传统轮胎处理方法效率低下、环境污染严重等问题，轮胎轮毂分离是其中难点。为实现轮胎轮毂环保分离，推动资源回收利用，本文对报废机动车轮胎轮毂分离机开展研发工作。深入研究国内外相关技术现状，结合实际需求，本文提出创新轮胎轮毂分离机设计方案，为报废轮胎处理提供新解决方案，促进循环经济发展。

一、 报废机动车轮胎轮毂分离机研发

（一） 需求分析

用户普遍希望分离机提高轮胎轮毂分离效率，减少人工干预，降低劳动成本。设备购置成本、运行成本及维护成本需控制在合理范围内，确保用户投资回报。设备应易于操作，用户界面友好，减少操作人员成本。分离效率为每小时能处理轮胎数量，满足不同使用场景处理需求。确保轮胎与轮毂完全分离，避免损伤轮胎，影响后续利用。处理不同品牌、型号、尺寸轮胎，分离中产生噪音、粉尘等得到有效控制，符合国家环保标准。

（二） 总体设计方案

分离机采用模块化设计，如轮胎进料系统、分离系统、轮毂收集系统、轮胎排出系统等模块。各模块之间合理布局，确保设备整体紧凑高效。设备主体采用高强度、耐腐蚀材料，如不锈钢，保证设备稳定性。使用自动化将报废轮胎送入进料系统，进料系统对轮胎初步定位整理。轮胎进入分离系统后，结合机械挤压、切割或剥离等方式，实现轮胎与轮毂分离。分离后轮毂收集系统整理分类，以便后续处理利用。分离过程由智能化控制系统进监控调节，确保设备稳定运行。设计高效分离机构，如采用液压实现轮胎与轮毂快速分离。具备足够强度，适应不同规格轮胎。在设备关键部位安装传感器，实时监测设备运行状态。通过数据采集分析，为设备优化提供依据。根据设备工作流程，编制自动化控制程序。程序具备良好稳定性，确保设备连续稳定运行。考虑设备智能化需求，引入人工智能算法，实现设备自适应控制。建立远程监控诊断系统，对设备远程监控。了解设备运行状态，及时解决问题。

二、 报废机动车轮胎轮毂分离机关键技术创新

（一）机械结构设计

采用机械挤压与剥离相结合方式，结合液压或电动驱动，使轮胎与轮毂在特定角度下实现分离。分离机构由挤压头、剥离刀片组成，挤压头设计有合适形状，确保在挤压中不会损伤轮胎；剥离刀片采用锋利边缘，以便轻松切入轮胎与轮毂之间缝隙实现剥离。传动装置采用齿轮，确保分离机构在分离中稳定准确运动。传动装置需具备良好密封性，减少磨损故障。轮胎支撑装置采用可调节滚轮，适应不同尺寸轮胎。支架设计有合适稳定性，确保在分离中轮胎不会晃动脱落。定位装置采用传感器和机械限位相结合方式，确保轮胎在分离中准确对准分离机构。实时监测轮胎位置状态，机械限位用于限制轮胎移动范围，确保分离准确。轮毂下料系统由下料通道和收集装置组成，设计合适倾斜角度，以便轮毂顺利落入收集装置中。收集装置采用可移动箱子，用于收集分离后轮毂。整体框架采用高强度、耐腐蚀材料，如不锈钢或特殊合金，确保设备耐用性。

根据常见轮毂最大直径设计，确保轮毂顺利通过，避免过大间隙导致轮毂在下落中发生偏移，设计宽度为300mm。下料通道设计为倾斜状，倾斜角度设计为30°，保证轮毂顺畅下落，减少轮毂与通道壁摩擦碰撞。下料通道宽度和轮毂排列方式设计，确保容纳足够数量轮毂，设计长度为1200mm。收集装置采用可移动箱子设计，底部装有滚轮和导向轨道，以便在收集满轮毂后轻松移出并替换空箱。当轮胎与轮毂在分离机构作用下分离后，轮毂沿着下料通道下滑，以30°倾斜角度顺利落入收集装置中。

（二）智能化控制

在分离机轮胎进料口、分离机构、轮毂下料口等位置布置位移传感器、压力传感器等，实时监测设备运行状态。使用传感器采集数据，经过信号调理、滤波等处理后，转化为可用于控制数字信号。根据分离机工作流程，编制自动化控制程序。程序采用模块化设计，如进料控制、分离控制、下料控制等模块，各模块之间通过数据交换实现无缝连接。引入机器学习算法，对采集到数据深度学习，提取轮胎与轮毂分离特征。训练模型，实现对分离过程精准预测。应用优化算法，如遗传算法、粒子群优化等，对分离机构参数优化设计，提高分离效。根据轮胎与轮毂分离物理过程，从预处理后数据中提取与分离效果密切相关特征。利用特征选择算法，从提取到特征集中筛选出对分离效果影响最大特征。根据分离机工作原理和分离效果评估标准，选择合适机器学习算法。对于轮胎回归问题，可选择支持向量机、随机森林、神经网络等算法。针对数据特点，对算法参数调优，如学习率、正则化项、树数量等，提高模型泛化能力。使用训练集数据对所选算法训练，得到初始模型。利用优化算法，如遗传算法、粒子群优化等，对模型参数进一步优化，提高模型预测精度。使用测试集数据对优化后模型验证，评估其在实际应用性能。将训练好模型集成到分离机自动化控制系统中，实现实时预测控制。将模型预测结果和分离效果等数据实时上传至监控中心，方便用户随时查看分离参数。建立远程监控系统，实现对分离机数据采集^[1]。通过云平台，将设备运行状态、分离效果等数据实时上传至监控中心，方便用户随时查看^[2]。

（三）环保技术应用

采用节能电机和传动系统，减少能源消耗。优化分离机构运动轨迹，降低能耗保持高效分离效果。在分离中产生废气，如轮胎磨损产生微粒、轮毂切割金属粉尘等。设计废气处理系统，如安装空气净化装置，确保废气在排放前得到妥善处理，符合环保标准。对分离机构原始运动轨迹数学建模，采用多项式插值方法，确保轨迹平滑连续。分析轨迹关键点，如挤压头接触点、剥离刀片切入点等，确定点对分离效果影响。利用动力学仿真软件，如ADAMS对分离机构运动模拟，计算在不同轨迹下能耗。根据能耗模拟结果，调整分离机构在关键点速度，如降低挤压头接触轮胎时速度，减少冲击能耗^[3]。控制分离机构加速度，避免过大加速度导致能耗增加。在轨迹起始和结束阶段，采用较小加速度，减少启动能耗。调整分离机构位移轨迹，确保挤压头和剥离刀片在分离中始终与轮胎和轮毂保持合适接触角度。将优化后轨迹参数输入到仿真软件中再次模拟，验证能耗是否降低，分离效果是否保持。在分离机上安装传感器和数据采集系统，记录优化后分离机构实际运动轨迹^[4]。原始轨迹中，挤压头接触轮胎时速度为v1=0.5m/s，优化后降低为v1'=0.3m/s；剥离刀片切入时的速度由v2=0.8m/s提高为v2'=1.0m/s。原始轨迹中，最大加速度为a_max=2.0m/s2以内。优化后挤压头总位移减少10%，剥离刀片总位移减少5%，显著降低能耗。

在设备关键部位如电机、传动系统、分离机构等，使用隔音材料包裹，减少噪音传播。分离后轮胎进一步切割、破碎，用于生产橡胶颗粒、橡胶粉等再生材料，广泛应用于道路建设、运动场地铺设等领域。分离后轮毂可进行金属回收，用于冶炼再生产。在设备制造中，优先选用环保材料，如可回收钢材、无毒无害涂料等，减少设备在生产中对环境污染。选用环保型润滑，确保在设备运行过程中不会对环境产生负面影响。在设备生产中，采用绿色制造技术，如节能焊接、环保喷涂等，减少生产能耗排放。对设备操作人员环保培训，提高环保意识，确保在设备维护中遵守环保规定^[5]。

（四）详细设计

明确分离机设计目标，如分离效率、分离精度、设备稳定性等。确定分离机基本工作原理，如采用机械挤压与剥离相结合方式，实现轮胎与轮毂分离。规划设备整体布局，如各组成部分位置、尺寸相互关系，确保设备结构紧凑合理，便于操作维护。设计分离机构各组成部分，如挤压头、剥离刀片、传动装置等。确保各部件有刚度，承受分离压力。根据分离机构工作条件，选择合适材料，如高强度钢材、耐磨合金等。设计轮胎支撑装置结构，如支架、滚轮等部件。确保支架有足够承重能力，滚轮灵活转动，适应不同尺寸和规格轮胎。设计定位装置，如传感器和机械限位部件。确保传感器准确检测轮胎状态，机械限位部件限制轮胎移动范围，保证分离准确。设计下料通道形状、尺寸倾斜角度，确保轮毂顺利落入收集装置中。设计传动部件，如电机、减速器、链条、齿轮等^[6]。确保传动部件有足够传动效率，满足设备工作需求。根据设备工作原理设计控制方案，如“自动控制”和“手动控制”两种方式。确保设备按照预设程序运行。设计设备环保措施，如废气处理系统、噪音控制装置、废弃物回收利用方案等。

采用PLC作为核心控制单元，负责分离机自动化控制。使用RS485或Ethernet等通信方式与传感器、执行器等外设连接，实现数据实时采集下发。在分离机关键部位，如轮胎进料口、分离机构、轮毂下料口等，布置位移传感器、压力传感器等，实时监测设备运行状态。传感器采集到数据，如轮胎进料速度、分离机构挤压力度、轮毂下落时间等，经过信号调理、滤波等处理后，转化为数字信号输入到PLC中。根据分离机工作流程，编制自动化控制程序。程序采用模块化设计，如进料控制、分离控制、下料控制等模块^[7]。PLC根据控制算法输出，向执行器（如电机、气缸等）发送控制指令，调整分离机构运动轨迹、速度等参数，确保轮胎与轮毂顺利分离。在自动控制方案基础上，增加手动控制模式。操作人员可以通过按钮、开关等手动控制设备各部件运行。设计安全联锁机制，确保在手动控制模式下，操作人员对设备进行限度干预，避免误操作导致设备损坏。例如，当分离机构正在运行时，禁止操作人员手动调整其位置或速度；当设备出现故障时，自动切换到手动模式，允许操作人员进行故障排查。可选用西门子S7-300系列PLC，具有高速处理能力、丰富I/O接口和强大通信功能。位移传感器精度达到±0.1mm，压力传感器精度达到±0.5%FS（满量程）。PID控制算法中，Kp（比例系数）=1.2，Ki（积分系数）=0.05，Kd（微分系数）=0.01；模糊控制算法中，设定模糊规则库包含50条规则，隶属度函数采用三角形函数。电机响应时间≤50ms，气缸响应时间≤100ms。触摸屏分辨率达到1024x768像素，刷新频率≥60Hz；工控机处理器主频≥2GHz，内存≥4GB。

三、 应用前景与市场分析

（一）应用前景

汽车保有量不断增加，废旧轮胎数量迅速增长。报废机动车轮胎轮毂分离机为废旧轮胎环保处理提供支持，凭借该设备，废旧轮胎可被快速分离成轮胎和轮毂两部分，便于后续再利用处理。环保意识增强，废旧轮胎回收政策推动，报废机动车轮胎轮毂分离机市场需求将持续增长。轮胎翻新可延长轮胎使用寿命，减少资源浪费。分离后轮胎部分经过清洗检测后，即可翻新处理，重新投入市场使用。新能源汽车轮胎和轮毂具有不同结构特点，需要专业处理设备。报废机动车轮胎轮毂分离机技术创新设计，适应新能源汽车废旧轮胎和轮毂处理需求，为新能源汽车环保处理提供支撑。实现资源有效回收利用，降低对原生资源开采需求。设备配备环保设施，如废气处理装置、废水处理装，确保处理环保性能达到标准要求。

（二） 市场分析

全球每年产生废旧轮胎数量巨大，且数字持续增长。废旧轮胎处理成为亟待解决问题，报废机动车轮胎轮毂分离机作为处理废旧轮胎关键设备，其市场需求随之增长。我国汽车保有量增加，废旧轮胎处理需求持续增长，报废机动车轮胎轮毂分离机市场规模持续扩大。报废机动车轮胎轮毂分离机将向智能化、自动化方向发展。引入控制执行器等智能化设备，实现设备远程监控、故障诊断等功能，提高生产效率。环保意识不断提升，环保政策加严，报废机动车轮胎轮毂分离机环保性能要求将提高。企业注重提升设备环保性能，如减少废气排放、降低噪音污染等，满足市场环保需求。

结束语：

综上所述，在报废机动车轮胎轮毂分离机研发中，实现设备高效稳定运行。明确设计目标到确定工作原理，从规划设备布局到设计各组成部分，采用机械挤压与剥离相结合方式，引入自动化控制技术和环保措施，确保设备分离效率、环保性能均达到行业领先水平。

【参考文献】

[1]刘亚杰,高云鹏,董大伟. 报废汽车轮胎与轮毂分离机械结构的创新设计[J]. 汽车维修技师,2024(14):120.

[2]付翔,唐茂家,孙录哲. 基于路面影响因子的轮毂电机驱动车辆自适应转矩控制[J]. 汽车工程学报,2024,14(1):33-48.

[3]付翔,王玉新,刘道远,等. 基于越野工况辨识的轮毂电机车辆驱动力控制[J]. 中国机械工程,2023,34(8):955-965.

[4]孟祥明,周志刚,杨文豪. 无迹卡尔曼滤波观测下轮毂电机电动车横摆稳定性控制[J]. 公路交通科技,2023,40(7):207-215.

[5]付翔,刘泽轩,刘道远,等. 轮毂电机驱动越野车原地转向控制[J]. 中国机械工程,2023,34(10):1251-1259.

[6]李天成,邓兆祥,张河山,等. 轮毂电机驱动电动汽车机电耦合垂向动力学特性[J]. 重庆大学学报,2024,47(1):69-83.

[7]江和耀,王永海,吴幼冬,等. 四轮毂驱动电动车辆横向稳定与侧倾预防协同控制策略[J]. 吉林大学学报（工学版）,2024,54(2):540-549.

项日编号:CDYZYZ2302。