張冰
上汽通用五菱汽車股份有限公司重慶分公司 重慶市 404100
輪胎作為汽車與路面直接接觸部件,是汽車行駛系的重要組成部分,它主要起支撐負荷、方向控制、吸收振動和提供抓地力的作用,是汽車安全性和舒適性的重要影響因素。隨著汽車工業(yè)的不斷發(fā)展,市場對汽車性能和質(zhì)量要求越來越高,汽車整車及其配套零部件生產(chǎn)商不斷快速迭代產(chǎn)品和技術(shù)革新。
輪胎(指半鋼子午線輪胎)和車輪裝配在主機廠采用自動化生產(chǎn)模式,它最大的特點就是高效率生產(chǎn),這是與售后替換市場最不同的地方,輪胎組裝是否容易直接影響生產(chǎn)效率。因此,售后替換市場的許多小問題被放大性的暴露在整車廠生產(chǎn)過程中,這對輪胎的設(shè)計制造提出了更大的挑戰(zhàn)。
自動化輪胎組裝流水線在實際運行過程中,常常遇到裝胎機裝胎卡死、充氣機充氣失敗等問題,因此有必要對輪胎裝配問題進行進一步研究。
典型的輪胎組裝流水線一般由托盤式傳送帶、自動潤滑機器人裝胎機、多環(huán)輪胎充氣機、輪胎優(yōu)化機、初檢平衡機、復檢平衡機等設(shè)備組成。操作員將輪胎和車輪分別放置在托盤式傳送帶,潤滑機器人自動將輪胎和輪輞放在托盤輸送鏈上,裝胎機將輪胎和輪輞組裝為一體,充氣機對裝配好的輪胎總成進行充氣,優(yōu)化機將輪胎內(nèi)多余的氣泡趕走,初檢平衡機對輪胎總成進行動平衡檢測,翻轉(zhuǎn)站員工將不平衡輪胎進行平衡補償,復檢平衡機對輪胎總成的平衡性再次檢測,合格的輪胎經(jīng)過輸送鏈輸送到生產(chǎn)現(xiàn)場裝配。
輪胎經(jīng)過裝胎機完成初步裝配后,上下兩胎唇絕大部分都落在輪輞裝配槽內(nèi),隨著充氣不斷進行,在輪胎內(nèi)腔壓力的作用下,輪胎胎唇滑移翻越輪輞止退峰,最終在輪輞胎圈座匹配到位。輪胎裝配結(jié)構(gòu)如圖1所示,我們知道,輪胎與輪輞是一種過盈配合,要使輪胎正常就位,則必須保證輪胎氣壓推力大于輪胎與輪輞之間的摩擦力。
圖1 輪胎組裝流水線
圖2 輪胎與輪輞裝配結(jié)構(gòu)
通過輪胎和輪輞裝配結(jié)構(gòu),可以看出胎圈在輪輞止退峰位置的壓力明顯高于其他位置的壓力,因此通常所說的就位氣壓是指胎圈翻越止退峰時的輪胎內(nèi)壓,亦稱輪胎嵌合壓,此時其力學分析如圖3所示。
圖3 胎圈翻越凸峰受力分析圖
由受力分析可知:
公式中,f摩是胎圈與輪輞之間的滑動摩擦力,u是輪胎與輪輞之間的摩擦系數(shù),f壓是輪輞上輪胎的正壓力。
在輪胎的就位過程中,內(nèi)壓對輪胎側(cè)的推力在摩擦力方向上的分力克服滑動摩擦力。假設(shè)分力系數(shù)為k:
公式中,P是輪胎與輪輞內(nèi)腔壓力,S為側(cè)向受力面積。
要使胎圈正?;?,最終在輪輞胎圈座匹配到位,則必須使:f>f摩
從(3)式可以得出結(jié)論:通過減小輪胎與輪輞的摩擦系數(shù),減小胎圈壓力,可以有效地減小就位氣壓(輪胎更容易裝配到位)。
2.3.1 摩擦系數(shù)
摩擦系數(shù)主要取決于相互作用的材料種類和摩擦面粗糙度,輪胎材料是復合橡膠,其表面摩擦系數(shù)難以改變,輪輞表面粗糙度主要受材料影響,亦不易改變,因此,通常最有效的方法就是在輪胎胎唇處涂抹一定量的潤滑劑,可以大幅度降低摩擦系數(shù)。
2.3.2 胎圈壓力
2.3.2.1 鋼絲圈直徑
輪胎對輪輞的箍緊力,是通過輪胎內(nèi)唇口作用于輪輞的。內(nèi)唇口是由橡膠和鋼絲圈組合而成。相較于鋼絲圈,橡膠對箍緊力貢獻很小,輪胎對輪輞的箍緊力主要由鋼絲圈提供。鋼絲圈直徑越大,輪胎就位氣壓越小,兩者成負相關(guān)關(guān)系。
2.3.2.2 輪胎著合直徑及胎圈角度
通過輪胎就位力學分析可以知道,輪胎著合直徑越大,就位氣壓越小。輪胎胎唇側(cè)向受力面積,對就位氣壓也有很大影響,胎圈角度越小,其在側(cè)向受力面積越小,就位氣壓也就越小。
2.3.2.3 輪輞止退峰直徑
我們知道,輪胎對輪輞的箍緊力大小,是輪胎與輪輞共同決定的,輪輞止退峰又是輪輞上最大的部位,因此,止退峰直徑大小對就位氣壓影響很大,止退峰直徑越小,輪胎就位氣壓就越小。
裝胎機裝胎過程中,常常出現(xiàn)裝胎卡死的情況,主要表現(xiàn)為輪胎胎圈卡在輪輞邊緣而不能裝進輪輞槽的現(xiàn)象,稱之為裝胎困難。裝胎困難影響因素很多,大多數(shù)與就位氣壓類似,常見因素及其改善方法主要有:
(1)鋼絲圈直徑。輪胎對輪輞的箍緊力主要由鋼絲圈提供,適當增大鋼絲圈直徑,減小輪胎對輪輞的箍緊力,可以有效降低裝胎困難程度。
(2)輪胎著合直徑及胎圈角度。輪胎著合直徑越大,胎圈角度越小,裝胎相對越容易。
(3)輪胎潤滑。適當在輪胎胎唇口位置噴涂適量潤滑液,可以有效降低裝胎過程中輪胎與輪輞的摩擦力,改善裝胎困難狀況。
充氣困難主要是指裝胎機將輪胎與輪輞組裝完成后,輪胎充氣機進行充氣時出現(xiàn)的一種現(xiàn)象,氣體從輪胎唇口與輪輞結(jié)合處以及輪胎總成與托盤間縫隙逸出,造成充氣漏氣,甚至充氣失敗。
(1)輪胎上下兩胎圈間距偏小,導致輪胎上下唇口無法與輪輞截面緊密貼合產(chǎn)生密封,在充氣過程中快速漏氣,導致充氣困難。
(2)輪胎側(cè)部偏硬,裝胎機在裝胎過程中,對輪胎側(cè)部有一定擠壓力,若輪胎胎圈(或部分胎圈)不能快速恢復原狀,會造成胎唇與輪輞截面貼合不良產(chǎn)生縫隙,充氣過程漏氣,導致充氣困難。
(3)輪胎總成與托盤間隙過大,導致充氣機爆充時,氣流從縫隙逸出,導致充氣困難。
4.2.1 輪胎上下兩胎圈間距偏小
(1)輪胎設(shè)計與制造優(yōu)化。輪胎型面設(shè)計時,適當增大上下兩胎圈設(shè)計間距,增大設(shè)計斷面寬等;制造設(shè)計時,增大帶束層角度和帶束層寬度,增大胎側(cè)的厚度,適當增加后充氣壓力、時間及溫度等方面進行改善。
(2)儲運。在儲存和運輸過程中,最優(yōu)方案是將輪胎存放在專用料架上,以杜絕輪胎側(cè)部變形。在節(jié)省成本的情況下,也可以將輪胎豎放,盡可能降低輪胎側(cè)部受力變形風險。
4.2.2 側(cè)部過硬
通過減小簾布反包高度及三角膠高度,可以改善輪胎側(cè)部過硬造成的充不上氣問題。
4.3.3 輪胎總成與托盤間隙過大
對于輪胎總成與托盤間隙過大的問題,考慮在輪胎與托盤之間增加可壓縮的橡膠密封墊,消除充氣機爆充時漏氣的風險。
通過分析在自動化輪胎組裝線生產(chǎn)條件下,輪胎與輪輞裝配過程中就位氣壓與裝胎難易的影響因素,針對生產(chǎn)過程中的裝胎困難、充氣困難的故障現(xiàn)象,從輪胎型面和制造設(shè)計,以及儲運等方面提出相應(yīng)的改進措施和建議,有助于提高輪胎裝配效率。