子午線輪胎靜態氣密性試驗方法的研究

黃俊奇

（萬力輪胎股份有限公司，廣東 廣州 510940）

隨著汽車安全性、舒適性和環保要求的不斷提升，提高了對輪胎的質量要求。輪胎氣密性作為其主要質量特性之一，對汽車行駛安全性、駕駛性能和舒適性、輪胎滾動阻力、二氧化碳排放量及輪胎使用壽命等都有顯著影響。

西方國家非常重視輪胎氣密性，美國通用汽車公司只接受經檢測每月輪胎充氣壓力下降率小于2.5%的乘用輪胎，美國交通部制訂了監視輪胎內壓系統的規定，自2003年11月1日起執行，歐洲對輪胎氣密性的要求更高。我國目前尚未建立完善的針對輪胎氣密性的檢測方法。

為提高輪胎產品的可靠性和安全性、實現我國子午線輪胎與國際產品性能接軌，我公司開展了轎車/輕型載重汽車無內胎子午線輪胎在靜態下氣密性試驗方法的研究。

GB/T 9747—2008《航空輪胎試驗方法》中有關無內胎輪胎氣密性測試存在的問題如下：（1）未考慮環境溫度和大氣壓力對充氣壓力下降率的影響，導致不同試驗環境中的各項試驗結果缺乏可比性；（2）測試時間僅有24 h，數據可能出現偶然性。ASTM F1112—2006《靜態測試無內胎充氣輪胎的充氣壓力損耗率的標準試驗方法》也未考慮溫度和大氣壓力對輪胎充氣壓力下降率的影響。

本工作參照國際輪胎氣密性試驗方法，引進“理想氣體的狀態方程”進行計算，得到標準條件下的輪胎充氣壓力，通過研究大氣壓力和溫度對輪胎氣密性試驗結果的影響，完善輪胎氣密性的評價方式。

1 實驗

1.1 主要原材料

選取無內胎轎車輪胎和輕型載重輪胎各6條，規格分別為195/65R15和7.00R16，并分別符合GB 9743—2015《轎車輪胎》和GB 9744—2015《載重汽車輪胎》的規定。

1.2 主要檢測儀器

氣密性檢測裝置包括氣壓傳感器（精度0.25級，測量范圍0～1 000 kPa）、大氣壓力傳感器（精度0.3%，量程0～120 kPa）、溫度計（精度為B級）、檢測數據采集柜、數據采集電子顯示界面和測試樣品擺放架。

1.3 試驗條件

輪胎規格與輪輞型號匹配見表1。

表1 輪胎規格與輪輞型號匹配

要求試驗過程中輪輞與輪胎接觸點表面干凈、無雜物，輪輞表面著色材料不影響輪胎與輪輞接觸面的密封性。

轎車輪胎和輕型載重輪胎試驗充氣壓力分別為250和600 kPa；單次試驗溫度波動范圍為±3 ℃；試驗周期為30 d。

1.4 試驗步驟

將試驗輪胎安裝在規定的輪輞上，充入規定的氣壓；將輪胎/輪輞組合體垂直固定于漏氣檢測裝置內，向漏氣檢測裝置內加入清水，直至浸沒整個輪胎/輪輞組合體；水平穩定后2 h內檢查輪胎/輪輞組合體漏氣情況；確認其不漏氣后取出，自由平放；拔出氣門芯；將雙氣門嘴輪胎充氣壓力傳感器或其他不影響輪胎充氣壓力的氣門嘴裝置插在氣門嘴上，充入規定的充氣壓力，并檢查輪胎充氣壓力傳感器位置，確保不漏氣；將輪胎/輪輞組合體在試驗溫度下停放72 h，重新調整至規定的充氣壓力，作為試驗起始充氣壓力；滿30 d時，測量試驗輪胎最終充氣壓力。

1.5 結果計算

傳統的輪胎充氣壓力下降率（k）僅考慮輪胎在不同時間段的充氣壓力變化值，其計算公式如下：

式中，P1為起始充氣壓力測量值，kPa；P2為最終充氣壓力測量值，kPa。

由于試驗過程受不同大氣壓力和溫度的影響，因此本次試驗引入標準氣壓值計算公式，將試驗輪胎在靜態下的氣壓值轉換為標準氣壓值，以消除大氣壓力和試驗溫度對輪胎氣密性測量結果的影響。即將輪胎充氣壓力測量值換算成標準溫度（21 ℃）、標準大氣壓（101.3 kPa）下的標準充氣壓力值（PB），計算公式如下：

式中，PC為儀器測量充氣壓力，kPa；P0為大氣壓力，kPa，21 ℃時為水銀氣壓英寸汞柱的3.374倍；θ為試驗溫度，℃。

則標準充氣壓力下降率（kB）的計算公式如下：

式中，PB1為起始標準充氣壓力，kPa；PB2為最終標準充氣壓力，kPa。

2 結果與討論

為確保試驗方法的科學性和可操作性，本次試驗對轎車輪胎和輕型載重輪胎進行不同條件測試，同時委托“汕頭HD公司”在相同的試驗條件下進行第三方試驗。

以195/65R15規格為例，6條輪胎試驗結果如下。

2.1 相同試驗溫度和大氣壓力

在相同試驗溫度和大氣壓力下，完成輪胎一個周期內的充氣壓力變化率測試，結果分別見表2和3。

表2 相同試驗溫度和大氣壓力下195/65R15輪胎的k

表3 相同試驗溫度和大氣壓力下195/65R15輪胎的kB

由表2和3可見，相同試驗溫度和大氣壓力條件下，輪胎A1和B1的k與kB變化趨勢是一致的，kB受大氣壓力的影響，當大氣壓力高于標準大氣壓力時，kB＜k。

2.2 不同試驗溫度

在相同環境大氣壓力和不同試驗溫度條件下，完成輪胎一個周期內的充氣壓力變化率測試，結果分別見表4和5。

由表4和5可見：輪胎A2的k＞kB，說明大氣壓力越高，kB越小；而輪胎B2的k與kB相同，說明kB同時受試驗溫度的影響，當試驗溫度高于標準溫度時，溫度越高，kB越大。

2.3 不同大氣壓力和試驗溫度

在不同環境大氣壓力和試驗溫度條件下，完成輪胎一個周期內的氣壓值變化，結果分別見表6和7。

表4 不同試驗溫度下195/65R15輪胎的k

表5 不同試驗溫度下195/65R15輪胎的kB

由表6和7可見，在不同試驗溫度和環境大氣壓力條件下，輪胎A3和B3的kB受環境大氣壓力和溫度影響，變化特征與前面的試驗結果相同。

表6 不同大氣壓力和試驗溫度下195/65R15輪胎的k

表7 不同大氣壓力和試驗溫度下195/65R15輪胎的kB

3 結論

為檢驗試驗方法有效性，同時完成了7.00R16輪胎的試驗測試，試驗數據具有相同的變化趨勢。通過對轎車輪胎和輕型載重輪胎在靜態下的氣密性試驗方法進行研究，對在不同條件下完成的測試數據應用“理想氣體的狀態方程”進行計算，得到標準條件下的輪胎充氣壓力及其下降率，使不同環境壓力和溫度條件下的試驗數據具有可比性，補充和完善了國內外標準試驗方法。