国家工程机械质量监督检验中心  李建勇

 

一、概述

近几年，随着我国工程机械的不断发展，其中轮式工程机械产量也在不断提高。而如何使轮式工程机械的性能和可靠性得到提高，零部件的选择是至关重要的。其中，轮胎在轮式工程机械中是用来承受整个机械的重量、载荷，实现滚动行驶，并传递机械与地面之间的各种力和力矩的。同时兼有缓冲作用。而轮式工程机械大多因行驶速度较低，而把悬架减振装置省略，但轮式工程机械特殊的使用要求与环境，需要具有很高的牵引力。因此，轮胎的选择，对轮式工程机械的性能和可靠性显得尤为重要。

二、轮胎的组成与分类

轮胎的组成：轮胎主要有胎面、帘布层、缓冲层和胎圈组成。

（1）胎面：胎面是外胎的外表层，包括胎冠、胎肩和胎侧三部分。

胎冠：胎冠用耐磨的橡胶制成，它直接承受摩擦和全部载荷，能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，以保证轮胎与地面的附着性能，防止轮胎滑移。轮胎胎面的花纹对车辆使用性能有非常重要的影响，因此在选用轮胎时必须足够重视轮胎的花纹。

胎肩：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。

（2）帘布层：帘布层是外胎的骨架，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。帘布层通常由多层挂胶帘线用橡胶粘合而成。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。帘布材料一般有棉线、人造丝线、尼龙线和钢丝等。现在多采用聚酰胺纤维和钢丝作帘线后，在轮胎的承载能力相同的情况下帘布层数可以减少，这样既减少了橡胶的消耗、提高了轮胎的质量，又降低了滚动阻力，延长了轮胎的使用寿命。

（3）缓冲层：缓冲层位于胎面和帘布层之间，一般用两层或数层较稀疏的帘线和弹性较大的橡胶制成，所以其弹性较大，能缓和车辆在不平路面上行使时所受的冲击，并防止车辆在紧急制动时胎面与帘布层脱离。

（4）胎圈：胎圈由钢丝圈、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。

1. 轮胎按胎体结构的分类及其特性　

　  轮胎按胎体结构不同可分为充气轮胎和实心轮胎。充气轮胎按胎体中帘线排列的方向不同，还可分为普通斜交轮胎、带束斜交轮胎和子午线轮胎。充气轮胎按组成结构不同，又分为有内胎轮胎和无内胎轮胎两种。有内胎的充气轮胎由内胎、外胎和胎垫组成。内胎中充满压缩空气，外胎是用以保护内胎使不受外来损害的强度高而富有弹性的外壳，胎垫放在内胎和轮辋之间，防止内胎被轮辋及外胎的胎圈擦伤。

　　（1）普通斜交轮胎：普通斜交轮胎的外胎由胎面、帘布层、缓冲层及胎圈组成。帘布层是外胎的骨架，用以保持外胎的形状和尺寸，通常由成双数的多层挂胶布用橡胶贴合而成，帘布的帘线与轮胎子午断面的交角一般为52～54度，相邻层帘线相交排列。帘布层数愈多强度愈大，但弹性降低。　

　  （2）子午线轮胎：子午线轮胎（在轮胎上用Redial表示）的特点是：帘布层帘线的排列方向与轮胎的子午断面一致。由于帘线的这种排列，使帘线的强度能得到充分利用，因此，子午线轮胎的帘布层数一般比普通斜交轮胎的帘布层数可减少40%～50%。

　  （3）带束斜交轮胎：带束斜交轮胎是介于普通斜交轮胎和子午线轮胎之间的一种折衷结构方案。其帘布层的帘线与子午断面的交角比普通斜交轮胎小，比子午线轮胎的大。因此，带束斜交轮胎的寿命和滚动阻力也介于上述两种轮胎之间。

（4）无内胎轮胎：无内胎轮胎（俗称真空胎，在轮胎上用Tubeless表示）在外观上和结构上与有内胎轮胎近似，不同的是无内胎轮胎的内壁上附加了一层厚约2～3毫米的橡胶密封层，在密封层下面贴着一层用未硫化橡胶的特殊混合物制成的自粘层。

2. 轮胎按用途的分类

我国的轮胎国家标准，美国轮胎轮辋手册，欧洲轮胎轮辋标准，日本轮胎标准以及国际轮胎标准中都是以用途进行分类的，可分为以下几种类型:

（1）轿车轮胎：是装于轿车上的轮胎，它主要用于良好路面上高速行使，最高行驶速度可达200千米/小时以上。

（2）轻型载重汽车轮胎：通常指轮辋直径16英寸及其以下的断面宽9英寸及其以上的载重汽车轮胎。这类轮胎主要行驶于公路，行驶速度一般可达80～100km/h。

（3）载重和公共汽车轮胎：通常指轮辋直径18～24英寸，断面宽7英寸及其以上的载重汽车，自卸货车，各种专用和拖车等轮胎。

（4）工程机械轮胎：工程机械轮胎是装于专用性作业的工程机械车辆上，例如装载机、推土机、挖掘机、平整土地机、压路机和石方作业机等。

（5）越野汽车轮胎：越野汽车为前后轮驱动。越野汽车轮胎主要行驶在坏路面上如沙漠、泥泞地、松软土壤或其它无路面道路。

（6）农业和林业机械轮胎：农用轮胎主要装在拖拉机、康拜因联合收割机和农机具车辆上使用。

（7）工业车辆轮胎：主要用于工业车辆上的充气轮胎、半实心轮胎和实心轮胎。分电瓶车轮胎、叉车轮胎和平板车轮胎等。

  （8）摩托车轮胎：用于摩托车上的轮胎。包括摩托车轮胎、轻便摩托车轮胎和小轮径摩托车轮胎。

  （9）航空轮胎：用于航空飞行器上的充气轮胎。

  （10）特种车辆轮胎：包括炮车轮胎、坦克轮胎、装甲车轮胎、沙漠轮胎、防爆车辆轮胎等。

  （11）力车轮胎：用于自行车、三轮车和手推车的充气轮胎。

三、轮胎的标记识别

轮胎是车辆的重要部件，在轮胎上的标记有10余种，正确识别这些标记，对于轮胎使用及选择具有十分重要的意义。

（1）轮胎规格：规格是轮胎几何参数与物理性能的标志数据。轮胎规格常用一组数字表示，前一个数字表示轮胎断面宽度，后一个数字表示轮辋直径，均以英寸为单位。中间的字母或符号有特殊含义：“x”表示高压胎；“R”、“Z”表示子午胎；“一”表示低压胎。

（2）层级：层级是指轮胎橡胶层内帘布的公称层数，与实际帘布层数不完全一致，是轮胎强度的重要指标。层级用中文标志，如12层级；用英文标志，如〃14P．R〃即14层极。

（3）帘线材料：有的轮胎单独标示，如“尼龙”（NYLON），一般标在层级之后；也有的轮胎厂家标注在规格之后，用汉语拼音的第一个字母表示，如9.00－20N、7.50－20G等，N表示尼龙、G表示钢丝、M表示棉线、R表示人造丝。

（4）负荷及气压：一般标示最大负荷及相应气压，负荷以“公斤”为单位，气压即轮胎胎压，单位为“千帕”。

（5）轮辋规格：表示与轮胎相配用的轮辋规格。便于实际使用，如“标准轮辋5.00F”。

（6）平衡标志：用彩色橡胶制成标记形状，印在胎侧，表示轮胎此处最轻，组装时应正对气门嘴，以保证整个轮胎的平衡性。

（7）滚动方向：轮胎上的花纹对行驶中的排水防滑特别关键，所以花纹不对称的越野车轮胎常用箭头标志装配滚动方向，以保证设计的附着力、防滑等性能。如果装错，则适得其反。

（8）磨损极限标志：轮胎一侧用橡胶条、块标示轮胎的磨损极限，一旦轮胎磨损达到这一标志位置应及时更换，否则会因强度不够中途爆胎。

（9）生产批号：用一组数字及字母标志，表示轮胎的制造年月及数量。如“98N08B5820”表示1998年8月B组生产的第5820只轮胎。生产批号用于识别轮胎的新旧程度及存放时间。

（10）商标：商标是轮胎生产厂家的标志，包括商标文字及图案，一般比较突出和醒目，易于识别。大多与生产企业厂名相连标示。

（11）标记：如产品等级、生产许可证号及其它附属标志。可作为选用时参考资料和信息。

四、工程机械轮胎的特殊性及选择

工程机械轮胎是装于专用性作业的工程机械车辆上，其行驶速度不高，但使用的路面条件和载荷性能要求苛刻。

1．根据轮胎断面尺寸分类可分为标准轮胎（H/B≈ 98%）、宽基轮胎（H/B ≈82%）   和超宽基轮胎（H/B ≈65%）三种系列。(H: 轮胎断面高度B: 轮胎断面宽度)

2．根据轮胎的冲气压力可分为高压胎（0.5-0. 7Mpa）、低压胎（0.15-0.45Mpa）和超低压胎（0.15Mpa ）。

3．根据轮胎的用途分类可分为G-路面平整用；L-装载、推土用；C-路面压实用；E-土、石方与木材运输用；ML-矿石、木材运输及公路车辆用五类。

4．工程机械轮胎外胎结构除采用斜交胎、子午线轮胎、带束斜交轮胎的结构外还有履带轮胎，一般大型轮式机械采用，其主要适应矿山岩石工地施工作业的需要。

工程机械一般采用低压轮胎。轮胎用B-d表示，B是轮胎断面宽度，d为轮胎内直径，“-” 表示低压胎。即如 ZL50型 装载机的轮胎型号23.5-25-16PR/风神轮胎股份有限公司:轮胎断面宽度为23.5英寸、轮胎内直径为25英寸、层级为16、帘线材料为人造丝的低压轮胎由风神轮胎股份有限公司制造等表示之。

在工程机械中除轮胎式压路机等采用无花纹的光面轮胎外，大多工程机械的轮胎都有各种花纹。不同的胎面花纹，对轮胎的使用性能、及寿命等有不同的影响。

1．横向花纹使轮胎具有较好的附着性能和排水性能。

2．纵向花纹使轮胎具有较好的行驶平静性、舒适性和侧向稳定性。

3．既有横向花纹又有纵向花纹的混合花纹轮胎，综合了它们的特点。

以L-装载、推土用型轮胎为例，就分有牵引型花纹，其呈“八”字或“人”字形，花纹块与沟槽的面积之比为1:1，易于嵌入土壤适宜在松软地面作业。块形标准型其花纹块与沟槽的面积之比为2:1，它抗刺扎能力强，适宜在岩石地面作业。而块形加深和超深型花纹其耐磨能力更强，但散热能力下降，它较适宜在岩石路面作业和短途、低速行驶。

五、轮式工程机械有关轮胎的性能检测及影响

以轮胎式装载机为列：

1．轮胎接地比压的测定方法

（1）试验所用仪器及工具：起重装置、图纸、墨汁或废机油、天平等。

（2）样机状态：轮胎胎面应无显著磨损，铲斗处于运料位置，空载，车架分别为直线及最大偏转状态。

  （3） 测试方法：支起轮胎，在与地面可能接触的轮胎表面上涂以墨汁或废机油，并在轮胎正下方铺上白纸，放下轮胎在白纸上压印。然后再次支起轮胎，取出白纸(见图1)， 测出各轮胎的压痕面积和水平投影面积，并按式(1)、式(2)计算。

                       

 图1  压痕(A)和投影(B)面积示意图

             Qi1=Gi/Fi1………………………………………………………………… （1）

             Qi2=Gi/Fi2………………………………………………………………… （2）

    式中： Qi1── 第i个轮胎压痕比压，即单位压痕面积承受的轮胎载荷，MPa；

              Qi2── 第i个轮胎投影比压，即由单位水平投影面积承受的轮胎载荷，MPa；

               Gi ── 第i个轮胎所承受的载荷，N；

              Fi1── 第i个轮胎花纹凸起部分的压痕面积，mm²；

              Fi2── 第i个轮胎凸起和凹陷两部分在白纸上的水平投影面积之和，mm²。

2．轮胎对接地比压对的影响

   通过对样机在各种使用工况下轮胎接地比压数值的测定，判断所选用的轮胎的几何参数、物理性能、强度、负荷及气压指标是否满足机械的要求。是判断机械对轮胎选择正确与否的一种方法。

1．牵引性能试验方法

（1）试验所用仪器及工具：微机综合测试仪、拉力传感器、五轮仪、轮边测试器、发动机测速传感器、钢丝绳卸扣等。

（2）样机状态：轮胎按规定气压充气，样机配备一名标准体重驾驶员，按说明书要求加油、加水，铲斗处于运料位置，空载。

（3） 测试方法：连接样机和负荷车，选取适当吨位的拉力传感器，固定、检查五轮仪、驱动轮上的轮边测试器及发动机测速传感器等。样机全桥驱动，发动机最大油门运转，样机达到预定车速后负荷车缓慢加载，待负荷稳定(变化幅值与负荷平均值之比不超过±5%)后，记录牵引力、五轮速度(实测车速)、轮边速度及发动机转速，采样时间为5s，取其各自的平均值。测点不得少于16个，在曲线转折区段测点应多一些，各挡应在往返方向进行一次试验，且注意合理使用试验跑道的区段。

    按下列公式进行计算：

                  N=P.V/3.6………………………………………………………………  (28)

                 8=Vo-V/Vo*100%…………………………………………………  (29)

    式中：  N── 牵引功率，kW；

               P── 牵引力平均值，kN；

               V── 实测车速，km/h；

               8── 滑转率；

               Vo── 轮边速度，km/h。

    记录测定结果，并绘制牵引特性曲线。

2．轮胎对装载机牵引性能的影响

通过对装载机牵引性能测定，可以从测定结果、牵引特性曲线评判装载机动力装置与传动装置的匹配是否合理，其中轮胎与地面的附着力对牵引性能有较大的影响，而轮胎的断面宽度、轮胎的冲气压力、轮胎的花纹等因素对轮胎与地面的附着力、滑转率又具有较大的影响。

此外轮胎还对装载机的 最大牵引力测定、爬坡能力的测定、制动性能、行驶速度以及振动和噪声等都会产生不同程度的影响。

因此，针对不同的机型和不同的使用要求与环境，通过对轮胎的结构组成、轮胎的标记识别的了解，按不同的用途正确选用轮胎，定会使轮式工程机械的性能和可靠性得到极大提高。

                                               摘自《工程机械技术与质量信息》