大客车前轮磨损机理及改进措施研究

　第 25 卷　第 6 期 湖　南　大　学　学　报 V o1. 25, N o. 6 　1 9 9 8 年 12 月 JOU RNAL O F HUNAN UN IV ER S IT Y D ec. 1 9 9 8 大客车前轮磨损机理及改进 措施 《全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观软件质量保证措施下载工地伤害及预防措施下载关于贯彻落实的具体措施 研究α 曹立波　孙彦玮　樊慎铭3 　邱　荣3 (湖南大学机械与汽车工程学院, 中国长沙, 410082) 　　摘　要　对影响大客车前轮磨损的各因素进行了系统分析, 并以 PK6970 型大客车为例, 提出了相应的改进措施Λ 关键词　大客车, 轮胎磨损, 研究 分类号　U 271. 1 Study on M echan ism and Imp rove M ethods of Bus F ron t T ire W ear Cao L ibo　Sun Yanw ei　Fan Sengm in　Q iu Rong (Co llege of M echan ical and A utomo tive Engineering, H unan U niv, 410082, Changsha, P R Ch ina) 　　Abstract　T he variou s facto rs leading to bu s fron t t ire w ear are analysised. T ak ing model PK6970 bu s as examp le, som e effect ive imp rovem en t m ethods to decrease the t ire w ear are p rovided. Key words　bu s, t ire w ear, study 汽车轮胎作为汽车行驶系的重要组成部分之一, 除了起到承受整车重量的作用外, 还 将对汽车的动力性、经济性、通过性、行驶平顺性、操纵稳定性和制动性能产生至关重要的 影响Λ 同时, 汽车轮胎也是汽车运输中仅次于汽油消耗的第二大成本消耗Λ 正常情况下, 轮胎的设计使用寿命可达 7 万公里Λ 然而, 由于超载及技术状况不佳, 轮胎的使用寿命大 大降低, 以至许多汽车上的轮胎寿命不超过 4 万公里, 甚至降至 3 万公里以内Λ 株洲公共交通总公司采用发动机前置前开门的大客车作为无人售票大客车营运后, 发现其前轮磨损异常严重, 特别是萍乡客车厂生产的 PK6970 型大客车, 其轮胎使用寿命 仅 2. 5 万公里左右, 大大增加了营运成本Λ因此, 研究和分析其前轮磨损机理, 采取切实可 行的改进措施以降低轮胎磨损、延长使用寿命, 对株洲公共交通总公司具有十分重要的现 实意义Λ 1　前轮磨损机理及其影响因素 前轮磨损按其性质大致可分为两类, 即正常滚动磨损和侧滑磨损Λ所谓正常滚动磨损α 收稿日期: 1998203213. 第一作者曹立波, 男, 34 岁, 副教授. 3 株洲公交总公司 是指轮胎保持直线滚动行驶时, 轮胎与路面的相互作用造成的磨损Λ所谓侧滑磨损是指由 于外界因素导致轮胎边滚边侧滑而产生的轮胎磨损Λ前者的主要影响因素包括轮胎气压、 轮胎载荷、胎面花纹等; 后者的主要影响因素包括前轮定位参数、转向系与悬架的运动干 涉、轮辋变形、转向梯形失准等Λ 以下针对这些因素进行系统分析Λ 1. 1　轮胎气压 轮胎气压对轮胎寿命的影响见图 1Λ 图 1　轮胎气压与轮胎寿命的关系 从图 1 可见, 在一定载荷和行驶条件下, 有一最佳 的轮胎气压值Λ在该气压下使用轮胎, 轮胎的使用寿命 最长, 高于或低于该气压值, 轮胎使用寿命都会缩短Λ 其原因是: 轮胎气压过低时, 由于轮胎的法向变形和横 向变形增加而加大了胎体所受的压力, 同时, 由于增加 了胎面与地面的接触面积, 使胎面与地面的滑移增加; 轮胎气压过高时, 由于其刚性增加, 使轮胎承受的动载 荷增加, 轮胎胎冠容易爆破, 且胎面的压力过高, 弹性 变形减少, 磨损加剧Λ因此, 为了延长轮胎的使用寿命, 必须严格控制轮胎气压Λ GB 516289 规定, 对于承载量大于 2 250 kg 的轮胎, 应采用 10. 00～ 20 的轮胎Λ若仍使 用 9. 00～ 20 的轮胎, 则其气压值应不低于 7. 0 kgöcm 2Λ 由图 1 还可看出, 当轮胎气压降低 20 % 左右时, 轮胎寿命将减少 20 % ; 当轮胎气压 降低 40 % 时, 轮胎寿命将减少 50 % 以上Λ 1. 2　轮胎载荷 轮胎载荷对轮胎寿命的影响见图 2Λ 图 2　轮胎载荷与轮胎寿命的关系 从图 2 可以看出, 轮胎超载, 其寿命将缩短Λ 轮胎超载行驶时, 轮胎的变形部位扩大, 造成胎面 与地面相对滑移增加Λ另外, 轮胎超载会使轮胎承 受的冲击力增加, 使胎冠爆破Λ 一般情况下, 轮胎 超载 20 % , 其行驶里程降低 35 % ; 超载一倍时, 行驶里程将降低 80 % 以上Λ 1. 3　胎面花纹 常见的胎面花纹可分为横向花纹和纵向花纹 两大类Λ 纵向花纹的轮胎滚动阻力小、横向刚度 小、行驶噪声小、抗侧滑能力强, 适合在好路面上行驶, 随着道路条件的改善, 国内外越来 越多的车型上采用了纵向花纹的轮胎, 其侧滑磨损较小Λ 1. 4　前轮定位参数 在四个前轮定位参数中, 影响轮胎寿命的主要是前束和外倾角Λ前束和外倾角是一对 相互制约的因素, 其正确取值应能保证汽车沿直线滚动向前行驶而无横向滑移, 如图 3 所 示Λ 即满足以下计算公式 83 　　　　　　　　　　　　　　湖　南　大　学　学　报　　　　　　　　　　　　　1998 年 　　　　　　∆= 4D rr sin2 ( losinΧö2rr)losinΧ , (1) 图 3　前轮外倾与前束的关系 其中, ∆为前束值, Χ为车轮外倾角, D 为轮胎直径, rr 为滚动 半径, lo 为轮胎接地印迹长Ζ 然而, 由于载荷、气压等多方面因素的影响, 要想完全避 免横向滑移是不可能的, 只能尽量减少滑移值Ζ 试验表明, 汽 车滑侧量由 1 m ökm 增加到 5 m ökm , EQ 140 轮胎寿命将减 少 49. 5 % , CA 15 轮胎寿命将减少 63 % Λ 汽车的前轮定位参数随使用过程会有所变化, 特别是新 车Ζ 如前轮外倾角, 当行驶里程一万公里以内时, 平均每一千 图 4　转向直拉杆与悬架的运动协调 公里将减少 2. 5′Ζ在此以后的使用过程中, 轮胎的外倾 角也是逐渐减少Ζ 因此, 为保证前轮的正常行驶, 其前 束值也应作相应的调整Ζ 此外, 主销的内倾角和后倾角将影响汽车的转向 特性, 同时影响轮胎磨损Ζ 1. 5　转向系与悬架的运动干涉 如图 4 所示, 转向系的转向节臂球销一方面通过 转向直位杆与转向器垂臂相连, 另一方面又通过主销 与前桥相连Ζ当前桥上下跳动时, 该球销既要随前桥绕 图 5　转向中心及转向梯形机构 钢板弹簧跳动中心跳动, 又要绕转向垂臂球销中心跳 动Ζ 当该两点相距较远时, 就会产生较大的运动干涉 (正常情况下, 此干涉值应小于 8 mm ) , 导致前轮非正 常转向而偏摆, 加速轮胎磨损Ζ 1. 6　转向梯形机构 为避免路面对汽车产生附加阻力而加速轮胎磨 损, 要求汽车在转向时车轮作纯滚动而无滑动, 也就是 各车轮的轴线应相交于一点, 该点称为汽车的瞬时转 向中心, 如图 5 所示Ζ 理想的内外轮转角关系如下式 　　　　　　ctg Η02ctg Η1= K öL . (2) 该转角关系是由转向梯形机构来保证的Ζ 若转向 图 6　轮胎不规则磨损 梯形机构失准, 则汽车在转向时, 车轮不能绕同一中心滚动, 必将 导致部分车轮边滚边滑, 加速轮胎磨损Ζ 由转向梯形所实现的内外轮转角关系为 　　Η1 = Σ- sin - 1 (m sin (Σ+ Η0) ö M 2+ m 2- 2M m co s (Σ+ Η0) ) - co s - 1 ( (M 2+ 2m 2- n2- 2M m co s (Σ+ Η0) ) ö (2m M 2+ m 2- 2M m co s (Σ+ Η0) ) ) , 其中, Η0 为外轮转角, Η1 为内轮转角Ζ 93第 6 期　　　　　　　　曹立波等: 大客车前轮磨损机理及改进措施研究　　　　　　　　　　 1. 7　转辋变形 当车轮的轮辋发生变形后, 车轮在滚动时就会产生不规则侧滑, 导致轮胎的不规则磨 损, 如图 6 所示Ζ 2　株洲公交总公司的现状及改进措施 2. 1　保证足够的轮胎气压 以 PK6970 为例, 其空载前桥负荷为 3. 55 t, 以满载 50 人计算, 按理想轴荷分配, 满 载前桥负荷即 4. 55 t, 每个车轮的负荷为 2. 275 t, 此值即已超过 14 层级 9. 00～ 20 轮胎 对应 7. 0 kPa 气压的额定负荷 2. 255 tΛ 由此可见, 为了延长轮胎的使用寿命, 除了应想 办法 鲁班奖评选办法下载鲁班奖评选办法下载鲁班奖评选办法下载企业年金办法下载企业年金办法下载 降低前桥负荷外, 还必须保证足 够的轮胎气压Ζ 例如, 对于经常处于满载或超载的车辆, 建议改用 10. 00～ 20 的轮胎Ζ 若 仍采用 9. 00～ 20 的轮胎, 则其轮胎气压应不低于 7. 0 kPaΛ或从轮胎的接地印迹判断, 以 满载时 3 个花纹接地, 空载时花纹块边缘与地面不接触为宜Λ 2. 2　尽量降低轮胎载荷 前已述及, 当采用 14 层级 9. 00～ 20 轮胎, PK6970 大客车在满载时按理想轴荷分配 即已超过轮胎负荷Ζ 而实际情况中, 由于乘客习惯于站在车门附近, 对于后门开在两桥中 间的大客车, 其前桥负荷还将增大, 造成前轮负荷的进一步增加Ζ 因此, 为了减少前轮磨 损, 除了适当提高轮胎气压外, 还可采用以下措施: 1)在客流高峰的时候, 适当增开车次, 以分流乘客; 2)后车门改至后桥以后Ζ 2. 3　采用纵向花纹轮胎 由于纵向花纹轮胎具有滚动阻力小、抗侧滑能力强等优点, 对于行驶路面较好的公交 大客车, 可全部采用纵向花纹轮胎Ζ对不实施轮胎换位的车辆, 也可采用前轮纵向花纹、后 轮横向花纹的结构 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 Ζ 2. 4　校准前轮定位参数 将 PK6970 大客车的有关结构数据代入式 (1) , 便可得到表 1 所示理想前束值与车轮 外倾角的对应关系Λ 表 1　理想前束值与车轮外倾角的对应关系 外倾角ö(°) 1 0. 9 0. 8 0. 7 0. 6 0. 5 0. 4 0. 3 0. 2 0. 1 0 接地印迹 180ömm 6. 59 5. 93 5. 28 4. 62 3. 96 3. 3 2. 64 1. 98 1. 32 0. 66 0 接地印迹 200ömm 7. 33 6. 59 5. 86 5. 13 4. 40 3. 66 2. 93 2. 20 1. 47 0. 73 0 　　　　　　注: 前束测量以轮胎最大直径处为准 为了验证理论计算的准确性, 研究中对株洲公交总公司提供的 PK6970 型 184 号大 客车进行了实测, 测得其满载时的前束值为 3. 5 mm , 外倾角为 41′, 与理想值很接近, 应该 具有较小的侧滑量Λ 在侧滑实验台上对 184 号车的侧滑量进行实测, 测量结果为 1. 2 m ö km Λ 表明理论计算与实际情况吻合较好, 用表 1 数据可以指导对前束进行实际调整Λ 实验中还发现, 株洲公交总公司的许多车型的前轮定位参数出入较大, 这是导致前轮 04 　　　　　　　　　　　　　　湖　南　大　学　学　报　　　　　　　　　　　　　1998 年 磨损的主要原因之一Λ 因此, 为减少前轮磨损, 建议采取以下相应措施: 1)购买一至两套前轮定位仪, 在车辆进行二保时参照表 2 对前轮定位参数进行校准; 2)对于磨损严重的球销、主销、轴承和转向系其他零件应及时予以更换Λ 2. 5　减少转向系与悬架的运动干涉 PK6970 大客车的转向系与悬架结构如图 7 所示Λ 由计算结果可得, 其转向系与悬架 (a)　整体式结构　　　 (b)断开式结构 图 7　直拉杆布置 的运动干涉为 15. 16 mm , 远远大于限值Λ 由此可 见, PK6970 大客车的转向系与悬架的运动干涉是 造成其前轮异常磨损的主要原因之一Λ 该现象在前 悬加长的其他车型上也屡见不鲜, 如株洲公交总公 司自行改装的某型大客车, 前悬加长, 转向直拉杆加 长 400 mm , 发动机及底盘均未改变, 前桥负荷并无 很大变化, 但其前轮磨损现象却明显增加Λ 因此, 为减少前轮磨损, 建议采取以下相应措 施: 1)将转向直拉杆改为断开式结构, 如图 7 所示Λ 计算结果表明, 该结构的转向系与悬架的干涉量为 6. 41 mm , 小于限值; 2) 适当增加钢板弹簧刚度, 减少前桥跳动量 (由于CD K6970 大客车钢板弹簧刚度比 PK6970 大客车大约一倍, 故其前轮磨损现象明显好于 PK6970 大客车) Λ 2. 6　减少转向磨损 将 PK6970 大客车的有关尺寸参数代入上述计算公式, 便可得到表 2 所示结果Λ 表 2　外轮转角与内轮转角的关系 外轮转角 Η0ö(°) 10 20 30 内轮转角 Ηiö(°) 10. 7 23. 1 37 表 3　实测外轮转角与内轮转角的关系 左转向ö(°) 外 内 右转向ö(°) 外 内 10 10. 9 10 9. 8 20 22. 5 20 23. 0 30 35. 4 30 37. 7 　　将表 2 结果与表 3 实测结果比较 可知, 实际左右车轮的转向中心有一 定误差, 普遍表现为内转角偏小Λ这与 实际结构中存在制造误差、活动间隙 等有关, 也与底盘改装时轴距改变有 关Λ为校准转向梯形结构, 可通过改变 转向横拉杆或改变梯形臂来实现Λ 但 对于现有的大客车, 改变转向横拉杆 会改变前轮定位关系, 而改变转向梯 形臂又比较困难Λ 因此, 为减少转向磨损, 在设计或选型时就应对梯形机构进行校核Λ 使 用中则要求驾驶员在转向时应减速慢行Λ 2. 7　其　它 1)校准轮辋变形Λ对于出现不规则块状磨损 (啃胎)的轮胎, 应首先检查其轮辋是否变 形Λ 对于出现明显变形的轮辋应及时校准或改换Λ 2)保持整车技术状况Λ 在车辆进行二保时应仔细检查整车技术状况是否正常Λ 如钢 板弹簧是否错位、轮毂轴承松紧度是否正常、主销与主销孔间隙是否正常、左右车轮制动 力是否均匀等, 对于存在的问题应及时予以更正Λ 14第 6 期　　　　　　　　曹立波等: 大客车前轮磨损机理及改进措施研究　　　　　　　　　　 3　改进效果与结论 通过对株洲公交总公司的大客车实施改进后, 许多车辆的轮胎已无明显的异常磨损, 轮胎寿命也延长至 8～ 10 个月Λ但也有一些车辆效果不太明显, 主要是因为这些车辆的技 术状况不佳, 在改进前又没有针对其具体情况进行细致分析Λ 由此可见, 要想取得良好的 改进效果, 改进措施必须因车而异Λ 参 考 文 献 1　关文达. 汽车轮胎的合理使用. 汽车技术, 1993 (8) : 51～ 54 2　赵　琢. 汽车运行不稳定及轮胎早期磨损的原因. 汽车运输, 1991 (6) : 18～ 20 3　任先进. 轮胎使用条件与使用寿命. 汽车运输, 1991 (8) : 41～ 42 (上接第 27 页) 参 考 文 献 1　张正奇. 法庭化学. 长沙: 湖南大学出版社, 1997 2　Zhang Z Q , Chen Z G, Chen S Z, et a l. Carbon paste electrode modified by surfactan t fo r anodic strip2 p ing vo ltamm etric determ ination of su lphadiazine. Chem R es in Ch in U niv, 1994 (10) : 85～ 92 3　Zhang Z Q , Chen S Z,L iN H , et a l. M ixed b inder carbon paste electrode fo r the quan tita t ion of ison i2 azid in serum. Chem R es in Ch in U niv, 1993 (9) : 303～ 308 4　张正奇, 曾鸽鸣, 刘传桂. 用混合粘合剂碳糊电极测定丁螺环酮. 药学学报, 1996, 31 (3) : 226～ 230 5　Sm ith W F, Chabala E D. T he determ ination of selected o rgan ic substances of siginficance in a devel2 op ing coun try. F resen ius A nal Chem , 1993, 345 (11) : 701～ 704 6　Kalvoda R. A dso rp tive stripp ing vo ltamm etry of electroactive o rgan ic compounds. A nal Ch im A cta, 1984 (162) : 197～ 205 7　Bow ling R ,M ccreery R L. D iagno sis of adso rp tion on so lid electrodes w ith sem iin tegral vo ltamm e2 t ry. A nal Chem , 1988 (60) : 605 24 　　　　　　　　　　　　　　湖　南　大　学　学　报　　　　　　　　　　　　　1998 年