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兩箱式冷熱沖擊試驗箱：汽車輪胎全生命周期極限溫差可靠性驗證

更新時間：2025-08-30

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汽車輪胎作為與地面接觸的部件，需承受從 - 30℃寒區(qū)冰雪路面到 70℃高溫暴曬路面的劇烈溫差（如夏季正午行車時，輪胎溫度從 25℃驟升至 65℃，冬季洗車后低溫驟冷至 - 20℃）。據中國汽車工業(yè)協(xié)會數(shù)據，2024 年因輪胎在極限溫差下性能失效導致的行車安全事故占比達 9%，主要表現(xiàn)為低溫胎面開裂、高溫胎體鼓包、摩擦系數(shù)衰減等問題。兩箱式冷熱沖擊試驗箱憑借 “高低溫箱獨立控溫 + 樣品快速轉移" 的技術優(yōu)勢，可精準復現(xiàn)輪胎全生命周期的溫差沖擊場景，評估其結構穩(wěn)定性、摩擦性能與材料耐久性，成為輪胎研發(fā)、出廠檢測與售后質量追溯的關鍵設備。本文從技術原理、測試規(guī)范、應用案例及發(fā)展趨勢，全面解析兩箱式冷熱沖擊試驗箱測試汽車輪胎的核心技術。

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一、試驗箱技術原理與核心測試能力

兩箱式冷熱沖擊試驗箱針對輪胎 “體積大、需模擬實際受力" 的特性，采用 “高溫箱 + 低溫箱 + 承載式轉移機構" 的定制化設計，實現(xiàn) - 60℃至 100℃的極限溫差快速切換，覆蓋輪胎從寒區(qū)到熱帶的全場景測試需求，核心技術能力聚焦三大系統(tǒng)。

（一）核心技術系統(tǒng)特性

高低溫雙箱獨立控制系統(tǒng)

高溫箱采用 “紅外加熱管 + 熱風循環(huán)" 技術，最高溫度可達 100℃（適配夏季路面暴曬模擬），控溫精度 ±2℃，升溫速率 15℃/min（從常溫升至 70℃僅需 3 分鐘）；低溫箱采用 “復疊式制冷 + 冷風循環(huán)" 技術，溫度 - 60℃（覆蓋寒區(qū)冰雪環(huán)境），控溫精度 ±1℃，降溫速率 10℃/min（從常溫降至 - 30℃僅需 5 分鐘）。雙箱獨立控溫可同時維持極限溫度，避免單箱式設備 “升溫 - 降溫" 交替的時間浪費，測試效率提升 35%。針對輪胎體積（乘用車輪胎直徑 500-700mm、寬度 180-250mm），雙箱有效容積設計為 500-1000L，采用 “環(huán)形風道 + 多風口布局" 確保箱內溫度均勻性≤±3℃，避免輪胎胎面與胎側溫差超 4℃導致的測試偏差（如胎面低溫脆裂而胎側未達測試溫度）。

承載式快速轉移機構

設備配備電動升降式轉移架（承重≥50kg，適配輪胎重量），轉移速度 0.3m/s，可在 15 秒內將輪胎從高溫箱轉移至低溫箱（或反之），模擬 “高溫行駛后遇冷雨"“低溫停放后高速行駛" 等驟變場景。轉移架集成輪胎固定工裝（可調節(jié)直徑，適配不同規(guī)格輪胎），定位精度 ±2mm，確保每次轉移后輪胎中心與箱內測試位對齊；同時配備隔熱保溫罩，減少轉移過程中高低溫箱的熱量交換，轉移后箱內溫度波動≤±2℃，保障測試環(huán)境穩(wěn)定。

輪胎專屬性能監(jiān)測模塊

為實現(xiàn) “溫差沖擊 - 性能衰減" 的聯(lián)動分析，設備集成輪胎專項測試附件：

結構強度測試：通過內置壓力傳感器（量程 0-1.5MPa）模擬輪胎標準充氣壓力（乘用車 2.2-2.5bar），在溫差沖擊前后檢測胎體氣密性（24 小時氣壓下降≤0.1bar 為合格）；通過位移傳感器（精度 ±0.01mm）測量胎面、胎側的變形量（低溫 - 30℃沖擊后胎面變形≤1mm，高溫 70℃沖擊后胎側鼓包≤2mm）；

摩擦性能測試：在雙箱內鋪設模擬路面（瀝青、冰雪材質），通過拉力傳感器（量程 0-5kN）測試輪胎在不同溫度下的摩擦系數(shù)（常溫瀝青路面≥0.7，-20℃冰雪路面≥0.15，70℃瀝青路面≥0.65），評估溫差對制動與抓地性能的影響；

材料耐久性測試：通過高頻疲勞傳感器（頻率 10-50Hz）監(jiān)測溫差沖擊后輪胎橡膠的疲勞壽命（沖擊 20 次后橡膠裂紋長度≤3mm 為合格）；通過硬度計（精度 ±1HA）測試胎面橡膠硬度變化（低溫 - 30℃時硬度≤75HA，高溫 70℃時硬度≥60HA，避免過硬脆裂或過軟變形）。

二、輪胎冷熱沖擊測試規(guī)范與行業(yè)標準

輪胎的冷熱沖擊測試需遵循 GB/T 4501-2019《汽車輪胎耐候性試驗方法》、ISO 18797《輪胎低溫性能試驗》等標準，核心圍繞 “樣品制備 - 參數(shù)設定 - 結果判定" 三大環(huán)節(jié)，不同類型輪胎（乘用車、商用車、雪地胎）的測試重點差異顯著，需結合應用場景定制方案。

（一）標準化測試流程

樣品制備

選取外觀無損傷、無鼓包、胎紋深度≥3mm 的合格輪胎（每組 3 個平行樣），在標準環(huán)境（23℃±2℃，50%±5% RH）放置 48 小時，消除生產過程中的硫化應力。按標準充氣壓力（乘用車 2.3bar、商用車 8bar）充氣，靜置 2 小時確保氣壓穩(wěn)定；雪地胎需額外清潔胎紋內模擬冰雪介質（如低溫硅粉），避免雜質影響摩擦測試。

參數(shù)設定（表 1）

|----------------|------------|------------|----------|----------|-------------------------------|

| 乘用車（寒區(qū)） | 60℃ | -30℃ | 60min | 15 次 | 低溫摩擦≥0.15，胎面無裂紋 |

| 商用車（重載） | 70℃ | -20℃ | 90min | 10 次 | 高溫氣密性≤0.1bar/24h，無鼓包 |

| 雪地胎（冰雪） | 50℃ | -40℃ | 80min | 20 次 | 低溫硬度≤75HA，摩擦≥0.2 |

其中，“保溫時間" 需確保輪胎達到箱內溫度（如 60℃保溫 60min，胎面中心溫度與箱內溫差≤3℃）；“沖擊次數(shù)" 覆蓋輪胎生命周期的溫差沖擊頻次（乘用車輪胎使用壽命內約經歷 15 次極限溫差沖擊）。

結果判定

依據國家標準，從結構、摩擦、材料三維度判定合格：

結構性能：氣密性 24 小時氣壓下降≤0.1bar，胎面變形≤1mm（低溫）/ 胎側鼓包≤2mm（高溫），無裂紋（長度≤3mm 為合格）；

摩擦性能：常溫瀝青路面≥0.7，-30℃冰雪路面≥0.15（乘用車）/≥0.2（雪地胎），70℃瀝青路面≥0.65；

材料性能：胎面橡膠硬度（-30℃≤75HA，70℃≥60HA），沖擊后橡膠裂紋長度≤3mm，無脫層、掉塊。

（二）不同類型輪胎測試差異

乘用車輪胎：側重低溫 - 30℃至高溫 60℃的沖擊，重點驗證胎面抗裂性與低溫摩擦系數(shù)，避免冰雪路面制動距離過長；

商用車輪胎：因承載重量大（≥10t），需施加模擬載重壓力（5kN），測試高溫 70℃下胎體氣密性與抗鼓包能力，防止重載高溫爆胎；

雪地胎：強化 - 40℃極寒測試，確保胎面橡膠低溫硬度≤75HA（保持彈性），冰雪路面摩擦系數(shù)≥0.2，滿足冰雪路況抓地需求。

三、行業(yè)應用案例：解決實際痛點

兩箱式冷熱沖擊試驗箱在輪胎生產企業(yè)、整車廠中應用廣泛，通過精準測試定位問題、指導優(yōu)化，提升輪胎極限環(huán)境可靠性。

（一）乘用車輪胎低溫裂紋優(yōu)化

某輪胎廠商為北方車企配套的四季胎，在 - 25℃低溫使用時出現(xiàn) “胎面橫向裂紋（長度 5mm）"，不符合 GB/T 4501-2019 要求。技術團隊使用兩箱式冷熱沖擊試驗箱測試：

測試方案：高溫箱 60℃、低溫箱 - 30℃，保溫 60min，沖擊 15 次，監(jiān)測胎面硬度與裂紋；

問題定位：低溫 - 30℃時胎面橡膠硬度達 82HA（標準≤75HA），橡膠脆性增加導致裂紋；且胎面膠配方中低溫增韌劑含量僅 3%，低溫彈性不足；

優(yōu)化方案：1. 調整胎面膠配方（增韌劑含量提升至 8%），降低低溫硬度；2. 優(yōu)化硫化工藝（硫化時間從 15min 增至 18min），提升橡膠交聯(lián)密度；

復測結果：-30℃胎面硬度降至 72HA，沖擊 15 次后無裂紋，北方地區(qū)投訴率下降 85%。

（二）商用車輪胎高溫鼓包整改

某商用車輪胎廠商生產的載重胎，在夏季 70℃路面行駛時出現(xiàn) “胎側鼓包（直徑 8mm）"，存在爆胎風險。試驗箱測試方案：高溫箱 70℃、低溫箱 - 20℃，保溫 90min，沖擊 10 次，監(jiān)測胎體氣密性與胎側變形；

問題定位：高溫 70℃時胎側橡膠硬度降至 55HA（標準≥60HA），且胎體簾子線強度不足（斷裂強度 2000N，標準≥2500N），導致胎側受壓鼓包；

優(yōu)化方案：1. 更換胎側膠配方（增加炭黑含量 5%），提升高溫硬度；2. 選用高強度簾子線（斷裂強度 2800N），增強胎體支撐；

復測結果：70℃胎側硬度升至 62HA，沖擊 10 次后無鼓包，氣密性 24 小時氣壓下降 0.08bar，滿足商用車重載需求。

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