张 骏，吴健丽

（南京林业大学 汽车与交通工程学院，江苏 南京 210037）

1 研究背景

汽车轮胎是汽车的重要部件之一，它直接与路面接触，和悬架共同来缓和汽车行驶时所受到的冲击，以保证乘客乘坐舒适。目前轮胎的主要材质是橡胶，因其特性与一般货物不同，在存储和运输过程中存在的问题相对较多：运输中，轮胎之间的摩擦会造成胎侧一定的磨损；存储时，库房的温度、湿度、光照、氧气等都会对轮胎造成化学上的伤害，而其存放方式、承装物体等则会对轮胎造成物理上的磨损。为了减轻物流过程中轮胎受损，有效延长轮胎寿命，设计出符合轮胎特性的专用托盘十分必要。

2 汽车轮胎专用托盘设计需求分析

2.1 轮胎简介

一般的汽车轮胎都是充气式轮胎，充气式轮胎分为两种，一种是有内胎的轮胎，另一种是无内胎的轮胎。汽车轮胎按照胎体帘布层结构的不同，还可以分为斜线轮胎和子午线轮胎，汽车一般情况下使用的是子午线轮胎。汽车轮胎按照轮胎内空气压力的不同，又可以分为高压、低压和超低压三种轮胎，低压轮胎弹性好、接地面积大、断面宽，所以一般的汽车用的都是低压胎。汽车轮胎作为被运输的货物，具有不耐磨、怕压、体积大、重量大的特点，在运输和仓储中采用的托盘要避免出现这些问题，以保护轮胎。汽车轮胎常见的参数有胎宽（轮胎厚度与宽度的百分比）、速度标识（汽车轮胎在规定最大承载荷重的情况下所能行驶的最大速度）、R（轮毂直径）和载重系数。

2.2 设计需求分析

（1）轮胎常用尺寸为15、16、17英寸，要求托盘空间够大，将轮胎放置其中时不会与其它的轮胎接触，避免碰撞摩擦；

（2）普通的汽车轮胎重量一般是5-9kg，要求托盘强度足够承受汽车轮胎的重量；

（3）在运输途中能够固定汽车轮胎；

（4）在仓库存放时要方便进出；

（5）运输时方便叉车的插取；

（6）选材要环保并且可重复使用；

（7）能够将轮胎在仓储过程中进行翻转，以保证其整体受力均衡；

（8）托盘在闲置时不能过多的占用仓库的空间。

根据以上分析，可见轮胎专用托盘应该具有足够强度、足够空间、易存取、可翻转、可叠放等特性，下文将据此进行设计。

3 托盘结构设计

根据上文的特性分析，本文在设计时，对托盘的四周进行可拆卸的加固和防护，用围栏和挡板的形式将汽车轮胎保护起来。无作业时就将托盘拆卸放置。托盘底部可以设计镂空式和封闭式，使得轮胎可以垂直站立放置，不会造成挤压且可以放置更多的轮胎。此外，为了保证竖直放置的轮胎受力均匀，不会发生部分部位过度形变，在托盘上设置翻转装置，具体托盘结构如图1所示。

图1 整体结构图

（1）托盘四周设有防护装置，左右是横状的可拆卸木条，用来夹持放置在托盘上的轮胎，前后是木板，可以进行打开和闭合，方便工人将轮胎放置到托盘上，并且也起到一定的夹持作用，防止轮胎在运输过程中滑动，木板高度是0.5m。托盘的底部是整块木板，中间的凹槽根据轮胎的直径定制，这样可以很好的将轮胎卡紧。托盘底部的凹槽有两排，轮胎垂直放置在托盘中，轮胎之间互相没有挤压，而且在运输过程中的稳定性也比较好。此款轮胎在配合叉车使用时，叉车可以从前面进行叉取。

（2）托盘四周的防护装置中左右的围栏是可拆卸的，竖直的木棍（如图2所示）是采用螺旋状的齿纹进行咬合，而横的木棍则是以凹槽的形式卡嵌在其中。采用可拆卸的方式是为了使得托盘在闲置时可以进行堆摞，节省仓储空间和成本。四周防护措施中前后的挡板均采用活动铁片和螺丝进行固定，当托盘闲置时可以将铁片和螺丝进行拆除，将前后挡板取下。托盘尺寸：长*宽*高：1.2m*1m*1.5m。凹槽的宽度是0.45m，凹槽的深度是0.08m，木板的厚度是0.04m，地盘距地面的距离是0.2m。挡板的高度是0.6m，宽度是0.8m，厚度是0.02m。

图2 转动轮胎的木棍图

4 托盘材料选取

在选定托盘材料时，通常首先要考虑的因素是材料的价格和重量，本文决定选用价格相对来说较为便宜、重量相对较轻的木材。市面上常用制作托盘的木材主要有杨木类、硬杂木类（榆木、槐木、桦木、柳木）和松木类，其各自特性和价格见表1和表2。

表1 托盘主要使用木材特点

表2 木材行情价格

除了以上两个因素外，为了符合绿色物流的要求，材料选择还需注意环保。本文所选取的三种木材均是未经过深层次加工的原生木材，用原料直接进行加工，对环境的影响较小。此外这三种木材均是普通常见的树木，并非名贵木材，不会破坏生态环境的多样性，并且可重复使用，经济环保，符合我们设计汽车轮胎专用托盘时的经济性理念。

5 托盘受力分析

选定材料为松木，用专业软件SolidWorks进行受力分析。受力分析情景是在装载量为6 个轮胎均匀分布在托盘，且单个轮胎的重量为8kg。软件分析的参数为托盘变形、托盘应力、托盘受力。托盘变形指的是托盘在受到装载的6个轮胎的重力时，与轮胎各个面所接触的部位产生的形变的大小。托盘应力是指托盘在受到装载的6个轮胎的重力产生形变时，托盘内部产生的对抗轮胎压力、阻力托盘产生形变的力。托盘的有限元分析如图3、图4所示。

图3 托盘变形图

托盘的有限元分析如图3、图4 中的分析结果所示，对托盘的性能进行有限元分析之后，所需考虑的参数是托盘的应力和托盘的形变。托盘应力的最大值为0.014 551，应力较小，故而托盘的承受能力更优一些。本文松木的弹性模量和泊松比选取值分别为16 272和0.42。

图4 托盘应力图

6 总结

通过分析研究汽车轮胎的存储现状及其在物流过程中的特殊要求，本文设计了一款四周具有防护装置、底部有契合轮胎尺寸、有凹槽的汽车轮胎专用托盘，该托盘采用竖直放置的形式，避免了轮胎互相之间的挤压，同时可以装载更多的轮胎；选取了品质相对来说较好的松木作为托盘的材料，具有很好的承重性和经济性，同时还具有环保性；此外还可以拆卸，便于装卸轮胎，并且节省仓储空间和仓储成本。由于该托盘采用国家标准尺寸制作，且是针对常用规制轮胎，具有显著的推广价值。