高空作業平臺輪胎的應用及檢測

路 攀

(上海宏信設備工程有限公司，上海 201806)

0 引 言

輪胎是在各種車輛或機械上裝配的接地滾動的圓環形彈性橡膠制品，通常安裝在金屬輪廓上，能支承車身，緩沖外界沖擊，實現與路面的接觸并保證車輛的行駛性能，輪胎常在復雜和苛刻的條件下使用，它在行駛時承受著各種變形、負荷、力以及高低溫作用，因此必須具有較高的承載性能、牽引性能、緩沖性能，同時，還要求具備高耐磨性和耐屈撓性，以及低的滾動阻力與生熱性。

輪胎是各種車輛必不可少的載重部件之一。根據輪胎工作原理的不同，有充氣輪胎和實芯輪胎之分，后者主要用于工廠、倉庫、碼頭等領域使用的叉車、電瓶車和起重車輛。對于各種充氣輪胎，雖然在承載允許范圍之內具有非常好的舒適性、緩沖性和較高的行駛速度等，但在礦山、碼頭等特殊條件下，輪胎往往容易被刺穿而導致漏氣，造成誤工及財產損失，因此在一些采礦、土木建筑等場所利用橡膠實芯輪胎來代替充氣輪胎[1]。實心輪胎啟動阻力小，負荷量大，結構簡單，維修方便，所以也廣泛用于低速高負載的行走式機械。

筆者重點是通過對高空作業平臺輪胎檢驗方法的研究，提出了基于材料物理性能、輪胎耐久性試驗、行車試驗綜合質量判別的方法，解決了高空作業平臺輪胎無專門質量檢驗的問題，通過綜合檢驗判定，為輪胎選用和質量對比提供了有效的參考價值。

1 高空作業平臺輪胎介紹

由于使用工況的復雜，加上移動高空作業平臺(Mobile elevating work Platforms,MEWP)行駛速度通常較低，一般情況行駛速度為5～15 km/h，實心輪胎內部溫升相對較低，行駛時所造熱積累也較少。目前MEWP一般采用實心輪胎。

MEWP輪胎的種類主要有三種類型：①粘合式實心輪胎；②充氣輪胎輪輞式實心輪胎；③充氣式填充實心輪胎(聚氨酯填充)。這三種結構的實心輪胎在使用性能上各有優劣，根據它們各自的特點分別被用于不同的工作環境下。

1.1 粘結式實心輪胎

粘合式實心輪胎一般應用于剪叉式MEWP，采用高品質橡膠胎面配方，最新技術和粘合劑，確保膠料和球磨鑄鐵輪芯牢固粘合，提供免壓裝輪胎輪輞解決方案。圖1為用在剪叉式高空作業平臺的粘合式實心輪胎，15×5壓配式實心胎；輪胎外徑381mm，寬度127mm；輪芯采用球磨鑄鐵鑄造而成。球磨鑄鐵的制造成本比灰鑄鐵高，但卻有比灰鑄鐵高的強度和韌性。它的沖擊韌性雖不及鑄鋼，但高于灰鑄鐵，可以滿足一般動載荷下工作零件的要求，同時也具有較好的耐磨，耐熱與耐蝕性。

粘合式實心輪胎結構目前多見于小規格的剪叉式高空作業平臺使用，大尺寸規格的實心輪胎幾乎不使用粘合式實心輪胎結構。

圖1 壓配式實心輪胎

1.2 充氣式橡膠實心輪胎

充氣式輪輞橡膠實心輪胎及結構示意圖如圖2、3所示，圖3中28×9-15/7.00的含義表示為：輪胎直徑28英寸，斷面寬度9英寸，輪輞直徑15英寸，輪輞寬度7英寸。

圖2 充氣式輪輞橡膠實心輪胎

圖3 充氣式輪輞橡膠實心輪胎結構示意圖

充氣式橡膠實心輪胎一般采用三段式結構設計，三種膠料分別保證了輪胎的整體性能。高剛性、高強度的基部膠及鋼筋支撐，既保證了輪胎的挺性，又確保輪胎與輪輞的緊固性，根本上消除了實心輪胎的滑圈問題；高彈性的中間膠，有效地吸納了車輛運行時產生的震動，具有舒適的駕乘性，同時避免了對車輛的損壞；加厚的胎面膠層，保證了輪胎的耐撕耐磨性能，提高了實心輪胎的使用壽命。充氣式橡膠實心輪胎幾乎全部是由橡膠構成。當這類輪胎產品發生深度刺扎類的機械損傷時可以在很大程度上免疫爆胎引起的事故危害。輪胎膠料以極低生熱特性和極強的抗刺扎與耐切割性能，使得該輪胎即使在最為嚴酷的工作環境也能保持卓越的性能。

1.3 聚氨酯填充實心輪胎

如圖4所示填充實心輪胎的外表是以充氣輪胎作為外殼，起到骨架作用，并向其內腔填充聚氨酯或其他泡沫等材料制作而成的。具有充氣胎的彈性和實心胎的免維護和安全穩定優點。

圖4 聚氨酯填充輪胎

20世紀末，國外逐步使用聚氨酯填充材料填充空心橡膠輪胎的辦法，生產實心輪胎。研究和生產這種材料的國外公司主要有Polycoat ProdProducts公司、Arnco 公司、Falline 公司及Firestone公司等。用聚氨酯填充材料生產的實心輪胎具有物理性能好、軟硬度易調節、形變恢復快、滯后生熱少及穩定性高等優點，且適用期長、生產周期短、生產效率高、生產環境好、制品缺陷少、使用壽命長，降低了生產成本[2]。

聚氨酯彈性體是一種嵌段聚合物，一般由低聚物多元醇柔性長鏈構成軟緞，以二異氰酸酯及擴鏈劑構成硬段，硬段和軟段交替排列，形成重復結構單元。除含有氨酯基團外，聚氨酯分子內及分子間可形成氫鍵，軟段和硬段可形成微相區并產生微觀相分離。這種分子結構，使聚氨酯彈性體成為一種性能介于一般橡膠與塑料之間的高分子合成材料，既有橡膠的高彈性，又有塑料的高硬度和高強度，耐磨性卓越(為一般橡膠的3～10倍)，有“耐磨橡膠之王”的美譽，還具有良好的機械強度、耐油性、耐化學藥品、耐屈撓性和優異的耐低溫性能[3]。

充氣輪胎內腔填充聚氨酯彈性體材料，采用半預聚物法合成，分為A，B兩組分，A 組分為異氰酸酯，B組分為擴鏈劑。將A，B兩組分按一定比例均勻混合，采用一定設備注入充氣輪胎內胎中，固化即可。

2 高空作業車輪胎相關標準

MEWP輪胎并無對應的標準，一般沿用工程機械輪胎及相關標準。涉及的輪胎標準清單如表1所列。

3 輪胎生產工藝

模壓法是目前國內外比較常用的實芯輪胎生產方法。將“熱成型法”得到的胎體膠料在壓延或擠出時，卷取粘合在輪輞上，或者將擠出機直接擠出的胎體根據所需長度截取后，放入模具中，在硫化設備中硫化，具體工藝過程見圖5。

表1 輪胎標準一覽表

注：①SAC/TC19：全國輪胎輪輞標準化技術委員會；②SAC/TC35/SC2:全國橡膠與橡膠制品標準化技術委員會橡膠物理和化學試驗方法分會。

圖5 模壓法實芯輪胎工藝流程圖

纏繞法則利用冷喂料擠出機將不同要求的膠料壓出，然后通過稱量裝置、冷卻裝置確定每部分膠料的需要量，再由PLC控制的纏繞機將不同膠條纏繞在輪胎成型機頭上，并用輥壓裝置對貼合膠帶加壓，得到具有一定形狀和重量的實芯輪胎胎坯；最后放入硫化機模具中硫化，即成實心胎。生產線結構見圖6。與模壓法相比，纏繞法在成型過程中壓力較大，故成型輪胎比較致密，殘存空氣少，外觀質量較高。其工藝相對較簡單，占地少，生產成本低，周期短[4]。

圖6 纏繞法成型實芯輪胎生產線基本結構1.銷釘機筒冷喂料擠出機 2.前接取裝置 3.自動稱量輸送裝置 4.后接取裝置 5.四鼓冷卻裝置 6.變位供膠條架 7.纏貼機 8.實芯輪胎纏繞成型機

4 膠料材料物理性能

輪胎的物理性能測試方法，取樣方法應按GB/T 16623附錄B和GB/T 10824-2008 附錄C進行。輪胎的膠料物理性能表應符合表2的規定。實芯輪胎膠料物理性能表如表3所列。

表2 膠料材料物理性能測試標準

表3 實芯輪胎膠料物理性能表

5 輪胎耐久性試驗

5.1 壓配式實心輪胎

①輪胎規格、尺寸、速度及負荷應符合GB/T 16622-2009的規定；②輪胎外觀質量應符合HG/T 2177；③輪胎耐久性試驗按GB/T 16623-2008附錄C的規定進行，試驗后應無分離或起鼓的現象。

5.2 充氣輪轂實心輪胎

①輪胎規格、尺寸、速度與負荷應符合GB/T 10823的規定；②輪胎外觀質量應符合HG/T 2177的規定；③輪胎耐久性試驗按GB/T 10824-2008附錄D的規定進行。

6 輪胎行車試驗

試驗目的：模擬輪胎在惡劣條件下的運行情況，對比驗證輪胎在各類工況下運行的穩定性。

6.1 碎石子路磨耗測試

6.1.1 試驗條件

①試驗輪胎的外觀質量符合HG/T 2177-1998、GB 9744的規定；②試驗輪胎輪輞組合體在試驗條件下，停放3 h以上；③碎石子路或鵝卵石路面。

6.1.2 實驗步驟

①操作高空作業車于空載情況下在石子路進行2 h往返行走試驗；②操作高空作業車于負載情況下在石子路進行2 h往返行走試驗；③每2 h觀察記錄輪胎是否出現裂口、脫膠等情況。

6.2 鋼板及路緣摩擦測試

6.2.1 試驗條件

①試驗輪胎的外觀質量符合HG/T 2177-1998、GB 9744的規定；②試驗輪胎輪輞組合體在試驗條件下，至少停放3 h以上；③鋼板高4 cm、長4 m，以滿足輪胎在路緣以最大轉向角行走為由；④混凝土路緣高12 cm、長4 m，以滿足輪胎在路緣以最大轉向角行走為由。

6.2.2 試驗步驟

①操作高空作業平臺使試驗輪胎以最大轉向角行駛、但不能爬上鋼板行駛8次；②操作高空作業平臺使試驗輪胎以最大轉向角沿路緣行駛8次；③將輪胎在車輛上使用到標準工作溫度，進行外觀檢查。

6.3 試驗結果討論

檢驗輪胎在碎石子路面和鋼板及路緣磨耗下，是否出現裂口，脫膠、塊狀脫落、表面損傷等不良，已驗證輪胎在惡劣條件下的穩定性。

7 結 語

通過對輪胎材料物理性能檢測，耐久性試驗和行車試驗等測試。對高空作業平臺輪胎的選用和質量進行綜合判定。這種綜合檢驗既檢測了輪胎的基礎材料物理性能，又通過碎石子路、鋼板和路緣磨耗模擬了輪胎惡劣工況下的磨耗。為輪胎的質量檢驗提供了綜合判定方式。更為高空作業平臺的穩定性運行提供了驗證的意義。