子午线轮胎静态气密性试验方法的研究

黄俊奇

（万力轮胎股份有限公司，广东 广州 510940）

随着汽车安全性、舒适性和环保要求的不断提升，提高了对轮胎的质量要求。轮胎气密性作为其主要质量特性之一，对汽车行驶安全性、驾驶性能和舒适性、轮胎滚动阻力、二氧化碳排放量及轮胎使用寿命等都有显著影响。

西方国家非常重视轮胎气密性，美国通用汽车公司只接受经检测每月轮胎充气压力下降率小于2.5%的乘用轮胎，美国交通部制订了监视轮胎内压系统的规定，自2003年11月1日起执行，欧洲对轮胎气密性的要求更高。我国目前尚未建立完善的针对轮胎气密性的检测方法。

为提高轮胎产品的可靠性和安全性、实现我国子午线轮胎与国际产品性能接轨，我公司开展了轿车/轻型载重汽车无内胎子午线轮胎在静态下气密性试验方法的研究。

GB/T 9747—2008《航空轮胎试验方法》中有关无内胎轮胎气密性测试存在的问题如下：（1）未考虑环境温度和大气压力对充气压力下降率的影响，导致不同试验环境中的各项试验结果缺乏可比性；（2）测试时间仅有24 h，数据可能出现偶然性。ASTM F1112—2006《静态测试无内胎充气轮胎的充气压力损耗率的标准试验方法》也未考虑温度和大气压力对轮胎充气压力下降率的影响。

本工作参照国际轮胎气密性试验方法，引进“理想气体的状态方程”进行计算，得到标准条件下的轮胎充气压力，通过研究大气压力和温度对轮胎气密性试验结果的影响，完善轮胎气密性的评价方式。

1 实验

1.1 主要原材料

选取无内胎轿车轮胎和轻型载重轮胎各6条，规格分别为195/65R15和7.00R16，并分别符合GB 9743—2015《轿车轮胎》和GB 9744—2015《载重汽车轮胎》的规定。

1.2 主要检测仪器

气密性检测装置包括气压传感器（精度0.25级，测量范围0～1 000 kPa）、大气压力传感器（精度0.3%，量程0～120 kPa）、温度计（精度为B级）、检测数据采集柜、数据采集电子显示界面和测试样品摆放架。

1.3 试验条件

轮胎规格与轮辋型号匹配见表1。

表1 轮胎规格与轮辋型号匹配

要求试验过程中轮辋与轮胎接触点表面干净、无杂物，轮辋表面着色材料不影响轮胎与轮辋接触面的密封性。

轿车轮胎和轻型载重轮胎试验充气压力分别为250和600 kPa；单次试验温度波动范围为±3 ℃；试验周期为30 d。

1.4 试验步骤

将试验轮胎安装在规定的轮辋上，充入规定的气压；将轮胎/轮辋组合体垂直固定于漏气检测装置内，向漏气检测装置内加入清水，直至浸没整个轮胎/轮辋组合体；水平稳定后2 h内检查轮胎/轮辋组合体漏气情况；确认其不漏气后取出，自由平放；拔出气门芯；将双气门嘴轮胎充气压力传感器或其他不影响轮胎充气压力的气门嘴装置插在气门嘴上，充入规定的充气压力，并检查轮胎充气压力传感器位置，确保不漏气；将轮胎/轮辋组合体在试验温度下停放72 h，重新调整至规定的充气压力，作为试验起始充气压力；满30 d时，测量试验轮胎最终充气压力。

1.5 结果计算

传统的轮胎充气压力下降率（k）仅考虑轮胎在不同时间段的充气压力变化值，其计算公式如下：

式中，P1为起始充气压力测量值，kPa；P2为最终充气压力测量值，kPa。

由于试验过程受不同大气压力和温度的影响，因此本次试验引入标准气压值计算公式，将试验轮胎在静态下的气压值转换为标准气压值，以消除大气压力和试验温度对轮胎气密性测量结果的影响。即将轮胎充气压力测量值换算成标准温度（21 ℃）、标准大气压（101.3 kPa）下的标准充气压力值（PB），计算公式如下：

式中，PC为仪器测量充气压力，kPa；P0为大气压力，kPa，21 ℃时为水银气压英寸汞柱的3.374倍；θ为试验温度，℃。

则标准充气压力下降率（kB）的计算公式如下：

式中，PB1为起始标准充气压力，kPa；PB2为最终标准充气压力，kPa。

2 结果与讨论

为确保试验方法的科学性和可操作性，本次试验对轿车轮胎和轻型载重轮胎进行不同条件测试，同时委托“汕头HD公司”在相同的试验条件下进行第三方试验。

以195/65R15规格为例，6条轮胎试验结果如下。

2.1 相同试验温度和大气压力

在相同试验温度和大气压力下，完成轮胎一个周期内的充气压力变化率测试，结果分别见表2和3。

表2 相同试验温度和大气压力下195/65R15轮胎的k

表3 相同试验温度和大气压力下195/65R15轮胎的kB

由表2和3可见，相同试验温度和大气压力条件下，轮胎A1和B1的k与kB变化趋势是一致的，kB受大气压力的影响，当大气压力高于标准大气压力时，kB＜k。

2.2 不同试验温度

在相同环境大气压力和不同试验温度条件下，完成轮胎一个周期内的充气压力变化率测试，结果分别见表4和5。

由表4和5可见：轮胎A2的k＞kB，说明大气压力越高，kB越小；而轮胎B2的k与kB相同，说明kB同时受试验温度的影响，当试验温度高于标准温度时，温度越高，kB越大。

2.3 不同大气压力和试验温度

在不同环境大气压力和试验温度条件下，完成轮胎一个周期内的气压值变化，结果分别见表6和7。

表4 不同试验温度下195/65R15轮胎的k

表5 不同试验温度下195/65R15轮胎的kB

由表6和7可见，在不同试验温度和环境大气压力条件下，轮胎A3和B3的kB受环境大气压力和温度影响，变化特征与前面的试验结果相同。

表6 不同大气压力和试验温度下195/65R15轮胎的k

表7 不同大气压力和试验温度下195/65R15轮胎的kB

3 结论

为检验试验方法有效性，同时完成了7.00R16轮胎的试验测试，试验数据具有相同的变化趋势。通过对轿车轮胎和轻型载重轮胎在静态下的气密性试验方法进行研究，对在不同条件下完成的测试数据应用“理想气体的状态方程”进行计算，得到标准条件下的轮胎充气压力及其下降率，使不同环境压力和温度条件下的试验数据具有可比性，补充和完善了国内外标准试验方法。