全鋼載重子午線輪胎成型工藝對輪胎徑向力波動的影響

趙成忠，李培軍，崔 莉，周 萍

（1.青島科技大學 高分子材料與工程學院，山東 青島 266061；2.貴州輪胎股份有限公司，貴州 貴陽 550008）

輪胎均勻性直接影響車輛的操縱穩定性和行駛安全性。輪胎徑向力波動（RFV）是輪胎不均勻的重要指標，當RFV值偏大時會導致汽車在行駛過程中出現振動和噪聲增大，影響汽車行駛的舒適性和平穩性，嚴重時會導致汽車零部件受損[1-2]。

影響輪胎RFV的因素較復雜，RFV值除了受成型工藝和硫化過程的影響外，還受輪胎骨架材料的影響。為提高輪胎均勻性，減小輪胎RFV值，提高產品在市場上的競爭力，各輪胎企業做了大量工作。浦哲等[3]研究發現，降低硫化定型過程中合模瞬間膠囊內部壓力，可降低全鋼載重子午線輪胎RFV。趙延林等[4]研究結果表明，在滿足使用要求的前提下選用柔韌性較好的骨架材料及在成型過程中設定適當的設備工藝參數，可以有效減少輪胎剛性不均勻現象。本工作從胎面接頭位置、成型半部件接頭定位角度、胎面寬度、胎面傳遞環瓦塊尺寸以及胎面傳遞環瓦塊夾持壓力等方面探討成型工藝對載重子午線輪胎RFV的影響，以期為實際生產的優化和相關研究提供基礎。

1 實驗

（1）試驗對象為11R22.5 16PR無內胎載重子午線輪胎。

（2）主要試驗設備為天津賽象科技股份有限公司生產的三鼓成型機以及日本神戶制鋼公司生產的TB-UXR-P2型全鋼載重子午線輪胎均勻性試驗機。

（3）采用全鋼載重子午線輪胎均勻性試驗機進行均勻性試驗，測試輪胎RFV和徑向力波動一次諧波（RFV1H）。試驗條件為：轉鼓轉速 60 r·min-1，負荷 26 kN，充氣壓力 0.6 MPa。

2 結果與討論

2.1 胎面接頭在胎面傳遞環上的位置

保持輪胎主要半成品部件接頭角度分布的相對位置不變，胎面接頭在胎面傳遞環上每次轉動90°得到生產輪胎的4種方案，如圖1所示。按照每個方案生產5條輪胎進行均勻性試驗，得到的輪胎RFV和RFV1H如表1所示。

從表1可以看出，4種方案輪胎的RFV和RFV1H平均值從大到小順序是：方案2＞方案1＞方案3＞方案4，RFV標準偏差從大到小順序是：方案1≈方案2＞方案4＞方案3，RFV1H標準偏差從大到小順序是：方案1＞方案2＞方案4＞方案3。輪胎的RFV和RFV1H平均值以及標準偏差越小，輪胎舒適性和平穩性越好。綜合考慮，方案4輪胎RFV和RFV1H平均值最小，其標準偏差也較小，輪胎均勻性最好；方案2輪胎RFV和RFV1H平均值最大，標準偏差也較大，輪胎均勻性最差。

圖1 胎面接頭在胎面傳遞環上的位置示意

分析認為，在輪胎充氣定型過程中胎面受到2個方向的作用力，一是胎體簾布在內壓的作用下膨脹，在輪胎徑向上產生向外的張力；二是胎面接頭質量分布不均勻產生向下的重力。當胎面接頭位于傳遞環上方時（方案4），向下的重力和向上的張力中和抵消一部分，合力減小，使得按照該方案設計的輪胎RFV和RFV1H平均值最小，輪胎均勻性最好；當胎面接頭位于傳遞環下方時（方案2），胎體簾布在內壓的作用下膨脹會在輪胎徑向上產生向下的張力，與向下的重力方向一致，導致合力增大，使得按照該方案設計的輪胎RFV和RFV1H平均值最大，輪胎均勻性最差。因此，選擇胎面接頭位于傳遞環上方進行生產，輪胎RFV最小。

表1 胎面接頭位置對輪胎RFV和RFV1H的影響

2.2 胎體接頭定位角度

固定胎面接頭位于胎面傳遞環上方，調整胎體復合件的接頭角度，每次轉動90°得到4種方案，如圖2所示。按每個方案生產5條輪胎，進行均勻性測試，得到的輪胎RFV和RFV1H如表2所示。

從表2可以看出，4種方案輪胎的RFV和RFV1H平均值從大到小順序是：方案D＞方案C＞方案B＞方案A，RFV標準偏差順序是：方案B＞方案D＞方案C＞方案A，RFV1H標準偏差順序是：方案B＞方案C≈方案D＞方案A。綜合考慮，方案A輪胎RFV、RFV1H平均值和標準偏差均最小，輪胎均勻性最好；方案D輪胎RFV和RFV1H平均值最大，標準偏差也較大，輪胎均勻性最差。

分析認為，操作上的不均勻導致半部件接頭部位產生應力集中，當各半部件接頭重疊時這種應力會累加變大，但當接頭分散時應力會分散減小甚至相互抵消。方案A輪胎接頭角度分布比較均勻，應力沒有形成累加，輪胎在轉動過程中應力可能會相互抵消一部分，使得利用該方案設計的輪胎RFV和RFV1H平均值最小，輪胎均勻性最好；方案D中胎面接頭和胎側-內襯層復合件接頭剛好重疊，應力累加導致輪胎RFV變差，輪胎RFV和RFV1H平均值最大，輪胎均勻性最差。因此，利用方案A將輪胎中各種半部件接頭角度在周向上均勻分布，輪胎在轉動過程中才會更平穩。

圖2 胎體接頭定位角度在胎面傳遞環上的位置示意

2.3 胎面長度

胎面長度變化也有可能對輪胎均勻性造成影響。分別取10條正常長度胎面生產10條輪胎；將胎面長度減小10 mm后生產另外10條輪胎，測定兩組輪胎RFV及其平均值，結果如圖3所示。

從圖3可見，與正常胎面輪胎RFV平均值相比，胎面長度減小10 mm的輪胎RFV平均值明顯減小。這是由于胎面長度較大時，胎面接頭偏大，接頭部位材料堆積，導致輪胎RFV偏大；胎面長度減小，接頭時胎面被適當拉伸，導致接頭部位材料堆積相應減少，有利于改善輪胎RFV。

表2 胎體接頭位置對輪胎RFV和RFV1H的影響

圖3 胎面長度對輪胎RFV及其平均值的影響

2.4 胎面傳遞環瓦塊尺寸

圖4示出了胎面傳遞環瓦塊尺寸對輪胎RFV的影響。從圖4可見，利用直徑范圍為950～1 000 mm的瓦塊A連續生產5 d，輪胎RFV平均值在742 N左右，利用直徑范圍為1 000～1 050 mm的瓦塊B連續生產12 d，輪胎RFV平均值在467 N左右，可見采用瓦塊B生產的輪胎RFV值遠低于采用瓦塊A生產的輪胎，這是由于該規格輪胎胎坯直徑為1 017 mm，剛好滿足瓦塊B的弧度，在夾取胎面復合件時，胎面復合件周向受力均勻。當使用直徑為950～1 000 mm的瓦塊A夾取胎面復合件時，由于胎坯弧度和胎面傳遞環瓦塊弧度差異大，瓦塊將胎面復合件夾變形，導致胎面復合件失圓，在定型充氣過程中，胎體復合件和胎面復合件接觸周向上不同步，導致輪胎徑向材料分布不均勻，RFV變大（如圖5所示）；而且胎面傳遞環瓦塊幅度與胎坯直徑差異越大，輪胎RFV越大。

圖4 胎面傳遞環瓦塊尺寸對輪胎RFV的影響

圖5 夾持示意

2.5 胎面傳遞環瓦塊夾持壓力

將胎面傳遞環瓦塊夾持壓力分別調整至0.2和0.4 MPa，各生產10條輪胎對比均勻性，結果如圖6所示。由圖6可見，在確保能夾緊胎面復合件的情況下，胎面傳遞環瓦塊夾持壓力越低，輪胎RFV越小；夾持壓力增大，胎面復合件受到的力增大，胎面復合件容易變形，導致輪胎RFV增大。

圖6 胎面傳遞環瓦塊夾持壓力對輪胎徑向力波動的影響

3 結語

（1）胎面接頭位于傳遞環上方時，胎體簾布在內壓的作用下膨脹，使輪胎徑向產生向外的張力，與胎面接頭質量分布不均導致自身向下的重力相互中和，合力降低，輪胎RFV減小。

（2）輪胎半成品部件接頭重疊時，接頭部位產生的應力會累加變大，輪胎RFV增大；半成品部件接頭分散時，應力會分散甚至相互抵消而減小，輪胎RFV減小。

（3）胎面正常長度減小10 mm，接頭時適當拉伸胎面，減少接頭部位材料的堆積，輪胎RFV減小。

（4）胎面傳遞環瓦塊幅度與胎坯直徑差異越大，輪胎RFV越大。

（5）在確保能夾緊胎面復合件的情況下，胎面傳遞環瓦塊夾持壓力越低，輪胎RFV越小。