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子午线轮胎、斜交轮胎的对比——帘线钢专辑(2)

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前言:无论做帘线钢,还是它的下游产品钢帘线,我们都要对轮胎做一定的了解,才能对产品有更高的认识,上期: 子午线轮胎——帘线钢专辑(1)我们对轮胎的历史和发展做了简介,这期将说说斜交轮胎和子午线轮胎的区别对比。


斜交轮胎和子午线轮胎的基本构造


斜交轮胎(Bias tire)的结构与子午线轮胎基本结构非常相似,都是由胎面、胎体层(帘布层)、缓冲层(带束层)和胎圈组成;下图为子午线轮胎的结构示意图。


图1 全钢圈子午线轮胎结构图


胎面(Tread)被细分成了胎冠、胎肩和胎侧(sidewall)三部分,其中胎冠是用耐磨的橡胶制成,它直接承受摩擦和全部载荷,减轻帘布层所受的冲击,并保护帘布层和内胎,以免其受到机械损伤。


胎面上有各种凹凸花纹(日常生活中大家叫它“轮胎花纹”),以保证轮胎与地面的附着性能,防止轮胎滑移;胎肩是较厚的胎冠与较薄的胎侧之间的过渡部分。它除了起到保护帘布层的作用外,表面一般还制有各种花纹,以利于防滑和散热;胎侧:胎侧是贴在帘布层侧壁的较薄的一层橡胶层,它可承受较大的扭曲变形,其作用是保护帘布层免受机械损伤和水分侵蚀。


胎体层(carcass),它是外胎的骨架,也称胎体。其主要作用是承受载荷,保持外胎的形状和尺寸,使外胎具有一定的强度。胎体层通常由多层挂胶帘线(ply)用橡胶粘合而成。为了使负荷均匀分布,帘布层数多为偶数。帘布层数越多,其强度越大,但相应它的弹性随之降低。一般帘布层数都标在外胎的表面上。


缓冲层(breaker)位于胎面和帘布层之间,一般用两层或数层较稀疏的帘线(belt)和弹性较大的橡胶制成,所以其弹性较大,能缓和汽车在不平路面上行使时所受的冲击,并防止汽车在紧急制动时胎面与胎体帘布层脱离。


最后是胎圈,它由钢丝圈(bead)、帘布层包边和胎圈包布组成,具有很大的刚度和强度,可使轮胎牢固地装在轮辋上。


图2 斜交轮胎和子午线轮胎的对比(左为子午线轮胎,右为斜交轮胎)


普通斜交轮胎的帘布层和缓冲层各相邻层帘线交叉,且与胎面中心线呈小于90°排列,斜交轮胎是胎面花纹呈交插状,有防滑作用。


子午线轮胎胎体的帘线排列不同于斜交轮胎,这些帘线不是相互交叉排列的,而是与外胎断面接近平行,像地球子午线排列,帘线角度小,一般为0°,胎体帘线之间没有维系交点,当轮胎在行驶过程中,冠部周围应力增大,会造成周向伸张,胎体成辐射状裂口。


因此子午线轮胎的缓冲层采用接近周向排列的打交道帘线层,与胎体帘线角度成90°相交,一般为70°到78°,形成一条几乎不能伸张的刚性环形带,把整个轮胎固定,限制轮胎的周向变形,这个缓冲层承受整个轮胎60%到70%的内应力,成为子午线轮胎的主要受力部件,故称之为子午线轮胎的带束层。


斜交胎的主要受力部件不在缓冲层上,其80%到90%的内应力均由胎体的帘布层承担。由此可见,子午线轮胎带束层设计很重要,必须具有良好的刚性,可采用多层大角度,高强度而且不易拉伸的纤维材料,如钢丝或者芳纶纤维等。


子午线轮胎根据材料不同可以分为全钢丝子午线轮胎、半钢丝子午线轮胎和全纤维子午线轮胎三种类型,简而言之,以半钢丝子午线轮胎为标准版,通常使用在轿车上,2层钢丝带束层,胎体使用纤维布;全钢丝子午线轮胎就是“加强版”,这种子午线轮胎拥有3~4层带束层,胎体多数使用钢丝帘布,外加更坚固的胎圈,如此加强的坚不可摧,当时搭配的是重型工程车;而全纤维子午线轮胎就是“阉割版”,它的胎体采用二至三层纤维组成,带束层选用二层钢丝帘线,因速度不象轿车胎那样高,所以一般无需胎冠层,所以也就只能使用在拖拉机上了。


子午线轮胎的应用


子午线轮胎与斜交轮胎具有不同的弹性特性,在转向时会有不同程度的滑动。采用子午线轮胎的一个好处,是可以减轻汽车的重量,因为他们不必再为斜交轮胎的缺陷进行必要的弥补。


然而,汽车驾驶者并不习惯这种感觉,因此汽车的悬架系统必须进行改装。为此,1960年代福特汽车公司的工程师Jack Bajer对福特Falcon汽车进行了试验,通过提高驾驶时转向的柔和性,并在驱动轴安装隔振器和在悬挂系统上安装衬套用来吸收行驶在混凝土道路沥青伸缩缝上时发出的砰砰声,来改善驾驶体验。


子午线轮胎偶尔也会在1980年代的Miyata旅行自行车上使用,型号为1000和610,最近的使用案例是在2009年的Maxxis Radiale。Panaracer子午线轮胎也是1985年Jamis Gentry型号自行车的标配。


子午线轮胎中的钢丝会随着使用而被磁化,因此,当车轮旋转时,会产生交变磁场。当车轮旋转时,靠近车轮的电磁场测量装置可以很好地测量这种磁场,其谐波高达几百赫兹。


子午线轮胎相对于斜交轮胎的优势


1)接地面积大,附着性能好,胎面滑移小,对地面单位压力也小,因而滚动阻力小,使用寿命长。


2)胎冠较厚且有坚硬的带束层,不易刺穿;行驶时变形小,可降低油耗3%~8%。


3)因为帘布层数少,胎侧薄,所以其径向弹性大,缓冲性能好,负荷能力较大。


4)散热性能好,可适应高温、高速行驶。


图 3 斜交轮胎和子午线轮胎正常行驶和转向时胎冠的变化特点


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