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    行駛面寬度對195/65R15轎車子午線輪胎性能的影響

    2022-09-01 11:19:50任振興馬麗華劉繼發(fā)張晨曦焦冬冬
    輪胎工業(yè) 2022年8期
    關(guān)鍵詞:花紋充氣耐久性

    任振興,馬麗華,徐 偉,劉 杰,王 君,張 琳,孫 超,劉繼發(fā),王 偉,張晨曦,焦冬冬

    (青島雙星輪胎工業(yè)有限公司,山東 青島 266400)

    車輛行駛時駕駛?cè)藛T通過輪胎感受路面情況,車輛通過輪胎承載負(fù)荷[1],傳遞牽引力和制動力,保證車輛在行駛過程中具有優(yōu)異的舒適性、操縱性能和安全性等,由此可見,輪胎對車輛的作用是巨大的。行駛面是輪胎與地面接觸、傳導(dǎo)地面摩擦的主要部位,行駛面寬度對輪胎的高速性能、滾動阻力和制動性能存在不同程度的影響[2]。本工作以195/65R15轎車子午線輪胎為對象探討行駛面寬度對輪胎性能的影響。

    1 技術(shù)要求

    參照GB/T 2978—2014確定195/65R15轎車子午線輪胎的設(shè)計技術(shù)參數(shù)如下:充氣外直徑627~643 mm,充氣斷面寬 193~209 mm,標(biāo)準(zhǔn)輪輞 6J,標(biāo)準(zhǔn)充氣壓力 250 kPa,標(biāo)準(zhǔn)負(fù)荷615 kg,負(fù)荷指數(shù) 91,速度級別 H。

    2 結(jié)構(gòu)設(shè)計

    2.1 行駛面寬度

    行駛面寬度影響輪胎的耐磨性能、轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性和牽引性能等[3]。一般來說,行駛面寬度增大、弧度高減小,輪胎接地印痕的長軸和短軸增大,接地印痕面積相應(yīng)增大,在相同負(fù)荷條件下,輪胎的平均接地壓力減小,從而對輪胎的各方面性能產(chǎn)生不同程度的影響[4-5]。本工作針對行駛面寬度設(shè)計A和B兩個方案,取值分別為154和162 mm,兩方案行駛面弧度高接近,A方案弧度高比B方案大0.03 mm。

    2.2 其他輪廓參數(shù)

    其他輪廓參數(shù)設(shè)計如下:外直徑 635 mm,斷面寬 201 mm,行駛面弧度高 7.3 mm,胎圈著合直徑 378.8 mm,胎圈著合寬度 166 mm,斷面水平軸位置(H1/H2) 1.014。

    A和B兩方案除行駛面寬度外,其他輪廓參數(shù)均相同。輪胎斷面輪廓如圖1所示。

    圖1 輪胎斷面輪廓示意

    2.3 花紋設(shè)計

    花紋采用4條縱溝對稱花紋設(shè)計,B與A兩方案相同位置花紋溝寬度和花紋塊寬度比值為1.05,花紋溝和鋼片的形狀和深度及花紋飽和度和周節(jié)數(shù)等參數(shù)相同,花紋深度 8.5 mm,花紋飽和度67%~70%,花紋周節(jié)數(shù) 70。

    3 施工設(shè)計

    3.1 配方和骨架材料設(shè)計唯一性原則

    A和B兩方案輪胎所有半成品部件膠料配方和骨架材料均相同。

    3.2 半成品部件尺寸設(shè)計

    考慮到兩方案輪胎行駛面寬度不同,胎面口型尺寸、帶束層寬度、冠帶條寬度和胎側(cè)寬度采用不同設(shè)計(見表1)。兩方案胎面口型中部厚度、肩部厚度,內(nèi)襯層厚度和寬度,胎側(cè)各位置厚度,胎體簾布寬度及鋼絲圈排布和三角膠高度均相同。

    表1 半成品尺寸設(shè)計 mm

    4 工藝控制

    兩方案所有半成品膠料混煉、壓延、擠出和裁斷均在同一機(jī)臺上進(jìn)行;胎坯采用同一臺一次法成型機(jī)成型;兩方案輪胎在同一臺硫化機(jī)左右模內(nèi)硫化,膠囊型號、定型高度和硫化時間均相同。

    5 成品輪胎性能

    采用兩種方案制備195/65R15 91H輪胎,并進(jìn)行成品輪胎性能測試。

    5.1 外緣尺寸

    輪胎外緣尺寸按照GB/T 521—2012進(jìn)行測量,充氣壓力為250 kPa,測量結(jié)果如表2所示。

    從表2可以看出,A和B兩方案輪胎外緣尺寸均符合國家標(biāo)準(zhǔn)要求,充氣外直徑、充氣斷面寬和花紋溝深度基本相同,說明行駛面寬度對輪胎的充氣外緣尺寸和花紋溝深度無影響。

    表2 輪胎充氣外緣尺寸等測量結(jié)果 mm

    5.2 強(qiáng)度性能和脫圈阻力

    輪胎的強(qiáng)度性能和脫圈阻力根據(jù)GB/T 4502—2016進(jìn)行測試,充氣壓力為180 kPa,國家標(biāo)準(zhǔn)要求破壞能≥295 J,脫圈阻力≥8 890 N,測試結(jié)果如表3所示。

    表3 輪胎強(qiáng)度性能和脫圈阻力測試結(jié)果

    從表3可以看出,A和B兩方案輪胎的強(qiáng)度性能和脫圈阻力均符合國家標(biāo)準(zhǔn)要求,B方案輪胎的破壞能是A方案輪胎的1.2倍,兩方案輪胎最大脫圈阻力基本相同,說明行駛面寬度對輪胎強(qiáng)度有一定影響,但對脫圈阻力影響不大。在同等條件下,行駛面寬度越大,輪胎強(qiáng)度性能越優(yōu)異。

    5.3 高速性能

    輪胎高速性能按照GB/T 4502—2016進(jìn)行測試,國家標(biāo)準(zhǔn)要求速度≥190 km·h-1,充氣壓力為280 kPa,負(fù)荷率為80%,測試前輪胎在(38±3) ℃溫度下停放3 h以上,試驗(yàn)步驟如表4所示。

    表4 輪胎高速性能試驗(yàn)步驟

    兩方案輪胎在同一試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行測試,負(fù)荷和速度完全一致。結(jié)果顯示,A和B方案輪胎試驗(yàn)速度分別達(dá)到250和240 km·h-1時發(fā)生爆胎。兩方案輪胎高速性能均符合國家標(biāo)準(zhǔn)要求,且試驗(yàn)結(jié)果相差不大,說明行駛面寬度對輪胎高速性能影響不大。

    5.4 耐久性能

    輪胎耐久性能按照GB/T 4502—2016進(jìn)行測試,低充氣壓力耐久性能按照企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測試。國家標(biāo)準(zhǔn)要求行駛時間≥34 h,充氣壓力為180 kPa,測試前輪胎在(38±3) ℃溫度下停放3 h以上,測試速度為120 km·h-1。企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求行駛時間≥1.5 h,低充氣壓力為140 kPa,測試前輪胎在(38±3) ℃溫度下停放3 h以上,測試速度與常規(guī)耐久性測試相同,試驗(yàn)步驟如表5所示。

    表5 輪胎耐久性試驗(yàn)步驟

    兩方案輪胎在同一試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行測試,負(fù)荷和速度完全一致。結(jié)果顯示,A和B方案輪胎分別行駛98和96 h后失壓。兩方案輪胎耐久性能均大幅度超過國家標(biāo)準(zhǔn)要求,且結(jié)果相差不大,說明行駛面寬度對輪胎耐久性能影響不大。

    5.5 靜負(fù)荷性能

    輪胎靜負(fù)荷性能按照HG/T 2443—2012進(jìn)行測試,充氣壓力為180 kPa,負(fù)荷率為100%,環(huán)境溫度為18~36 ℃,停放時間>24 h,測試結(jié)果如表6所示,接地印痕如圖2所示。

    圖2 輪胎接地印痕

    表6 輪胎靜負(fù)荷性能測試結(jié)果

    從表6可以看出,兩方案輪胎靜負(fù)荷半徑無差異,A方案輪胎接地印痕面積小于B方案輪胎,但下沉率卻較大,說明行駛面寬度減小,接地印痕面積會相應(yīng)減小,在負(fù)荷相同的情況下,下沉率隨著單位面積平均接地壓力的增大而增大。

    5.6 剛性

    輪胎剛性按照GB/T 23663—2009進(jìn)行測試,充氣壓力為250 kPa,測試結(jié)果如表7所示。

    表7 輪胎剛性測試結(jié)果 N·mm-1

    從表7可以看出,A方案輪胎縱向剛性小于B方案輪胎,而橫向剛性較大,說明行駛面寬度越大,輪胎縱向剛性越大,橫向剛性越小。

    5.7 耐磨性能

    輪胎實(shí)車磨耗測試選取大眾朗逸車型,路況為城市鋪裝路面,主要行駛區(qū)域?yàn)榍鄭u市區(qū),右前輪和左后輪安裝A方案輪胎,左前輪和右后輪安裝B方案輪胎,充氣壓力為250 kPa,2020年12月—2021年7月總行駛里程為6.3萬km。左前輪(B)、右前輪(A)、左后輪(A)和右后輪(B)輪胎各花紋溝平均磨損量分別為2.3,2.2,1.3和1.5 mm。

    由此可見,B方案輪胎平均磨損量略高于A方案輪胎,但駕駛員主要在左前側(cè),導(dǎo)致左前側(cè)輪胎負(fù)荷略大于右前側(cè)輪胎,說明行駛面寬度對輪胎的耐磨性能影響不大。

    5.8 室內(nèi)滾動阻力和噪聲

    輪胎室內(nèi)滾動阻力和噪聲按照ISO 2850:2018進(jìn)行測試,結(jié)果如表8所示。

    表8 輪胎室內(nèi)滾動阻力和噪聲測試結(jié)果

    從表8可以看出,A方案輪胎滾動阻力小于B方案輪胎,噪聲時間平均聲壓級也較小,表明行駛面寬度增大,輪胎滾動阻力和噪聲均會增大。

    5.9 室外主觀和客觀評價

    輪胎實(shí)車主觀和客觀評價測試選取大眾朗逸車型,測試場為山東伊狄達(dá)汽車及輪胎試驗(yàn)場,測試結(jié)果如表9所示。

    表9 輪胎室外主觀和客觀評價測試結(jié)果

    從表9可以看出,在舒適性方面,A方案輪胎略差于B方案輪胎,但干濕地操縱性能、干濕地制動性能和直線水漂性能略好,表明行駛面寬度增大,輪胎舒適性提高,但對操縱性能、制動性能和水漂性能均有不同程度的不利影響。

    6 結(jié)語

    本工作通過設(shè)計不同行駛面寬度的兩種輪胎進(jìn)行測試,對比研究行駛面寬度對輪胎性能的影響。

    研究發(fā)現(xiàn),對于195/65R15轎車子午線輪胎,行駛面寬度增大8 mm,對輪胎的充氣外緣尺寸、高速性能、耐久性能和耐磨性能影響不大,輪胎的強(qiáng)度性能提高,接地印痕面積、滾動阻力和噪聲增大,舒適性改善,制動性能和操縱性能下降,證明行駛面寬度是輪胎輪廓設(shè)計的重要參數(shù),對輪胎的舒適性、安全性和節(jié)能具有重要影響。

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