【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Beissbarth 公司開發(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)國外設(shè)備。近年來，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發(fā)輪胎試驗(yàn)機(jī)的單位和企業(yè)，開發(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)開發(fā)是我山東大學(xué)機(jī)械學(xué)院馮顯英教授與我國知名企業(yè)青島雙星輪胎工業(yè)有限公司合作的一個(gè) 項(xiàng)目，目的在于通過本課題的研究豐富耐久試驗(yàn)機(jī)開發(fā)方面的理論知識(shí)，為后續(xù)的設(shè)計(jì)開發(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) 。 目前國內(nèi)耐久試驗(yàn)機(jī)技術(shù)還不算成熟，與國外先進(jìn)技術(shù)還有一段差距，雖然我國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)角度來講，積極開展本課題進(jìn)行研究有助于增強(qiáng)我國的創(chuàng)新實(shí)力，生產(chǎn)出值得國民驕傲的試驗(yàn)機(jī)，贏得國內(nèi)外市場(chǎng)的信任和占有率，提高國民對(duì)國有產(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 ,通過轉(zhuǎn)動(dòng)滾筒來帶動(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在滾筒外表面涂抹抗磨材料與輪胎摩擦來實(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，皮帶的松緊可通過左右平移電機(jī)板的位置來調(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，在總送電開關(guān)開啟后，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 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