱性的趾口軟邊或趾口窄現象，反包高度小的位置出現趾口軟邊，反包高度大的位置出現趾口窄現象。

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結論：成型時無論胎體簾布筒整體上偏還是局部上偏，均可能會導致成品輪胎出現趾口窄或趾口軟邊現象，原因是胎體簾布反包高度差異造成鋼絲圈受力不同。

（6）胎體簾布定長過大或過小。選取某一規格輪胎，簾布定長增大或者減小，成品輪胎出現無規律的趾口軟邊、趾口窄現象。

結論：簾布定長過大或過小與胎圈質量存在關聯性，不確定是否影響鋼絲圈上抽問題。

（7）胎體簾線伸張過大。通過計算出現鋼絲圈上抽的輪胎胎體簾線伸張值發現，簾線伸張過大情況所占的比例較小。

結論：胎體簾線伸張過大不是造成鋼絲圈上抽的直接因素。

綜上分析和驗證，鋼絲圈上抽原因為設計的胎圈材料稍微不足，且胎圈受力過大或不均，使鋼絲圈發生位移，導致胎圈部位材料嚴重不足。

3 解決措施

針對上述確定的原因，制定如下解決措施。

（1）胎圈壓縮率減小至90%～98%。

（2）胎體簾線伸張值減小至1.025～1.030。

（3）胎里直徑與成型機機頭直徑比值取1.40～1.45。

按照以上思路進行施工設計調整，成品輪胎未再出現鋼絲圈上抽問題，趾口飽滿、寬度穩定，如圖3所示。

圖3 合格輪胎胎圈

4 成品性能

隨機抽取施工設計調整后的輪胎進行性能測試，成品輪胎各項性能均符合國家標準要求。

以14.9－24 8PR R1輪胎為例，采用W13試驗輪輞進行充氣外緣尺寸檢測，標準充氣壓力為180 kPa。充氣輪胎的測量結果為：胎肩處外周長3 747 mm，充氣外直徑 1 253 mm，充氣斷面寬383 mm，行駛面寬度 332 mm，花紋深度 35.8 mm。成品輪胎充氣外緣尺寸符合GB/T 1192—2017要求[充氣外直徑為1 258（1 239～1 297）mm，充氣斷面寬為377（363～400）mm]。

5 結語

通過對鋼絲圈上抽病象的分析，從內部、外部因素逐一進行驗證排查，最終得出胎體簾線伸張與胎圈壓縮率不合理是導致該病象產生的根本原因。通過適當減小胎圈壓縮率和胎體簾線伸張值，并合理選取胎里直徑與成型機機頭直徑比值，很好地解決了該問題。鋼絲圈上抽問題的攻克也為解決其他胎圈問題提供了思路，并不是單一的參數設計不當才會導致胎圈問題。鋼絲圈上抽問題的解決，提高了農業輪胎的胎圈質量，使輪胎批量生產過程中工藝的穩定性和成品輪胎的外觀質量得到明顯提高，為公司創造了良好的經濟效益和社會效益。