这世界是怎么了?手机智能化了,汽车自动变速了。过海不用坐船改走大桥了,八仙过海的传说变为了现实。飞机成了打工仔的座驾,老板改坐火车了。人骂人,不是卵拽着你都飞上天了,也没见哪个航天员变成太监。过去的技术活儿全部依靠电脑了,人类创造了科技的神奇,反过来人类的许多优良品质却被嘻唰唰了!18世纪流行的鸦片摧残的是人类躯体,21世纪流行的手机改变的是人类的行为,变成了科技鸦片,替代了人与人之间的情感交流。友情被冷漠取代、进取之心败在了颓废萎靡的脚下、时间变得一文不值。是社会进步了,还是世人变傻了?以前科技的大门儿像大户人家的门坎,不是谁想进就能进的。干技术活儿虽然够不上达官显贵那么富有,至少能成为养家糊口的饭碗儿。懂门技术终身受用,受人尊敬。师为父,师父的婆娘都称师娘了,真乃一人中举全家荣光。现在世道不同了,科技发展了,一切物件都变“傻”了,唯独人类变“精”了,技术不技术无关紧要了,专业独当一面的成不了大款,玩得嗨的网红可以一夜暴富,当官儿的不懂专业可以整个助理帮扶,能挣大钱才是王道。聪明的明白人儿,揣着聪明装糊涂,戏说乾隆倒也无伤大雅,关公战秦琼可就贻笑大方了,可着劲不识时务那是不开面儿,找抽儿。

然而如所周知,轮胎是由橡胶、钢丝等各种材料制成的复合结构物,这些巨型轮胎在矿车的驱使下,在快速、经济地完成重型物料的长程运输过程中,扮演着愚公的角色。开矿如愚公移山,轮胎在车辆的装载重量、行走速度以及外部气温等工作条件的影响下不可避免地会产生不同程度的发热现象。在可控的合理温度区间内使用,没有问题。如果超过轮胎的承受限度,在高温的促使下,构成材料间的接合力(粘合力)和各构件的强度都会因此而降低,在极端情况下,甚至于还会导致分离或爆破直接玩完。

打个比方,衡量国家经济状况的GDP很多人都知道,它是一个国家经济的晴雨表。如果把一条轮胎比喻成一个国家,那么TKPH就是这个“国家”的GDP。超载超速等不良因素等同与这个“国家”的债务。“债务”超出GDP(TKPH)的合理范围轮胎危机将不可避免且一触即发。

再者由于矿用汽车特殊的运行条件:① 重车去,空车回,轮胎负荷的规律性很强;② 运距和道路条件相对固定,很少变动;③ 连续运行,但由于矿用汽车的轮胎尺寸比较大,具有很大的热容量,温度变化迟缓。因此,对矿用汽车的轮胎就以平均负荷和平均车速来表征和控制轮胎的发热、温升状况。有鉴于此,为了防范发热事故于未然,轮胎行业普遍将影响越野轮胎温度的上述使用条件综合起来,以其指数加以控制,这就是TKPH值产生的由来和国外得到广泛应用的原因。国内轮胎厂家在这方面披露的资料信息较稀缺。

TKPH,即吨公里每小时(或者是每小时吨英里TMPH)。是Ton Kilometerper的缩写,用于表示轮胎的工作能力,该参数是轮胎内部允许的最大温度的函数,是轮胎管理计划的要素之一。通俗地讲就是轮胎的能力范围。打个比喻您能扛50公斤重物就不要去装大头非要去学别人扛100公斤。人和人不一样,这叫尺有所短,寸有所长。对矿区运输车辆来说,TKPH值是轮胎工作能力的量度,用于控制轮胎的工作量,轮胎在TKPH值的范围内使用就ok,超过范围那就是找死的节奏, 轮胎就会生热过度导致过早损坏。

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TKPH值分为TKPH额定值和TKPH使用值2种,先来说说TKPH额定值。

TKPH额定值基于轮胎规格并由轮胎制造厂预先确定(如同鞋厂,按照使用种类生产出不同尺码的各类鞋子,皮鞋、旅游鞋、跑鞋等等)。TKPH使用值基于现场的实际工作条件通过计算得到(如同消费者在淘宝购物,需事先了解鞋的用途、尺寸及性能),应用TKPH值时应对两者进行比较(到货后,要核对,看是否合脚和适用,与自己的需求是否一致)。呵呵,比喻的不一定贴切,大体意思就是如此。

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TKPH额定值与TKPH使用值对比

TKPH额定值是以轮胎在38℃ 环境温度下达到最高许用工作温度时负荷与速度的乘积(即轮胎所作的最大功)来表示,被作为轮胎的最高使用极限。38℃约等于100℉的大气温度,大气温度随着海拔高度的变化而变化,为什么是在38℃环境温度下,而不是37℃或者39℃呢?查阅了大量资料还是一头雾水,咨询了相关专家了解到,38℃是TRA(美国轮胎轮辋协会)根据海拔每升高1公里气温就要降低大约6.5℃,鉴于各处海拔不同,在做了大量实验后经过分析取其区间数,在此温度区间构成轮胎的橡胶各项性能表现最佳,用人话讲就是不冷不热感觉最舒服,因此将38℃作为一个基准参数制定的,供轮胎制造厂家作为轮胎荐用标准的基础。TKPH额定值取决于轮胎本身的结构、材料性能及工艺技术等,因规格和类型的不同而不同,是衡量轮胎工作能力的指标,同时也代表工程轮胎的质量水平。TKPH额定值越大,轮胎的耐热性能越好,使用寿命越长。TKPH额定值由轮胎制造厂或专业机构测定,被轮胎制造厂作为补充数据随轮胎的其它参数一起对外公布,是评价工程轮胎使用性能的几个要素之一。

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在测定TKPH额定值前,首先应确定轮胎的最高许用工作温度(也叫临界温度)。美国汽车工程协会(简称SAE)标准SAE J1015规定“轮胎TKPH值对应的温度值是轮胎能保持可靠性的温度,给予技术发展空间,此温度由各轮胎制造厂自定”。SAEJ1015标准推荐最高许用工作温度是:纤维结构轮胎107~121℃,钢丝结构轮胎93~107℃。各轮胎制造厂往往根据轮胎所用胶料配方,试验确定其最高许用工作温度。例如东洋公司对其工程轮胎的最高许用工作温度设定为120℃,横滨公司对其工程轮胎的最高许用工作温度设定为115℃,前苏联地区一般取110℃,我国橡胶工业手册上斜交轮胎推荐的临界温度取值为107℃。最高许用工作温度越高,TKPH额定值越大。不同规格尺寸的轮胎,不同花纹、不同的胎面厚度、不同的性能型式(例如耐磨型、耐热型、高速型等)的轮胎、其散热条件、橡胶配方等均各不同,因此具有不同的TKPH额定值。

测定TKPH额定值有2种方法,一种是室内机床试验,另一种是室外道路试验。

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轮胎耐久试验机

一是室内机床试验。室内机床试验通常是于38℃环境温度下在转鼓直径为5m试验机上进行。测定方法是先在轮胎胎面的规定点上钻孔到缓冲层部位,然后按标准气压、 负荷和速度进行试验, 每隔30分钟以针状热电偶测量各钻孔点的温度,直到各点温度平衡一致时再升高1级负荷或增大1档速度重新测温,如此逐步反复直到轮胎温度达到最高许用工作温度为止, 此时的负荷与速度的乘积即为轮胎的TKPH额定值。

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米其林轮胎试验场

二是室外道路试验。室外道路试验有2种形式,一种是在封闭的环形道路上以固定负荷进行试验,另一种是在实际工作现场空车(空载)、重车(承载)交替运行的情况下进行试验。SAEJ1015对第1种形式作了详细的阐述,主要规定了试验装置、试验前准备、试验步骤以及数据整理和分析。

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中国首个轮胎试验场

①试验装置。规定了对试验设备、试验道路和测量仪器的要求:试验道路应是干的、平的、高致密材料或铺装路面,且分布呈封闭环形;道路长度和布置应保证轮胎负荷不因转弯和道路超高引起质量转移而产生较大影响;测量仪器主要为针状热电偶、气压表和计时器。

②试验前准备。 重点是测温孔的定位和深度确定:测温孔直径为3mm,方向垂直于胎面并沿胎面以规定间距横向分布;测温孔深度应保证其底部距最外层帘布层表面距离小于2.5mm,但是不得深及该缓冲层(帘布层)。

③试验步骤。规定试验负荷为美国TRA标准中规定的轮胎行驶速度为50km/h时对应双胎额定负荷的85%,试验过程中保持试验负荷不变,选3个不同的行驶速度, 分别产生推荐的3个轮胎平衡温度, 得到3个对应的TKPH值。另外规定了轮胎温度、冷却速率和环境温度的测量方法。

④数据整理和分析。对测得的轮胎平衡温度根据冷却速率和环境温度进行校正,把温度校正于38℃条件下。建立轮胎平衡温度与TKPH值的对应关系曲线,并借助该关系曲线用最高许用工作温度找出对应的TKPH值,即为该轮胎的TKPH额定值。

东洋公司《东洋工程机械轮胎保养手册》中简述了室外道路试验的第2种形式——在实际工作现场进行测定。即在预先设定好的路线上以恒定速度开动车辆,空车时向一个方向行驶,重车时向相反方向行驶。持续在这2个方向来回行驶直到轮胎胎面基部胶达到轮胎平衡温度。 这个轮胎平衡温度值应通过标准试验温度38℃和试验现场实际环境温度之间的差值进行修正。轮胎的平均试验负荷与平均试验速度的乘积即为TKPH值,通过改变试验负荷和(或)试验速度进行试验,得到至少3个不同TKPH值及对应的轮胎平衡温度,并据此进行做图, 最高许用工作温度(120℃ )对应的TKPH值即为轮胎的TKPH额定值。当前TKPH额定值是由各个轮胎制造厂自行规定的,尚无统一的标准,不同的轮胎制造厂往往有不同的TKPH额定值,可以在其公布的技术数据中查到。

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接着聊聊TKPH使用值。

TKPH使用值又称为作业TKPH值或工作TKPH值,是工作现场轮胎平均负荷与平均速度的乘积,是工作现场所需的轮胎工作能力指标, 也是选择轮胎的一个重要参数。如同一名田径选手,不管你平时训练成绩怎样,赛场上取得的成绩才是最终成绩。实验室环境比拟的再怎么逼真,真实的工况千差万别,不可能做到面面俱到。计算出工作现场TKPH使用值后,将其与TKPH额定值进行比较,在轮胎花纹形式达到牵引性能、防护性能和速度性能要求的基础上,若TKPH额定值大于或等于TKPH使用值,则轮胎适用;若TKPH额定值小于TKPH使用值,则轮胎不适用。一旦出现轮胎不适用的情况, 应该改用具有更高TKPH额定值的其它花纹形式和胎面类型的轮胎,以满足需要;或者改变工作现场使用条件,如降低负荷和(或)速度, 在同样的时间内减少工作循环次数等,以降低TKPH使用值,使其不超过TKPH额定值。在“时间就是金钱”的今天,大多数企业做到这一点非常困难,没有那个企业会愿意这么做的。轮胎厂商只有一个办法可以选择,那就是针对性的改进轮胎配方,选择适用的轮胎花纹。

计算轮胎TKPH使用值可以预估工作现场的需要,并正确选择出轮胎工作时内部温度处于安全范围内的轮胎,以避免轮胎内部过热而过早损坏给使用单位或轮胎厂家自己造成损失。这对提高轮胎使用寿命、降低车辆运行成本和避免安全事故均有重要意义。

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关于平均负荷。由于运输车辆现场工况是空车和重车交替运行,因此工作现场轮胎平均负荷为空车轮胎负荷与重车轮胎负荷的平均值。空车轮胎负荷和重车轮胎负荷可在现场用专业地秤称量获得,也可通过车辆制造厂提供的技术资料查到空车轴荷,然后按左右两边轮胎平均分配获得空车轮胎负荷。重车轮胎负荷可采用公式进行计算(公式省略)。

理论上每条轮胎都要计算轮胎平均负荷,实际上通常得到每条轮胎的准确负荷比较困难,因此不得不假定同一车轴上的每条轮胎承担相同的负荷。完成前后车轴上每条轮胎的平均负荷计算后, 取轮胎平均负荷最大值用于计算TKPH使用值。 轴荷分配有两种说法,一种是两轴自卸车上的轴荷分配是:前车轴占33.3%,后车轴占66.7%, 前单轮后双轮即满载时6个轮胎负荷大致均匀。在空车时,前车轴总是承受更多质量,最大轮胎平均负荷总是出现在前车轴轮胎上,因此若前后轮胎相同,只需对前轮轮胎进行TKPH使用值的计算即可。

固特异在《越野轮胎保养手册》一书中对如何计算载荷和载荷分配作了如下说明,我们称为第二种说法。

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载荷分配在一个轴上的重量比例可以用轴距的百分率来表示。载荷中心到前轴的距离是轴距的45%,而45%的载荷分配在后轴上。反之,载荷中心到后轴的距离是轴距的55%,而55%的载荷分配在前轴上。有点绕口,明明白白的说,前轴只占轴距的45%却承受着55%的负荷,后轴占轴距的55%承担着45%的负荷。当任何一台作业车辆的载荷分配已经求出后,便不需要再去计算通常作业时的载荷分配。任何通常作业的载荷,都将以同样的比值分配在后轴和前轴上。

对于半挂拖车车列,挂车的轴距是从拖挂枢轴点到后轴的距离。求拖车上的重量分配时,枢轴点变成载荷中心,而驱轴点所承受的载荷,就是分配在拖车上的总载荷,孰是孰非自己定夺。

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关于环境温度。轮胎制造厂提供的轮胎TKPH额定值是在38℃ 的环境温度下测得的,因此在比较TKPH额定值和TKPH使用值时,还需要根据工作现场实际环境温度进行修正,有些轮胎制造厂还规定了对运距的修正方法,各个厂家推荐采用的修正方法各不相同。

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米其林公司《工程机械轮胎技术数据》(2006年第2版)规定了修正TKPH使用值的运距修正因数(K1)和现场环境温度修正因数(K2),对采用公式计算得到的TKPH使用值再分别乘以K1和K2 得到工作现场TKPH使用值。当往返运距超过5km(或3英里)时应用K1,K1通过查米其林公司提供的数据表得到;当TA(为现场最热阶段时阴影处的最高温度)不等于38℃时应用K2 ,K2 通过下式计算:

K2={Vm+[0.25× (TA一38)]}/Vm。

式中,Vm是指车辆在1个连续工作时期内的平均工作现场速度。TA为现场最热阶段时阴影处的最高温度,若TA<15℃ , 则按TA等于14℃ 进行计算K2。当TA>38℃ 时,K2>1,TKPH使用值将增大;当TA<38℃ 时,K2<1, TKPH使用值将减小。

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普利司通公司2006年《工程机械轮胎数据》对TKPH额定值的修正作了如下规定:对于子午线轮胎TKPH额定值,如果往返运距小于5km(3英里), TKPH额定值可以增大12%; 如果环境温度高于38℃(或100℉)、 最大速度超过50km/h(或30英里/h)或者单程运距超过16km(10英里)时,则需要咨询普利司通销售代表。但对于斜交轮胎并未提及。

在《普利司通越野轮胎的使用和保养》一书中,对TMPH工作值的修正做了详细说明。

首先最大工作TMPH值不得大于TMPH额定值,计算出的数个工作TMPH值之平均,不得大于TMPH额定值。

TMPH额定值的适用条件如下:

a.轮胎断面宽小于27.00(33.5)吋

①大气温度高于100°F时:

T=〔(大气温度°F)—100°F(38°C)〕×0.5

②大气温度低于100°F时:

T=〔100°F(38°C)—(大气温度°F)〕×0.5

b.轮胎断面宽大于30.00(44.5)吋

①大气温度高于100°F时:

T=〔(大气温度°F)—100°F(38°C)〕×0.4

②大气温度低于100°F时:

T=〔100°F(38°C)—(大气温度°F)〕×0.4

c.大气温度低于100°F(38°)时:

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d.大气温度高于100°F(38°C)时

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e.修正TMPH额定值

(大气温度°F,°C)=〔100°F(38°C)时的TMPH额定值〕×〔Ft,°C〕

注:F为大气温度变化修正系数。

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固特异公司2005年《工程机械轮胎工程数据》提到了对负荷和运距的限制: 轮胎超负荷20%或单程运距超过32 km(20英里)时,TKPH使用值的计算方法不再适用。

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横滨公司2003年《工程机械轮胎手册》提到的方法是修正轮胎TKPH额定值。根据TA修正轮胎的TKPH额定值,此处TA为白天最高温度,TKPH额定值的修正值为TKPH额定值乘以修正因数(FT)。

若TA低于38℃, 则

FT=(115─38)/[(115─38)─t ]=77/(77─t )

t =(38─TA)/2

若TA高于38℃, 则

FT=(115—60)/[(115─60)+t]=55/(55+t)

t =(TA─38)/2

TA低于38℃,TKPH额定值将增大;TA高于38℃ ,TKPH额定值将减小。该手册还对钢丝缓冲层轮胎TKPH作了如下规定: 钢丝缓冲层轮胎TKPH额定值可以通过对应标准结构轮胎TKPH值乘以0.7进行估计, 但是加宽钢丝缓冲层轮胎TKPH值则应乘以0.6进行估计。该手册没有涉及运距修正问题。

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东洋公司《东洋工程机械轮胎保养手册》提到的方法是修正轮胎TMPH额定值[英制国家常使用TMPH(Ton-mile-perhour, 每小时短吨英里)值,即负荷以短吨(1短吨=0.9072t)为单位,速度以英里/h(1英里=1.609km)为单位], 即根据环境温度差值修正轮胎TMPH额定值。TA以工作现场1年中最高温度记录值表示(计算公式省略)。

TMPH额定值的修正值因素包括:38℃下轮胎TMPH额定值和来自于生热和TMPH试验中轮胎实际性能经验常数73和21.7以及温度修正系数。此外对TMPH的修正系数作了如下规定:对断面宽为685.8mm(27英寸)及其以下的窄基轮胎[对应宽基轮胎断面宽为850.9mm(33.5英寸)及其以下]和对断面宽为762.0mm(30英寸)及其以上的窄基轮胎[对应宽基轮胎断面宽为948.7mm(37.35英寸)以其以上]。如果TA低于16℃(61℉),使用16℃(61℉)修正TMPH值;如果TA低于38℃,TMPH额定值增大,若TA高于38℃, TMPH额定值减小。该手册没有涉及运距修正问题。

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关于平均运行速度。以东洋公司为例,在东洋公司《东洋工程机械轮胎保养手册》 中提到了2种不同的计算方法: 一种是取速度累计值的95%作为平均运行速度;另一种是往返运距除以一次工作循环时间,再乘以车辆利用率因数(0.83)得到平均运行速度。由于车辆总有因故停歇的时候,因此在1个工作循环时间内计算工作现场的平均速度时应考虑车辆利用率问题。

最后谈谈TKPH使用值数据的采集和计算。一般都有各轮胎厂家售后服务人员去做,过去这些数据的采集主要是依靠车辆的公里表计算运输里程,人工统计车辆的日循环次数、日工作小时和平均速度。误差大、周期长,数据的准确性较差。现在这种方式已经过时,世界上一些知名轮胎厂商如固特异等已经普遍使用V-box 或D-box系统采集计算TKPH值所需要的数据。P-Box 是 DriftBox 的更精简版本, 拥有Driftbox 优良的血统, 集性能测试、单圈计时、资料储存于一身。

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P-Box 里有一个灵敏的感应器,拥有10Hz的GPS引擎和每秒上传10次的GPS系统,在同等级的GPS引擎里是最快的。精准的GPS系统,对速度、定位、加速度与甩尾每秒侦测10次并能做到同步上传 ,误差值0.1km/h,例如:在400公尺内,误差仅10公分,更新频率是10Hz 。精度达到厘米、秒级的极限值。P-Box 装配MMC/SD记忆卡,记忆卡支持10Hz存入位置及绝对时间的数据,利用计算机读取存到D-Box Tools软体里的距离、速度、位置、G值(加速度)、单圈时间等资料,可以快速的做出曲线加速度分析 , 完整的统计出煞车、弯道 及 单圈时间 ,得到非常精准的测量数据。P-box 是最专业的测试仪,精度是一般导航系统的30倍,这是因為 P-box 是以军方规格(军规)设计的。过去轮胎尺寸小,价格相对低廉,受技术条件上的限制,损失不甚明显。如今巨胎尺寸是过去轮胎尺寸的几倍,价格也翻了几翻,如果还是沿用传统的方法采集计算TKPH值 ,一天两台铲的计算速度,没等计算结果出来,轮胎很可能已经报废数条了。

一直以来人们以为TKPH值是厂家唬人的噱头,可有可无。厂家向其陈诉厉害关系,是危言耸听,是多此一举。其实这是一种无知的表现。TKPH值已经不是作为评估某一种轮胎的容许工作量,而是计算车辆在48~72小时连续作业时,轮胎的实际使用数据分析值。车辆的工作频率(或工作效率)越高,TKPH使用值的偏差对轮胎的损害远比大的运距厉害几倍,另外很高的超载率和≥15%的坡度对于轮胎的伤害都是致命的。用户一方特别是一线生产部门应积极配合轮胎厂家做好TKPH值的落实工作,对出现的偏差要及时纠正,千万不要为急着赶任务而轻视此项工作,否则到头来表面看产量是上去了,可成本也随之增加了,赔了夫人又折兵得不偿失。

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