某工程車高溫爆胎問題研究與改進(jìn)

摘" 要：本文通過對某工程渣土車高溫爆胎問題進(jìn)行分析研究，剖析工程車高溫爆胎問題發(fā)生原因及改進(jìn)對策，以確定工程車高溫爆胎問題的常規(guī)分析和對策方向，為解決工程車高溫爆胎問題提供參考。

關(guān)鍵詞：工程車；高溫爆胎；研究與改進(jìn)

中圖分類號：U463" " " "文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " " 文章編號：1005-2550（2023）05-0039-06

Research and Improvement for High Temperature Tire Explosion of an Engineering Vehicle

CHEN Hai-ping， ZHAO Jing， HUANG Ze-ming， HUANG Shao-hua， YU Jia-qi

（ Dongfeng Commercial Vehicle Technology Center， Wuhan 430056， China）

Abstract： This article analyzes and studies the problem of high temperature tire explosion in a certain engineering waste truck， analyzes the causes of the problem and proposes improvement measures， in order to determine the conventional analysis and countermeasures for the problem of high temperature tire explosion in engineering vehicles， and provide reference for solving the problem of high temperature tire explosion in engineering vehicles.

Key Words： Engineering Vehicle; High Temperature Tire Explosion; Research and Improvement

1" " 前言

汽車輪胎作為車輛與路面接觸的唯一部件，不僅承擔(dān)著整車的全部重量，還要提供車輛行駛過程中與路面的摩擦力，以驅(qū)動車輛行駛，其重要性不言而喻。輪胎一旦損壞，特別是發(fā)生爆胎故障，極易產(chǎn)生次生危害，甚至引發(fā)火災(zāi)等，將直接影響車輛人員及運(yùn)輸物資生命財產(chǎn)安全。相比于乘用車，商用車尤其是工程車基于行駛工況更為復(fù)雜，整車重量更大，制動更加頻繁等特點(diǎn)，發(fā)生爆胎機(jī)率更高。

2" " 問題來源及現(xiàn)場調(diào)查情況

某東部區(qū)域大客戶反饋，其新購買的某工程渣土車在夏季高溫情況下出現(xiàn)了大量輪胎爆胎的現(xiàn)象。由于這些渣土車主要在夜間進(jìn)行作業(yè)，一旦發(fā)生爆胎故障，維修非常不方便，嚴(yán)重影響了該公司車隊(duì)車輛的出勤率。因此，他們希望整車廠能夠?qū)收显蜻M(jìn)行調(diào)查，并進(jìn)行產(chǎn)品質(zhì)量改進(jìn)。調(diào)研團(tuán)隊(duì)立即展開了現(xiàn)場調(diào)查，并通過現(xiàn)場調(diào)查了解到故障車輛運(yùn)行工況的特點(diǎn)如下：

1）車輛GVW總重為65～70噸之間；

2）工地路況無陡坡（見下圖1），公路路況較好（見下圖2），單程運(yùn)距在10km～80km不等，平均車50～60km/h，最高車速80～100km/h；

3）運(yùn)行路段上紅綠燈較多，制動頻次較高，平均為2.63～5.27次/km；

4）車輛無過涉水池清洗情況。

另外，從客戶處了解到，爆胎現(xiàn)象主要發(fā)生在夜間，特別是在車輛高速行駛后急速制動時容易發(fā)生。夜間車輛的最高時速在12點(diǎn)前為80～90km/h，在12點(diǎn)后為90～100km/h。對故障輪胎進(jìn)行外觀檢查，發(fā)現(xiàn)大多數(shù)爆胎屬于抽絲爆胎，伴有高溫碳化痕跡（見下圖3）。這是由于輪胎在高溫高壓下爆裂造成，少量爆胎是由于輪胎氣壓不足或胎內(nèi)鋼絲損壞引起的。爆胎部位主要集中在中后橋的內(nèi)側(cè)輪胎，并且爆胎部位都靠近車架側(cè)（見下圖4）。據(jù)客戶統(tǒng)計，本車型平均每月?lián)p壞25條輪胎，而競品車型每月只損壞2～3條，故障率遠(yuǎn)高于競品。高溫爆胎問題在夏季使用中嚴(yán)重影響了工程車的可靠性和安全性。針對這個問題，整車廠需要進(jìn)行原因調(diào)查和產(chǎn)品質(zhì)量提升改進(jìn)，以期提高工程車在高溫條件下的使用壽命和可靠性。

故障車輛其他部分信息見下表（表1）：

3" " 故障機(jī)理及可能原因分析

對現(xiàn)場拆下車輪總成進(jìn)行制動鼓表面測溫發(fā)現(xiàn)，從外到內(nèi)，越靠近車架側(cè)制動鼓溫度越高（見圖5）。根據(jù)圖3爆胎故障部位，結(jié)合用戶現(xiàn)場實(shí)際工況及實(shí)車制動鼓測溫結(jié)果，初步判斷故障機(jī)理為車輛在長時間高速駕駛加頻繁制動，引起制動鼓高溫，高溫通過車輪傳遞到輪胎，加上內(nèi)側(cè)輪胎局部通風(fēng)散熱較差，引起輪胎表面高溫碳化直至爆裂。

根據(jù)以上分析結(jié)論，我們將產(chǎn)生爆胎問題的機(jī)理分為兩大類：外因和內(nèi)因。外因是渣土車運(yùn)營車速過快、頻繁制動使得制動鼓溫度迅速升高，熱量傳導(dǎo)到輪輞上使之溫度也急劇升高，而輪胎與輪輞直接接觸，傳導(dǎo)至輪胎的溫度超出其耐受溫度。隨著時間的推移，輪胎局部老化碳化熔融失效，最終導(dǎo)致爆胎。可能的原因包括但不限于：制動系統(tǒng)設(shè)計不合理，如制動蹄片間隙過小，前后制動氣室制動力分配不合理等，導(dǎo)致制動鼓異常磨損和發(fā)熱；或者輪輞設(shè)計不合理，如散熱面積不夠，導(dǎo)致散熱能力不足，高溫?zé)o法及時排出；或者制動回位彈簧選型不合理，高溫失效，導(dǎo)致制動蹄片無法及時回位，造成拖剎引起制動鼓高溫。內(nèi)因是在此種工況和行駛條件下，輪胎自身的強(qiáng)度及耐高溫性能不足。可能的原因包括但不限于：輪胎材料選擇不合適，耐高溫性能不足，導(dǎo)致輪胎在長時間高溫環(huán)境下，表面熔融、高溫碳化直至爆裂。

對這兩大方面原因進(jìn)行詳細(xì)展開分析，運(yùn)用頭腦風(fēng)暴法，進(jìn)一步分析各自可能的原因如下（見圖6）。

通過整理，形成如下（表2）爆胎可能原因匯總表（共10項(xiàng)）。

4" " 原因排查及要因確認(rèn)

為進(jìn)一步鎖定問題真因，以便于對問題采取有針對性的對策，對表2所列的可能原因逐一排查分析，結(jié)果如下：

可能原因1，制動鼓制動熱能過大。為排查此原因，特安排了在試驗(yàn)場進(jìn)行了場地試驗(yàn)，以對比故障車輛與競品制動蹄溫度。試驗(yàn)工況為環(huán)道制動循環(huán)，一圈（4.3km）4次制動（一次40→0km/h、二次50→30km/h，一次60→40km/h）。試驗(yàn)結(jié)果表明（試驗(yàn)數(shù)據(jù)見圖7、圖8），在相同測試工況下，故障車制動蹄最高溫度高出競品近50℃，因此可以判定是主因之一。

可能原因2，后橋制動力分配過大。通過對比故障車輛與競品車輛前后橋制動力矩及制動力分配系數(shù)結(jié)果，結(jié)果表明（見表3），故障車輛后橋后橋制動力分配過大，且分配系數(shù)明顯高于競品，導(dǎo)致后橋制動鼓升溫速度高于競品，結(jié)合上述可能原因1的測溫對比結(jié)果。可判定是主因之一。

可能原因3，制動間隙過小。通過調(diào)研團(tuán)隊(duì)現(xiàn)場測量，結(jié)果表明（見表4），故障車制動間隙測量結(jié)果與主流競品相當(dāng)，甚至比部分競品稍大。因此判定非主因。

可能原因4，自動調(diào)整臂過調(diào)。現(xiàn)場調(diào)查團(tuán)隊(duì)反饋，實(shí)車檢查自調(diào)臂未發(fā)現(xiàn)異常，結(jié)合可能原因3的測量數(shù)據(jù)，可判定非主因。

可能原因5，后橋軸管變形引起制動鼓與剎車片偏磨。實(shí)車檢查故障車輛后橋軸管無變形，半軸與軸承尺寸合格（見表5），配合良好，可判定非主因。

可能原因6，制動解除時間過長。對比故障車輛及競品車輛后制動氣室制動解除時間數(shù)據(jù)（見表6），結(jié)果表明，在相同工況下，故障車輛制動解除時間明顯長于競品。這易導(dǎo)致車輛剎車時間過長而出現(xiàn)制動高溫。判定是主因之一。

可能原因7，回位彈簧耐高溫性能差。實(shí)驗(yàn)室測試結(jié)果表明，制動回位彈簧溫度與制動鼓溫度的對應(yīng)關(guān)系如下（見表7）。

可以看出，在制動鼓溫度達(dá)到360℃時，回位彈簧溫度近200℃，而當(dāng)前回位彈簧鋼絲材料為65Mn，耐溫性能為150℃。長時間在200℃環(huán)境下工作，回位彈簧極易出現(xiàn)塑性變形，致使制動蹄片不能及時回位而出現(xiàn)拖剎。判定是主因之一。

可能原因8，輪輞增加散熱孔面積過小。為確認(rèn)此原因，特對比了本工程車及競品車輪輞相關(guān)參數(shù)如下（見表8）。

結(jié)果表明，在車輪規(guī)格8.5-20相同的情況下，故障車輛輪輞總散熱面積最小，散熱能力明顯不足。判定是主因之一。

可能原因9，制動鼓、輪輞散熱速度過慢。通過上述可能原因8的分析，及圖5制動鼓不同位置測溫結(jié)果，可以看出，位于靠近車架的內(nèi)側(cè)車輪，制動鼓、輪輞溫度不能及時消散。判定是主因之一。

可能原因10，輪胎強(qiáng)度及耐高溫性能不足。出于成本原因，各主機(jī)廠出廠配標(biāo)準(zhǔn)胎，輪胎耐溫在150℃左右，實(shí)際后軸制動鼓最高溫度達(dá)280～360℃，輪輞達(dá)140℃～180℃。已超出輪胎耐溫能力，胎圈極易老化。可以判定是主因之一。

通過以上分析，對前文提出的10項(xiàng)可能原因梳理總結(jié)如下表（表9），析出本次高溫爆胎問題主因共7項(xiàng)。

5" " 改善對策

針對主因1，制動鼓制動熱能過大。采取改善對策如下：

1）引導(dǎo)用戶在制動時，采取輔助制動聯(lián)動，避免制動鼓高溫。

2）最高車速，由100km/h降低為90km/h，降低制動初速度。

針對主因2，后橋制動力分配過大。采取改善對策如下：

1）前橋制動氣室規(guī)格由20更改為24。

2）中后橋氣室規(guī)格由30/30更改為24/30。

更改后，制動力分配系數(shù)改善如下（表10），相較于原車方案有較大幅度提升，且優(yōu)于競品。

針對主因3，制動解除時間過長。采取改善對策如下：

后繼動閥由單繼動閥改進(jìn)為雙繼動閥；中后橋氣室規(guī)格由30/30更改為27/30，同時加裝一個快放閥，加快泄壓速度。改善后，制動解除時間縮短為0.72s，相比改善前的1.94s得到大幅度提升，且優(yōu)于競品。

針對主因4，回位彈簧耐高溫性能差。采取改善對策如下：

彈簧鋼絲材料由65Mn改為55CrSi，通過數(shù)據(jù)對比（見下表11），可見改善后，彈簧耐溫性能由150℃提高到250℃。

針對主因5，輪輞散熱孔面積過小。采取改善對策如下：

在現(xiàn)有車輪規(guī)格基礎(chǔ)上，將散熱孔形狀由圓孔更改為長圓孔，更改后的尺寸為10-35×52，散熱面積由原方案96160mm2 增加為15570mm2；

為避免散熱孔加大后，帶來輪輻強(qiáng)度問題，同步將輪輻材料由380CL提升為490CL，安全系數(shù)與原車一致，可避免出現(xiàn)車輪開裂等可靠性問題；

針對主因6，制動鼓、輪輞散熱速度過慢。主要改善對策同上述主因5對策。

針對主因7，輪胎強(qiáng)度及耐高溫性能不足。采取改善對策如下（見圖9）：

1）胎體、胎冠加強(qiáng)，提升輪胎剛度，提高輪胎使用壽命；

2）胎圈結(jié)構(gòu)優(yōu)化、加強(qiáng)，提高胎圈強(qiáng)度；

3）輪胎膠料升級，耐高溫老化性能提升，耐高溫老化溫度提升10度。

6" " 對策效果評估及驗(yàn)證

根據(jù)現(xiàn)場測得數(shù)據(jù)，故障車輛后橋制動鼓溫度可達(dá)320～360℃，輪輞溫度可達(dá)160～180℃；

評估在東部平原地區(qū)，同樣使用條件下，改善效果如下：

1）采用大散熱孔輪輞后，評估后橋制動鼓溫度可下降40～50℃，輪輞溫度可下降20℃左右；

2）制動分配調(diào)整后，評估后橋制動鼓溫度可下降10～20℃，輪輞溫度可下降5～10℃左右；

3）采用加強(qiáng)胎，耐溫性能可提高10℃，膠料老化壽命可提高30%。

通過以上數(shù)據(jù)評估，技術(shù)方案實(shí)施后，高溫異常爆胎問題可以得到有效解決。

同時，對用戶車輛實(shí)施上述改進(jìn)方案換裝并進(jìn)行了實(shí)車跟蹤回訪，客戶反饋無高溫爆胎問題再發(fā)生。

7" " 結(jié)束語

制動高溫導(dǎo)致爆胎是卡車，特別是工程車使用過程中常見的問題。本文對導(dǎo)致工程車高溫爆胎問題的所有原因進(jìn)行了窮舉，并對全部可能原因進(jìn)行了逐項(xiàng)排除分析，最終確定了問題的主因，并針對性地制定了改善對策，以解決此質(zhì)量問題。

首先，我們對可能導(dǎo)致工程車高溫爆胎的原因進(jìn)行了全面的列舉與分析。從剎車過程中制動系統(tǒng)摩擦產(chǎn)生的熱量過大，車輪散熱能力不足，到高溫導(dǎo)致制動失靈、爆胎甚至引發(fā)起火等問題，我們一一進(jìn)行了探討。通過綜合分析，我們確定了車輪和輪胎溫度過高是導(dǎo)致爆胎的主要原因。

其次，針對車輪和輪胎溫度過高的問題，我們制定了一系列有效的改善對策。從車輪總成設(shè)計改進(jìn)，包括輪胎加強(qiáng)、輪輞散熱面積加大，輪輞材料提升，再到制動力分配調(diào)整、制動解除時間優(yōu)化，限制車輛最高速度等，提出了一系列具體的解決方案，成功解決了工程車高溫爆胎問題。這不僅保障了工程車的安全運(yùn)行，也提高了工程車的使用壽命和可靠性。同時，本文的研究也為相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)改進(jìn)和質(zhì)量改善提供了有益的參考和借鑒。

總之，工程車高溫爆胎問題的解決離不開對問題原因的準(zhǔn)確分析和針對性的對策制定。本文通過深入的研究與探討，為解決此問題提供了一種可行的方法與思路。然而，我們也意識到這只是一個起點(diǎn)，仍然需要進(jìn)一步的研究和實(shí)踐來不斷完善和優(yōu)化解決方案。希望本文的研究成果能夠?qū)ο嚓P(guān)領(lǐng)域的工程車設(shè)計、制造和使用提供有益的借鑒和指導(dǎo)，為工程車行業(yè)的發(fā)展貢獻(xiàn)一份力量。

專家推薦語

汪祖國

國家汽車質(zhì)量檢驗(yàn)檢測中心（襄陽）

整車試驗(yàn)副總工程師" 研究員級高級工程師

文章針對某工程車在運(yùn)行中頻繁爆胎的實(shí)際問題，通過現(xiàn)場工況調(diào)研，系統(tǒng)梳理了可能導(dǎo)致爆胎的原因，通過與競品車的對比測試及數(shù)據(jù)分析進(jìn)行了原因排查和要因確認(rèn)，進(jìn)而制定了相應(yīng)改善對策，并在實(shí)車上實(shí)施了改善技術(shù)方案，最終取得良好的改善效果。該論文堅持問題導(dǎo)向，要因分析條理清晰，采用技術(shù)方案合理有效，對解決汽車爆胎相關(guān)工程實(shí)踐問題具有較好的借鑒意義。