于祥釗，盛春敬，劉北江

（青島森麒麟輪胎股份有限公司，山東 青島 266229）

航空輪胎作為飛機唯一與地面接觸的部件，是確保飛機安全起飛、著陸及滑行的核心零部件。相對于地面車輛，飛機由于速度高、載荷大、壓縮變形大和間歇性使用等特點，決定了航空輪胎需要承受比地面車輛輪胎更為嚴格的考驗。隨著航空行業(yè)的發(fā)展，對航空輪胎的安全性要求不斷提高。

在輪胎制造過程中，輪胎在完成硫化周期并從硫化模具卸出后，硫化過程仍在持續(xù)，因此在硫化后冷卻期間簾線會產(chǎn)生熱收縮。為減小簾線熱收縮對輪胎性能的影響，硫化后的輪胎需要在張力下進行冷卻，常見的冷卻方式包括模內(nèi)冷卻或機外后充氣冷卻。而硫化后充氣壓力和時間會明顯影響輪胎的整體性能。

本工作通過簾線干熱收縮儀測量錦綸簾線在不同溫度下的收縮率和收縮力，以27×7.7－15航空輪胎作為研究對象，通過熱電偶測溫法測得輪胎硫化結(jié)束出模時的胎體最高溫度，結(jié)合實際測溫數(shù)據(jù)與理論計算，得出確保簾線不產(chǎn)生收縮所需要的最小后充氣壓力和時間[1-2]。最后通過成品輪胎外緣尺寸及動態(tài)模擬試驗，驗證硫化后充氣壓力和時間選取的合理性。

1 實驗

1.1 簾線及輪胎技術(shù)參數(shù)

1400dtex/2錦綸66簾線，河南神馬簾子布有限公司產(chǎn)品。27×7.75－15航空輪胎技術(shù)參數(shù)為：額定速度 362 km·h-1，額定充氣壓力 1 380 kPa，額定載荷 42.95 kN。

1.2 主要儀器和設(shè)備

簾線干熱收縮儀，英國TESTRITE公司產(chǎn)品；輪胎熱電偶測量儀，華南理工大學(xué)產(chǎn)品；航空輪胎動態(tài)模擬試驗機，德國TS測試服務(wù)有限公司產(chǎn)品。

1.3 性能測試

（1）通過簾線干熱收縮儀對1400dtex/2錦綸66簾線進行測試，得到不同溫度下簾線收縮率和收縮力。

（2）通過熱電偶測溫法測量輪胎硫化過程中溫度的變化情況。

（3）在硫化后充氣過程中，從輪胎出模開始每5 min對輪胎上下模胎面、胎側(cè)及胎圈區(qū)域進行測溫，記錄溫度隨時間的變化數(shù)據(jù)，測算出輪胎溫度降到室溫所需的時間。

（4）按照GB/T 9747—2008《航空輪胎試驗方法》和中國民用航空技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)CTSO-C62e進行成品輪胎外緣尺寸及動態(tài)模擬試驗。

2 結(jié)果與討論

2.1 充氣壓力作用下胎體簾線張力

通過理論計算成品輪胎胎體單根錦綸簾線在不同充氣壓力下所受的張力，結(jié)合硫化測溫數(shù)據(jù)，得出輪胎在出模溫度下保證簾線不收縮所需的最小后充氣壓力。

單根簾線在充氣壓力作用下的張力采用比德爾曼公式計算：

式中N——單根簾線張力，N；

P0——輪胎充氣壓力，kPa；

Rk——充氣輪胎胎里半徑，cm；

R0——輪胎零點半徑，cm；

i——充氣輪胎冠部簾線密度，根·cm-1；

j——充氣輪胎簾布層序數(shù)；

α——充氣輪胎胎冠簾線角度，（°）。

27×7.75－15輪胎胎體采用1400dtex/2錦綸66簾線。根據(jù)試驗實測爆破壓力值與計算值對比得出，爆破壓力實測值約為計算值的0.7倍，故引入效能因數(shù)為0.7，修正后胎體簾線張力計算結(jié)果如圖1所示。從圖1可以看出，胎體簾線張力與充氣壓力呈線性關(guān)系。

圖1 胎體簾線張力與充氣壓力的關(guān)系曲線

2.2 硫化過程中溫度因素的影響

2.2.1 簾線收縮率

采用干熱收縮儀測試1400dtex/2錦綸66簾線收縮率與溫度的關(guān)系，如圖2所示。從圖2可以看出，簾線收縮率隨溫度升高而增大。

圖2 簾線收縮率與溫度的關(guān)系曲線

2.2.2 簾線收縮力

采用干熱收縮儀測試1400dtex/2錦綸66簾線收縮力與溫度的關(guān)系，如圖3所示。從圖3可以看出，簾線收縮力隨溫度升高而增大。

圖3 簾線收縮力與溫度的關(guān)系曲線

2.2.3 胎體最高溫度

通過熱電偶測溫法測量輪胎硫化過程中溫度的變化情況，應(yīng)用等效硫化效應(yīng)理論，推算出等效硫化時間，以此來確定輪胎各部位（見圖4）的硫化程度與膠料的硫化匹配情況。這里將胎體硫化測溫點所測得的最高溫度作為輪胎出模時胎體的最高溫度，從而確定該溫度下保證簾線不收縮所需的最小后充氣壓力。

圖4 輪胎測溫點埋線位置示意

硫化結(jié)束出模時輪胎各測溫點的最高溫度如表1所示。從表1可以看出，輪胎出模時胎體最高溫度為156.7 ℃。

表1 硫化結(jié)束出模時輪胎各測溫點的最高溫度 ℃

2.2.4 輪胎溫度隨后充氣時間的變化情況

輪胎安裝在后充氣卡盤裝置后，分別在輪胎上下模胎面區(qū)域、上下模胎圈區(qū)域（表面）、上下模胎肩區(qū)域周向三等分位置設(shè)置6個測溫點，從輪胎出模開始每隔5 min測量溫度變化情況，結(jié)果如表2所示。輪胎溫度與后充氣時間的關(guān)系曲線如圖5所示。

表2 后充氣過程輪胎各測溫區(qū)域的平均溫度 ℃

圖5 輪胎溫度與后充氣時間的關(guān)系曲線

由表2和圖5可以看出，輪胎溫度隨著后充氣時間延長而逐漸降低，降低至環(huán)境溫度所需要的時間為95 min。

2.3 后充氣壓力和時間的確定

由表1可知，輪胎出模時測得的胎體最高溫度為156.7 ℃；由圖3可知，160 ℃時簾線收縮力為4.69 N；由圖1可知，充氣壓力為200 kPa時，胎體簾線張力為5.7 N，即在該充氣壓力下簾線張力大于簾線收縮力。為消除測量誤差帶來的影響，保證簾線在充氣壓力下張力大于收縮力，取值可以留有余量。由圖3可知，在170 ℃時簾線收縮力為5.31 N，仍小于200 kPa充氣壓力下的簾線張力。

根據(jù)熱電偶測溫結(jié)果，通過等效硫化效應(yīng)理論計算出輪胎正硫化時間為138 min。由圖5可知，胎圈區(qū)域溫度下降速率較快，其次為胎肩區(qū)域，胎面區(qū)域溫度下降速率較慢。由表2可知，輪胎溫度下降至室溫需要95 min。輪胎熱電偶測溫數(shù)據(jù)顯示，胎體溫度降至輪胎表面溫度需要38～43 min，簾線溫度下降趨勢與輪胎表面溫度相符。因此輪胎硫化后充氣時間選取為1個硫化周期即138 min，可以保證輪胎冷卻至環(huán)境溫度。

綜上所述：輪胎最小硫化后充氣壓力設(shè)為200 kPa，可以保證輪胎在胎體溫度為160～170 ℃時出模胎體簾線不產(chǎn)生熱收縮；硫化后充氣時間控制在1個硫化周期，可以保證輪胎冷卻至環(huán)境溫度。

3 成品輪胎性能

3.1 外緣尺寸

確定輪胎硫化后充氣壓力及時間分別為200 kPa和138 min，根據(jù)GB/T 9747—2008，測量3條輪胎的充氣外緣尺寸，結(jié)果如表3所示。

表3 輪胎的充氣外緣尺寸 mm

從表3可以看出，3條輪胎的充氣外直徑和充氣斷面寬均在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，且數(shù)據(jù)一致性較好，表明設(shè)定的硫化后充氣壓力和時間可以保證輪胎充氣外緣尺寸的穩(wěn)定性。

3.2 動態(tài)模擬試驗

按照GB/T 9747—2008，并根據(jù)CTSO-C62e規(guī)定的61次動態(tài)試驗要求，對測量完充氣外緣尺寸的3條輪胎進行50次正常起飛試驗、8次正常滑行試驗、2次1.2倍超載滑行試驗和1次1.5倍超載起飛動力試驗。輪胎在動態(tài)模擬試驗機上的安裝如圖6所示。

圖6 輪胎在動態(tài)模擬試驗機上的安裝示意

3條輪胎均完成61次動態(tài)模擬試驗，胎面完好，輪胎與輪輞間無滑移，均通過試驗。試驗后測量3條輪胎的外直徑分別為677.4，677.3和677.5 mm，斷面寬分別為189.7，189.5和189.3 mm。

4 結(jié)論

（1）錦綸66簾線的收縮率和收縮力隨溫度升高而增大。

（2）輪胎硫化后充氣壓力選取原則為：簾線在該充氣壓力下的張力不小于在出模溫度下的簾線收縮力；后充氣時間選取原則為：輪胎內(nèi)外溫度降至室溫所需要的時間。

（3）27×7.7－15航空輪胎最小后充氣壓力設(shè)定為200 kPa，可以保證輪胎在胎體溫度為160～170 ℃時出模胎體簾線不產(chǎn)生熱收縮；后充氣時間設(shè)定為1個硫化周期即138 min，可以保證輪胎冷卻至環(huán)境溫度。

（4）成品輪胎充氣外緣尺寸及動態(tài)模擬試驗驗證了后充氣壓力和時間選取的合理性，輪胎充氣外緣尺寸一致性較好。