国外安全轮胎的发展历程
安全轮胎,英文是“Run-Flat tire”,指的是轮胎被外物刺破后,一段时间内不会漏气或漏气速度非常慢,并能保持跑一段时间。轮胎行业字面翻译为“漏气保用轮胎”,也称为“漏气保用轮胎”。从1934,固特异获得第一个安全轮胎专利开始,轮胎行业已经走过了70多年的安全轮胎研发历程。
1.安全轮胎开发前期:技术探索,百花齐放。
“抗刺、抗爆、失压后行走”是安全轮胎的三个基本要求。对于“失压后能走”,其衡量指标包括失压后的行驶速度和行驶距离。就安全轮胎而言,目前汽车行业的标准是以50-55英里/小时(80-88公里/小时)的速度行驶100英里(160公里)。为了实现这个目标,在过去的70年里,尤其是前60年,人们尝试了很多方法,这些方法各种各样,各有利弊。处于早期发展阶段的代表性安全轮胎技术有:
(1)增加胎面厚度防止异物穿透胎面,结构简单,但横向稳定性差。
(2)胎面胶中嵌入小金属件阻挡异物的结构简单,但侧向稳定性和减震性较差。
(3)预先将装有粘性液体的小胶囊放置在轮胎内腔中或粘贴在轮胎内壁上,或在胎体中预置粘合层,有时在轮胎内腔中放置少量比重较低的合成微孔纤维絮状物。当轮胎被扎破时,粘稠液体逸出流向穿孔,与合成微孔纤维絮状物一起堵塞孔洞;具有这种结构的安全轮胎通常被称为自密封轮胎。粘性液体可以减少泄气轮胎内壁摩擦产生的热量,但粘性液体或粘胶容易失效;由于小胶囊和纤维絮体在胎腔内自由运动,影响了轮胎的平衡性能。
(4)大轮胎套小轮胎,即在无内胎轮胎(外胎)的内腔中放入普通内胎的较小的无胎面轮胎(内胎),在内胎和外胎之间留有充气空间(外气室),当外胎失压时,内胎起作用;内外气室分别设有一套独立的阀芯和喷嘴;这种结构的安全轮胎通常称为多腔轮胎,结构复杂,轮胎重量明显增加,制造成本较高。
(5)在轮胎内腔的径向顶部安装带帘线加强件的加强内胎。这种结构通常称为防爆内胎轮胎,结构简单,不影响乘坐舒适性。
(6)轮胎内腔用海绵填充,不充气。这种结构的安全轮胎通常称为海绵填充轮胎。胎体较硬,乘坐舒适性差,行驶中轮胎发热大,不适合高速行驶的车辆。
(7)将侧壁的内侧制成气囊,并在气囊中填充海绵,或者在两个侧壁的内表面上贴上横截面为月牙形的加强膜。这种结构的安全轮胎通常称为胎侧加强型轮胎,胎侧刚性高,侧向稳定性好,失压后内生热低。
(8)在轮胎内腔安装可拆卸的弹性支撑环,在轮胎失压后支撑胎面,加固胎侧。这种结构的安全轮胎通常称为带内支撑的轮胎,轮胎内壁与弹性支撑环接触因摩擦产生热量,容易造成早期损坏。
(9)用环氧树脂将胎圈粘到轮辋座上,这样轮胎失压后不会脱落。这算是后期专用轮辋的雏形,轮胎的轮辋连成一个整体,增加了轮辋的再利用难度。
经过长期的探索和反复的实验,到了90年代中后期,上述的一些方法已经被淘汰,比如简单的嵌入小金属片、防爆内胎、多腔等。有些方法虽然还在使用,但其产品已经没有市场或者原有市场已经明显萎缩,比如液体自封,有些方法已经得到改进并逐渐成为主流技术,比如侧壁补强、内支撑、特殊轮辋等。这一时期有一个新的趋势,就是将原来单独使用的多种方法进行组合、集成和优化,演变成能够制造出综合性能更好、更具竞争力的安全轮胎的新技术,如胎侧加强+内支撑、特种轮辋+胎侧加强、特种轮辋+内支撑等。可以说,在20世纪30年代至90年代中后期约60年的时间里,安全轮胎由技术探索、百花齐放,转变为相对集中、基本定型,完成了技术方法筛选、工艺路线确定的历史进程,从发展初期进入中期。
2.安全轮胎中期发展:技术优化,渐成流派。
从90年代中后期开始,安全轮胎的重心转移到了让技术更纯粹,技术更成熟,产品更有效。在初步发展的基础上,通过整合优化,目前的安全轮胎技术已经形成了以轮胎结构划分的两大类和以匹配轮辋划分的两大类。
根据轮胎结构,安全轮胎技术有两种:(1)自封式安全轮胎是在胎腔或密封层内预先填充足够的密封胶。轮胎被异物刺破后,密封胶自动流向穿孔处,堵住孔洞,防止轮胎内压下降,从而维持正常行驶状态;(2)刚性支撑安全轮胎可细分为自支撑型和附加支撑型。前者与普通轮胎相比,不增加任何零件,只是通过对一个原有零件的特殊设计或增强,使轮胎在失压后仍能保持行驶轮廓,典型的例子就是胎侧加强型;后者通过引入普通轮胎没有的零件,达到保持胎压损失后行驶轮廓的目的。典型的例子是内支撑类型。
根据匹配的轮辋,安全胎技术有两种:(1)普通(标准)轮辋型;(2)特殊(非标准)轮辋类型。如果按用途划分,也有两类:(1)安全轮胎,保证汽车临时平稳行驶;(2)长时间连续运行的安全轮胎。
其实以上两个分类条件也可以理解为制造安全轮胎的技术手段,即((1)自密封技术;(2)刚性支撑技术;(3)特殊(非标准)轮辋技术。如上所述,大部分安全轮胎在发展初期都可以归为单一类别,也就是说,由于条件的限制,更倾向于使用单一的技术手段来制造安全轮胎。越是发达的国家,越难将其归为某一类,因为现有的安全轮胎已经是多种技术的结合。
最近10年商业化的新型安全轮胎产品主要包括:
大陆集团(Continental A.G .)的Gen* Seal和法国米其林集团(Michelin)的虎爪NailGard,都是上世纪90年代曾经风靡一时的产品。大陆集团(Continental A.G .)的Gen* Seal是一种自密封无内胎安全轮胎,由大陆集团于20世纪80年代末开发成功。从轮胎横截面来看,Gen*密封腔内两个胎肩之间的部分设置了特殊的防刺层,并在其中填充了可流动的软密封胶。当Gen* Seal被刺破或被刺破的物质被拔出时,柔软的密封胶在轮胎充气的内部压力下自动流向穿孔处,堵住孔洞,即使孔伤深达3/16英寸,也能保持轮胎不漏气。Mainland China建议将Gen* Seal与轮胎充气内压监测系统(TPMS)配合使用,该系统会根据轮胎滚动半径的减小发出报警信号。
法国米其林集团的TigerPaw NailGard和Gen* Seal一样,都是自封式无内胎安全轮胎,由法国米其林集团在1998研发成功。其结构和技术指标与大陆Gen* Seal基本相同。从这款轮胎的品牌名称为Uniroyal,不难判断其属于米其林轮胎产品系列中的中档产品。
(2)特殊轮辋+自立式安全轮胎
顾名思义,这种安全轮胎必须安装在非标准的轮辋上,轮胎的一部分要加厚或者内衬特殊的加强层。属于这一类的最常见的安全轮胎是特殊轮辋+胎侧加强型安全轮胎。特殊的轮辋可以有效防止轮胎失压后胎圈脱落。代表产品有日本普利司通公司的Expedia轮胎-轮辋总成和法国米其林集团公司的MXV4轮胎。
日本普利司通公司于1992年3月成功开发出Expedia轮胎轮辋总成,并于明年初在欧洲市场销售。该总成由三部分组成:(1)安全轮胎——胎侧衬有特殊加强筋,在轮胎失压时足以支撑汽车重量;同时,混炼胶的耐热性能非常好,在轮胎失压后仍保持弹性,保证轮胎不会失去基本的行驶功能,不用担心胎内摩擦造成的轮胎损坏;(2)楔形轮圈——这是一种特殊的轮圈,类似于德国大陆的CTS反向轮圈。在普通轮辋的基础上,在两个胎圈座中各增加一个驼峰形凸缘。轮胎漏气后,驼峰形凸缘起到防止轮胎脱落的作用;(3)TPMS由固定在轮辋座上的压力传感器和安装在车内的蜂鸣器或指示灯组成;当轮胎充气压力下降到设定值时,蜂鸣器鸣响或指示灯闪烁。Expedia assembly可以在无内压的情况下,以55英里/小时(88公里/小时)的速度驶出150英里(240公里)。
法国米其林集团公司于1994年成功开发MXV4轮胎,并于1997年6月在北美替换件市场销售。MXV4轮胎的特点是失压后操控性能好。TPMS由嵌在轮辋座上的传感器和安装在驾驶室仪表板上的可编程数字显示器组成。1998 MXV4已发展成为多种规格型号的系列产品,其中MXV4ZP在内压为零的情况下,能以55英里/小时(88公里/小时)的速度行驶50英里(80公里)。当时MXV4 ZP的价格比普通轮胎高40-50美元,配套用的TPMS价格300-400美元。
(3)特殊轮辋+附加支撑型安全轮胎
这种安全轮胎不仅需要配合专用轮辋使用,还有一个特点就是轮胎内部有一些普通轮胎没有的部件,比如内撑。最具代表性的产品有法国米其林集团的PAX,德国大陆公司的CWS系统,意大利倍耐力SpA的EMI(整体发泡轮胎)。
1997年初,法国米其林集团向媒体郑重宣布,成功研发出一款独一无二的安全轮胎——PAV(垂直固定式充气轮胎)。1998年夏天,PAV作为原厂配件供应给欧洲汽车厂商。1999米其林升级了PAV技术,改名为PAX。
作为当时世界上横截面最低的安全轮胎(60系),PAX在失压后能够以50英里/小时(80公里/小时)的速度驶出65,438+025英里(200公里)。其结构特点如下:(1)轮胎断面最宽处在胎圈处,胎圈直径大于等于轮胎外缘直径;(2)轮胎胎侧接近垂直,而不是像普通轮胎那样鼓包,胎侧高度仅为同规格普通轮胎的1/2;(3)特制平底轮辋,内置橡胶圈,起到锁紧胎圈,支撑胎面的作用。
米其林要求PAX必须和TPMS一起使用,因为PAX的性能太好了。如果没有TPMS,司机无法通过感觉区分充气驾驶状态和减压驾驶状态,结果在到达目的地时发现自己已经无压力驾驶了很长时间。失压带负荷行驶对轮胎造成很大的负担,所以无论是普通轮胎还是安全轮胎都是一种不正常的状态。TPMS的目的是尽可能缩短帕克斯处于异常状态的时间,延长帕克斯的寿命。这也是几乎所有安全轮胎制造商建议或要求TPMS的原因。
大陆公司CWS系统在1999年底开发成功。它的基本结构类似于米其林PAX,由四部分组成:(1)无钢丝圈加强的柔性胎圈;(2)钢丝增强橡胶支撑环(简称CSR(3)特殊轮辋;(4)配套的TPMS(简称TPMS)或CWS系统的漏风检测装置(DDS )o已在2001汽车配套。
意大利倍耐力公司EM工1994引进。其基本结构是在轮胎胎腔内预置特殊工艺制成的丁基橡胶发泡圈。当轮胎未放气时,内部压力会将泡沫圈压向轮辋,这样可以减少应力集中,调节轮辋的惯性。一旦轮胎失压,泡沫圈立即迅速膨胀,充满整个胎腔,支撑胎体,达到轮胎充气效果,维持轮胎正常行驶状态。EMI已经匹配赛车。
(4)自支撑+添加剂支撑安全轮胎
这种安全轮胎安装在普通轮辋上就可以使用,但是除了轮胎内部加厚了一些零件之外,还有一些额外的支撑零件,比如内支撑环。自承+增材支撑技术特别适用于高断面轮胎和重型车辆,保证了轮胎失压后的支撑,防止轮胎内表面相互摩擦,导致早期损坏。最具代表性的产品是美国固特异轮胎橡胶公司的Engle EMTo。
美国固特异轮胎橡胶公司的Engle EMT是在双Engle的基础上进一步改进TPMS,改进轮胎结构(即加强胎侧)后生产的。Engle EMT最吸引人的特点是安装在普通轮辋上,标志着固特异在安全轮胎技术领域达到了领先水平。相比其他必须搭配专用轮辋的安全轮胎,EMT无疑更具市场竞争力。Engle EMT轮胎在失压的情况下能保持原来的充气形状,胎腔内壁不会相互磨损接近,从而保持基本的行驶性能。
截止到1997年底,Engle EMT拥有适用于轿车、越野车、多用途跑车的八个规格型号,价格比普通轮胎高出10%} 15。固特异建议英语应该和TPMS一起使用。当然,如果TPMS没有配备,也不会影响Engle EMT的表现。TPMS每套售价250-300美元。Engle EMT的性能指标是失压后以55英里/小时(88公里/小时)的速度行驶200英里(320公里)。
Engle EMT的并联替代产品Engle GS系列成立于1991,由1994分设A到D * *四个子系列。其中GS-A是非对称胎面轮胎,GS-D是定向胎面轮胎。GS-C有两层特殊方法缠绕的钢丝带,不仅耐高温,而且发热量低,保证无压行驶时保持100%的原始操控性能。
(5)自立式安全轮胎
这也是一种安全轮胎,装在普通轮辋上就可以使用。通过对轮胎胎体中的某一部分进行特殊设计或加强,可以达到在失压后保持轮胎行驶轮廓,并具有足够的刚度来承受车辆和乘员的载荷的目的。应该说这是一种结构最简单,用途最简单的安全轮胎。但是自承技术有两个缺点:(1)胎侧刚度过大,影响乘坐舒适性;(2)更适用于低断面轮胎和较轻的车辆。最具代表性的产品有日本普利司通公司的Hawk系列安全轮胎、日本住友橡胶工业株式会社的CCT和倍耐力Eufori & amp;reg。
日本普利司通公司生产的Hawk系列安全轮胎于1999年上市。它们有四个特点:(1)适用于普通轮辋;(2)没有内部支持;(3)属于普通路段;;4)重量比固特异同类产品轻。上述特性是通过加厚轮胎侧壁和采用独特的带束层设计获得的。其中,鹰牌轮胎不同于迄今为止问世的其他没有专用轮辋和内支撑的安全轮胎,因此比同类产品更受市场欢迎。Hawk轮胎可以在失压的情况下以55英里/小时(88公里/小时)的速度行驶50英里(80公里)。
日本住友橡胶工业公司于2000年6月推出了CCT(综合技术轮胎)。虽然属于刚性自承式,但与传统技术不同。目前的自承技术,如普利司通Hawk、米其林MXV4等,都是采用更多的橡胶和织物加厚加固胎侧,提高部件的刚性,以达到轮胎失压后保持充气轮廓的目的。这样做必然会增加轮胎重量(通常比普通轮胎重20%-4 0%),恶化乘坐舒适性。从胎面到胎侧的CCT轮廓线具有几个连续变化的曲率。即使胎侧变薄,具有这种轮廓线的轮胎仍具有良好的自承能力,因此也被称为轻量化安全轮胎。
意大利倍耐力公司推出EUFORI &;reg这是首款采用MIRS(模块化综合自动化系统)技术生产的子午线安全轮胎。它拥有智能自支撑侧壁,在失去压力的情况下,可以以50英里/小时(80公里/小时)的速度安全行驶90英里(150公里)。因为在网上公开命名,所以也叫E胎。倍耐力也推荐你用Eufori &;reg最好能配TPMS。
M-worker RS是倍耐力在20世纪90年代初开发的一项创新技术。目前,该公司已在意大利、美国、英国和德国建立了几家工厂,采用MIRS技术生产轮胎。产品包括乘用车轮胎、轻型卡车轮胎和卡车轮胎,但采用MIRS技术生产安全轮胎尚属首次。
(6)铰接轮胎
1993年,马来西亚亚洲Airboss公司成功研发了一款防爆胎铰接式工业轮胎/轮辋系统——air Bos:铰接接头,由铰接式轮胎和特种轮辋组成,适用于装载机和挖掘机。当铰接式轮胎没有安装轮辋时,它看起来像一个橡胶履带,由10个用薄钢板加固的空心橡胶部件组成,横截面为梯形。每个橡胶部件的底部都有孔,并且在成型过程中已经安装了螺栓。将每个橡胶件底部的螺栓对准专用轮辋上相应的孔,用螺母固定,得到轮胎总成。铰接轮胎可采用模压或浇注的方式制作,材料为天然橡胶或丁苯橡胶。聚氨酯醋因为成本高,暂时不能广泛使用。接头的数量取决于轮胎尺寸。这些接头损坏后,可以单独取下进行翻新或更换。
根据以上安全轮胎的分类,铰接式工业轮胎/轮辋系统应该属于特种轮辋+多腔型。Airbos:铰接式轮胎具有以下优异性能:(1)使用寿命是普通轮胎的4.5倍,使用12个月后胎面厚度保持75%;(2)刚度为23。比充气轮胎和实心轮胎分别高5%和100%,滚动阻力降低50%-58%;(3)减震1。52 1.充气轮胎的85倍;(4)牵引力比充气轮胎大37%。
Airbos:铰接式工业轮胎/轮辋系统在生产第一年的销售额为300万美元,到1997年底,已经增加到3亿多美元,规格也从3种增加到27种。除去欧洲和亚洲的销量,一度占据北美农机轮胎市场90%的份额,但近年来市场有所萎缩。
从国外安全轮胎的发展和应用来看,无论是自封还是支撑,都是对原有轮胎结构的彻底改变。目前高端车普遍采用的配套安全轮胎是治标不治本。它们只能保证轮胎在漏气的情况下以一定的速度在一定的范围内运行,但并没有从根本上解决漏气的问题。它们还需要特殊的轮胎和特殊的轮辋与TPMS一起使用,因此很难应用到现有的车辆和轮胎上,使用成本很高。欧陆A.G .的Gen* Seal和法国米其林的虎爪NailGard虽然解决了漏气问题,但也属于特殊结构轮胎。虽然在20世纪90年代一度流行,但现在已经逐渐淡出市场,也很难应用到现有的普通轮胎上。