第10期 林礼贵1轮胎的管理、使用和保养讲座第8讲子午线轮胎629
轮胎的管理、使用和保养讲座
第8讲 子午线轮胎
林礼贵
(北京永外和义东里五区12楼三门303室 100076)
中图分类号:TQ33611 文献标识码:E 文章编号:100628171(2003)1020629208
1 类型、构造及优越性111 类型
20倍),且强度高,耐老化。无内胎轮胎比有内胎
轮胎具有很多优点,但其对耐透气性提出了更高要求,一般都在轮胎胎里贴上耐透气性好、耐热空气老化性以及粘合性能良好的气密层来取代内衬层,气密层应比内衬层厚得多。113 优越性
(1)耐磨性能好。子午线轮胎耐磨性能一般
根据带束层和胎体骨架材料的不同,子午线轮胎可分为全钢子午线轮胎、半钢子午线轮胎和全纤维子午线轮胎3类。载重子午线轮胎有全钢或半钢的;轿车子午线轮胎有半钢的或全纤维的。活胎面全钢子午线轮胎是从子午线轮胎衍生出来的,由钢丝帘线呈子午线方向排列的胎体和带有钢丝帘线呈周向排列的带束层的并可卸换的胎条两部分组成。活胎面全钢子午线轮胎除兼有子午线轮胎的一些优点外,最大的特点是胎条磨损后可以随时更换,也可以根据路面或季节变化换用不同花纹的胎条。112 构造
比斜交轮胎高50%～75%。
(2)滚动阻力小、节油。子午线轮胎滚动阻力比斜交轮胎小20%～40%,节油率提高5%～10%,有的甚至达14%以上,提高了燃料利用率,
从而有利于减轻环境污染。 (3)缓冲性能好。
(4)高速性能好。车辆行驶速度对轮胎的滚动阻力影响很大。当汽车行驶速度为80～100km・h-1时,轮胎滚动阻力随行驶速度的增大而增
子午线轮胎有无内胎和有内胎之分,有内胎的子午线轮胎同斜交轮胎一样,由外胎、内胎和垫带组成;无内胎子午线轮胎只有外胎,胎里必须有气密层,气密层和胎圈与轮辋紧密配合,气门嘴固定在轮辋上。
子午线轮胎的外胎基本组成部件与斜交轮胎差不多,即胎面、胎侧、带束层、胎肩垫胶、胎体帘布层、钢丝圈、三角胶、胎圈包布和内衬层,无内胎子午线轮胎则以气密层取代内衬层。
子午线轮胎在使用过程中损坏原因之一是水气渗透到帘布层中,破坏了胶与钢丝的粘合。这些水气是轮胎在使用过程中通过内胎渗入外胎中去的。因此,要求全钢或半钢子午线轮胎必须使
用IIR内胎。这是由于IIR内胎耐透气性好(对空气和水蒸气的抗透过能力比NR内胎大10～
大,速度达到150～200km・h-1时,滚动阻力迅速增大,轮胎发生驻波现象,轮胎轮廓不再是圆形,而呈波浪状,此时轮胎能量损失大致与速度的平方成正比,内摩擦产生的能量转化为热能,使胎体升温,温度急增使橡胶和帘线的性能降低,多次变形的疲劳性增大,部件间的粘合力降低,导致胎面剥离、脱体脱层甚至轮胎爆破。子午线轮胎高速行驶时,滚动损失小,生热低,散热快,行驶温度比斜交轮胎低20～30℃,同时变形小,胎侧有抑制振动的能力,因此,其产生驻波的临界速度比斜交轮胎高得多。高速公路上经常发生斜交轮胎爆破的交通事故,说明斜交轮胎不如子午线轮胎适应高速行驶。
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(5)安全性能好。子午线轮胎有坚硬的刚性
带束层,行驶时碰到石头、铁钉等尖锐物,胎冠不易被扎透,胎面抗硬伤能力好。统计表明,整个子午线轮胎的硬伤率比斜交轮胎低。此外,由于子午线轮胎整体弹性好,即使在高速下碰到障碍物也很少因撞坏而立即爆破。
(6)牵引性能和通过性能好。子午线轮胎有较高的冲击弹性,在不良路面能缓冲和吸收振动与冲击,胎体柔软,故引起的土壤变形小。由于子午线轮胎带束层的刚性大,胎面接地面积比斜交轮胎大,并且接地单位压强分布均匀,从而提高了轮胎的通过性能。在湿路面上,子午线轮胎的牵引力比斜交轮胎高10%～20%。2 使用特性211 能量消耗
轮胎对汽车燃料的消耗影响很大。轮胎滚动阻力在汽车燃料消耗中占很大比例,一般在坚硬路面上,轮胎滚动阻力消耗功率占汽车发动机输出功率的30%～40%,其中胎内摩擦生热消耗的功率占轮胎滚动阻力耗用功率的90%左右,轮胎接地面上的摩擦所耗用的功率约占轮胎耗用功率的5%～10%;其它如空气流与轮胎表面间的摩擦损失等仅占轮胎滚动阻力耗用功率的115%～3%。因此,降低轮胎自身摩擦及轮胎与路面摩擦是降低轮胎滚动阻力、节约燃料消耗的重要途径。21111 轮胎的内摩擦
轮胎的内摩擦以弹性滞后来表征。因轮胎是非理想弹性体,其在负荷下的滚动可视为连续反复的径向加载(压缩)、卸载(恢复)过程。在这过程中,为了克服胎体材料的分子内摩擦和相互摩擦需要消耗部分能量,并转换为热能消散在大气中,这种能量损失称为轮胎的弹滞损失。弹滞损失是产生轮胎滚动阻力的重要因素。 轮胎的弹滞损失与轮胎的部件组成方式、部件数量和材质有关。与斜交轮胎相比,规格、层级相同的子午线轮胎,其帘布层数少,且帘线的变形方向一致,故在相同负荷下滚动时,子午线轮胎帘线与帘线、帘线与橡胶之间的剪切应力比斜交轮胎小得多。另外,斜交轮胎胎体采用纤维帘布,而子午线轮胎则全部或部分采用钢丝帘布,钢丝的
拉伸变形极小,比棉纤维、锦纶和人造丝等纤维帘
线小5～6倍。而随着轮胎胎体内应力2应变的减小,帘线材料的弹滞损失亦减小,这是子午线轮胎滚动阻力低、燃料消耗小的一个重要原因。21112 轮胎与地面的摩擦轮胎在滚动过程中,除了压缩时要消耗大量的功外,轮胎与地面间的摩擦也消耗功,而大部分的功是以弹性变形能的形式积聚在轮胎内,在弹性恢复区域内转变为轮胎滚动的动能。 轮胎能量主要消耗在由于地面产生法向变形和剪切变形而引起轮胎与地面各不平处的机械摩擦上,其能量损失与弹滞损失一样,也能引起地面反作用合力发生前移现象,因此,轮胎在负荷下滚动受弹性损失以及与地面摩擦损失二者共同作用。子午线轮胎由于胎冠有刚性带束层的约束,当其在负荷下滚动时圆周方向的变形很小,法向反作用合力的作用线前移值e比斜交轮胎小得多,而滚动半径r比斜交轮胎大,使子午线轮胎的e/r值小于斜交轮胎,故行驶相同距离时,其用于克服滚动摩擦反力矩所消耗的功小于斜交轮胎。这也是子午线轮胎滚动阻力和能量消耗较低的主要原因之一。21113 轮胎的自由半径r0和滚动半径r
子午线轮胎r/r0比斜交轮胎大,这是由于子午线轮胎具有刚性带束层,滚动接地时,胎面的滑移小,周向变形也小,使子午线轮胎的滚动阻力小,并具有较好的耐磨性。21114 轮胎的滚动阻力因数和滑行距离
采用清华大学汽车工程系推荐的“低速滑行数据曲线拟合法”进行试验得知,轻型载重子午线轮胎与相对应的斜交轮胎相比,其滚动阻力因数下降约为26%～35%,滑行距离增大约715%～3614%。21115 轮胎的滚动阻力与汽车的节油效果
滚动阻力小是子午线轮胎节油的主要原因。采用清华大学汽车工程系推荐的“低速滑行数据曲线拟合法”进行试验探索子午线轮胎滚动阻力与节油效果之间的相关规律,得出试验轮胎的滚动阻力因数、滑行距离、节油率三者之间的关系如下。
(1)子午线轮胎的滚动阻力因数与斜交轮胎
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相比有明显下降,可减小20%～35%。
(2)滚动阻力的减小与汽车滑行距离的增大是相对应的,试验结果表明,子午线轮胎滑行距离比斜交轮胎增大26%～30%。
(3)滚动阻力的减小使汽车的耗油量降低:滚动阻力每减小10%,汽车耗油量降低2%～3%。 (4)子午线轮胎的节油率与汽车行驶速度的相关规律是低速行驶时节油率高,高速行驶时节油率更高。高速节油率高显示了子午线轮胎结构的优越性,高强度、不易拉伸的周向环形带束层使子午线轮胎在高速行驶时变形阻力小、胎面滑移小且耐磨。
(5)子午线轮胎气压对燃料消耗的影响。适当提高轮胎气压可减小斜交轮胎的滚动阻力,从而达到降低油耗的目的。但对子午线轮胎来说,提高轮胎气压来降低滚动阻力、节约燃料的效果不显著。
(6)路面对轮胎的滚动阻力和油耗影响很大。汽车行驶在水泥和沥青路面上时,承受载荷的路面变形很小,但是,路面的不平处会引起轮胎和汽车悬架产生附加的多次弹性变形,因而也产生一定能量的损失。汽车行驶在土路、沙地和雪地等松软地面上时,轮胎本身发生一定的弹性变形,尽管这种弹性变形比在硬路面上小,但松软路面在车轮滚动过程中会形成车辙,发生永久塑性变形。土壤的抗压缩和抗剪切的能力越低,路面的塑性变形越大,结果导致轮胎的滚动阻力越大,汽车的耗油量上升。大量试验表明,子午线轮胎在不同路面上行驶都有明显的节油效果。212 耐磨性能汽车在良好路面行驶时,胎面磨耗是轮胎损坏的主要原因。胎面磨耗是轮胎与路面各表面间相互移动和相互作用时所产生的一系列的机械负荷与热负荷对轮胎胎面材料发生作用的结果。轮胎滚动时胎面花纹块都要通过路面的接触区,并受到轮胎向路面传递的各种力的作用,其中包括
汽车的重力(径向或法向应力)、
牵引力或制动力(周向切应力)和侧向力(横向切应力)。在这些力的作用下,引起花纹块的变形及与路面之间产生切向应力。如果花纹块变形很大,致使轮胎接地面内的摩擦力等于或小于花纹块的变形力,则出
现花纹块相对路面的滑动。因此,轮胎磨耗的大小实质上取决于接地面内花纹块的受力程度。 切向应力对轮胎磨耗影响很大。在轮胎与地面之间接触压力较高的区域,切向应力大则轮胎变形大,而变形又促使胎面发生疲劳裂口。在接触压力较低的区域,切向应力大时可引起接地面的胎面各点产生滑动现象,导致胎面摩擦和磨损现象。子午线轮胎因有刚性很大的带束层来承受较大的周向切应力而极少变形;其法向变形虽比斜交轮胎大,但胎侧容易屈挠使接地面上胎冠横向切应力相对减低,因此,胎面与路面之间的周向与横向的剪切变形均远小于斜交轮胎,耐磨性能较好。 此外,子午线轮胎的r/r0比斜交轮胎大,其滑行距离也比斜交轮胎大得多,相对也改善了其耐磨性能。213 缓冲性能
汽车行驶时,来自路面的冲击以及汽车行驶系和传动系中作用力的大小、方向不断地变化使汽车产生振动。这种振动不仅给乘坐者不舒适的感觉,而且对所运货物的完整性不利。由于振动产生的动负荷,还能引起汽车机体磨损加剧,甚至造成损坏。轮胎作为汽车的主要配件,对汽车振动的吸收或缓和起着关键作用,而且这种作用的大小与轮胎的结构有关。
国内多年实践证明,载重汽车装用子午线轮胎后,无论是乘坐舒适性或对汽车本身机体及载货的损坏率都有明显改善。例如,有些长途客车装用斜交轮胎时车窗发出的共振声响刺耳,改装配子午线轮胎后则此现象几乎完全消失。长途客车装用斜交轮胎越过沟坑时,后排乘客由于颠簸有时被抛离座椅,头碰车顶,改用子午线轮胎后,这种现象基本上不出现。
目前一般认为,汽车在低速、高速下或在较坏、良好路面上行驶,即在低频振动和高频振动下行驶,子午线轮胎比斜交轮胎有较好的减震性能;但在中频(40～100Hz)振动下行驶,子午线轮胎的减震性能并不比斜交轮胎好。减震特性的好坏是车况、路面和轮胎三者综合作用的结果,不同条件下有不同的反映。但总而言之,子午线轮胎还是比斜交轮胎有较好的缓冲性能。因为前者的径
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向刚度低、弹滞损失小,这种柔软、弹性恢复能力
好的轮胎无疑能较好地吸收或缓和轮胎对地面的冲击、碰撞以及轮胎本身的振动。214 操纵稳定性和制动性能
汽车的操纵稳定性包括操纵性和稳定性两个方面。操纵性指汽车遵循驾驶员的指令而运动的性能。稳定性是汽车抵抗外界干扰而保持原有平衡状态或达到新的平衡状态的能力。全面评价一辆汽车操纵稳定性的好坏不容易,但最起码、最基本的要求是应具有良好的稳态转向特性、回正性能、转向轻便性和驱动与制动性能等。不同结构的轮胎对这些性能有不同的影响。21411 稳态转向特性 驾驶员操纵方向盘转过某一角度,并保持这个角度不变,经过一段时间汽车达到稳定的等速圆周行驶状态,不随时间而改变,称之为稳态转向特性。汽车稳态转向特性有不足转向、中性转向和过多转向3种类型(见图1)。例如汽车圆周行驶时,驾驶员使方向盘保持某固定的转角令汽车以不同的固定速度行驶,若车速高时汽车的转向半径增大,则称汽车具有不足转向特性;若汽车转向半径不变,则汽车具有中性转向特性;若转向半径愈来愈小,则称汽车具有过多转向特性。
图1 汽车3种稳态转向特性
R—转弯半径。
一般情况下,只有具有适度不足转向的汽车才有良好操纵稳定性。汽车不能有过多的转向特性,有中性转向特性也不好,因为汽车本身或外界
使用条件发生某些变化(如轿车的行李厢超重或前、后轮轮胎气压改变等),汽车很容易转变为过多转向,驾驶员不适应就可能出现失控事故。21412 回正性能
汽车的回正性能表示汽车从曲线行驶回复到
直线行驶的过程中在回正力矩作用下前轮回复到
直线行驶的能力,或者说是转向后方向盘自动复位的能力。回正力矩太小,回正过程缓慢的汽车回不到正中或回正力矩过大,回正过程中汽车行驶方向剧烈摆动。回正力矩还是影响转向过程中驾驶员路感的重要因素。在同样偏离角下,尺寸大的轮胎一般回正力矩较大。子午线轮胎的回正力矩比斜交轮胎大,这与轮胎的侧偏刚度有关。侧偏刚度即地面作用于轮胎上的侧向反作用力与侧偏角的比值。子午线轮胎因有一个水平弯曲刚度很大的带束层,故其侧偏刚度通常比斜交轮胎大。侧偏刚度较大的轮胎,地面作用于轮胎上的侧向反作用力较大,轮胎印痕在地面上不易扭曲,因此,子午线轮胎的回正力矩相对比斜交轮胎稍大。但是轮胎的侧偏刚度与其规格、材料、层级、轮辋以及气压、负荷有关,实际上不同规格轮胎的回正性能差别很大。对不同汽车装用子午线轮胎的测定表明,同一辆车装用子午线轮胎时,其回正能力与斜交轮胎比较互有高低,但符合一般要求(2s内汽车横摆角速度回复到零,残余角速度不得大于115rad・s-1)。21413 转向轻便性
驾驶员操纵方向盘控制汽车的行驶方向,方向盘过重,驾驶员不能敏捷地打方向盘,且容易疲劳;方向盘过轻,驾驶员会失去路感,觉得汽车发飘难以控制。汽车在原地打方向盘时,子午线轮胎的转向力大于斜交轮胎;汽车低速行驶时,子午线轮胎的转向力有比斜交轮胎偏小的趋势。 汽车在转向时所需的力包括回正力矩和摩擦力矩两部分。轮胎接地面的受力程度同轮胎与地面间的接触程度有关。静态下轮胎与地面的接触
程度可认为是最佳状态,因此,垂直负荷引起地面
对轮胎的法向反作用力及对地面的摩擦力矩,静态比动态要大得多,动态车轮的转向比静态的轻便得多。轮胎接地面上的摩擦力,子午线轮胎比斜交轮胎小,故在低速转向时,同斜交轮胎相比,子午线轮胎车轮的转向力会小些。21414 驱动与制动性能
汽车的驱动系统和制动系统是决定汽车驱动和制动性能好坏的基本条件,但不是唯一的,只有再加上轮胎的附着能力才构成保证汽车行驶的必要和充分条件。常见的现象是当牵引力大于附着
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力时,轮胎就在地面上滑转;制动力超过附着力时,轮胎就会在地面上滑移。为了保证轮胎在垂直负荷下,车轮具有良好的驱动和制动性能,防止和减少轮胎滑动,除了用油门踏板或制动踏板控制轮胎的驱动力矩和制动力矩外,应提高轮胎与路面的附着因数。 路面的类型和状况(干或湿)、轮胎气压与行驶温度、行驶速度、汽车负荷与牵引力的大小以及轮胎的结构和材料都对附着因数产生影响,但主要还是决定于路面和轮胎。
子午线轮胎与斜交轮胎相比,其胎侧刚性低、胎冠刚性大且在接地区域内分布均匀,使得胎冠的周向、径向和法向压缩变形及花纹块滑移都较小,这大大提高了轮胎传递切向力的能力。子午线轮胎的带束层钢丝帘线是以接近周向的大角度排列的,故其横向刚性比周向稍小,横向刚性的均匀分布也不及周向刚性,导致其横向滑移大于周向滑移。 试验证明,装用子午线轮胎的汽车动力性能好、起步速度快、加速效应灵、制动效率高,起步速度比斜交轮胎快315%～15%,加速效应约快30%,制动效率高10%～15%。此外,当花纹形式相近时,子午线轮胎的爬坡性能比斜交轮胎好。3 使用注意事项311 车轮前束
装用子午线轮胎的汽车车轮的前束值要比斜交轮胎小,推荐前束为零。前束小对轮胎的磨耗有利,尤其对轮胎磨偏影响很大。适当选择前束可使前束引起的侧向力与车轮外倾角引起的侧向力相互抵消,避免额外的轮胎磨耗和动力消耗。此外,由于子午线轮胎的胎侧柔软,胎面硬,轮胎行驶主要变形区域在胎侧,在车辆侧向力的作用下轮胎产生的偏扭力较小,为平衡此偏扭力、吸收侧向冲击而取较小的前束值或为零。
在较小的偏离角范围内,
轿车子午线轮胎(165R15)所产生的外倾侧向力只有斜交轮胎(5160-15)的1/3左右,而侧偏刚度却比斜交轮胎大50%。在外倾角相同条件下,随着外倾侧向力的降低,轮胎向内滑拖而形成的偏磨也得到改善。因此,为了平衡外倾车轮的磨耗而采用的前
束值子午线轮胎应减小或为零,否则会由于前束
不合理而引起侧向力增大、滚动阻力增大、操纵稳定性下降、轮胎偏磨加剧等一系列的副作用。312 轮胎装配
同一车轴不能混装不同结构的轮胎,也不能前轴装子午线轮胎,后轴装斜交轮胎。子午线轮胎和斜交轮胎的径向、侧向以及切向刚度都不同。若混装在同车轴上,由于各自刚度的差异引起地面对轮胎的反作用力不一样,可能造成单条轮胎打滑,磨损加剧;或单条轮胎超载而产生早期破损,甚至由于左右轮胎法向变形不同而恶化车辆的操纵稳定性。若前轴装子午线轮胎,后轴装斜交轮胎,由于前轮侧偏刚度较大,侧倾刚度较小,不仅后轮磨损较快,而且不足转向减小,甚至变成过多转向,严重影响车辆的操纵稳定性。尤其当地面附着因数较低或汽车快速转向时,后轮弹性常数较低,极易发生后轮跳离地面或甩尾的危险。 子午线轮胎应用标准轮辋,若装用许用轮辋,应选取宽轮辋。使用宽轮辋能提高子午线轮胎的侧偏刚度和行驶稳定性,延长胎圈和胎侧的寿命。如6.00-16轮胎,气压为0.2MPa,负荷为4.66kN,分别装在宽度为76.2,101.6和127mm轮辋上时,其侧偏刚度指数相应为100,122和128。图2示出了240-508P轮胎在不同宽度轮辋上的侧向变形量的比较。
图2 轮辋宽度对胎侧变形的影响
子午线轮胎胎圈应力较大,必须将它平稳地安装在轮辋上。装胎前、卸胎后应对轮辋进行细致检查,若轮辋有弯曲、
变形、裂缝、损伤以及着合面尺寸变化,应立即修理或更换,否则会损坏胎圈,使轮胎产生不正常磨损。汽车轮胎行驶条件不同,选用的轮胎亦不同。无内胎轿车子午线轮
胎对胎圈与轮辋的紧密配合要求很高,装卸困难,最好使用专用装卸机。
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313 轮胎气压
在轮胎设计中标准气压是按轮胎允许载荷
量、轮胎的类别和使用特点,通过一系列的计算和试验方法确定的,因此,轮胎使用中应严格执行轮胎的标准气压,这是使轮胎达到应有的行驶里程的基本条件之一,对子午线轮胎显得更为重要。为了减小轮胎的过分变形,子午线轮胎的充气标准比同规格斜交轮胎大,载重轮胎气压大0105～0115MPa,轿车轮胎大0102～0103MPa。装用后,必须保持轮胎的气压不低于标准规定。斜交轮胎气压每变化011MPa,其径向变形变化015%;而子午线轮胎气压每变化011MPa,其径向变形变化达115%,可见子午线轮胎对气压的要求更为严格。因此,子午线轮胎在使用过程中应及时检查气压和随时补气,否则,气压过低,轮胎侧偏刚度下降,拖距增大,引起轮胎磨耗加剧,且轮胎在低压下长时间工作,弹滞变形与生热较大,极易导致轮胎脱层报废;气压过高,会恶化轮胎平顺性,减小接地面积,降低轮胎对地面的附着力,使制动性能变差,易打滑,并增大了轮胎冠部的磨损。 使用斜交轮胎时,有的驾驶员在行驶途中往往因为没有气压表或气压表不准,凭借经验观察轮胎的变形状况或靠敲听胎体的声响来判断气压的高低;但使用子午线轮胎时绝对不允许这样,否则会造成很大错误。因为子午线轮胎胎体柔软,正常气压下的负荷变形状态从外观观察同斜交轮胎的缺气状态相似,胎体的声响也与斜交轮胎完全不同,如果仅仅根据这些现象认为轮胎缺气,即使打进大量气体也不会改变轮胎的形状或者得到斜交轮胎那样的声响,结果导致轮胎气压过高,轻则降低轮胎的缓冲性能,重则引起轮胎爆破等交通事故。314 驾驶操作
第一次装用子午线轮胎,驾驶员一般都对操纵稳定性较担心,主要是感到方向盘有些“发飘”。所谓发飘指汽车在前进中驾驶员没有操纵方向盘而汽车自己不断改变前进方向,表现为手中的方向盘自动左右摆动的现象。装用斜交轮胎的汽车前束过大也产生这种现象,这是由于前束过大意味着地面对轮胎产生向内的侧向力大于向外的侧
向力。在不平路面上直线行驶的汽车,由于两个前轮与地面的接触程度连续出现差异,地面对左右轮胎的这种附加侧向力作用也发生变化,从而导致前轮前进方向忽左忽右,难以驾驶。 子午线轮胎的发飘同前束引起的发飘有着本质区别,前者是由于刚性带束层引起的,而斜交轮胎胎面柔软,一般遇到碎石会产生“包容”现象,故由此引起的车轮偏转以及通过操纵机构反应到方向盘上的摆动较轻微。子午线轮胎胎冠刚性大,碰到路面的碎石不仅难以“包容”,而且产生的侧向力比斜交轮胎大,迫使车轮发生的偏转也大,加上回正能力较差,因此,即使行驶在较平坦的路面上,汽车行驶方向摆动也较斜交轮胎略慢。 由于子午线轮胎胎圈承受70%的应力,故停车、刹车、穿过铁路交叉和越过障碍物时应尽量降低车速,以免损坏胎圈。又由于子午线轮胎侧向稳定性相对于斜交轮胎稍差,故其拐弯半径要大些,且在转弯、会车、超车及泥泞道路、坡道、便道时轮胎易打滑,雨雪天行车要特别注意,以保证行车安全。子午线轮胎在高速公路上行驶可以充分发挥其高速性能,因其高速行驶时生热比斜交轮胎低。据试验,行驶速度为69km・h-1的斜交轮胎胎肩温度达120℃,而米其林子午线轮胎在速度为110km・h-1时胎肩温度只有104℃。全钢子午线轮胎的工作温度比斜交轮胎低,提高速度时内压增大幅度比斜交轮胎小,加之子午线轮胎胎体层数少,生热少、散热快,因此使用子午线轮胎时提高车速不易引起轮胎爆破。 为了用好子午线轮胎,应对驾驶员进行使用子午线轮胎的技术教育,在驾驶操作上建议驾驶员掌握如下要领。
(1)驾驶员必须掌握子午线轮胎的变形特性,养成适应子午线轮胎操作规律的驾驶习惯,对汽车的装载、路面等选择提出更高的要求。驾驶员操作熟练时,发飘、侧倾等不安全感将消失。 (2)起步要慢,刹车要稳,转弯、会车、超车或在碎石路面行驶时,车速比斜交轮胎稍低,以减小车辆的惯性力、离心力和侧向力。
(3)汽车装货时,装载高度不得超过规定,否则重心偏移增大,易加剧车辆行驶的不稳定性。315 保护胎体
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子午线轮胎胎侧薄,变形大,胎侧帘线之间仅仅靠橡胶联结,周向强度低,在使用过程中应避免机械损伤,特别应避免路旁石块、尖锐物的侧划伤。在负荷变形时,接地区域附近胎侧帘线间的距离呈辐射状张开和缩拢,多次变形后,帘线间的橡胶和胎侧胶容易疲劳老化。因此,子午线轮胎胎侧容易损伤,如发现胎侧有周向或径向裂口时应及时修补,防止裂口扩展。若裂口扩展至胎体帘线层则应停止使用,以保证行车安全和便于轮胎修补。为此汽车在行驶中应避开车辙、路牙、石块或其它尖锐障碍物,并要避免重物撞击胎侧,消除产生损伤的隐患。 对于条形花纹的子午线轮胎,有的花纹沟容易夹石子,在停车和收车时,应及时把花纹沟中的石子清除干净。
子午线轮胎胎侧胶薄,在编号烙印时必须按标志规定的位置;若无标志,则应选择胶层较厚的胎圈上部,且要烙得清楚些。 对全钢子午线轮胎的伤口要特别注意,若发现胎面钢丝刺穿或胎侧受机械损伤、钢丝折断等情况,应及时修补,严防由于伤口受潮引起钢丝锈蚀而破坏。4 保养
411 使用中的保养
(1)子午线轮胎采用三阶段用胎法,第一阶段新子午线轮胎装于客车上使用,第二阶段翻新后装于货车上并使用至中期,第三阶段将中期轮胎装于拖车上使用。
(2)严格执行子午线轮胎的保养规范,经常检查轮胎胎面上的石子或尖锐物,并随时、
及时清理撬除,这对保养子午线轮胎十分重要,刺伤物若不及时撬除,当轮胎转动时,由于应力应变必然使扎伤的深度增大,伤及带束层甚至胎体。即使轻微的刺伤也会引起水分入侵,扩大损伤范围,甚至导致轮胎早期报废。
(3)为防止子午线轮胎胎肩及胎趾口两个薄弱环节的应力过分集中,在使用保养方面应特别注意充气压力应比同层级的斜交轮胎略高。装载货物的质量及位置、方式要适当以保持轮胎受力均匀。严格执行轮胎定期换位,保证轮胎受力、磨
耗均匀。轮胎配套尺寸要合理,以利于延长其使
用寿命,防止两肩磨偏。
(4)子午线轮胎的损坏应及时修理,防止水分浸入胎体和损伤扩大。若采用简易硫化设备修补,应防止胎体变形。
(5)子午线轮胎使用的轮辋必须与轮胎的设计要求相配合,否则容易导致趾口部位损坏。 (6)为了争取子午线轮胎能多次翻新,轮胎应使用到一定阶段、保持一定的花纹深度,即不准磨损带束层。
(7)子午线轮胎使用到后期,应根据胎面的磨耗情况及时将前轮卸下装于后轮使用,严禁不同结构的轮胎混装。
(8)在路面较弯曲、坡陡的地段应慢速行驶,并注意避免胎侧部位擦碰路坎或障碍物,以防刺伤胎侧,造成轮胎早期损坏。
(9)子午线轮胎最好装用IIR内胎,IIR内胎具有耐热、耐老化和气密性好的优点,能保持气压正常,以减轻胎体钢丝疲劳,提高轮胎的行驶里程,达到节油、节胎的效果。
(10)无内胎子午线轮胎的拆装。①装胎前应检查轮辋是否有变形或裂缝,若有问题则需修理
或更换轮辋,且应除掉轮辋表面及胎圈底座和O形圈沟槽部分的铁锈和其它杂物。②凡拆装O形圈轮辋的轮胎需换上新的O形圈。安装轮胎前应检查O形圈是否有缺陷,并涂上润滑剂。③拆装轮胎应使用胎圈脱卸器或轮胎拆装机,不应硬撬、硬砸以免损坏胎里及胎圈气密层。为安装方便,可用中性肥皂液或专用润滑剂涂抹胎圈底部和轮辋圈座,不应使用如润滑脂类等能影响轮胎质量的润滑剂。④无内胎工程机械轮胎的圆周装有钢带时,应先把轮胎装压轮辋上,并充入大约150kPa的气压后才可以把钢带割断除下。412 修理
子午线轮胎的修理指轮胎在使用过程中产生胎体钉眼、穿洞、肩空、胎侧伤疤、胎圈损坏等而胎面花纹完好需要修理才能继续工作。有条件的运输公司、车队应建立轮胎的修理或修补车间,及时修补损坏的轮胎,这是用好子午线轮胎的基本条件。因为子午线轮胎的优点之一是强度高,能多次翻新,故使用中应千方百计保护胎体,尽量减小
第10期 林礼贵1轮胎的管理、使用和保养讲座第8讲子午线轮胎629
轮胎的管理、使用和保养讲座
第8讲 子午线轮胎
林礼贵
(北京永外和义东里五区12楼三门303室 100076)
中图分类号:TQ33611 文献标识码:E 文章编号:100628171(2003)1020629208
1 类型、构造及优越性111 类型
20倍),且强度高,耐老化。无内胎轮胎比有内胎
轮胎具有很多优点,但其对耐透气性提出了更高要求,一般都在轮胎胎里贴上耐透气性好、耐热空气老化性以及粘合性能良好的气密层来取代内衬层,气密层应比内衬层厚得多。113 优越性
(1)耐磨性能好。子午线轮胎耐磨性能一般
根据带束层和胎体骨架材料的不同,子午线轮胎可分为全钢子午线轮胎、半钢子午线轮胎和全纤维子午线轮胎3类。载重子午线轮胎有全钢或半钢的;轿车子午线轮胎有半钢的或全纤维的。活胎面全钢子午线轮胎是从子午线轮胎衍生出来的,由钢丝帘线呈子午线方向排列的胎体和带有钢丝帘线呈周向排列的带束层的并可卸换的胎条两部分组成。活胎面全钢子午线轮胎除兼有子午线轮胎的一些优点外,最大的特点是胎条磨损后可以随时更换,也可以根据路面或季节变化换用不同花纹的胎条。112 构造
比斜交轮胎高50%～75%。
(2)滚动阻力小、节油。子午线轮胎滚动阻力比斜交轮胎小20%～40%,节油率提高5%～10%,有的甚至达14%以上,提高了燃料利用率,
从而有利于减轻环境污染。 (3)缓冲性能好。
(4)高速性能好。车辆行驶速度对轮胎的滚动阻力影响很大。当汽车行驶速度为80～100km・h-1时,轮胎滚动阻力随行驶速度的增大而增
子午线轮胎有无内胎和有内胎之分,有内胎的子午线轮胎同斜交轮胎一样,由外胎、内胎和垫带组成;无内胎子午线轮胎只有外胎,胎里必须有气密层,气密层和胎圈与轮辋紧密配合,气门嘴固定在轮辋上。
子午线轮胎的外胎基本组成部件与斜交轮胎差不多,即胎面、胎侧、带束层、胎肩垫胶、胎体帘布层、钢丝圈、三角胶、胎圈包布和内衬层,无内胎子午线轮胎则以气密层取代内衬层。
子午线轮胎在使用过程中损坏原因之一是水气渗透到帘布层中,破坏了胶与钢丝的粘合。这些水气是轮胎在使用过程中通过内胎渗入外胎中去的。因此,要求全钢或半钢子午线轮胎必须使
用IIR内胎。这是由于IIR内胎耐透气性好(对空气和水蒸气的抗透过能力比NR内胎大10～
大,速度达到150～200km・h-1时,滚动阻力迅速增大,轮胎发生驻波现象,轮胎轮廓不再是圆形,而呈波浪状,此时轮胎能量损失大致与速度的平方成正比,内摩擦产生的能量转化为热能,使胎体升温,温度急增使橡胶和帘线的性能降低,多次变形的疲劳性增大,部件间的粘合力降低,导致胎面剥离、脱体脱层甚至轮胎爆破。子午线轮胎高速行驶时,滚动损失小,生热低,散热快,行驶温度比斜交轮胎低20～30℃,同时变形小,胎侧有抑制振动的能力,因此,其产生驻波的临界速度比斜交轮胎高得多。高速公路上经常发生斜交轮胎爆破的交通事故,说明斜交轮胎不如子午线轮胎适应高速行驶。
630轮 胎 工 业 2003年第23卷
(5)安全性能好。子午线轮胎有坚硬的刚性
带束层,行驶时碰到石头、铁钉等尖锐物,胎冠不易被扎透,胎面抗硬伤能力好。统计表明,整个子午线轮胎的硬伤率比斜交轮胎低。此外,由于子午线轮胎整体弹性好,即使在高速下碰到障碍物也很少因撞坏而立即爆破。
(6)牵引性能和通过性能好。子午线轮胎有较高的冲击弹性,在不良路面能缓冲和吸收振动与冲击,胎体柔软,故引起的土壤变形小。由于子午线轮胎带束层的刚性大,胎面接地面积比斜交轮胎大,并且接地单位压强分布均匀,从而提高了轮胎的通过性能。在湿路面上,子午线轮胎的牵引力比斜交轮胎高10%～20%。2 使用特性211 能量消耗
轮胎对汽车燃料的消耗影响很大。轮胎滚动阻力在汽车燃料消耗中占很大比例,一般在坚硬路面上,轮胎滚动阻力消耗功率占汽车发动机输出功率的30%～40%,其中胎内摩擦生热消耗的功率占轮胎滚动阻力耗用功率的90%左右,轮胎接地面上的摩擦所耗用的功率约占轮胎耗用功率的5%～10%;其它如空气流与轮胎表面间的摩擦损失等仅占轮胎滚动阻力耗用功率的115%～3%。因此,降低轮胎自身摩擦及轮胎与路面摩擦是降低轮胎滚动阻力、节约燃料消耗的重要途径。21111 轮胎的内摩擦
轮胎的内摩擦以弹性滞后来表征。因轮胎是非理想弹性体,其在负荷下的滚动可视为连续反复的径向加载(压缩)、卸载(恢复)过程。在这过程中,为了克服胎体材料的分子内摩擦和相互摩擦需要消耗部分能量,并转换为热能消散在大气中,这种能量损失称为轮胎的弹滞损失。弹滞损失是产生轮胎滚动阻力的重要因素。 轮胎的弹滞损失与轮胎的部件组成方式、部件数量和材质有关。与斜交轮胎相比,规格、层级相同的子午线轮胎,其帘布层数少,且帘线的变形方向一致,故在相同负荷下滚动时,子午线轮胎帘线与帘线、帘线与橡胶之间的剪切应力比斜交轮胎小得多。另外,斜交轮胎胎体采用纤维帘布,而子午线轮胎则全部或部分采用钢丝帘布,钢丝的
拉伸变形极小,比棉纤维、锦纶和人造丝等纤维帘
线小5～6倍。而随着轮胎胎体内应力2应变的减小,帘线材料的弹滞损失亦减小,这是子午线轮胎滚动阻力低、燃料消耗小的一个重要原因。21112 轮胎与地面的摩擦轮胎在滚动过程中,除了压缩时要消耗大量的功外,轮胎与地面间的摩擦也消耗功,而大部分的功是以弹性变形能的形式积聚在轮胎内,在弹性恢复区域内转变为轮胎滚动的动能。 轮胎能量主要消耗在由于地面产生法向变形和剪切变形而引起轮胎与地面各不平处的机械摩擦上,其能量损失与弹滞损失一样,也能引起地面反作用合力发生前移现象,因此,轮胎在负荷下滚动受弹性损失以及与地面摩擦损失二者共同作用。子午线轮胎由于胎冠有刚性带束层的约束,当其在负荷下滚动时圆周方向的变形很小,法向反作用合力的作用线前移值e比斜交轮胎小得多,而滚动半径r比斜交轮胎大,使子午线轮胎的e/r值小于斜交轮胎,故行驶相同距离时,其用于克服滚动摩擦反力矩所消耗的功小于斜交轮胎。这也是子午线轮胎滚动阻力和能量消耗较低的主要原因之一。21113 轮胎的自由半径r0和滚动半径r
子午线轮胎r/r0比斜交轮胎大,这是由于子午线轮胎具有刚性带束层,滚动接地时,胎面的滑移小,周向变形也小,使子午线轮胎的滚动阻力小,并具有较好的耐磨性。21114 轮胎的滚动阻力因数和滑行距离
采用清华大学汽车工程系推荐的“低速滑行数据曲线拟合法”进行试验得知,轻型载重子午线轮胎与相对应的斜交轮胎相比,其滚动阻力因数下降约为26%～35%,滑行距离增大约715%～3614%。21115 轮胎的滚动阻力与汽车的节油效果
滚动阻力小是子午线轮胎节油的主要原因。采用清华大学汽车工程系推荐的“低速滑行数据曲线拟合法”进行试验探索子午线轮胎滚动阻力与节油效果之间的相关规律,得出试验轮胎的滚动阻力因数、滑行距离、节油率三者之间的关系如下。
(1)子午线轮胎的滚动阻力因数与斜交轮胎
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相比有明显下降,可减小20%～35%。
(2)滚动阻力的减小与汽车滑行距离的增大是相对应的,试验结果表明,子午线轮胎滑行距离比斜交轮胎增大26%～30%。
(3)滚动阻力的减小使汽车的耗油量降低:滚动阻力每减小10%,汽车耗油量降低2%～3%。 (4)子午线轮胎的节油率与汽车行驶速度的相关规律是低速行驶时节油率高,高速行驶时节油率更高。高速节油率高显示了子午线轮胎结构的优越性,高强度、不易拉伸的周向环形带束层使子午线轮胎在高速行驶时变形阻力小、胎面滑移小且耐磨。
(5)子午线轮胎气压对燃料消耗的影响。适当提高轮胎气压可减小斜交轮胎的滚动阻力,从而达到降低油耗的目的。但对子午线轮胎来说,提高轮胎气压来降低滚动阻力、节约燃料的效果不显著。
(6)路面对轮胎的滚动阻力和油耗影响很大。汽车行驶在水泥和沥青路面上时,承受载荷的路面变形很小,但是,路面的不平处会引起轮胎和汽车悬架产生附加的多次弹性变形,因而也产生一定能量的损失。汽车行驶在土路、沙地和雪地等松软地面上时,轮胎本身发生一定的弹性变形,尽管这种弹性变形比在硬路面上小,但松软路面在车轮滚动过程中会形成车辙,发生永久塑性变形。土壤的抗压缩和抗剪切的能力越低,路面的塑性变形越大,结果导致轮胎的滚动阻力越大,汽车的耗油量上升。大量试验表明,子午线轮胎在不同路面上行驶都有明显的节油效果。212 耐磨性能汽车在良好路面行驶时,胎面磨耗是轮胎损坏的主要原因。胎面磨耗是轮胎与路面各表面间相互移动和相互作用时所产生的一系列的机械负荷与热负荷对轮胎胎面材料发生作用的结果。轮胎滚动时胎面花纹块都要通过路面的接触区,并受到轮胎向路面传递的各种力的作用,其中包括
汽车的重力(径向或法向应力)、
牵引力或制动力(周向切应力)和侧向力(横向切应力)。在这些力的作用下,引起花纹块的变形及与路面之间产生切向应力。如果花纹块变形很大,致使轮胎接地面内的摩擦力等于或小于花纹块的变形力,则出
现花纹块相对路面的滑动。因此,轮胎磨耗的大小实质上取决于接地面内花纹块的受力程度。 切向应力对轮胎磨耗影响很大。在轮胎与地面之间接触压力较高的区域,切向应力大则轮胎变形大,而变形又促使胎面发生疲劳裂口。在接触压力较低的区域,切向应力大时可引起接地面的胎面各点产生滑动现象,导致胎面摩擦和磨损现象。子午线轮胎因有刚性很大的带束层来承受较大的周向切应力而极少变形;其法向变形虽比斜交轮胎大,但胎侧容易屈挠使接地面上胎冠横向切应力相对减低,因此,胎面与路面之间的周向与横向的剪切变形均远小于斜交轮胎,耐磨性能较好。 此外,子午线轮胎的r/r0比斜交轮胎大,其滑行距离也比斜交轮胎大得多,相对也改善了其耐磨性能。213 缓冲性能
汽车行驶时,来自路面的冲击以及汽车行驶系和传动系中作用力的大小、方向不断地变化使汽车产生振动。这种振动不仅给乘坐者不舒适的感觉,而且对所运货物的完整性不利。由于振动产生的动负荷,还能引起汽车机体磨损加剧,甚至造成损坏。轮胎作为汽车的主要配件,对汽车振动的吸收或缓和起着关键作用,而且这种作用的大小与轮胎的结构有关。
国内多年实践证明,载重汽车装用子午线轮胎后,无论是乘坐舒适性或对汽车本身机体及载货的损坏率都有明显改善。例如,有些长途客车装用斜交轮胎时车窗发出的共振声响刺耳,改装配子午线轮胎后则此现象几乎完全消失。长途客车装用斜交轮胎越过沟坑时,后排乘客由于颠簸有时被抛离座椅,头碰车顶,改用子午线轮胎后,这种现象基本上不出现。
目前一般认为,汽车在低速、高速下或在较坏、良好路面上行驶,即在低频振动和高频振动下行驶,子午线轮胎比斜交轮胎有较好的减震性能;但在中频(40～100Hz)振动下行驶,子午线轮胎的减震性能并不比斜交轮胎好。减震特性的好坏是车况、路面和轮胎三者综合作用的结果,不同条件下有不同的反映。但总而言之,子午线轮胎还是比斜交轮胎有较好的缓冲性能。因为前者的径
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向刚度低、弹滞损失小,这种柔软、弹性恢复能力
好的轮胎无疑能较好地吸收或缓和轮胎对地面的冲击、碰撞以及轮胎本身的振动。214 操纵稳定性和制动性能
汽车的操纵稳定性包括操纵性和稳定性两个方面。操纵性指汽车遵循驾驶员的指令而运动的性能。稳定性是汽车抵抗外界干扰而保持原有平衡状态或达到新的平衡状态的能力。全面评价一辆汽车操纵稳定性的好坏不容易,但最起码、最基本的要求是应具有良好的稳态转向特性、回正性能、转向轻便性和驱动与制动性能等。不同结构的轮胎对这些性能有不同的影响。21411 稳态转向特性 驾驶员操纵方向盘转过某一角度,并保持这个角度不变,经过一段时间汽车达到稳定的等速圆周行驶状态,不随时间而改变,称之为稳态转向特性。汽车稳态转向特性有不足转向、中性转向和过多转向3种类型(见图1)。例如汽车圆周行驶时,驾驶员使方向盘保持某固定的转角令汽车以不同的固定速度行驶,若车速高时汽车的转向半径增大,则称汽车具有不足转向特性;若汽车转向半径不变,则汽车具有中性转向特性;若转向半径愈来愈小,则称汽车具有过多转向特性。
图1 汽车3种稳态转向特性
R—转弯半径。
一般情况下,只有具有适度不足转向的汽车才有良好操纵稳定性。汽车不能有过多的转向特性,有中性转向特性也不好,因为汽车本身或外界
使用条件发生某些变化(如轿车的行李厢超重或前、后轮轮胎气压改变等),汽车很容易转变为过多转向,驾驶员不适应就可能出现失控事故。21412 回正性能
汽车的回正性能表示汽车从曲线行驶回复到
直线行驶的过程中在回正力矩作用下前轮回复到
直线行驶的能力,或者说是转向后方向盘自动复位的能力。回正力矩太小,回正过程缓慢的汽车回不到正中或回正力矩过大,回正过程中汽车行驶方向剧烈摆动。回正力矩还是影响转向过程中驾驶员路感的重要因素。在同样偏离角下,尺寸大的轮胎一般回正力矩较大。子午线轮胎的回正力矩比斜交轮胎大,这与轮胎的侧偏刚度有关。侧偏刚度即地面作用于轮胎上的侧向反作用力与侧偏角的比值。子午线轮胎因有一个水平弯曲刚度很大的带束层,故其侧偏刚度通常比斜交轮胎大。侧偏刚度较大的轮胎,地面作用于轮胎上的侧向反作用力较大,轮胎印痕在地面上不易扭曲,因此,子午线轮胎的回正力矩相对比斜交轮胎稍大。但是轮胎的侧偏刚度与其规格、材料、层级、轮辋以及气压、负荷有关,实际上不同规格轮胎的回正性能差别很大。对不同汽车装用子午线轮胎的测定表明,同一辆车装用子午线轮胎时,其回正能力与斜交轮胎比较互有高低,但符合一般要求(2s内汽车横摆角速度回复到零,残余角速度不得大于115rad・s-1)。21413 转向轻便性
驾驶员操纵方向盘控制汽车的行驶方向,方向盘过重,驾驶员不能敏捷地打方向盘,且容易疲劳;方向盘过轻,驾驶员会失去路感,觉得汽车发飘难以控制。汽车在原地打方向盘时,子午线轮胎的转向力大于斜交轮胎;汽车低速行驶时,子午线轮胎的转向力有比斜交轮胎偏小的趋势。 汽车在转向时所需的力包括回正力矩和摩擦力矩两部分。轮胎接地面的受力程度同轮胎与地面间的接触程度有关。静态下轮胎与地面的接触
程度可认为是最佳状态,因此,垂直负荷引起地面
对轮胎的法向反作用力及对地面的摩擦力矩,静态比动态要大得多,动态车轮的转向比静态的轻便得多。轮胎接地面上的摩擦力,子午线轮胎比斜交轮胎小,故在低速转向时,同斜交轮胎相比,子午线轮胎车轮的转向力会小些。21414 驱动与制动性能
汽车的驱动系统和制动系统是决定汽车驱动和制动性能好坏的基本条件,但不是唯一的,只有再加上轮胎的附着能力才构成保证汽车行驶的必要和充分条件。常见的现象是当牵引力大于附着
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力时,轮胎就在地面上滑转;制动力超过附着力时,轮胎就会在地面上滑移。为了保证轮胎在垂直负荷下,车轮具有良好的驱动和制动性能,防止和减少轮胎滑动,除了用油门踏板或制动踏板控制轮胎的驱动力矩和制动力矩外,应提高轮胎与路面的附着因数。 路面的类型和状况(干或湿)、轮胎气压与行驶温度、行驶速度、汽车负荷与牵引力的大小以及轮胎的结构和材料都对附着因数产生影响,但主要还是决定于路面和轮胎。
子午线轮胎与斜交轮胎相比,其胎侧刚性低、胎冠刚性大且在接地区域内分布均匀,使得胎冠的周向、径向和法向压缩变形及花纹块滑移都较小,这大大提高了轮胎传递切向力的能力。子午线轮胎的带束层钢丝帘线是以接近周向的大角度排列的,故其横向刚性比周向稍小,横向刚性的均匀分布也不及周向刚性,导致其横向滑移大于周向滑移。 试验证明,装用子午线轮胎的汽车动力性能好、起步速度快、加速效应灵、制动效率高,起步速度比斜交轮胎快315%～15%,加速效应约快30%,制动效率高10%～15%。此外,当花纹形式相近时,子午线轮胎的爬坡性能比斜交轮胎好。3 使用注意事项311 车轮前束
装用子午线轮胎的汽车车轮的前束值要比斜交轮胎小,推荐前束为零。前束小对轮胎的磨耗有利,尤其对轮胎磨偏影响很大。适当选择前束可使前束引起的侧向力与车轮外倾角引起的侧向力相互抵消,避免额外的轮胎磨耗和动力消耗。此外,由于子午线轮胎的胎侧柔软,胎面硬,轮胎行驶主要变形区域在胎侧,在车辆侧向力的作用下轮胎产生的偏扭力较小,为平衡此偏扭力、吸收侧向冲击而取较小的前束值或为零。
在较小的偏离角范围内,
轿车子午线轮胎(165R15)所产生的外倾侧向力只有斜交轮胎(5160-15)的1/3左右,而侧偏刚度却比斜交轮胎大50%。在外倾角相同条件下,随着外倾侧向力的降低,轮胎向内滑拖而形成的偏磨也得到改善。因此,为了平衡外倾车轮的磨耗而采用的前
束值子午线轮胎应减小或为零,否则会由于前束
不合理而引起侧向力增大、滚动阻力增大、操纵稳定性下降、轮胎偏磨加剧等一系列的副作用。312 轮胎装配
同一车轴不能混装不同结构的轮胎,也不能前轴装子午线轮胎,后轴装斜交轮胎。子午线轮胎和斜交轮胎的径向、侧向以及切向刚度都不同。若混装在同车轴上,由于各自刚度的差异引起地面对轮胎的反作用力不一样,可能造成单条轮胎打滑,磨损加剧;或单条轮胎超载而产生早期破损,甚至由于左右轮胎法向变形不同而恶化车辆的操纵稳定性。若前轴装子午线轮胎,后轴装斜交轮胎,由于前轮侧偏刚度较大,侧倾刚度较小,不仅后轮磨损较快,而且不足转向减小,甚至变成过多转向,严重影响车辆的操纵稳定性。尤其当地面附着因数较低或汽车快速转向时,后轮弹性常数较低,极易发生后轮跳离地面或甩尾的危险。 子午线轮胎应用标准轮辋,若装用许用轮辋,应选取宽轮辋。使用宽轮辋能提高子午线轮胎的侧偏刚度和行驶稳定性,延长胎圈和胎侧的寿命。如6.00-16轮胎,气压为0.2MPa,负荷为4.66kN,分别装在宽度为76.2,101.6和127mm轮辋上时,其侧偏刚度指数相应为100,122和128。图2示出了240-508P轮胎在不同宽度轮辋上的侧向变形量的比较。
图2 轮辋宽度对胎侧变形的影响
子午线轮胎胎圈应力较大,必须将它平稳地安装在轮辋上。装胎前、卸胎后应对轮辋进行细致检查,若轮辋有弯曲、
变形、裂缝、损伤以及着合面尺寸变化,应立即修理或更换,否则会损坏胎圈,使轮胎产生不正常磨损。汽车轮胎行驶条件不同,选用的轮胎亦不同。无内胎轿车子午线轮
胎对胎圈与轮辋的紧密配合要求很高,装卸困难,最好使用专用装卸机。
634轮 胎 工 业 2003年第23卷
313 轮胎气压
在轮胎设计中标准气压是按轮胎允许载荷
量、轮胎的类别和使用特点,通过一系列的计算和试验方法确定的,因此,轮胎使用中应严格执行轮胎的标准气压,这是使轮胎达到应有的行驶里程的基本条件之一,对子午线轮胎显得更为重要。为了减小轮胎的过分变形,子午线轮胎的充气标准比同规格斜交轮胎大,载重轮胎气压大0105～0115MPa,轿车轮胎大0102～0103MPa。装用后,必须保持轮胎的气压不低于标准规定。斜交轮胎气压每变化011MPa,其径向变形变化015%;而子午线轮胎气压每变化011MPa,其径向变形变化达115%,可见子午线轮胎对气压的要求更为严格。因此,子午线轮胎在使用过程中应及时检查气压和随时补气,否则,气压过低,轮胎侧偏刚度下降,拖距增大,引起轮胎磨耗加剧,且轮胎在低压下长时间工作,弹滞变形与生热较大,极易导致轮胎脱层报废;气压过高,会恶化轮胎平顺性,减小接地面积,降低轮胎对地面的附着力,使制动性能变差,易打滑,并增大了轮胎冠部的磨损。 使用斜交轮胎时,有的驾驶员在行驶途中往往因为没有气压表或气压表不准,凭借经验观察轮胎的变形状况或靠敲听胎体的声响来判断气压的高低;但使用子午线轮胎时绝对不允许这样,否则会造成很大错误。因为子午线轮胎胎体柔软,正常气压下的负荷变形状态从外观观察同斜交轮胎的缺气状态相似,胎体的声响也与斜交轮胎完全不同,如果仅仅根据这些现象认为轮胎缺气,即使打进大量气体也不会改变轮胎的形状或者得到斜交轮胎那样的声响,结果导致轮胎气压过高,轻则降低轮胎的缓冲性能,重则引起轮胎爆破等交通事故。314 驾驶操作
第一次装用子午线轮胎,驾驶员一般都对操纵稳定性较担心,主要是感到方向盘有些“发飘”。所谓发飘指汽车在前进中驾驶员没有操纵方向盘而汽车自己不断改变前进方向,表现为手中的方向盘自动左右摆动的现象。装用斜交轮胎的汽车前束过大也产生这种现象,这是由于前束过大意味着地面对轮胎产生向内的侧向力大于向外的侧
向力。在不平路面上直线行驶的汽车,由于两个前轮与地面的接触程度连续出现差异,地面对左右轮胎的这种附加侧向力作用也发生变化,从而导致前轮前进方向忽左忽右,难以驾驶。 子午线轮胎的发飘同前束引起的发飘有着本质区别,前者是由于刚性带束层引起的,而斜交轮胎胎面柔软,一般遇到碎石会产生“包容”现象,故由此引起的车轮偏转以及通过操纵机构反应到方向盘上的摆动较轻微。子午线轮胎胎冠刚性大,碰到路面的碎石不仅难以“包容”,而且产生的侧向力比斜交轮胎大,迫使车轮发生的偏转也大,加上回正能力较差,因此,即使行驶在较平坦的路面上,汽车行驶方向摆动也较斜交轮胎略慢。 由于子午线轮胎胎圈承受70%的应力,故停车、刹车、穿过铁路交叉和越过障碍物时应尽量降低车速,以免损坏胎圈。又由于子午线轮胎侧向稳定性相对于斜交轮胎稍差,故其拐弯半径要大些,且在转弯、会车、超车及泥泞道路、坡道、便道时轮胎易打滑,雨雪天行车要特别注意,以保证行车安全。子午线轮胎在高速公路上行驶可以充分发挥其高速性能,因其高速行驶时生热比斜交轮胎低。据试验,行驶速度为69km・h-1的斜交轮胎胎肩温度达120℃,而米其林子午线轮胎在速度为110km・h-1时胎肩温度只有104℃。全钢子午线轮胎的工作温度比斜交轮胎低,提高速度时内压增大幅度比斜交轮胎小,加之子午线轮胎胎体层数少,生热少、散热快,因此使用子午线轮胎时提高车速不易引起轮胎爆破。 为了用好子午线轮胎,应对驾驶员进行使用子午线轮胎的技术教育,在驾驶操作上建议驾驶员掌握如下要领。
(1)驾驶员必须掌握子午线轮胎的变形特性,养成适应子午线轮胎操作规律的驾驶习惯,对汽车的装载、路面等选择提出更高的要求。驾驶员操作熟练时,发飘、侧倾等不安全感将消失。 (2)起步要慢,刹车要稳,转弯、会车、超车或在碎石路面行驶时,车速比斜交轮胎稍低,以减小车辆的惯性力、离心力和侧向力。
(3)汽车装货时,装载高度不得超过规定,否则重心偏移增大,易加剧车辆行驶的不稳定性。315 保护胎体
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子午线轮胎胎侧薄,变形大,胎侧帘线之间仅仅靠橡胶联结,周向强度低,在使用过程中应避免机械损伤,特别应避免路旁石块、尖锐物的侧划伤。在负荷变形时,接地区域附近胎侧帘线间的距离呈辐射状张开和缩拢,多次变形后,帘线间的橡胶和胎侧胶容易疲劳老化。因此,子午线轮胎胎侧容易损伤,如发现胎侧有周向或径向裂口时应及时修补,防止裂口扩展。若裂口扩展至胎体帘线层则应停止使用,以保证行车安全和便于轮胎修补。为此汽车在行驶中应避开车辙、路牙、石块或其它尖锐障碍物,并要避免重物撞击胎侧,消除产生损伤的隐患。 对于条形花纹的子午线轮胎,有的花纹沟容易夹石子,在停车和收车时,应及时把花纹沟中的石子清除干净。
子午线轮胎胎侧胶薄,在编号烙印时必须按标志规定的位置;若无标志,则应选择胶层较厚的胎圈上部,且要烙得清楚些。 对全钢子午线轮胎的伤口要特别注意,若发现胎面钢丝刺穿或胎侧受机械损伤、钢丝折断等情况,应及时修补,严防由于伤口受潮引起钢丝锈蚀而破坏。4 保养
411 使用中的保养
(1)子午线轮胎采用三阶段用胎法,第一阶段新子午线轮胎装于客车上使用,第二阶段翻新后装于货车上并使用至中期,第三阶段将中期轮胎装于拖车上使用。
(2)严格执行子午线轮胎的保养规范,经常检查轮胎胎面上的石子或尖锐物,并随时、
及时清理撬除,这对保养子午线轮胎十分重要,刺伤物若不及时撬除,当轮胎转动时,由于应力应变必然使扎伤的深度增大,伤及带束层甚至胎体。即使轻微的刺伤也会引起水分入侵,扩大损伤范围,甚至导致轮胎早期报废。
(3)为防止子午线轮胎胎肩及胎趾口两个薄弱环节的应力过分集中,在使用保养方面应特别注意充气压力应比同层级的斜交轮胎略高。装载货物的质量及位置、方式要适当以保持轮胎受力均匀。严格执行轮胎定期换位,保证轮胎受力、磨
耗均匀。轮胎配套尺寸要合理,以利于延长其使
用寿命,防止两肩磨偏。
(4)子午线轮胎的损坏应及时修理,防止水分浸入胎体和损伤扩大。若采用简易硫化设备修补,应防止胎体变形。
(5)子午线轮胎使用的轮辋必须与轮胎的设计要求相配合,否则容易导致趾口部位损坏。 (6)为了争取子午线轮胎能多次翻新,轮胎应使用到一定阶段、保持一定的花纹深度,即不准磨损带束层。
(7)子午线轮胎使用到后期,应根据胎面的磨耗情况及时将前轮卸下装于后轮使用,严禁不同结构的轮胎混装。
(8)在路面较弯曲、坡陡的地段应慢速行驶,并注意避免胎侧部位擦碰路坎或障碍物,以防刺伤胎侧,造成轮胎早期损坏。
(9)子午线轮胎最好装用IIR内胎,IIR内胎具有耐热、耐老化和气密性好的优点,能保持气压正常,以减轻胎体钢丝疲劳,提高轮胎的行驶里程,达到节油、节胎的效果。
(10)无内胎子午线轮胎的拆装。①装胎前应检查轮辋是否有变形或裂缝,若有问题则需修理
或更换轮辋,且应除掉轮辋表面及胎圈底座和O形圈沟槽部分的铁锈和其它杂物。②凡拆装O形圈轮辋的轮胎需换上新的O形圈。安装轮胎前应检查O形圈是否有缺陷,并涂上润滑剂。③拆装轮胎应使用胎圈脱卸器或轮胎拆装机,不应硬撬、硬砸以免损坏胎里及胎圈气密层。为安装方便,可用中性肥皂液或专用润滑剂涂抹胎圈底部和轮辋圈座,不应使用如润滑脂类等能影响轮胎质量的润滑剂。④无内胎工程机械轮胎的圆周装有钢带时,应先把轮胎装压轮辋上,并充入大约150kPa的气压后才可以把钢带割断除下。412 修理
子午线轮胎的修理指轮胎在使用过程中产生胎体钉眼、穿洞、肩空、胎侧伤疤、胎圈损坏等而胎面花纹完好需要修理才能继续工作。有条件的运输公司、车队应建立轮胎的修理或修补车间,及时修补损坏的轮胎,这是用好子午线轮胎的基本条件。因为子午线轮胎的优点之一是强度高,能多次翻新,故使用中应千方百计保护胎体,尽量减小