载重卡车轮胎耐久试验机开发毕业论文(编辑修改稿)

载重卡车轮胎耐久试验机开发毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

上不断涌现许多新型的高性能、多功能的轮胎试验机。 1999 年，德国Beissbarth 公司开发了一种称作 MTT2100 微型轮胎试验机的新型轮胎试验装置。 2020 年 4 月，世界著名的轮胎制造商荷兰 VMI 公司生产出通用轮胎试验机，该仪器可用于普通车胎和工程载重车胎，可进行负荷变形试验、强度脱圈试验、压穿试验和接地印痕试验四种轮胎性能测试。 我国的轮胎试验机研究工作起步较晚，早期主要依靠引进国外设备。 近年来，在轮胎试验机的设计和研究方面也有了很大的进展，出现了多家自行研制和开发轮胎试验机的单位和企业，开发出多种类型的轮胎试验机，如天津赛象科技股份有限公司的轮胎高速／耐久试验机 、天津久荣轮胎有限公司，青岛双星轮胎工业有限公司等等。 其中，天津久荣轮胎有限公司试验机技术还算成熟。 但是，目前国内的轮胎试验机的加载系统研制都不尽如人意，无法很好地实现响应快速、超调量小、控制精确的要求。 究其原因，无非是机械加工、装配精度，施力系统，以及控制其设计等多方面综合因素的影响等多方面综合因素的影响 [3,21~24]。 轮胎耐久试验机简介 国内外轮胎耐久试验机发展及现状 3 山东大学本科毕业论文 载重卡车轮胎耐久试验机开发是我山东大学机械学院冯显英教授与我国知名企业青岛双星轮胎工业有限公司合作的一个 项目，目的在于通过本课题的研究丰富耐久试验机开发方面的理论知识，为后续的设计开发积累经验，使轮胎耐久试验方面的理论日趋完善，拓宽耐久试验机设计的视野。 同时， 为各轮 胎生产厂家提供新型的轮胎耐久试验机，在解决传统试验机本身的缺点外，提供一种测试数据真实可靠，自动化程度高，动力装置噪音小，产品成本低的轮胎耐久试验机。 目前国内耐久试验机技术还不算成熟，与国外先进技术还有一段差距，虽然我国目前已有多家轮胎企业自主生产自己的耐久试验机，但是无法实现快速响应，精确控制等要求。 所以，从提高自主创新能力，拥有自主知识产权角度来讲，积极开展本课题进行研究有助于增强我国的创新实力，生产出值得国民骄傲的试验机，赢得国内外市场的信任和占有率，提高国民对国有产品的支持度，具有较高的理论研究意 义和应用价值。 为了能够满足轮胎耐久试验机的工况要求，以及试验机在试验时的可靠性等性能要求，本课题主要研究了一下内容： 1) 试验机整体方案确定 2) 确定试验机各传动系统的传动方式及轮胎加载方式 3) 试验机重要组成部分的详细计算说明包括主传动系统的电机选型，主轴强度校核，轴承校核，直线导轨的选型与寿命计算，液压伺服闭环加载方式的液压系统原理设计与计算。 4) 试验机各重要零部件的三维结构设计 5) 试验机重要传动部件润滑剂及润滑方式的选择 本文就是围绕上面研究内容展开分析研究的。 课题意义 4 山东大学本科毕业论文 本课题以载重卡车轮胎为主而进行设计的，因为载重卡车轮胎较大，截面较宽，而且在运行过程中所承受的载荷较大，运行速度也较高，甚至存在运行路面状况恶劣等情况，为了使轮胎能够适应各种 路况复杂的应用场合并能保证一定的耐久性安全性，所以本试验机采用转鼓卧轴式进行设计。 这种卧轴式试验机 将试验轮胎固定在滚筒壁外 ,通过转动滚筒来带动轮胎转动 ,以实现模拟轮胎高速运行。 虽然 实际的路面材料无法承受滚筒高速旋转产生的离心力 ,试验台与地面之间的摩擦特性通过在滚筒外表面涂抹抗磨材料与轮胎摩擦来实现 ,不能模拟真实 的路面 ，但是却可以进行较高速度，较大载荷的耐久性能试验，对载重轮胎可以进行较好的耐久性能测试，可以满足应用要求，比较接近实际情况。 具体开发目标如下： 1) 要求能够实现轮胎制动性能试验和告诉耐久性能试验 2) 可以实现大范围的无级调速，试验速度范围 15~160KM/h。 3) 试验载荷范围 50~100KN 4) 轮胎加载压力及轮胎与转鼓外表面接触位置可以得到精确控制 即转鼓系统，主传动是由驱动直流电机通过皮带降速传动，带动转鼓旋转，转鼓和大小皮带轮均应经过严格的动平衡测试。 转鼓主轴前后分别装有脂润滑方式的日本 NSK 轴承，使转鼓和主轴能够自由旋转。 电机采用置地式，即安装在固定在地面上的专用电机板上 ，电机轴端和转第二章 轮胎试验台总体方案介绍 轮胎试验机各组成系统介绍 主传动系统 5 山东大学本科毕业论文 鼓轴端分别与小皮带轮和大皮带轮联接，皮带的松紧可通过左右平移电机板的位置来调整。 毎工位的主要组成部分有滑胎总成，直线导轨、液压油缸、压力传感器及试验轮胎及轮辋总成等。 加载油缸推动滑台使之沿直线导轨做往复直线运动，将安装在工位轴端部的试验轮胎压向转鼓或离开转鼓，其加载数值可由安装在滑台上的压力传感器传送到主控制柜，以实现载荷的现实和调节。 加载滑台是由钢板制成的坚固的箱体结构，滑台地板安装在高精度的直线导轨上，可以平稳轻快的滑动。 轮胎与加载油缸之间设有防护板，防止爆胎有可能损坏油缸及其他部件。 毎工位后方均有一套气动刹车装置，无论轮胎在试验中是正常退回还是异常报警退回，刹车系统都会立即工作，在极短的时间内将轮胎制动，前提是压缩空必须正常供给。 试验机机架部分的设计具有德国风格，由优质钢材制成，而且连接牢固，重要连接件均为高强度标准件，传动螺栓均为专门制造。 控制系统包括直流调速闭环控制系统，主控制系统。 直流调速闭环控制系统由 SIENENS 6RA70 直流调速装置完成，在总送电开关开启后，其使能的建立和撤销由主控制台控制。 液压加载系统 机架及防护装置 控制系统 6 山东大学本科毕业论文 控制系统除了能够实现对轮胎耐久性能试验机所要求的各种控制功能外，还能够人机界面实现试验程序的输入和编辑功能，以及实验过程的状态打印，报警状态的打印，及试验报告及实验结果的打印。 初步确定 选用电机类型有助于后续计算及查阅相干文献的方便性。 轮胎试验台属于室内工作 ,要求工作平稳、噪音小、实验室隔音效果好，便于控制的设备 ,所以选择电动机作为动力装置。 电动机的作用是将电能转换为机械能。 合理选择电动机类型 ,对轮胎试验台有效的工作以及机组运行的可靠性、安全、节能及降低设备造价都有非常重要的意义。 由 [4,26742680] 电动机类型的选择要从实际工况的要求出发 ,考虑工作条件、负载性质、供电情况等 ,尽量满足各方面的要求： (l)机械特性 由电动机类型决定的电动机的机械特性与试 验台的工作机械特性配合要适当 ,试验台稳定工作。 电动机的起动转矩、最大转矩等性能均能满足工作要求。 (2)转速 电动机的转速满足轮胎试验台的工作要求 ,其最高转速、转速变化率、调速、变速等性能均能适应工作要求。 （ 3）运行经济性 从降低整个电动机驱动系统的能耗及电动机的综合成本来考虑选择电动机，针对使用情况选择不同效率水平的电动机类型，对一些使用时间短、年使用时数也不高的机械，电动机效率低些也不会使总能耗产生较大的变化，所以并不注重电动机的效率；但另一些年利用小时数较高的机械就需要选用效率搞得电动机以降低总能耗。 电机选型 7 山东大学本科毕业论文 （ 4）价格低廉 在满足工作要求的情况下，尽可能选用结构简单，运行可靠，造价低廉的电动机。 本试验机选用直流电机的依据如下： 直流电动机的最大优点是调速范围宽 ,调速特性平滑 ,具有非常好的调速性能。 直流电动机可以在重负载条件下 ,实现均匀、平滑的无级调速 ,并且调速范围较宽。 因此 ,直流电动机常常被用于重负载下的起动或要求均匀调节转速的机械 ,对调速要求较高的生产机械 (例如龙门刨床、锁床、轧钢机等 )或者需要较大起动转矩的生产机械 (例如起重机械、电力牵引设备等 )都用直流电动机拖动。 天津久荣轮胎耐久试验机就是选用的直 流电动机。 直流电动机在工作时需要接在直流电源上 ,不能直接使用电压为 38OV的交流电。 所以需要一套动力转换装置将交流电转换为直流电。 同时直流电动机中存在换向器 ,其制造复杂 ,价格较高 ,维护也不方便。 直流电机中换向器会产生电磁干扰 ,可能会影响试验数据信号采集系统的工作。 本章主要度试验机的各个组成系统进行了介绍，包括主传动系统，液压加载系统，机架防护装置，控制系统等。 根据工作条件，使用要求 ，负载情况在查阅相关文献的基础上从机械特性、转速、运行经济性、价格方面考虑选用直流电动机，并对直流电动机的优缺点进行了详细分析，并参考国内同类试验机的电机选型最终确定本试验机选用直流电动机可以满足各项要求。 最终确定方案为主传动为带传动，辅助加载采用液压伺服闭环加载。 本方案的确定为后续的计算提供了依据。 本章小结 8 山东大学本科毕业论文 设计一台载重卡车轮胎耐久试验机， 转鼓直径宽度：Φ 500，试验载荷 :MAX100KN,加载方式：液压伺服闭环加载 试验轮胎胎圈直径： 16’’—— ’’，轮胎外径范围：Φ 600—— Φ1350，试验轮胎端面宽度≤ 500，试验轮胎最小动半径 270，试验速度范围 15——160KM/h，试验工位： 2个，工作电压 380V， 50HZ。 第三章 试验机重要组成部分计算说明 设计任务 试验机技术参数 主传动总体方案设计 平面布置简图 ： 9 山东大学本科毕业论文 本试验机主传动系统为带传动，由电机通过 V 带传动直接带动转鼓主轴旋转，传动方案如下： 此传动系统通过电机带动 V带传动带动转鼓主轴旋转，从而令转鼓以一定的速度旋转，转鼓通过摩擦力使与之接触的轮胎旋转，模拟轮胎在平直路面之间的运动，通过计算机程序就可测出试验轮胎的耐久性能。 转鼓主动，轮胎从动，转鼓与轮胎之间的摩擦为滚动摩擦，由于试验机模拟的是轮胎在平直路面上的运行情况，所以查轮胎与沥青路面的滚动摩擦系数为 μ=（新轮胎）。 按同时试验两个工位，并按最大载荷加载，最大速度运行选取电机。 所以，转鼓所承受的转矩为 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) 转鼓功率： 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) 电机经过带传动，一对滚子轴承传动至转鼓轴，查《机械设计课程设计》 9页表 22 知 = 0 .9 5 = 0 .9 9带 轴 承， 由此电机功率为： w0 PP 1 3 8 KW带 轴 (34) 选电机 10 山东大学本科毕业论文 查 [4,3054]表 31109[4]选用电机 ： 表 31 电机型号与主要参数 电机型号 额定功率 PM 额定转速 ns Z2111 160KW 1500r/min 计算传动比 V 带传动比 i= = （ 35） 各轴转速及功率 电机轴 138P KW  转速 : 1n =1500 r / min 转鼓轴 = 1 3 8 0 .9 5 = 1 3 1 .1P P K W  带 （ 36） 转速： 12 1500n = 5 1 1 . 2 4 r / m in2 . 9 3 4ni  （ 37） 电机轴输出转矩： 1111389 5 5 0 9 5 5 0 8 7 8 . 61500PT N mn     （ 38） 转鼓轴转矩： 2221 3 1 . 19 5 5 0 9 5 5 0 2 4 4 8 . 9 65 1 1 . 2 4PT N mn     （ 39） 电机 Z2111 功率 0 138p KW ,转速 0n =1500r / min 2n = / m in每天工作小于 10h，工作运行平稳 V 带传动设计计算 11 山东大学本科毕业论文 工作情况系数 查 [5,188]表 每天工作小于 10h,运行平稳， 取 KA=1. 计算功率 0 1 138 138cAP K P K W    （ 310） 选带型 由 文献 [5]图 [5]选取窄 V 带 SPB 型号带 小带轮直径 由表 [5] SPB 型带最小直径 min 140D mm D=140~250MM，取 1 250D mm 取滑动率 1% 大带轮直径 11222 5 0 1 5 0。