自動化輪胎組裝線輪胎裝配問題淺析

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(fù)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(jī)廠采用自動化生產(chǎn)模式，它最大的特點(diǎn)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(jì)制造提出了更大的挑戰(zhàn)。

自動化輪胎組裝流水線在實(shí)際運(yùn)行過程中，常常遇到裝胎機(jī)裝胎卡死、充氣機(jī)充氣失敗等問題，因此有必要對輪胎裝配問題進(jìn)行進(jìn)一步研究。

1 輪胎組裝流水線簡介

典型的輪胎組裝流水線一般由托盤式傳送帶、自動潤滑機(jī)器人裝胎機(jī)、多環(huán)輪胎充氣機(jī)、輪胎優(yōu)化機(jī)、初檢平衡機(jī)、復(fù)檢平衡機(jī)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(jī)器人自動將輪胎和輪輞放在托盤輸送鏈上，裝胎機(jī)將輪胎和輪輞組裝為一體，充氣機(jī)對裝配好的輪胎總成進(jìn)行充氣，優(yōu)化機(jī)將輪胎內(nèi)多余的氣泡趕走，初檢平衡機(jī)對輪胎總成進(jìn)行動平衡檢測，翻轉(zhuǎn)站員工將不平衡輪胎進(jìn)行平衡補(bǔ)償，復(fù)檢平衡機(jī)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。

2 輪胎就位氣壓

2.1 輪胎與輪輞裝配結(jié)構(gòu)

輪胎經(jīng)過裝胎機(jī)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(jìn)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)

2.2 輪胎就位力學(xué)分析

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(xué)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。

要使胎圈正常滑移，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 輪胎就位影響因素

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(fù)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(xiàn)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(fù)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(xué)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。

3 裝胎困難

裝胎機(jī)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(jìn)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(dāng)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(dāng)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。

4 充氣困難

充氣困難主要是指裝胎機(jī)將輪胎與輪輞組裝完成后，輪胎充氣機(jī)進(jìn)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。

4.1 影響因素

（1）輪胎上下兩胎圈間距偏小，導(dǎo)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(dǎo)致充氣困難。

（2）輪胎側(cè)部偏硬，裝胎機(jī)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(fù)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(dǎo)致充氣困難。

（3）輪胎總成與托盤間隙過大，導(dǎo)致充氣機(jī)爆充時，氣流從縫隙逸出，導(dǎo)致充氣困難。

4.2 解決措施

4.2.1 輪胎上下兩胎圈間距偏小

（1）輪胎設(shè)計(jì)與制造優(yōu)化。輪胎型面設(shè)計(jì)時，適當(dāng)增大上下兩胎圈設(shè)計(jì)間距，增大設(shè)計(jì)斷面寬等；制造設(shè)計(jì)時，增大帶束層角度和帶束層寬度，增大胎側(cè)的厚度，適當(dāng)增加后充氣壓力、時間及溫度等方面進(jìn)行改善。

（2）儲運(yùn)。在儲存和運(yùn)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(fēng)險(xiǎn)。

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(jī)爆充時漏氣的風(fēng)險(xiǎn)。

5 結(jié)語

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(jì)，以及儲運(yùn)等方面提出相應(yīng)的改進(jìn)措施和建議，有助于提高輪胎裝配效率。