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重載車輛輕量化的全鋼子午線真空無內胎輪胎解密

時間:2016-11-25    來源:中國輪胎循環利用網    點擊:
朱則剛

近年來真空輪胎在重載車輛上的使用日益廣泛,受到了業內的廣泛重視。

1. 重載車輛全鋼子午線真空無內胎輪胎輕量化獨特的發展優勢

真空輪胎即無內胎的充氣輪胎,又稱“低壓胎”“充氣胎”。采用真空胎能在一定程度上降低自重。與傳統輪胎相比真空胎不但減少了內胎,輪輞的結構也相應減少了,整車全部換成真空胎行駛阻力小,能夠在一定程度上降低油耗。重載車輛的驅動輪一般都用雙輪胎,如果改為真空單胎,不但能夠減少輪胎數量,還能減少輪輞的數量。另外,真空單胎的接地面積不比雙輪胎小,除了能夠降低自重外,還可以提高行駛穩定性、避免雙輪胎的“吃胎”現象。超級寬斷面輪胎,加之鋁合金輪轂,可多裝載110kg;同時,滾動阻力減小,也降低了燃油消耗。此外,測試技術向智能化、系統化方向發展,重載車輛測試覆蓋范圍越來越寬。

重卡輕量化一直是重卡企業提升產品競爭力的研發方向之一,而無內胎輪胎就是實現重卡輕量化的有效途徑之一,據悉在歐洲和北美市場,無內胎輪胎已被廣泛的應用在重型貨車上。應用無內胎輪胎可以降低成本、減輕質量、減少磨損和燃料消耗。

我國自行開發研制子午線輪胎的時間并不算太晚。60年代初,上海大中華橡膠廠開始研制全鋼絲載重子午線輪胎,樺林橡膠廠開始研制全鋼絲活胎面載重子午線輪胎,后轉入研制全鋼絲載重子午線輪胎,青島第二橡膠廠開始研制半鋼絲子午線輪胎。我國研制子午線輪胎起步早于美國和日本,但由于當時的技術不完善,裝備水平低等種種原因,致使我國的子午線輪胎事業徘徊了20多年,發展遲緩。盡管如此,在子午線輪胎的研制、生產和使用各方面積累了不少經驗,為以后發展我國的子午線輪胎事業奠定了基礎。

改革開放以來,國家十分重視子午線輪胎的發展,1984年首先批準了樺林橡膠廠和遼寧輪胎廠分別從意大利皮列里公司和英國鄧錄普公司引進兩條子午線輪胎生產線技術和關鍵設備,1989年兩條生產線相繼投產。同時,國家又批準了上海大中華橡膠廠,青島第二橡膠廠,北京輪胎廠等子午線輪胎引進項目。隨著國家經濟的騰飛,我國的子午線輪胎工業飛速發展,從而大大加快我國以子午線輪胎取代斜交輪胎的步伐。

目前我國的輪胎修補行業的技術已達到新的高度和突破,車輪行業也在大力推廣使用無內胎輪輞,這些都為無內胎輪胎的推廣使用奠定了技術基礎。載重無內胎輪胎具有優異的高速性、舒適性、安全性和經濟性,使用無內胎輪胎是載重運輸行業發展的趨勢,從世界范圍來看,無內胎輪胎市場全球化發展空間大。

2. 全鋼子午線真空無內胎輪胎功用特點及應用范圍

全鋼子午線真空輪胎和一般內胎式輪胎相比有以下三大優點:一是抗穿刺=安全。真空輪胎表面是一層優質橡膠,充氣后外表張力增大,在內表面形成一定的壓力,提高了對破口的自封能力,一旦扎破,不像普通車胎那樣氣體在瞬間全部泄完,會持續一定的時間,保障了高速行車時的安全;二是超耐磨=省錢。真空輪胎輪圈比普通輪圈直徑大,在行駛中不會受到剎車鼓熱量的影響。由于沒有內胎和襯帶,輪胎與車輪圈密封為一體,在車輛在高速行駛時,由輪胎和路面摩擦產生的高溫,在內部(熱空氣)經鋼圈直接散熱快速降低胎溫,從而延長輪胎的使用壽命;三是油耗低=掙錢。真空輪胎在公制單位315/80R22.5,295/80R22.5,275/70R22.5里為扁平胎,輪胎冠角為零,故附著力強。能保持較好的行駛穩定性和較小的摩擦,有利于減震和提高車速。帶束層的定位性高,車輪的徑向跳動量小,阻力小。因而節省燃油3%,使用無內胎輪胎的重載車輛其耐磨性、安全性、舒適性、穩定性都比使用普通輪胎高。高性能全鋼子午胎的性能及特點具體如下:

按用途分,全鋼子午胎可以分為短途工礦型輪胎、中短途承載型輪胎、中長途公路運輸型輪胎、輕卡型輪胎。短途工礦型輪胎主要用于惡劣的礦山非鋪裝路面及各種混合路面上高承載的各類自卸車等。隨著國內市場的高速發展,市場對全鋼子午胎的質量、性能的要求越來越嚴格,一些有實力的國內輪胎企業紛紛投資于高性能全鋼子午胎的研發。

與普通全鋼子午胎相比,短途工礦型輪胎的主要特點如下:采用加強型產品結構設計,胎冠、胎肩、胎圈部位更加強壯,承載能力更強;采用一定角度的流線型橫向大花紋塊的輪胎花紋設計,在保障驅動力、抗側向偏轉性能的同時,有效解決輪胎肩部易崩花掉塊的問題;采用特制的膠料配方,使得胎面耐刺扎性、耐磨損性等綜合性能突出;由于在產品設計、膠料配方方面較為獨特,使得生產工藝技術難度相對較高。

全鋼載重汽車子午線工程機械類輪胎,適應礦山車輛、建筑車輛、平板車、拖車等,此類輪胎負荷大,簾布層數多,簾線強度高,外直徑、斷面寬度、胎面內徑變化大,耐磨、耐刺扎,花紋多選大塊深槽的越野花紋,充氣壓力低。特種輪胎在特殊條件下使用,如沙漠、沼澤、田野等,故其變形大,斷面寬,花紋多是寬溝深槽的越野花紋,充氣壓力低。
 
全鋼子午胎產品介紹/性能及特點

產品 產品介紹 性能及特點
無內胎鋼子午胎 不需要內胎,空氣直接壓入外胎中 具有優異的高速性、舒適性、安全性和經濟性,適合于高速公路運輸\據中橡協輪胎分會統計,該產品在歐洲的市場占有已達 85%-90%,國內的市場占有率則不到30%;是國家相關政策鼓勵發展的產品種類,是未來輪胎的重要發展方向
寬基無內胎全鋼子午胎 高寬比很小的輪胎,可以以一條輪胎替換目前通常使用的兩條并裝輪胎 具有優異的安全性、經濟性(省油且壽命更長),更加利于環境保護;\高寬比很小,生產難度較大;\廣泛應用于歐洲和北美的客車、牽引車和掛車上;\是國家相關政策鼓勵發展的產品種類,是未來輪胎的重要發展方向
安全、環保、長壽命型全鋼子午胎 更加安全、節能、環保,同時兼顧舒適性和個性化 安全性更高、使用壽命更長、具有較好翻新能力且更為環保;\世界輪胎巨頭已陸續開發出此類創新技術,這也是國內輪胎企業未來重要的研發方向,是世界輪胎工業總的發展趨勢
 

3. 全鋼子午線輪胎的基本結構及主要原材料

斜交胎的胎體簾線和緩沖層簾線是由多層附膠簾布組成,各種輪胎胎體簾線層數和緩沖層的層數各不相同。但這些簾線是相互斜交叉排列的,也就是說單數層一個方向,偶數層是相反的另一個方向。子午線輪胎的胎體簾線排列方向,象地球子午線一樣,以輪軸為中心,從一個胎圈到另一個胎圈,經向排列。帶束層簾線雖然也是斜向交叉排列,但與胎冠中心線呈很小的角度(一般在15°?25°之間)。子午線輪胎胎體簾線按子午線方向排列(與胎冠中心線呈90°或接近90°排列),并有簾線排列幾乎接近圓周方向的帶束層束緊胎體的這類輪胎。這也是子午線輪胎與斜交輪胎的根本區別。

子午線輪胎主要有胎冠、胎側和胎圈三大區域構成。胎冠部分有胎面、帶束層、簾布層和胎肩墊膠;胎側部分有胎側膠、簾布層;胎圈部分有鋼絲圈、三角膠等;無內胎結構胎圈部分有胎圈密封膠,胎里有氣密層。全鋼載重子午線輪胎是兩胎圈間的鋼絲簾線與胎面中心線成90°排列,胎體上由幾條相鄰的小角度高強力的鋼絲簾布相互交叉,基本上不能伸張的環狀帶束層箍緊的空氣輪胎,并且裝配在載重車使用的輪胎。全鋼載重子午線輪胎有內胎和無內胎兩種形式。有內胎,如:9.00R20、12.00R20,有內胎全鋼子午胎除外胎外,還需配有內胎和墊帶;無內胎全鋼子午胎不需要配裝內胎和墊帶而直接和輪輞裝配,兩者外胎除子口區域和內襯層結構有所不同,其他部件大體相同,如:11R22.5 285/80R22.5。

全鋼子午胎各部件的作用如下:胎面保護帶束層和胎體,具有耐磨、緩沖和抗沖擊、防滑、驅動和制動等作用;胎肩支撐作用;胎側保護胎體;子口部件(胎圈部件)把輪胎箍緊在輪輞上;胎體承受輪胎的氣壓;支撐輪胎的負荷;承受和緩沖外來的沖擊力。帶束層設計帶有0°帶束層和三層相鄰交叉排列的形式,是胎面與胎體的過渡區,緩和沖擊力,承受外來應力。

4. 全鋼子午線真空無內胎輪胎的結構設計特點

有內胎輪胎中所充入的空氣壓力是靠內胎密封的,而無內胎輪胎中所充入的空氣壓力是靠胎里密封層密封,而胎里密封層又是和外胎粘合在一起的,空氣可以直接滲入外胎胎體內,并在各層間形成滲透壓力,易使輪胎產生脫層。所以,密封層的透氣性能與外胎質量有密切的關系。胎體密封膠具有較高的氣密性,較高的耐熱和耐老化性能,良好的抗撕裂、高彈性及優良的粘合性能。氯化丁基膠的耐透氣性、耐熱老化性能較好,又能和不飽和度高的橡膠共硫化,符合胎體密封膠的要求。

為了進一步改進氯化丁基膠的物理性能和工藝性能,保證不同溫度下與簾布層在動態和靜態下的附著力,胎體密封層膠料選用70%氯化丁基膠和30%天然橡膠并用的配方進行生產。為了確保把胎體內的氣體所產生的滲透壓力降低到最低限度,在結構設計方面采取用1?2層簾布反包到胎圈最外層的辦法。設計密封層的厚度與輪胎氣壓高低以及密封膠耐透氣程度有密切的關系,一般輪胎密封層厚度為1.5?3.Omm。根據美、日大型無內胎輪胎的資料分析,密封層厚度一般遞減為4.5mm厚的密封層進行成型。

無內胎輪胎的胎圈結構與普通輪胎相比,在胎圈結構設計上有許多獨到之處,普通輪胎為了裝卸方便,胎圈著合直徑比輪輞直徑一般要大0.5?1.5mm,大型全斜底式輪輞,為解決輪胎與輪輞間產生滑移,有的規格也選用了輪胎著合直徑等于或小于輪輞直徑的設計。而無內胎輪胎為保證輪胎與輪輞之間的良好密封,胎圈著臺直徑比輪輞直徑小。

大型無內胎輪胎由于存在著胎圈寬度大,輪胎在硫化過程中變化大和無內胎輪胎胎趾有較厚的密封膠層,在硫化過程中極易窩氣造成胎趾不平,所以大型無內胎輪胎在模型上要增設排氣線,胎趾底部排氣線長度不應超過第一鋼圈的中心位置,排氣線一般為0.8?1.Omm 的三角溝,沿圓周每隔15?20m均布。大型無內胎輪胎裝配在5度傾斜角的活輪輞上,在活壓圈與輪輞基部之間有一特制小槽其內置放○型密封圈,以防止輪胎漏氣。

無內胎輪胎的氣門嘴直接裝在輪輞上并配有橡膠密封墊,以保證與輪輞的密封性。無內胎輪胎的密封層膠必須經過濾膠,分為壓出和壓延兩種方法,制造出膠片后再貼合成筒進行成型。大型無內胎工程機械輪胎的密封層多采用壓出后并貼的方法制成,成品厚度均勻。無氣泡,效果較好。

無內胎輪胎成型時,密封層的搭接部分必須嚴格粘牢壓實,同時要上正并做到伸張一致,防止膠層局部變形。成型過程中注意層層壓實,放凈氣泡和防止膠層損傷,這是保證無內胎輪胎質量的重要一環。硫化好的成品輪胎要在肩部與胎圈部扎眼,以減少無內胎輪胎胎里滲透壓力導致的輪胎脫層現象。為使輪胎在運輸過程中不受損傷,產品應在兩胎圈上裝有50mm寬的鋼帶,以利于搬運并保持胎圈間距不變。

近年來,我國在全鋼巨型工程機械子午線輪胎的研發上取得突破性進展,產品從無到有,短短幾年間全鋼巨胎的生產制造工藝基本成熟,輪胎質量迅速提升,迄今全鋼巨胎產品已經覆蓋了49?63英寸全系列逾30個規格品種,產品在國內外多個大型露天礦山使用。全鋼巨胎胎圈設計是其結構設計的重點內容之一,胎圈部位與輪輞直接接觸,胎圈需要過盈設計,以保持輪胎牢固地落座于輪輞上。另外,胎圈應具有足夠剛性,才能在輪胎行駛中將動態屈撓變形轉移至胎側,并保障車輛行駛的穩定性。同時,胎圈設計還應考慮剛性胎圈與較為柔軟胎側之間的良好過渡,以防止胎圈局部應力集中,導致胎圈裂口、折斷、起鼓、材料脫層等損壞。

5. 輪胎行業及市場的未來發展

輪胎工業發展至今已有160多年歷史,目前已步入低速穩定增長期,但受下游需求變動的影響會出現短期波動。據美國《橡膠與塑料新聞》和《輪胎商業》統計,2001?2014 年全球輪胎銷售額年均復合增長率為7.72%;具體而言,2001?2008 年全球輪胎銷售額年均復合增長率為10.76%,2009年受金融危機爆發的影響,全球輪胎銷售額同比大幅下降8.93%,2010年?2011年由于中國等新興市場需求的快速增長使得全球輪胎行業景氣度快速回升,全球輪胎銷售額連續兩年同比增速超過19%,近幾年由于主要原材料價格處于歷史低位,輪胎價格呈下降趨勢,導致全球輪胎銷售額有所下降,全球輪胎銷售額為1,799 億美元。

據報道,美國市場研究公司最新報告數據顯示,截止到2024年,全球汽車輪胎市場將達到3742.2億美元。報告稱,未來幾年,一些國家的汽車銷量會大幅提高,尤其是中國、印度、日本、韓國這些國家。這會提升輪胎市場增加的預期。由于全球經濟發展不平衡及美國等“雙反”貿易保護措施影響,2015年全球輪胎行業發展很不均衡,以中國、日本為代表的東方國家輪胎行業不景氣,但美國、歐洲輪胎行業呈現明顯復蘇跡象。隨著許多著名汽車制造商和周邊行業企業入駐,亞太地區預計將在行業中持續占據領導地位。該地區在2015年占全球收益的份額超過40%。該報告認為,科技進步、創新發展將為環保綠色輪胎的大量應用做出貢獻。但世界各地的監管部門設定了嚴格的排放標準,預計會對需求量產生一定影響。

該報告研究結果表明,2015年乘用車市場擁有超過40%的收益,成為主導產業。同時,電動汽車市場規模擴大,也增加了市場收益。2015年世界輪胎第一梯隊米其林、普利司通銷售業績增加,固特異減少。米其林銷售額為211.99億歐元,相比2014年的195.53億歐元增長8.4%;營業利潤約為25.77億歐元,增長12.2%。普利司通銷售額增長3.2%,為37902億日元,但凈利潤卻下降5.4%。固特異銷售額為164億美元,下降9.3%。第二梯隊企業增長的也偏多。倍耐力銷售收入提高4.8%至69.3億美元;德國大陸全年銷售額增長14%;優科豪馬凈銷售額增長0.7%,連續4年實現增長;住友銷售收入為70.1億美元,增長1.3%,凈利潤4.614億美元,增長4.6%;韓泰輪胎銷售額下降3.5%,降至6.44萬億韓元(約56.56億美元)。

據市場人士分析,我國大多輪胎企業屬于世界輪胎第三梯隊,其輪胎產量、銷售收入幾乎清一色下降,印度大多輪胎企業銷售收入也下降。報告預計,在2016年?2024年間,兩輪車業務將以7.5%的年復合增長率不斷增加。這個增長主要由印度和中國的需求帶動。

載重全鋼子午輪胎不僅僅是體現一個國家物流業整體運轉速度,而且還折射出橡膠工業和汽車制造業整車配套科技含量的實力與基礎。目前已形成制造載重汽車的相關產業特種基地。由意大利倍耐力集團與山東陸通輪胎在兗州共同生產以倍耐力品牌為系列,向國內高端市場推出多個規格品種全鋼子午輪胎,并將用于一汽、二汽、重汽、徐工集團等大型客貨車企業。陸通輪胎僅用了一百天的時間,就促成了與世界四大輪胎之一的倍耐力在山東共同生產輪胎高端產品本身,就證明了雙方在用最快的速度搶占沖擊國內全鋼子午輪胎市場。

《橡膠行業“十三五”規劃綱要》指出,“十三五”期間發展目標為全行業銷售額年增長約7%,生膠消耗年增長6%左右,并在“十三五”末達到橡膠工業強國初級階段。隨著國內汽車市場增速放緩、出口市場貿易壁壘提高等外部環境變化,我國輪胎市場的需求結構也相應發生變化,國內替換胎市場逐步成為需求主力。目前,我國載重汽車輪胎的使用壽命一般為5萬?6萬公里,而國外先進水平為10萬公里以上。盡管我國橡膠產出量很大,價格較低,能夠占有不小的市場份額,從創建和諧社會的角度去看,必須要改變現狀。

倍耐力非??春弥袊喬ナ袌龅那熬?。目前中國已經成為全球成長最為迅速的市場,以80億美金的規模占據了全球市場的9%,子午輪胎占據了超過60%的份額。去年,國內子午胎產量相比前一年實現了33%的增幅,超過1億只的規模相當于中國整體輪胎生產總和的一半。“倍耐力”用高端產品載重全鋼子午輪胎布局中國市場。目標是在明年年底前力爭卡車子午胎市場3%的份額,以兩倍于市場發展的速度高速成長。

近年來,輪胎行業在調整中前行,全鋼子午線輪胎產量連續兩年下降,半鋼子午線輪胎產量微增長,斜交胎產量持續下降。產品出口大幅下滑,主要是受到美國等國家對我國輪胎實施的“雙反”等貿易壁壘的影響。2001?2016年2月共發生貿易摩擦案件21起,嚴重影響了我國輪胎的正常出口。但輪胎行業仍亮點頻現,主要表現在:技術創新、品牌戰略成為提升產品質量和發展的后勁;信息化、智能制造、“互聯網+”以及現代化管理等成為輪胎行業熱點逐步推廣;企業整合重組、借殼上市、基金入股、資產并購逐步推進;海外建廠投資、為國際化合作邁出了重要步伐。

6. 結束語

近些年,我國經濟迅速步入了快速發展的軌道。在推動經濟發展的因素中,固定資產投資起了關鍵作用。在過去的幾年里,固定資產投資占GDP的比例一直保持在50%左右,年增長率連續多年保持在25%左右。固定資產投資成為我國經濟發展的強勁動力。大量固定資產投資帶動了運輸業的發展,從而促進了汽車和輪胎行業的發展。尤其激起了輪胎行業發展的生機 ,大大推動了輪胎產品結構的調整,載重全鋼子午輪胎呈供不應求的態勢。

作者簡介

朱則剛,1956年生,男,湖北武漢人,大學本科學歷,湖北省漢江機械裝備材料工程公司工程師(已退休)


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