全钢载重子午线轮胎成型工艺对轮胎径向力波动的影响

2017-07-23赵成忠李培军

轮胎工业 2017年7期

赵成忠，李培军，崔莉，周萍

（1.青岛科技大学高分子材料与工程学院，山东青岛 266061；2.贵州轮胎股份有限公司，贵州贵阳 550008）

轮胎均匀性直接影响车辆的操纵稳定性和行驶安全性。轮胎径向力波动（RFV）是轮胎不均匀的重要指标，当RFV值偏大时会导致汽车在行驶过程中出现振动和噪声增大，影响汽车行驶的舒适性和平稳性，严重时会导致汽车零部件受损[1-2]。

影响轮胎RFV的因素较复杂，RFV值除了受成型工艺和硫化过程的影响外，还受轮胎骨架材料的影响。为提高轮胎均匀性，减小轮胎RFV值，提高产品在市场上的竞争力，各轮胎企业做了大量工作。浦哲等[3]研究发现，降低硫化定型过程中合模瞬间胶囊内部压力，可降低全钢载重子午线轮胎RFV。赵延林等[4]研究结果表明，在满足使用要求的前提下选用柔韧性较好的骨架材料及在成型过程中设定适当的设备工艺参数，可以有效减少轮胎刚性不均匀现象。本工作从胎面接头位置、成型半部件接头定位角度、胎面宽度、胎面传递环瓦块尺寸以及胎面传递环瓦块夹持压力等方面探讨成型工艺对载重子午线轮胎RFV的影响，以期为实际生产的优化和相关研究提供基础。

1 实验

（1）试验对象为11R22.5 16PR无内胎载重子午线轮胎。

（2）主要试验设备为天津赛象科技股份有限公司生产的三鼓成型机以及日本神户制钢公司生产的TB-UXR-P2型全钢载重子午线轮胎均匀性试验机。

（3）采用全钢载重子午线轮胎均匀性试验机进行均匀性试验，测试轮胎RFV和径向力波动一次谐波（RFV1H）。试验条件为：转鼓转速 60 r·min-1，负荷 26 kN，充气压力 0.6 MPa。

2 结果与讨论

2.1 胎面接头在胎面传递环上的位置

保持轮胎主要半成品部件接头角度分布的相对位置不变，胎面接头在胎面传递环上每次转动90°得到生产轮胎的4种方案，如图1所示。按照每个方案生产5条轮胎进行均匀性试验，得到的轮胎RFV和RFV1H如表1所示。

从表1可以看出，4种方案轮胎的RFV和RFV1H平均值从大到小顺序是：方案2＞方案1＞方案3＞方案4，RFV标准偏差从大到小顺序是：方案1≈方案2＞方案4＞方案3，RFV1H标准偏差从大到小顺序是：方案1＞方案2＞方案4＞方案3。轮胎的RFV和RFV1H平均值以及标准偏差越小，轮胎舒适性和平稳性越好。综合考虑，方案4轮胎RFV和RFV1H平均值最小，其标准偏差也较小，轮胎均匀性最好；方案2轮胎RFV和RFV1H平均值最大，标准偏差也较大，轮胎均匀性最差。

图1 胎面接头在胎面传递环上的位置示意

分析认为，在轮胎充气定型过程中胎面受到2个方向的作用力，一是胎体帘布在内压的作用下膨胀，在轮胎径向上产生向外的张力；二是胎面接头质量分布不均匀产生向下的重力。当胎面接头位于传递环上方时（方案4），向下的重力和向上的张力中和抵消一部分，合力减小，使得按照该方案设计的轮胎RFV和RFV1H平均值最小，轮胎均匀性最好；当胎面接头位于传递环下方时（方案2），胎体帘布在内压的作用下膨胀会在轮胎径向上产生向下的张力，与向下的重力方向一致，导致合力增大，使得按照该方案设计的轮胎RFV和RFV1H平均值最大，轮胎均匀性最差。因此，选择胎面接头位于传递环上方进行生产，轮胎RFV最小。

表1 胎面接头位置对轮胎RFV和RFV1H的影响

2.2 胎体接头定位角度

固定胎面接头位于胎面传递环上方，调整胎体复合件的接头角度，每次转动90°得到4种方案，如图2所示。按每个方案生产5条轮胎，进行均匀性测试，得到的轮胎RFV和RFV1H如表2所示。

从表2可以看出，4种方案轮胎的RFV和RFV1H平均值从大到小顺序是：方案D＞方案C＞方案B＞方案A，RFV标准偏差顺序是：方案B＞方案D＞方案C＞方案A，RFV1H标准偏差顺序是：方案B＞方案C≈方案D＞方案A。综合考虑，方案A轮胎RFV、RFV1H平均值和标准偏差均最小，轮胎均匀性最好；方案D轮胎RFV和RFV1H平均值最大，标准偏差也较大，轮胎均匀性最差。

分析认为，操作上的不均匀导致半部件接头部位产生应力集中，当各半部件接头重叠时这种应力会累加变大，但当接头分散时应力会分散减小甚至相互抵消。方案A轮胎接头角度分布比较均匀，应力没有形成累加，轮胎在转动过程中应力可能会相互抵消一部分，使得利用该方案设计的轮胎RFV和RFV1H平均值最小，轮胎均匀性最好；方案D中胎面接头和胎侧-内衬层复合件接头刚好重叠，应力累加导致轮胎RFV变差，轮胎RFV和RFV1H平均值最大，轮胎均匀性最差。因此，利用方案A将轮胎中各种半部件接头角度在周向上均匀分布，轮胎在转动过程中才会更平稳。

图2 胎体接头定位角度在胎面传递环上的位置示意

2.3 胎面长度

胎面长度变化也有可能对轮胎均匀性造成影响。分别取10条正常长度胎面生产10条轮胎；将胎面长度减小10 mm后生产另外10条轮胎，测定两组轮胎RFV及其平均值，结果如图3所示。

从图3可见，与正常胎面轮胎RFV平均值相比，胎面长度减小10 mm的轮胎RFV平均值明显减小。这是由于胎面长度较大时，胎面接头偏大，接头部位材料堆积，导致轮胎RFV偏大；胎面长度减小，接头时胎面被适当拉伸，导致接头部位材料堆积相应减少，有利于改善轮胎RFV。

表2 胎体接头位置对轮胎RFV和RFV1H的影响

图3 胎面长度对轮胎RFV及其平均值的影响

2.4 胎面传递环瓦块尺寸

图4示出了胎面传递环瓦块尺寸对轮胎RFV的影响。从图4可见，利用直径范围为950～1 000 mm的瓦块A连续生产5 d，轮胎RFV平均值在742 N左右，利用直径范围为1 000～1 050 mm的瓦块B连续生产12 d，轮胎RFV平均值在467 N左右，可见采用瓦块B生产的轮胎RFV值远低于采用瓦块A生产的轮胎，这是由于该规格轮胎胎坯直径为1 017 mm，刚好满足瓦块B的弧度，在夹取胎面复合件时，胎面复合件周向受力均匀。当使用直径为950～1 000 mm的瓦块A夹取胎面复合件时，由于胎坯弧度和胎面传递环瓦块弧度差异大，瓦块将胎面复合件夹变形，导致胎面复合件失圆，在定型充气过程中，胎体复合件和胎面复合件接触周向上不同步，导致轮胎径向材料分布不均匀，RFV变大（如图5所示）；而且胎面传递环瓦块幅度与胎坯直径差异越大，轮胎RFV越大。