CN104114994B - 用于测试轮胎对压力损失的抵抗力的方法 - Google Patents

用于测试轮胎对压力损失的抵抗力的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于测试轮胎对于穿孔后压力损失的抵抗力的方法，其特征在于所述方法包括如下步骤：在轮胎的胎壁中通过所述胎壁***多个穿孔物品从而形成多个穿孔；使包括穿孔物品的轮胎以经控制的充气压力滚动给定的距离；停止滚动；和对于每个穿孔，基于穿孔的泄漏速度的评估确定压力损失抵抗力指数。

Description

用于测试轮胎对压力损失的抵抗力的方法
技术领域
本发明涉及轮胎，更具体地涉及用于测试在轮胎刺穿之后对压力损失的抵抗力的方法。
背景技术
当轮胎的胎壁被刺穿物品例如螺丝钉或钉子穿孔或“刺穿”时，轮胎的充气空气可能通过刺孔而泄露，并且所产生的压力损失可能造成轮胎变平和车辆停止。
在刺穿行为和轮胎变平之间经过的时间可高度变化，并且特别取决于刺穿物品的尺寸以及是否在刺穿物品维持在轮胎胎壁中的状态下继续行驶。该行驶造成刺穿物品和轮胎胎壁之间的相对移动并且这经常使刺孔变大并且使泄露速度增加。
为了克服该刺穿问题(所述刺穿问题追溯到使用装备有充气轮胎的车轮的最初)，通常的解决方案是停车并用备用轮胎更换受损轮胎。
为了避免必须使用备用轮胎，已经设想了其它解决方案并且这些解决方案在市面上是可得的。
文献US 5 916 931提出一种气溶胶容器，所述气溶胶容器包含与各种产品混合的液体胶乳乳液，所述各种产品包括纤维产品和气体推进剂。如果轮胎变平，该容器旨在安装至轮胎气门并且将气体推进剂和密封/修补乳液喷入轮胎的内腔。然后轮胎至少部分地进行再充气，乳液塞住刺孔并且可以首先以低速重新开始行驶从而使乳液在轮胎的整个内表面上合适地分布，然后正常行驶。
还存在修补工具包，所述修补工具包由某些马达制造商在备用轮胎的位置处提供。其优点在于其降低了车辆的重量，因此降低了车辆的燃料消耗，并且节省了行李舱地板下方的空间。
刺穿工具包由压缩机、密封剂圆筒、电导线和空气软管构成。一旦密封剂圆筒已经固定至压缩机，空气软管已经旋拧至圆筒和轮胎气门并且电导线已经塞入车辆点烟器，剩余要做的就是将压缩机切换至“开”，使发动机运行从而不排空电池。
密封剂在约30秒内注入轮胎，在该过程中空气软管中的压力将升高至约6bar。之后，空气将对轮胎进行充气并且将在10分钟内达到理论充气压力。一旦达到所述压力，剩余要做的就是将压缩机切换至关并且移除工具包。
一旦轮胎被再充气，需要迅速恢复驾驶并且驾驶10km并且使用压缩机和空气软管检查轮胎的压力从而使其达到所需水平。
一旦刺穿的轮胎得以修补，不应超过80km/h的速度并且稍后应当立即检查或更换轮胎。轮胎修补工具包仅为暂时性修补。
轮胎制造商也已经提出这样的轮胎，所述轮胎在其内壁上或其结构内设置有弹性、粘性或糊状产品(被称为“自密封产品”)的层，所述产品能够密封刺孔。文献WO 2008/080556 A1公开了这种轮胎的一个实例。这些轮胎本身不是防刺穿的，但是刺孔通常被自密封产品封闭或密封。
特别是如果在刺穿之后立即移除刺穿物品，这些各种解决方案的制造商均使用它们的产品提供卓越的刺孔密封结果。然而，没有对应于通常驾驶条件的测试方法，因此极难以确定这些各种解决方案的实际效率并且极难以对其彼此进行对比。
发明内容
本发明的目的是一种用于测试轮胎对刺穿后的压力损失的抵抗力的方法，其特征在于所述方法包括如下步骤：
-在轮胎的胎壁中通过胎壁***多个刺穿物品从而形成多个刺孔；
-使刺穿物品维持在轮胎中使轮胎以经调节的充气压力行驶给定的距离；
-停止行驶；和
-对于每个刺孔，基于刺孔的泄漏速度的评估确定压力损失抵抗力指数。
由于在存在多个刺穿物品的情况下进行行驶，该测试方法的优点在于其为高度选择性的。该行驶造成刺穿物品和轮胎胎壁之间的相对移动，所述相对移动可能使刺孔变大并且使得更难以密封刺孔或保持刺孔密封。使用不同类型和直径的多个刺穿物品连同在经调节的压力下行驶意味着可以使用单个轮胎获得多个刺孔抵抗力结果，因此限制了需要测试的数目。有利的是调节测试轮胎的充气压力从而补偿在行驶过程中可能出现的任何泄露，特别是如果刺穿物品排出时。这意味着可以研究与轮胎中存在的其它刺穿物品相关的刺孔的性能。
该测试方法特别适用于包括自密封产品(例如设置在其内壁上或其胎壁中的自密封产品的层)的轮胎。
当轮胎不包括任何自密封产品时，在停止行驶时和在确定压力损失抵抗力指数之前，将密封产品设置在轮胎的内腔中。
该测试方法因此允许在现实条件下测试在刺穿情况下代替备用轮胎的所有替代解决方案，特别是轮胎充气机和修补工具包。当然，需要根据每种测试的密封解决方案特定的合适程序在轮胎的内腔中执行引入密封剂。
根据一个具体的实施方案，当刺穿物品在行驶过程中维持原位时，基于泄漏速度的评估确定刺穿物品维持原位时的压力损失抵抗力指数(IP)。
当刺穿物品在行驶过程中排出时，基于泄漏速度的评估确定刺穿物品排出之后的压力损失抵抗力指数(IE)。
将注意到这两个指数IP和IE互相补充。
替代性地，根据本发明的测试方法可以在停止行驶之后包括如下额外步骤：
-从刺穿物品维持原位的每个刺孔中抽出刺穿物品；和
-对于刺穿物品在行驶过程中排出或在行驶结束时抽出的每个刺孔，基于泄漏速度的评估确定压力损失抵抗力指数(IE)。
优选地，所述测试方法包括如下额外步骤：在约5至20min的给定时间之后，对于刺穿物品在行驶过程中排出或在行驶结束时抽出的每个刺孔，基于泄漏速度的评估再次确定压力损失抵抗力指数(I10)。
然后有利的是有可能计算所有刺孔的平均压力损失抵抗力指数(IM)。
因此获得三个指数IP、IE和I10连同平均指数IM，允许非常选择性地表征轮胎在刺穿之后对压力损失的抵抗力，无论该轮胎是否一开始配备有自密封产品。
在停止行驶、抽出所有维持原位的刺穿物品并且确定一个或多个压力损失抵抗力指数之后，所述方法还可以有利地包括如下额外步骤：
-在刺穿物品不维持原位的情况下使充气轮胎行驶；和
-对于每个刺孔，基于泄漏速度的评估确定压力损失抵抗力指数。
在无刺穿物品的情况下的额外行驶距离可以在100和500km之间。
该额外的行驶步骤允许评估使用所研究的密封/修补设备实现的密封耐久性。
优选地，胎壁中包括刺穿物品的充气轮胎的行驶距离大于200km，非常优选大于500km。
轮胎可以在起伏路面上行驶。
该起伏路面优选具有大于16m的展开长度。
优选地，在通过轮胎胎壁***刺穿物品之前对所述轮胎进行充气。
这使得更易于***刺穿物品。
在行驶过程中，优选调节轮胎的充气压力，非常优选调节至在1.8和3bar之间的压力。
优选地，行驶速度大于90km/h，非常优选在90和160km/h之间。
有利地，行驶速度以增加速度的阶跃改变。
这些增加速度的阶跃允许以更好的选择性进行加速测试。
有利地，多个刺穿物品包括不同直径的螺丝钉和钉子。
刺穿物品的直径优选为1至5mm。
有利地，多个刺穿物品包括3至30个刺穿物品，优选在8和20个之间的物品。
刺穿物品可以从轮胎的胎面花纹的沟槽的外表面***轮胎的胎冠。
它们也可以***轮胎的胎面花纹的胎面块。
有利地，使用表面活性剂从而显现和定性评估每个刺孔的泄漏速度。
可以使用如下评分方案评估刺孔的泄漏速度：
-100:无可见气泡，无泄漏；
-80:纳米级泄漏，直径小于0.1mm的极小气泡，仅使用放大镜可见；
-60:微米级泄漏，直径在0.1和1mm之间的裸眼可见的小气泡；
-0:泄漏，直径大于1mm的生长气泡，或由于空气流速过大而根本没有气泡。
还有利的是通过组合每个刺穿物品的得分并且使用曲线对得分进行加权从而确定总指数，所述曲线表示物品在客户群中出现的频率。
这使得有可能获得单个指数，所述单个指数适合量化给定轮胎在相同给定行驶条件下的刺穿抵抗力。
例如有可能参考显示在给定国家中发现的钉子直径分布的曲线。
附图说明
附图显示了在其内壁上包括自密封层的轮胎的情况下，用于测试轮胎对压力损失的抵抗力的方法的各个方面：
图1显示了多个刺穿物品；
图2为在中国和美国观察到的钉子直径的分布的累积频率形式的曲线；
图3为包括三个刺孔的轮胎的胎冠的局部俯视图；
图4显示了具有零泄漏速度的刺孔的情况；
图5(a)和图5(b)显示了具有极低泄漏速度的刺孔的情况；
图6显示了具有低泄漏速度的刺孔的情况；
图7(a)和图7(b)显示了具有迅速泄漏的刺孔的情况；和
图8显示了刺孔抵抗力测试的结果。
具体实施方式
在前述提及的专利申请WO 2008/080556 A1中提出的尺寸205/55R 16的设置有自密封产品的层的米其林能源3轮胎1被测试。
图1显示了测试方法通常使用的刺穿物品的数个实施例。它们为直径3mm的钉子21，直径4mm的钉子22和直径5mm的钉子23以及直径3.5mm的螺丝钉25。
对于在实际行驶条件下遇到的刺穿物品，这些刺穿物品的直径是完全现实的。图2以累积频率的形式显示了在中国和美国道路上发现的钉子的分布。可以观察到直径小于或等于5mm的钉子共计所遇到物品的大于90％。
一旦轮胎已经安装在合适的车轮上并且充气至2.5bar，轮胎和车轮刚性地附接至旋转轮毂(未示出)并且多个刺穿物品通过轮胎1的胎冠3***。
图3显示了轮胎1的胎冠3的局部俯视图。轮胎胎面花纹包括两个纵向沟槽(内侧沟槽7和外侧沟槽9)和具有一组横向沟槽11的外侧胎肩5。内侧或外侧表示旨在安装的轮胎朝向车辆内部的一侧或者朝向车辆外部的一侧，该轮胎的胎面花纹不对称。图3显示了由钉子21造成的排列在内侧纵向沟槽7、外侧纵向沟槽9和外侧胎肩5的横向沟槽11中的三个刺孔。
已经将三个直径为3mm且长度在45和60mm之间的钉子21、三个直径为4mm且具有相似长度的钉子22和三个直径为5mm且具有相似长度的钉子23以及三个直径为3.5mm且长度在35和50mm之间的螺丝钉25***整个胎冠。刺穿物品围绕胎冠的圆周平均分布。推入胎肩的沟槽11的钉子21设置在离外侧纵向沟槽9的20和30mm之间的距离处。
还有可能通过胎面花纹的胎面块刺穿轮胎的胎冠，但是这需要更大的穿透力。其也改变刺穿物品在行驶过程中的排出条件。
然后将充气的轮胎和车轮组件固定至直径超过16m的滚筒的轮毂从而接近在平坦地面上的行驶条件。
行驶条件如下：调节充气压力例如至2.5bar，施加的负荷为轮胎额定负荷的约90％，并且将起伏路面室内的温度调节至约20℃，以直线行驶而无扭矩并且没有施加的转弯或弧度。
轮胎在这些条件下以100至150km/h的速度以10km/h的阶跃行驶，每个速度水平持续1小时。整个测试因此持续6小时和750km。
在行驶过程中，约70％的直径5mm的钉子排出而约30％的直径4mm的钉子排出。直径3mm的钉子通常保留在轮胎的胎冠中。螺丝钉在行驶过程中也不排出，因为螺丝钉螺纹增加了抽出螺丝钉所需的力。
应当注意到在某些轮胎或轮胎尺寸的情况下，直径3mm的钉子也可以排出。
在行驶之后，观察最少持续4小时的冷却阶段。
测试的结果是在抽出之前(如果在行驶之后刺穿物品仍然存在)、在抽出之后和在抽出之后约10分钟定性观察每个刺孔的泄露。
使用表面活性剂，例如商标为“1000bubbles”的气溶胶罐评估泄露。将产品喷射在刺孔上，评审员使用放大镜在明亮光线下记录气泡的存在、尺寸和数量。
图4至图7显示了当刺穿物品维持原位时(图4、图5(a)、图6和图7(a))和在刺穿物品已经抽出或排出时(图5(b)、7(b))观察到的各种情况。
图4显示了穿过位于轮胎的纵向沟槽9中的刺孔41的钉子21。未看到气泡；没有泄露；刺孔得分为10或100％。
图5(a)显示了穿过位于轮胎的纵向沟槽9中的刺孔51的刺穿物品21。表面活性剂的使用显示大量极小的气泡53，所述气泡53仅在放大镜下可见并且直径小于0.1mm。这是得分为8或80％的极小泄露。
图5(b)显示了由刺穿物品形成的刺孔52，所述刺穿物品已经排出或抽出。刺孔52同样地位于轮胎的外侧纵向沟槽9中。表面活性剂的使用也显示大量极小的气泡53，所述气泡53在放大镜下可见并且直径小于0.1mm。这给出相同的得分8或80％。
图6显示了穿过位于轮胎的外侧纵向沟槽9中的刺孔61的刺穿物品21。在此，表面活性剂的使用显示小气泡63的集合，所述小气泡63的直径大约在0.1mm和1mm之间。这是得分为6或60％的小泄露。
图7(a)显示了穿过也位于轮胎的纵向沟槽中的刺孔71的刺穿物品21。表面活性剂的使用显示直径大于1mm的单个大气泡73。这是得分为0或0％的泄露。
图7(b)显示了在轮胎的纵向沟槽中的刺穿物品的刺孔72，所述刺穿物品在行驶过程中已经排出或者在停止之后已经抽出。同样地，仅可看到直径大于1mm的单个大气泡73。这是得分为0或0％的泄露。
下表显示了测试结果。
表1
上表1显示了当刺穿物品被推入轮胎的胎冠时观察到的结果。***十二个四种不同类型的刺穿物品，每个类型在所示的三个不同位置处。
将注意到在该实施例中螺丝钉25的***造成立即出现泄漏。然而，当轮胎行驶时该泄漏通常消失。
表2–指数IP
表3：得分图的备注
10 无泄漏
8 极小泄漏
6 小泄漏
0 泄漏
x 物品排出
表2给出了在轮胎的胎冠中维持原位的刺穿物品获得的结果。如前述显示的，直径5mm的钉子排出，但是物品维持原位的刺孔均未表现出泄漏。刺穿物品维持原位的所有刺孔的指数IP均等于10。
表4–指数IE–I10
表4给出了在行驶之后并且在抽出所有仍维持原位的刺穿物品之后获得的结果。注意到存在两个得分，第一个在紧接着抽出之后的时间t0下，而t10为抽出之后的10分钟。
可以注意到对于更大直径的物品，在所获得的结果上获得最大的差距，并且在抽出之后10分钟的结果比紧接着抽出之后的结果更好。
图8提供了在t10下获得的结果根据刺穿物品的性质的图解指数I10。
对于直径3和4mm的钉子和保留在轮胎中的螺丝钉，没有观察到泄露，但是对于直径5mm的钉子存在67％的劣化，对于抽出之后的螺丝钉存在87％的劣化。
也可以通过使用在客户群中发现的钉子直径分布(参见图2)加权指数I10从而计算覆盖水平。在所描述的情况下，这导致94％的总值，这是出色的结果。
在针对所有刺孔确定排出或移除刺穿物品后的指数(所述指数表示对压力损失的抵抗力)之后，相同的轮胎又经受额外的行驶。在该额外的行驶结束时，发现所有指数为10或100％；不再存在任何泄露。
如上所述的组合得分不是唯一可想到的得分。其它组合得分也是可能的，例如通过一定的加权组合钉子得分和螺丝钉得分。显而易见地，测试的各个阶段的得分也可以分别使用(例如钉子的得分或螺丝钉在抽出之前和抽出之后的得分)。
所描述的测试针对的是配备有作为原始配件的具有自密封产品的层的轮胎。如上所述，所描述的测试还允许测试其它解决方案，例如待测试的轮胎充气机和修补工具包。
使用这些其它的解决方案进行测试。发现在立即移除刺穿物品的刺孔的情况下，所有解决方案的密封性能实际上都为100％。相反，如果轮胎在刺穿物品维持原位的情况下行驶，仅仅在200至300km的行驶之后，轮胎充气机的性能就变为零，产品通过刺孔溢出。当涉及修补工具包时，这些修补工具包运转良好，但是当刺穿物品仍然维持原位时随着行驶长度的增加性能也大大下跌。
所描述的测试的优点在于其为高度选择性的并且是基于每个刺孔的泄露速度的分析而不是基于压力损失，并且该测试允许使用单个轮胎获得多个结果。

Claims (28)

1.一种用于测试轮胎对刺穿后的压力损失的抵抗力的方法，其包括如下步骤：
-在所述轮胎的胎壁中通过所述胎壁***多个刺穿物品从而形成多个刺孔，多个刺穿物品包括不同直径的螺丝钉和钉子；
-维持刺穿物品在轮胎中使轮胎行驶给定的距离；
-在行驶过程中调节轮胎的充气压力；
-停止行驶；和
-在完成行驶之后，对于每个刺孔，基于所述刺孔的泄漏速度的评估确定压力损失抵抗力指数。
2.根据权利要求1所述的用于测试轮胎对刺穿后的压力损失的抵抗力的方法，其中，在行驶过程中，所述多个刺穿物品能够从轮胎的胎壁排出。
3.根据权利要求1所述的用于测试轮胎对刺穿后的压力损失的抵抗力的方法，其中当轮胎不包括任何自密封产品时，在停止行驶时和在确定压力损失抵抗力指数之前，将密封产品设置在轮胎的内腔中。
4.根据权利要求1-3的任一项所述的用于测试轮胎对刺穿后的压力损失的抵抗力的方法，其中当所述刺穿物品或所述刺穿物品的一些在行驶过程中维持原位时，对于刺穿物品在行驶过程中维持原位的每个刺孔，基于泄漏速度的评估确定刺穿物品维持原位时的压力损失抵抗力指数。
5.根据权利要求1所述的用于测试轮胎对刺穿后的压力损失的抵抗力的方法，其中当所述刺穿物品或所述刺穿物品的一些在行驶过程中从轮胎胎壁中排出时，对于刺穿物品在行驶过程中排出的每个刺孔，基于泄漏速度的评估确定刺穿物品排出之后的压力损失抵抗力指数。
6.根据权利要求1所述的用于测试轮胎对刺穿后的压力损失的抵抗力的方法，在停止行驶时包括如下额外步骤：
-从刺穿物品维持原位的一个或多个刺孔中抽出刺穿物品；和
-对于刺穿物品在行驶过程中排出或在行驶结束时抽出的每个刺孔，基于泄漏速度的评估确定压力损失抵抗力指数。
7.根据权利要求1所述的用于测试轮胎对刺穿后的压力损失的抵抗力的方法，包括如下额外步骤：
-在约5至20min的给定时间之后，对于刺穿物品在行驶过程中排出或在行驶结束时抽出的每个刺孔，基于泄漏速度的评估再次确定压力损失抵抗力指数。
8.根据权利要求1所述的用于测试轮胎对刺穿后的压力损失的抵抗力的方法，包括如下额外步骤：
-计算所有刺孔的平均压力损失抵抗力指数。
9.根据权利要求1所述的用于测试轮胎对刺穿后的压力损失的抵抗力的方法，其中在轮胎胎壁中包括多个刺孔的所述轮胎行驶的距离大于200km。
10.根据权利要求1所述的用于测试轮胎对刺穿后的压力损失的抵抗力的方法，其中所述轮胎在起伏路面上行驶。
11.根据权利要求10所述的用于测试轮胎对刺穿后的压力损失的抵抗力的方法，其中所述起伏路面的展开长度大于16m。
12.根据权利要求1所述的用于测试轮胎对刺穿后的压力损失的抵抗力的方法，其中在通过所述轮胎的胎壁***多个刺穿物品之前对所述轮胎进行充气。
13.根据权利要求1所述的用于测试轮胎对刺穿后的压力损失的抵抗力的方法，其中将在行驶过程中的充气压力调节至在1.8和3bar之间的压力。
14.根据权利要求1所述的用于测试轮胎对刺穿后的压力损失的抵抗力的方法，其中行驶速度大于90km/h。
15.根据权利要求14所述的用于测试轮胎对刺穿后的压力损失的抵抗力的方法，其中行驶速度以增加速度的阶跃改变。
16.根据权利要求6所述的用于测试轮胎对刺穿后的压力损失的抵抗力的方法，在停止行驶，抽出所有维持原位的刺穿物品并且确定一个或多个压力损失抵抗力指数之后，包括如下额外步骤：
-在没有刺穿物品维持原位的情况下使充气轮胎行驶；和
-对于每个刺孔，基于泄漏速度的评估确定压力损失抵抗力指数。
17.根据权利要求16所述的用于测试轮胎对刺穿后的压力损失的抵抗力的方法，其中在没有刺穿物品的情况下的额外行驶距离在100和500km之间。
18.根据权利要求1所述的用于测试轮胎对刺穿后的压力损失的抵抗力的方法，其中多个刺穿物品包括3至30个刺穿物品。
19.根据权利要求1所述的用于测试轮胎对刺穿后的压力损失的抵抗力的方法，其中一个或多个刺穿物品的直径为1至5mm。
20.根据权利要求1所述的用于测试轮胎对刺穿后的压力损失的抵抗力的方法，其中一个或多个刺穿物品***轮胎的胎冠。
21.根据权利要求20所述的用于测试轮胎对刺穿后的压力损失的抵抗力的方法，其中一个或多个刺穿物品从轮胎的胎面花纹的沟槽的外表面***所述轮胎的胎冠。
22.根据权利要求20所述的用于测试轮胎对刺穿后的压力损失的抵抗力的方法，其中一个或多个刺穿物品从轮胎的胎面花纹的胎面块的外表面***所述轮胎的胎冠。
23.根据权利要求1所述的用于测试轮胎对刺穿后的压力损失的抵抗力的方法，其中使用表面活性剂从而显现和定性评估每个刺孔的泄漏速度。
24.根据权利要求23所述的用于测试轮胎对刺穿后的压力损失的抵抗力的方法，其中使用如下评分方案评估刺孔的泄漏速度：
-100:无可见气泡，无泄漏；
-80:纳米级泄漏，直径小于0.1mm的极小气泡，仅使用放大镜可见；
-60:微米级泄漏，直径在0.1和1mm之间的裸眼可见的小气泡；
-0:泄漏，直径大于1mm的生长气泡，或由于空气流速过大而根本没有气泡。
25.根据权利要求1所述的用于测试轮胎对刺穿后的压力损失的抵抗力的方法，其中通过组合每个刺穿物品的得分并且使用曲线对得分进行加权从而确定总指数，所述曲线表示所述物品在客户群中出现的频率。
26.根据权利要求1所述的用于测试轮胎对刺穿后的压力损失的抵抗力的方法，其中在轮胎胎壁中包括多个刺孔的所述轮胎行驶的距离大于500km。
27.根据权利要求1所述的用于测试轮胎对刺穿后的压力损失的抵抗力的方法，其中行驶速度在90和160km/h之间。
28.根据权利要求1所述的用于测试轮胎对刺穿后的压力损失的抵抗力的方法，其中多个刺穿物品包括8至20个刺穿物品。
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