輪胎的使用壽命和影響

1、工程輪胎的使用壽命和影響因素改革開放以來,隨著國內(nèi)各大礦山、水電站及建筑、筑路等建設(shè)事業(yè)的蓬勃發(fā)展,運(yùn)輸設(shè)備的日趨大型化以及我國加入WTO所帶來的進(jìn)出口便利,對(duì)專用機(jī)械如推土機(jī)、挖掘機(jī)。運(yùn)輸機(jī)和大型自卸車等的需求急劇增加,其配套產(chǎn)品工程輪胎的需求也急劇,導(dǎo)致國內(nèi)工程輪胎市場(chǎng)空前火爆,供不應(yīng)求。但由于工程輪胎使用條件苛刻,體積龐大,制造工藝復(fù)雜,成本高,價(jià)格昂貴,如果在較短的時(shí)間內(nèi)損壞而喪失使用價(jià)值,必將造成大量的浪費(fèi),給用戶帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失。如何延長工程輪胎的使用壽命,是用戶和生產(chǎn)廠家普遍關(guān)注的問題。本文重點(diǎn)分析影響工程輪胎使用壽命的因素。 1工程輪胎的使用條件 工程機(jī)械輪胎一般是在苛刻的環(huán)

2、境下工作的。如推土機(jī)、挖掘機(jī)、壓路機(jī)等工程車,作業(yè)場(chǎng)地大,路面不平坦且有尖銳的碎石塊、巖石、釘子和碎玻璃等雜物,行駛速度較慢,受硬物沖擊大,經(jīng)常是晝夜連續(xù)作業(yè),輪胎胎面易被割傷或刺穿或出現(xiàn)崩花掉塊等現(xiàn)象,工作時(shí)易發(fā)生單胎壓爆、撞爆、刺爆等事故。對(duì)于裝載機(jī)、起重機(jī)、攪拌機(jī)、大型自卸車等機(jī)械,雖在較平坦的路面上工作,但負(fù)荷大,運(yùn)距短,轉(zhuǎn)彎多,速度較快,使用過程中易出現(xiàn)熱脫層等問題。運(yùn)輸機(jī)工作在碎石和平坦路面,行駛速度快,載荷大,運(yùn)距長,輪胎易出現(xiàn)磨損、熱脫層而爆胎。此外,各種工程車一般都是露天作業(yè),冬、夏季溫差變化大,如北方冬季礦山氣溫達(dá)-38,夏季采場(chǎng)高達(dá)38左右,工程輪胎要承受較寬的溫度變化范

3、圍,而且受風(fēng)吹日曬雨淋,工程輪胎的這些使用特點(diǎn),對(duì)其使用壽命均會(huì)產(chǎn)生重要影響。 2工程輪胎的使用壽命 輪胎壽命是輪胎最重要的性能之一,尤其是工程機(jī)械輪胎,一條輪胎的價(jià)格在幾萬甚至十幾萬元人民幣,延長其壽命對(duì)工程車的經(jīng)濟(jì)性有直接的影響。及川晃仿照人的壽命曲線(分幼年期、青年期和老年期)將工程機(jī)械輪胎的使用壽命分為初期、中期和后期3個(gè)階段,如圖(略)所示。 初期輪胎故障發(fā)生率很高,故障主要表現(xiàn)為胎肩、胎圈部位脫層、起泡。產(chǎn)生早期故障的原因是輪胎使用不當(dāng)或輪胎質(zhì)量低劣,如輪胎的承載能力與車輛的裝載量不匹配,膠料與膠料及膠料與簾線或鋼絲圈的粘合強(qiáng)度低,導(dǎo)致輪胎內(nèi)部生熱,使輪胎溫度上升,如果溫度超過允許

4、的臨界溫度,膠料就會(huì)起泡或膠料與骨架材料脫層,輪胎開始破壞。中期輪胎故障發(fā)生率減少。這時(shí)期發(fā)生的故障大部分是割傷和沖擊發(fā)熱、爆破、崩花掉塊等。發(fā)生故障的原因是出于輪胎充氣壓力、行駛路面和工程車使用條件等管理不好以及輪胎結(jié)構(gòu)和配方設(shè)計(jì)不合理。后期主要是磨耗(割傷、摩擦、撕裂等磨耗)影響輪胎壽命,故障發(fā)生率升高。也就是說,壽命在初期和中期的工程輪胎,其破壞人為因素不可忽視,后期破壞主要與輪胎材料與性能有關(guān)。壽命在初期和中期的工程輪胎損壞后不易修補(bǔ),不能使用而成為廢品;壽命在后期的輪胎,可通過胎面翻新使其壽命進(jìn)一步延長。 3影響工程輪胎使用壽命的因素 從工程輪使用條件和壽命分析可以看出;影響其壽命的

5、因素很多,概括起來主要有環(huán)境因素、人為因素、結(jié)構(gòu)因素、配方因素和工藝因素等。 3.1環(huán)境因素 工程輪胎工作的環(huán)境如道路狀況、環(huán)境溫度、天氣情況等對(duì)其使用壽命有一定的影響。 3.1.1道路狀況 工程車輛在平直柔軟的路面上行駛,輪胎受到的沖擊少、轉(zhuǎn)彎少,割傷和沖擊發(fā)熱、崩花掉塊、爆破等中期故障發(fā)生少。此時(shí),輪胎的使用壽命決定于輪胎的質(zhì)量、胎面膠的耐磨性和行駛速度。輪胎的質(zhì)量好,行駛速度慢,胎面耐磨性好,使用壽命長;如果高速行駛,胎面撕裂磨耗和疲勞磨耗,使用壽命縮短。如果行駛路面堅(jiān)硬且凹凸不平或有障礙物,會(huì)增加輪胎沖擊力,增加因沖擊、剪切、割傷而使輪胎發(fā)生故障的幾率。尤其在行駛速度高、載荷大的情況下

6、,路面狀況對(duì)輪胎的使用壽命的影響更加顯著。另外,輪胎轉(zhuǎn)彎時(shí)產(chǎn)生的磨耗量與輪胎受到的側(cè)向力與速度的平方成正比,如果轉(zhuǎn)彎半徑不變,則摩擦量與速度的4次方成正比;如果速度不變,則磨耗量與轉(zhuǎn)彎半徑的平方成反比。所以轉(zhuǎn)彎時(shí)的磨耗比正常的直線行駛時(shí)的磨耗量大得多。輪胎在爬坡或下坡時(shí),輪胎與路面之間滑動(dòng)摩擦大,坡度越大,滑動(dòng)摩擦趨勢(shì)越大,輪胎花紋受到的剪切大,磨損磨耗和切割磨耗越大,崩花掉塊越嚴(yán)重,尤其在碎石或尖銳棱角的硬石坡路上更嚴(yán)重,使輪胎的壽命縮短。因此,工程輪胎在苛刻路面、轉(zhuǎn)彎多、坡度起伏大的道路上行駛,使用壽命會(huì)縮短。 3.1.2環(huán)境溫度 工程輪胎工作的環(huán)境溫度過高或過低均會(huì)縮短使用壽命。溫度高,

7、輪胎產(chǎn)生的熱量不容易散出,輪胎的溫升快,很容易達(dá)到臨界溫度,使輪胎產(chǎn)生熱故障而破壞;在低溫下,隨溫度降低,輪胎胎面膠料的硬度上升,因沖擊、切割、磨損而導(dǎo)致的傷害,壽命縮短。因此,工程輪胎在高溫和嚴(yán)寒的條件下工作壽命會(huì)縮短。 3.1.3天氣情況 工程車輛一般均是露天作業(yè),陽光曝曬會(huì)提高胎體的溫度和溫升,增加光氧老化的程度;雨雪天氣會(huì)增加路面濕滑和冰滑,輪胎在該路面上行駛?cè)菀状蚧?易產(chǎn)生撕裂磨耗而使壽命縮短。 3.2人為因素 人為因素對(duì)輪胎的早期損壞起了很重要的作用。這些人為因素主要包括車輛與輪胎不匹配、輪胎的充氣壓力過高或過低、車輛超載、超速、行駛路面管理不好等。 3.2.1車輛與輪胎的匹配 輪

8、胎因變形而產(chǎn)生的一部分能量轉(zhuǎn)換成熱并積累在輪胎內(nèi)部,導(dǎo)致輪胎溫度上升,如果超過允許的臨界溫度(工程機(jī)械輪胎的臨界溫度通常為:斜交結(jié)構(gòu)107,子午結(jié)構(gòu)93.3),輪胎就會(huì)受到破壞。這種生熱溫度與輪胎的下沉量(與載荷成正比)和轉(zhuǎn)速(與行駛速度成正比)的乘積成正比。輪胎的載荷越大,行駛速度越快,輪胎在使用過程中生熱越大,很容易使輪胎由于熱積累而脫層,從而使輪胎過早破壞。如果輪胎與車輛不匹配,輪胎的最大承重量低于車輛的正常載荷,很容易使輪胎的下沉量過大,造成生熱過高,發(fā)生早期故障,使輪胎的使用壽命大大縮短。 3.2.2輪胎的充氣壓力 加于輪胎的載荷是由輪胎內(nèi)的空氣壓力支撐的。因此,輪胎的充氣壓力的高低

9、均對(duì)輪胎壽命有很大影響。充氣壓力低,輪胎下沉量,生熱會(huì),若超過輪胎臨界溫度,輪胎的生熱量就會(huì)迅速升高,導(dǎo)致輪胎的生熱故障;此外還會(huì)使胎體變形,促進(jìn)胎體補(bǔ)強(qiáng)層(內(nèi)簾布層)的疲勞,使簾線與橡膠脫離,輪胎容易發(fā)生爆破。如果充氣壓力過高,會(huì)使輪胎的胎體超過所需的張力,使輪胎對(duì)路面沖擊的吸收性能顯著下降,由于割傷和沖擊而導(dǎo)致的輪胎爆破發(fā)生率會(huì)急劇提高。因此,輪胎壓力過高或過低均使輪胎的壽命縮短。 3.2.3超載的影響 如果工程車超載而使輪胎超過了額定載荷,即使輪胎充氣壓力正常,也會(huì)使輪胎的下沉量,會(huì)使輪胎發(fā)生與低充氣壓力下使用時(shí)一樣的故障。另外,如果路面凹凸不平或路面上有障礙物,輪胎在超載下通過時(shí)受到的

10、沖擊力,容易使輪胎由于沖擊切割而產(chǎn)生爆破,使壽命縮短。 3.2.4行駛速度的影響 每一種工程機(jī)械輪胎都規(guī)定有最高速度,如果超過規(guī)定的速度,輪胎變形的頻率,膠料松馳變慢,滯后生熱,由于工程輪胎的胎體厚,層數(shù)多,輪胎散熱困難,容易發(fā)生熱故障。而且,行駛速度過快,輪胎對(duì)障礙物的沖擊力,容易產(chǎn)生與過載一樣的故障。 3.2.5行駛路面的管理 路面狀況對(duì)輪胎的壽命有明顯影響,路面的管理是保證路面良好的關(guān)鍵。如果道路因使用時(shí)間長或超載或路面質(zhì)量低下而損壞,路面會(huì)變得凹凸不平,會(huì)增加輪胎沖擊力,增加因沖擊、剪切、割傷而使輪胎發(fā)生故障的幾率。在水利、建筑、筑路等建設(shè)施工場(chǎng)地,地面凹凸不平,硬而尖的雜物多,輪胎受

11、到?jīng)_擊大、切割多、磨耗大;如果能定期對(duì)路面進(jìn)行維護(hù),限制超載,對(duì)新開辟路面進(jìn)行平整,清除雜物,可以減少輪胎早期或中期故障發(fā)生率,延長輪胎的使用壽命。 3.3結(jié)構(gòu)因素 影響工程輪胎使用壽命的一個(gè)重要因素是輪胎的結(jié)構(gòu),如胎體結(jié)構(gòu)和胎面花紋結(jié)構(gòu).這些結(jié)構(gòu)因素對(duì)輪胎的使用壽命均會(huì)產(chǎn)生重大影響. 3.3.1斜交結(jié)構(gòu) 由于工程輪胎的載重量高、牽引力大、使用條件苛刻等特點(diǎn),要求輪胎接地面積大,使輪胎有較低的接地壓強(qiáng),胎面耐磨損、耐刺扎,各部位生熱小。輪胎的斷面寬、行駛面弧度高、斷面水平軸位置、肩弧、胎面厚度以及胎冠簾線角度等對(duì)這些性能均會(huì)產(chǎn)生影響,進(jìn)而影響輪胎的使用壽命。輪胎的斷面寬度決定了輪胎的接地面積以

12、及接地部位的壓力,對(duì)輪胎的耐磨性、行駛穩(wěn)定性有重要影響。若斷面寬度窄,接地面積小,接地部位壓力高,胎面易磨損,使輪胎壽命縮短。行使面弧度影響輪胎在充氣及負(fù)荷下滾動(dòng)時(shí)接觸地面的寬度及接觸面上各點(diǎn)的單位壓力分布。若弧度過大,輪胎接觸地面的寬度小,接觸點(diǎn)上的應(yīng)力不均勻,胎面易磨損;若弧度過低,會(huì)使胎肩過厚,會(huì)導(dǎo)致輪胎生熱過大和散熱不良,使輪胎脫肩而產(chǎn)生早期破壞,縮短輪胎的使用壽命。斷面水平軸位置是輪胎變形和屈撓最大的部位,若H1/H2值過大,會(huì)造成輪胎肩部生熱大而使輪胎產(chǎn)生早期破壞。胎肩部位是輪胎最厚的地方,若胎肩弧度小,胎肩厚,生熱大,散熱困難,易造成胎肩鼓泡,胎肩易被行駛環(huán)境損傷而使輪胎過早破壞

13、。胎面膠的厚度對(duì)輪胎有雙重影響,胎面膠厚,一方面可提高輪胎的耐磨損和耐刺扎性能,另一方面也會(huì)增加胎面的生熱和散熱的難度。胎冠簾線角是控制輪胎充氣后胎體變形能力和輪胎承重能力的重要指標(biāo)。若角度設(shè)計(jì)不當(dāng),胎體易變形,承重能力下降,使輪胎的壽命縮短。 3.3.2子午結(jié)構(gòu) 子午線工程輪胎由于結(jié)構(gòu)上的優(yōu)點(diǎn),大大減小了胎體的厚度,減少輪胎生熱,散熱加快,胎體變形的能量損失少,胎冠徑向變形小,接地壓力分布均勻,胎面剛性大,使得輪胎能在高負(fù)荷、高速長距離的條件下行駛,具有比傳統(tǒng)的斜交胎耐磨耗、負(fù)荷大、牽引和抓著性好、速度快、生熱低等優(yōu)點(diǎn),適合在經(jīng)過鋪設(shè)的路面上行駛。子午線工程輪胎在未經(jīng)鋪設(shè)的路面上行駛時(shí)抗沖擊

14、性、耐切割性較差,胎面磨耗會(huì)急劇增加,其磨耗壽命比斜交胎差。由于鋼絲的模量與橡膠的模量相差太大,鋼絲與橡膠的結(jié)合比有機(jī)纖維簾線與橡膠的結(jié)合困難,因此增強(qiáng)橡膠與鋼絲的粘合能力非常關(guān)鍵,否則會(huì)容易造成鋼絲與橡膠的脫離,使輪胎過早破壞。 3.3.3胎面花紋 輪胎的胎面花紋(形狀和溝深)對(duì)輪胎的性能如牽引力、耐磨性、散熱性等有重要影響。工程輪胎的花紋基本上分為兩大類:牽引型和耐磨型。牽引型花紋的花紋塊稀、溝部寬,具有方向性,牽引力較大,因花紋溝寬敞不易塞泥,且散熱性能好,適用于土方工程和推裝、挖作業(yè)。耐磨型花紋的花紋塊較大,花紋溝窄小,適用于鋪設(shè)路面,能提高輪胎的耐切割和耐磨耗性能,但輪胎散熱性變差。

15、 花紋溝深,可加快胎面膠的散熱,減小溫升,減少因生熱而造成的故障,同時(shí)由于胎面膠厚,可以提高磨耗壽命和抗切割性能。但花紋溝深,易被石塊或泥土填塞,減小牽引力,同時(shí)花紋塊受扭矩變形大,花紋溝底易出現(xiàn)裂口,嚴(yán)重時(shí)花紋塊斷裂,影響輪胎的壽命。 此外,花紋溝底弧半徑也會(huì)影響輪胎的壽命。若底弧半徑小,花紋溝深而窄,在溝底或花紋塊中部易造成應(yīng)力集中,花紋塊易裂或產(chǎn)生崩花掉塊現(xiàn)象,從而縮短輪胎的壽命。 3.4配方因素 排除人為因素和結(jié)構(gòu)因素后,影響工程機(jī)械輪胎使用壽命的最重要因素就是輪胎膠料配方。工程輪胎的許多性能要求如耐磨性、耐撕裂、耐刺扎、抗崩花掉塊、低生熱、高模量、高硬度、抗硫化返原性等。均是由膠料配

16、方提供的。在輪胎的初期和中期壽命中,由于生熱、切割、刺扎、崩花掉塊等原因造成的故障發(fā)生率較高;在輪胎后期壽命成的故障發(fā)生率較高;在輪胎后期壽命中,影響輪胎壽命的因素主要是磨損和切割磨耗。提高胎面膠的抗硫化返原性、抗切割、耐刺扎、抗崩花掉塊性,降低生熱,無疑對(duì)降低初、中期的故障發(fā)生率有利,使輪胎的壽命盡可能多地達(dá)到后期,提高胎面膠的耐磨性和可翻新性會(huì)進(jìn)一步延長輪胎后期壽命。從而使輪胎的壽命大大延長。而影響胎面膠抗切割、耐刺扎、抗崩花掉塊性、生熱性、耐磨性的配方因素很多,包括膠種,硫化體系、補(bǔ)強(qiáng)填充體系、防護(hù)體系及其他調(diào)整膠料性能的配合劑等。這些因素相互影響、相互作用。因此,設(shè)計(jì)出合適的膠料配方,

17、提高胎面膠的綜合性能,會(huì)延長輪胎的使用壽命。 3.5工藝因素 性能良好的配方必須在合適的工藝條件保證下才能得到性能優(yōu)良的制品。工程輪胎體積龐大,胎體層數(shù)多,胎面膠厚,因此需要長時(shí)間硫化。到底需要多長時(shí)間才能使輪胎各部位剛好均達(dá)正硫化至今沒有精確的方法可以得到,因此實(shí)際生產(chǎn)中為了保證各部位均達(dá)正硫化,盡量延長硫化時(shí)間。這樣帶來的后果是最先硫化的胎面和胎體內(nèi)層膠料易出現(xiàn)硫化返原現(xiàn)象,從而導(dǎo)致胎面膠性能下降,使輪胎的整體性能變差,使用。壽命縮短。 硫化溫度和硫化壓力對(duì)輪胎的壽命也有重要影響。硫化溫度越高,雖然硫化速度快,生產(chǎn)效率高,但硫化返原現(xiàn)象也越嚴(yán)重,性能下降越明顯。因此工程輪胎采用低溫長時(shí)間硫化。硫化壓力過高,會(huì)加快橡膠分子鏈和交聯(lián)鍵的裂解,使骨架材料變形,降低輪胎的性能,使壽命縮短,同時(shí)動(dòng)力損耗大,還可使硫化設(shè)備變形。若硫化壓力過低,氣體不易排出,胎體疏松,膠料與骨架材料之間的結(jié)合力低,膠料不易充滿模型,造成制品表面缺膠或得不到清晰的花紋,輪胎的質(zhì)量和性能