CN104634589A - 一种用于模拟路面的转鼓 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种车轮试验机转鼓，其特征在于：所述的转鼓的外表面上包括平行于转鼓截面的周期性波纹，所述的周期性波纹在外表面上的一个周期中，是由首尾相切的等直径下凹圆弧线和上凸圆弧线所组成的，一个周期的长度为30～50mm，深度为1～1.5mm。该转鼓容易加工，降低了成本，并且提高了转鼓的摩擦力，适合于模拟多种路面。

Description

一种用于模拟路面的转鼓
技术领域
本发明涉及汽车车轮和轮胎的试验领域，具体地涉及一种用于模拟路面条件的转鼓。
背景技术
在车轮和轮胎完成生产之后，需要进行性能的试验。在性能试验中，为了模拟多种路面的环境和驾驶条件，一般使用车轮道路模拟台架来进行模拟试验。汽车车轮道路模拟台架试验是一种可代替车轮路试的国际最先进试验技术。转鼓的表面(模拟路面)带动车轮旋转，同时车轮会有模拟转弯的动作。试验台靠转鼓与车轮间的摩擦力，给车轮提供直线行驶时的径向力载荷和汽车转弯时的侧向力载荷。因此，转鼓尺寸及表面花纹形状对提供试验载荷起着关键性的作用。
在本领域中，一般采用复合式的转鼓花纹来实现摩擦力的提高。例如在发明专利《改进的车轮试验机转鼓》(CN201220654005.2)中，转鼓由平滑面改进为带有花纹的表面形状，明显提高转鼓表面的侧向摩擦系数。在这种转鼓中，首先在转鼓表面加工出波浪状的纹路，然后为了提高摩擦力，再在波浪状的纹路基础上加工出细小的纹路。但是这种转鼓中存在着转鼓表面花纹轮廓的加工难度大，表面小波纹(弧状凸起)耐磨性不好的缺陷。在实际应用中，在很短的时间内表面小波纹就被磨平，使得转鼓的表面性能稳定性大受影响。
发明内容
为了克服以上的技术问题，本发明的目的在于提供一种新型的用于模拟路面条件的转鼓，希望克服现有转鼓工作寿命短，加工难度大的问题，同时还希望能满足了实验原理与实际行车时的符合性，提供侧向摩擦力的能力较原转鼓能够进一步提高。
为了实现以上的目的，本发明提供了以下的技术方案：
在本发明的一个方面，提供了一种车轮试验机转鼓，其特征在于：所述的转鼓的外表面上包括平行于转鼓截面的周期性波纹，所述的周期性波纹在外表面上的一个周期中，是由首尾相切的等直径下凹圆弧线和上凸圆弧线所组成的，一个周期的长度为30～50mm，深度为1～1.5mm；所述的转鼓的材料为碳钢。
在本发明一个优选的方面，所述的转鼓直径为1700-3200mm，宽度为400～600mm。
在本发明一个优选的方面，所述的转鼓直径为1800-2200mm，波纹周期的长度为30～50mm，波纹的深度为1.1-1.4mm。
在本发明一个优选的方面，所述的转鼓直径为1900-2100mm，波纹周期的长度为32～42mm，波纹的深度为1.1-1.4mm。
在本发明一个优选的方面，所述的转鼓直径为2000mm，波纹周期的长度为32～42mm，波纹的深度为1.3mm。
在本发明一个优选的方面，所述的转鼓直径为2000mm，宽度为450mm，波纹周期的长度为36mm，波纹的深度为1.3mm。
在本发明的其他方面，还提供了以下的技术方案：在材料为碳钢、直径为2000m的转鼓外表面利用机械加工的方式，沿着转鼓表面宽度方向加工出一种带有纹路的外形。这种带有纹路的转鼓外表面可以提高轮胎与转鼓间的摩擦力，因此在试验时能得到更大的车轮侧向力。纹路的加工方式及形状为：利用数控机床在转鼓外圆表面上加工出周期性的平滑波浪线。
在本发明的其他方面，还提供了以下的技术方案：
在本发明的一个方面，提供了一种车轮试验机转鼓，其特征在于，所述的转鼓由碳钢制成，且表面包括耐磨合金层。
在本发明的一个优选的方面，所述的耐磨合金是通过电弧喷涂工艺来进行喷涂的。
在本发明的一个优选的方面，所述的耐磨合金是7Cr13超硬耐磨合金。
在本发明的一个优选的方面，所述的耐磨合金层的厚度为0.3mm-0.5mm。
在本发明的一个优选的方面，所述的耐磨合金层的厚度为0.4mm。
在本发明的其他方面，还提供了以下的技术方案：
转鼓加工完成后用电弧喷涂工艺，将7Cr13超硬耐磨合金喷涂在转鼓表面，厚度约0.3mm-0.5mm。
还提供了一种新型车轮试验机转鼓，直径为2000mm，其特征是：在转鼓表面分布着周期性的波纹，波纹形状为平滑的多段圆弧。转鼓表面覆盖有耐磨涂层。
在一个优选的方面，转鼓外表面沿鼓面宽度方向每36mm的宽度上有一个周期的波纹。
在一个优选的方面，波纹的深度为1.3mm，波纹形状为平滑且相切的多段圆弧，圆弧半径为62.63mm。
在一个优选的方面，转鼓表面有涂层，材料是7Cr13超硬耐磨合金，用电弧喷涂工艺均匀涂覆在转鼓表面，形成厚度为0.3mm-0.5mm的耐磨层。
本发明的有益效果是，转鼓的加工难度降低，转鼓提供摩擦力的能力增加14％，耐磨寿命较原来提高3-4倍。本发明在较之改进处还在于：增加转鼓直径，以提高转鼓与车轮接触面积，增大摩擦力。转鼓表面波纹形状改变。应用电弧喷涂工艺，在转鼓表面增加粗糙的耐磨材料涂层。经过验证，本发明转鼓的外形加工难度大幅降低，增加的表面涂层使转鼓表面耐磨性提高3-4倍，转鼓提供侧向摩擦力的能力提高14％。
一种新型车轮试验机转鼓，在转鼓表面上，沿转鼓宽度方向分布周期为36mm的圆弧波纹，波纹深度1.3mm。转鼓表面采用电弧喷涂工艺涂覆耐磨材料，厚度约0.3mm-0.5mm。这种转鼓加工容易，转鼓提供摩擦力的能力较原来提升14％，耐磨寿命提高3-4倍。
在其他的方面，还提供了以上的转鼓在汽车车轮双轴疲劳试验和道路载荷谱模拟试验中的应用。
附图说明
以下，结合附图来详细说明本发明的实施方案，其中：
图1是本发明的实施例1的转鼓的整体示意图。
图2是本发明的实施例1的转鼓的波纹分布示意图。
图3是本发明的实施例1第1组的转鼓的立体示意图。
图4是本发明中试验样品电弧喷涂7Cr13后的效果。
具体实施方式
实施例1：转鼓的制备
碳钢转鼓的直径为1700mm，宽度为500mm。在转鼓外表面沿表面宽度方向设置周期性的波浪线，波浪线上设置圆弧，形成转鼓宏观轴线方向的大波浪线上带有小圆弧。在转鼓表面分布着13个周期波纹，波纹的深度为1mm，波纹形状为平滑且相切的多段圆弧，在每一个周期的波纹线上，分布6个弦长为6mm的凸起小圆弧，小圆弧的凸起高度为0.2mm，圆弧与圆弧的相接处有R2的倒圆角。按照此方法制作成的转鼓为第一组。
碳钢转鼓的直径为2000mm，宽度为450mm，见图1。在此碳钢转鼓的基础上，使用7Cr13超硬耐磨合金(购自北京东方晶格科技发展有限公司)用电弧喷涂工艺均匀涂覆在转鼓表面，形成厚度为0.3mm-0.5mm的耐磨涂层，记为第二组。
对直径为2000mm，宽度为450mm的转鼓的表面进行机械加工形成纹路，纹路的具体尺寸为：在转鼓表面沿轴向分布着周期性的波纹。在外表面上的一个周期中，波纹是由首尾相切的等直径下凹圆弧线和上凸圆弧线所组成的。波纹的宽度为36mm，波纹的深度为1.3mm，波纹形状为平滑的多段圆弧。见图2所示。按照此方法制作成的转鼓为第三组。
对第三组转鼓，将7Cr13超硬耐磨合金用电弧喷涂工艺均匀涂覆在转鼓表面，形成厚度为0.3mm-0.5mm的粗糙耐磨涂层，记为第四组。
对直径为2000mm，宽度为450mm的碳钢转鼓的表面进行机械加工形成纹路，纹路的具体尺寸为：在转鼓表面沿轴向分布着周期性的波纹。在外表面上的一个周期中，波纹是由首尾相切的等直径下凹圆弧线和上凸圆弧线所组成的。波纹的宽度为36mm，波纹的深度为2mm。按照此方法制作成的转鼓为第五组。
实施例2：摩擦力试验
将以上第1-5组转鼓安装在车轮道路模拟台架上，以转鼓表面模拟路面。将车轮轮胎总成压在转鼓表面上，并设置一定的转向角。启动试验机台架使之旋转，测量车轮所受的轴向力(即鼓面与轮胎产生的摩擦力的轴向分量)。使用以下的工作条件来进行摩擦力试验：
车轮与轮胎：选用17寸车轮，225/50R17子午线轮胎(胎压450kPa)。
接触面压力设定：17000N(常用2.5倍车轮最大静载荷)
速度设定为：60km/h。车轮转向角设定5°。
测量车轮所受的轴向力大小(即鼓面与轮胎摩擦力的轴向分量)。
结果表明，第3、4、5组的转鼓的摩擦力明显提高，具体如表1所示：
表1：第1-5组转鼓的摩擦力(N)参数
结果表明，在转鼓表面上添加前文所示的波纹，可以提高转鼓表面的摩擦力。但是在第5组中，波纹的深度过深，导致轮胎磨损太快，噪音也明显增大。第一组的波纹复杂，加工难度大，成本高昂。因此，按照本发明的技术方案制备的转鼓在降低加工复杂度的基础上，提高了摩擦力，并且避免了由于波纹深度过深导致的轮胎磨损速度过快和噪音过大的缺陷。
在第4组试验的基础上，保持其他条件不变，将深度改变为1.1mm(第6组)、1.4mm(第7组)、1.5mm(第8组)。并且在同样条件下进行试验，结果表明，其摩擦力与第1组相比均提升7％以上，并且随着深度的加深而加大，并且没有出现轮胎磨损过大以及噪音突然加大的情况。
在加深波纹的过程中，会导致轮胎的磨损太快，并且加大噪音。但是在本申请的实施例1的第3-4组的转鼓中，通过波纹形状和深度选择的组合，避免了此问题。从第5组的试验结果中可以看到，在深度进一步加大时，就出现了轮胎磨损速度过快和噪音过大的缺陷。而当深度在更浅的范围内或者采取别的表面结构时，又不足以产生更高的摩擦力。本申请的发明人惊奇地发现，在优选表面结构和波纹深度的基础上，同时克服了以上的问题，并且没有带来额外的问题。
本发明人还惊喜地发现了以下的事实。在第1组中，转鼓为小直径，大小组合波纹以及无涂覆。在第2组中，转鼓为大直径，减少了波纹，增加了涂覆，然后侧向摩擦力减少了1.67％。在第3组中，转鼓为大直径，波纹是圆弧组合波纹，没有涂覆，摩擦力提高了7.19％。在第4组中，转鼓为大直径，波纹为圆弧组合波纹，有涂覆，摩擦力提高了14.13％。很明显的是，将第2组的技术方案和第3组的技术方案的设计要素组合，就是第4组的技术方案。很明显的是，将第2和第3组结合后，摩擦力出人意料地大大提高了，波纹的形状和耐磨合金的涂覆之间存在明显的协同效应。
实施例3：寿命试验
将以上各组转鼓放在道路模拟试验台架上，并使之旋转。为了加速测试耐磨寿命，用砂轮代替车轮压在转鼓表面上，其他条件设定同摩擦力试验。
记录1分钟后转鼓表面的磨损量及形态。
结果表明，第2组和第4组的转鼓的磨损明显降低，具体如表2所示：
表2：第1-5和第9组转鼓寿命参数
结果表明，在转鼓表面上添加耐磨合金涂覆，可以显著提高转鼓的寿命。

Claims (10)

1.一种车轮试验机转鼓，其特征在于：
所述的转鼓的外表面上包括周期性波纹，所述的周期性波纹在外表面上的一个周期中，是由首尾相切的等直径下凹圆弧线和上凸圆弧线所组成的，一个周期的长度为30～50mm，深度为1～1.5mm；优选地，所述的转鼓的材料为碳钢。
2.权利要求1所述的车轮试验机转鼓，其特征在于，所述的转鼓表面还包括电弧喷涂的耐磨合金涂层；优选地，所述的耐磨合金涂层是由7Cr13焊丝经电弧喷涂形成的。
3.权利要求2所述的车轮试验机转鼓，其特征在于，所述的耐磨合金涂层的厚度为0.3-0.5mm。
4.权利要求1-3中任一项所述的车轮试验机转鼓，其特征在于，所述的转鼓直径为1700-3200mm，宽度为400～600mm。
5.权利要求1-3中任一项所述的车轮试验机转鼓，其特征在于，所述的转鼓直径为1800-2200mm，波纹周期的长度为30～50mm，波纹的深度为1.1-1.4mm。
6.权利要求1-3中任一项所述的车轮试验机转鼓，其特征在于，所述的转鼓直径为1900-2100mm，波纹周期的长度为32～42mm，波纹的深度为1.1-1.4mm。
7.权利要求1-3中任一项所述的车轮试验机转鼓，其特征在于，所述的转鼓直径为2000mm，波纹周期的长度为32～42mm，波纹的深度为1.3mm。
8.权利要求1-3中任一项所述的车轮试验机转鼓，其特征在于，所述的转鼓直径为2000mm，宽度为450mm，波纹周期的长度为36mm，波纹的深度为1.3mm。
9.权利要求1-3中任一项所述的车轮试验机转鼓，其特征在于，所述的转鼓的波纹的深度为1.3mm，波纹形状为平滑且相切的多段圆弧，圆弧半径为62.63mm。
10.权利要求1-3中任一项所述的车轮试验机转鼓，其特征在于，所述的波纹是平行于转鼓截面的。
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