全钢工程子午胎用回火胎圈钢丝的研究与应用

工程子午胎用回火胎圈钢丝的研究与应用

曾国镇、周黄山、李祥国、张江伟、曹小峰、汤为、倪少英

(上海天懋 上海 200030)

摘要：简述工程子午胎的发展趋势，分析其主要特性。对工程子午胎用回火胎圈钢丝的特性进行分析和研究，以期制定出具有质量保证的工程用回胎圈钢丝标准。 关键词：工程子午胎、胎圈钢丝、研究及应用

1、 全钢工程子午胎的发展现状、趋势及特性

工程胎又称为非公路轮胎，主要用于矿用和工程用自卸车、装载机、起重机、挖掘机、推土机和港口运输的叉车等。近年来，由于世界各国对资源性物质的需求在逐步增加，同时，对水利及基础建设的巨大投入，都不同程度需要大量的工程机械以满足需求，至此，也需要大量的工程轮胎以满足工程机械的要求。 1.1 工程子午胎的发展现状、趋势

目前，在国际市场上，露天采矿工程胎的子午化率已超过80%，地下采矿业工程子午化率也达50%，水泥和采石业工程胎子午化率为40%，港口装卸和运输业为33%。

2006年，我国各类大小规格工程胎总产量约350万条，同比增长50%，其中子午胎20万条，发展迅速。据预测，2010年我国工程胎需求量约340万条，出口160万条，合计500万条，其中子午胎可形成产能200万条，将用于出口和国内需求各一半左右。巨型工程子午胎同时实现产业化约2万条，这是我国轮胎产业中的又一个热点。

在轮胎行业，自子午线轮胎技术诞生以来，由于其所生产轮胎的优越性能随着使用范围和数量的增多越来越显现，节油、提高行业行驶性能，生热低、耐磨、耐刺扎、缓冲性能好、负荷能力大和使用寿命长、及操控性能好等，同时更加安全、节能、环保，实现了速度、节油、负荷、寿命、价格在更高指标上的匹配与平衡。因此，在轮胎行业的发展中，子午线轮胎的生产技术的推广和应用标志着一个国家轮胎产业的竞争实力。在工程胎方面，工程子午胎也逐步取代工程斜交胎。 1.2 工程子午胎特性

工程胎又称为非公路轮胎，主要用于矿用和工程用自卸车、装载机、起重机、挖掘机、推土机和港口运输的叉车等，矿业公司为了降低运输成本，大量使用载重超过108吨以上的

大型工程车辆，这样对巨型工程胎的承载能力及轮胎耐刺扎性能、耐曲挠性、抗疲劳能力有了更高的要求。随着工程胎技术的不断更新、发展，前几年开发的斜交工程巨胎已无法满足大型工程车辆的使用要求，其已逐步被工程子行胎所替代，而这种巨型子午线工程胎在2007年前只有国外的几家著名轮胎公司能够生产，且生产设备、技术严格保密。随着国内轮胎厂家对小型子午线工程轮胎技术的日趋成熟，也逐步引进设备开发巨型子午线线工程轮胎，且有较大的突破。

工程胎的使用基本是在非正常路面行驶，导致其受力不均，特别是其所受到的最大应力很难测算，这就要求在设计制作工程胎时要考虑多方面的复杂因素，以确保工程胎在使用时的安全性及其他综合性能。

2、 工程子午用回火胎圈钢丝的特性分析

回火胎圈钢丝是用于轮胎的胎圈部分，是轮胎的主要骨架材料之一。其作用是使轮胎紧密地固定在轮辋上，并承受轮胎与轮辋之间的各种相互作用力。 2.1 回火胎圈钢丝在轮胎中的受力分析

对于子午线轮胎来说，胎圈是一个非常关键的部位，设计比较复杂，在轮胎生产过程中胎圈工艺要求也比较严格。子午线轮胎胎圈部位承受的内压应力及负荷下的附加应力都比斜交胎大，所以子午线轮胎胎圈要具备比斜交胎胎圈大得多的支撑刚度。而且从刚性的胎圈到柔软的胎侧之间的刚性变化要平顺过渡，这样才能把轮胎胎侧的屈挠点集中维持在轮胎断面水平轴附近，使胎侧能充分发挥其缓冲作用，减少胎侧下部与轮辋的摩擦，防止由于应力集中而产生胎圈脱层、裂口或折断，并能有效地改善子午线轮胎的行驶稳定性。 2.1.1 结构特点

钢丝圈断面形状有：O型钢丝圈、U型钢丝圈、□型钢丝圈、 六角棱型钢丝圈。 2 全钢部位术语胎冠胎冠胎肩非变形区带束层胎肩垫胶内衬层防护线变形区胎侧胎体胎体层胎侧胎圈填充胶条非变形区装配线胎圈胎圈包布耐磨胶条钢丝圈胎踵胎趾

2.1.2 正常路面受力分析

根据有限元分析计算表明：轮胎载荷时主要是由骨架结构承担，而轮胎钢丝圈则要承受其中70~80%。根据有限元方法分析，钢丝圈中的钢丝所受应力是不均匀的，其所受应力主要来自轮胎的充气压力，从轮胎断面内钢丝圈应力分布分析，钢丝圈所受应力分布很不均匀，两侧应力大于中部，且内侧比外侧应力高，最大应力比最小应力高几倍，且远高于整个钢丝圈的平均应力。

2.1.3 非正常路面受力分析

在非正常路面行驶时，由于所受应力复杂，导致轮胎充气压力变化无常，致使钢丝圈所受应力值及分布变化很大，所受最大应力值要比在正常路面行驶时的最大应力值大得多，这就要求钢丝圈中所使用的回火胎圈钢丝的综合性能要更加优越，这样才能满足轮胎在非正常路面的使用要求，保障行驶的安全性、操控性及综合性能等要求 2.2 轮胎解剖对回火胎圈钢丝的分析结果

对国外著名轮胎企业所生产工程子午轮胎进行解剖检测分析，得出其所用回火胎圈钢丝的材质是72A~82A，规格为Ф2.00~2.20mm，强度为1700~2100Mpa 3、 研究及应用

针对对工程子午轮胎使用特性的分析，同时，对国外工程子午轮胎的解剖分析，围绕国内生产工程子午轮胎的厂家，并通过与轮胎厂家进行深入的沟通、交流，制定了工程子午轮胎用回火胎圈钢丝的研究与试制方向。

3.1 分析工程子午轮胎所用钢丝特性、制定产品要求

根据工程胎的特定使用环境分析，其钢丝圈所用回火胎圈钢丝在： ----内在性能上：应保证破断力（强度）、屈服强度和塑性应变指标；

----外在性能上：应严格控制产品的直径、平直度、残余扭转值等，保证产品的通条性的均匀。

否则，会发生不可恢复的塑性变形及轮胎不规则等现象，影响轮胎的安全使用。同时，通过对轮胎的结构设计分析研究，推算出所需钢丝直径、强度、屈服强度等值，确定生产产品标准，标准如表1示：

表1

直 径 （mm） 抗拉强度 (Mpa) 1.80~2.00NT 1.80~2.00HT 2.03~2.20NT 2.03~2.20HT 2.23~2.40NT 2.23~2.40HT ≥1650 ≥2000 ≥1600 ≥1950 ≥1550 ≥1900 ≥85 ≥90 ≥80 ≥85 ≥80 ≥85 ≥25 ≥20 ≥20 ≥15 ≥20 ≥15 屈强比 (%) 扭 转 (次/360°) 弯 曲 (次/90°) R=5.0mm ≥4 ≥4 ≥4 ≥4 ≥4 ≥4 伸长率 (%) ≥5.0 ≥5.0 ≥5.0 ≥5.0 ≥5.0 ≥5.0 ≤400 ≤400 ≤400 ≤400 ≤400 ≤400 ≤±0.75 ≤±0.75 ≤±0.75 ≤±0.75 ≤±0.75 ≤±0.75 0.3±0.15 0.3±0.15 0.3±0.15 0.3±0.15 0.3±0.15 0.3±0.15 ≥1 ≥1 ≥1 ≥1 ≥1 ≥1 平直度 (mm/3m) 残余扭转 (转/9m) 镀 层 (g/kg) 锡 (%) 粘合性能 抽出 (N) 根据客户要求确定 ≥75 附胶 (%) 根据不同的胶料配方,采用不同的硫化条件. 硫化条件 注：1、钢丝直径偏差均为±0.03mm； 2、钢丝通条强度差不得超过200Mpa。

3.2 产品性能测试及用户使用结果

根据不同轮胎企业所生产的工程子午轮胎型号，我们针对生产了不同规格的回火胎圈钢丝进行跟踪试验，表2是一组数据不同轮胎厂家的测试数据 ：

表2

厂 家 规 格 强 度 （Mpa） 屈强比 （%） 扭转值 次/360° 弯 曲 次/90° 伸长率 （%） 镀 层 粘合性能 附胶（%） 硫化条件 （g/kg） 抽出(N) 0.21 1058 客户1 1.83NT 1759 86 33 7.0 7.0 85 50.8mm, 155℃*10 客户2 1.83NT 1807 91 31 6.0 6.7 0.25 1215 85 50.8mm, 145℃*50 客户3 1.83NT 1870 90 29 6.0 6.5 0.18 1200 90 50.8mm, 150℃*27 客户4 1.83NT 2.00HT 1832 2015 2080 1747 2060 92 93 92 87 91 30 27 26 27 28 5.0 6.0 5.0 6.0 5.0 6.0 6.5 6.3 7.5 6.7 0.19 0.21 0.23 0.19 0.24 2059 2100 970 1060 920 95 95 90 95 85 50.8mm, 149℃*80 50.8mm, 171℃*15 50.8mm, 客户5 1.83HT 2.10NT 客户6 1.83HT

155℃*10 注：以上为客户检验结果。

从以上不同客户的检验结果分析，其结果符合所制定产品标准。

所做产品在不同的客户中，主要生产型号为：23.50R25、26.50R25、29.50R25、18.00R33、24.00R35、24.00R49、27.00R49、33.00R51、36.00R51、37.00R57、40.00R57等结构工程子午轮胎，在轮胎的生产及使用过程中，基本满足客户要求。

4、 结语

继载重子午胎后，近几年工程子午胎在我国已经成为轮胎产业投资的又一热点，目前，国际上工程胎一时供不应求，尤其是负荷在90吨以上的重型自卸车装用的巨型工程胎，国际上能生产的几大轮胎公司一时也满足不了市场需求。相对来说，我国工程子午胎的生产工艺技术水平还处于起步发展阶段，各方面还有待于完善。

工程子午胎用回火胎圈钢丝的现状也如工程子午胎，还处于起步和发展阶段，在与轮胎厂家的合作中，工程子午胎用回火胎圈钢丝的产品得到提并有效地应用于工程子午胎中，保证工程子午胎的产品质量，但在合作过程中，也出现许多的问题，较重要的问题就是，各生产工程子午胎的厂家没有统一的工程子午胎用回火胎圈钢丝供货标准，同样，工程子午胎用回火胎圈钢丝生产厂家也没有统一的生产标准，这样不利于我国工程子午胎的发展，基于目前现状，建议：

1）

轮胎行业与工程子午胎用回火胎圈钢丝生产行业密切合作，努力提高我国工程子午胎工艺技术水平及所供主、辅料质量水平，使工程子午胎生产、技术、质量达到世界先进水平；

2）

尽快制订统一的《工程子午胎用回火胎圈钢丝标准》，规范产品使用、生产标准。

参考文献：

1》 陈志宏：从全球汽车工业发展态势看我国轮胎产业前景，中国橡胶工业年鉴（2007~2008年）； 2》 梁俐、刘锟、李炜、夏勇、夏源明：全钢载重子午线轮胎钢丝圈受力分析。

作者简介：

曾国镇：天懋集团总工程师；

周黄山：天懋研发中心课题组组长，天懋集团上海天轮有限公司技术部部长；

李祥国：天懋研发中心课题组组长； 张江伟：天懋研发中心课题组成员； 曹小峰：天懋研发中心课题组成员； 汤为：天懋研发中心课题组成员；

倪少英：天懋集团山东天轮钢丝股份有限公司技术部部长。