浅析高速公路轮胎爆破原因及预防措施
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笔者在此对高速公路轮胎爆破机理以及影响因素加以分析,并提出防止轮胎爆破的一些措施。
一、轮胎爆破机理
轮胎工作时,除了承受一定的气压外,与路面接触时产生较大的变形,胎体帘线外侧承受拉力,内侧承受压力,随着轮胎的运转,胎体各部分将不断地承受这一交变拉压应力。胎体帘线之间不断产生挤压、拉伸及摩擦而生热,导致胎温升高。另外,外胎与内胎、外胎与轮辋、内胎与垫带之间也会因轮胎的不断变形产生摩擦生热。同时,汽车制动时产生的热量也会传给轮胎,当热量超过轮胎的散热能力时,胎体的温度将会不断上升,胎体帘线的强度逐渐下降。由图1可见,轮胎温度由0℃上升到约120℃时,帘线的强度下降大约为钢丝5%、人造丝18%、尼龙30%;胎温继续上升时,胎体帘线的强度将迅速下降。胎温的上升还将使轮胎气压随之上升,胎体帘线将承受更大的应力,最终导致轮胎某一薄弱部位产生裂口,外层橡胶和帘线被撕裂,气体由破口泄出,导致爆胎。
二、影响因素
轮胎爆破主要是胎温过高所造成的,而影响胎温升高的因素主要有以下这些。
1. 车速
车速与轮胎的变形频率成正比。车速提高,轮胎的变形频率、滑动率、胎体的振动以及轮胎的周向和侧向产生的扭曲变形也随之增加,导致胎温及胎压随之上升,轮胎的磨损将成倍增加,加速轮胎的机械和热损伤,降低其疲劳强度。当行驶速度达到＂临界速度＂时胎冠表面出现驻波,轮胎因＂迟滞损失＂所消耗的能量与车速的三次方成正比,这些能量大部分变成了热量,致使轮胎温度超过其＂临界温度＂(约92℃左右),极易产生轮胎胎体帘线脱层、热爆胎等现象。
2. 载荷
载荷增加,将使轮胎的变形增大,从而使车轮滚动其帘线的相互挤压、摩擦加剧,胎温升高;同时载荷增加将使胎体帘线承受更大的应力。当轮胎所承受的载荷超过允许范围时,轮胎的变形会过大,胎体帘线的疲劳强度下降,易造成帘线断裂、胎体脱层,甚至爆胎。轮胎的载荷还与其寿命密切相关。由图2可见,载荷超过20%时,行驶里程下降30%;超过50%时,行驶里程下降60%;载荷超过一倍时,行驶里程下降90%以上。
3. 气压
轮胎的气压是轮胎的生命。气压过低时,胎体的刚性下降,变形增大,轮胎滚动时,产生更多的热量,胎温易过高。气压过高时,胎体的变形虽减小,但轮胎的接地面积减小,与路面的附着力下降,胎冠磨损严重,胎体帘线所承受的应力加大,帘线易断裂。同时,气压高时轮胎的刚性增大,承受的动载荷相应增大,相对于气压低时更易爆胎。
4. 其他因素
(1)环境温度。环境气温高时,轮胎的散热效果下降,高速行驶时,胎温易升高。这正是夏天轮胎易爆破的主要原因。
(2)制造缺陷。外胎厚度不匀、胶料不匀、帘线质量低劣、外胎与轮辋的结合不牢固等都易造成轮胎的早期损坏,甚至爆胎。
(3)选型及使用不当。不同类型的轮胎,其性能差异较大。从高速性能来说,无内胎轮胎要比有内胎轮胎好(因为少了内、外胎之间的挤压、摩擦生热,可降低胎温)。定期换位、及时去除嵌入的尖硬物、驾驶中尽可能以滑行代替制动、避免紧急制动、转弯要平稳等,都有利于延长轮胎使用寿命。
三、预防措施
1. 合理选用轮胎
常在高速公路上行驶的车辆,宜选用子午线无内胎轮胎。子午线轮胎具有滚动阻力小、承载能力高、耐磨、减振性与附着性能好等优点。无内胎轮胎则具有密封性好、胎温低、质量小,适宜高速运行。目前,绝大多数轿车选用无内胎的子午线轮胎。
选用轮胎时,还应注意速度等级。国产货车用子午线轮胎的速度级别一般为L、M、N三个等级,相应的最高限速为120km/h、130km/h、210km/h。轿车用子午线轮胎的速度级别为S、T、H,相应的最高限速为180km/h、190km/h、210km/h。另外,轮胎的花纹最好选纵向布置的沟槽细而浅的普通花纹,这种花纹防侧滑性能好、散热快、噪声小。
2. 正确使用
首先要保持轮胎的气压正常。通常汽车制造厂在确定所选轮胎的气压时,将考虑汽车的载重量、最高设计车速、行驶安全性等因素,而胎侧标志上的气压值是由轮胎制造厂根据轮胎帘线材料、层数、结构特点等因素来确定的。因此,轮胎的充气压力应以汽车制造厂的为标准,胎侧标志上的气压值可作为参考。另外,现代高速轿车前后轮胎气压还有较大的差异,一般前轮比后轮气压低50～100kPa,这主要是为了提高车辆高速行驶时的安全性,不可随意改变。(注意:应在轮胎处于常温状态下检查气压)。
其次,严禁车辆超载。超载除了引起轮胎损坏,还是造成路损和引发交通事故的主要因素。还应注意车辆装载均匀。
第三,同一辆车装用的轮胎应一致,包括尺寸、花纹、规格、速度等级等。轮胎不一致,不仅会使轮胎早期损坏,还会使车辆的使用性能发生变化。
3. 合理驾驶
尽量保持中速行驶;少用制动、尽可能以滑行代替制动,避免紧急制动;转弯要平稳,尤其是在急弯,要提前减速;遇不良道路时应慢行,并选择良好路面通过。夏天正午应休息,行车选择在早上、晚间、傍晚等时段。冬季寒冷的天气行车,刚开始行驶的一段里程(20～30km),车速不宜太高,因此时轮胎的温度低,胎体较硬,轮胎的防滑和抗震性能都较差,等胎温有所上升后,再以正常车速行驶。
4. 定期维护
轮胎的定期检查、维护工作,合理换位,及时更换十分重要。不用的轮胎应妥善保管。由于车轮的定位参数、悬架的工作状况、制动系统的工作情况,对车轮的影响最大,定期对上述参数和机构进行检查、调整和修复,保持车辆良好的技术状况,对延长轮胎寿命也是重要的环节。
(作者单位:浙江杭州技师学院)