輪胎動(dòng)平衡試驗(yàn)機(jī)在線測(cè)量技術(shù)研究

鄭永糧

摘要：隨著輪胎產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，國內(nèi)市場(chǎng)對(duì)輪胎動(dòng)平衡機(jī)的需求也日益增加，其動(dòng)平衡性能的好壞在很大程度上影響了輪胎的質(zhì)量。而作為輪胎動(dòng)平衡檢測(cè)設(shè)備的測(cè)試工位則是整套設(shè)備測(cè)試精度的關(guān)鍵所在。研究輪胎動(dòng)平衡機(jī)的測(cè)量原理，進(jìn)而提高輪胎動(dòng)平衡機(jī)的測(cè)量精度，有著重要意義。本文對(duì)于輪胎動(dòng)平衡試驗(yàn)機(jī)在線測(cè)量技術(shù)研究與優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行了探討，希望為以后的具體工作起到實(shí)際的參考作用。

關(guān)鍵詞：輪胎動(dòng)平衡試驗(yàn)機(jī)；在線測(cè)量；技術(shù)研究

1、輪胎動(dòng)平衡測(cè)量原理

1.1轉(zhuǎn)子不平衡的分類

根據(jù)轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)相關(guān)理論，在動(dòng)平衡的角度，我們可以據(jù)轉(zhuǎn)子不平衡量隨轉(zhuǎn)速的變化程度將其分為兩大類：剛性轉(zhuǎn)子和撓性轉(zhuǎn)子。其中，剛性轉(zhuǎn)子工作狀態(tài)下的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率應(yīng)遠(yuǎn)低于其一階彎曲固有頻率，在該速度范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)子的不平衡狀態(tài)幾乎不隨轉(zhuǎn)速變化發(fā)生明顯變化；而撓性轉(zhuǎn)子則與之相反，隨著轉(zhuǎn)速的變化，其不平衡狀態(tài)有著較為明顯的變化。兩者的不平衡矢量與不同轉(zhuǎn)速之間的特征圖如圖1所示：

1.2輪胎動(dòng)平衡測(cè)方法

根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 18505-2013《汽車輪胎動(dòng)平衡試驗(yàn)方法》，胎動(dòng)平衡試驗(yàn)機(jī)通過測(cè)量輪胎旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的不平衡離心力矩的方式來得到輪胎不平衡量的位置及角度，測(cè)量的內(nèi)容包括：靜不平衡量、偶不平衡量以及輪胎上下校正平面的不平衡量的位置及角度。

完成硫化的輪胎經(jīng)輸送工位送達(dá)測(cè)試工位后，動(dòng)平衡機(jī)對(duì)其進(jìn)行自動(dòng)裝夾定位，潤滑后的輪胎經(jīng)上下輪輛鎖緊并由三路轉(zhuǎn)氣閥進(jìn)行充氣，以保證輪胎裝夾到位，避免因輪胎裝夾不均衡導(dǎo)致的測(cè)量結(jié)果出現(xiàn)較大誤差。輪胎在完成裝夾后在傳動(dòng)皮帶的帶動(dòng)下以400-600rkmin的速度旋轉(zhuǎn)，由于不平衡離心的作用引起主軸殼體振動(dòng)，該振動(dòng)量由殼體上的壓力傳感器測(cè)得，并將測(cè)得的數(shù)據(jù)傳到上位機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的處理，求得不平衡量。

2、輪胎動(dòng)平衡機(jī)振動(dòng)系統(tǒng)性能分析及改進(jìn)設(shè)計(jì)

輪胎動(dòng)平衡試驗(yàn)機(jī)作為集成了光學(xué)、力學(xué)、機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、信號(hào)檢測(cè)、數(shù)據(jù)處理、自動(dòng)控制等多口學(xué)科的綜合性機(jī)電一體化產(chǎn)品，從整體的構(gòu)成上來看，主要由3分構(gòu)成：機(jī)械部分、檢測(cè)系統(tǒng)及控制系統(tǒng)。其中，檢測(cè)系統(tǒng)主要起到數(shù)據(jù)檢測(cè)、傳輸、處理的任務(wù)，通過壓力傳感器將振動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械振動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)傳給上位機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)分析：控制系統(tǒng)則是負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)，保證整個(gè)測(cè)試過程中機(jī)構(gòu)動(dòng)作的正常執(zhí)行；機(jī)械部分作為檢測(cè)設(shè)備的主體，是輪胎動(dòng)平衡測(cè)試的基礎(chǔ)，其性能特點(diǎn)決定了整個(gè)動(dòng)平衡機(jī)的檢測(cè)性能，對(duì)機(jī)械部分的研究很有價(jià)值。

2.1輪胎動(dòng)平衡測(cè)量工藝

根據(jù)輪胎動(dòng)平衡檢測(cè)國家標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)輪胎動(dòng)平衡試驗(yàn)機(jī)有以下幾主要功能；輪胎輸送、定中化及潤滑功能；輪胎規(guī)格及胎號(hào)識(shí)別功能；自動(dòng)裝夾、充氣、測(cè)試、打標(biāo)功能；分級(jí)輸送功能。工藝流程如圖2所示：

根據(jù)圖2所示的工藝流程，大部分的輪胎動(dòng)平衡試驗(yàn)機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)部分主要有四大主要工位：潤滑工位、測(cè)試工位、打標(biāo)工位以及分級(jí)輸送工位。設(shè)備圖如圖3所示：

其中，潤滑工位主要完成對(duì)輪胎胎圈部位均勻潤滑保證輪胎進(jìn)入測(cè)量工位后的裝夾精度，提高測(cè)量的準(zhǔn)確性；打標(biāo)工位則是根據(jù)測(cè)量結(jié)果對(duì)輪胎的輕點(diǎn)或者重點(diǎn)進(jìn)行打點(diǎn)標(biāo)記，通過不同顏色的色帶或者圖形符號(hào)來對(duì)輪胎質(zhì)量等級(jí)進(jìn)行劃分；分級(jí)輸送工位則是根據(jù)測(cè)試的結(jié)果對(duì)不同質(zhì)量的輪胎進(jìn)行分級(jí)，一般分為3等級(jí)。而測(cè)試工位是整個(gè)輪胎動(dòng)平衡試驗(yàn)機(jī)的測(cè)試主體，是機(jī)械系統(tǒng)最重要的組成部分，其設(shè)計(jì)性能的好壞直接關(guān)系到最終檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性跟穩(wěn)定性，應(yīng)重點(diǎn)對(duì)該工位進(jìn)行深入地研究與設(shè)計(jì)。

2.2輪胎動(dòng)平衡驗(yàn)機(jī)測(cè)試

工位結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

輪胎動(dòng)平衡試驗(yàn)機(jī)的測(cè)試工位的3維構(gòu)設(shè)計(jì)圖如圖4所示：

正如圖4中，輪胎動(dòng)平衡試驗(yàn)機(jī)的測(cè)試工位有以下部分機(jī)構(gòu)組成：測(cè)試系統(tǒng)主軸系、升降平臺(tái)、雙排傳送箱子、定中抱臂、上下輪輞、振動(dòng)擺架系統(tǒng)、

主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)等。主軸系是測(cè)試工位的核心組件，主要由檢測(cè)元件、夾持輪胎所需要的上下輪輛、帶動(dòng)輪胎轉(zhuǎn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)裝置、上輪鎖緊及提升機(jī)構(gòu)和主軸鎖緊機(jī)構(gòu)等部分構(gòu)成，當(dāng)輪胎進(jìn)入測(cè)試工位定中完成后，上輪輞提升機(jī)構(gòu)的帶動(dòng)下緩慢下降，夾緊輪胎后由下主軸上的鎖緊氣缸將上下主軸鎖緊，并對(duì)輪胎進(jìn)行充氣，同時(shí)上鎖緊裝置松開，皮帶輪在伺服電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下帶動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)，開始動(dòng)平衡的檢測(cè)。在整個(gè)過程中，鎖緊裝置顯得尤為重要，良好的鎖緊性能既能保證上下主軸的同軸度，減小系統(tǒng)誤差，又能提高設(shè)備的安全性。上下主軸鎖緊機(jī)構(gòu)采用四個(gè)均布?xì)飧X形鎖緊。其三維結(jié)構(gòu)及機(jī)構(gòu)圖如圖5所示。

正如以上所言，輪胎動(dòng)平衡測(cè)量過程中，輪胎裝夾在下輪輞上并且通過上輪輞進(jìn)行夾緊，但在實(shí)際生產(chǎn)中，由于多方面原因，比如：充氣過程壓力波動(dòng)、輪胎潤滑效果不理想、主軸輪輞定位誤差的逐漸累積、上輪輛鎖緊時(shí)壓力導(dǎo)致的主軸錯(cuò)位等，均造成上下輪輞的相對(duì)位置發(fā)生變化，此時(shí)動(dòng)平衡設(shè)備本身的不平衡質(zhì)量發(fā)生了變化，使得測(cè)量精度大幅降低，在輪胎動(dòng)平衡測(cè)試中應(yīng)避免以上問題的發(fā)生，加強(qiáng)設(shè)備的及時(shí)維護(hù)。