基于TKPH 值的轮胎选型方法及延长使用寿命措施

程 玮

（国能准能集团有限责任公司，内蒙古 鄂尔多斯 010300）

国家能源集团准能集团有限责任公司是集煤炭开采、坑口发电及煤炭循环经济产业为一体的大型综合能源企业，其所属的黑岱沟露天煤矿和哈尔乌素露天煤矿2 个特大型现代化露天煤矿，核定产能分别为34 Mt/a 和35 Mt/a。2 个露天煤矿主要开采工艺为单斗-卡车间断工艺，大型矿用卡车在剥离及采煤环节大量使用。目前，黑岱沟露天煤矿和哈尔乌素露天煤矿在用154～363 t 电动轮自卸卡车180多台，主要应用普利司通、米其林和固特异等厂家生产的巨型轮胎，正常生产的情况下，轮胎年使用成本超过2 亿元。准能集团大型矿用自卸卡车轮胎长期依赖国外进口，且消耗较大，价格昂贵，基于矿用卡车轮胎的最基本参数TKPH 值，从轮胎的选型、寿命影响因素及管控方法等环节着手，探讨延长轮胎使用寿命方法，从而降低生产成本，提高企业经济效益。

1 轮胎TKPH 值定义

在工程轮胎领域，TKPH 是用于表达轮胎工作能力的符号，是轮胎最大允许内部运行温度的函数，轮胎的TKPH 值是反映引起轮胎温度升高诸因素影响关系，表示轮胎生热限度，由此用来限定轮胎使用工况的1 个重要指标[1-2]。每1 种规格的轮胎都有1个确定的载荷速度极限值，即TKPH 值，按TKPH 值选择使用轮胎，使轮胎TKPH 值与现场TKPH 值相匹配，可以有效地延长轮胎使用寿命。

2 基于TKPH 值的轮胎选型

2.1 轮胎TKPH 值和现场TKPH 值

1）轮胎TKPH 值。每1 种型号的工程轮胎均有1 个TKPH 额定值，该值是以轮胎在38 ℃环境温度下达到工作临界温度时轮胎负荷与速度的乘积来表示。1 条轮胎的TKPH 额定值取决于其结构、花纹、材质、制造工艺等多种因素，并根据规格和类型而变化，轮胎的TKPH 额定值一般由轮胎生产厂家在实验室通过特点的方法进行测试得出，作为轮胎的1个重要参数为用户选型的参考[3-5]。

2）现场TKPH 值。现场TKPH 的数值反映的是设备在实际应用现场对轮胎相关参数的具体要求，现场TKPH 公式为：

式中：Qm为设备每条胎的平均负荷，t；Vm为设备运行周期内的平均速度，km/h；K1为运距修正系数；K2为温度修正系数。

2.2 现场TKPH 值计算方法和轮胎选型原则

现场实际TKPH 值一般通过式（1）计算获得，具体按照以下原则进行计算。

式中：Qc为负载车辆的单胎负荷，t；Qv为空载车辆的单胎负荷，t。

理论上每条胎的Qm值都应该单独计算，在实际应用中，一般情况下无法获得具体的轮胎负荷，因此假定同一轴上的每1 条胎承载的负荷相同，当计算前轴和后轴上每1 条胎的平均负荷时，获取的最大的Qm值将用于计算现场TKPH 值。在大多数情况下，对于1 台2 轴6 轮的矿用自卸车卡车，负载车辆质量的分布，前轴（单轮）为33.3%，后轴（双轮并装）为66.7%，现场生产实际是承载的质量最大，因此卡车最大的Qm值几乎始终在前轮上。

式中：L 为运行周期长度，km；H 为运行周期持续的时间，h。

因卡车在作业过程中，循环作业的周期和距离不尽相同，因此建议运行周期取数时必须为最高的平均速度的行驶周期，特别要注意的是，H 为运行周期持续的时间，包含了卡车装载、重装、卸车、空载返回、待装等1 个完整循环内的全部时间。

在实践过程中，卡车轮胎使用寿命与运距和环境温度有着密切的关系，运距越长、环境温度越高越会降低轮胎的使用寿命，因此在计算现场实际TKPH 值时一般会引入K1运距修正系数和K2温度修正系数。K1、K2一般根据轮胎特性进行取值，具体取值须参考轮胎生产厂家指导手册。根据上述Qm、Vm、K1、K2的计算方法和取数原则，结合卡车的自重、质量分配及载荷等相关参数，很容易计算出某一车型现场TKPH 值。

通过计算可得到现场TKPH，结合车辆牵引、防护和速度方面的要求来选择满足现场使用的轮胎，轮胎选型原则是轮胎TKPH 值要大于实际现场TKPH 值，但是选择的轮胎TKPH 值也不宜超过现场TKPH 值太多，否则经济上不划算；若轮胎的TKPH值小于实际现场TKPH 值，则该轮胎不适合于该现场应用，如果出现次情况，则需要查看是否有其他花纹或种类的轮胎可以满足现场需求，若确实找不到满足现场需求的轮胎，则需要修改运行条件，即减少车辆负荷或降低速度，把现场TKPH 值降低到轮胎TKPH 值以下。

3 影响轮胎使用寿命的因素

基于TKPH 值的轮胎选型能够保证卡车轮胎满足现场使用要求，在确保轮胎安全性、经济性方面有重要意义。如果要提高轮胎的使用寿命，还需结合现场实际使用情况，对轮胎损坏形式及影响轮胎使用寿命的因素进行有针对性的分析。

轮胎是车辆同地面的唯一接触点，影响轮胎使用性能的原因与大量因素相关，根据多年来的研究，对轮胎的功能产生影响主要因素包含地面类型、现场道路条件、外部温度、气压、负荷、速度等，其中任何条件发生变化（地面类型，运距，现场道路布局等），可能导致之前完全符合要求的轮胎变得不适合，需要对车辆上的轮胎进行调整。轮胎的负荷、速度、气压等不同，会造成轮胎不同形式的损坏，根据TKPH 值计算公式，可得出影响轮胎性能较大的因素是速度和载重，还包含现场道路的条件、维护、充气压力等其它因素。轮胎损坏原因影响因素见表1。

表1 轮胎损坏原因影响因素

1）轮胎过载。尽管短期轮胎的胎面磨损迹象不明显，但严重影响轮胎使用寿命，主要表现在过度生热造成脱层、轮胎下沉量过大造成帘线损坏、长时间会造成胎面快速磨损、帘线张力增大造成爆裂的风险等。研究表明：轮胎超载10%，轮胎使用寿命减少15%，轮胎超载20%，轮胎使用寿命减少30%，轮胎超载30%，轮胎使用寿命减少50%。

2）轮胎超速。会轮胎内部温度异常升高会导致轮胎部件过热，导致轮胎结构的不可弥补的损坏，轮胎内部临界温度阈值一般为80 ℃左右，超过此温度应当采取控制措施。

3）轮胎充气气压不足或气压过大对轮胎的使用寿命影响很大。充气不足会导致轮胎胎侧的曲挠度增加会，造成轮胎内部温度升高以及偏磨；充气过大会造成胎面的早期磨损，耐冲击和耐割伤性下降以及偏磨。

4）根据准能集团多年来的统计数据显示，卡车轮胎损坏主要表现是扎破、扎爆等，占比接近50%，主要与道路质量、行驶速度和载重量都有不同程度的关系，扎破、扎爆是1 个综合因素导致的结果。

5）日常维护的重要性。如轮胎早期损坏未及时维修、前后车轴轮胎及同轴磨损程度不同的轮胎要未及时换位、悬挂不平衡导致的轮胎偏磨、轮辋组装不合格造成轮胎损坏等。还包含司机操作手法及水平、轮胎质量、运输距离不合理等方面的因素。

4 延长轮胎使用寿命措施

基于TKPH 值选择了正确的轮胎，分析了影响轮胎损坏形式和影响轮胎性能及使用寿命因素，制定有针对性的应对措施，结合现场实际，形成了丰富的管理、使用、维修经验，以延长轮胎使用寿命[6-7]。

4.1 管理方面

1）对矿用卡车大型轮胎施行全寿命周期管理，对每1 条轮胎从领用、安装、换位、修补、下机等全过程跟踪，详细统计轮胎使用寿命，分析报废原因，为后续优化管理提供基础数据。

2）设置轮胎奖，对使用寿命超过规定寿命的机组进行奖励，同时也设置工程质量奖，提高卡车司机及道路维护人员的积极性。

3）定期召开提高矿用卡车轮胎管理水平研讨会，总结矿用卡车轮胎使用经验，分析目前存在的问题，研究提高轮胎使用寿命和保障供应的方法，形成全员关注轮胎、全员管理轮胎的氛围。

4）与采矿、爆破及辅助工程相结合，关注生产安排、采矿布置、工艺安排及爆破环节对轮胎使用寿命的影响，持续优化采矿方案，合理安排各类型卡车的生产任务，各环节联动管控，共同减少轮胎损耗。

5）降低轮胎消耗、延长轮胎使用寿命的同时需兼顾轮胎使用安全，制定合理的轮胎报废标准，对达到报废标准的轮胎及时更换。

4.2 使用方面

1）轮胎扎破仍然是轮胎损坏的主要原因，露天矿采场和排土场仍撒料较多，对轮胎损伤较大，加强采场、排土场工程质量管理，改善轮胎运行环境。

2）根据各品牌、各车型轮胎TKPH 值及耐热、耐切割性能的不同，合理安排卡车作业位置。

3）露天矿加强装车质量管理，严控卡车超载；加强设备运行管理，严控卡车超速行驶。

4）安装轮胎胎温胎压管理系统，实时监测卡车轮胎，胎温、胎压超过规定值时，有强制应对措施[8-9]。

4.3 维修方面

1）加大轮胎修补力度，并制定修补标准，加强预防性维修，对早期割伤的轮胎及时进行修补，避免伤口扩大加速损坏；加大设备和人员投入，提高轮胎修补力度，扩大修补范围，同时考核修补轮胎数量。

2）严控卡车超载，确保卡车称重系统完好、准确是重要的手段，并对稳定性较差的称重系统进行改造，实现精准装车，降低卡车超装风险，避免因卡车超载导致轮胎损坏。

3）做好车辆及轮胎日常维护，如前后车轴轮胎及同轴磨损程度不同的轮胎要及时换位，定期调整悬挂，保证卡车侧护板完好避免装车过程中落石损伤轮胎等。

4）做好轮胎与轮辋的组装工作，保证组装后符合使用标准。

4.4 供应方面

1）与国内厂家合作，加大国产轮胎研发和试用，扩宽轮胎采购渠道，打破进口轮胎垄断局面，目前准能集团已于国内福建海安、青岛赛轮等厂家进行各种规格型号的轮胎的开发和试用，部分型号的轮胎已达到进口轮胎的水平。

2）与轮胎供应商签订长期战略框架协议，以战略框架协议采购为主、零星采购为辅，丰富采购方式，同时提高采购工作效率，充分把握每年10—12月的轮胎黄金采购时机，保证轮胎供应安全[10]。

3）轮胎供应商产能不足、轮胎交货周期较长及轮胎交货不均匀时，要适当增加轮胎安全库存数量。

5 结语

国能准能集团大型矿用卡车轮胎基于TKPH 值的选型，避免了轮胎型号不符合现场实际情况的发生，保证了矿用卡车轮胎使用的经济性、安全性，同时对轮胎使用施行全寿命周期管理，辅以轮胎胎温胎压管理系统和卡车称重系统等信息化、智能化的管理手段，从管理、使用、维修、供应等多维度制定了切实可行的管控措施，轮胎使用水平一直处于全国领先行列，在准能集团2 个露天煤矿采矿、地质条件下，部分卡车轮胎平均使用寿命超过了10 000 h，300 t 级卡车轮胎使用寿命常年保持在8 000 h 左右，大型矿用卡车轮胎使用寿命的提高，为提高企业经济效益做出了突出贡献。