汽車輪胎強(qiáng)度性能比對(duì)分析

魏曉辰+張新峰+張一塵

摘 要：隨著社會(huì)工業(yè)的進(jìn)步，汽車行業(yè)也在不斷的蓬勃發(fā)展，汽車輪胎是支撐整個(gè)汽車總成核心的載體，直接涉及到乘員的生命安全，也是更換最頻繁的易損件，進(jìn)而涌現(xiàn)出一大批的汽車輪胎企業(yè)，填充輪胎的后市場(chǎng)。本文針對(duì)市場(chǎng)中不同輪胎品牌，不同輪胎類別，以及不同輪胎型號(hào)，依據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)汽車輪胎的強(qiáng)度性能進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，總結(jié)出輪胎在不同條件下破壞能大小的規(guī)律，并制定CATARC輪胎強(qiáng)度等級(jí)劃分，對(duì)了解汽車輪胎質(zhì)量品質(zhì)有著指導(dǎo)性的意義。

關(guān)鍵詞：汽車輪胎 強(qiáng)度性能 強(qiáng)度指數(shù) 等級(jí)劃分

中圖分類號(hào)：U491.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2017）11（a）-0109-03

汽車工業(yè)的高速發(fā)展，帶動(dòng)了輪胎行業(yè)的快速發(fā)展，在“十二五”期間，輪胎行業(yè)隨著整個(gè)中國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展而迅速發(fā)展，2005年我國(guó)輪胎產(chǎn)量達(dá)到2.5億條，超過美國(guó)的2.28億條，此后，一直保持這一優(yōu)勢(shì)，連續(xù)12年世界第一位。輪胎作為汽車上極為重要的零件，也是最頻繁更換的易耗件，關(guān)乎車輛使用人員的安全，下面我們通過強(qiáng)度性能試驗(yàn)對(duì)不同的輪胎進(jìn)行比對(duì)，直觀地展現(xiàn)出其中的規(guī)律。

輪胎強(qiáng)度是輪胎重要的安全性能評(píng)價(jià)指標(biāo)之一，2001年輪胎成為工信部整車強(qiáng)檢上公告的試驗(yàn)項(xiàng)目，也就是說給整車企業(yè)做配套的輪胎企業(yè)需要拿到工信部認(rèn)可的強(qiáng)檢報(bào)告才可以上公告，這是國(guó)家針對(duì)輪胎安全又提高了重視度。通常人們對(duì)于輪胎概念認(rèn)識(shí)得比較淺，輪胎也可以說是汽車的4只鞋子，但是鞋子也有被釘子扎破的時(shí)候。市場(chǎng)上銷售的輪胎大小不一，品牌影響度也大有不同，但是輪胎的強(qiáng)度與這些影響因素有什么樣的關(guān)系，應(yīng)該也是消費(fèi)者比較關(guān)注的話題。首先輪胎種類有很多，分為汽車輪胎，摩托車輪胎，工程機(jī)械輪胎等，按照《機(jī)動(dòng)車輛輪胎強(qiáng)制性產(chǎn)品認(rèn)證實(shí)施規(guī)則》[1]將每一類輪胎中高寬比相同的輪胎規(guī)格，視為一個(gè)系列，此系列中滿足一個(gè)規(guī)格的輪胎通過國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，其他規(guī)格同樣視為通過，但國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)僅僅是一條標(biāo)準(zhǔn)線，想要知道每種輪胎本身的最終破壞能，需要做大量的試驗(yàn)才可以得出。

1 輪胎爆破形式

1.1 爆胎形式

經(jīng)過大量室內(nèi)試驗(yàn)證明，輪胎被破壞時(shí)大致分為3種形式。

（1）穿刺物被輪胎胎冠的橡膠所包裹，輪胎內(nèi)的氣體會(huì)逐漸排出。

（2）與穿刺物相接觸的胎冠部分會(huì)被瞬間刺破，整塊輪胎橡膠掉入輪胎與輪輞中間。

（3）與穿刺物相接觸的輪胎斷面會(huì)發(fā)生橫向斷裂，大量氣體瞬間迸出，沖擊力很大。

1.2 危險(xiǎn)性影響

以上3種輪胎爆破的形式是發(fā)生事故時(shí)輪胎胎冠表面相對(duì)沖擊物發(fā)生的物理變化，但最終對(duì)車輛行駛的危險(xiǎn)性影響是一樣的。

2 試驗(yàn)方法與限值

2.1 試驗(yàn)方法

針對(duì)強(qiáng)度的試驗(yàn)方法也有明確的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，如我國(guó)的GB/T4503，GB/T6327和GB/T13203，美國(guó)的FMVSS 109，119，139，標(biāo)準(zhǔn)化組織的ISO 10191和10454[2]。以中國(guó)的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)來講，計(jì)算公式就是輪胎受到標(biāo)準(zhǔn)的半圓頭柱塞對(duì)其做功，破壞能計(jì)算公式如下：

2.2 限值要求

2.2.1 轎車輪胎

乘用車輪胎可以說是市場(chǎng)占有率非常高的產(chǎn)品，國(guó)家強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)GB 9743中對(duì)轎車輪胎制定了強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)限值要求，以斷面寬度160mm為分界線分為標(biāo)準(zhǔn)型和增強(qiáng)型兩種，其輪胎破壞能分為220J、295J、439J、585J這4個(gè)標(biāo)準(zhǔn)值[3]。

2.2.2 載重輪胎

載重輪胎多數(shù)應(yīng)用在商用卡客車上，由于真空胎被廣泛使用，目前載重輪胎也由原來的帶內(nèi)胎輪胎過度到使用無內(nèi)胎輪胎，載重輪胎根據(jù)其輪胎規(guī)格中斷面寬度是用公制還是英制來表示，分為公制載重輪胎和英制載重輪胎兩種，國(guó)標(biāo)GB 9744中對(duì)公制載重輪胎和英制載重輪胎設(shè)定了兩種限值[4]。

3 強(qiáng)度比對(duì)分析

（1）選取14～18寸不同規(guī)格不同品牌乘用車標(biāo)準(zhǔn)型輪胎，14～18寸5個(gè)尺寸，每種6條輪胎，對(duì)其輪胎的破壞能進(jìn)行對(duì)比，從整理出的數(shù)據(jù)和圖表（由于篇幅限制暫不贅述）可以看出輪胎的破壞能不會(huì)隨著直徑尺寸的增加而變大。

（2）選取20條不同規(guī)格不同品牌的破壞能標(biāo)準(zhǔn)值為295的標(biāo)準(zhǔn)型轎車輪胎，從整理出的數(shù)據(jù)和圖表（由于篇幅限制暫不贅述）可以看出絕大多數(shù)的輪胎被刺破時(shí)的破壞能為標(biāo)準(zhǔn)值的200%～400%之間。

（3）選取10條不同規(guī)格不同品牌的破壞能標(biāo)準(zhǔn)值為585的增強(qiáng)型轎車輪胎，從整理出的數(shù)據(jù)和圖表（由于篇幅限制暫不贅述）可以看出絕大多數(shù)的輪胎被刺破時(shí)的破壞能為標(biāo)準(zhǔn)值的100%～150%之間。

（4）選取15種不同規(guī)格不同品牌輕型載重輪胎進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)值與破壞能值進(jìn)行比對(duì)，從整理出的數(shù)據(jù)和圖表（由于篇幅限制暫不贅述）可以看出絕大多數(shù)的輪胎被刺破時(shí)的破壞能為標(biāo)準(zhǔn)值的100%～300%之間，有個(gè)別輪胎可以甚至達(dá)到500%。

（5）選取15條不同規(guī)格不同品牌破壞能標(biāo)準(zhǔn)值為2090J的載重輪胎，從整理出的數(shù)據(jù)和圖表（由于篇幅限制暫不贅述）可以看出絕大多數(shù)的輪胎被刺破時(shí)的破壞能為標(biāo)準(zhǔn)值的150%～300%之間，有個(gè)別輪胎可以甚至達(dá)到400%。

（6）選取前面（1）所述前15條輪胎數(shù)據(jù)、（2）和（4）所述的全部輪胎數(shù)據(jù)，進(jìn)行轎車輪胎，輕型載重汽車輪胎，載重汽車輪胎的破壞能進(jìn)行對(duì)比，得出的圖形圖1，可以看出轎車輪胎和輕載輪胎大致在同一區(qū)間，有個(gè)別輕載輪胎破壞能相對(duì)比較高，載重輪胎相對(duì)轎車輪胎的破壞能在3500～8400J區(qū)間。

綜上所述得出以下結(jié)論。

輪胎的強(qiáng)度破壞能不會(huì)隨著輪胎尺寸大小成比例增長(zhǎng)。

根據(jù)20條標(biāo)準(zhǔn)型轎車輪胎樣品試驗(yàn)，90%的輪胎刺破時(shí)的破壞能為標(biāo)準(zhǔn)值的200%～400%之間。endprint

根據(jù)10條增強(qiáng)型轎車輪胎樣品試驗(yàn)，90%的輪胎刺破時(shí)的破壞能為標(biāo)準(zhǔn)值的100%～150%之間。

根據(jù)15條輕型載重汽車輪胎樣品試驗(yàn)，87%的輪胎刺破時(shí)的破壞能為標(biāo)準(zhǔn)值的100%～300%之間，有個(gè)別輪胎可以甚至達(dá)到500%。

根據(jù)15條載重汽車輪胎樣品試驗(yàn)，87%的輪胎刺破時(shí)的破壞能為標(biāo)準(zhǔn)值的150%～300%之間，有個(gè)別輪胎可以甚至達(dá)到400%。

4 CATARC輪胎強(qiáng)度等級(jí)劃分

4.1 分級(jí)原則

數(shù)據(jù)分級(jí)應(yīng)客觀反映數(shù)據(jù)的分布特征，以數(shù)據(jù)的集群性作為分級(jí)的重要依據(jù)，分級(jí)界限應(yīng)該在數(shù)據(jù)變化顯著特征上使各級(jí)內(nèi)部差異盡可能小，等級(jí)之間的差異盡可能大。分級(jí)的結(jié)果一般要求中間級(jí)別包括的單元多，兩端級(jí)別包含單元較少。也有要求分級(jí)單元數(shù)近似相等的，對(duì)于輪胎強(qiáng)度性能分級(jí)，考慮到其破壞能都是必須先滿足法規(guī)限值，推薦使用中間級(jí)別包括的單元多，兩端級(jí)別包含單元較少。

4.2 強(qiáng)度等級(jí)劃分

把輪胎刺破點(diǎn)時(shí)的能量值相對(duì)于其標(biāo)準(zhǔn)值的比值定為強(qiáng)度指數(shù)，按照第三節(jié)數(shù)據(jù)根據(jù)強(qiáng)度指數(shù)把轎車輪胎、輕型載重輪胎、載重輪胎強(qiáng)度性能進(jìn)行等級(jí)劃分。

（1）將前面3（2）所述的樣品基數(shù)4等分，根據(jù)強(qiáng)度系數(shù)值，定出標(biāo)準(zhǔn)值為295J的轎車輪胎的限值劃分。

（2）將前面3（5）所述的樣品基數(shù)4等分，根據(jù)強(qiáng)度系數(shù)值，定出輕型載重輪胎的限值劃分。

（3）將前面3（6）所述的的樣品基數(shù)4等分，根據(jù)強(qiáng)度系數(shù)值，定出載重輪胎的限值劃分。

5 結(jié)語

本文對(duì)市場(chǎng)中不同輪胎品牌、不同輪胎類別以及不同輪胎型號(hào)，依據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)汽車輪胎的強(qiáng)度性能終極壽命進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，總結(jié)出輪胎在不同條件下破壞能大小的規(guī)律，而且大部分輪胎最終的破壞能值比標(biāo)準(zhǔn)值高很多，說明輪胎企業(yè)對(duì)于強(qiáng)度性能方面也是高度重視。同時(shí)應(yīng)用現(xiàn)有數(shù)據(jù)初步建立CATARC輪胎強(qiáng)度破壞能等級(jí)劃分限值，由于輪胎種類繁多，國(guó)內(nèi)外尚未對(duì)輪胎強(qiáng)度做出等級(jí)評(píng)價(jià)的規(guī)定，想要完善它，得需要大數(shù)據(jù)的支持，此文只針對(duì)標(biāo)準(zhǔn)型轎車輪胎、輕型載重型輪胎、載重型輪胎3種類型的輪胎進(jìn)行了等級(jí)劃分，因?yàn)檩喬シN類比較多，需要后續(xù)的研究繼續(xù)增補(bǔ)大量試驗(yàn)樣本并劃分出合適的等級(jí)，這也是筆者下一步的工作，對(duì)了解汽車輪胎質(zhì)量品質(zhì)有著指導(dǎo)性的意義。

參考文獻(xiàn)

[1] CNCA-C12-01：2015，強(qiáng)制性產(chǎn)品認(rèn)證實(shí)施規(guī)則——機(jī)動(dòng)車輛輪胎[Z].

[2] 陳迅，劉曉民，盛夢(mèng)龍，等.輪胎強(qiáng)度破壞能計(jì)算公式的討論[J].輪胎工業(yè)，2009，29（7）：439-441.

[3] GB 9743-2015，轎車輪胎[S].

[4] GB 9744-2015，載重汽車輪胎[S].endprint