輪胎動平衡試驗機在線測量技術研究

鄭永糧

摘要：隨著輪胎產業的蓬勃發展，國內市場對輪胎動平衡機的需求也日益增加，其動平衡性能的好壞在很大程度上影響了輪胎的質量。而作為輪胎動平衡檢測設備的測試工位則是整套設備測試精度的關鍵所在。研究輪胎動平衡機的測量原理，進而提高輪胎動平衡機的測量精度，有著重要意義。本文對于輪胎動平衡試驗機在線測量技術研究與優化設計進行了探討，希望為以后的具體工作起到實際的參考作用。

關鍵詞：輪胎動平衡試驗機；在線測量；技術研究

1、輪胎動平衡測量原理

1.1轉子不平衡的分類

根據轉子動力學相關理論，在動平衡的角度，我們可以據轉子不平衡量隨轉速的變化程度將其分為兩大類：剛性轉子和撓性轉子。其中，剛性轉子工作狀態下的轉動頻率應遠低于其一階彎曲固有頻率，在該速度范圍內，轉子的不平衡狀態幾乎不隨轉速變化發生明顯變化；而撓性轉子則與之相反，隨著轉速的變化，其不平衡狀態有著較為明顯的變化。兩者的不平衡矢量與不同轉速之間的特征圖如圖1所示：

1.2輪胎動平衡測方法

根據國家標準GB/T 18505-2013《汽車輪胎動平衡試驗方法》，胎動平衡試驗機通過測量輪胎旋轉時產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，測量的內容包括：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。

完成硫化的輪胎經輸送工位送達測試工位后，動平衡機對其進行自動裝夾定位，潤滑后的輪胎經上下輪輛鎖緊并由三路轉氣閥進行充氣，以保證輪胎裝夾到位，避免因輪胎裝夾不均衡導致的測量結果出現較大誤差。輪胎在完成裝夾后在傳動皮帶的帶動下以400-600rkmin的速度旋轉，由于不平衡離心的作用引起主軸殼體振動，該振動量由殼體上的壓力傳感器測得，并將測得的數據傳到上位機進行相應的處理，求得不平衡量。

2、輪胎動平衡機振動系統性能分析及改進設計

輪胎動平衡試驗機作為集成了光學、力學、機械結構設計、信號檢測、數據處理、自動控制等多口學科的綜合性機電一體化產品，從整體的構成上來看，主要由3分構成：機械部分、檢測系統及控制系統。其中，檢測系統主要起到數據檢測、傳輸、處理的任務，通過壓力傳感器將振動系統的機械振動信號轉變為電信號傳給上位機進行相應的數據分析：控制系統則是負責協調，保證整個測試過程中機構動作的正常執行；機械部分作為檢測設備的主體，是輪胎動平衡測試的基礎，其性能特點決定了整個動平衡機的檢測性能，對機械部分的研究很有價值。

2.1輪胎動平衡測量工藝

根據輪胎動平衡檢測國家標準，對輪胎動平衡試驗機有以下幾主要功能；輪胎輸送、定中化及潤滑功能；輪胎規格及胎號識別功能；自動裝夾、充氣、測試、打標功能；分級輸送功能。工藝流程如圖2所示：

根據圖2所示的工藝流程，大部分的輪胎動平衡試驗機的機械結構部分主要有四大主要工位：潤滑工位、測試工位、打標工位以及分級輸送工位。設備圖如圖3所示：

其中，潤滑工位主要完成對輪胎胎圈部位均勻潤滑保證輪胎進入測量工位后的裝夾精度，提高測量的準確性；打標工位則是根據測量結果對輪胎的輕點或者重點進行打點標記，通過不同顏色的色帶或者圖形符號來對輪胎質量等級進行劃分；分級輸送工位則是根據測試的結果對不同質量的輪胎進行分級，一般分為3等級。而測試工位是整個輪胎動平衡試驗機的測試主體，是機械系統最重要的組成部分，其設計性能的好壞直接關系到最終檢測結果的準確性跟穩定性，應重點對該工位進行深入地研究與設計。

2.2輪胎動平衡驗機測試

工位結構設計

輪胎動平衡試驗機的測試工位的3維構設計圖如圖4所示：

正如圖4中，輪胎動平衡試驗機的測試工位有以下部分機構組成：測試系統主軸系、升降平臺、雙排傳送箱子、定中抱臂、上下輪輞、振動擺架系統、

主軸驅動系統等。主軸系是測試工位的核心組件，主要由檢測元件、夾持輪胎所需要的上下輪輛、帶動輪胎轉動的驅動裝置、上輪鎖緊及提升機構和主軸鎖緊機構等部分構成，當輪胎進入測試工位定中完成后，上輪輞提升機構的帶動下緩慢下降，夾緊輪胎后由下主軸上的鎖緊氣缸將上下主軸鎖緊，并對輪胎進行充氣，同時上鎖緊裝置松開，皮帶輪在伺服電機的驅動下帶動主軸旋轉，開始動平衡的檢測。在整個過程中，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，減小系統誤差，又能提高設備的安全性。上下主軸鎖緊機構采用四個均布氣缸齒形鎖緊。其三維結構及機構圖如圖5所示。

正如以上所言，輪胎動平衡測量過程中，輪胎裝夾在下輪輞上并且通過上輪輞進行夾緊，但在實際生產中，由于多方面原因，比如：充氣過程壓力波動、輪胎潤滑效果不理想、主軸輪輞定位誤差的逐漸累積、上輪輛鎖緊時壓力導致的主軸錯位等，均造成上下輪輞的相對位置發生變化，此時動平衡設備本身的不平衡質量發生了變化，使得測量精度大幅降低，在輪胎動平衡測試中應避免以上問題的發生，加強設備的及時維護。