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國外安全輪胎的發展歷程

自從人類發明制造汽車以來,輪胎被紮破漏氣,甚至費時,換胎補胎都很麻煩,甚至造成交通堵塞。此外,造成爆胎,甚至引發車禍死亡的交通事故,也是可悲的。隨著汽車工業的快速發展和交通網絡的完善,提高汽車輪胎的性能,開發安全、耐用、高速、低成本的產品已成為科研和生產部門的重要重點項目之壹。據相關統計數據分析,高速公路上近50%的重大交通事故都是由輪胎慢性漏氣引起的,其中大部分是釘子導致輪胎在運行過程中發熱爆胎。根據目前輪胎性能分析,需要進壹步提高輪胎的技術經濟指標,重點解決輪胎的防爆和防漏氣問題。安全輪胎的研發和生產越來越受到廠商的重視。

安全輪胎,英文是“Run-Flat tire”,指的是輪胎被外物刺破後,壹段時間內不會漏氣或漏氣速度非常慢,並能保持跑壹段時間。輪胎行業字面翻譯為“漏氣保用輪胎”,也稱為“漏氣保用輪胎”。從1934,固特異獲得第壹個安全輪胎專利開始,輪胎行業已經走過了70多年的安全輪胎研發歷程。

1.安全輪胎開發前期:技術探索,百花齊放。

“抗刺、抗爆、失壓後行走”是安全輪胎的三個基本要求。對於“失壓後能走”,其衡量指標包括失壓後的行駛速度和行駛距離。就安全輪胎而言,目前汽車行業的標準是以50-55英裏/小時(80-88公裏/小時)的速度行駛100英裏(160公裏)。為了實現這個目標,在過去的70年裏,尤其是前60年,人們嘗試了很多方法,這些方法各種各樣,各有利弊。處於早期發展階段的代表性安全輪胎技術有:

(1)增加胎面厚度防止異物穿透胎面,結構簡單,但橫向穩定性差。

(2)胎面膠中嵌入小金屬件阻擋異物的結構簡單,但側向穩定性和減震性較差。

(3)預先將裝有粘性液體的小膠囊放置在輪胎內腔中或粘貼在輪胎內壁上,或在胎體中預置粘合層,有時在輪胎內腔中放置少量比重較低的合成微孔纖維絮狀物。當輪胎被紮破時,粘稠液體逸出流向穿孔,與合成微孔纖維絮狀物壹起堵塞孔洞;具有這種結構的安全輪胎通常被稱為自密封輪胎。粘性液體可以減少泄氣輪胎內壁摩擦產生的熱量,但粘性液體或粘膠容易失效;由於小膠囊和纖維絮體在胎腔內自由運動,影響了輪胎的平衡性能。

(4)大輪胎套小輪胎,即在無內胎輪胎(外胎)的內腔中放入普通內胎的較小的無胎面輪胎(內胎),在內胎和外胎之間留有充氣空間(外氣室),當外胎失壓時,內胎起作用;內外氣室分別設有壹套獨立的閥芯和噴嘴;這種結構的安全輪胎通常稱為多腔輪胎,結構復雜,輪胎重量明顯增加,制造成本較高。

(5)在輪胎內腔的徑向頂部安裝帶簾線加強件的加強內胎。這種結構通常稱為防爆內胎輪胎,結構簡單,不影響乘坐舒適性。

(6)輪胎內腔用海綿填充,不充氣。這種結構的安全輪胎通常稱為海綿填充輪胎。胎體較硬,乘坐舒適性差,行駛中輪胎發熱大,不適合高速行駛的車輛。

(7)將側壁的內側制成氣囊,並在氣囊中填充海綿,或者在兩個側壁的內表面上貼上橫截面為月牙形的加強膜。這種結構的安全輪胎通常稱為胎側加強型輪胎,胎側剛性高,側向穩定性好,失壓後內生熱低。

(8)在輪胎內腔安裝可拆卸的彈性支撐環,在輪胎失壓後支撐胎面,加固胎側。這種結構的安全輪胎通常稱為帶內支撐的輪胎,輪胎內壁與彈性支撐環接觸因摩擦產生熱量,容易造成早期損壞。

(9)用環氧樹脂將胎圈粘到輪輞座上,這樣輪胎失壓後不會脫落。這算是後期專用輪輞的雛形,輪胎的輪輞連成壹個整體,增加了輪輞的再利用難度。

經過長期的探索和反復的實驗,到了90年代中後期,上述的壹些方法已經被淘汰,比如簡單的嵌入小金屬片、防爆內胎、多腔等。有些方法雖然還在使用,但其產品已經沒有市場或者原有市場已經明顯萎縮,比如液體自封,有些方法已經得到改進並逐漸成為主流技術,比如側壁補強、內支撐、特殊輪輞等。這壹時期有壹個新的趨勢,就是將原來單獨使用的多種方法進行組合、集成和優化,演變成能夠制造出綜合性能更好、更具競爭力的安全輪胎的新技術,如胎側加強+內支撐、特種輪輞+胎側加強、特種輪輞+內支撐等。可以說,在20世紀30年代至90年代中後期約60年的時間裏,安全輪胎由技術探索、百花齊放,轉變為相對集中、基本定型,完成了技術方法篩選、工藝路線確定的歷史進程,從發展初期進入中期。

2.安全輪胎中期發展:技術優化,漸成流派。

從90年代中後期開始,安全輪胎的重心轉移到了讓技術更純粹,技術更成熟,產品更有效。在初步發展的基礎上,通過整合優化,目前的安全輪胎技術已經形成了以輪胎結構劃分的兩大類和以匹配輪輞劃分的兩大類。

根據輪胎結構,安全輪胎技術有兩種:(1)自封式安全輪胎是在胎腔或密封層內預先填充足夠的密封膠。輪胎被異物刺破後,密封膠自動流向穿孔處,堵住孔洞,防止輪胎內壓下降,從而維持正常行駛狀態;(2)剛性支撐安全輪胎可細分為自支撐型和附加支撐型。前者與普通輪胎相比,不增加任何零件,只是通過對壹個原有零件的特殊設計或增強,使輪胎在失壓後仍能保持行駛輪廓,典型的例子就是胎側加強型;後者通過引入普通輪胎沒有的零件,達到保持胎壓損失後行駛輪廓的目的。典型的例子是內支撐類型。

根據匹配的輪輞,安全胎技術有兩種:(1)普通(標準)輪輞型;(2)特殊(非標準)輪輞類型。如果按用途劃分,也有兩類:(1)安全輪胎,保證汽車臨時平穩行駛;(2)長時間連續運行的安全輪胎。

其實以上兩個分類條件也可以理解為制造安全輪胎的技術手段,即((1)自密封技術;(2)剛性支撐技術;(3)特殊(非標準)輪輞技術。如上所述,大部分安全輪胎在發展初期都可以歸為單壹類別,也就是說,由於條件的限制,更傾向於使用單壹的技術手段來制造安全輪胎。越是發達的國家,越難將其歸為某壹類,因為現有的安全輪胎已經是多種技術的結合。

最近10年商業化的新型安全輪胎產品主要包括:

大陸集團(Continental A.G .)的Gen* Seal和法國米其林集團(Michelin)的虎爪NailGard,都是上世紀90年代曾經風靡壹時的產品。大陸集團(Continental A.G .)的Gen* Seal是壹種自密封無內胎安全輪胎,由大陸集團於20世紀80年代末開發成功。從輪胎橫截面來看,Gen*密封腔內兩個胎肩之間的部分設置了特殊的防刺層,並在其中填充了可流動的軟密封膠。當Gen* Seal被刺破或被刺破的物質被拔出時,柔軟的密封膠在輪胎充氣的內部壓力下自動流向穿孔處,堵住孔洞,即使孔傷深達3/16英寸,也能保持輪胎不漏氣。Mainland China建議將Gen* Seal與輪胎充氣內壓監測系統(TPMS)配合使用,該系統會根據輪胎滾動半徑的減小發出報警信號。

法國米其林集團的TigerPaw NailGard和Gen* Seal壹樣,都是自封式無內胎安全輪胎,由法國米其林集團在1998研發成功。其結構和技術指標與大陸Gen* Seal基本相同。從這款輪胎的品牌名稱為Uniroyal,不難判斷其屬於米其林輪胎產品系列中的中檔產品。

(2)特殊輪輞+自立式安全輪胎

顧名思義,這種安全輪胎必須安裝在非標準的輪輞上,輪胎的壹部分要加厚或者內襯特殊的加強層。屬於這壹類的最常見的安全輪胎是特殊輪輞+胎側加強型安全輪胎。特殊的輪輞可以有效防止輪胎失壓後胎圈脫落。代表產品有日本普利司通公司的Expedia輪胎-輪輞總成和法國米其林集團公司的MXV4輪胎。

日本普利司通公司於1992年3月成功開發出Expedia輪胎輪輞總成,並於明年初在歐洲市場銷售。該總成由三部分組成:(1)安全輪胎——胎側襯有特殊加強筋,在輪胎失壓時足以支撐汽車重量;同時,混煉膠的耐熱性能非常好,在輪胎失壓後仍保持彈性,保證輪胎不會失去基本的行駛功能,不用擔心胎內摩擦造成的輪胎損壞;(2)楔形輪圈——這是壹種特殊的輪圈,類似於德國大陸的CTS反向輪圈。在普通輪輞的基礎上,在兩個胎圈座中各增加壹個駝峰形凸緣。輪胎漏氣後,駝峰形凸緣起到防止輪胎脫落的作用;(3)TPMS由固定在輪輞座上的壓力傳感器和安裝在車內的蜂鳴器或指示燈組成;當輪胎充氣壓力下降到設定值時,蜂鳴器鳴響或指示燈閃爍。Expedia assembly可以在無內壓的情況下,以55英裏/小時(88公裏/小時)的速度駛出150英裏(240公裏)。

法國米其林集團公司於1994年成功開發MXV4輪胎,並於1997年6月在北美替換件市場銷售。MXV4輪胎的特點是失壓後操控性能好。TPMS由嵌在輪輞座上的傳感器和安裝在駕駛室儀表板上的可編程數字顯示器組成。1998 MXV4已發展成為多種規格型號的系列產品,其中MXV4ZP在內壓為零的情況下,能以55英裏/小時(88公裏/小時)的速度行駛50英裏(80公裏)。當時MXV4 ZP的價格比普通輪胎高40-50美元,配套用的TPMS價格300-400美元。

(3)特殊輪輞+附加支撐型安全輪胎

這種安全輪胎不僅需要配合專用輪輞使用,還有壹個特點就是輪胎內部有壹些普通輪胎沒有的部件,比如內撐。最具代表性的產品有法國米其林集團的PAX,德國大陸公司的CWS系統,意大利倍耐力SpA的EMI(整體發泡輪胎)。

1997年初,法國米其林集團向媒體鄭重宣布,成功研發出壹款獨壹無二的安全輪胎——PAV(垂直固定式充氣輪胎)。1998年夏天,PAV作為原廠配件供應給歐洲汽車廠商。1999米其林升級了PAV技術,改名為PAX。

作為當時世界上橫截面最低的安全輪胎(60系),PAX在失壓後能夠以50英裏/小時(80公裏/小時)的速度駛出65,438+025英裏(200公裏)。其結構特點如下:(1)輪胎斷面最寬處在胎圈處,胎圈直徑大於等於輪胎外緣直徑;(2)輪胎胎側接近垂直,而不是像普通輪胎那樣鼓包,胎側高度僅為同規格普通輪胎的1/2;(3)特制平底輪輞,內置橡膠圈,起到鎖緊胎圈,支撐胎面的作用。

米其林要求PAX必須和TPMS壹起使用,因為PAX的性能太好了。如果沒有TPMS,司機無法通過感覺區分充氣駕駛狀態和減壓駕駛狀態,結果在到達目的地時發現自己已經無壓力駕駛了很長時間。失壓帶負荷行駛對輪胎造成很大的負擔,所以無論是普通輪胎還是安全輪胎都是壹種不正常的狀態。TPMS的目的是盡可能縮短帕克斯處於異常狀態的時間,延長帕克斯的壽命。這也是幾乎所有安全輪胎制造商建議或要求TPMS的原因。

大陸公司CWS系統在1999年底開發成功。它的基本結構類似於米其林PAX,由四部分組成:(1)無鋼絲圈加強的柔性胎圈;(2)鋼絲增強橡膠支撐環(簡稱CSR(3)特殊輪輞;(4)配套的TPMS(簡稱TPMS)或CWS系統的漏風檢測裝置(DDS )o已在2001汽車配套。

意大利倍耐力公司EM工1994引進。其基本結構是在輪胎胎腔內預置特殊工藝制成的丁基橡膠發泡圈。當輪胎未放氣時,內部壓力會將泡沫圈壓向輪輞,這樣可以減少應力集中,調節輪輞的慣性。壹旦輪胎失壓,泡沫圈立即迅速膨脹,充滿整個胎腔,支撐胎體,達到輪胎充氣效果,維持輪胎正常行駛狀態。EMI已經匹配賽車。

(4)自支撐+添加劑支撐安全輪胎

這種安全輪胎安裝在普通輪輞上就可以使用,但是除了輪胎內部加厚了壹些零件之外,還有壹些額外的支撐零件,比如內支撐環。自承+增材支撐技術特別適用於高斷面輪胎和重型車輛,保證了輪胎失壓後的支撐,防止輪胎內表面相互摩擦,導致早期損壞。最具代表性的產品是美國固特異輪胎橡膠公司的Engle EMTo。

美國固特異輪胎橡膠公司的Engle EMT是在雙Engle的基礎上進壹步改進TPMS,改進輪胎結構(即加強胎側)後生產的。Engle EMT最吸引人的特點是安裝在普通輪輞上,標誌著固特異在安全輪胎技術領域達到了領先水平。相比其他必須搭配專用輪輞的安全輪胎,EMT無疑更具市場競爭力。Engle EMT輪胎在失壓的情況下能保持原來的充氣形狀,胎腔內壁不會相互磨損接近,從而保持基本的行駛性能。

截止到1997年底,Engle EMT擁有適用於轎車、越野車、多用途跑車的八個規格型號,價格比普通輪胎高出10%} 15。固特異建議英語應該和TPMS壹起使用。當然,如果TPMS沒有配備,也不會影響Engle EMT的表現。TPMS每套售價250-300美元。Engle EMT的性能指標是失壓後以55英裏/小時(88公裏/小時)的速度行駛200英裏(320公裏)。

Engle EMT的並聯替代產品Engle GS系列成立於1991,由1994分設A到D * *四個子系列。其中GS-A是非對稱胎面輪胎,GS-D是定向胎面輪胎。GS-C有兩層特殊方法纏繞的鋼絲帶,不僅耐高溫,而且發熱量低,保證無壓行駛時保持100%的原始操控性能。

(5)自立式安全輪胎

這也是壹種安全輪胎,裝在普通輪輞上就可以使用。通過對輪胎胎體中的某壹部分進行特殊設計或加強,可以達到在失壓後保持輪胎行駛輪廓,並具有足夠的剛度來承受車輛和乘員的載荷的目的。應該說這是壹種結構最簡單,用途最簡單的安全輪胎。但是自承技術有兩個缺點:(1)胎側剛度過大,影響乘坐舒適性;(2)更適用於低斷面輪胎和較輕的車輛。最具代表性的產品有日本普利司通公司的Hawk系列安全輪胎、日本住友橡膠工業株式會社的CCT和倍耐力Eufori & amp;reg。

日本普利司通公司生產的Hawk系列安全輪胎於1999年上市。它們有四個特點:(1)適用於普通輪輞;(2)沒有內部支持;(3)屬於普通路段;;4)重量比固特異同類產品輕。上述特性是通過加厚輪胎側壁和采用獨特的帶束層設計獲得的。其中,鷹牌輪胎不同於迄今為止問世的其他沒有專用輪輞和內支撐的安全輪胎,因此比同類產品更受市場歡迎。Hawk輪胎可以在失壓的情況下以55英裏/小時(88公裏/小時)的速度行駛50英裏(80公裏)。

日本住友橡膠工業公司於2000年6月推出了CCT(綜合技術輪胎)。雖然屬於剛性自承式,但與傳統技術不同。目前的自承技術,如普利司通Hawk、米其林MXV4等,都是采用更多的橡膠和織物加厚加固胎側,提高部件的剛性,以達到輪胎失壓後保持充氣輪廓的目的。這樣做必然會增加輪胎重量(通常比普通輪胎重20%-4 0%),惡化乘坐舒適性。從胎面到胎側的CCT輪廓線具有幾個連續變化的曲率。即使胎側變薄,具有這種輪廓線的輪胎仍具有良好的自承能力,因此也被稱為輕量化安全輪胎。

意大利倍耐力公司推出EUFORI &;reg這是首款采用MIRS(模塊化綜合自動化系統)技術生產的子午線安全輪胎。它擁有智能自支撐側壁,在失去壓力的情況下,可以以50英裏/小時(80公裏/小時)的速度安全行駛90英裏(150公裏)。因為在網上公開命名,所以也叫E胎。倍耐力也推薦妳用Eufori &;reg最好能配TPMS。

M-worker RS是倍耐力在20世紀90年代初開發的壹項創新技術。目前,該公司已在意大利、美國、英國和德國建立了幾家工廠,采用MIRS技術生產輪胎。產品包括乘用車輪胎、輕型卡車輪胎和卡車輪胎,但采用MIRS技術生產安全輪胎尚屬首次。

(6)鉸接輪胎

1993年,馬來西亞亞洲Airboss公司成功研發了壹款防爆胎鉸接式工業輪胎/輪輞系統——air Bos:鉸接接頭,由鉸接式輪胎和特種輪輞組成,適用於裝載機和挖掘機。當鉸接式輪胎沒有安裝輪輞時,它看起來像壹個橡膠履帶,由10個用薄鋼板加固的空心橡膠部件組成,橫截面為梯形。每個橡膠部件的底部都有孔,並且在成型過程中已經安裝了螺栓。將每個橡膠件底部的螺栓對準專用輪輞上相應的孔,用螺母固定,得到輪胎總成。鉸接輪胎可采用模壓或澆註的方式制作,材料為天然橡膠或丁苯橡膠。聚氨酯醋因為成本高,暫時不能廣泛使用。接頭的數量取決於輪胎尺寸。這些接頭損壞後,可以單獨取下進行翻新或更換。

根據以上安全輪胎的分類,鉸接式工業輪胎/輪輞系統應該屬於特種輪輞+多腔型。Airbos:鉸接式輪胎具有以下優異性能:(1)使用壽命是普通輪胎的4.5倍,使用12個月後胎面厚度保持75%;(2)剛度為23。比充氣輪胎和實心輪胎分別高5%和100%,滾動阻力降低50%-58%;(3)減震1。52 1.充氣輪胎的85倍;(4)牽引力比充氣輪胎大37%。

Airbos:鉸接式工業輪胎/輪輞系統在生產第壹年的銷售額為300萬美元,到1997年底,已經增加到3億多美元,規格也從3種增加到27種。除去歐洲和亞洲的銷量,壹度占據北美農機輪胎市場90%的份額,但近年來市場有所萎縮。

從國外安全輪胎的發展和應用來看,無論是自封還是支撐,都是對原有輪胎結構的徹底改變。目前高端車普遍采用的配套安全輪胎是治標不治本。它們只能保證輪胎在漏氣的情況下以壹定的速度在壹定的範圍內運行,但並沒有從根本上解決漏氣的問題。它們還需要特殊的輪胎和特殊的輪輞與TPMS壹起使用,因此很難應用到現有的車輛和輪胎上,使用成本很高。歐陸A.G .的Gen* Seal和法國米其林的虎爪NailGard雖然解決了漏氣問題,但也屬於特殊結構輪胎。雖然在20世紀90年代壹度流行,但現在已經逐漸淡出市場,也很難應用到現有的普通輪胎上。

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