小型汽車輪胎專用托盤設(shè)計(jì)

張 駿，吳健麗

（南京林業(yè)大學(xué) 汽車與交通工程學(xué)院，江蘇 南京 210037）

1 研究背景

汽車輪胎是汽車的重要部件之一，它直接與路面接觸，和懸架共同來緩和汽車行駛時(shí)所受到的沖擊，以保證乘客乘坐舒適。目前輪胎的主要材質(zhì)是橡膠，因其特性與一般貨物不同，在存儲和運(yùn)輸過程中存在的問題相對較多：運(yùn)輸中，輪胎之間的摩擦?xí)斐商?cè)一定的磨損；存儲時(shí)，庫房的溫度、濕度、光照、氧氣等都會對輪胎造成化學(xué)上的傷害，而其存放方式、承裝物體等則會對輪胎造成物理上的磨損。為了減輕物流過程中輪胎受損，有效延長輪胎壽命，設(shè)計(jì)出符合輪胎特性的專用托盤十分必要。

2 汽車輪胎專用托盤設(shè)計(jì)需求分析

2.1 輪胎簡介

一般的汽車輪胎都是充氣式輪胎，充氣式輪胎分為兩種，一種是有內(nèi)胎的輪胎，另一種是無內(nèi)胎的輪胎。汽車輪胎按照胎體簾布層結(jié)構(gòu)的不同，還可以分為斜線輪胎和子午線輪胎，汽車一般情況下使用的是子午線輪胎。汽車輪胎按照輪胎內(nèi)空氣壓力的不同，又可以分為高壓、低壓和超低壓三種輪胎，低壓輪胎彈性好、接地面積大、斷面寬，所以一般的汽車用的都是低壓胎。汽車輪胎作為被運(yùn)輸?shù)呢浳铮哂胁荒湍?、怕壓、體積大、重量大的特點(diǎn)，在運(yùn)輸和倉儲中采用的托盤要避免出現(xiàn)這些問題，以保護(hù)輪胎。汽車輪胎常見的參數(shù)有胎寬（輪胎厚度與寬度的百分比）、速度標(biāo)識（汽車輪胎在規(guī)定最大承載荷重的情況下所能行駛的最大速度）、R（輪轂直徑）和載重系數(shù)。

2.2 設(shè)計(jì)需求分析

（1）輪胎常用尺寸為15、16、17英寸，要求托盤空間夠大，將輪胎放置其中時(shí)不會與其它的輪胎接觸，避免碰撞摩擦；

（2）普通的汽車輪胎重量一般是5-9kg，要求托盤強(qiáng)度足夠承受汽車輪胎的重量；

（3）在運(yùn)輸途中能夠固定汽車輪胎；

（4）在倉庫存放時(shí)要方便進(jìn)出；

（5）運(yùn)輸時(shí)方便叉車的插??；

（6）選材要環(huán)保并且可重復(fù)使用；

（7）能夠?qū)⑤喬ピ趥}儲過程中進(jìn)行翻轉(zhuǎn)，以保證其整體受力均衡；

（8）托盤在閑置時(shí)不能過多的占用倉庫的空間。

根據(jù)以上分析，可見輪胎專用托盤應(yīng)該具有足夠強(qiáng)度、足夠空間、易存取、可翻轉(zhuǎn)、可疊放等特性，下文將據(jù)此進(jìn)行設(shè)計(jì)。

3 托盤結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)上文的特性分析，本文在設(shè)計(jì)時(shí)，對托盤的四周進(jìn)行可拆卸的加固和防護(hù)，用圍欄和擋板的形式將汽車輪胎保護(hù)起來。無作業(yè)時(shí)就將托盤拆卸放置。托盤底部可以設(shè)計(jì)鏤空式和封閉式，使得輪胎可以垂直站立放置，不會造成擠壓且可以放置更多的輪胎。此外，為了保證豎直放置的輪胎受力均勻，不會發(fā)生部分部位過度形變，在托盤上設(shè)置翻轉(zhuǎn)裝置，具體托盤結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 整體結(jié)構(gòu)圖

（1）托盤四周設(shè)有防護(hù)裝置，左右是橫狀的可拆卸木條，用來夾持放置在托盤上的輪胎，前后是木板，可以進(jìn)行打開和閉合，方便工人將輪胎放置到托盤上，并且也起到一定的夾持作用，防止輪胎在運(yùn)輸過程中滑動，木板高度是0.5m。托盤的底部是整塊木板，中間的凹槽根據(jù)輪胎的直徑定制，這樣可以很好的將輪胎卡緊。托盤底部的凹槽有兩排，輪胎垂直放置在托盤中，輪胎之間互相沒有擠壓，而且在運(yùn)輸過程中的穩(wěn)定性也比較好。此款輪胎在配合叉車使用時(shí)，叉車可以從前面進(jìn)行叉取。

（2）托盤四周的防護(hù)裝置中左右的圍欄是可拆卸的，豎直的木棍（如圖2所示）是采用螺旋狀的齒紋進(jìn)行咬合，而橫的木棍則是以凹槽的形式卡嵌在其中。采用可拆卸的方式是為了使得托盤在閑置時(shí)可以進(jìn)行堆摞，節(jié)省倉儲空間和成本。四周防護(hù)措施中前后的擋板均采用活動鐵片和螺絲進(jìn)行固定，當(dāng)托盤閑置時(shí)可以將鐵片和螺絲進(jìn)行拆除，將前后擋板取下。托盤尺寸：長*寬*高：1.2m*1m*1.5m。凹槽的寬度是0.45m，凹槽的深度是0.08m，木板的厚度是0.04m，地盤距地面的距離是0.2m。擋板的高度是0.6m，寬度是0.8m，厚度是0.02m。

圖2 轉(zhuǎn)動輪胎的木棍圖

4 托盤材料選取

在選定托盤材料時(shí)，通常首先要考慮的因素是材料的價(jià)格和重量，本文決定選用價(jià)格相對來說較為便宜、重量相對較輕的木材。市面上常用制作托盤的木材主要有楊木類、硬雜木類（榆木、槐木、樺木、柳木）和松木類，其各自特性和價(jià)格見表1和表2。

表1 托盤主要使用木材特點(diǎn)

表2 木材行情價(jià)格

除了以上兩個(gè)因素外，為了符合綠色物流的要求，材料選擇還需注意環(huán)保。本文所選取的三種木材均是未經(jīng)過深層次加工的原生木材，用原料直接進(jìn)行加工，對環(huán)境的影響較小。此外這三種木材均是普通常見的樹木，并非名貴木材，不會破壞生態(tài)環(huán)境的多樣性，并且可重復(fù)使用，經(jīng)濟(jì)環(huán)保，符合我們設(shè)計(jì)汽車輪胎專用托盤時(shí)的經(jīng)濟(jì)性理念。

5 托盤受力分析

選定材料為松木，用專業(yè)軟件SolidWorks進(jìn)行受力分析。受力分析情景是在裝載量為6 個(gè)輪胎均勻分布在托盤，且單個(gè)輪胎的重量為8kg。軟件分析的參數(shù)為托盤變形、托盤應(yīng)力、托盤受力。托盤變形指的是托盤在受到裝載的6個(gè)輪胎的重力時(shí)，與輪胎各個(gè)面所接觸的部位產(chǎn)生的形變的大小。托盤應(yīng)力是指托盤在受到裝載的6個(gè)輪胎的重力產(chǎn)生形變時(shí)，托盤內(nèi)部產(chǎn)生的對抗輪胎壓力、阻力托盤產(chǎn)生形變的力。托盤的有限元分析如圖3、圖4所示。

圖3 托盤變形圖

托盤的有限元分析如圖3、圖4 中的分析結(jié)果所示，對托盤的性能進(jìn)行有限元分析之后，所需考慮的參數(shù)是托盤的應(yīng)力和托盤的形變。托盤應(yīng)力的最大值為0.014 551，應(yīng)力較小，故而托盤的承受能力更優(yōu)一些。本文松木的彈性模量和泊松比選取值分別為16 272和0.42。

圖4 托盤應(yīng)力圖

6 總結(jié)

通過分析研究汽車輪胎的存儲現(xiàn)狀及其在物流過程中的特殊要求，本文設(shè)計(jì)了一款四周具有防護(hù)裝置、底部有契合輪胎尺寸、有凹槽的汽車輪胎專用托盤，該托盤采用豎直放置的形式，避免了輪胎互相之間的擠壓，同時(shí)可以裝載更多的輪胎；選取了品質(zhì)相對來說較好的松木作為托盤的材料，具有很好的承重性和經(jīng)濟(jì)性，同時(shí)還具有環(huán)保性；此外還可以拆卸，便于裝卸輪胎，并且節(jié)省倉儲空間和倉儲成本。由于該托盤采用國家標(biāo)準(zhǔn)尺寸制作，且是針對常用規(guī)制輪胎，具有顯著的推廣價(jià)值。