銑刨機(jī)輪胎異常磨損的分析和研究

王江蘭　延偉　孟馬平

摘要：針對輪式銑刨機(jī)右后輪異常磨損的現(xiàn)象，采用地磅測量前橋和后輪在銑刨模式和貼邊銑刨模式下所承受的載荷，并對測量結(jié)果進(jìn)行對比分析。結(jié)果表明：右后輪距離整機(jī)重心位置太近，在貼邊銑刨模式下，當(dāng)輸料機(jī)擺動至右側(cè)極限位置時(shí)，輪胎實(shí)際承受的載荷超過了其允許的使用載荷，導(dǎo)致輪胎出現(xiàn)異常磨損和撕裂。在分析的基礎(chǔ)上，針對上述原因提出了解決方案。

關(guān)鍵詞：銑刨機(jī)；右后輪；故障；解決方案

中圖分類號：U415.52文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

Abstract： Aimed at the abnormal wear of the right rear tyre of wheeled milling machine， the load of front axle and rear wheel during common milling and edging milling was measured by weighbridge. The analysis of the measured results shows that since the right rear tyre is too close to the center of gravity of the milling machine， the tyre is overloaded when the material conveyor reaches the limit position of its right side， which causes the wear. Solutions were proposed in the end.

Key words： milling machine； right rear tyre； fault； solution

0引言

路面銑刨機(jī)作為公路和城市道路養(yǎng)護(hù)的專用設(shè)備，主要功能是清除或剝離公路車轍、龜裂、擁包等路面病害，以及對摩擦系數(shù)低的水泥混凝土路面進(jìn)行拉毛作業(yè)，目前被廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代公路養(yǎng)護(hù)工程中[12]。城市道路因車流量大、彎道多、井蓋多等原因，在進(jìn)行路面翻修時(shí)一般采用輪式銑刨機(jī)，但輪式銑刨機(jī)常出現(xiàn)輪胎異常磨損問題[34]。本文針對橡膠輪胎異常磨損情況進(jìn)行了分析，并提出解決方案。

1輪胎異常磨損現(xiàn)象及故障解析

通過對市場上銷售量較大的國內(nèi)外品牌輪式銑刨機(jī)的跟蹤研究發(fā)現(xiàn)，在相同的施工周期內(nèi)，銑刨機(jī)右后輪的橡膠胎面磨損程度明顯比其余3個(gè)輪胎嚴(yán)重。如圖1所示，前輪橡膠胎面磨損均勻，胎面中部和邊緣磨損量基本相同，無明顯撕裂現(xiàn)象，屬正常磨損；右后輪橡膠胎面存在撕裂現(xiàn)象，特別是輪胎端面處普遍有橡膠脫落，部分車輛出現(xiàn)橡膠與鋼圈輪輞結(jié)合面分離[5]。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，左后輪與前輪的使用壽命基本不受銑刨作業(yè)的影響，而右后輪的使用壽命與銑刨作業(yè)模式有密切關(guān)系。貼邊銑刨作業(yè)工況占總銑刨作業(yè)時(shí)間的比例越大，輪胎使用壽命越短，特別是在貼邊銑刨作業(yè)模式下高速行車時(shí)，右后輪橡膠與鋼圈輪輞結(jié)合面極易出現(xiàn)分離現(xiàn)象，輪胎的壽命不足200 h，遠(yuǎn)低于800 h的正常使用壽命[6]。

相同規(guī)格型號的輪胎在相同的施工工況和施工時(shí)間下，使用壽命出現(xiàn)明顯差異的最直接影響因素是輪胎承受的載荷不同[7]。當(dāng)銑刨作業(yè)方式由通用銑刨模式切換為貼邊銑刨模式時(shí)，右后輪所承受的載荷明顯增加。

2重心測量及結(jié)果分析

2.1重心測量

采用地面支反力法，借助地磅測定設(shè)備在水平面內(nèi)的重心位置，為了使測量結(jié)果與實(shí)際施工情況相符合，水箱、燃油箱、液壓油箱按規(guī)定添加液體至工作液面位置。輸料機(jī)在施工過程中會在一定范圍內(nèi)左右擺動，因其自身質(zhì)量大，擺動至不同位置時(shí)對整機(jī)重心有明顯影響，進(jìn)而影響不同位置處輪胎所承受的載荷大小[8]。故將輸料機(jī)分別置于中間位置、左擺動極限位置和右擺動極限位置，在通用銑刨作業(yè)模式下，對整機(jī)質(zhì)量等相關(guān)參數(shù)進(jìn)行2次測量，結(jié)果如表1所示。

2.2測量結(jié)果分析

表1中的測量結(jié)果顯示，輸料機(jī)所處位置對前橋和左后輪所承受載荷的影響較小，對右后輪所承受載荷的影響較大，載荷大小由輸料機(jī)左擺極限位置的4 200 kg增加至右擺極限位置的5 175 kg，漲幅達(dá)到23%。圖2也表明，右后輪更靠近整機(jī)重心位置，將承受更大載荷，其使用壽命低于其他3個(gè)輪胎；在貼邊銑刨作業(yè)模式下，右后輪擺動至前側(cè)時(shí)，距離重心位置更近，所承受的載荷更大。據(jù)此，按輸料機(jī)所處的3種位置，在貼邊銑刨模式下，再次測量整機(jī)質(zhì)量相關(guān)參數(shù)，結(jié)果如表2所示。

表2測量結(jié)果顯示，在貼邊施工模式下，前橋和左后輪所受載荷明顯變小，左后輪所受載荷僅為通用銑刨模式下的60%。以輸料機(jī)置于中間位置為例，通用銑刨模式下左后輪所受載荷為4 585 kg，貼邊銑刨模式下所受載荷僅為2 825 kg，載荷降幅達(dá)40%。右后輪在輸料機(jī)右擺極限位置時(shí)所受載荷最大值達(dá)到7 850 kg，此時(shí)左后輪載荷僅為2 570 kg，2個(gè)前輪各承受約2 510 kg的載荷，僅且右后輪載荷的1/3。實(shí)心橡膠輪胎的拉伸強(qiáng)度為19 MPa，剪力強(qiáng)度為9 MPa，撕裂強(qiáng)度為400 N·cm-1，單個(gè)輪胎的荷重為6 000 kg，小于貼邊銑刨模式下右后輪的實(shí)際載荷力，從而導(dǎo)致右后輪使用壽命遠(yuǎn)低于其他3個(gè)輪胎。

輪式銑刨機(jī)通過控制前輪轉(zhuǎn)動實(shí)現(xiàn)整機(jī)的行駛轉(zhuǎn)向，如圖3所示。前輪承受載荷較小且在跨越臺階時(shí)，可通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)向角度避免輪胎側(cè)邊緣受剪切力作用，其承受的主要是整機(jī)重量作業(yè)的正壓力載荷，且遠(yuǎn)小于輪胎的允許載荷[9]。銑刨機(jī)在施工過程中，完成第1刀銑刨作業(yè)之后，會在路面留下一個(gè)臺階，如圖4所示。進(jìn)行后續(xù)銑刨作業(yè)時(shí)，要求施工前進(jìn)路線與臺階面平行，否則銑刨后的路面會呈不規(guī)則形狀，將增加后續(xù)路面攤鋪?zhàn)鳂I(yè)的難度。此外，如果施工前進(jìn)路線與臺階面不平行，會導(dǎo)致右后輪端面與臺階端面互相擠壓，造成輪胎端面磨損和撕裂[10]。

由上述測量分析結(jié)果可知，造成右后輪出現(xiàn)異常磨損和撕裂從而導(dǎo)致使用壽命過短的原因主要有以下3個(gè)方面。

（1）貼邊銑刨作業(yè)時(shí)，當(dāng)右后輪擺動至前側(cè)位置時(shí)，距離整機(jī)重心位置太近，承受的載荷已超過輪胎的允許載荷，這是造成輪胎使用壽命短的主要原因。

（2）輪式銑刨機(jī)通過前輪實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向，對操作水平要求較高，而未經(jīng)嚴(yán)格培訓(xùn)的操作手在操作設(shè)備時(shí)，易導(dǎo)致輪胎側(cè)面與臺階面相互擠壓，造成輪胎異常磨損和撕裂。

（3）輪式銑刨機(jī)因整機(jī)質(zhì)量大，要求輪胎的承受載荷能力強(qiáng)；而一般采用的實(shí)心橡膠輪胎，是不允許長時(shí)間高速行駛的，否則輪胎內(nèi)部橡膠層相互擠壓產(chǎn)生的熱量不能及時(shí)散發(fā)掉，導(dǎo)致熱量持續(xù)積聚將加速橡膠老化，最終致使橡膠層與鋼圈輪輞結(jié)合面分離。

3結(jié)語

根據(jù)上述分析結(jié)果，通過以下幾種措施可有效提高輪胎的使用壽命。

（1）在設(shè)備左后輪附近增加配重，促使整機(jī)重心向中心軸線位置移動，可有效降低右后輪承受的載荷。配重可設(shè)計(jì)成裝配式結(jié)構(gòu)，根據(jù)銑刨模式的變動實(shí)時(shí)進(jìn)行調(diào)整，降低右后輪處的質(zhì)量，同時(shí)增加前橋的質(zhì)量也可有效降低右后輪的載荷。

（2）選用更寬胎面的右后輪，通過增加其接地面積，降低平均接地比壓，可有效提高輪胎的使用壽命。

（3）設(shè)備在使用一段時(shí)間后，通過對調(diào)前后輪，避免輪胎長時(shí)間承受大載荷，這樣可提高輪胎的平均使用壽命。

（4）設(shè)備操作手必須經(jīng)過專業(yè)的操作培訓(xùn)，合格后才允許上崗操作，從而有效降低輪胎橡膠面與鋼圈分離及輪胎端面橡膠撕裂的風(fēng)險(xiǎn)。

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