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(gòu)成的在苛刻、復(fù)雜條件下使用的復(fù)合結(jié)構(gòu)制品，在使用過程中要承受徑向力、側(cè)向力、驅(qū)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(fā)生劇烈摩擦，各部位均產(chǎn)生不同程度的應(yīng)力應(yīng)變，且應(yīng)力應(yīng)變以較高頻率交替改變，導(dǎo)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(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，?dǎo)致輪胎在較高溫度下工作，而輪胎是熱的不良導(dǎo)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(guān)鍵項目，是非常重要的輪胎質(zhì)量指標(biāo)之一。

本工作根據(jù)輪胎耐久性試驗結(jié)果，分析胎肩脫塊和胎圈裂口等問題產(chǎn)生的原因，并提出相應(yīng)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(yīng)力而生熱升溫，在較高溫度和高負(fù)荷運轉(zhuǎn)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(dǎo)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(yīng)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(fù)雜應(yīng)力作用，增大帶束層層間剪切力，易增加熱積累，導(dǎo)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(dá)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(dǎo)致帶束層生熱異常，使輪胎在耐久性試驗時出現(xiàn)肩部脫開或起鼓等問題[4]。

1.2 解決措施

（1）根據(jù)輪胎斷面胎肩部位厚度測量結(jié)果，并結(jié)合輪胎接地壓力分布情況，適當(dāng)減小胎肩部位厚度。胎肩部位厚度調(diào)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(diào)整前后輪胎的接地壓力分布

從圖2可以看出，調(diào)整后輪胎的接地壓力分布更均勻。在滿足輪胎斷面尺寸標(biāo)準(zhǔn)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(xiàn)的胎肩脫塊問題[5]。

（2）根據(jù)設(shè)計原則，設(shè)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(guī)范冠帶層纏繞設(shè)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(cè)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(dǎo)致胎圈部位強度不足，易發(fā)生胎圈裂口或鼓包問題，如圖4所示。

圖4 三角膠偏小導(dǎo)致?lián)p壞

（2）胎側(cè)耐磨膠偏薄。胎側(cè)耐磨膠是一層硬質(zhì)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(cè)耐磨膠偏薄，易被輪輞突緣磨損，起不到防護作用，導(dǎo)致胎圈裂口問題發(fā)生，如圖5所示。

圖5 胎側(cè)耐磨膠偏薄導(dǎo)致?lián)p壞

（3）模具設(shè)計不合理。模具胎圈部位尺寸設(shè)計不合理導(dǎo)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(fā)生。

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

圖6 成型鼓鼓寬大導(dǎo)致胎體簾布張力小問題

圖7 成型鼓鼓寬小導(dǎo)致胎側(cè)耐磨膠變薄問題

2.2 解決措施

（1）在滿足設(shè)計要求的前提下，結(jié)合輪胎斷面測量情況，適當(dāng)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(jié)合輪胎斷面尺寸標(biāo)準(zhǔn)要求，調(diào)整胎側(cè)耐磨膠厚度，應(yīng)注意區(qū)分成型鼓鼓寬設(shè)定不合理導(dǎo)致耐磨膠偏薄問題。

（3）調(diào)整模具尺寸，保證成品輪胎與輪輞突緣的間隙符合標(biāo)準(zhǔn)。

（4）重新計算成型鼓鼓寬。

3 結(jié)語

耐久性試驗中除胎肩脫塊和胎圈裂口問題外，還有胎側(cè)鼓包、輪胎爆破和漏氣等問題，大多數(shù)均為三角膠強度或胎體強度不足造成，可根據(jù)損壞情況，并結(jié)合斷面測量和高速試驗結(jié)果，通過調(diào)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(yīng)的解決措施，有效提高了公司半鋼子午線輪胎的質(zhì)量，取得了良好的經(jīng)濟和社會效益。