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重载车辆轻量化的全钢子午线真空无内胎轮胎解密

时间:2016-11-25    来源:中国轮胎循环利用网    点击:
朱则刚

近年来真空轮胎在重载车辆上的使用日益广泛,受到了业内的广泛重视。

1. 重载车辆全钢子午线真空无内胎轮胎轻量化独特的发展优势

真空轮胎即无内胎的充气轮胎,又称“低压胎”“充气胎”。采用真空胎能在一定程度上降低自重。与传统轮胎相比真空胎不但减少了内胎,轮辋的结构也相应减少了,整车全部换成真空胎行驶阻力小,能够在一定程度上降低油耗。重载车辆的驱动轮一般都用双轮胎,如果改为真空单胎,不但能够减少轮胎数量,还能减少轮辋的数量。另外,真空单胎的接地面积不比双轮胎小,除了能够降低自重外,还可以提高行驶稳定性、避免双轮胎的“吃胎”现象。超级宽断面轮胎,加之铝合金轮毂,可多装载110kg;同时,滚动阻力减小,也降低了燃油消耗。此外,测试技术向智能化、系统化方向发展,重载车辆测试覆盖范围越来越宽。

重卡轻量化一直是重卡企业提升产品竞争力的研发方向之一,而无内胎轮胎就是实现重卡轻量化的有效途径之一,据悉在欧洲和北美市场,无内胎轮胎已被广泛的应用在重型货车上。应用无内胎轮胎可以降低成本、减轻质量、减少磨损和燃料消耗。

我国自行开发研制子午线轮胎的时间并不算太晚。60年代初,上海大中华橡胶厂开始研制全钢丝载重子午线轮胎,桦林橡胶厂开始研制全钢丝活胎面载重子午线轮胎,后转入研制全钢丝载重子午线轮胎,青岛第二橡胶厂开始研制半钢丝子午线轮胎。我国研制子午线轮胎起步早于美国和日本,但由于当时的技术不完善,装备水平低等种种原因,致使我国的子午线轮胎事业徘徊了20多年,发展迟缓。尽管如此,在子午线轮胎的研制、生产和使用各方面积累了不少经验,为以后发展我国的子午线轮胎事业奠定了基础。

改革开放以来,国家十分重视子午线轮胎的发展,1984年首先批准了桦林橡胶厂和辽宁轮胎厂分别从意大利皮列里公司和英国邓录普公司引进两条子午线轮胎生产线技术和关键设备,1989年两条生产线相继投产。同时,国家又批准了上海大中华橡胶厂,青岛第二橡胶厂,北京轮胎厂等子午线轮胎引进项目。随着国家经济的腾飞,我国的子午线轮胎工业飞速发展,从而大大加快我国以子午线轮胎取代斜交轮胎的步伐。

目前我国的轮胎修补行业的技术已达到新的高度和突破,车轮行业也在大力推广使用无内胎轮辋,这些都为无内胎轮胎的推广使用奠定了技术基础。载重无内胎轮胎具有优异的高速性、舒适性、安全性和经济性,使用无内胎轮胎是载重运输行业发展的趋势,从世界范围来看,无内胎轮胎市场全球化发展空间大。

2. 全钢子午线真空无内胎轮胎功用特点及应用范围

全钢子午线真空轮胎和一般内胎式轮胎相比有以下三大优点:一是抗穿刺=安全。真空轮胎表面是一层优质橡胶,充气后外表张力增大,在内表面形成一定的压力,提高了对破口的自封能力,一旦扎破,不像普通车胎那样气体在瞬间全部泄完,会持续一定的时间,保障了高速行车时的安全;二是超耐磨=省钱。真空轮胎轮圈比普通轮圈直径大,在行驶中不会受到刹车鼓热量的影响。由于没有内胎和衬带,轮胎与车轮圈密封为一体,在车辆在高速行驶时,由轮胎和路面摩擦产生的高温,在内部(热空气)经钢圈直接散热快速降低胎温,从而延长轮胎的使用寿命;三是油耗低=挣钱。真空轮胎在公制单位315/80R22.5,295/80R22.5,275/70R22.5里为扁平胎,轮胎冠角为零,故附着力强。能保持较好的行驶稳定性和较小的摩擦,有利于减震和提高车速。带束层的定位性高,车轮的径向跳动量小,阻力小。因而节省燃油3%,使用无内胎轮胎的重载车辆其耐磨性、安全性、舒适性、稳定性都比使用普通轮胎高。高性能全钢子午胎的性能及特点具体如下:

按用途分,全钢子午胎可以分为短途工矿型轮胎、中短途承载型轮胎、中长途公路运输型轮胎、轻卡型轮胎。短途工矿型轮胎主要用于恶劣的矿山非铺装路面及各种混合路面上高承载的各类自卸车等。随着国内市场的高速发展,市场对全钢子午胎的质量、性能的要求越来越严格,一些有实力的国内轮胎企业纷纷投资于高性能全钢子午胎的研发。

与普通全钢子午胎相比,短途工矿型轮胎的主要特点如下:采用加强型产品结构设计,胎冠、胎肩、胎圈部位更加强壮,承载能力更强;采用一定角度的流线型横向大花纹块的轮胎花纹设计,在保障驱动力、抗侧向偏转性能的同时,有效解决轮胎肩部易崩花掉块的问题;采用特制的胶料配方,使得胎面耐刺扎性、耐磨损性等综合性能突出;由于在产品设计、胶料配方方面较为独特,使得生产工艺技术难度相对较高。

全钢载重汽车子午线工程机械类轮胎,适应矿山车辆、建筑车辆、平板车、拖车等,此类轮胎负荷大,帘布层数多,帘线强度高,外直径、断面宽度、胎面内径变化大,耐磨、耐刺扎,花纹多选大块深槽的越野花纹,充气压力低。特种轮胎在特殊条件下使用,如沙漠、沼泽、田野等,故其变形大,断面宽,花纹多是宽沟深槽的越野花纹,充气压力低。
 
全钢子午胎产品介绍/性能及特点

产品 产品介绍 性能及特点
无内胎钢子午胎 不需要内胎,空气直接压入外胎中 具有优异的高速性、舒适性、安全性和经济性,适合于高速公路运输\据中橡协轮胎分会统计,该产品在欧洲的市场占有已达 85%-90%,国内的市场占有率则不到30%;是国家相关政策鼓励发展的产品种类,是未来轮胎的重要发展方向
宽基无内胎全钢子午胎 高宽比很小的轮胎,可以以一条轮胎替换目前通常使用的两条并装轮胎 具有优异的安全性、经济性(省油且寿命更长),更加利于环境保护;\高宽比很小,生产难度较大;\广泛应用于欧洲和北美的客车、牵引车和挂车上;\是国家相关政策鼓励发展的产品种类,是未来轮胎的重要发展方向
安全、环保、长寿命型全钢子午胎 更加安全、节能、环保,同时兼顾舒适性和个性化 安全性更高、使用寿命更长、具有较好翻新能力且更为环保;\世界轮胎巨头已陆续开发出此类创新技术,这也是国内轮胎企业未来重要的研发方向,是世界轮胎工业总的发展趋势
 

3. 全钢子午线轮胎的基本结构及主要原材料

斜交胎的胎体帘线和缓冲层帘线是由多层附胶帘布组成,各种轮胎胎体帘线层数和缓冲层的层数各不相同。但这些帘线是相互斜交叉排列的,也就是说单数层一个方向,偶数层是相反的另一个方向。子午线轮胎的胎体帘线排列方向,象地球子午线一样,以轮轴为中心,从一个胎圈到另一个胎圈,经向排列。带束层帘线虽然也是斜向交叉排列,但与胎冠中心线呈很小的角度(一般在15°〜25°之间)。子午线轮胎胎体帘线按子午线方向排列(与胎冠中心线呈90°或接近90°排列),并有帘线排列几乎接近圆周方向的带束层束紧胎体的这类轮胎。这也是子午线轮胎与斜交轮胎的根本区别。

子午线轮胎主要有胎冠、胎侧和胎圈三大区域构成。胎冠部分有胎面、带束层、帘布层和胎肩垫胶;胎侧部分有胎侧胶、帘布层;胎圈部分有钢丝圈、三角胶等;无内胎结构胎圈部分有胎圈密封胶,胎里有气密层。全钢载重子午线轮胎是两胎圈间的钢丝帘线与胎面中心线成90°排列,胎体上由几条相邻的小角度高强力的钢丝帘布相互交叉,基本上不能伸张的环状带束层箍紧的空气轮胎,并且装配在载重车使用的轮胎。全钢载重子午线轮胎有内胎和无内胎两种形式。有内胎,如:9.00R20、12.00R20,有内胎全钢子午胎除外胎外,还需配有内胎和垫带;无内胎全钢子午胎不需要配装内胎和垫带而直接和轮辋装配,两者外胎除子口区域和内衬层结构有所不同,其他部件大体相同,如:11R22.5 285/80R22.5。

全钢子午胎各部件的作用如下:胎面保护带束层和胎体,具有耐磨、缓冲和抗冲击、防滑、驱动和制动等作用;胎肩支撑作用;胎侧保护胎体;子口部件(胎圈部件)把轮胎箍紧在轮辋上;胎体承受轮胎的气压;支撑轮胎的负荷;承受和缓冲外来的冲击力。带束层设计带有0°带束层和三层相邻交叉排列的形式,是胎面与胎体的过渡区,缓和冲击力,承受外来应力。

4. 全钢子午线真空无内胎轮胎的结构设计特点

有内胎轮胎中所充入的空气压力是靠内胎密封的,而无内胎轮胎中所充入的空气压力是靠胎里密封层密封,而胎里密封层又是和外胎粘合在一起的,空气可以直接渗入外胎胎体内,并在各层间形成渗透压力,易使轮胎产生脱层。所以,密封层的透气性能与外胎质量有密切的关系。胎体密封胶具有较高的气密性,较高的耐热和耐老化性能,良好的抗撕裂、高弹性及优良的粘合性能。氯化丁基胶的耐透气性、耐热老化性能较好,又能和不饱和度高的橡胶共硫化,符合胎体密封胶的要求。

为了进一步改进氯化丁基胶的物理性能和工艺性能,保证不同温度下与帘布层在动态和静态下的附着力,胎体密封层胶料选用70%氯化丁基胶和30%天然橡胶并用的配方进行生产。为了确保把胎体内的气体所产生的渗透压力降低到最低限度,在结构设计方面采取用1〜2层帘布反包到胎圈最外层的办法。设计密封层的厚度与轮胎气压高低以及密封胶耐透气程度有密切的关系,一般轮胎密封层厚度为1.5〜3.Omm。根据美、日大型无内胎轮胎的资料分析,密封层厚度一般递减为4.5mm厚的密封层进行成型。

无内胎轮胎的胎圈结构与普通轮胎相比,在胎圈结构设计上有许多独到之处,普通轮胎为了装卸方便,胎圈着合直径比轮辋直径一般要大0.5〜1.5mm,大型全斜底式轮辋,为解决轮胎与轮辋间产生滑移,有的规格也选用了轮胎着合直径等于或小于轮辋直径的设计。而无内胎轮胎为保证轮胎与轮辋之间的良好密封,胎圈着台直径比轮辋直径小。

大型无内胎轮胎由于存在着胎圈宽度大,轮胎在硫化过程中变化大和无内胎轮胎胎趾有较厚的密封胶层,在硫化过程中极易窝气造成胎趾不平,所以大型无内胎轮胎在模型上要增设排气线,胎趾底部排气线长度不应超过第一钢圈的中心位置,排气线一般为0.8〜1.Omm 的三角沟,沿圆周每隔15〜20m均布。大型无内胎轮胎装配在5度倾斜角的活轮辋上,在活压圈与轮辋基部之间有一特制小槽其内置放○型密封圈,以防止轮胎漏气。

无内胎轮胎的气门嘴直接装在轮辋上并配有橡胶密封垫,以保证与轮辋的密封性。无内胎轮胎的密封层胶必须经过滤胶,分为压出和压延两种方法,制造出胶片后再贴合成筒进行成型。大型无内胎工程机械轮胎的密封层多采用压出后并贴的方法制成,成品厚度均匀。无气泡,效果较好。

无内胎轮胎成型时,密封层的搭接部分必须严格粘牢压实,同时要上正并做到伸张一致,防止胶层局部变形。成型过程中注意层层压实,放净气泡和防止胶层损伤,这是保证无内胎轮胎质量的重要一环。硫化好的成品轮胎要在肩部与胎圈部扎眼,以减少无内胎轮胎胎里渗透压力导致的轮胎脱层现象。为使轮胎在运输过程中不受损伤,产品应在两胎圈上装有50mm宽的钢带,以利于搬运并保持胎圈间距不变。

近年来,我国在全钢巨型工程机械子午线轮胎的研发上取得突破性进展,产品从无到有,短短几年间全钢巨胎的生产制造工艺基本成熟,轮胎质量迅速提升,迄今全钢巨胎产品已经覆盖了49〜63英寸全系列逾30个规格品种,产品在国内外多个大型露天矿山使用。全钢巨胎胎圈设计是其结构设计的重点内容之一,胎圈部位与轮辋直接接触,胎圈需要过盈设计,以保持轮胎牢固地落座于轮辋上。另外,胎圈应具有足够刚性,才能在轮胎行驶中将动态屈挠变形转移至胎侧,并保障车辆行驶的稳定性。同时,胎圈设计还应考虑刚性胎圈与较为柔软胎侧之间的良好过渡,以防止胎圈局部应力集中,导致胎圈裂口、折断、起鼓、材料脱层等损坏。

5. 轮胎行业及市场的未来发展

轮胎工业发展至今已有160多年历史,目前已步入低速稳定增长期,但受下游需求变动的影响会出现短期波动。据美国《橡胶与塑料新闻》和《轮胎商业》统计,2001〜2014 年全球轮胎销售额年均复合增长率为7.72%;具体而言,2001〜2008 年全球轮胎销售额年均复合增长率为10.76%,2009年受金融危机爆发的影响,全球轮胎销售额同比大幅下降8.93%,2010年〜2011年由于中国等新兴市场需求的快速增长使得全球轮胎行业景气度快速回升,全球轮胎销售额连续两年同比增速超过19%,近几年由于主要原材料价格处于历史低位,轮胎价格呈下降趋势,导致全球轮胎销售额有所下降,全球轮胎销售额为1,799 亿美元。

据报道,美国市场研究公司最新报告数据显示,截止到2024年,全球汽车轮胎市场将达到3742.2亿美元。报告称,未来几年,一些国家的汽车销量会大幅提高,尤其是中国、印度、日本、韩国这些国家。这会提升轮胎市场增加的预期。由于全球经济发展不平衡及美国等“双反”贸易保护措施影响,2015年全球轮胎行业发展很不均衡,以中国、日本为代表的东方国家轮胎行业不景气,但美国、欧洲轮胎行业呈现明显复苏迹象。随着许多著名汽车制造商和周边行业企业入驻,亚太地区预计将在行业中持续占据领导地位。该地区在2015年占全球收益的份额超过40%。该报告认为,科技进步、创新发展将为环保绿色轮胎的大量应用做出贡献。但世界各地的监管部门设定了严格的排放标准,预计会对需求量产生一定影响。

该报告研究结果表明,2015年乘用车市场拥有超过40%的收益,成为主导产业。同时,电动汽车市场规模扩大,也增加了市场收益。2015年世界轮胎第一梯队米其林、普利司通销售业绩增加,固特异减少。米其林销售额为211.99亿欧元,相比2014年的195.53亿欧元增长8.4%;营业利润约为25.77亿欧元,增长12.2%。普利司通销售额增长3.2%,为37902亿日元,但净利润却下降5.4%。固特异销售额为164亿美元,下降9.3%。第二梯队企业增长的也偏多。倍耐力销售收入提高4.8%至69.3亿美元;德国大陆全年销售额增长14%;优科豪马净销售额增长0.7%,连续4年实现增长;住友销售收入为70.1亿美元,增长1.3%,净利润4.614亿美元,增长4.6%;韩泰轮胎销售额下降3.5%,降至6.44万亿韩元(约56.56亿美元)。

据市场人士分析,我国大多轮胎企业属于世界轮胎第三梯队,其轮胎产量、销售收入几乎清一色下降,印度大多轮胎企业销售收入也下降。报告预计,在2016年〜2024年间,两轮车业务将以7.5%的年复合增长率不断增加。这个增长主要由印度和中国的需求带动。

载重全钢子午轮胎不仅仅是体现一个国家物流业整体运转速度,而且还折射出橡胶工业和汽车制造业整车配套科技含量的实力与基础。目前已形成制造载重汽车的相关产业特种基地。由意大利倍耐力集团与山东陆通轮胎在兖州共同生产以倍耐力品牌为系列,向国内高端市场推出多个规格品种全钢子午轮胎,并将用于一汽、二汽、重汽、徐工集团等大型客货车企业。陆通轮胎仅用了一百天的时间,就促成了与世界四大轮胎之一的倍耐力在山东共同生产轮胎高端产品本身,就证明了双方在用最快的速度抢占冲击国内全钢子午轮胎市场。

《橡胶行业“十三五”规划纲要》指出,“十三五”期间发展目标为全行业销售额年增长约7%,生胶消耗年增长6%左右,并在“十三五”末达到橡胶工业强国初级阶段。随着国内汽车市场增速放缓、出口市场贸易壁垒提高等外部环境变化,我国轮胎市场的需求结构也相应发生变化,国内替换胎市场逐步成为需求主力。目前,我国载重汽车轮胎的使用寿命一般为5万〜6万公里,而国外先进水平为10万公里以上。尽管我国橡胶产出量很大,价格较低,能够占有不小的市场份额,从创建和谐社会的角度去看,必须要改变现状。

倍耐力非常看好中国轮胎市场的前景。目前中国已经成为全球成长最为迅速的市场,以80亿美金的规模占据了全球市场的9%,子午轮胎占据了超过60%的份额。去年,国内子午胎产量相比前一年实现了33%的增幅,超过1亿只的规模相当于中国整体轮胎生产总和的一半。“倍耐力”用高端产品载重全钢子午轮胎布局中国市场。目标是在明年年底前力争卡车子午胎市场3%的份额,以两倍于市场发展的速度高速成长。

近年来,轮胎行业在调整中前行,全钢子午线轮胎产量连续两年下降,半钢子午线轮胎产量微增长,斜交胎产量持续下降。产品出口大幅下滑,主要是受到美国等国家对我国轮胎实施的“双反”等贸易壁垒的影响。2001〜2016年2月共发生贸易摩擦案件21起,严重影响了我国轮胎的正常出口。但轮胎行业仍亮点频现,主要表现在:技术创新、品牌战略成为提升产品质量和发展的后劲;信息化、智能制造、“互联网+”以及现代化管理等成为轮胎行业热点逐步推广;企业整合重组、借壳上市、基金入股、资产并购逐步推进;海外建厂投资、为国际化合作迈出了重要步伐。

6. 结束语

近些年,我国经济迅速步入了快速发展的轨道。在推动经济发展的因素中,固定资产投资起了关键作用。在过去的几年里,固定资产投资占GDP的比例一直保持在50%左右,年增长率连续多年保持在25%左右。固定资产投资成为我国经济发展的强劲动力。大量固定资产投资带动了运输业的发展,从而促进了汽车和轮胎行业的发展。尤其激起了轮胎行业发展的生机 ,大大推动了轮胎产品结构的调整,载重全钢子午轮胎呈供不应求的态势。

作者简介

朱则刚,1956年生,男,湖北武汉人,大学本科学历,湖北省汉江机械装备材料工程公司工程师(已退休)


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