【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 上不斷涌現(xiàn)許多新型的高性能、多功能的輪胎試驗(yàn)機(jī)。 1999 年，德國(guó)Beissbarth 公司開(kāi)發(fā)了一種稱作 MTT2100 微型輪胎試驗(yàn)機(jī)的新型輪胎試驗(yàn)裝置。2020 年 4 月，世界著名的輪胎制造商荷蘭 VMI 公司生產(chǎn)出通用輪胎試驗(yàn)機(jī)，該儀器可用于普通車胎和工程載重車胎，可進(jìn)行負(fù)荷變形試驗(yàn)、強(qiáng)度脫圈試驗(yàn)、壓穿試驗(yàn)和接地印痕試驗(yàn)四種輪胎性能測(cè)試。我國(guó)的輪胎試驗(yàn)機(jī)研究工作起步較晚，早期主要依靠引進(jìn)國(guó)外設(shè)備。近年來(lái)，在輪胎試驗(yàn)機(jī)的設(shè)計(jì)和研究方面也有了很大的進(jìn)展，出現(xiàn)了多家自行研制和開(kāi)發(fā)輪胎試驗(yàn)機(jī)的單位和企業(yè)，開(kāi)發(fā)出多種類型的輪胎試驗(yàn)機(jī)，如天津賽象科技股份有限公司的輪胎高速／耐久試驗(yàn)機(jī) 、天津久榮輪胎有限公司，青島雙星輪胎工業(yè)有限公司等等 。 其中，天津久榮輪胎有限公司試驗(yàn)機(jī)技術(shù)還算成熟。 但是，目前國(guó)內(nèi)的輪胎試驗(yàn)機(jī)的加載系統(tǒng)研制都不盡如人意，無(wú)法很好地實(shí)現(xiàn)響應(yīng)快速、超調(diào)量小、控制精確的要求。究其原因，無(wú)非是機(jī)械加工、裝配精度，施力系統(tǒng)，以及控制其設(shè)計(jì)等多方面綜合因素的影響等多方面綜合因素的影響 [3,21~24]。 輪胎耐久試驗(yàn)機(jī)簡(jiǎn)介 國(guó)內(nèi)外輪胎耐久試驗(yàn)機(jī)發(fā)展及現(xiàn)狀 3 山東大學(xué)本科畢業(yè)論文 載重卡車輪胎耐久試驗(yàn)機(jī)開(kāi)發(fā)是我山東大學(xué)機(jī)械學(xué)院馮顯英教授與我國(guó)知名企業(yè)青島雙星輪胎工業(yè)有限公司合作的一個(gè) 項(xiàng)目，目的在于通過(guò)本課題的研究豐富耐久試驗(yàn)機(jī)開(kāi)發(fā)方面的理論知識(shí)，為后續(xù)的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)積累經(jīng)驗(yàn)，使輪胎耐久試驗(yàn)方面的理論日趨完善，拓寬耐久試驗(yàn)機(jī)設(shè)計(jì)的視野。同時(shí)， 為各輪 胎生產(chǎn)廠家提供新型的輪胎耐久試驗(yàn)機(jī)，在解決傳統(tǒng)試驗(yàn)機(jī)本身的缺點(diǎn)外，提供一種測(cè)試數(shù)據(jù)真實(shí)可靠，自動(dòng)化程度高，動(dòng)力裝置噪音小，產(chǎn)品成本低的輪胎耐久試驗(yàn)機(jī) 。 目前國(guó)內(nèi)耐久試驗(yàn)機(jī)技術(shù)還不算成熟，與國(guó)外先進(jìn)技術(shù)還有一段差距，雖然我國(guó)目前已有多家輪胎企業(yè)自主生產(chǎn)自己的耐久試驗(yàn)機(jī)，但是無(wú)法實(shí)現(xiàn)快速響應(yīng)，精確控制等要求。所以，從提高自主創(chuàng)新能力，擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)角度來(lái)講，積極開(kāi)展本課題進(jìn)行研究有助于增強(qiáng)我國(guó)的創(chuàng)新實(shí)力，生產(chǎn)出值得國(guó)民驕傲的試驗(yàn)機(jī)，贏得國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)的信任和占有率，提高國(guó)民對(duì)國(guó)有產(chǎn)品的支持度，具有較高的理論研究意 義和應(yīng)用價(jià)值。 為了能夠滿足輪胎耐久試驗(yàn)機(jī)的工況要求，以及試驗(yàn)機(jī)在試驗(yàn)時(shí)的可靠性等性能要求，本課題主要研究了一下內(nèi)容： 1) 試驗(yàn)機(jī)整體方案確定 2) 確定試驗(yàn)機(jī)各傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)方式及輪胎加載方式 3) 試驗(yàn)機(jī)重要組成部分的詳細(xì)計(jì)算說(shuō)明包括主傳動(dòng)系統(tǒng)的電機(jī)選型，主軸強(qiáng)度校核，軸承校核，直線導(dǎo)軌的選型與壽命計(jì)算，液壓伺服閉環(huán)加載方式的液壓系統(tǒng)原理設(shè)計(jì)與計(jì)算。 4) 試驗(yàn)機(jī)各重要零部件的三維結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 5) 試驗(yàn)機(jī)重要傳動(dòng)部件潤(rùn)滑劑及潤(rùn)滑方式的選擇 本文就是圍繞上面研究?jī)?nèi)容展開(kāi)分析研究的。 課題意義 4 山東大學(xué)本科畢業(yè)論文 本課題以載重卡車輪胎為主而進(jìn)行設(shè)計(jì)的，因?yàn)檩d重卡車輪胎較大，截面較寬，而且在運(yùn)行過(guò)程中所承受的載荷較大，運(yùn)行速度也較高，甚至存在運(yùn)行路面狀況惡劣等情況，為了使輪胎能夠適應(yīng)各種 路況復(fù)雜的應(yīng)用場(chǎng)合并能保證一定的耐久性安全性，所以本試驗(yàn)機(jī)采用轉(zhuǎn)鼓臥軸式進(jìn)行設(shè)計(jì)。 這種臥軸式試驗(yàn)機(jī) 將試驗(yàn)輪胎固定在滾筒壁外 ,通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)滾筒來(lái)帶動(dòng)輪胎轉(zhuǎn)動(dòng) ,以實(shí)現(xiàn)模擬輪胎高速運(yùn)行。 雖然 實(shí)際的路面材料無(wú)法承受滾筒高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力 ,試驗(yàn)臺(tái)與地面之間的摩擦特性通過(guò)在滾筒外表面涂抹抗磨材料與輪胎摩擦來(lái)實(shí)現(xiàn) ,不能模擬真實(shí) 的路面 ，但是卻可以進(jìn)行較高速度，較大載荷的耐久性能試驗(yàn)，對(duì)載重輪胎可以進(jìn)行較好的耐久性能測(cè)試，可以滿足應(yīng)用要求，比較接近實(shí)際情況。 具體開(kāi)發(fā)目標(biāo)如下： 1) 要求能夠?qū)崿F(xiàn)輪胎制動(dòng)性能試驗(yàn)和告訴耐久性能試驗(yàn) 2) 可以實(shí)現(xiàn)大范圍的無(wú)級(jí)調(diào)速，試驗(yàn)速度范圍 15~160KM/h。 3) 試驗(yàn)載荷范圍 50~100KN 4) 輪胎加載壓力及輪胎與轉(zhuǎn)鼓外表面接觸位置可以得到精確控制 即轉(zhuǎn)鼓系統(tǒng)，主傳動(dòng)是由驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)通過(guò)皮帶降速傳動(dòng)，帶動(dòng)轉(zhuǎn)鼓旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)鼓和大小皮帶輪均應(yīng)經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的動(dòng)平衡測(cè)試 。 轉(zhuǎn)鼓主軸前后分別裝有脂潤(rùn)滑方式的日本 NSK 軸承，使轉(zhuǎn)鼓和主軸能夠自由旋轉(zhuǎn)。電機(jī)采用置地式，即安裝在固定在地面上的專用電機(jī)板上 ，電機(jī)軸端和轉(zhuǎn)第二章 輪胎試驗(yàn)臺(tái)總體方案介紹 輪胎試驗(yàn)機(jī)各組成系統(tǒng)介紹 主傳動(dòng)系統(tǒng) 5 山東大學(xué)本科畢業(yè)論文 鼓軸端分別與小皮帶輪和大皮帶輪聯(lián)接，皮帶的松緊可通過(guò)左右平移電機(jī)板的位置來(lái)調(diào)整。 毎工位的主要組成部分有滑胎總成，直線導(dǎo)軌、液壓油缸、壓力傳感器及試驗(yàn)輪胎及輪輞總成等。 加載油缸推動(dòng)滑臺(tái)使之沿直線導(dǎo)軌做往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，將安裝在工位軸端部的試驗(yàn)輪胎壓向轉(zhuǎn)鼓或離開(kāi)轉(zhuǎn)鼓，其加載數(shù)值可由安裝在滑臺(tái)上的壓力傳感器傳送到主控制柜，以實(shí)現(xiàn)載荷的現(xiàn)實(shí)和調(diào)節(jié)。 加載滑臺(tái)是由鋼板制成的堅(jiān)固的箱體結(jié)構(gòu)，滑臺(tái)地板安裝在高精度的直線導(dǎo)軌上，可以平穩(wěn)輕快的滑動(dòng)。 輪胎與加載油缸之間設(shè)有防護(hù)板，防止爆胎有可能損壞油缸及其他部件。 毎工位后方均有一套氣動(dòng)剎車裝置，無(wú)論輪胎在試驗(yàn)中是正常退回還是異常報(bào)警退回，剎車系統(tǒng)都會(huì)立即工作，在極短的時(shí)間內(nèi)將輪胎制動(dòng)，前提是壓縮空必須正常供給。 試驗(yàn)機(jī)機(jī)架部分的設(shè)計(jì)具有德國(guó)風(fēng)格，由優(yōu)質(zhì)鋼材制成，而且連接牢固，重要連接件均為高強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)件，傳動(dòng)螺栓均為專門(mén)制造。 控制系統(tǒng)包括直流調(diào)速閉環(huán)控制系統(tǒng)，主控制系統(tǒng)。直流調(diào)速閉環(huán)控制系統(tǒng)由 SIENENS 6RA70 直流調(diào)速裝置完成，在總送電開(kāi)關(guān)開(kāi)啟后，其使能的建立和撤銷由主控制臺(tái)控制。 液壓加載系統(tǒng) 機(jī)架及防護(hù)裝置 控制系統(tǒng) 6 山東大學(xué)本科畢業(yè)論文 控制系統(tǒng)除了能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)輪胎耐久性能試驗(yàn)機(jī)所要求的各種控制功能外，還能夠人機(jī)界面實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)程序的輸入和編輯功能，以及實(shí)驗(yàn)過(guò)程的狀態(tài)打印，報(bào)警狀態(tài)的打印，及試驗(yàn)報(bào)告及實(shí)驗(yàn)結(jié)果的打印。 初步確定 選用電機(jī)類型有助于后續(xù)計(jì)算及查閱相干文獻(xiàn)的方便性。輪胎試驗(yàn)臺(tái)屬于室內(nèi)工作 ,要求工作平穩(wěn)、噪音小、實(shí)驗(yàn)室隔音效果好，便于控制的設(shè)備 ,所以選擇電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力裝置。 電動(dòng)機(jī)的作用是將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能。合理選擇電動(dòng)機(jī)類型 ,對(duì)輪胎試驗(yàn)臺(tái)有效的工作以及機(jī)組運(yùn)行的可靠性、安全、節(jié)能及降低設(shè)備造價(jià)都有非常重要的意義。 由 [4,26742680] 電動(dòng)機(jī)類型的選擇要從實(shí)際工況的要求出發(fā) ,考慮工作條件、負(fù)載性質(zhì)、供電情況等 ,盡量滿足各方面的要求： (l)機(jī)械特性 由電動(dòng)機(jī)類型決定的電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性與試 驗(yàn)臺(tái)的工作機(jī)械特性配合要適當(dāng) ,試驗(yàn)臺(tái)穩(wěn)定工作 。電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩、最大轉(zhuǎn)矩等性能均能滿足工作要求。 (2)轉(zhuǎn)速 電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速滿足輪胎試驗(yàn)臺(tái)的工作要求 ,其最高轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)速變化率、調(diào)速、變速等性能均能適應(yīng)工作要求。 （ 3）運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性 從降低整個(gè)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的能耗及電動(dòng)機(jī)的綜合成本來(lái)考慮選擇電動(dòng)機(jī)，針對(duì)使用情況選擇不同效率水平的電動(dòng)機(jī)類型，對(duì)一些使用時(shí)間短、年使用時(shí)數(shù)也不高的機(jī)械，電動(dòng)機(jī)效率低些也不會(huì)使總能耗產(chǎn)生較大的變化，所以并不注重電動(dòng)機(jī)的效率；但另一些年利用小時(shí)數(shù)較高的機(jī)械就需要選用效率搞得電動(dòng)機(jī)以降低總能耗 。 電機(jī)選型 7 山東大學(xué)本科畢業(yè)論文 （ 4）價(jià)格低廉 在滿足工作要求的情況下，盡可能選用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠，造價(jià)低廉的電動(dòng)機(jī)。 本試驗(yàn)機(jī)選用直流電機(jī)的依據(jù)如下： 直流電動(dòng)機(jī)的最大優(yōu)點(diǎn)是調(diào)速范圍寬 ,調(diào)速特性平滑 ,具有非常好的調(diào)速性能。直流電動(dòng)機(jī)可以在重負(fù)載條件下 ,實(shí)現(xiàn)均勻、平滑的無(wú)級(jí)調(diào)速 ,并且調(diào)速范圍較寬。因此 ,直流電動(dòng)機(jī)常常被用于重負(fù)載下的起動(dòng)或要求均勻調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的機(jī)械 ,對(duì)調(diào)速要求較高的生產(chǎn)機(jī)械 (例如龍門(mén)刨床、鎖床、軋鋼機(jī)等 )或者需要較大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的生產(chǎn)機(jī)械 (例如起重機(jī)械、電力牽引設(shè)備等 )都用直流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)。 天津久榮輪胎耐久試驗(yàn)機(jī)就是選用的直 流電動(dòng)機(jī)。 直流電動(dòng)機(jī)在工作時(shí)需要接在直流電源上 ,不能直接使用電壓為 38OV的交流電。所以需要一套動(dòng)力轉(zhuǎn)換裝置將交流電轉(zhuǎn)換為直流電。同時(shí)直流電動(dòng)機(jī)中存在換向器 ,其制造復(fù)雜 ,價(jià)格較高 ,維護(hù)也不方便。直流電機(jī)中換向器會(huì)產(chǎn)生電磁干擾 ,可能會(huì)影響試驗(yàn)數(shù)據(jù)信號(hào)采集系統(tǒng)的工作。 本章主要度試驗(yàn)機(jī)的各個(gè)組成系統(tǒng)進(jìn)行了介紹，包括主傳動(dòng)系統(tǒng)，液壓加載系統(tǒng)，機(jī)架防護(hù)裝置，控制系統(tǒng)等。 根據(jù)工作條件，使用要求 ，負(fù)載情況在查閱相關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上從機(jī)械特性、轉(zhuǎn)速、運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性、價(jià)格方面考慮選用直流電動(dòng)機(jī)，并對(duì)直流電動(dòng)機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了詳細(xì)分析，并參考國(guó)內(nèi)同類試驗(yàn)機(jī)的電機(jī)選型最終確定本試驗(yàn)機(jī)選用直流電動(dòng)機(jī)可以滿足各項(xiàng)要求。 最終確定方案為主傳動(dòng)為帶傳動(dòng)，輔助加載采用液壓伺服閉環(huán)加載。本方案的確定為后續(xù)的計(jì)算提供了依據(jù)。 本章小結(jié) 8 山東大學(xué)本科畢業(yè)論文 設(shè)計(jì)一臺(tái)載重卡車輪胎耐久試驗(yàn)機(jī)， 轉(zhuǎn)鼓直徑寬度：Φ 500，試驗(yàn)載荷 :MAX100KN,加載方式：液壓伺服閉環(huán)加載 試驗(yàn)輪胎胎圈直徑： 16’’—— ’’，輪胎外徑范圍：Φ 600—— Φ1350，試驗(yàn)輪胎端面寬度≤ 500，試驗(yàn)輪胎最小動(dòng)半徑 270，試驗(yàn)速度范圍 15——160KM/h，試驗(yàn)工位： 2個(gè)，工作電壓 380V， 50HZ。 第三章 試驗(yàn)機(jī)重要組成部分計(jì)算說(shuō)明 設(shè)計(jì)任務(wù) 試驗(yàn)機(jī)技術(shù)參數(shù) 主傳動(dòng)總體方案設(shè)計(jì) 平面布置簡(jiǎn)圖 ： 9 山東大學(xué)本科畢業(yè)論文 本試驗(yàn)機(jī)主傳動(dòng)系統(tǒng)為帶傳動(dòng)，由電機(jī)通過(guò) V 帶傳動(dòng)直接帶動(dòng)轉(zhuǎn)鼓主軸旋轉(zhuǎn)，傳動(dòng)方案如下： 此傳動(dòng)系統(tǒng)通過(guò)電機(jī)帶動(dòng) V帶傳動(dòng)帶動(dòng)轉(zhuǎn)鼓主軸旋轉(zhuǎn)，從而令轉(zhuǎn)鼓以一定的速度旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)鼓通過(guò)摩擦力使與之接觸的輪胎旋轉(zhuǎn)，模擬輪胎在平直路面之間的運(yùn)動(dòng)，通過(guò)計(jì)算機(jī)程序就可測(cè)出試驗(yàn)輪胎的耐久性能。 轉(zhuǎn)鼓主動(dòng)，輪胎從動(dòng)，轉(zhuǎn)鼓與輪胎之間的摩擦為滾動(dòng)摩擦，由于試驗(yàn)機(jī)模擬的是輪胎在平直路面上的運(yùn)行情況，所以查輪胎與瀝青路面的滾動(dòng)摩擦系數(shù)為 μ=（新輪胎）。按同時(shí)試驗(yàn)兩個(gè)工位，并按最大載荷加載，最大速度運(yùn)行選取電機(jī)。 所以，轉(zhuǎn)鼓所承受的轉(zhuǎn)矩為 2 2 1 0 0 0 0 0 0 .0 1 2 2 4 0 0wT F N?? ? ? ? ? ?? (31) 1 0 0 0 6 0 1 0 0 0 6 04 5 .7 1n 5 1 1 .2 9 / m in1 7 0 7 .6ww v rD ??? ? ? ?? ? ?? (32) 轉(zhuǎn)鼓功率： 2 4 0 0 5 1 1 . 2 9P 1 2 8 . 4 99 5 5 0 9 5 5 0ww T w n KW??? ? ? (33) 電機(jī)經(jīng)過(guò)帶傳動(dòng)，一對(duì)滾子軸承傳動(dòng)至轉(zhuǎn)鼓軸，查《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》 9頁(yè)表 22 知 = 0 .9 5 = 0 .9 9??帶 軸 承， 由此電機(jī)功率為： w0 PP 1 3 8 KW?????帶 軸 (34) 選電機(jī) 10 山東大學(xué)本科畢業(yè)論文 查 [4,3054]表 31109[4]選用電機(jī) ： 表 31 電機(jī)型號(hào)與主要參數(shù) 電機(jī)型號(hào) 額定功率 PM 額定轉(zhuǎn)速 ns Z2111 160KW 1500r/min 計(jì)算傳動(dòng)比 V 帶傳動(dòng)比 i= = （ 35） 各軸轉(zhuǎn)速及功率 電機(jī)軸 138P KW? ? 轉(zhuǎn)速 : 1n =1500 r / min 轉(zhuǎn)鼓軸 = 1 3 8 0 .9 5 = 1 3 1 .1P P K W???? ? ?帶 （ 36） 轉(zhuǎn)速： 12 1500n = 5 1 1 . 2 4 r / m in2 . 9 3 4ni ?? （ 37） 電機(jī)軸輸出轉(zhuǎn)矩： 1111389 5 5 0 9 5 5 0 8 7 8 . 61500PT N mn? ? ? ? ?? （ 38） 轉(zhuǎn)鼓軸轉(zhuǎn)矩： 2221 3 1 . 19 5 5 0 9 5 5 0 2 4 4 8 . 9 65 1 1 . 2 4PT N mn? ? ? ? ?? （ 39） 電機(jī) Z2111 功率 0 138p KW? ,轉(zhuǎn)速 0n =1500r / min 2n = / m in每天工作小于 10h，工作運(yùn)行平穩(wěn) V 帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算 11 山東大學(xué)本科畢業(yè)論文 工作情況系數(shù) 查 [5,188]表 每天工作小于 10h,運(yùn)行平穩(wěn)， 取 KA=1. 計(jì)算功率 0 1 138 138cAP K P K W? ? ? ? （ 310） 選帶型 由 文獻(xiàn) [5]圖 [5]選取窄 V 帶 SPB 型號(hào)帶 小帶輪直徑 由表 [5] SPB 型帶最小直徑 min 140D mm? D=140~250MM，取 1 250D mm? 取滑動(dòng)率 1%?? 大帶輪直徑 11222 5 0 1 5 0