冠帶層張力分段控制對(duì)轎車子午線輪胎性能的影響

杜傳永，楊和濤，李娜娜

（中策橡膠集團(tuán)股份有限公司，浙江 杭州 310018）

冠帶層在子午線輪胎中屬于小部件，但其作用卻不可小視。輪胎在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的離心力導(dǎo)致輪胎在非接地處直徑增大，帶束層擴(kuò)張，而在接地處離心力則被路面抵消。帶束層經(jīng)過周而復(fù)始的變形作用，產(chǎn)生的能量轉(zhuǎn)換成熱能積蓄在輪胎肩部，導(dǎo)致輪胎溫度上升，尤為嚴(yán)重的是帶束層邊部，其裁斷端因無黃銅鍍層而與橡膠粘合不好，通常成為破壞起始點(diǎn)。當(dāng)溫度超過臨界值時(shí)，輪胎胎肩部位會(huì)出現(xiàn)崩花、掉塊甚至爆破問題[1-4]。

在輪胎中配置冠帶層可起到以下作用：（1）抑制帶束層在高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下的擴(kuò)張幅度；（2）降低帶束層的溫升；（3）在帶束層的工作溫度下長(zhǎng)時(shí)間保持冠帶層的熱收縮力。

在胎肩部位增加1層或以上冠帶層能大幅度降低帶束層邊部的應(yīng)力峰值。因?yàn)楣趲拥墓烤o作用可在很大程度上減小帶束層邊部的變形，提升高速行駛下帶束層的穩(wěn)定性，使輪胎結(jié)構(gòu)更加合理與完善，大大延長(zhǎng)輪胎使用壽命。

針對(duì)我公司雪地轎車子午線輪胎肩部3層冠帶層的現(xiàn)狀，對(duì)輪胎進(jìn)行輕量化設(shè)計(jì)，以滿足綠色環(huán)保的發(fā)展需求。本工作以225/50R18 99H輪胎為例，研究肩部2層冠帶層纏繞方式及冠帶層張力分段控制對(duì)輪胎室內(nèi)性能，尤其是耐久性能的影響[5-8]。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 主要設(shè)備和儀器

二十四工位冠帶層簾布分條纏繞機(jī)，江陰市勤力橡塑機(jī)械有限公司產(chǎn)品；Vacuum型一次法子午線輪胎成型機(jī)，VMI公司產(chǎn)品；LLY-B型輪胎液壓雙模硫化機(jī)，巨輪智能裝備股份有限公司產(chǎn)品；TBUT-3型汽車/摩托車輪胎脫圈阻力/強(qiáng)度/靜負(fù)荷試驗(yàn)機(jī)，汕頭市浩大輪胎測(cè)試裝備有限公司產(chǎn)品；TGIS-SL16-AKRO型輪胎均勻性試驗(yàn)機(jī)，俄羅斯Micro-Poise測(cè)試系統(tǒng)公司產(chǎn)品；TJR-2-PC（Y）型轎車輪胎高速耐久性試驗(yàn)機(jī)，天津久榮車輪技術(shù)有限公司產(chǎn)品。

1.2 試驗(yàn)方案

試驗(yàn)方案的2個(gè)變量為冠帶層纏繞方式和冠帶層張力，如圖1所示。

圖1 不同方案冠帶層纏繞工藝示意

方案C冠帶層張力分段控制只需在Vacuum型一次法成型機(jī)控制面板上冠帶條供料選項(xiàng)中將肩部張力值變更為2倍即可，其余成型條件同方案B。

1.3 性能測(cè)試

成品輪胎的外緣尺寸和性能均按相應(yīng)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試。

2 結(jié)果與討論

2.1 工藝性能

對(duì)3個(gè)方案帶束層延伸量、帶束層偏移量和胎坯周長(zhǎng)變化量分別進(jìn)行測(cè)量。帶束層延伸量測(cè)量方法是在帶束層貼合后對(duì)1#帶束層寬度進(jìn)行第1次測(cè)量，在冠帶層纏繞后在傳遞環(huán)上對(duì)1#帶束層進(jìn)行第2次測(cè)量，延伸量等于第2次測(cè)量值減去第1次測(cè)量值。帶束層偏移量測(cè)量方法是在帶束層貼合完成之后進(jìn)行第1次測(cè)量，在冠帶層纏繞完成后撕去冠帶層，對(duì)帶束層進(jìn)行第2次測(cè)量，偏移量等于第2次測(cè)量值減去第1次測(cè)量值。胎坯周長(zhǎng)變化量等于卸胎后立即測(cè)量值減去放置2 h后測(cè)量值。

帶束層延伸量、帶束層偏移量和胎坯周長(zhǎng)變化量測(cè)量結(jié)果如表1所示。

表1 帶束層延伸量、帶束層偏移量及胎坯周長(zhǎng)變化量的測(cè)量結(jié)果 mm

根據(jù)表1數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可以得到如下結(jié)論。

（1）不同方案在傳遞環(huán)上對(duì)帶束層延伸量影響由大到小的順序?yàn)椋悍桨窩、方案A、方案B。

（2）不同方案在帶束鼓上對(duì)帶束層偏移量影響不大。

（3）3個(gè)方案胎坯中心周長(zhǎng)變化量相當(dāng)，對(duì)肩部周長(zhǎng)變化量影響由大到小的順序?yàn)椋悍桨窩、方案A、方案B。

2.2 成品性能

2.2.1 均勻性

3個(gè)方案成品輪胎均勻性測(cè)試結(jié)果如表2所示，RFV和LFV分別表示徑向力波動(dòng)和側(cè)向力波動(dòng)，CW和CCW分別表示正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，CON表示錐度效應(yīng)。

表2 輪胎均勻性測(cè)試結(jié)果 kg

由表2可知，方案C輪胎均勻性最優(yōu)，方案A最差。

2.2.2 室內(nèi)性能

3個(gè)方案輪胎室內(nèi)性能測(cè)試結(jié)果如表3所示。

由表3可知，與方案A和B輪胎相比，采用冠帶層張力分段控制的方案C輪胎的充氣外直徑和充氣斷面寬基本沒有變化，強(qiáng)度和脫圈阻力也相當(dāng)，而高速性能、滾動(dòng)阻力性能尤其是耐久性能有明顯提高。

表3 成品輪胎室內(nèi)性能測(cè)試結(jié)果

2.2.3 成品外觀及成本分析

與方案A肩部3層冠帶層設(shè)計(jì)對(duì)比，方案C肩部2層冠帶層設(shè)計(jì)的成品輪胎胎里拱起和胎肩漏線不良率大大降低，且由于方案C肩部冠帶層較方案A少1層，冠帶層成本降低約18%，每條輪胎可節(jié)約1.75元，輪胎生產(chǎn)成本稍有降低，有一定的經(jīng)濟(jì)效益。

3 結(jié)論

采用平行對(duì)比試驗(yàn)研究肩部2層冠帶層纏繞方式、冠帶層張力分段控制和肩部3層冠帶層纏繞方式、冠帶層張力正常設(shè)置輪胎的性能，得到如下結(jié)論。

（1）冠帶層張力分段控制方案輪胎帶束層的延伸量稍有增大，偏移量相當(dāng)，胎坯中心周長(zhǎng)變化量相當(dāng)，胎肩處稍有增大。

（2）冠帶層張力分段控制方案輪胎均勻性有改善。

（3）冠帶層張力分段控制方案輪胎充氣外緣尺寸、脫圈阻力、耐久性能和高速性能均達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求，外觀良好，且輪胎生產(chǎn)成本有所降低。

本工作探討的冠帶層張力分段控制問題對(duì)子午線輪胎的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和性能提升有重要的指導(dǎo)意義。