探究帶束層鋼簾線對半鋼子午線輪胎性能的影響

劉偉，張寧，高凱，謝航，李海艷

(山東豐源輪胎有限公司，山東 棗莊 277300)

隨著輪胎準入市場的門檻的提高，消費者對產品的性能要求越來越高，提高產品的性能勢在必行；與此同時美國等其他國家對華輪胎產品反傾銷，使得國內輪胎企業的出口越來越困難，促使越來越多的企業加大研發投資力度進行新技術的研發。

半鋼子午線轎車輪胎是由橡膠、配合劑、鋼絲和簾線等材料組成的高分子復合制品[1～2]。轎車輪胎各部件具有獨特的性能，胎面、帶束層、冠帶條組成的冠帶層可以約束輪胎高速旋轉時產生的膨脹，內襯層則可保證輪胎保持相應的氣壓，胎面、胎側、胎圈、胎體、帶束層、冠帶條、內襯層等通過成型機設備設備和工藝緊密結合成整體，經過高溫、高壓硫化后，共同實現輪胎功能[3～4]。

帶束層是輪胎的主要受力部件，能夠緩和路面沖擊傳遞給車輛的能量，對汽車行駛的高速性能、平穩性和舒適性有重要作用。半鋼子午線輪胎中的帶束層以一定角度交叉貼合在胎體上部、胎面冠帶條下部，沿胎面中心線圓周方向箍緊胎體，可以保持輪胎充氣后的形狀。

本工作從半鋼子午線輪胎常用的帶束層鋼絲簾線出發，通過成品輪胎“外緣尺寸、強度性能、脫圈阻力、高速性能、耐久性能、滾動阻力”等試驗，探討了帶束層鋼絲簾線對輪胎性能的影響。

1 試驗

1.1 試驗材料選用

選用市面上常用于半鋼子午線輪胎帶束層生產的3種鋼絲簾線，其基本性能指標如表1所示。

表1 3種試驗所用鋼絲簾線的基本性能及指標

從表1可以看出，隨著3種帶束層鋼絲簾線的破斷力和單位面積質量的增大，相應的輪胎的安全倍數呈現正向增大趨勢。

1.2 試驗方案和試驗方法

該實驗方案的唯一變量是鋼絲簾線，為單變量分析法，分別使用3種鋼絲簾線開展試驗方案，每種方案均生產205/55R18 95W規格的半鋼子午線輪胎20條,優選后開展進一步的試驗。

采用3個方案進行成品輪胎“外緣尺寸、強度性能、脫圈阻力、高速性能、耐久性能、滾動阻力、靜態剛性、接地印痕”試驗，試驗條件均一致。為減少輪胎之間的差異，該實驗方案的唯一變量是鋼絲簾線，試驗生產的半鋼輪胎其他膠部件及鋼絲部件均為同一壓出線、同一成型機、同一硫化機和同一組操作人員生產完成。

1.3 主要設備和儀器

XM370型密煉機和XM305型開煉機，軟控股份有限公司產品；胎胚成型使用VMI一次法成型機；輪胎拆裝機(crossage Evo plus)，北京鑫明德機電設備科技有限公司；四工位輪胎耐久試驗機，青島高校測控技術有限公司；脫圈阻力試驗機，汕頭市浩大輪胎測試裝備有限公司；輪胎綜合剛度電阻試驗機(TMT-1A)，汕頭市浩大輪胎測試裝備有限公司產品。

2 結果與分析

2.1 成品輪胎試驗結果

2.1.1 外緣尺寸

按Q/B W001-2017《子午線輪胎外緣尺寸測量方法》，將成品輪胎安裝在標準輪輞上，在標準充氣壓力下測量輪胎的外直徑和斷面寬。3種方案輪胎的外緣尺寸如表2所示。

表2 3種試驗方案輪胎的外緣尺寸性能測試結果

從表2可以看出，3種方案輪胎的外直徑及斷面寬均符合標準要求。

2.1.2 強度性能

按照Q/B QP001-2018《轎車子午線輪胎強度實驗方法》測試成品輪胎的強度性能，試驗條件為：待測試輪胎充氣壓力220 kPa，常溫下靜置3 h以上，壓頭直徑19±0.05 mm。3種方案輪胎的強度性能試驗結果如表3所示。

表3 3種試驗方案輪胎的強度性能測試結果

從表3可以看出，測試的數據，方案1、2、3第1～第4點破壞能，都達到標準值；方案1第5點破壞能666.6 J、方案2第五點破壞能608.5 J、方案3第5點破壞能678.4 J，均超過標準值，方案1、2、3試驗輪胎強度性能測試，均達到企業標準要求。

2.1.3 脫圈阻力

按照Q/B PT001-2017《轎車子午線輪胎脫圈阻力試驗方法》測試成品輪胎的脫圈阻力，試驗條件為：充氣壓力220 kPa，壓塊水平距離318 mm。 3種方案輪胎的脫圈阻力試驗結果如表4所示。

表4 3種方案輪胎的脫圈阻力試驗結果

從表4可以看出，3種方案輪胎的脫圈阻力均符合標準要求，方案1、2、3試驗輪胎脫圈阻力測試，分別為標準值的137.7%、138.5%、138.8%，均達到企業標準要求，略有差異，說明與安全倍數有一定的相近性。

2.1.4 高速性能

按照Q/B GP004-2018《轎車子午線輪胎高速性能實驗方法》測試成品輪胎的高速性能，試驗條件為：充氣壓力360 kPa，試驗負荷標準負荷的68%，速度級別W，初始速度230 km.h。3種方案輪胎的高速試驗結果如表5所示。

表5 3種方案輪胎的高速性能試驗結果

從表5可以看出，3種方案輪胎均滿足企業標準,測試時間分別為99 min101 min103 min。

2.1.5 耐久性能

按照Q/B NP 001-2018測試成品輪胎的耐久性能，試驗條件為：耐久充氣壓力220 kPa，低氣壓充氣壓力160 kPa。國家標準要求跑至第3階段，本次試驗中跑至第7階段結束（從測試階段4開始為低氣壓試驗部分）。試驗步驟如表6所示。

表6 耐久及低氣壓試驗

試驗結束時，3種方案輪胎耐久階段行駛34 h均未損壞，方案1、2、3試驗輪胎累計行駛，分別為61 h、64 h、67 h，均達到企業標準要求。

2.2 滾動阻力

按照ISO 28580-2018《輪胎滾動阻力測試方法》測試成品輪胎的滾動阻力。試驗條件為：充氣壓力250 kPa，試驗負荷600 kg。3種方案輪胎的滾動阻力試驗結果見表7。

表7 3種方案輪胎的滾動阻力試驗結果

從表7可以看出，使用3種束層鋼絲簾線的帶同一規格輪胎質量逐漸增大，方案C的滾動阻力系數最大，方案A的滾動阻力系數最小，因此，輪胎質量與滾動阻力密切相關。由于3種方案輪胎的安全倍數均符合公司標準，在符合安全性能的前提下，使用更輕量化的帶束層鋼絲簾線（如方案A）既能降低成本，又有利于降低輪胎的滾動阻力。

3 結論

本工作從成品輪胎“外緣尺寸、強度性能、脫圈阻力、高速性能、耐久性能”試驗及滾動阻力性能方面進行了分析，研究了3種帶束層鋼絲簾線對輪胎性能的影響，結論如下。

（1）3種帶束層鋼絲簾線輪胎的外緣尺寸、強度性能、脫圈阻力、高速性能和耐久性能均符合標準要求。

（2）方案A，B輪胎的滾動阻力接近，方案C輪胎的滾動阻力最大，這與鋼絲簾線的質量密切相關。

綜上，3種帶束層鋼絲簾線在成品輪胎試驗方面均符合國家標準要求，在其他力學性能方面帶束層鋼絲簾線主要影響輪胎的滾動阻力，同時，3種鋼絲簾線在成本方面存在差異，輪胎設計時，應根據需要選擇合適的帶束層鋼絲簾線。