智能型轮胎创口探测仪及其在轮胎修复中的应用

郑州市机动车维配件行业协会 谭双有

机械工业信息研究院 谢 元

截至2018年年底，我国高速公路总里程突破14万km，里程规模居世界第一。高速公路上，因轮胎修补不当或轮胎受外力造成轮胎故障导致的交通事故时有发生。橡胶轮胎不管是被锥形利器还是钝器刺破漏气，因轮胎橡胶的自身特性，刺破轮胎的物体脱出后其创口大多都会基本自动合拢，用游标卡尺、内径千分尺、塞规等均很难测量出轮胎的创口数据和创口类型。当轮胎被刺破漏气需要修补时，创口数据、创口类型在国内外目前均是凭感觉估计的，由于创口估计中的人为因素多，随意性强，在选择轮胎修复方法和用料时经常发生错误，从而导致超范围滥用低温硫化、大补片、蘑菇钉等轮胎修补方式，从而增加了轮胎的安全隐患。因此，解决超范围滥用轮胎修补材料，提高轮胎修补后的安全系数，已经迫在眉睫。但受利益驱动，极少数轮胎修补材料销售商与部分补胎企业会有意无意夸大大厚补片、低温硫化、蘑菇钉的补胎用料范围和效果，误导了补胎理念和用料原则，导致大多消费者误认为“补胎用料越大越贵越安全”，蘑菇钉补胎“最安全”，甚至有相当一部分车主在补胎时，全然不顾轮胎创口是否适用，会主动要求用大厚补片、低温硫化、蘑菇钉材料对其轮胎进行修补。特别提醒：对于7座及以下乘用车的轮胎，其胎侧、胎肩漏气达到轮胎厂家规定报废标准，采用任何材料对轮胎进行修补都无法消除轮胎的安全隐患；胎冠创口大于6 mm的轮胎，按照轮胎厂家规定均应对轮胎进行报废处理，任何人用任何材料对其进行修补都无法消除轮胎的安全隐患。

1 传统轮胎修复技术的优劣势分析

1.1 穿胶条法补胎（外补）

穿胶条法补胎比较原始，俗称“外补”，其原理就是先用锥子等锐器将轮胎上破损的洞口撑大，再将一种涂满胶水的橡胶条填充进洞内（图1）即可，操作简单，成本极低，用时很少，无须分离轮胎和轮毂，补胎后也无须进行车轮动平衡。但这种轮胎修补方法的缺点非常明显，那就是在用锥子将轮胎上的洞口撑大过程中，无疑扩大了轮胎的受损面积。另外，采用这种补胎方法修补后的轮胎不是很耐用，容易出现漏气情况。

图1 穿胶条法补胎

1.2 贴片法补胎（内补）

图2 贴片法补胎的打磨

贴片法补胎是最为常见的一种轮胎修补方法。采用贴片法补胎时，要先将轮胎与轮毂分离，为了能够让胶更容易粘牢固，需要在轮胎里面破损处进行打磨（图2），将打磨出来的碎屑清理干净，再将破损处及周围涂抹一些专用补胎胶水（粘合剂），把补胎用的贴片粘在破损处，通过粘合剂的硫化作用将轮胎修补贴片与轮胎粘合在一起，但自然状态的硫化作用并不能形成致密的贴合平面，需要通过一定的工具利用热压或冷压的方式进行压牢压紧，碾压牢固后，再涂上一层胶即可。所谓冷压，就是单纯地施加压力，这种方式无法保证贴合平面的一致性，对补胎技师的个人技术要求较高。所谓热压，就是在对贴合平面加热的同时进行加压，以加速硫化反应的进行，提高轮胎修补效率，但其成本要略高一些。贴片法补胎的材料成本低，但其补胎效果受贴片质量、补胎技术和压制技术影响较大。目前，贴片法补胎是轮胎修补的主流方式。

这种补胎方法，可根据轮胎创口的大小选择不同大小的贴片，效果不错，稳定性比较高。但其缺点是补胎时需要分离轮胎和轮毂，且补胎完成后需要做轮胎动平衡，相对来说时间比较长，且较大的轮胎破损无法用贴片法进行修补。还有一点就是轮胎外面的破损处直接裸露，在行车时轮胎创口有可能会继续扩大，需要时常检查轮胎。

1.3 蘑菇钉补胎（内补）

橡胶轮胎不管是被锥形利器还是被钝器刺破漏气，其创口大多为呈外大内小的漏斗型。蘑菇钉补胎材料是椎形体（图3），但与轮胎创口形状的方向正好相反。蘑菇钉整体结构类似蘑菇，蘑菇盖中间竖起棒体，根部粗，末端细。补胎时，从轮胎内壁沿着创口通道向外穿，再从轮胎外侧将蘑菇钉向外抽拉，使蘑菇钉盖部贴紧轮胎内部气密层。从整体上来说，对于开放性创口（从内壁看呈现透明有空间的窟窿，从内壁测量直径达3 mm～6 mm的创口），蘑菇钉补胎无论是操作简便性、气密性，还是补胎后漏气的风险，相对于其他补胎方式都是有优势的。蘑菇钉补胎虽然适用于开放性创口的修补，但其必要条件是开放性创口必须在胎肩向内10 mm的胎冠部位，如果是轮胎其他部位出现开放性创口，则严禁使用蘑菇钉对轮胎进行修补，因此其适用概率较低。

蘑菇钉补胎也属于内补胎，需要将轮胎和轮毂分离，并且补胎完成后也要做车轮动平衡。蘑菇钉与贴片补胎法的区别在于蘑菇钉补胎法能够很好地填充破损洞口的缝隙，避免了轮胎受损处的继续扩大。蘑菇钉补胎法相对于其他轮胎修补方法来说更安全彻底稳定。

图3 蘑菇钉

1.4 低温硫化补胎（热补）

对于胎壁，也就是轮胎的侧面，其厚度较薄，且没有带束层，仅仅靠帘布层支撑，虽说帘布层能起到轮胎骨架的作用，但在车辆行驶中，轮胎每接触一次地面，轮胎胎壁都会由于车辆的自身重量而弯曲变形一次。在成千上万次的变形中，贴片与蘑菇钉也会随之变形，从而导致开胶，因此，贴片修补和蘑菇钉修补应用于轮胎侧面的修补具有很大的弊端，而低温硫化补胎（热补）的方式，则可以避免上述因素的影响，从而起到较好的轮胎修复效果，确保修复后的轮胎具有较高的安全系数。

采用低温硫化的方法对轮胎修补时，首先要对已有的轮胎损伤部位进行清洁处理，然后在轮胎创口（钉子眼）中塞入生胶并填满，之后用硫化机对填胶部位进行加压加热（低温硫化基本不会影响橡胶的使用寿命），通过热硫化，可使橡胶的交联链条链接起来，简单地说就是使补胎胶片与轮胎本身粘结成一体。低温硫化补胎（热补）后的轮胎不会开胶，不怕弯曲变形。

一般来说，低温硫化（热补）比较适合于载重轮胎，笔者不建议对乘用车轮胎进行低温硫化补胎（弊端大于利）。

1.5 自动补胎液补胎

目前不仅有多种多样的被动补胎方法，对于预防性的补胎方式也逐渐兴起，比如自动补胎液这种新型产品。自动补胎液源于一种防爆轮胎技术，在轮胎发生损伤后，随着轮胎滚动，自动补胎液会在轮胎创口表面会形成一层覆盖，防止胎压继续降低。但这种补胎方式并不适合一些小型家用车，会严重影响操纵性。因此这种补胎方式，只是一种应急暂时的措施，当轮胎出现创伤后，虽然采用自动补胎液可以在短时间内不发生继续泄漏，但车主也应及时对轮胎进行维修或更换。

1.6 目前轮胎修补中存在的误区

1.6.1 贴片越大越好

贴片都是有不同型号和尺寸的，普通贴片可以直观地看出大小，在进行轮胎修补是，要针对不同大小面积的创口选择合适的贴片进行修补。有很多车主存在一个误区——补胎材料越大+越贵=“越安全”，这种是一些补胎店误导车主的常用手段，目的是诱导车主多花钱。其实，用大厚贴片补胎时，在操作中必须人为打磨掉更多的轮胎内壁密封层，轮胎内壁密封层被破坏后，在轮胎修补中是无法恢复达到原有密封层的功效的。另外，由于大厚贴片大而厚，用大厚贴片对轮胎修补后，修补部位的平衡度、厚度、强度、硬度、纵横撕裂拉力度、曲饶力、曲饶力交接力、滚动阻力、弹性等技术参数，与未修补部位的技术参数差别很大。轮胎在运动中，特别是在满载持续高速或轻微缺气情况下，相关部位经反复揉搓后，开胶、漏气、爆胎等的概率，要远远大于使用合理范围内补胎材料胶片。大厚贴片适合用在较大的不规则开放型创口（透明窟窿）或半闭合型创口（半透明窟窿）。大厚贴片补胎属于应急补救或临时使用，不是常规使用范畴。

如前所述，蘑菇钉补胎方法是有一定的适用范围的，适合于对轮胎上的开放性创口的修补，但不能够修补轮胎的不规则创口，如果要对轮胎上的不规则性创口采用蘑菇钉补胎方式进行修补，则必须将轮胎上的不规则性创口修剪成规则性创口，这无疑会对轮胎造成二次损伤。另外，对于轮胎的慢性缺气损伤，如轮胎损伤仅仅是一个非常细小的闭合性创口（从内壁测量直径仅为0.1 mm～6 mm，穿刺物脱出后创口自动合拢，从内壁来看创口呈现闭合状态），如果采用蘑菇钉（蘑菇钉最大直径是8 mm，最小直径是3 mm）进行修补，则必需用电钻把闭合性创口钻成开放性创口，或者用扩张器强力将创口扩大，否则，蘑菇钉棒无法从里向外穿过去。而在用电钻或扩张器强力扩张轮胎创口时，新创口将是原来创口的数倍，这就必然会增加钻断或扩张断的钢丝和帘线数量，而钢丝和帘线是轮胎的骨架，断裂后无法修复，这是有严重安全隐患的，修补后的轮胎在高速行驶中爆胎的风险系数会增大数倍。除此之外，对于轮胎上的密集型创口，蘑菇钉补胎方式则束手无策。但目前很多轮胎店会诱导消费者轮胎修补理念，向消费者灌输蘑菇钉修补最安全可靠的思想，无论轮胎上的什么创口都诱导消费者采用蘑菇钉法进行修补。

轮胎内部的骨架结构是由钢丝和帘线组成的，钢丝和帘线在胎冠内侧5 mm处，呈子午线状间隔0.5 mm～0.8 mm密集排列，胎冠整体厚度一般为17 mm～20 mm，胎冠外侧没有钢丝和帘线，胎冠内侧在4 mm～6 mm的厚度处有钢丝和帘线。轮胎刺破大多是锥形利器由外向内刺破，直径最大6 mm、长度为22 mm的类似锥体钢钉，尖端处长度6 mm的锥体部分中部最大，但直径大多不会大于2 mm。因此，直径最大6 mm、长度为20 mm的类似锥体钢钉刺穿的轮胎，钢丝和帘线断裂极少或基本不断裂，因此多数可修补轮胎的创口不适合采用蘑菇钉法进行修补。

1.6.2 轮胎所有创口都可以修补

一般来说，胎冠创口直径超过6 mm、同一条轮胎修补次数达到3次、胎侧有较深创口或鼓包、轮胎磨损或龟裂严重、轮胎超过使用年限等都会存在一定的安全隐患，此时就没有必要再对轮胎修补了，为了安全起见，笔者建议直接更换新轮胎。

2 智能型轮胎创口探测仪及其应用

超范围滥用大厚补片、低温硫化、蘑菇钉等修补方法，都会给汽车行驶安全埋下隐患，因此为了实现科学补胎，建立补胎创口综合数据探测、补胎用料范围、操作标准、补胎收费等数据量化体系迫在眉睫。笔者研制的智能型轮胎创口探测仪能够很好地解决这一问题。

2.1 智能型轮胎创口探测仪的结构和功能

智能型轮胎创口探测仪由探测仪主体、测量尺、测量探针、创口探测专用传感器、微电脑等组成。探测仪主体的前端设置有测量器械（锥形测量针），后端设置有刻度尺，刻度尺与锥形测量针相连接，探测仪主体的外部安装有测量尺导座，测量尺导座前端形成测量基准面，测量尺上安装有带摄像功能的微电脑。微电脑中内置有补胎用料范围数据与测量轮胎创口各种数据。

智能型轮胎创口探测仪利用类似人脸识别系统能秒拍固定轮胎创口原始影像凭证，然后再科学诊断轮胎创口。轮胎创口探测仪可探测轮胎创口类型、创口深度数据、创口外直径数据、创口内直径数据、创口外壁直径与创口内壁直径的差值、创口倾斜度、钢帘线断裂数据、拍摄轮胎原始创口影像等，并能将探测出的轮胎创口数据自动传输给微电脑。微电脑根据测得的精密数据信息对照相匹配的科学补胎综合数据表，能自动、科学、精密、高吻合度地匹配补胎用料类型、范围、尺寸。另外，智能型轮胎创口探测仪还能科学地探测出修补后的轮胎安全级别、安全状态及使用寿命，且可打印诊断结果数据、票据、凭证等，实现轮胎的科学化、数据化修补，让消费者无后顾之忧。

智能型轮胎创口探测仪输出的轮胎诊断结果如下。

（1）轮胎原始创口影像（创口位置） （图片）

（2）轮胎创口类型 xxxx

（3）轮胎创口深度数据 xxxx

（4）轮胎创口外直径数据 xxxx

（5）轮胎创口内直径数据 xxxx

（6）轮胎钢帘线断裂数据 xxxxx

（7）适合用料X类型，修补适合用料 xxx mm至xxx mm

（8）创口外壁直径与创口内壁直径的差值 xxx mm

（9）达报废标准 如修补，建议低速、后轮、备胎临时使用

（10）剩余使用寿命百分比 安全状态（如：正常、微小隐患、隐患）

（11）车牌号：xxxxx xxxxx年xx月xx日

2.2 智能型轮胎创口探测仪使用注意事项

（1）探测胎冠外壁直径时要由外向里探测，探测胎冠内壁直径时要由里向外探测。

（2）锥形测量针及刻度尺与端面应基本垂直，被测表面与基准面应贴合紧密，基准面必须与被测轮胎横向，否则会影响测量结果的精度。

（3）测量时，要将测量尺前端锥形测量针用标准力循序渐进顺势探入轮胎创口，要让基准面刚好接触到胎冠表面，如果压力过大，会造成测量数据不准确。

（4）为减小测量误差，应适当增加测量次数，并取其平均值。

（5）测量胎冠厚度时，应使锥形测量针尖端与轮胎内壁平齐。

（6）测量时，如果遇到创口在轮胎花纹凹陷处的情况，应重新调整基准再进行测量。

（7）测量前，应将被测量轮胎表面擦干净，以免灰尘、杂质等磨损量具。