《橡胶工业》年第69卷第4期

DOI:10./j.issn.-X..04.

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作者简介

胡建光（—），男，浙江玉环人，杭州朝阳橡胶有限公司副主任工程师，主要从事轮胎检测及自动物流设备技术工作。

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轮胎均匀性检测设备对加载力的控制

胡建光1，戴柏炯1，姜超浪2

（1.杭州朝阳橡胶有限公司；2.北京朗胜峰测控科技有限公司）

摘要：均匀性检测设备对轮胎力的加载是通过对负荷轮的位置控制间接实现的，为此运用计算机软件中的二次曲线拟合实时获取轮胎的加载力的计算公式，从而得到标准加载力的负荷轮位置并传给可编程逻辑控制器（PLC），PLC通过步序程序控制负荷轮的动作，并会同伺服控制系统完成负荷轮的精准定位。

关键词：轮胎均匀性；检测设备；加载力；负荷轮；位置控制；二次曲线拟合；力学分析

主要内容

轮胎均匀性检测设备是通过模仿轮胎在路面行驶时，在标准加载力下检测轮胎受力情况的设备。轮胎均匀性检测设备加载力的控制与轮胎的弹性系数（径向刚度）关系紧密，但由于轮胎的加载力与加载半径是非线性关系，因此在控制上较为困难。我公司通过多年对轮胎的结构特点和检测设备的分析和研究，解决了国内外轮胎均匀性检测设备对均匀性加载力控制难的问题。

1　加载力的控制难点

根据标准加载力（Fn）下轮胎产生的受力误差范围（见图1，t为时间）分析可以得到

式中，Δf为标准加载力下轮胎（受力波形曲线上任意一点）产生的受力误差，W为在标准加载力下轮胎径向受力的振幅值。

2加载力的控制原理和计算机算法

2．1　力学分析及控制方法

将轮胎的受力模型简化为纵向和横向弹簧结构模型，如图2所示。

对力的加载起关键作用的是轮胎径向受力的纵向弹簧。根据力学计算公式，以轮胎的中心为坐标，可得

式中，F为轮胎的加载力，K为轮胎的弹性系数，X为加载力挤压后轮胎的实际位置（即加载半径），R为充气后轮胎的实际半径（即自由半径），R－X为轮胎径向受力后的压缩量。

根据式（2）得到标准加载力时负荷轮的位置（Xn）为

因为轮胎的加载力与径向压缩量的关系是非线性的，而且不同规格轮胎之间的差异较大，所以轮胎的加载力无法通过线性公式推算。经过反复论证，轮胎的加载力采取了曲线拟合的方式进行演算，在试验中运用了二次曲线拟合方式（见图3），达到较好的效果。

图中二次曲线拟合方程为F=aX2＋b（a，b为拟合参数）。该模拟运用最小二乘法多次曲线拟合实现。在实际运用中为获得最佳的拟合公式，可先使加载力大于标准加载力

ΔF1可以在计算机中通过参数设定，使负荷轮在计算机读取至预载随机值时停住，轮胎转动一周取得加载力平均值（Fm2），并读取对应的负荷轮的位置（Xm2）。再通过加载力平均值回找标准加载力在拟合曲线上对应的负荷轮的位置（Xn）。

式中，ΔF2为加载力平均值与标准加载力的差值。

根据式（3）和（4）得到最终施加标准加载力的

负荷轮位置（Xn2）的计算公式

如此实现了负荷轮的实际定位，但由于拟合曲线有误差，再加上其他诸多因素的影响，所以负荷轮的实际定位与设定值还有差异。如果轮胎实际转动一周加载力的平均值超过设定值的误差范围，那还需要继续寻找负荷轮的定位，直到达到要求为止。但本研究方法根据目前轮胎均匀性检测设备加载力的工艺控制要求，一般寻找1次负荷轮的定位就可以完成对加载力的控制，控制精度达到加载力的±1‰，充分满足现场工艺控制要求，远高于其他均匀性检测技术的控制精度。轮胎的加载力和负荷轮的位置控制对照曲线如图4所示。

2.2　数据采集

本研究的传感器信号经过信号放大器放大及滤波，传到研华数据采集模块进行模拟/数字（A/D）转换，最后变成数字量信号经由周边元件扩展接口（PCI）板送至上位机。

3可编程逻辑控制器（PLC）程序控制

轮胎的加载力控制的PLC流程如图5所示。

4结语

本轮胎的加载力控制方法充分考虑了轮胎的加载力与加载半径呈非线性关系的力学特点，运用二次曲线拟合轮胎的加载力的计算公式，实现了精准控制轮胎的加载力，是国内自主创新的轮胎均匀性检测技术。

ControlofLoadingForceofTireUniformityTestEquipment

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