用于裝配和移除輪胎的機器和用于操作機器的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于裝配和移除輪胎的機器和一種用于操作該機器的方法。本發(fā) 明應(yīng)用于輪胎修復(fù)專業(yè)人員的設(shè)備領(lǐng)域，并且具體地涉及車輪服務(wù)機器領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 應(yīng)當指出的是，術(shù)語車輪（車輛用）是指輪胎和對應(yīng)輪輞之間的聯(lián)接體（即，總輪 胎/輪輞）。
[0003] 車輪服務(wù)機器分為兩種主要類型：
[0004] -平衡機器，該平衡機器配置成測量車輪的靜態(tài)和/或動態(tài)不平衡；
[0005] -用于將輪胎裝配于對應(yīng)輪輞和移除輪胎的機器（在現(xiàn)有技術(shù)領(lǐng)域還稱為"輪胎 更換機器"）。
[0006] 車輛用車輪的平衡由輪胎修復(fù)專業(yè)人員執(zhí)行，以消除輪胎/輪輞組件的重量的不 對稱分布的效應(yīng)或減小至最小值。這些不對稱性通常由輪胎修復(fù)專業(yè)人員通過將平衡物固 定至輪輞進行補償。
[0007] 不對稱性由輪胎或輪輞的不理想圓度引起。這基本上是由于機加工缺陷、構(gòu)造材 料的非均質(zhì)性和充氣閥的存在，這些充氣閥盡管重量較輕，但構(gòu)成額外的不平衡重量。車輪 不平衡的其它原因涉及例如輪輞的變形（由沖擊和深坑洼引起）、輪胎在特定里程之后的 失圓度、胎紋在急剎車期間的壓平，和在車輛的裝配和移除期間的錯誤。
[0008] 這些不平衡產(chǎn)生力，這些力引起車輛的轉(zhuǎn)向輪、底盤和框架的惱人振動，特別是高 速時。
[0009] 這些力根據(jù)其作用的方向稱為：
[0010] -徑向力（在將輪輞的中心連接至輪胎胎紋的方向上）；
[0011]-側(cè)向力（在車輪的旋轉(zhuǎn)軸線的方向上）；
[0012]-切向力（在與胎紋相切的方向上）。
[0013] 輪輞/輪胎組件的不對稱性和非均勻性在車輪經(jīng)受負荷的旋轉(zhuǎn)期間引起徑向力、 側(cè)向力和切向力的變型。
[0014] 平衡機器包括框架，機動心軸從該框架伸出。鎖定系統(tǒng)使得有可能以車輪可旋轉(zhuǎn) 地放置的方式將輪輞固定至心軸，以執(zhí)行平衡操作所需的測量。這些機器通過分析機械振 動的時間和幅度測量車輪不平衡，該機械振動通過旋轉(zhuǎn)車輪而產(chǎn)生。機械振動通過使用變 換器根據(jù)移動、力或壓力進行測量，該變換器將所收集的測量結(jié)果轉(zhuǎn)換成電信號。平衡機器 向用戶指示在輪輞上固定平衡物的重量和位置。
[0015] 用于將輪胎裝配于輪輞上和移除輪胎的機器包括車輪保持器單元和至少一個操 作單元。車輪保持器單元通常包括鎖定系統(tǒng)，該鎖定系統(tǒng)固定輪輞（固定至旋轉(zhuǎn)支撐板） 以將其關(guān)于其旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)地設(shè)定。操作單元通常配備有多個工具，這些工具用于撬開胎 圈，移除和裝配輪胎。
[0016] 在移除期間，車輪固定至車輪保持器單元并旋轉(zhuǎn)地設(shè)定，同時操作位于相對于輪 輞的移動的靜止位置的移除工具以握持輪胎的胎圈的一部分并將其從輪輞基座取出。輪輞 的底座由輪輞的法蘭（即，環(huán)形邊緣）之間的區(qū)域形成。
[0017] 在裝配期間，輪輞固定至車輪保持器單元并旋轉(zhuǎn)地設(shè)定，同時操作位于相對于輪 輞的移動的靜止位置的裝配工具以將輪胎的胎圈區(qū)域按壓于輪輞底座的內(nèi)部。
[0018] 兩種類型的車輛服務(wù)機器（即，平衡機器和輪胎更換機器）具有不同特征和要求。
[0019] 在平衡機器中，車輪以大于輪胎更換機器的角速度的角速度旋轉(zhuǎn)。
[0020] 為了以高精確度測量不平衡和這些力，平衡機器需要用于鎖定輪輞的系統(tǒng)，該系 統(tǒng)是特別精確的和穩(wěn)定的。更具體地，用于鎖定輪輞的系統(tǒng)必須能夠?qū)⑤嗇y極其精確地對 中并且在車輪的旋轉(zhuǎn)期間維持該精確度。
[0021] 在輪胎更換機器中，輪輞的旋轉(zhuǎn)速度較小，但是輪胎上操作單元的工具的動作產(chǎn) 生大力，這種大力對車輪保持器單元和機器的框架具有效應(yīng)。為此，輪胎更換機器的車輪保 持器單元和鎖定系統(tǒng)必須是特別穩(wěn)健的和牢靠的。
[0022] 現(xiàn)有技術(shù)還存在配備有承載輥的車輪服務(wù)機器，該承載位于輪胎的周邊，模擬在 車輪的旋轉(zhuǎn)期間施加至胎紋的負載。
[0023] 配備有承載輥的平衡機器的實例描述于專利文件US8250915B1和US6405591B1 中。配備有承載輥的輪胎更換機器的實例描述于專利文件US8250915BUW02014/129476A1、 EP2468541AUCN101298231A 和 EP2361791B1 中。
[0024] 輥在車輪服務(wù)機器中的使用具有向輪胎修復(fù)專業(yè)人員提供可用信息的優(yōu)點，但存 在各種問題。事實上，輪胎修復(fù)專業(yè)人員了解可用信息。實際上，即使車輛車輪通過平衡 物進行平衡，但輪胎結(jié)構(gòu)的一些不均勻性當車輪在負載的作用下旋轉(zhuǎn)地設(shè)定時可產(chǎn)生側(cè)向 力。
[0025] -個問題關(guān)系到車輪在旋轉(zhuǎn)車輪保持器單元上的固定或鎖定，特別是就輪胎更換 機器而言。輪換更換機器所用的鎖定系統(tǒng)是穩(wěn)健的，但是較不精確。這限制了用輥執(zhí)行的 測量的準確度，從而不利地影響可靠性。
[0026] 另一個問題關(guān)系到總體尺寸，因為輥傾向于為大體積的。該問題就配備有輥的輪 胎更換機器而言特別有感觸，因為該輪胎更換機器配備有多個工具，這些工具必須與輪胎 更換機器同時或在不同使用階段（例如，胎圈撬開、移除、裝配）由輪胎修復(fù)專業(yè)人員用于 車輪上。有鑒于此，應(yīng)當指出的是，還重要的是輪胎修復(fù)專業(yè)人員具有用于在車輪周圍移動 的大量自由空間。
[0027] 因此，輪胎更換機器具有輥被添加至其的操作單元，該操作單元包括多個工具。為 此，必需避免操作單元的工具和輥自身之間的干涉。還必需容許輪胎修復(fù)專業(yè)人員以可靠 且快速的方式交替地使用負載輥和操作單元的工具而不損耗時間；還必須向輪胎修復(fù)專業(yè) 人員提供盡可能大的操作空間。
[0028] 為改善輪胎的特性并減小其不均勻性，輪胎修復(fù)專業(yè)人員通常從胎紋移除部分的 輪胎。事實上，該解決方案僅構(gòu)成常常證明令人不滿意的暫時糾正，因為所產(chǎn)生的振動服務(wù) 保持為高的。另外，從胎紋移除部分的輪胎意指減小胎紋的厚度，并且因此縮短輪胎的工作 壽命。
[0029] 輪胎結(jié)構(gòu)的側(cè)向力以及非均勻性的這些原因是已知為錐度和角度效應(yīng)的缺陷。
[0030] 為更好地理解錐度的概念，讓我們想象一下，在旋轉(zhuǎn)期間，經(jīng)受負荷的車輪采用截 頭圓錐體形狀（及，輪胎的第一側(cè)壁在直徑上大于第二側(cè)壁）。因此，輪胎從第一側(cè)壁至第 二側(cè)壁產(chǎn)生了指向圓錐的頂點的力。應(yīng)當指出的是，在車輪的旋轉(zhuǎn)方向相反的情況下，這種 力不改變方向。根據(jù)定義，
[0032] 其中FLI；W代表在第一旋轉(zhuǎn)方向上所測量的總側(cè)向力，并且FLT。。#表在相反于第 一旋轉(zhuǎn)方向的第二旋轉(zhuǎn)方向上所測量的總側(cè)向力。
[0033] 錐度一般與輪胎結(jié)構(gòu)的非均勻性相關(guān)聯(lián)，使得一個側(cè)壁比另一個側(cè)壁更具剛性。 [0034] 角度效應(yīng)產(chǎn)生側(cè)向力，該側(cè)向力可引起車輪偏離直行進方向。這些力由輪胎的表 層層的分布的不均勻性產(chǎn)生。在車輪的旋轉(zhuǎn)方向相反的情況下，這些力改變方向。根據(jù)定 義，
[0036] 其中FLI；W代表在第一旋轉(zhuǎn)方向上所測量的總側(cè)向力，并且FLT。。#表在相反于第 一旋轉(zhuǎn)方向的第二旋轉(zhuǎn)方向上所測量的總側(cè)向力。
[0037] 可用于輪胎修復(fù)專業(yè)人員的其它信息可通過測量滾動半徑來獲得?？紤]到輪胎壓 平，車輪的滾動半徑（即，車輪的旋轉(zhuǎn)軸線和輪胎與負載輥之間的接觸點之間的距離）小于 車輪的標稱半徑（即，車輪在不經(jīng)受負荷時的半徑）。工業(yè)參考標準（例如，ETRT0標準手 冊）定義了理論滾動周長，即，車輪在60km/h的旋轉(zhuǎn)速度和參考充氣壓力下（如下）在經(jīng) 受最大預(yù)定負荷時理論上所采用的動態(tài)周長的值：
[0038] Cdin lin= 3. 05dn
[0039] 其中dn為車輪的標稱直徑（即，不經(jīng)受負荷作用的車輪的直徑）。為驗證這些標 準，因此，必需以較高速度設(shè)定車輪旋轉(zhuǎn)，車輪服務(wù)機器（特別是輪胎更換機器）不能達到 該較高速度。
[0040] 另一個問題一般涉及所有配備有輥的車輪服務(wù)機器，并且涉及由于輥的測量的數(shù) 據(jù)用于診斷目的的完整性和實際實用性，該數(shù)據(jù)提供給機器。
[0041] 配備有負荷輥的車輪服務(wù)機器在車輪的旋轉(zhuǎn)期間提供涉及徑向力的振動（徑向 力振動，RFV)和切向力的振動（側(cè)向力振動，LFV)的數(shù)據(jù)；此外，可由配備有負荷輥的車輪 服務(wù)機器測量的另一參數(shù)為錐度（通過使輪胎在兩個方向上旋轉(zhuǎn)），這取決于側(cè)向力的行 為。
[0042] 然而，這些測量不容許將有關(guān)錐度（或更一般地，車輪的彈性響應(yīng)）的缺陷區(qū)別于 有關(guān)輪胎的結(jié)構(gòu)（由于例如可能的損失）的缺陷。此外，這些測量結(jié)果不提供對輪胎的噪 聲水平的診斷信息。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0043] 本發(fā)明的目標是克服現(xiàn)有技術(shù)的上述問題。
[0044] 本發(fā)明的一個目標是提供一種車輪服務(wù)機器和一種相對使用方法，其對輪胎修復(fù) 專業(yè)人員是特別有空的并易于使用。
[0045] 本發(fā)明的另一個目標是提供一種車輪服務(wù)機器和一種相對方法，其對輪胎修復(fù)專 業(yè)人員是特別有空的并易于使用。
[0046] 更具體地，本發(fā)明的一個目標是提供一種輪胎更換機器和一種相對使用方法，其 提供對車輪的診斷信息，該診斷信息是特別完整的和有意義的。
[0047] 本發(fā)明的另一個目標是將一種用于將車輪固定至車輪保持器單元的鎖定裝置提 供于車輛服務(wù)機器中，該鎖定裝置是特別穩(wěn)健的和精確的。
[0048] 這些目標根據(jù)如所附權(quán)利要求所表征的本發(fā)明完全實現(xiàn)。
[0049] 在根據(jù)本發(fā)明的一個實例實施例中，提供了一種配備有輥的輪胎更換機器，該輪 胎更換機器為輪胎修復(fù)專業(yè)人員留下寬敞空間以用于在車輪周圍操作，并且容許輪胎修復(fù) 專業(yè)人員以特別快速和有效的方式交替使用不同工具，包括輥和移除工具。
[0050] 這尤其是指一種裝配輪胎和從車輛車輪的對應(yīng)輪輞移除輪胎的機器。
[0051] 在該實施例中，輪胎更換機器包括關(guān)于軸線旋轉(zhuǎn)的車輪保持器單元，該車輪保 持器單元為馬達驅(qū)動。此外，輪胎更換機器包括至少一個胎圈拆卸工具（bead breaker tool)，該胎圈拆卸工具沿著平行于第一軸線的第二軸線可移動。
[0052] 輪胎更換機器還包括輥，該輥關(guān)于平行于第一軸線的第四軸線旋轉(zhuǎn)。輥還可關(guān) 于從第四軸線隔開的第五軸線連同該輥的支撐結(jié)構(gòu)一起在作用位置和相對于輪胎的不干 涉位置之間旋轉(zhuǎn)；其中輥在該作用位置接觸安裝于車輪保持器單元上的車輪的輪胎胎紋 (tyre tread)。至少一個傳感器（優(yōu)選為力力傳感器）連接至輥以檢測表示由輪胎傳送至 輥的力的信號。
[0053] 輪胎更換機器還包括移除工具（其聯(lián)接至裝配工具，或其也作用為裝配工具）。
[0054] 根據(jù)一個實例，根據(jù)本公開的車輪服務(wù)機器包括框架和車輪保持器單元，該車輪 保持器單元關(guān)于第一旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)。該機器包括輥，該輥關(guān)于平行于第一軸線的軸線旋轉(zhuǎn)。 輥沿著操作軌線可移動朝向和遠離車輪保持器單元，使得輥的軸線保持平行于第一軸線。 輥在不干涉安裝于車輪保持器單元上的車輪的輪胎的位置和其中向輪胎胎紋施加預(yù)定力 的作用位置之間可移動。該機器包括連接結(jié)構(gòu)以將輥可移動地連接至框架。
[0055] 該機器包括至少一個力傳感器，該力傳感器連接至輥以用于測量力參數(shù)的值，該 力參數(shù)表示由輪胎傳送至輯的徑向力。
[0056] 該機器包括至少一個位置傳感器，該位置傳感器配置成測量位置參數(shù)的值，該位 置參數(shù)表示輥相對于框架的位置。
[0057] 根據(jù)本發(fā)明的機器包括處理單元，該處理單元連接至力傳感器和位置傳感器以計 算作為位置參數(shù)的函數(shù)的幾何參數(shù)，該幾何參數(shù)在輯處于作用位置時表示第一軸線和接觸 輪胎胎紋的輥的表面之間的距離。處理單元經(jīng)編程以推導(dǎo)一對的值，該值對包括在輥處于 作用位置時由力傳感器所測量的徑向力的值和所計算的幾何參數(shù)的對應(yīng)值。
[0058] 應(yīng)當指出的是，該解決方案向輪胎服務(wù)專業(yè)人員提供了表示輥的滾動半徑的信 息，從而向輪胎服務(wù)專業(yè)給出用于診斷目的的更完整和更有用的信息。
[0059] 在一個實例實施例中，車輪服務(wù)機器為輪胎更換機器。
[0060] 在一個實例實施例中，位置傳感器聯(lián)接至預(yù)定位置的連接結(jié)構(gòu)以檢測該連接結(jié)構(gòu) 的預(yù)定區(qū)域，其中處理單元在其存儲器中保持表示該預(yù)定區(qū)域和輥的軸線之間的相對位置 的信息。優(yōu)選地，連接結(jié)構(gòu)包括關(guān)節(jié)臂，該關(guān)節(jié)臂連接至輥以使輥關(guān)于該關(guān)節(jié)臂自身軸線旋 轉(zhuǎn)地移動，該關(guān)節(jié)臂自身軸線從輥的軸線隔開。優(yōu)選地，位置傳感器配置成推導(dǎo)關(guān)節(jié)臂相對 于框架的旋轉(zhuǎn)。
[0061] 應(yīng)當指出的是，該解決方案容許，在輥處于作用位置時，以特別容易和精確的方式 追蹤接觸輪胎胎紋的輥表面的位置。
[0062] 在一個實例實施例中，處理單元經(jīng)編程以采集至少另一對的值，其包括另一徑向 力值和幾何參數(shù)的另一對應(yīng)值。處理單元經(jīng)編程以通過將一對的值與另一對的值相比較而 計算彈性參數(shù)的至少一個值，該彈性參數(shù)表示車輪對徑向壓平的彈性。
[0063] 應(yīng)當指出的是，計算彈性參考容許以有限數(shù)量的測量找出作為由輥對輪胎所施加 的力的函數(shù)的幾何參數(shù)的趨勢。該解決方案還容許以特別確定和可靠的方式外推最大徑向 力處的幾何參數(shù)的值。
[0064] 移除工具連同連接至機器框架的柱的其支撐結(jié)構(gòu)一起可移動，以用于關(guān)于平行于 第一軸線并從其隔開的第六軸線旋轉(zhuǎn)。移除工具相對于平行于車輪保持器單元的軸線的第 六軸線的旋轉(zhuǎn)容許移除工具通過旋轉(zhuǎn)在第一軸線近側(cè)（其中移除工具可定位成接觸輪胎） 的第一位置和第一軸線遠側(cè)（其中移除工具處于相對于車輪的不干涉位置）的第二位置之 間進行移動。
[0065] 此外，移除工具（優(yōu)選地通過平移）在平行于第一軸線（即，車輪保持器單元的旋 轉(zhuǎn)軸線）的方向上可移動。
[0066] 移除工具（優(yōu)選地通過平移）可移動朝向和遠離第六軸線（移除工具的支撐結(jié)構(gòu) 圍繞第六軸線旋轉(zhuǎn)）。
[0067] 這容許移除工具和（交替地）輥以特別快速和有效的方式從工作位置移動至不干 涉車輪的位置，而無需占用車輪周圍的空間。
[0068] 在根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例中，提供了一種用于將車輪固定至車輪保持器單元 的鎖定裝置，該鎖定裝置同時確保了穩(wěn)健性和精確度。這例如容許輥以獲取的特別精確的 測量結(jié)果用于輪胎更換機器上，而在移除、裝配和胎圈撬開操作期間不會不利地影響機器 的穩(wěn)健性和可靠性。
[0069] 用于鎖定車輪的輪輞的裝置設(shè)計用于將車輪的輪輞固定至車輪保持器單元，該車 輪保持器單元配備有支撐板和中空旋轉(zhuǎn)軸；該中空旋轉(zhuǎn)軸具有端部，該端部以懸臂方式從 支撐板突出。
[0070] 鎖定裝置包括具有通孔的對中圓錐。
[0071] 此外，鎖定裝置包括夾持桿，該夾持桿具有第一端和第二端。夾持桿在其第一端具 有夾持元件，該夾持元件可插入中空軸內(nèi)部以防止夾持桿沿著車輪保持器單元的軸線的移 動（例如，通過例如片簧型的形狀聯(lián)接體）。夾持桿在其第二端具有聯(lián)接至夾持元件的部 分。夾持桿為沿著相應(yīng)軸線（其在使用時與車輪保持器單元的旋轉(zhuǎn)軸線重合）細長的。
[0072] 夾持元件以沿著夾持桿的軸線進行移動的方式可移動地聯(lián)接至夾持桿的部分。例 如，夾持桿的部分帶螺紋，并且夾持桿元件可旋轉(zhuǎn)以沿著夾持桿的軸線進行平移；應(yīng)當指出 的是，存在有不同的聯(lián)接部件，例如通過凹槽、齒條，或基本上已知類型的其它系統(tǒng)。
[0073] 此外，鎖定裝置包括對中法蘭?？刹僮鞯?，對中法蘭插置于對中圓錐和夾持元件之 間。對中法蘭具有中心通孔。對中法蘭具有第一面和第二面。對中法蘭具有多個對中桿， 這些對中桿從第二面突出。對中桿可插入輪輞的對應(yīng)徑向開口中。
[0074] 夾持桿的第一端以與其中對中桿突出的相同方向可插入對中法蘭的孔中，并且以 與對中圓錐沿著其錐化的相對的方向可插入對中圓錐的孔中。
[0075] 以這樣的方式，當操作夾持元件時，法蘭被按壓朝向車輪保持器單元