沧州师范学院学报 第35卷第1期 2019年3月
基于激光技术的汽车轮胎耐磨损强度检测实验台的设计
张燕
安徽国防科技职业学院 汽车技术学院
摘要：威胁汽车轮胎寿命的主要因素为轮胎异常磨损, 表征异常磨损程度的参数为耐磨损强度.专门用于检测轮胎耐磨损强度的设备非常缺乏, 为此基于激光技术设计了一种专门检测汽车轮胎耐磨损强度的实验台, 以解决及时掌握轮胎异常磨损状况的难题, 使提前预防和减少危险事故的发生、提升用车安全性成为可能.
关键词：激光技术; 轮胎; 耐磨损; 强度; 检测; 实验台; 设计
作者简介：张燕 (1983-) , 女, 贵州独山人, 安徽国防科技职业学院汽车技术学院讲师, 工程硕士, 研究方向:汽车技术.
基金：2018年安徽省教育厅自然科学研究重点项目“基于牛顿-拉普森迭代法的电动叉车轮边减速器关键部件优化研究”, 编号:KJ2018A0894;2018年安徽省教育厅自然科学研究重点项目“面向高端装备再制造的应力磁测法研究及设备开发”, 编号:KJ2018A0888; 2017年校级质量工程项目“汽车营销与服务专业教学团队”, 项目号:gf2017jxtd04; 2017年安徽省质量工程项目“汽车空调系统故障诊断与维修”, 编号:2017ghjc347; 2015年安徽省卓越人才计划项目“汽车检测与维修技术卓越技能型人才培养计划”, 编号:2015zjjh065
Design of Experiment Table for the Abrasion Resistance Test of Auto Tire Based on Laser Technology
ZHANG Yan
School of Automobile Engineering, Anhui National Defense Vocational College
Abstract: The major factor threatening the life of automobile tires is abnormal abrasion, while abrasion resistance is a parameter that indicates the degree of abnormal abrasion.However, as there is little equipment specifically designed to detect abrasion resistance of tires, an experiment table for the measurement of abrasion resistance of automobile tires was designed based on laser technology in this research, providing a quick solution to the problem of abnormal abrasion.In this way, it helps to prevent and reduce car accidents in advance and improve vehicle safety.
Keyword：laser technology; tier; abrasion resistance; strength; test; experiment table; design
对于汽车来说, 轮胎具有非常重要的意义, 行车安全及使用性能与其息息相关.因此, 在用车过程中轮胎的磨损情况要实时掌握, 尤其关注非正常磨损, 以便及时预防和维护.关注汽车轮胎的使用状况, 不过度使用, 合理维护保养, 可以延长轮胎的使用时间, 提升用车安全性.轮胎使用综合情况的掌握需要采用相应的仪器定期检测, 因此, 仪器检测对于提升轮胎使用安全性具有重要的意义.
1 轮胎耐磨损强度检测现状分析
轮胎磨损分为正常及异常两类情况, 正常磨损是汽车在行驶过程中发生的正常现象, 磨损较为均匀, 对轮胎的寿命不造成威胁.与其相反的是非正常磨损, 异常磨损危害很大, 产生异常磨损的因素很多, 有悬架原因、轮胎设计不合理、胎压不正常、轮系轴承松动、不良的驾驶习惯等.造成磨损的原因不同, 呈现的形态不同, 出现外侧、内侧及胎面磨损等[1].可以根据磨损的表现形式找出引起异常磨损的原因, 分类进行预防, 提高轮胎使用有效性.
图1 常见胎压监测仪与四轮定位仪
及时监控轮胎性能需要依靠相关仪器.汽车轮胎异常磨损严重会引起爆胎, 爆胎是引起交通事故的最大元凶之一.爆胎事故出现通常是因为轮胎胎压异常, 胎压异常造成轮胎变形[2].因此, 需要对轮胎实施实时监控, 胎压监测仪目前被广泛应用于汽车上, 而且种类众多.引起汽车轮胎异常磨损的另一个重要原因是轮胎参数异常, 为了校正轮胎参数, 避免异常磨损, 四轮定位仪被广泛采用.胎压监测仪、四轮定位仪如图1.
以上为胎压及轮胎参数异常采用的监控仪器, 直接用于检测轮胎耐磨强度的仪器市面上很缺乏, 大部分的技术人员都是通过肉眼观察胎纹深度, 凭借经验判断轮胎寿命, 精确度不高, 而且没经验的普通车主无法操作.由于轮胎耐磨强度检测涉及内部结构, 作为在用轮胎, 不能破坏其结构, 因此必须采用无损检测.无损检测技术, 是在不破坏原有物质状态的前提下, 对物体的物理成分、化学性质等方面做出检测[3], 能保持检测对象的完整性.激光技术是无损检测常用的方法, 既能够检测外表面, 还能够在不破坏基体的基础上检测内部存在的问题.汽车轮胎工作过程中与地面直接接触, 而且轮胎承重, 因此受到多方面的载荷, 极易出现磨损, 是汽车的易损件之一.对在用轮胎磨损情况进行检测, 普通仪器无法实现, 激光技术可以在不损伤轮胎的基础上全面检测轮胎的磨损状况, 非常符合在用轮胎的检测要求[4].因此设计一款基于激光技术无损检测特长的专门用于检测轮胎耐磨损强度的仪器很有必要.
2 汽车轮胎耐磨损强度检测实验台的设计思路
调查发现非正常磨损严重影响着轮胎的使用性能, 因此在进行轮胎耐磨损强度检测实验台设计时, 检测结果的精确度及完整度非常重要.详细来说, 在进行实验台的设计时, 将检测的精确度及完整度作为重点考虑的因素, 故在设计时, 采用激光器作为检测手段, 既提高检测精确度, 又保证轮胎的完整性;针对检测完整度, 设计实验台时采用了电控转盘及电控升降气压杆, 调节轮胎及激光器的位置, 实现全方位检测.检测结果直接影响后期对轮胎的维护效果, 把检测精确度、完整度融入到设计思路中, 提高实验台使用的有效性.
2.1 实验台的组成部件
实验台的主要功能是:通过激光器发出的激光束对轮胎的整体及胎纹深度进行检测, 所测得数据通过信号接收器返回计算机, 计算机对测得数据进行分析.根据实验台的功能要求, 须有以下主要部件:实验台本体、计算机、激光器、气压缸、气压杆、固定座、信号接收器及相关小附件, 以上主要部件有机结合实现汽车轮胎耐磨损强度检测实验台的主要功能[5].
2.2 实验台的技术方案
实验台本体的顶部设有计算机, 计算机的一侧设有第一气压缸, 第一气压缸通过第一气压杆连接第一固定座, 第一固定座的端部安装有第一激光器, 第一激光器的顶部安装有线阵CCD, 负责传输信号至计算机, 第一激光器的下方设置转盘, 转盘通过动力轴连接在旋转驱动电机的转轴上, 转盘的一侧为滑槽, 滑槽通过滑轮连接滑块, 滑块的顶部安装第二气压缸, 第二气压缸通过第二气压杆连接第二固定座, 第二固定座的端部安装有第二激光器, 第二激光器的顶部安装有信号接收器, 把接收到的信息传输至计算机, 实验台本体的底部通过支撑杆连接底座, 底座的底部有万向轮, 底座的顶部安装有电控箱, 电控箱用于控制两个气压缸.此汽车轮胎的耐磨损强度检测实验台, 结构简单, 使用方便, 可利用第一激光器对汽车轮胎进行彻底的检测, 利用第二激光器对汽车轮胎的胎纹进行进一步的耐磨损强度检测, 实验台上的两个激光器可自由调节高度, 适用性强[5].
3 汽车轮胎的耐磨损强度检测实验台的设计结构及其功能
CAD绘图软件是目前使用最广的制图工具, 软件功能强大、使用方便, 受到各行各业设计工作者的欢迎, 因此采用CAD作为实验台的设计工具, 图2为设计界面.
图2 设计界面
图3 汽车轮胎耐磨损强度检测实验台整体结构图
(1-实验台本体;2-计算机;3-第一气压缸;4-第一气压杆;5-第一固定座;6-第一激光器;7-CCD;8-转盘;9-动力轴;10-转轴;11-旋转驱动电机;12-滑槽;13-滑块;14-滑轮;15-第二气压缸;16-第二气压杆;17-第二固定座;18-第二激光器;19-信号接收器;20-支撑杆;21-底座;22-通孔;23-万向轮;24-电控箱)
基于CAD软件设计出实验台 (如图3) .起支撑作用的实验台本体1的顶部设有计算机2, 计算机2的一侧设有第一气压缸3, 第一气压缸3通过第一气压杆4连接有第一固定座5, 第一固定座5的端部安装有第一激光器6, 第一激光器6的顶部安装有线阵CCD7, 第一激光器6的下方设有转盘8, 转盘8通过动力轴9连接在旋转驱动电机11的转轴10上, 转盘8的一侧设有滑槽12, 滑槽12通过滑轮14连接有滑块13, 滑块13的顶部安装有第二气压缸15, 第二气压缸15通过第二气压杆16连接有第二固定座17, 第二固定座17的端部安装有第二激光器18, 第二激光器18的顶部安装有信号接收器19, 实验台本体1的底部通过支撑杆20连接有底座21, 底座21的底部设有万向轮23, 万向轮便于实验台的移动, 底座21的顶部安装有电控箱24.其中实验台本体的中部设有通孔22, 通孔22主要是用于安装转盘8.滑轮14与滑槽12之间相互配合, 滑轮14在滑槽12内滑动, 便于第二激光器18的调节.第一激光器6的信号线阵CCD7及第二激光器18的信号接收器19, 均与计算机2连接, 传输信息, 第一激光器6可对汽车轮胎的胎纹进行彻底扫描, 然后将第一激光器6的信号传给线阵CCD7, 第二激光器18可对汽车轮胎的胎纹的深度测量, 然后将第二激光器18的信号传给信号接收器19, 线阵CCD7和信号接收器19接收到的信号传给计算机2, 计算机可对信号信息进行数据分析.
图4 滑槽结构图
(1-实验台本体;13-滑块;14-滑轮;15-第二气压缸;16-第二气压杆;17-第二固定座;18-第二激光器;19-信号接收器)
其中, 滑槽结构 (如图4) :电控箱电性连接第二气压缸15, 通过第二气压缸15的驱动, 带动第二气压杆16来调节第二激光器18的高度位置, 便于对轮胎实施全方位检测.
4 汽车轮胎耐磨损强度检测实验台的工作原理
将汽车轮胎放置在转盘8上, 利用电控箱24控制旋转驱动电机11驱动, 使得旋转驱动电机11带动转盘8转动起来, 从而带动汽车轮胎转动, 在汽车轮胎转动时, 可利用第一激光器6对汽车轮胎进行扫描检测, 第一激光器6可通过第一气压缸3驱动, 带动第一气压杆4来调整第一激光器6的高度, 第一激光器6对轮胎进行扫描时, 线阵CCD7可接收第二激光器18的反射光信号, 然后将信息传给计算机2, 计算机就会对信号信息进行数据分析, 同时, 滑轮14在滑槽12内的滑动, 通过第二气压缸15驱动, 带动第二气压杆16来调整第二激光器18的高度, 使得第二激光器18对汽车轮胎上的胎纹进行深度检测, 第二激光器18的反射光可通过信号接收器19接收信息, 然后将信息传给计算机2, 计算机对信号信息进行数据分析, 通过数据分析可确定轮胎的磨损程度, 这样可做到及早预防, 延长轮胎寿命.
5 总结
汽车轮胎非正常磨损对行车安全影响非常大, 及时掌握轮胎的磨损情况, 尽早预防[6]非常必要.笔者设计的这款轮胎耐磨损强度检测实验台, 构造简单, 使用方便, 成本很低, 既填补了市场上轮胎专用耐磨损强度检测仪器的空白, 又适于推广.尤其是采用了激光技术作为检测手段, 既不损伤轮胎, 保护了轮胎的完整性, 检测结果又准确, 非常适合广大车主需要, 具有非常重要的现实意义.实验台的实际使用效果, 还有待后续的继续研究.
参考文献
[1]王海, 刘志敏, 薛盛兴.轮胎异常磨损分析[J].汽车实用技术, 2018, (12) :26-28.
[2]郭佳, 李四海, 宁宁, 等.激光超声技术在无损检测中的应用[J].航空工程进展, 2014, (04) :487-490.
[3]吴青长.无损检测技术在汽车制造中的典型应用[J].电子测试, 2017, (13) :112.
[4]陈洪燕, 唐振华.车辆行驶中减轻轮胎磨损的措施[J].重型汽车, 2017, (03) :45-46.
[5]张燕, 刘领.一种汽车轮胎的耐磨损强度检测实验台[P].中国:ZL201720154375.2, 2017-09-01.
[6]周正干, 孙广开.先进超声检测技术的研究应用进展[J].机械工程学报, 2017, (22) :1-10.
