工程機械輪胎的選擇及使用效果分析

楊洪波，王其營，薛明信

(1.山東臨工工程機械有限公司,山東 臨沂 276004；2.山東地礦慧通特種輪胎有限公司,山東 萊蕪 271114)

工程機械的驅動有輪式、履帶式等不同的方式，以便于適應不同的使用環境。為了提高工程機械的機動性和適用范圍，輪式工程機械的種類現在逐步增多。作為工程機械驅動系統的重要部件，選用不同類型的輪胎，對車輛的牽引性能、制動性能及經濟性能都有較大的影響。正常情況下，輪胎的購買成本占工程機械制造成本的7%～15%，占機械成本和運營費用的14%～25%。因此，正確選擇與使用輪胎，對工程機械節約制造成本、降低運行費用、提高安全性能、防止輪胎非正常損壞和延長輪胎使用壽命等都十分重要。本文從工程機械輪胎的結構種類、花紋、配方、選擇及使用等四方面分析工程機械輪胎（以下簡稱“工程胎”）的選擇及使用效果，供參考。

1 工程胎的結構種類及選擇

工程胎一般由胎圈、簾布層、緩沖層及胎面等部件組成。胎圈使外胎牢固地裝在輪輞上，具有較好的剛度和強度，由鋼絲圈、簾布層包邊和胎圈包布等組成。簾布層是外胎的骨架，用以保持外胎的形狀和尺寸，目前主要采用尼龍線和鋼絲。緩沖層位于胎面與簾布層之間，能緩沖車輛在行駛過程中所受到的沖擊，并防止車輛在緊急制動時胎面與簾布層脫離。胎面是外胎最外面的一層，可分為胎冠、胎側和胎肩三部分。胎冠用耐磨橡膠制成，直接承受摩擦和全部載荷，能減輕簾布層所受沖擊，并保護簾布層和內胎免受機械損傷。為使輪胎與地面有良好的附著性能，防止縱、橫向滑移，在胎面上有著各種形狀的凹凸花紋。胎肩是較厚的胎冠與較薄的胎側間的過渡部分，一般也有花紋，以利散熱。胎側橡膠層較薄，用以保護簾布層側壁免受潮濕和機械損傷。目前，按照工程胎的骨架材料區分，工程胎主要分為斜交工程胎、全鋼工程胎和半鋼工程胎三類，其特點和使用效果具有明顯差別。

1.1 斜交工程胎

斜交工程胎的骨架材料有棉簾線、人造絲、尼龍簾線等，目前主要使用尼龍簾線。斜交工程胎的胎體由數層掛膠尼龍簾布組成，相鄰簾布層簾線的角度相同，相互交叉排列,故稱之為斜交輪胎。胎體簾布層分為內簾布層和外簾布層兩部分，內簾布層是胎體主要的骨架層，其特點是層數多，簾線密，使胎體強度增大。外簾布層位于內簾布層與緩沖層之間起過渡作用，其特點是層數少，通常只有兩層，簾線密度較內簾線稀疏，附膠量較多。緩沖層位于外簾布層與胎面膠之間，其結構由膠片或兩層以上掛膠簾線組成，布層的上、下或中間加貼緩沖膠層。

斜交工程胎的特點是胎側部位較厚，不容易變形，具有較強的耐刺扎能力，比較適合工作條件差的環境。斜交工程胎的側向穩定性能較強，在低速行駛時比較舒適。但是胎冠部位耐刺扎性較差，滾動阻力大，油耗高、易生熱，不適合高速行駛。

1.2 全鋼工程胎

全鋼工程胎即為全鋼絲子午線工程機械輪胎，其胎體骨架材料為鋼絲簾線，并按子午線方向排列（與胎冠中心線呈90°或接近90°排列），并有簾線排列幾乎接近圓周方向的帶束層束緊胎體，這是子午線輪胎與斜交輪胎的根本區別。

與斜交工程胎相比，全鋼工程胎結構更加科學合理，具有使用壽命長、滾動阻力小、耗油低、承載能力大、減震性能好等優點。由于全鋼胎胎面與胎體簾布層之間具有剛性較大的帶束層，輪胎在路面上滾動時，周向變形小，相對滑移小。又因輪胎胎體的徑向彈性大，使輪胎接地面積增大，壓強減小，故胎面耐磨性強，且耐刺扎，不易爆胎，行駛里程可比普通斜線輪胎多30%左右。由于全鋼胎簾布層數少，散熱快，行駛溫度較低；又因周向變形小，故全鋼胎滾動阻力比斜交胎小15%～20%，滑行距離多25%左右。因此，使用全鋼胎不但可提高工程機械的行駛速度，還可提高其燃油經濟性（一般可降低油耗5%～12%）。由于全鋼工程胎簾線排列與輪胎主要的變形方向一致，因而使簾線強度得到充分有效的利用，故比斜交工程胎承載能力提高10%以上。同時因全鋼工程胎胎體的徑向彈性大，可以緩沖不平路面的沖擊，降低車輛受沖擊損壞的可能性，有助于延長車輛的使用壽命。

但是與斜交工程胎相比,全鋼工程胎的胎側薄，變形大,容易受到損傷，因此全鋼工程胎比較適合工況條件較好的環境，而在工況較差的環境，其優勢則無法體現。

1.3 半鋼工程胎

半鋼、全鋼以及斜交輪胎的區別主要在于胎體及緩沖層的材料不同。

半鋼胎是指胎面部位用鋼絲簾布來作為緩沖層，胎體是用尼龍或聚酯材料；而全鋼胎除了胎面緩沖層，胎體也全部用鋼絲來承擔力。全鋼與半鋼輪胎胎體的簾線排列不同于斜交胎，簾線不是相互交叉排列而是與外胎斷面接近平行。胎體簾線之間沒有維系交點，當輪胎在行駛過程中，冠部周圍應力增大，會造成周向伸張，胎體成輻射狀裂口。因此半鋼與全鋼輪胎的緩沖層采用接近周向排列，與胎體簾線角度成90°相交，形成一條幾乎不能伸張的剛性環形帶，把整個輪胎固定，限制輪胎的周向變形。這個緩沖層承受整個輪胎60%～70%的內應力，成為半鋼與全鋼輪胎的主要受力部件，故稱之為子午線輪胎的帶束層。斜交胎的主要受力部件不在緩沖層上，其80%到90%的內應力均由胎體的簾布層承擔。

半鋼工程胎就是結合上述全鋼輪胎與斜交輪胎的結構特點，在斜交輪胎的胎體上增加鋼絲帶束層，這樣既具有斜交胎胎側厚、不易變形、比較耐刺扎等特點，同時又具有全鋼胎胎面耐磨性強、耐刺扎、不易爆胎的特點，這樣其適應范圍更廣。

在目前的條件下，全鋼工程胎和半鋼工程胎的采購成本要遠遠高于斜交工程胎，其配套輪輞的價格也比斜交胎輪輞要高，因此全鋼和半鋼工程胎在工程機械配套時會因為成本原因受到一定的限制。但是對最終用戶而言，特別是在工況較好的環境，全鋼和半鋼工程胎則具有明顯的性價比優勢，因此，其使用范圍越來越廣。

2 工程胎的花紋類型及選擇

為保證車輛性能要求，工程胎花紋應滿足工程機械特定的使用條件：要求胎面與路面具有良好的附著力，胎面抗滑性能和耐磨耗性能好，滾動阻力小；花紋中不夾帶泥沙和石子，有較好的自潔性能；耐切割，不崩花掉塊，不裂口等。在滿足特定的使用條件下，還應有較好的綜合性能和較長的使用壽命。目前常用的工程胎花紋有G-2、L-3（E-3）、E-4、L-5等形式，不同的花紋形式具有不同的使用特點，主機配套廠或最終用戶可以根據實際狀況選擇適宜的花紋形式，以便使輪胎得到合理使用，工程機械的性能得到充分發揮。

2.1 G-2花紋

G-2工程胎花紋具有較好的牽引性能和較好的自潔性，輪胎寬胎面設計提供了良好的浮力，可以使輪胎在泥濘的路面具有優異的驅動性能。G-2工程胎花紋見圖1所示。

圖1 G-2工程胎花紋

2.2 L-3（E-3）花紋

L-3/E-3工程胎花紋具有行駛面寬、與地面接觸面大等特點，具有較好的牽引性能和通過性能，同時具有良好的耐磨性能和抗刺扎性能。L-3/E-3工程胎花紋見圖2所示。

圖2 L-3/E-3工程胎花紋

2.3 E-4花紋

E-4工程胎花紋具有花紋深度深、花紋塊大等特點，具有良好的牽引性能、耐磨性能和耐刺扎性能。E-4工程胎花紋見圖3所示。

圖3 E-4工程胎花紋

2.4 L-5花紋

L-5工程胎花紋具有花紋深、承載負荷大等特點，輪胎的牽引性能和耐磨性能較好，散熱性能優異，使用壽命長。L-5工程胎花紋見圖4所示。

圖4 L-5工程胎花紋

3 工程胎的配方種類及選擇

根據輪胎各部位的作用，工程胎配方一般包括3類，即胎面配方、胎側配方及胎體配方。膠料配方的選擇依據主要是根據工程機械的負荷、自重、使用條件及操作習慣等確定和選擇，才能使工程胎得到最佳利用。

3.1 工程胎的使用特點

工程機械在工作過程中的行駛速度低于載重汽車，更低于轎車，一般在5～30 km/h之間。但是工程機械的負荷大、自身重，啟停頻繁；工作場地石塊及尖銳硬物多，環境比較惡劣；車輛運距短，轉彎、進退及滑移頻次高；經常滿載、超載，甚至瞬間嚴重過載；連續工作時間長，晝夜環境溫差大（特別是在礦山及山區作業場所）。在這種環境條件下，工程機械所配輪胎經常面臨剛性（挺性）不足、熱脫層、磨損快、老化快、刺傷、單胎爆、撞爆、刺爆等問題，輪胎需要適應較寬的溫度范圍。

3.2 工程胎膠料配方的選擇

綜合分析工程胎的使用特點及經常出現的問題，要求工程胎的整體剛性（挺性）大，胎面要耐切割、耐磨耗，彈性好、硬度高，抗崩花掉塊；胎側要求耐屈撓、耐刺扎，剛性要高；胎體則要求生熱低，膠料與胎體簾線的粘合強度要高（防止熱脫層），耐疲勞、耐老化。

根據工程胎的使用環境和要求，工程胎胎面上層膠一般采用天然橡膠（NR）/丁苯橡膠（SBR）=60/40或天然橡膠（NR）/丁苯橡膠（SBR)=50/50的生膠并用體系，炭黑使用結構度和補強性能較好的N234，這樣可獲得既韌且硬的胎面上層膠，可以耐切割、耐刺扎、耐磨損，抗裂口增長，抗崩花掉塊，生熱低、耐熱性好。

工程胎胎面下層膠配方一般采用天然橡膠（NR）/順丁橡膠(BR)=80/20的生膠體系，炭黑N330/N660/白炭黑并用，這種膠料配方具有生熱低、彈性好、強度高、黏度好等特點。

工程胎胎側膠主要承受曲撓變形作用，保護胎體不受損傷，這樣就需要胎側應該具有良好的耐曲撓、耐刺扎和耐老化性能。因此，工程胎胎側膠配方一般采用天然橡膠（NR）/順丁橡膠(BR)/丁苯橡膠（SBR）=40/30/30三膠并用的生膠體系，炭黑N330和N660并用。為增加工程胎胎側膠耐老化性能，可以適當增加防護蠟和防老劑的份數。

工程胎胎體膠要求生熱低、黏性好，胎體膠配方一般采用天然橡膠（NR）/順丁橡膠(BR)=85/15的生膠體系，炭黑N330/N660并用。

4 工程胎的選擇及使用效果分析

工程胎根據實際工況的適當選擇、符合標準的正確裝配、遵照規程的合理使用對工程機械車輛性能的發揮及工程胎的使用壽命影響較大。

4.1 工程胎的選擇

不同種類的輪胎（如普通輪胎、防滑輪胎、防滑釘輪胎等）的性能不一樣，不同規格輪胎的尺寸及裝配要求不一致，不同結構輪胎的承載能力有差別，不同花紋和不同槽深輪胎的適用環境有迥異。因此，對同一車輛、同一車軸，盡量選擇同一類型的工程胎。如果混用，會對工程胎的壽命產生不利影響，也會導致車輛的性能降低及損傷，使工程胎固有的優勢無法發揮。

要根據工程車輛的使用環境選擇合適的工程胎。在開采礦山、碎石場、原礦石等有尖銳物件的環境，輪胎會輕微發熱，刺扎機會多、磨損壽命短，這時要求工程胎的耐刺扎性和耐磨性要強，一般選擇深槽或超深槽花紋的工程胎，胎體和胎側結構一般選擇鋼絲緩沖層。在裝載運輸礦山、碎石場成品時，一般路況較好，輪胎發熱輕微，刺扎機會少、磨損壽命長，要求輪胎胎體耐久性和耐老化性要好，選擇花紋深度一般的工程胎即可。在裝載砂石及運輸時，工程胎的刺扎機會少、耐磨損、易發熱，要求胎體耐久性、耐老化性要好，可選擇深度一般的牽引花紋工程胎，同時要求胎面配方要耐熱。

對有內胎工程胎，不但要選擇適宜的外胎，也要正確選擇內胎和墊帶。內胎的作用是用于保持工程胎的氣壓，使工程胎在正常氣壓下工作；墊帶則起著保護內胎及外胎子口的作用，都不能忽視。在裝配時，盡量使用與工程胎同一品牌或專用配套的內胎和墊帶，確保內胎、墊帶與外胎的尺寸一致。在使用過程中，內胎和墊帶出現疲勞、老化時，盡量同時更換，以免新舊結合，對新件產生影響。

要選用與輪胎和輪圈配套的氣門嘴，并保持氣門嘴帽經常蓋著以免泥沙進入。選用氣門嘴的一般性標準是：新輪胎必須用新氣門嘴，橡膠氣門嘴用于鐵輪圈及S級和H級數的輪胎，金屬氣門嘴用于鋁合金輪圈及VR級和ZR級數的輪胎。

4.2 工程胎的使用

工程胎除了選擇適當、裝配正確外，遵照規程的合理使用對提高工程胎的壽命也具有重要影響。

工程車輛在行車前，必須在冷卻狀態下測量、檢查工程胎氣壓是否符合規定。因為車輛行駛以后，輪胎內的空氣會因為熱而發生膨脹，使氣壓上升10%～20%，這時測定的氣壓是不準確的。工程胎氣壓過高或過低都會使輪胎失去正常的變形，都會縮短輪胎的使用壽命，甚至會造成意外事故。要保證并裝兩個輪胎的氣壓及左右兩側輪胎的氣壓一致，否則會導致局部超載，使輪胎磨損不均勻甚至爆胎；同時還會造成行駛中向跑偏和制動跑偏現象，增加行車危險。要逐一檢查轉向輪擺動是否正常，輪胎是否有鼓包、裂縫、割傷、扎釘或玻璃等，及時清除鑲嵌在輪胎花紋內的堅硬雜物。不使用生銹、變形或焊接過的鋼圈，因為變形或焊接過的鋼圈會導致動平衡被破壞，形成輪胎的額外負擔，造成不正常的胎冠磨損和簾線的早期斷裂。

工程車輛嚴禁超載，以確保車輛安全和輪胎正常使用。裝載貨物時，應使車輛所有的輪胎承受均勻的重量，否則會導致輪胎磨損不均衡，承載較重的輪胎加速磨損，從而縮短輪胎的使用壽命。

在起步和制動時，離合器、制動器的操作要配合好，盡量做到起步平穩，停車緩慢，避免急轉彎、緊急制動、猛起步以及盲目高速行駛、高速超越障礙物等野蠻操作行為。如果反復進行急加速、緊急制動等不正常的行駛，會引起胎冠的不均衡磨損，從而縮短輪胎的使用壽命，同時會造成胎冠剝離、縱向溝紋撒裂、輪胎爆裂。轉向時速度過快不僅會造成胎冠剝離、縱向溝紋撕裂、輪胎爆裂，還會造成輪胎的急劇變形，使內部溫度上升、簾布疲勞，輪胎處于容易爆裂的危險狀態。尤其是子午胎在轉彎時要比斜交胎適當放慢速度，以防急劇增加變形而產生“拉鏈式”爆胎，造成車輛側翻，引起事故。

在路況較差的路面上，應減速行駛；通過尖銳石塊區域后，應及時清理花紋內、兩胎間夾持的石塊和其他雜物，檢查輪胎是否有機械損傷。切忌碾壓油污，上下坡路應小心駕駛。在冰雪路上行駛時，應使用防滑鏈并要保持左右一致，用完后及時拆除防滑鏈。工程車輛在裝載貨物或作業時，應保持各個輪胎的承載量基本相同，避免超載或偏載。裝載重心超前、過后或偏向一側，大部分負荷會集中到一條輪胎而嚴重超載。胎體簾線的受力將超過允許值，產生異常磨損或早起裂紋，嚴重時會引起爆胎。

在炎熱的環境中行駛或作業，輪胎溫度升高過快時，會加劇胎面中部磨損且有爆胎的可能。此時，禁止用冷水澆胎降溫，也不允許放氣降壓，而應放慢車速以控制胎溫繼續上升，必要時可停機于陰涼處自然降溫，待溫度正常后再繼續行駛或作業。因為熱胎內的空氣溫度較高且是均勻，如果這時直接向輪胎澆冷水或放氣降壓，會使胎內局部溫度降低或收縮，從而破壞輪胎的性能，縮短輪胎的使用壽命。

要及時檢查輪胎的損壞情況，分析損壞的原因，以便采取補救措施。胎面磨損至安全標志線時，應停止使用。了解輪胎的可修補區域，發現輪胎問題要及時修補；如果需修補面積超過輪胎的可修補區域，則應放棄修補，更換新輪胎。

為使工程車輛各輪胎磨損均衡，延長其使用壽命，必須適時地進行換位調整。同一車輛的輪胎，由于其位置不同，工作條件和磨損情況也不一樣，如前輪經常轉向，橫向磨損較大；后輪輪胎承受負荷大于前輪胎，磨損程度要大20%～30%；工程車輛經常靠道路的右側行駛，右后輪比左后輪負荷大，輪胎磨損也大。輪胎換位調整常用的方法有交叉換位法、同軸換位法、循環換位法和混合換位法，用的較多且效果較好的是交叉換位法和同軸換位法。當一臺車上用輪胎為同規格、同層級和同花紋的，且行駛里程又相同時，可按照交叉換位法或循環換位法進行換位。

避免品牌不同的輪胎、新輪胎和磨損的輪胎、新輪胎和翻新輪胎等組合裝配，輪胎規格尺寸、胎面花紋和廠牌標識應一致。雙輪裝配時，直徑應一致，不能為了使外徑一致而用汽壓調整。工程車輛在長時間停用時，應保持氣壓充足，輪胎稍離地面（支起來），防止胎面局部長時間承受負荷變形失去彈性。要避免陽光直射，嚴寒天氣防止輪胎與地面凍結在一起。

5 結束語

從上述分析可以看出，要想提高工程胎的使用壽命，降低輪胎在工程機械購買成本和運營費用的比例，必須根據工程機械的機型科學選擇工程胎的結構種類，根據工況正確選定工程胎的花紋和配方，同時還要按照規程和標準合理選擇和使用輪胎，才能最大限度地延長工程胎的使用壽命，提高工程機械和工程胎的使用效果，降低工程機械的運營費用。