承友昕

（中策橡膠集團(tuán)有限公司，浙江 杭州 310018）

隨著全球貿(mào)易發(fā)展，港口運(yùn)營日益繁忙，對港口輪胎的需求量日益增大，同時(shí)對輪胎的使用安全及二次翻新提出了新要求。由于港口輪胎負(fù)荷高、作業(yè)時(shí)經(jīng)常轉(zhuǎn)向，導(dǎo)致輪胎花紋溝底易出現(xiàn)裂口，幾乎所有品牌輪胎都存在花紋溝底裂問題。

針對港口輪胎花紋溝底裂問題，我公司成立工作小組，分析原因并提出解決方案[1-3]。

1 原因分析

1.1 花紋溝設(shè)計(jì)不合理

通過對市場反映的花紋溝底裂港口輪胎進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，輪胎花紋設(shè)計(jì)及花紋溝底設(shè)計(jì)都存在一些不合理：花紋直、倒圓半徑小；花紋溝底傾角小、倒圓半徑小。因此，輪胎承載受力時(shí)，花紋交點(diǎn)處及花紋溝底存在應(yīng)力集中。對港口輪胎進(jìn)行有限元建模分析[4]，驗(yàn)證了港口輪胎花紋存在一定應(yīng)力集中的問題，如圖1所示。

圖1 花紋溝底裂港口輪胎應(yīng)力分布有限元分析結(jié)果

1.2 胎面膠配方設(shè)計(jì)不合理

針對港口車輛轉(zhuǎn)彎多、承載大使輪胎易磨損、壓縮變形大和生熱高等特點(diǎn)，配方設(shè)計(jì)時(shí)重點(diǎn)考慮胎面膠的耐磨性能和生熱性能，忽略了耐屈撓性能和抗撕裂性能。胎面膠采用天然橡膠（NR）和順丁橡膠（BR）（NR/BR并用比為50/50），NR用量小，導(dǎo)致胎面膠耐屈撓性能和抗撕裂性能下降。港口輪胎在高負(fù)荷下頻繁扭轉(zhuǎn)，造成花紋或花紋溝底產(chǎn)生裂口，并由于胎面膠耐屈撓性能和抗撕裂性能低而導(dǎo)致裂口進(jìn)一步擴(kuò)大延伸。

2 解決方案

2.1 優(yōu)化花紋及花紋溝底設(shè)計(jì)

優(yōu)化胎面花紋設(shè)計(jì)，將花紋內(nèi)側(cè)相交處的倒圓半徑從10 mm增大到18 mm，接近于全倒圓，從而降低花紋應(yīng)力集中，如圖2所示。

圖2 輪胎花紋倒圓半徑增大示意

優(yōu)化花紋溝底設(shè)計(jì)，增大花紋溝底倒圓半徑，將原花紋溝底倒圓半徑從10和15 mm分別增大到18～20和20～25 mm。通過增大花紋溝底倒圓半徑，可以降低和分散花紋溝底受力，從而減小花紋溝底的屈撓變形，如圖3所示。

圖3 輪胎花紋溝底倒圓半徑增大示意

2.2 優(yōu)化胎面膠配方設(shè)計(jì)

優(yōu)化胎面膠配方設(shè)計(jì)，增大NR用量（NR/BR并用比增大至70/30），提升胎面膠的耐屈撓性能和抗撕裂性能。采用3#煙片NR與釹系BR并用，同時(shí)搭配超耐磨炭黑N134，提升胎面膠耐磨性能。因需低生熱，故采用平衡硫化體系，添加硅烷偶聯(lián)劑Si69，在高溫硫化過程彌補(bǔ)多硫鍵。由此可改善胎面膠生熱性能，同時(shí)減少因硫化時(shí)間過長帶來的返原現(xiàn)象，提升輪胎的使用壽命，解決花紋溝底裂問題。胎面膠物理性能如表1所示。

表1 胎面膠物理性能

從表1可以看出：優(yōu)化配方膠料拉斷永久變形小，生熱低；阿克隆磨耗量稍大，耐磨性能相當(dāng)；拉斷伸長率高，則耐屈撓性能和抗撕裂性能好。

3 驗(yàn)證

3.1 有限元分析

對輪胎花紋優(yōu)化前后應(yīng)力分布進(jìn)行有限元分析對比，結(jié)果如圖4和5所示。

圖4 50%負(fù)荷率下輪胎花紋優(yōu)化前后應(yīng)力分布對比

從圖4和5可以看出，在50%負(fù)荷率下，花紋優(yōu)化后應(yīng)力分布明顯較好，但在100%負(fù)荷率下改進(jìn)效果不明顯，調(diào)整顯示紅色壓力基準(zhǔn)值進(jìn)行對比分析，結(jié)果如圖6所示。

圖6 100%負(fù)荷率時(shí)不同顯示紅色壓力基準(zhǔn)值下輪胎花紋優(yōu)化前后應(yīng)力分布對比

從圖6可以看出，當(dāng)將顯示紅色壓力基準(zhǔn)值從1.0 MPa逐步調(diào)高到2.5 MPa時(shí)，優(yōu)化后的輪胎花紋溝底應(yīng)力紅色區(qū)域（高值區(qū)）明顯小于改進(jìn)前，從而確定改進(jìn)后輪胎花紋溝底應(yīng)力減小。

通過有限元分析，可以確定優(yōu)化花紋及花紋溝底設(shè)計(jì)可以降低花紋及花紋溝底應(yīng)力，優(yōu)化花紋應(yīng)力分布，減緩和減少花紋溝底裂的產(chǎn)生。

3.2 市場應(yīng)用

港口輪胎花紋溝底裂解決方案推出后，對市場應(yīng)用輪胎跟蹤1年時(shí)間，調(diào)查了上海港、寧波港、深圳港、廣州港、大連港和青島港等國內(nèi)港口以及國外港口，普遍反映我公司的港口輪胎花紋溝底裂問題得到明顯改善，如圖7和8所示。

圖7 青島港使用2 260 h的正面吊后輪輪胎

圖8 深圳港使用2 316 h的堆高機(jī)前輪輪胎

從圖7和8可以看出，輪胎花紋溝底裂問題得到明顯改善。

4 結(jié)語

通過花紋結(jié)構(gòu)及胎面膠配方優(yōu)化設(shè)計(jì)，港口輪胎花紋溝底裂問題明顯改善，港口輪胎產(chǎn)品得到客戶的認(rèn)可，市場占有率進(jìn)一步提高。