矿山工程特种车辆车胎消耗问题的探讨

(神华准能公司，内蒙古 薛家湾 010300)
摘 要：分析和探讨了研究了露天矿工程中造成特种车辆轮胎异常消耗的根源及其特殊原因，针对特种车辆轮胎几乎100%早期报废的问题提出了改善措施。
关键词：特种车辆；轮胎；帘线；子午线；斜线
中图分类号：U463.341⁺.6∶TD4  文献标识码：A  文章编号：1007—6921(2008)08—0177—02

现代矿山的高度机械化和自动化，使得对其维护工作也越来越成为一项复杂而繁重的系统工程。由此一类专门服务于矿山维护工程的特殊车辆也就运用而生了。它们行动迅捷、功能独特，常被人们惯称为特种车辆。特种车辆担当着矿山内设备的现场抢修、维护以及油脂注输、电缆移设、地质勘察等的服务工作。由于它们工作和使用条件的特殊性，造成这类车轮胎近乎于百分百的早期报废的特殊情况。这种情况既不同于采矿用车，也非公路用车可比。
1 造成特种车辆轮胎异常消耗的根源
1.1 机械性“伤害”是矿山特种服务车轮胎损坏的主要形式

矿山工程特种服务车主要活动在矿山采、排工地的铲窝，石场横纵坡道以及机械维修等的工业场地，一般行驶条件较苛刻，轮胎时常会遭受乱石、铁器、油脂等侵袭，承受着极端的挤压变形和局部冲撞。查看这类车使用过的轮胎，胎面可谓体无完肤，啃块、划伤、嵌钉、撕片、裂口等几乎轮胎所有的机械损伤形式都能在这里找到，其平均行使里程都不超过一万公里。这一点与路面车的情况是完全不同的:公路上行驶的车辆轮胎正常损耗表现为胎面均匀的磨损，其胎面平整、光滑无较明显的伤痕，平均行使里程一般在十万公里以上。由此可见，矿山工程特种车的轮胎，其使用寿命是无法和路面车一样以行使里程来计算的，它主要
决定于外界对他的机械伤害程度。
1.2 矿山中驾驶技术是轮胎使用寿命长短的重要人力因素

在矿山特种车的使用条件决定了其轮胎的必然受伤害性，但司机驾驶技术对这种伤害程度有着重要的控制作用。有经验的驾驶员预见性的加速、减速、避让碍障等不仅可以节约燃油、保护发动机，而且还可以减少刹车保护轮胎。汽车急起步、急刹车、急转向以及快速越过障碍物等都会增加轮胎的应力，引起轮胎的变形和温度升高，甚至造成轮胎帘布脱层和断线，形成早期损坏。有资料介绍:经常使用紧急刹车的轮胎比理想状况(不用或很少使用急刹车)下使用的轮胎其寿命下降40%～50%。另据资料测算:3m轴距的汽车以100km/h的速度行使时，转向轮仅偏转10所生产的离心力约等于汽车重量的1/2，而实际工况下急转弯的情况要比这恶劣的多，如此大的离心力频繁地造成轮胎的侧向变形和侧向滑动，其对轮胎的损伤是可想而知的。
1.3 轮胎充气压力不当是造成轮胎早期损坏的的主要原因之一

充气压力太低则轮胎变形增大，就会加速轮胎温度升高和材料的疲劳老化，致使帘线松散、帘布分层；另外，低气压造成轮胎刚性下降，极易引起路面上硬物对它的伤害；对于并联的双后轮，低气压时轮胎较大的侧向变形，可能会使相邻两胎侧壁接触，生产摩擦损伤及严重的高温，而高温又会使橡胶的耐磨性显著下降，再次加速轮胎的磨损。

充气压力过高，轮胎帘线过度伸张，遇到外界冲击负荷时，会产生帘线折断甚至爆胎；充气压力过高，轮胎刚性增加，负荷时变形减小使轮胎与路面接触面积多局限在胎冠的中心环线附近，所以会形成胎面中心环形磨损，造成轮胎的寿命减少。

前面提到矿山工程特种服务车轮胎损伤主要来自机械性损伤，所以希望它的轮胎能够有较大的刚度。从这一点上看，适当地提高其充气压力对增大轮胎的刚度，防止和减少特种车轮胎的机械受损、延长使用寿命是有益的。轮胎充气标准规定允许有±5%～6%的偏差压力。实际工作中我们把压力打到超值约10%，实践证明这样轮胎的抗机械伤害程度得到了明显的提高，轮胎消耗量也有了明显的下降。另外，由于提高了充气压力，轮胎刚性增大变形减小，胎体材料揉动时分子链间摩擦生热减小，所以这时轮胎的温度一般不会升得很高，避免了高温时轮胎橡耐磨性显著下降的缺陷。
1.4 车况不佳引起轮胎异形磨损也会造成轮胎寿命缩短

车况不佳引起轮胎奇形怪状的磨损，其成因较隐蔽，有时处理起来难度较大。一般地除了车厢、挡泥板等与轮胎直接接触造成轮胎畸形磨损外，其余大多数是由于钢板的衬套磨损、U形卡子松动、中心螺栓折断以及左右钢板弹簧刚度不对称引起车桥不正，继而造成车轮运动方向与车辆的行使方向不共线产生的。当车轮不正时，就会在纵向滚动的同时产生侧向运动趋势，但由于车轮安装的刚性连接制约，车轮便会在地面上出现边滚动边滑拖的现象，在正常的纵向滚动摩擦之外又横向地产生了滑动摩擦，造成了轮胎一个侧边的非正常磨损。实际上，车辆状况的下降在矿山特种车上很多时候是不易被人注意到的。有些车况的优劣是需要在一定的速度和载荷下才能表现出来并被人发觉的 。矿山特种车这一特殊种群的车辆，由于其使用情况和行驶条件的原因，它的实际速度和载荷一般都不是很大，所以对车况的下降有时很难觉察，甚至有时被觉察了，但由于行驶不是它的主要功能，一些小毛病也就常常被使用人员忽略了。
1.5 高温下运行是对轮胎最致命的残害

通常造成轮胎高温的因素有：超速、超载、外界热源。高速和超载引起的轮胎高温损害是路面车轮胎早期损害的主要原因。超速、超载运行时轮胎动负荷增大，冲击载荷和变形频率增高，胎体不断地快速传递弯曲和伸缩变形，使橡胶体分子链间、胎体帘线之间、内外胎之间以及内胎里压力气体分子之间不断压缩、舒张，产生摩擦和能量转换，形成了胎体高温的内部热源；另外，外胎面与路面的摩擦、轮边制动器、轮边减速器等产生的热传导和热辐射以及夏季太阳的照射、轮下煤层的氧化发热又形成了轮胎温度升高的外部热源。它们共同造成了运行中轮胎的高温。轮胎温度一般在100℃以内可认为是正常温度；100～120℃认为是临界温度；而121℃以上认为是危险温度。实验表明温度超过了121℃时大多数帘线就会永久的失去强度。而且在此温度下橡胶复合物和它周围帘线的结合可能出现崩溃，产生帘布分层、脱皮、断线；另外高温下，橡胶分子链弱化使胶体变软，磨损变得容易。由加拿大“西星”卡车手册提供的轮胎“速度——寿命曲线”显示，由于速度造成的轮胎高温至使一辆以128km/h速度行驶的车胎里程寿命仅为另一辆以64km/h速度行驶车的1/7～1/8。

在西欧发达国家上世纪80年代就对每一种规格的轮胎规定了确定的“载荷、速度、极限值”，称为TKPH值。制定了按载荷速度选用轮胎的方法，以保证轮胎在使用中不至出现高温而缩短寿命，很值得我们学习借鉴。
超负荷除导致轮胎高温外，还使轮胎持续超大变形，过早产生材料疲劳老化。极度的变形使轮胎失去抵抗外来伤害的刚性和韧性。轮胎超载的情况是多方面的：整车超载、偏载、选择路面不当、双胎并装时尺寸和气压不一致等都会造成全车的或个别轮胎的超载。其中有一点是常被人们忽视的：相同规格的轮胎，其实不一定能通用，它们有负荷不同之别。从外观上看似乎能通用，但是其内部帘线层数不等，故负荷能力也不同，这两种相同规格轮胎如果混用就可能使部分轮胎超荷；另外径向轮胎和斜交线轮胎由于侧向稳定性和侧向弹力不同，混装时也可能产生频率性的超负荷，引起轮胎寿命的缩短，所以在选配新轮胎时，除注意轮胎规格是否相同外，还应注意其容许载荷量、帘线层数以及帘线的分布走向（即：是径向还是斜向的）是否相同。这些指标在轮胎的侧面都有标注。
2 黑岱沟露天矿工程特种车轮胎耗损的特殊原因

黑岱沟露天矿现使用的特种车是由加拿大“西部之星”卡车和美国的“伏特”等卡车经改装而来的。这些卡车原设计是高速的公路货车。其轮胎选择也都是按照适应公路要求而选择的高级无内胎子午线轮胎（即径向轮胎），而改装后却用在了矿山恶劣的行使条件下运行，使原来公路上威风八面的贵族轮胎立刻变的凄惨不堪。

子午线无内胎轮胎是上世纪60年代发展起来的一种新型轮胎，其帘线呈径向排列，帘布层数比普通轮胎减少一半左右。特点是耐磨性好，行驶里程高，胎体柔软、缓冲吸振性好，它无内胎且帘布层数少、质量轻，故加速性和制动性好，行驶温度低。缺点是胎侧薄、变形大、侧向稳定性差、胎侧易裂口、耐机械损伤性差、制造维修成本高。

由于路面车的远距离、长时间、高速行驶特性下存在着震动、轮胎高温、加减速等问题，使无内胎子午线轮胎的优点得到了充分的发挥：①胎体柔软吸收了高速行驶中的震动，提高了车子的舒适性。②帘布层数少、胎侧较薄、使行驶中帘布层间摩擦发热减少，避免了热力集中提高了散热性。③无内胎结构不存在内外胎间的摩擦生热，并可通过轮辋直接散热，故散热效果好、行驶温度低。④质量轻减小了车轮的转动惯量，节约了燃油，同时提高了加速和制动性能。⑤耐磨性好，使其行驶里程寿命是斜交线轮胎的两倍左右，达到20万km以上。所以子午线无内胎轮胎成为了高速的路面车理想的选择。而矿山工程 特种车其工作特性决定其行走功能是间歇性的，且每次行驶距离较短、速度较低。这与路面车的远距离、长时间、连续高速行车是完全相反的。它的短距离、低速行驶不足以造成轮胎高温，而间歇性的行驶以及可通过轮辋直接散热的无内胎结构又为轮胎提供了足够长的散热时间和条件，所以无内胎的子午线轮胎的优点在这里无法得到发挥。而其缺陷却无一遗漏地突显出来：前面提到特种车经常活动于矿山采、排场地的尖利石场、机械维修场地等行驶条件恶劣地域，轮胎伤害多以机械伤害为主。而子午线无内胎轮胎体柔软、胎侧较薄、变形较大、侧向稳定性差等的缺陷，使其抵抗机械伤害性能极低，且受伤害后修补困难、费用较高。在这种环境条件下，它的缺点全部成了致命的弱点。可见我们现在对这类车优质的轮胎使用正好是避长就短。

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