doi:10.3969/j.issn.1005-2550.2023.05.007 收稿日期：2023-08-07
陈海平，赵晶，黄则鸣，黄少华，于嘉祺（东风商用车有限公司技术中心，武汉 430056）
摘 要：本文通过对某工程渣土车高温爆胎问题进行分析研究，剖析工程车高温爆胎问题发生原因及改进对策，以确定工程车高温爆胎问题的常规分析和对策方向，为解决工程车高温爆胎问题提供参考。
关键词：工程车；高温爆胎；研究与改进
中图分类号：U463 文献标志码：A 文章编号：1005-2550（2023）05-0039-06
Research and Improvement for High Temperature Tire Explosion of
an Engineering Vehicle
CHEN Hai-ping, ZHAO Jing, HUANG Ze-ming, HUANG Shao-hua, YU Jia-qi ( Dongfeng Commercial Vehicle T echnology Center, Wuhan 430056, China)Abstract: This article analyzes and studies the prob
lem of high temperature tire explosion in a certain engineering waste truck, analyzes the causes of the problem and proposes improvement measures, in order to determine the conventional analysis and countermeasures for the problem of high temperature tire explosion in engineering vehicles, and provide reference for solving the problem of high temperature tire explosion in engineering vehicles.
Key Words: Engineering Vehicle; High Temperature Tire Explosion; Research and Improvement
1 前言
汽车轮胎作为车辆与路面接触的唯一部件，不仅承担着整车的全部重量，还要提供车辆行驶过程中与路面的摩擦力，以驱动车辆行驶，其重要性不言而喻。轮胎一旦损坏，特别是发生爆胎故障，极易产生次生危害，甚至引发火灾等，将直接影响车辆人员及运输物资生命财产安全。
相比于乘用车，商用车尤其是工程车基于行驶工
况更为复杂，整车重量更大，制动更加频繁等特点，发生爆胎机率更高。
2 问题来源及现场调查情况
某东部区域大客户反馈，其新购买的某工程渣土车在夏季高温情况下出现了大量轮胎爆胎的现象。由于这些渣土车主要在夜间进行作业，一旦发生爆胎故障，维修非常不方便，严重影响了
该公司车队车辆的出勤率。因此，他们希望整车厂能够对故障原因进行调查，并进行产品质量改进。调研团队立即展开了现场调查，并通过现场调查了解到故障车辆运行工况的特点如下：
1）车辆GVW总重为65~70吨之间；
2）工地路况无陡坡（见下图1），公路路况较好（见下图2），单程运距在10km~80km不等，
平均车50~60km/h，最高车速80~100km/h；
3）运行路段上红绿灯较多，制动频次较高，平均为2.63~5.27次/km；
4）车辆无过涉水池清洗情况。
图1 车辆运行工地路况
图2 车辆运行公路路况
另外，从客户处了解到，爆胎现象主要发生在夜间，特别是在车辆高速行驶后急速制动时容易发生。夜间车辆的最高时速在12点前为80～90km/h，在12点后为90～100km/h。对故障轮胎进行外观检查，发现大多数爆胎属于抽丝爆胎，伴有高温碳化痕迹（见下图3）。这是由于轮胎在高温高压下爆裂造成，少量爆胎是由于轮胎气压不足或胎内钢丝损坏引起的。爆胎部位主要集中在中后桥的内侧轮胎，
东风标志并且爆胎部位都靠近车架侧（见下图4）。据客户统计，本车型平均每月损坏25条轮胎，而竞品车型每月只损坏2~3条，故障率远高于竞品。高温爆胎问题在夏季使用中严重影响了工程车的可靠性和安全性。针对这个问题，整车厂需要进行原因调查和产品质量提升改进，以期提高工程车在高温条件下的使用寿命和可靠性。
图3 爆胎部位图片 图4 爆胎位置示意图
故障车辆其他部分信息见下表（表1）：
表1 故障车辆信息表
驱动形式8×4车辆总重65-70T 路况城市道路、平路为主
车厢高度1500车厢长度7200制动调整臂形式
自调臂
3 故障机理及可能原因分析
对现场拆下车轮总成进行制动鼓表面测温发现，从外到内，越靠近车架侧制动鼓温度越高（见图5）。
根据图3爆胎故障部位，结合用户现场实际工况及实车制动鼓测温结果，初步判断故障机理为车辆在长时间高速驾驶加频繁制动，引起制动鼓高温，高温通过车轮传递到轮胎，加上内侧轮胎局部通风散热较差，引起轮胎表面高温碳化直至爆裂。
图5 不同位置制动鼓测温结果
根据以上分析结论，我们将产生爆胎问题的机理分为两大类：外因和内因。外因是渣土车运营车速过快、频繁制动使得制动鼓温度迅速升高，热量传导到轮辋上使之温度也急剧升高，而轮胎与轮辋直接
接触，传导至轮胎的温度超出其耐受温度。随着时间的推移，轮胎局部老化碳化熔融失效，最终导致爆胎。可能的原因包括但不限于：制动系统设计不合理，如制动蹄片间隙过小，前后制动气室制动力分配不合理等，导致制动鼓异常磨损和发热；或者轮辋设计不合理，如
散热面积不够，导致散热能力不足，高温无法及
时排出；或者制动回位弹簧选型不合理，高温失效，导致制动蹄片无法及时回位，造成拖刹引起制动鼓高温。内因是在此种工况和行驶条件下，轮胎自身的强度及耐高温性能不足。可能的原因包括但不限于：轮胎材料选择不合适，耐高温性能不足，导致轮胎在长时间高温环境下，表面熔融、高温碳化直至爆裂。
对这两大方面原因进行详细展开分析，运用头脑风暴法，进一步分析各自可能的原因如下（见图6）。
通过整理，形成如下（表2）爆胎可能原因汇总表（共10项）。
表2 高温爆胎可能原因分析汇总表
序号可能原因描述
1制动鼓制动热能过大
2后桥制动力分配过大
3制动间隙过小
4自动调整臂过调
5后桥轴管变形引起制动鼓与刹车片偏磨
6制动解除时间过长
7回位弹簧耐高温性能差
8轮辋散热孔面积过小
9制动鼓、轮辋散热速度过慢
10轮胎强度及耐高温性能不足
4 原因排查及要因确认
为进一步锁定问题真因，以便于对问题采取有针对性的对策，对表2所列的可能原因逐一排查分析，结果如下：
可能原因1，制动鼓制动热能过大。为排查此原因，特安排了在试验场进行了场地试验，以对比故障车辆与竞品制动蹄温度。试验工况为环道制动循环，一圈（4.3km）4次制动（一次40→0km/h、二次50→30km/h，一次60→40km/ h）。试验结果表明（试验数据见图7、图8），在相同测试工况下，故障车制动蹄最高温度高出竞品近50℃，因此可以判定是主因之一。
图7 故障车辆制动蹄测温结果
图8 竞品车制动蹄测温结果
可能原因2，后桥制动力分配过大。通过对比故障车辆与竞品车辆前后桥制动力矩及制动力分配系数结果，结果表明（见表3），故障车辆后桥后桥制动力分配过大，且分配系数明显高于竞品，导致后桥制动鼓升温速度高于竞品，结合上述可能原因1的测温对比结果。可判定是主因
之一。
图6 爆胎问题可能原因分析思维导图
表3 制动力分配系数对比
车辆前桥制动力矩Nm 后桥制动力矩Nm 制动力分配系数（前/总）
竞品车10900130000.46故障车
11500
17400
0.4
可能原因3，制动间隙过小。通过调研团队现场测量，结果表明（见表4），故障车制动间隙测量结果与主流竞品相当，甚至比部分竞品稍大。因此判定非主因。
表4 制动间隙测量数据表车辆后桥制动间隙（左/右）mm
故障车辆11/0.7故障车辆20.95/0.9故障车辆30.85/0.7故障车辆40.85/1主流竞品车0.9/1其他竞品车10.7/0.7其他竞品车20.6/0.6其他竞品车30.7/0.7其他竞品车4
0.6/0.6
可能原因4，自动调整臂过调。现场调查团队反馈，实车检查自调臂未发现异常，结合可能原因3的测量数据，可判定非主因。
可能原因5，后桥轴管变形引起制动鼓与刹车片偏磨。实车检查故障车辆后桥轴管无变形，半轴与轴承尺寸合格（见表5），配合良好，可判定非主因。
表5 轴承测量结果
测量部位
产品要求
测量结果
结论
轴承外径φ110（0/-0.022）φ110（0/-0.02）合格轴承内圈φ110（0/-0.02）φ110（0/-0.01）合格
可能原因6，制动解除时间过长。对比故障车辆及竞品车辆后制动气室制动解除时间数据（见表6），结果表明，在相同工况下，故障车辆制动解除时间明显长于竞品。这易导致车辆刹车时间
过长而出现制动高温。判定是主因之一。
表6 制动反应及解除时间对比车辆制动解除时间s（降至30kPa）
故障车 1.94竞品车
0.8
可能原因7，回位弹簧耐高温性能差。实验室测试结果表明，制动回位弹簧温度与制动鼓温度的对应关系如下（见表7）。
表7 不同制动鼓温度下制动回位弹簧温度制动鼓温度制动回位弹簧温度
200℃85℃300℃140℃360℃
≤200℃
可以看出，在制动鼓温度达到360℃时，回位弹簧温度近200℃，而当前回位弹簧钢丝材料为65Mn，耐温性能为150℃。长时间在200℃环境下工作，回位弹簧极易出现塑性变形，致使制动蹄片不能及时回位而出现拖刹。判定是主因之一。
可能原因8，轮辋增加散热孔面积过小。为确认此原因，特对比了本工程车及竞品车轮辋相关参数如下（见表8）。
结果表明，在车轮规格8.5-20相同的情况下，故障车辆轮辋总散热面积最小，散热能力明显不足。判定是主因之一。
可能原因9，制动鼓、轮辋散热速度过慢。通过上述可能原因8的分析，及图5制动鼓不同位置测温结果，可以看出，位于靠近车架的内侧车轮，制动鼓、轮辋温度不能及时消散。判定是主
因之一。
可能原因10，轮胎强度及耐高温性能不足。出于成本原因，各主机厂出厂配标准胎，轮胎耐温在150℃左右，实际后轴制动鼓最高温度达280~360℃，轮辋达140℃~180℃。已超出轮胎耐温能力，胎圈极易老化。可以判定是主因之一。
通过以上分析，对前文提出的10项可能原因
故障车辆
竞品车1竞品车2竞品车3竞品车4竞品车5散热孔规格
（数量及尺寸）10-φ3510-33×5810-32×542-φ358-35×5810-38×5210-32×54散热面积mm 2
9616
16800
15080
14670
16660
15080
表8 轮辋散热面积对比
梳理总结如下表（表9），析出本次高温爆胎问题主因共7项。
表9 车轮高温爆胎主因确认汇总表
序号可能原因描述是否主因1制动鼓制动热能过大是
2后桥制动力分配过大是
3制动解除时间过长是
4回位弹簧耐高温性能差是
5轮辋散热孔面积过小是
6制动鼓、轮辋散热速度过慢是
7轮胎强度及耐高温性能不足是
8制动间隙过小否
9自动调整臂过调否
10后桥轴管变形引起制动鼓与刹车片
偏磨
否
5 改善对策
针对主因1，制动鼓制动热能过大。采取改善对策如下：
1）引导用户在制动时，采取辅助制动联动，避免制动鼓高温。
2）最高车速，由100km/h降低为90km/h，降低制动初速度。
针对主因2，后桥制动力分配过大。采取改善对策如下：
1）前桥制动气室规格由20更改为24。
2）中后桥气室规格由30/30更改为24/30。
更改后，制动力分配系数改善如下（表10），相较于原车方案有较大幅度提升，且优于竞品。
针对主因3，制动解除时间过长。采取改善对策如下：
后继动阀由单继动阀改进为双继动阀；中后桥气室规格由30/30更改为27/30，同时加装一个快放阀，加快泄压速度。改善后，制动解除时间缩短为0.72s，相比改善前的1.94s得到大幅度提升，且优于竞品。
针对主因4，回位弹簧耐高温性能差。采取改善对策如下：
弹簧钢丝材料由65Mn改为55CrSi，通过数据对比（见下表11），可见改善后，弹簧耐温性能由150℃提高到250℃。
表11 不同弹簧材料推荐使用温度对比方案类型/回位弹簧材料推荐工作温度原方案/65Mn-40~150℃
改进方案/55CrSi-40~250℃
针对主因5，轮辋散热孔面积过小。采取改善对策如下：
在现有车轮规格基础上，将散热孔形状由圆孔更改为长圆孔，更改后的尺寸为10-35×52，散热面积由原方案96160mm2 增加为15570mm2；
为避免散热孔加大后，带来轮辐强度问题，同步将轮辐材料由380CL提升为490CL，安全系数与原车一致，可避免出现车轮开裂等可靠性问题；
针对主因6，制动鼓、轮辋散热速度过慢。主要改善对策同上述主因5对策。
针对主因7，轮胎强度及耐高温性能不足。采取改善对策如下（见图9）：
图9 轮胎加强示意图
1）胎体、胎冠加强，提升轮胎刚度，提高轮
车辆/方案前桥制动力矩Nm后桥制动力矩Nm制动力分配系数（前/总）竞品车型10900130000.46
本车原方案11500174000.4
本车前桥气室加大14000174000.44
本车前桥气室加大，后
桥气室减小1400015100
0.48
表10 对策改善后制动力分配系数对比
发布评论