CN104897497A

CN104897497A - 一种轮胎接地压力分布分析提高耐磨性的方法

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Publication number: CN104897497A
Application number: CN201510030577.1A
Authority: CN
Inventors: 尹伯亚
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2015-01-22
Filing date: 2015-01-22
Publication date: 2015-09-09

Abstract

本发明公开了一种轮胎接地压力分布分析提高耐磨性的方法，对轮胎进行了印痕及压力分布测试，采集压力毯测试数据；采用压力分布磨耗数据处理方法评价印痕面积、平均压力、矩形系数、压力分布不均匀度、面积占有率、负荷占有率等实验参数；P、E最小化；R_c趋于1为最佳；S_ri、F_ri在接近p值区域达到最大化。平均压力及压力分布不均匀度值越小越好；矩形系数接近于1，接地形状接近矩形更好；接近平均压力的压力点越多越好，既压力分布越均匀越好。通过分析软件、图像处理软件、回归分析软件对实验数据进行处理。实现了产品的优化和优选，大幅降低设计周期设计成本，使该项技术得以验证和应用，具有巨大的应用价值和经济效益。

Description

一种轮胎接地压力分布分析提高耐磨性的方法

技术领域

本发明属于轮胎设计分析技术领域，涉及一种轮胎接地压力分布分析提高耐磨性的方法。

背景技术

轮胎工业是橡胶工业的主导产业，也是汽车工业发展的重要配套产业。随着我国高速公路建设和汽车运输的快速发展，轮胎产业迅猛发展，目前我国轮胎产量已经跃居世界首位。对比米其林、普利斯通等国际轮胎巨头，国内轮胎制造业在设计、工艺装备整体上还存在一定差距，但随着国内研发实力的迅速增强，这种差距在日益缩减。轮胎的耐磨性是国内外轮胎企业致力解决体现其技术先进性的标志，是国内外轮胎行业面临的共同课题，也是国内产品与国际名牌的主要差距之一。

轮胎是汽车唯一接地部件，轮胎、路面与汽车底盘的匹配形成汽车各种性能，轮胎性能对汽车研究分析至关重要。而轮胎的接地特性直接影响到其耐磨性、滚动阻力、操纵稳定性、噪声等，是研究轮胎各项性能的基础。本文重点阐述轮胎接地压力分布评价分析法及其与耐磨性的相关性，通过轮胎力学仿真分析、实验测试对比以及在实际产品改进应用情况论证其正确性及重要价值。

磨耗的研究非常复杂，其外在影响因素也是多方面的，使用条件(路况、负荷、速度、气压、车型、轮位及汽车驾驶人员等)的差异会直接影响磨耗性能，但随着国家限载管理的不断加强和汽车运输市场的日益规范，磨耗的重要性日趋凸现，特别是无内胎为主的中长途市场，耐磨性已成为用户考核产品性能最重要的技术指标。

国际轮胎企业已广泛开展轮胎压力分布的测试研究工作，从压膜法、玻璃全息照相技术、力学传感器技术到现代的导体/电阻敏感材料(压力毯)技术，应该说测试技术已经较为成熟。国内轮胎制造业近几年才意识到压力分布测试的重要性，大的几家轮胎企业先后引进压力分布测试设备。轮胎压力分布测试设备能够给出大量的数据信息，而对压力分布这些数据信息如何评价判断、如何用于指导产品结构改进属于各公司的技术机密，文献资料很少涉及具体方法，即使有文献报道，往往也是单一的、零散和不系统的。

发明内容

本发明的目的是提供一种轮胎接地压力分布分析提高耐磨性的方法，解决了现有技术中存在的问题。

本发明所采用的技术方案是，一种轮胎接地压力分布分析提高耐磨性的方法，包括以下步骤：

步骤1，

压力毯及压膜纸对轮胎进行了印痕及压力分布测试，采集压力毯测试数据；

步骤2，

采用压力分布磨耗数据处理方法评价印痕面积、平均压力、矩形系数、压力分布不均匀度、面积占有率、负荷占有率等实验参数；

其中，印痕面积S＝所有接地点面积总和，单位mm²；

单位Kpa；

矩形系数

负荷占有率F_ri，i＝1，2，3...n，压力在0～2000KPa范围内，梯度为100～200KPa，各压力区域点集合的负荷占轮胎负荷的百分比；

面积占有率S_ri，i＝1，2，3...n，压力在0～2000KPa范围内，梯度为100～200KPa，各压力区域点集合的面积占轮胎接地总面积的百分比；

压力分布不均匀度

E = \sqrt{Σ_{i = 1}^{n} S_{ri} {(p_{ri} - p)}^{2}};

P、E最小化；R_c趋于1为最佳；S_ri、F_ri在接近p值区域达到最大化。也就是说，平均压力及压力分布不均匀度值越小越好；矩形系数接近于1，接地形状接近矩形更好；接近平均压力的压力点越多越好，既压力分布越均匀越好。

步骤3，

通过分析软件、图像处理软件、回归分析软件对实验数据进行处理。

本发明的有益效果是，压力分布磨耗相关性判断准则的建立，压力分布评价参数计算方法及评价准则的建立。引入面积占有率、负荷承担率全新的概念和分析方法；提出全新的不均匀度计算方法；提出了新的矩形系数计算方法面积计算方法更加准确、更加适用。本发明结合计算机仿真(FEM)技术，应用发明的压力分布判断准则，实现了产品的优化和优选，大幅降低设计周期设计成本，使该项技术得以验证和应用，具有巨大的应用价值和经济效益。

附图说明

图1是1100KPa气压、负荷3550kg压力分布图。

其中左图为现有设计，中间为本发明设计，右边为某国际名牌设计。

图2是1100KPa气压，负荷4260kg压力分布图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

一种轮胎接地压力分布分析提高耐磨性的方法，包括以下步骤：

步骤1，

压力毯及压膜纸对轮胎进行了印痕及压力分布测试，采集压力毯测试数据。

压力毯测试数据的归纳整理，为下步数据处理做准备。目前购置的压力毯能够实时给出轮胎加载过程中的接地面压力的点阵数据(视压力毯的精度而定，通常给出1万点-10万点数据)，对这些点数据进行程序输入处理。

步骤2，

采用压力分布磨耗数据处理方法评价印痕面积、平均压力、矩形系数、压力分布不均匀度、面积占有率、负荷占有率等实验参数。

其中，印痕面积S＝所有接地点面积总和，单位mm²；

平均压力单位Kpa；

矩形系数

压力分布不均匀度

E = \sqrt{Σ_{i = 1}^{n} S_{ri} {(p_{ri} - p)}^{2}};

步骤3，

本发明关键创新性体现在：

1.压力分布磨耗相关性判断准则的建立，压力分布评价参数计算方法及评价准则的建立。

2.引入面积占有率、负荷承担率全新的概念和分析方法；提出全新的不均匀度计算方法；提出了新的矩形系数计算方法(通常是计算几何形状，本发明提出面积计算方法更加准确、更加适用)。

3.本发明结合计算机仿真(FEM)技术，应用发明的压力分布判断准则，实现了产品的优化和优选，大幅降低设计周期设计成本，使该项技术得以验证和应用，具有巨大的应用价值和经济效益。FEM技术本身能够计算轮胎的压力分布，目前有多种国际通用软件，如ANSYS，MARC等很多，完全可以付诸应用。

实施例

1试验测试对比：

选择国内外一线品牌多个厂家的12R22.5轮胎进行了大量试验测试。测试内容包括外缘、印痕、压力分布和五项刚性。12R22.5 18PR标准气压 0.93MPa，标准负荷3550kg，考虑到市场使用的差异，测量条件设定为：气压分别为0.83MPa、0.93MPa、1.1MPa，负荷分别为80％、100％、120％标准负荷，轮辋9.0×22.5。下面列出部分测试数据对比情况：

1.1外缘尺寸：

试验测试了多个品牌30余条轮胎，由于数据量大及篇幅所限，表1只列出部分代表性数据。

表1 12R22.5外缘几何尺寸对比(气压930MPa)

1.2五项刚性：

五项刚性包括径向刚性、横向刚性、纵向刚性、扭转刚性和包络刚性。刚性反映轮胎的负载能力、操纵性能和越障性能等整体综合性能，对轮胎耐磨性、耐刺扎本身也有重要影响。轮胎的刚性与气压、负荷直接相关，轮胎的内外轮廓设计、骨架材料设计及花纹形式也直接影响到刚性的变化，表2列出了930kpa标准气压、3550kg标准负荷下五项刚性的数据。

表2 五项刚性对比

1.3印痕及压力分布

压力毯及压膜纸对轮胎进行了印痕及压力分布测试。实测对比显示，压力毯与压膜纸测试的印痕形状及压力分布有良好的一致性。但压力毯由于具有数据适时跟踪的特点，能更加准确便捷地反映不同负荷下的压力分布状态。气压选择1100kpa(国内市场12R22.5使用气压通常≥1100kpa)，负荷为标准负荷3550kg。

表3为印痕形状、压力分布数据对比分析。表中字母符号定义：

S-接地印痕面积，单位mm²；P-平均压力分布，单位KPa；E-压力分布不均匀度；R_c-矩形系数；P_dis-压力分布，单位KPa；S_r-面积占有率；F_r-负荷占有率。

表3 印痕形状及压力分布分析(气压1100kpa，负荷3550kg)

1.4轮胎有限元分析与试验测试结果对比

有限元分析技术已被业界普遍采用，选择某拖轮进行了压力分布计算并与实测结果进行了比对，二者具有良好的一致性。有限元分析技术也为产品开发和改进提供了一种快捷有效的评价手段。

试验小结

产品测试表明，国内轮胎企业对磨耗的测试研究还不够深入和系统，而国际名牌企业针对结构对磨耗的影响，在产品开发设计阶段既做过精细的考虑。产品几何尺寸、整体刚性、印痕形状、压力分布的测试研究以及轮胎力学分析对改善轮胎结构设计提高耐磨性都不失为有效的手段。轮胎作为一个整体，结构设计就是处理其主要特征参数之间相互干扰使轮胎整体达到合理平衡的过程，优化结构设计提高耐磨性也存在多种方法。

本发明对基于大量实验、测试、结构特征参数分析、结构力学分析，对产品磨耗进行了结构改进。以企业12R22.5驱动轮某花纹为例，介绍磨耗结构改进过程。

2.1结构设计改进

为了便于研究对比，花纹形式、行驶面宽度及外直径没变，对冠弧及侧板进行了调整，同时对施工设计进行了调整，结构参数调整见表4。

参数定义：A-行驶面宽度，B-断面宽，C-胎圈宽度，Φ-中心外直径，Φ₀-肩部外直径，H-断面高，H₁-下胎侧高度，H₂-上胎侧高度，C-胎圈宽度，E-中厚，E₀-肩厚，W-带束层总宽度。

表4 结构参数

2.2数据分析

表5 压力分布数据分析

编号	国际名牌	原设计	新设计
				S/mm²	46839	41961	45213
P/kpa	742.8	829.1	769.5
				E	272.7	372.1	280.8
R_c	0.957	0.875	0.928

P_dis/kpa	S_r	F_r	S_r	F_r	S_r	F_r
							0-600	0.329	0.159	0.337	0.137	0.308	0.135
600-1000	0.447	0.498	0.293	0.29	0.426	0.462
							1000-1200	0.178	0.261	0.158	0.212	0.195	0.279
1200-1400	0.033	0.058	0.129	0.202	0.055	0.093
							1400-	0.012	0.024	0.083	0.16	0.016	0.032

如图1、图2所示，从结构调整前后压力分布云图和数据分析可以看出，结构调整后印痕形状更接近矩形，印痕长轴略有缩短、印痕面积增加7.75％，相应的平均压力得到减小。

压力分布得到优化，不均匀度较大幅度下降，整体压力分布向中值(平均压力)集中，低负荷、高负荷区域相应减少，整体压力分布更加均匀。

产品在萧山荣盛进行装车路试，行驶路线杭州-宁波，往返里程300km，路况为高速公路，车型为1-1-3货车，自重20.36T，载荷34T，车速40～50km。装车时间2011年7月，技术人员对其进行了跟踪监测，截至2012年6月累计行驶里程122700km。磨耗数据整理见表6。

表6 磨耗数据整理

备注：1.平均剩余花纹深度，指周向三等分，分别测量对应点的所有轮胎主花纹沟剩余花纹深度，然后计算平均值；2.新胎花纹深度＝模具设计花纹深度*0.97；单胎磨耗＝里程/(新胎花纹深度-平均剩余花纹深度)；3.车型为单桥驱动，B1/B2/B3/B4分别对应左驱外/左驱内/右驱内/右驱外。

试验胎路试结果显示，改进设计较原设计耐磨性提升了20％以上，可见结构优化能较大幅度提升耐磨性，合理的轮廓和施工设计在不增加成本甚至降低成本的情况下依然能够提升耐磨性，针对国内磨耗研究普遍不够深入系统的现状，结构优化提升耐磨性就显得更为重要。

Claims

1.一种轮胎接地压力分布分析提高耐磨性的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，

步骤2，

其中，印痕面积S＝所有接地点面积总和，单位mm²；

单位Kpa；

负荷占有率F_ri，i＝1，2，3....n，压力在0～2000KPa范围内，梯度为100～200KPa，各压力区域点集合的负荷占轮胎负荷的百分比；

面积占有率S_ri，i＝1，2，3....n，压力在0～2000KPa范围内，梯度为100～200KPa，各压力区域点集合的面积占轮胎接地总面积的百分比；

步骤3，

2.根据权利要求1所述的一种轮胎接地压力分布分析提高耐磨性的方法，其特征在于，所述步骤3中通过计算机仿真软件ANSYS或MARC进行处理。