童诗图

(双钱集团（安徽）回力轮胎有限公司，安徽 芜湖 241000)

轮胎作为汽车唯一接触地面的部件，承担了汽车与地面之间力的传导作用，随着汽车工业的不断发展，带动了轮胎工业的快速提升，市场对于轮胎的综合性能要求也越来越高。胎圈钢丝作为轮胎的主要骨架材料，主要起到支撑轮胎结构，箍紧汽车轮辋的作用，是保障汽车驱动、制动、转向等机械动作向轮胎传递的重要部件。半钢子午线轮胎因其胎体柔软，相比于全钢胎来说，胎圈部位受力比率更大，因此对于半钢子午线轮胎来说，胎圈部位的设计尤为重要。本文主要研究1.20 HT钢丝圈单根缠绕结构替代常用0.96 HT根排结构的应用，以期作为半钢子午线轮胎钢丝圈设计的重要参考。

1 实验

1.1 钢丝性能对比

1.20 HT和0.96 HT胎圈钢丝主要性能指标如表1所示。

表1 两种钢丝材料主要性能参数

1.2 单根缠绕结构和根排结构对比

单根缠绕钢丝圈，常见的形状为六角形和菱形，我司采用的是六角形这种类似于蜂巢的结构。钢丝圈的钢丝根数、层数根据轮胎结构设计而定的，主要是依据轮胎使用的气压标准和规格尺寸计算出钢丝圈所需的强度来确定总根数。根数少了会降低钢丝圈的安全系数，造成钢丝断裂；根数多了浪费材料，会影响胎圈结构，成品还可能产生胎趾出边的现象。因此，各种规格的钢丝圈都有一定的直径、层数和根数，不许随意的改变或互换代用。

0.96 HT钢丝根排结构的钢丝圈如5×5结构，是5根钢丝按照正方形结构形状缠绕5圈后搭接，其缺点是其附胶钢丝之间接触面较小，且根排结构没有单根缠绕结构的钢丝圈紧密，所以钢丝的接头长度一般要求根排结构的搭接量远大于单根缠绕结构的搭接量，以防止钢丝圈松散，对动平衡产生一定的负面影响，特别是装胎过程中操作不当还容易在接头处断开；而1.20 HT钢丝单根缠绕结构的钢丝圈如4+5+4+3结构，为单根钢丝按照六角形结构形状缠绕16圈后搭接，附胶钢丝之间的接触面较大，结构紧密，且只有单根钢丝接头，对动平衡影响进一步降低。

根排结构方形钢丝圈和单根缠绕六角形钢丝圈如图1所示。

图1 两种钢丝结构图示

1.3 生产设备

我司根排结构的方形钢丝圈生产设备为玄洋科技方形钢丝圈机；单丝缠绕结构的六角形钢丝圈生产设备为江阴勤力和无锡益联六角形钢丝圈缠绕机。

1.4 性能测试

两种结构钢丝圈的对比，安排测试项目为脱圈、压穿强度、高速、耐久等室内安全性能，水压爆破试验，均匀性及动平衡检测，实车道路测试，并比较两种钢丝圈市场装胎反馈的数据。其中室内安全性能参照GB/T 4502—2016进行测试，水压爆破试验按照HG 2186—2012进行测试，均匀性及动平衡检测分别按照GB/T 18506—2013和GB/T 18505—2013进 行检测。

2 结果与讨论

2.1 室内安全性能测试

我们选择公司205/70R15 96S SR1产品为例，应用不同钢丝圈室内安全性试验结果如表2所示。

表2 两种钢丝圈室内安全性试验结果

从表1中的结果可以看出，仅仅是钢丝圈结构的变化，对成品轮胎的耐久、高速、脱圈和强度等国标要求的安全性能没有明显的影响，完全满足产品设计要求。

2.2 水压爆破测试

我们以公司205/70R15 96S SR1产品为例，两种钢丝圈水压爆破试验结果如表3所示。

表3 两种钢丝圈水压爆破试验结果

使用1.20 HT钢丝4+5+4+3结构钢丝圈替代0.96HT钢丝5×5结构钢丝圈，水压爆破的安全倍数提升20%左右，钢丝圈强度有很大提高，安全性进一步提升。

2.3 成品均匀性、动平衡性能对比

我们继续选择以205/70R15 96S SR1产品为例，不同钢丝圈的成品轮胎均匀性、动平衡结果如表4所示。

表4 两种钢丝圈均匀性、动平衡结果

钢丝圈单根缠绕结构相对于根排结构，结构更稳固，质量更均匀，所以单根缠绕结构产品的均匀性、动平衡优于根排结构的产品。通过试验结果也显示，单根缠绕结构的产品与根排结构的产品相比，无论径向力、侧向力、锥度、静/动平衡均有所提升，产品性能进一步优化，且在工业化中体现更明显。

2.4 路试对比

为进一步验证单根缠绕可靠性，我们选择3种不同类型的产品，分别为轻卡、PCR和SUV产品，对应3种车型，每种车型2台车，对两种钢丝圈结构的3个规格轮胎进行实车路试。路试的路面主要为城乡道路和高速，要求驾驶员正常使用，在约定的时间内，跑到3万km后返回工厂分析，拆卸检查轮胎情况，路试结果如表5所示。

表5 两种钢丝圈结构路试结果

两种钢丝圈在路试中磨耗寿命的理论计算均值差异在2%以内，且都超过产品的理论磨耗水平，考虑到胎面配方及花纹、沟深相同的情况下，实际磨耗仍受到行驶路面和驾驶习惯等影响，可以认为两种钢丝圈的路试结果在同一水平。

2.5 市场装胎反馈

半钢子午线轮胎在安装时偶尔会出现充气困难或充气时轮辋难以弹起，一般是轮胎与轮辋的安装位置不正造成的。公司试验室的标准要求是当充气气压达到轮胎最大使用气压时，若轮胎轮辋仍未弹起，则将轮胎内气压放空，重新调整轮胎和轮辋的安装位置再安装，所以两种钢丝圈在公司实验室装胎情况都无异常。但在零售市场，因门店装胎量大，通常使用爆充的方式进行装胎，通过爆充时突增的气压将轮胎推压至轮辋上，爆充的瞬间若轮胎与轮辋的装胎位置不正，对胎圈的伤害极大，可能造成钢丝圈断裂和装胎爆胎的现象。

因为单根缠绕的钢丝圈结构更紧密，钢丝圈层间不会错位，钢丝圈的结构更不容易变形，搭接处单根钢丝比根排结构更难断裂或松散，所以钢丝圈的整体强度更大，很好的改善装胎时发生搭接处松散和断裂而造成装胎爆胎，提高了轮胎使用的安全性。从我司钢丝圈结构切换前后的情况来看，排除人为损坏，单根缠绕结构的轮胎装胎爆胎单项PPM已为零。

3 成本分析

根据计算，以15英寸产品为例，0.96HT钢丝5× 5根排结构钢丝圈，替换为1.20 HT钢丝4+5+4+3单根缠绕钢丝圈后，钢丝成本下降约2%。如考虑将两者的安全倍数调整到同一水平，则材料成本还会下降。

另外，因为根排结构如5×5单工位需要5个钢丝锭子供应，而单根缠绕不论结构单工位只需要1个钢丝锭子供应，设备占地少，所以单根缠绕结构的钢丝圈生产设备工位多，生产效率远大于根排结构的钢丝圈生产设备，用地和用人的成本也大大降低。

4 结语

根据试验数据的对比，采用1.20 HT单根缠绕结构钢丝圈来替代0.96 HT根排结构钢丝圈，轮胎的室内安全性能稳定，路试结果无明显区别，均匀性及动平衡略有提升，轮胎的安全倍数明显提高，使用的安全性有显著的提升，且单根缠绕结构钢丝圈的材料和加工成本降低，能有效的提升公司的效益和顾客满意度。