吴小德
东莞市永强汽车制造有限公司 523000
摘要：笔者长期从事汽车制造设计工作，本文主要从轮胎压力的作用机理及危害性分析等方面论述了新型半挂车轮胎充气装置的应用，旨在与同行探讨学习，共同进步。
关键词：轮胎；机理；充气；装置
1 前言
国内目前使用的半挂车大都没有轮胎胎压实时监控，轮胎极易出现胎压不足或胎压过高，易造成轮胎磨损或重大安全事故。大部分司机对胎压在行驶安全方面重要性认识不足，对胎压参数关注度不够。下面是一些由于轮胎故障引起的事故图片，如图1所示。
图1 轮胎故障产生的事故
司机通常通过肉眼观察轮胎变形量或敲击轮胎来判断轮胎压力，这取决于司机的经验与责任心，其实这种操作不可靠、不科学。为此作者通过对车辆行驶过程中轮胎压力的不断变化进行分析，并结合实际使用情况，提出轮胎充气装置。
2轮胎压力的作用机理及危害性分析
2.1轮胎压力的作用机理
众所周知车辆在路面上行驶，车辆行驶时轮胎与地面产生一个附着力。经过实践发现橡胶与地面的附着系数最好，但是车辆实际行驶的路面并不平整，导致整个车辆的冲击力大，尤其在高速行驶的情况下更明显，于是出现了将轮胎做成中间是空的，空的部分充入一定的压力气体进行减震，即充气轮胎。充气轮胎内的气体既起到减震的作用，同时也要达到承载的要求。
2.2不正确胎压的危害性分析
轮胎压力过低，轮胎与地面的接触面积增大，摩擦力增大，使得轮胎磨损严重，油耗增加；胎压过低，轮胎内陷太多，出现褶皱，轮胎从褶痕处开裂。当滚动阻力增加时，燃油消耗、CO2 排放以及轮胎磨损也都会增加，如图2所示。
图2 轮胎压力与燃油消耗变化曲线图
轮胎压力过高，一是减震性能下降，舒适性下降，加大轮胎磨损；二是在日照或高速行驶时，轮胎温度过高，导致轮胎压力超过了压力承受极限，极易出现爆胎。高速行驶的车辆出现爆胎，极易造成车辆失控，甚至翻车事故，特别是转向轮爆胎，后果更严重。轮胎气压与寿命的情况如图3所示，轮胎不同气压状态下的磨损情况如图4所示。
图4 不同气压轮胎磨损情况
据统计数据分析：轮胎故障导致的车辆抛锚占故障总数约26%。大約15％爆胎事件是突然发生的，85%的轮胎故障起始于轮胎慢漏气。
3 解决方案
根据上述分析结果，我们着重解决如何持续补充轮胎因慢泄漏而损失的少量气体即可保证轮胎的正确压力。
半挂车制动系统大部分采用气压制动，压力达到0.75-0.83MPa左右，大于等于轮胎压力，这就为解决轮胎充气装置提供了充足气源，只需解决如何将制动系统的气体充进轮胎即可。
3.1拟定方案
下面以两轴双胎半挂车的轮胎充气装置进行说明，如图5、图6、图7所示。
图6 警报灯系统
1、压力保护阀 2、气管 3、调压阀 4、压力转换开关 5、三通接头
6、轴管接头 7、车轴 8、保护套 9、轴端密封塞 10、轴头端盖转换接头
11、轴塞组件 12、轮毂罩组件 13、内胎软管/止回阀 14、外胎软管/止回阀
图7 轮胎充气装置工程图
轮胎充气装置由压力保护阀、气管、调压阀、压力转换开关、气管T型接头、轴管接头、轴通风孔、保护套、轴端密封塞、轴头端盖转换接头、轴塞组件、轮毂罩组件、内胎软管/止回阀、外胎软管/止回阀组成。如图7所示。
3.2方案说明
3.2.1总体设计思路
针对“慢漏气”的轮胎失效模式，需要给轮胎持续提供少量的压缩气体即可攻克这一课题。
半挂车中制动系统一直有0.75-0.83MPa左右的压力气体，因此轮胎充气装置的气源来自制动系统。但若行驶过程中出现爆胎情况，装置内的压力会突然急剧下降，从而导致制动系统的气体通过轮胎充气装置大量漏气造成制动系统压力不足。为了保证制动系统的安全性，在储气筒之后设置了压力保护阀，一旦出现压力急剧下降，压力保护阀关闭，防止制动系统的压力急剧下降，保证制动系统的压力保持稳定。
由于不同的车辆使用的轮胎压力都可能不一样，为了增加装置的适用性，设有调压阀，压力调节范围0—0.9MPa。装置设有异常报警灯，正常情况下一直在工作，只有压力出现异常时，报警灯开启。
由于轮胎在行驶过程中一直在旋转，但车轴保持不动，并且车轴是内部为中空的轴管。因此将充气管通过车轴内部轴管与轮胎进行连接。
图9 轮毂罩组件与轮毂装配
3.2.2主要部件功能说明
3.2.2.1调压阀
调压阀主要用来调节输入压力，适应不同轮胎不同胎压的要求，调节范围为0-0.9MPa，在调压阀后设有低压报警压力开关，如图8所示。
3.2.2.2轮毂罩组件
轮毂罩组件与轴塞组件配合使用，保证车轮与车轴之间的旋转密封。轮毂罩组件通过螺栓与轮毂连接，随同车轮一同旋转，如图8、图9所示。
3.2.3设计要点
（1）为不影响制动系统正常工作，充气装置不能抢气。轮胎按标准气压充满气体后，日常使用过程仅仅是慢漏气，所需补充气量不大。
（2）异常情况保护，一旦出现爆胎，采用什么方式补气都无法满足要求，因此爆胎情况不在轮胎充气装置的考虑范围。
（3）轮胎在高速旋转，通过旋转密封保证向轮胎持续充气。
3.5应用
3.5.1应用实例
以下是两轴半挂油罐车使用实例，如图10所示。
图10 安装轮胎充气装置的并装两轴轮胎
3.5.2应用效果
（1）提高车辆行驶安全性，大幅减少由此引发的重大交通及环境事故。
（2）降低整车油耗，节省燃油约2%，按15万公里/年计，每年可节省燃油成本约8000元。
（3）减少轮胎磨损，各轮胎气压均衡，延长寿命超过10%。
（4）增加运营时间，自动充气及报警，及时发现、解决问题，交货更准时。
4结束语
（1）通过用户试用，反馈效果良好，达到预期效果，为社会和用户取得了良好的社会效益及经济效益。使车辆降低了油耗，为落实节能减排政策提供新的技术方案；
（2）从国内外发展趋势来看，降低油耗、提高资源的使用寿命是未来罐车的必然发展趋势，该装置应用前景广阔；
（3）该装置保证胎压始终在标准值，并设有报警功能，当胎压出现异常情况时提醒司机进行处理。因此该技术的应用，对于提高半挂车的行驶安全性具有十分重要的意义。
参考文献：
[1] 秦海生.利用气刹装置给轮胎充气[J].河北农机.2003，1：23.
[2] ZC-1型农用挂车轮胎自动充气器的设计研究[J].粮油加工与食品机械.1988，6：5～9.
论文作者:吴小德
论文发表刊物:《基层建设》2015年19期供稿
论文发表时间:2015/12/28
标签：轮胎论文; 压力论文; 装置论文; 轮毂论文; 如图论文; 所示论文; 制动系统论文; 《基层建设》2015年19期供稿论文;