工程机械轮胎的选择及使用效果分析

杨洪波，王其营，薛明信

(1.山东临工工程机械有限公司,山东 临沂 276004；2.山东地矿慧通特种轮胎有限公司,山东 莱芜 271114)

工程机械的驱动有轮式、履带式等不同的方式，以便于适应不同的使用环境。为了提高工程机械的机动性和适用范围，轮式工程机械的种类现在逐步增多。作为工程机械驱动系统的重要部件，选用不同类型的轮胎，对车辆的牵引性能、制动性能及经济性能都有较大的影响。正常情况下，轮胎的购买成本占工程机械制造成本的7%～15%，占机械成本和运营费用的14%～25%。因此，正确选择与使用轮胎，对工程机械节约制造成本、降低运行费用、提高安全性能、防止轮胎非正常损坏和延长轮胎使用寿命等都十分重要。本文从工程机械轮胎的结构种类、花纹、配方、选择及使用等四方面分析工程机械轮胎（以下简称“工程胎”）的选择及使用效果，供参考。

1 工程胎的结构种类及选择

工程胎一般由胎圈、帘布层、缓冲层及胎面等部件组成。胎圈使外胎牢固地装在轮辋上，具有较好的刚度和强度，由钢丝圈、帘布层包边和胎圈包布等组成。帘布层是外胎的骨架，用以保持外胎的形状和尺寸，目前主要采用尼龙线和钢丝。缓冲层位于胎面与帘布层之间，能缓冲车辆在行驶过程中所受到的冲击，并防止车辆在紧急制动时胎面与帘布层脱离。胎面是外胎最外面的一层，可分为胎冠、胎侧和胎肩三部分。胎冠用耐磨橡胶制成，直接承受摩擦和全部载荷，能减轻帘布层所受冲击，并保护帘布层和内胎免受机械损伤。为使轮胎与地面有良好的附着性能，防止纵、横向滑移，在胎面上有着各种形状的凹凸花纹。胎肩是较厚的胎冠与较薄的胎侧间的过渡部分，一般也有花纹，以利散热。胎侧橡胶层较薄，用以保护帘布层侧壁免受潮湿和机械损伤。目前，按照工程胎的骨架材料区分，工程胎主要分为斜交工程胎、全钢工程胎和半钢工程胎三类，其特点和使用效果具有明显差别。

1.1 斜交工程胎

斜交工程胎的骨架材料有棉帘线、人造丝、尼龙帘线等，目前主要使用尼龙帘线。斜交工程胎的胎体由数层挂胶尼龙帘布组成，相邻帘布层帘线的角度相同，相互交叉排列,故称之为斜交轮胎。胎体帘布层分为内帘布层和外帘布层两部分，内帘布层是胎体主要的骨架层，其特点是层数多，帘线密，使胎体强度增大。外帘布层位于内帘布层与缓冲层之间起过渡作用，其特点是层数少，通常只有两层，帘线密度较内帘线稀疏，附胶量较多。缓冲层位于外帘布层与胎面胶之间，其结构由胶片或两层以上挂胶帘线组成，布层的上、下或中间加贴缓冲胶层。

斜交工程胎的特点是胎侧部位较厚，不容易变形，具有较强的耐刺扎能力，比较适合工作条件差的环境。斜交工程胎的侧向稳定性能较强，在低速行驶时比较舒适。但是胎冠部位耐刺扎性较差，滚动阻力大，油耗高、易生热，不适合高速行驶。

1.2 全钢工程胎

全钢工程胎即为全钢丝子午线工程机械轮胎，其胎体骨架材料为钢丝帘线，并按子午线方向排列（与胎冠中心线呈90°或接近90°排列），并有帘线排列几乎接近圆周方向的带束层束紧胎体，这是子午线轮胎与斜交轮胎的根本区别。

与斜交工程胎相比，全钢工程胎结构更加科学合理，具有使用寿命长、滚动阻力小、耗油低、承载能力大、减震性能好等优点。由于全钢胎胎面与胎体帘布层之间具有刚性较大的带束层，轮胎在路面上滚动时，周向变形小，相对滑移小。又因轮胎胎体的径向弹性大，使轮胎接地面积增大，压强减小，故胎面耐磨性强，且耐刺扎，不易爆胎，行驶里程可比普通斜线轮胎多30%左右。由于全钢胎帘布层数少，散热快，行驶温度较低；又因周向变形小，故全钢胎滚动阻力比斜交胎小15%～20%，滑行距离多25%左右。因此，使用全钢胎不但可提高工程机械的行驶速度，还可提高其燃油经济性（一般可降低油耗5%～12%）。由于全钢工程胎帘线排列与轮胎主要的变形方向一致，因而使帘线强度得到充分有效的利用，故比斜交工程胎承载能力提高10%以上。同时因全钢工程胎胎体的径向弹性大，可以缓冲不平路面的冲击，降低车辆受冲击损坏的可能性，有助于延长车辆的使用寿命。

但是与斜交工程胎相比,全钢工程胎的胎侧薄，变形大,容易受到损伤，因此全钢工程胎比较适合工况条件较好的环境，而在工况较差的环境，其优势则无法体现。

1.3 半钢工程胎

半钢、全钢以及斜交轮胎的区别主要在于胎体及缓冲层的材料不同。

半钢胎是指胎面部位用钢丝帘布来作为缓冲层，胎体是用尼龙或聚酯材料；而全钢胎除了胎面缓冲层，胎体也全部用钢丝来承担力。全钢与半钢轮胎胎体的帘线排列不同于斜交胎，帘线不是相互交叉排列而是与外胎断面接近平行。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。因此半钢与全钢轮胎的缓冲层采用接近周向排列，与胎体帘线角度成90°相交，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%～70%的内应力，成为半钢与全钢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。

半钢工程胎就是结合上述全钢轮胎与斜交轮胎的结构特点，在斜交轮胎的胎体上增加钢丝带束层，这样既具有斜交胎胎侧厚、不易变形、比较耐刺扎等特点，同时又具有全钢胎胎面耐磨性强、耐刺扎、不易爆胎的特点，这样其适应范围更广。

在目前的条件下，全钢工程胎和半钢工程胎的采购成本要远远高于斜交工程胎，其配套轮辋的价格也比斜交胎轮辋要高，因此全钢和半钢工程胎在工程机械配套时会因为成本原因受到一定的限制。但是对最终用户而言，特别是在工况较好的环境，全钢和半钢工程胎则具有明显的性价比优势，因此，其使用范围越来越广。

2 工程胎的花纹类型及选择

为保证车辆性能要求，工程胎花纹应满足工程机械特定的使用条件：要求胎面与路面具有良好的附着力，胎面抗滑性能和耐磨耗性能好，滚动阻力小；花纹中不夹带泥沙和石子，有较好的自洁性能；耐切割，不崩花掉块，不裂口等。在满足特定的使用条件下，还应有较好的综合性能和较长的使用寿命。目前常用的工程胎花纹有G-2、L-3（E-3）、E-4、L-5等形式，不同的花纹形式具有不同的使用特点，主机配套厂或最终用户可以根据实际状况选择适宜的花纹形式，以便使轮胎得到合理使用，工程机械的性能得到充分发挥。

2.1 G-2花纹

G-2工程胎花纹具有较好的牵引性能和较好的自洁性，轮胎宽胎面设计提供了良好的浮力，可以使轮胎在泥泞的路面具有优异的驱动性能。G-2工程胎花纹见图1所示。

图1 G-2工程胎花纹

2.2 L-3（E-3）花纹

L-3/E-3工程胎花纹具有行驶面宽、与地面接触面大等特点，具有较好的牵引性能和通过性能，同时具有良好的耐磨性能和抗刺扎性能。L-3/E-3工程胎花纹见图2所示。

图2 L-3/E-3工程胎花纹

2.3 E-4花纹

E-4工程胎花纹具有花纹深度深、花纹块大等特点，具有良好的牵引性能、耐磨性能和耐刺扎性能。E-4工程胎花纹见图3所示。

图3 E-4工程胎花纹

2.4 L-5花纹

L-5工程胎花纹具有花纹深、承载负荷大等特点，轮胎的牵引性能和耐磨性能较好，散热性能优异，使用寿命长。L-5工程胎花纹见图4所示。

图4 L-5工程胎花纹

3 工程胎的配方种类及选择

根据轮胎各部位的作用，工程胎配方一般包括3类，即胎面配方、胎侧配方及胎体配方。胶料配方的选择依据主要是根据工程机械的负荷、自重、使用条件及操作习惯等确定和选择，才能使工程胎得到最佳利用。

3.1 工程胎的使用特点

工程机械在工作过程中的行驶速度低于载重汽车，更低于轿车，一般在5～30 km/h之间。但是工程机械的负荷大、自身重，启停频繁；工作场地石块及尖锐硬物多，环境比较恶劣；车辆运距短，转弯、进退及滑移频次高；经常满载、超载，甚至瞬间严重过载；连续工作时间长，昼夜环境温差大（特别是在矿山及山区作业场所）。在这种环境条件下，工程机械所配轮胎经常面临刚性（挺性）不足、热脱层、磨损快、老化快、刺伤、单胎爆、撞爆、刺爆等问题，轮胎需要适应较宽的温度范围。

3.2 工程胎胶料配方的选择

综合分析工程胎的使用特点及经常出现的问题，要求工程胎的整体刚性（挺性）大，胎面要耐切割、耐磨耗，弹性好、硬度高，抗崩花掉块；胎侧要求耐屈挠、耐刺扎，刚性要高；胎体则要求生热低，胶料与胎体帘线的粘合强度要高（防止热脱层），耐疲劳、耐老化。

根据工程胎的使用环境和要求，工程胎胎面上层胶一般采用天然橡胶（NR）/丁苯橡胶（SBR）=60/40或天然橡胶（NR）/丁苯橡胶（SBR)=50/50的生胶并用体系，炭黑使用结构度和补强性能较好的N234，这样可获得既韧且硬的胎面上层胶，可以耐切割、耐刺扎、耐磨损，抗裂口增长，抗崩花掉块，生热低、耐热性好。

工程胎胎面下层胶配方一般采用天然橡胶（NR）/顺丁橡胶(BR)=80/20的生胶体系，炭黑N330/N660/白炭黑并用，这种胶料配方具有生热低、弹性好、强度高、黏度好等特点。

工程胎胎侧胶主要承受曲挠变形作用，保护胎体不受损伤，这样就需要胎侧应该具有良好的耐曲挠、耐刺扎和耐老化性能。因此，工程胎胎侧胶配方一般采用天然橡胶（NR）/顺丁橡胶(BR)/丁苯橡胶（SBR）=40/30/30三胶并用的生胶体系，炭黑N330和N660并用。为增加工程胎胎侧胶耐老化性能，可以适当增加防护蜡和防老剂的份数。

工程胎胎体胶要求生热低、黏性好，胎体胶配方一般采用天然橡胶（NR）/顺丁橡胶(BR)=85/15的生胶体系，炭黑N330/N660并用。

4 工程胎的选择及使用效果分析

工程胎根据实际工况的适当选择、符合标准的正确装配、遵照规程的合理使用对工程机械车辆性能的发挥及工程胎的使用寿命影响较大。

4.1 工程胎的选择

不同种类的轮胎（如普通轮胎、防滑轮胎、防滑钉轮胎等）的性能不一样，不同规格轮胎的尺寸及装配要求不一致，不同结构轮胎的承载能力有差别，不同花纹和不同槽深轮胎的适用环境有迥异。因此，对同一车辆、同一车轴，尽量选择同一类型的工程胎。如果混用，会对工程胎的寿命产生不利影响，也会导致车辆的性能降低及损伤，使工程胎固有的优势无法发挥。

要根据工程车辆的使用环境选择合适的工程胎。在开采矿山、碎石场、原矿石等有尖锐物件的环境，轮胎会轻微发热，刺扎机会多、磨损寿命短，这时要求工程胎的耐刺扎性和耐磨性要强，一般选择深槽或超深槽花纹的工程胎，胎体和胎侧结构一般选择钢丝缓冲层。在装载运输矿山、碎石场成品时，一般路况较好，轮胎发热轻微，刺扎机会少、磨损寿命长，要求轮胎胎体耐久性和耐老化性要好，选择花纹深度一般的工程胎即可。在装载砂石及运输时，工程胎的刺扎机会少、耐磨损、易发热，要求胎体耐久性、耐老化性要好，可选择深度一般的牵引花纹工程胎，同时要求胎面配方要耐热。

对有内胎工程胎，不但要选择适宜的外胎，也要正确选择内胎和垫带。内胎的作用是用于保持工程胎的气压，使工程胎在正常气压下工作；垫带则起着保护内胎及外胎子口的作用，都不能忽视。在装配时，尽量使用与工程胎同一品牌或专用配套的内胎和垫带，确保内胎、垫带与外胎的尺寸一致。在使用过程中，内胎和垫带出现疲劳、老化时，尽量同时更换，以免新旧结合，对新件产生影响。

要选用与轮胎和轮圈配套的气门嘴，并保持气门嘴帽经常盖着以免泥沙进入。选用气门嘴的一般性标准是：新轮胎必须用新气门嘴，橡胶气门嘴用于铁轮圈及S级和H级数的轮胎，金属气门嘴用于铝合金轮圈及VR级和ZR级数的轮胎。

4.2 工程胎的使用

工程胎除了选择适当、装配正确外，遵照规程的合理使用对提高工程胎的寿命也具有重要影响。

工程车辆在行车前，必须在冷却状态下测量、检查工程胎气压是否符合规定。因为车辆行驶以后，轮胎内的空气会因为热而发生膨胀，使气压上升10%～20%，这时测定的气压是不准确的。工程胎气压过高或过低都会使轮胎失去正常的变形，都会缩短轮胎的使用寿命，甚至会造成意外事故。要保证并装两个轮胎的气压及左右两侧轮胎的气压一致，否则会导致局部超载，使轮胎磨损不均匀甚至爆胎；同时还会造成行驶中向跑偏和制动跑偏现象，增加行车危险。要逐一检查转向轮摆动是否正常，轮胎是否有鼓包、裂缝、割伤、扎钉或玻璃等，及时清除镶嵌在轮胎花纹内的坚硬杂物。不使用生锈、变形或焊接过的钢圈，因为变形或焊接过的钢圈会导致动平衡被破坏，形成轮胎的额外负担，造成不正常的胎冠磨损和帘线的早期断裂。

工程车辆严禁超载，以确保车辆安全和轮胎正常使用。装载货物时，应使车辆所有的轮胎承受均匀的重量，否则会导致轮胎磨损不均衡，承载较重的轮胎加速磨损，从而缩短轮胎的使用寿命。

在起步和制动时，离合器、制动器的操作要配合好，尽量做到起步平稳，停车缓慢，避免急转弯、紧急制动、猛起步以及盲目高速行驶、高速超越障碍物等野蛮操作行为。如果反复进行急加速、紧急制动等不正常的行驶，会引起胎冠的不均衡磨损，从而缩短轮胎的使用寿命，同时会造成胎冠剥离、纵向沟纹撒裂、轮胎爆裂。转向时速度过快不仅会造成胎冠剥离、纵向沟纹撕裂、轮胎爆裂，还会造成轮胎的急剧变形，使内部温度上升、帘布疲劳，轮胎处于容易爆裂的危险状态。尤其是子午胎在转弯时要比斜交胎适当放慢速度，以防急剧增加变形而产生“拉链式”爆胎，造成车辆侧翻，引起事故。

在路况较差的路面上，应减速行驶；通过尖锐石块区域后，应及时清理花纹内、两胎间夹持的石块和其他杂物，检查轮胎是否有机械损伤。切忌碾压油污，上下坡路应小心驾驶。在冰雪路上行驶时，应使用防滑链并要保持左右一致，用完后及时拆除防滑链。工程车辆在装载货物或作业时，应保持各个轮胎的承载量基本相同，避免超载或偏载。装载重心超前、过后或偏向一侧，大部分负荷会集中到一条轮胎而严重超载。胎体帘线的受力将超过允许值，产生异常磨损或早起裂纹，严重时会引起爆胎。

在炎热的环境中行驶或作业，轮胎温度升高过快时，会加剧胎面中部磨损且有爆胎的可能。此时，禁止用冷水浇胎降温，也不允许放气降压，而应放慢车速以控制胎温继续上升，必要时可停机于阴凉处自然降温，待温度正常后再继续行驶或作业。因为热胎内的空气温度较高且是均匀，如果这时直接向轮胎浇冷水或放气降压，会使胎内局部温度降低或收缩，从而破坏轮胎的性能，缩短轮胎的使用寿命。

要及时检查轮胎的损坏情况，分析损坏的原因，以便采取补救措施。胎面磨损至安全标志线时，应停止使用。了解轮胎的可修补区域，发现轮胎问题要及时修补；如果需修补面积超过轮胎的可修补区域，则应放弃修补，更换新轮胎。

为使工程车辆各轮胎磨损均衡，延长其使用寿命，必须适时地进行换位调整。同一车辆的轮胎，由于其位置不同，工作条件和磨损情况也不一样，如前轮经常转向，横向磨损较大；后轮轮胎承受负荷大于前轮胎，磨损程度要大20%～30%；工程车辆经常靠道路的右侧行驶，右后轮比左后轮负荷大，轮胎磨损也大。轮胎换位调整常用的方法有交叉换位法、同轴换位法、循环换位法和混合换位法，用的较多且效果较好的是交叉换位法和同轴换位法。当一台车上用轮胎为同规格、同层级和同花纹的，且行驶里程又相同时，可按照交叉换位法或循环换位法进行换位。

避免品牌不同的轮胎、新轮胎和磨损的轮胎、新轮胎和翻新轮胎等组合装配，轮胎规格尺寸、胎面花纹和厂牌标识应一致。双轮装配时，直径应一致，不能为了使外径一致而用汽压调整。工程车辆在长时间停用时，应保持气压充足，轮胎稍离地面（支起来），防止胎面局部长时间承受负荷变形失去弹性。要避免阳光直射，严寒天气防止轮胎与地面冻结在一起。

5 结束语

从上述分析可以看出，要想提高工程胎的使用寿命，降低轮胎在工程机械购买成本和运营费用的比例，必须根据工程机械的机型科学选择工程胎的结构种类，根据工况正确选定工程胎的花纹和配方，同时还要按照规程和标准合理选择和使用轮胎，才能最大限度地延长工程胎的使用寿命，提高工程机械和工程胎的使用效果，降低工程机械的运营费用。