全鋼載重子午線輪胎胎圈耐久性能試驗方法的研究

牛 飛，丁紀龍，高 明，張樂樂，陳緒飛，王 丁，鄭嵩嵩，袁桂真

（1.華勤橡膠工業集團，山東 濟寧 272100；2.濟寧齊魯檢測技術有限公司，山東 濟寧 272100；3.倍耐力輪胎有限公司，山東 濟寧 272100；4.通力輪胎有限公司，山東 濟寧 272100）

輪胎是車輛的重要部件之一，其主要作用為支撐車輛并承受車輛質量，傳遞力和力矩，保證行駛安全性、穩定性、舒適性和操縱性等，減輕和吸收車輛行駛過程中的震動和沖擊力，降低行駛過程中的噪聲[1-4]。輪胎主要由胎面、胎體、帶束層、氣密層和胎圈等組成。胎面是輪胎唯一與地面接觸的部位，需要超強的耐磨性能，以及保持輪胎牽引力和降低滾動阻力的特性；胎體起到支撐輪胎結構的作用，需要高強度和耐疲勞性能，幫助輪胎承受負荷和震動；帶束層在胎面與胎體之間，沿胎面中心線圓周方向箍緊胎體等材料層，對胎體起到束縛和保護作用，對胎面起到加強作用，提高輪胎的高速性能和抗刺穿性能；氣密層防止輪胎內的壓縮氣體泄漏，維持輪胎的充氣壓力；胎圈由鋼絲圈、三角膠、胎圈包布等組成，結構相對復雜，胎圈是輪胎唯一與輪輞直接接觸的部位，在輪胎各部件中硬度最大，其主要作用是與輪輞互相作用形成密封，減緩外界沖擊，并支撐車輛實現輪胎與路面的接觸，保證車輛在路面上平穩行駛[5-9]。

輪胎胎圈的耐久性能關系到輪胎的耐久性能和安全性。輪胎胎圈的耐久性能試驗是指使承受一定垂直負荷作用的輪胎在模擬實際輪胎使用中所處的環境溫度下，在光滑、鋼制的模擬路面上旋轉一定時間后，檢測輪胎胎圈部位強度的變化情況[10-11]。關于全鋼載重子午線輪胎胎圈耐久性能的檢測，目前國內尚無國家標準或者行業標準，行業內常用的全鋼載重子午線輪胎胎圈耐久性能試驗方法準確性較差，且試驗周期較長，成本較高。

相較于轎車子午線輪胎，全鋼載重子午線輪胎負荷大，使用環境復雜嚴苛，對輪胎胎圈性能有較高的要求。目前國內重型載重車輛主流使用12.00R20規格全鋼載重子午線輪胎，該規格輪胎兼顧穩定性和經濟性，對該規格輪胎性能的研究具備較好的代表性。本工作開發了一種全鋼載重子午線輪胎胎圈耐久性能試驗方法，并與目前應用較為普遍的2種常規試驗方法進行對比分析。

1 實驗

1.1 試驗樣品

試驗輪胎為ROADONE品牌、12.00R20規格、層級為20、縱向條狀花紋的全新輪胎。

1.2 主要設備及參數

TJR-2TB（Y）型載重輪胎耐久及高速性能轉鼓試驗機[可測試直徑為700～1 400 mm的輪胎，輪輞直徑為406.4～622.3 mm（16～24.5英寸），負載為0～10 t，速度范圍為0～160 km·h-1]和試驗輪輞（規格為20×8.5），天津久榮車輪技術有限責任公司產品；數顯輪胎氣壓表（量程為0～1 800 kPa），巨野縣大鵬機械制造有限公司產品；輪胎拆裝機（可拆裝14.00規格以下的有內胎和無內胎輪胎），珠海市香洲詩琴汽保設備廠產品；輪胎打磨機（可打磨7.50～14.00規格輪胎），北京漢達森機械技術有限公司產品。

1.3 試驗方法

先對試驗輪胎胎面進行打磨至花紋溝底，打磨精度要求預留花紋深度0～1 mm，打磨前后胎面見圖1。

圖1 打磨前后胎面

將打磨后試驗輪胎安裝在試驗輪輞上，結合輪胎的實際使用情況充以1 100 kPa氣壓，充氣后的輪胎輪輞組合體在（38±3） ℃的環境溫度下停放至少3 h。為了更好地模擬輪胎在真實路況的使用狀態，試驗分2個階段進行。第1階段：持續時間為2 h，使用輪胎標準負荷，即100%負荷，模擬輪胎起步無負載狀態下行駛；第2階段：負荷提高至輪胎標準負荷的2倍，即200%標準負荷，運行至輪胎損壞。試驗速度始終保持50 km·h-1。

2 結果與討論

選用3條試驗輪胎分別采用本方法和2種常規試驗方法（方法1和方法2）進行輪胎胎圈耐久性能試驗，3種方法的測試條件和結果對比見表1。

表1 3種輪胎胎圈耐久性能試驗方法的測試條件和結果對比

從表1可以看出，3種方法的試驗充氣壓力、試驗速度和胎面打磨條件不相同，其他試驗條件均相同。

方法1的試驗充氣壓力為標準充氣壓力900 kPa，而輪胎在汽車上的真實使用充氣壓力為1 000～1 200 kPa，有些車輛為達到高負載，極少數時輪胎充氣壓力會達到1 300 kPa左右，可見方法1的試驗充氣壓力與實際使用充氣壓力相差較大。胎面打磨至花紋溝底0～1 mm，可以在試驗中起到良好的散熱作用。方法1的試驗速度為30 km·h-1，而汽車在實際中的平均行駛速度為45～60 km·h-1，可見方法1的試驗速度與實際速度相差也較大。方法1的試驗充氣壓力較低，在試驗運行至第2階段時，隨著負荷的增大，胎圈部位因過度受力而產生嚴重變形，雖然方法1的試驗速度較低，但是由于胎圈部位受屈撓程度較嚴重，導致短時間內胎圈破裂，不能準確反映輪胎胎圈耐久性能。

方法2的試驗充氣壓力為600 kPa，試驗速度與方法1相同，為30 km·h-1，但方法2的試驗輪胎胎面未進行打磨處理，完全符合輪胎的真實使用情況。試驗結束時輪胎胎肩部位破裂，但胎圈部位未發生明顯的損壞。輪胎在持續運行中，肩部區域的形變比胎圈區域的形變大，導致胎肩處生熱大于胎圈部位，所以輪胎的肩部會更加容易先出現損壞，方法2未對胎面進行打磨，導致試驗過程中輪胎肩部生熱集中，熱量無法及時散出，造成肩部膠提前損壞。這種情況下通常輪胎企業會再次使用一條新輪胎進行二次試驗，造成成本增加及試驗周期延長。

本方法試驗輪胎累計行駛時間最長，分別是方法1和方法2試驗輪胎運行時間的3.1和1.3倍，試驗速度更接近輪胎在實際使用中的平均行駛速度，且1 100 kPa的較高充氣壓力使得胎圈部位受屈撓程度較小，試驗過程更接近輪胎在實際路況下的真實使用狀態，該方法的可參考性更好。

3 結論

本工作開發的試驗方法測試全鋼載重子午線輪胎胎圈耐久性能時，對胎面進行打磨至花紋溝底0～1 mm，可有效提升輪胎肩部散熱效率，而且試驗速度和充氣壓力更接近目前國內全鋼載重汽車輪胎在實際路況下的真實使用狀態。與目前應用較為普遍的2種常規試驗方法相比，本方法中輪胎的累計行駛時間較長，試驗周期較短，試驗成本較低，可參考性更好。