轮胎制造过程中影响轮胎均匀性和动平衡的要素与控制

动平衡的要素与控制

顾建，骆文武，钱熠

(杭州朝阳橡胶有限公司，浙江 杭州 310018)

摘要：首先介绍了轮胎制造过程中，关于均匀性和动平衡的一些基本定义。接着分析了在半制品、成型和硫化制造工序中，影响均动性的一些要素如胎面样板、冷却装置、同轴度、装胎水平等。最后通过实际改善案例来分享提升轮胎均动性能的经验。

关键词：轮胎；均匀性；动平衡；改善案例中图分类号：TQ336.1

文章编号：1009-797X(2020)01-0050-06

DOI:10.13520/j.cnki.rpte.2020.01.010文献标识码：B

随着汽车工业的快速发展和生活水平的提高，人们对汽车乘坐的舒适性越来越关注，尤其是汽车在高速行驶过程中的稳定性和静音要求越来越高。我们知道汽车的振动来自发动机的振动、驱动系的共振、路面的凹凸和轮胎的均匀性和动平衡。所以轮胎的均动性能已成为汽车生产厂家和轮胎制造商共同关注的重点项目。

目前笔者公司通过制品精度提升、设备精度提升和员工操作精度提升等三方面改善，均动水平大幅提升，并积累了一定的经验教训，现与大家分享。

力波动。

图1　径方向力变动示意图

1.1.2　侧方向刚性变动(LFV)

轮胎在行驶过程中，与地面之前存在一个横向力，横向力的最大值与最小值的差值就是LFV（如图2），即LFV=DMax-BMin。横向力在轮胎运转过程中是变化的，轮胎就会发生不等的变形量，从而表现出来的就是轮胎会出现左右摇晃的现象，影响乘车的舒适感。

1　均匀性和动平衡的基本定义

1.1　均匀性

实际为“不均匀性”(-Non-Uniformity)，简称UF。其表现在以下三个方面：径方向刚性变动（RFV）、侧方向刚性变动（LFV）、锥度（CON）和不圆度（RRO和LRO）。

1.1.1　径方向刚性变动（RFV）

在定义RFV时，我们先对轮胎进行建模，把径向 力描绘成围绕轮胎中心径向分布的可以被压缩的弹簧，而轮胎就是由这些不同强度的弹簧组成的组合体，如图1所示。

RFV是竖方向的力AMax和BMin的差 。例如：一个负荷500 kg的轮胎行使在一条光滑的路面上，会有这样的特性：轮胎的所承受的负载值会上下波动：在500 kg和520 kg之间变化，RFV就是20 kg的差值。轮胎每转一周，会给行驶中的车辆带来20 kg的径向

作者简介：顾建（1985-），男，工程师，从事轮胎设备机械技术及管理工作。

收稿日期：2018-11-26

图2　轮胎侧方向力变动示意图

·50·

第46卷 第1期

测试与分析

1.1.3　锥度（CON）

顾建 等·轮胎制造过程中影响轮胎均匀性和动平衡的要素与控制锥度是源自于侧向力的一个参数。其表现出来的特征就是轮胎转动时，像一个锥形物体一样始终向一边倾。这个倾向影响到车辆的驾驶性能。为了确定锥度，在顺时针和逆时针方向的侧向偏移都必须进行测量。顺时针方向的侧向偏移记为LSCW，逆时针方向的侧向偏移记为LSCCW。锥度Conicity计算：(LSCW + LSCCW)/2。注意：CW和CCW的值应该是正负相反的。例如：LSFT CW=790.6 N，LSFTCCW=-644.0 N，那么锥度CON=[790.6+(-644.0)]/2=73.1 N

图4　侧向不圆度测量方式示意图

1.2　动平衡（DB）

动平衡是由于轮胎圆周上，由于重量分布不均匀，旋转时产生的离心力的不平衡。可以假设（如图5）有一均匀圆筒，在圆筒左右两侧不同位置各固定一个铁块，将圆筒固定在一个水平横杆上高速旋转，圆筒会产生上下振动的现象。

1.1.4　不圆度

不圆度分径向不圆度（RRO）和侧向不圆度（LRO）。RRO是半径方向的尺寸偏差，见图3。LRO是宽度方向的尺寸偏差，其记录的是胎侧距离一个固定平面的偏差，见图4。

图5　圆周方向不均匀受力示意图

图3　径向不圆度测量方式示意图

2　轮胎制造过程中，影响均动的要素

2.1　半制品工序影响因素

半制品工序影响因素及判别标准如表1所示。

表1　半制品工序影响因素及判别标准

重点关注

胎面样板垫胶卷曲装置冷却装置带束层拼接错位三角胶接头 钢丝圈内周长带束层宽度胎面长度内衬层中心线内衬层复合胎侧宽度钢丝圈椭圆度

重要程度

◎○○◎◎◎◎◎◎◎○◎

标准

中心线明确，肩宽左右差≤2 mm，肩厚左右差≤0.5 mm

卷曲不能过松，导致制品下垂拉伸充分冷却，减少成型时制品尺寸波动

≤2 mm

要求没有过大接头

≤0.5 mmR≤2 mmCP、CPK≥1.0

气密层、过渡层中心左右差≤2 mm

左右差≤2 mm

≤3 mR≤5 mm

主要影响对象LFV、CONRFV、DB全部0.5 mmRFV、SB、DB

RFV　LFV、CONRFV、RRO、SBLFV、CON

CONRFV、DBRFV、DB

2.2　成型工序影响因素

成型工序影响因素及判别标准如表2所示。

3　实际改善案例分析

3.1　径方向刚性变动RFV和不圆度RRO改善实例

3.1.1　改善对象

12R22.5AS665/668规格合格率只有94%，该规格平常合格率达98%以上，经层级分析后发现不良轮胎主要集中在X2和Y6机台，因此选定X2机台，着

2.3　硫化工序影响因素

硫化工序影响因素及判别标准如表3所示。

2.4　成品检验影响因素

成品检验影响因素及判别标准如表4所示。

2020年 第46卷

·51·

橡塑技术与装备（橡胶）CHINA RUBBER/PLASTICS TECHNOLOGY AND EQUIPMENT (RUBBER)表2　成型工序影响因素点及判别标准

重点关注同轴度

成型鼓主轴跳动主鼓鼓板平坦性主鼓左右周长差胎圈预置器正圆度

胎面后压辊胶囊漏气

胎面传递环正圆度带束层纠偏装置胎体传递环扩爪撑块撑起同步三线合一带束层蛇形带束层拉伸内衬层对中性胎面接头胎侧接头带束层搭接传递环平面宽撑起平面宽胎胚周长接头定位角度0°与3#料重叠

重要程度

◎◎◎○○◎◎◎○◎◎◎◎◎◎◎○○◎◎◎◎○

标准

主鼓、胎体传递环、成型鼓、胎面传递环、辅鼓同轴度≤0.5 mm

≤0. 5mm段差≤1.5 mm左右差≤2 mm

内测≤2 mm，外侧标准环测试无间隙和松动

中心左右偏差≤2 mm，无松动

无漏气无明显变形

和带束层无间隙，无松动

正圆度好，无松动撑起时间一致、快慢一致

R≤2 mm

无

无明显拉伸偏中心≤2 mm

中心平接、肩部搭接-2~0 mm

无明显过大接头 ≤1.5根钢丝

R≤2 mm，左右差≤1 mm

左右差≤2 mm标准范围内

标准定位角度，偏差≤10°

无

主要影响对象RFV、DBRFV、DBRFV 、DBRFV 、DBRFV、DBRFV、CON、DBRFV、LFV

RFV LFV、CONRFV、CONRFV、CON LFV、CONLFV、CONRFV、DBLFV、CONRFV、SB、RROLRO、LFVRFV、DBLFV、CONLFV、CON

CONSB

RFB、LFV

注：重要程度：◎：非常重要 ○：相当重要 △：比较重要

表3　硫化工序影响因素点及判别标准

重点关注机械手爪片圆度机械手对中性模口错位装胎水平度装胎高度胎胚变形

重要程度

◎◎◎◎◎◎

标准R≤0.5 mmR≤0.5 mm标准内无明显歪斜标准内无明显变形

主要影响对象RFV、DBRFVLFVCON、LFV

CONCON、LFV

手对该规格的UF数值进行改善。

3.1.2　现状分析

改善前随机挑选8条X2生产的12R22.5AS668规格的轮胎进行动均检测，结果如表5所示。

3.1.3　问题分析

一条径向力不良，差值达到1 520 N；一条下不圆度不良，公差有2.5 mm。 经小组讨论决定本次实践围绕径向力RFH1和不圆度CRRO进行。

注：重要程度：◎：非常重要 ○：相当重要 △：比较重要

表4　成品检验工序影响因素及判别标准

重点关注标准设定润滑装置复合轮砂皮破损轮胎传送定位

气压轮辋尺寸

重要程度

◎◎○◎

◎◎

标准

跟施工表一致充分润滑

无 标准

标准范围内，并持续稳定

标准

主要影响对象

全部全部全部 全部

全部全部

3.1.4　对策探讨

根据UF内容分析RFH1和CRRO等瑕疵主要的产生原因，决定重点调查现场存在的偏芯、真圆度不良等问题。

注：重要程度：◎：非常重要 ○：相当重要 △：比较重要

表5　轮胎均动性检测数据表

UF特性值8条平均值CON/N-62RFV/N856RFH1(径向力)/N616LFV/N129LFH1/N87CRRO(不圆度）/mm137UF合格率/%75%3.1.5　调查结果

3.1.5.1　径向力（RFV）偏芯问题

径向力（RFV）偏芯问题如表6所示。

一类问题整改后安排第一次确认试验，生产8条轮胎。检测结果表明：（1）外观、X光都合格；（2）均匀性、动平衡都是A级品，数据见表9。

与正常胎数据对比如表10所示，可见：

（1）RFH1数据有明显改善，应该与此次表6中问题的解决有很大相关；

（2）CRRO也有较大的改善，可见表7中的问题

3.1.5.2　不圆度（CRRO）不真圆问题

不圆度（CRRO）不真圆问题如表7所示。

3.1.6　改善措施

改善措施见表8，根据现场情况，小组决定将第

·52·

第46卷 第1期

测试与分析

序号

现场实际照片

顾建 等·轮胎制造过程中影响轮胎均匀性和动平衡的要素与控制表6　径向力（RFN）偏芯问题汇总表

问题点

1内侧胎圈传递环真圆度不良，导致胎圈偏芯。

21#料挡板倾斜，压到带束层，贴合时导致带束贴合偏，左右周长差大。

3胎体传递环一爪块松动，导致平面宽不稳定。

4胎圈问题（1）：成型过程中有出现因胎圈碗状导致撑块撑起时胎圈跑偏的情况；

5胎圈问题（2）：部分胎圈接头搭接，翘起严重。

6

垫胶问题：由于垫胶供料装置问题，导致相同长度的垫胶贴合后左右长短不一，长度不足30 mm，拉伸贴合

会对均匀性造成不良影响。

表7　不圆度（CRRO）不真圆问题汇总表

序号12

问题点

胎面接头大，直接影响不圆度和动平衡。胎侧接头裂，对侧向不圆度和动平衡都造成影响。

4　结语

均匀性和动平衡的提升不能单靠一个工序的改善而实现。应该是多部门合作，综合提升的一个过程。只有从理论上理解各指标的原理，才能找到解决不均问题的方法，更有效的提升轮胎的综合性能。参考文献：

[1]

田芳.半钢子午线轮胎均匀性改善措施[J].橡塑资源利用，

胎面接头大对不圆度的影响非常大。

3.1.7　经验总结

根据本次实践结果，结合实际，对所发现的问题对UF的影响大小预计如表11所示。

2020年 第46卷

·53·

橡塑技术与装备（橡胶）CHINA RUBBER/PLASTICS TECHNOLOGY AND EQUIPMENT (RUBBER)表8　改善措施汇总表

类别

特点

序号1234567891011

问题点

左胎圈预置器真圆度差右胎圈预置器真圆度差

1#料模板倾斜胎面接头大

胎体传递环一抓快松动垫胶贴合长度不一内衬层、胎侧自动接头裂4#压辊左右差3mm 胎体鼓一鼓板翘起胎圈碗状，三角接头不良4#后压辊松动

影响项目RFH1RFH1RFH1

RFH1、DB、CRRO

RFH1、CON

RFH1RFH1、RRO、DBRFH1、CON

RFH1

RFH1、CON、DBRFH1、CON

整改措施或原因保养调整完成保养调整完成保养调整完成操作员指导培训保养调整完成保养调整完成保养调整完成保养调整完成保养调整完成请半制品工序整改天津压辊片轴承不匹配，未整改

一整改方法简单，整改时间短

二整改方法较难或整改时间较长

三本次实践时间内无法整改

表9　第一次测试汇总表

第一次确认试验

12345678

平均值（AVG）

MAXMIN极差（R）

RFV/N489581514458515424566540511581424157

RFH1（径向力）/N

420371244228341137386218293420137282

CRRO（不圆度）/mm

1.111.130.780.710.870.750.980.770.891.130.710.42

等级AAAAAAAA100%

表10　测试数据与正常数据对比表

UF特性值（单位） 8正常（条）

第一次试验（8条）

RFV/N85.6 51.1

RFH1（径向力)/N61.6 29.3

CRRO（不圆度)/mm1.37 0.89

UF合格率/%75100

表11　各种异常影响及对应的措施汇总表

问题点12345678910

2017(04):19~26.[2] [3]

史睿，袁俐敏.无内胎全钢载重子午线轮胎均匀性影响因素分析[J].橡胶科技，2017,15(08):40~44.

贾永辉，周智锋，司超群.浅析轮胎均匀性及其影响[J].装备

[4]

制造技术，2016(08):170~172.

纪琼蕾. 基于工艺的轮胎硫化及均匀性研究[D].东北大学，2016.

内容

左胎圈预置器真圆度差右胎圈预置器真圆度差

1#料模板倾斜胎面接头大

胎体传递环一爪块松动垫胶贴合长度不一内衬层、胎侧自动接头裂4#压辊左右差3mm胎体鼓一鼓板翘起胎圈碗状，三角接头不良

径向力★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★

锥度

不圆度

对策

加强日常精度预防和管理加强日常精度预防和管理加强日常精度预防和管理员工宣贯，再次培训加强日常精度预防和管理

设备加强精度管理设备加强精度管理设备加强精度管理设备加强精度管理半制品加强管理

★★★★★

★★★★★

★★

★

★★★

Control and affecting factors of tire uniformity and dynamic balance

during tire manufacturing

Gu Jian, Luo Wenwu, Qian Yi

(Hangzhou Chaoyang Rubber Co. LTD., Hangzhou 310018, Zhejiang, China)

Abstract: Firstly, some basic definitions of uniformity and dynamic balance in the tire manufacturing

·54·

第46卷 第1期

测试与分析

顾建 等·轮胎制造过程中影响轮胎均匀性和动平衡的要素与控制process were introduced. Then it analyzed some factors that affect uniformity in the manufacturing process of semi-products, molding and vulcanization, such as tread template, cooling device, coaxiality, tire level and so on. Finally, this paper shared the experience of improving tire uniformity and dynamic balance through practical improvement cases.

Key words: tire; uniformity; dynamic balance; improvement case

（R-11)

汽车橡胶密封条新标准日前发布，未来这一行业走向如何？

New standards for automotive rubber seals released! What is this industry’s future ?

汽车橡胶密封条广泛应用于汽车的车窗、车门、后备箱、车身部位，提供隔音、防水、密封、减震等功能，是汽车零部件中重要的一部分。2019年11月22日，经由中国汽车工业协会审核，发布了《汽车用橡胶和塑料密封条》等六项团体标准，进一步规范了我国汽车橡胶密封条的生产和检验标准。

我国在这方面的设计开发起步较晚，但自改革开放以来，我国通过较大规模地引进世界先进生产和装备技术，合资、收购企业及技术改造等一系列方式，经过几十年间的生产实践和科技创新，一批具有自主研发实力的企业逐渐成长起来，在汽车橡胶密封条的生产领域中奋起直追。

虽然我国汽车橡胶密封条产品的质量与国外产品相比仍存差距，但是在普通品质市场中已占据不少份额，基本可以满足国内的需求，并部分出口，走向国际。

汽车橡胶密封条通常需具有密封性、连接性以及装饰性三大功能，随着环保意识的变化和科学技术的发展，汽车橡胶密封条在承接着一贯以来的固有作用之余，其发展更多地受到人们提出的对美观、舒适、环保需求的影响。

从前的天然橡胶和氯丁橡胶逐渐由三元乙丙橡胶所取代，经特殊处理的聚氯乙烯材料也是如今的常见材料。随着科研步伐的推进，一类热塑性弹性体材料（如TPO、TPE、TPR等）出现并大有取代三元乙丙橡胶的趋势，这种材料不仅兼具塑料和三元乙丙橡胶的优点，还解决了三元乙丙橡胶所存在的易撕裂问题，并且可以重复回收利用。

在日前举办的第十八届汽车密封系统行业高层研讨会上，专家制定了我国汽车密封系统行业的“十三五”发展规划和策略，并以此为契机点明了未来一段时期汽车密封系统行业的转型发展之路——环保化与轻量化将是未来汽车密封系统技术的两大重要发展方向。

传统的车用橡胶材料存在难回收、污染大等问题，新型橡胶材料的应用在一定程度上为这一局面打开了窗口。比如可回收的热塑性弹性体材料的应用就令汽车橡胶密封条可以进入循环利用的资源回收链之中；微孔发泡技术的使用令密封胶条轻量化，更助力汽车业节能减排的目标达成。

而时至今日，除了环保化和轻量化这趋势之外，智能化的发展趋势也在橡胶产业中逐渐走强。

目前，国外正在致力于开发智能化的橡胶制品并取得了一定的进展，比如今年住友理工株式会社推出的一项为了应对驾驶安全的新技术，这是一种采用了以抗振导电橡胶材料制成的智能橡胶传感器技术。而就在刚刚过去的十月份，住友橡胶方面又宣布开发出了一项基于人工智能的新兴技术“Tyre Leap AI Analysis”，可以对橡胶性能进行较为准确的预估，并跟踪使用过程中的橡胶结构变化，对日后橡胶的性能进行预测。

在如今工业的多种领域中都在对智能化进行加码，而实现橡胶智能化应用只是其中的一部分。促进橡胶密封技术的升级，汽车橡胶密封产业也将受益于橡胶智能化发展。

摘编自“塑料机械网”

(R-03)

2020年 第46卷

·55·