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輪胎定型硫化機C型中心機構


    1 前言 
    輪胎定型硫化機主要用于空心輪胎的外胎硫化,它可以完成裝胎、定型、硫化、卸胎及后充氣等一系列工序。以曲柄一連桿機構做為主傳動機構的機械式雙模定型硫化機,是目前汽車輪胎制造業最廣泛應用也是使用數量最多的一種工藝設備,它主要由機架、蒸汽室、中心機構、升降機構、裝胎機構、卸胎機構和傳動機構等組成,其中中心機構又稱膠囊操縱裝置,是硫化機的心臟部分,其作用是硫化前將膠囊裝入胎坯內并定型,硫化后從輪胎中抽出膠囊,使輪胎脫模等。 
    目前機械式輪胎定型硫化機的中心機構有四種形式:①由美國NRM公司開發的Autoform型(我國簡稱A型,日本簡稱Bag-well型),主要用于乘用車胎雙模定型硫化機上;②由美國Mcneil公司開發的Bag-O-Matic型(我國簡稱B型),主要用于乘用車胎、載重車胎和工程車胎的雙模或者單模硫化機上;③由日本三菱重工株式會社開發的Rolling in Bladder型(我國簡稱RIB型),主要應用于乘用車胎雙模定型硫化機上;④由德國Her-Bert公司開發的AuBo型(我國簡稱AB型或C型)。 
    2 現有中心機構缺陷分析 
    僅就乘用胎雙模定型機械式硫化機而言,所使用的A型、RIB型和B型中心機構,在實際生產中都存在不足之處:A型中心機構的膠囊是向下收藏折疊在一個儲囊筒中,它推出膠囊比較困難,在定型時,由于膠囊內無中心立柱,隨著膠囊的充氣,胎坯下部會向上移動,可能產生膠囊塞入胎坯不均勻,出現一邊大一邊小的歪斜現象,不能可靠地保證上下胎圈的同軸度精度要求。另外,硫化時,硫化介質必須充滿整個囊筒,而消耗大量的能源;RIB型中心機構雖然克服了A型中心機構土述兩個缺點,但為了完成脫模和卸胎動作,仍保留了A型中心機構的推頂器裝置,在脫模過程中,存在著推頂器傘形夾具板容易損壞和輪胎胎圈容易被拉壞的現象;B型中心機構的膠囊是向上拉出的,定型時膠囊圓周方向存在著很大的伸長變形,不僅影響膠囊使用壽命,而且造成胎坯變形比較大,這對全鋼或半鋼結構的子午胎硫化質量影響甚大,另外脫模卸胎時膠囊必須抽真空,增加了能源消耗。 
    德國Her-Bert公司開發的C型中心機構結構和性能優異,已在以液壓油驅動油缸做為主傳動結構的液壓式定型硫化機上獲得廣泛應用,世界幾大輪胎硫化機制造廠家如德國Her-Bert公司、Krupp公司、日本三菱重工株式會社、美國NRM公司等都在其制造的液壓式定型硫化機上應用了C型中心機構,做為一種趨勢,C型中心機構的輪胎定型硫化機應該是未來的硫化機發展方向,然而這種性能優異的中心機構在機械式硫化機上應用甚少,主要原因是受機械式硫化機底.座空間的限制,在結構形式和裝配形式的選擇上很難確定一個合理的設計方案。 1994年,國內一家機械廠突破傳統思維方式,成功地將C型中心機構應用在新開發的LL-C1400×2940×2的雙模定型硫化機上,并硫化出了性能優良的全鋼絲載重子午線輪胎,證明C型中心機構用于機械式定型硫化機上不僅可行而且效果良好。但是這種C型中心機構在湖北省十堪市東風輪胎集團公司實際生產使用中也發現了不少問題:①中心柱水缸的進水和出水管接頭均位于升降囊筒的外底部,中心柱水缸隨下環升降過程中,進出口水管在穿過升降囊筒底部通孔時,其接頭常被剪斷;②左右下環升降由水缸操縱曲柄一連桿機構實現,這與B型中心機構托胎裝置相似,由于此種裝置自身的局限性,左右下環升降必須同步動作,這在實際生產飛過程中很難嚴格保證,從而導致曲柄通軸常常變形;③升降囊筒直接套裝在硫化機下花盤通孔內,其導向環安裝困難,且與升降囊筒的公差配合很難按設計要求嚴格保證;④改變外胎硫化規格時,必須更換置放于中心柱水缸內的定型套,費力費時;⑤下環鎖塊結構笨重,改變外胎硫化規格時無法調整。綜上所述,這種C型中心機構的結構是不完善的。 
    3 本中心機構結構特點 
    本中心機構是在現有的由膠囊、膠囊上下夾持盤、下環座、中心柱水缸、升降囊筒、下環升降缸、下環鎖緊缸和升降囊筒托舉水缸組成的LL-C1400×2940×2雙模定型硫化機C型中心機構的結構基礎上,作如下設計:①中心柱水缸置于升降囊筒內,其活塞桿與膠囊夾持上托盤相連接,缸體固定于下環座上,這樣中心柱水缸的進出管接頭均處于升降囊筒內,避免了接頭被剪斷的弊病;②下環升降氣缸分別固定于硫化機底座前后側板上,兩氣缸的活塞桿均與一個托架相連接,組成一個框式結構,將原來左右下環必須同時動作的C型中心機構設計成兩個獨立動作的單體結構,使左右中心機構無須嚴格同步動作,也使左右中心機構單獨安裝、操縱和維修得以實現;③中心柱水缸兩側分別設置兩根下環支撐桿,該支撐桿上端與下環座連接,下端穿過升降囊筒和支承鋼筒后與托架連接,這樣一方面可以增加下環的導向精度和結構剛度,另一方面也為鎖緊下環創造了條件;④固定于硫化機下熱板上的支承鋼筒與升降囊筒組成雙層筒體結構,導向環固定于支承鋼筒內壁上,升降囊筒在導向環內升降,這樣一方面可以解決升降囊筒導向環安裝困難的問題,另一方面也可以在專用的裝配架上把中心機構的主要零部件裝配在支承鋼筒上之后,再以部件總成的形式安裝在機臺內,裝配精度顯著提高;⑤兩個下環鎖緊氣缸通過支座分前后固定于支承鋼筒上,其活塞桿分別與兩鎖塊連接,兩鎖塊同時徑向推進就可分別鎖住兩下環支撐桿,從而鎖定下環;⑥鎖塊上裝有一調整墊,其目的是改變外胎硫化規格時,可以調整此墊來改變下環鎖緊后的高度;⑦中心柱水缸的活塞桿與膠囊夾持上托盤以柱銷連接,上托盤上部柱面按一定距離呈十字分布排列數對徑向銷孔,這樣柱銷裝在不同的銷孔內,中心柱水缸就有不同的行程,從而對應不同規格外胎硫化的預定型高度;⑧下鋼圈與升降囊筒、膠囊夾持下托盤與下環座的連接均由原來的螺紋聯接改成十字鎖環式聯接,安裝趨與簡便。 
    這里需要指出的是,本中心機構的一些結構特征參照了日本三菱重工株式會社制造的PC-X43R300RIB液壓式雙模定型輪胎硫化機和美國NRM-Stellastic公司制造的43/300液壓式雙模定型輪胎硫化機的C型中心機構,但并不是這兩種中心機構的簡單疊加。本文的目的是將C型中心機構應用于乘用車胎的機械式雙模定型硫化機上,其操縱動力無需專用的液壓站提供壓力油機而是利用現有機械式雙模定型輪胎硫化機上的動力水和壓縮空氣來實現的,是對現有機械式硫化機中心機構技術的顯著改進和提高,實用性很強,這也是本中心機構的新穎性和創造性之所在。 
    4 本中心機構主要優點 
    4.1 與A型中心機構比較 
    本中心機構的膠囊頂端由中心柱支撐,定型時,胎坯與膠囊的對中性較好,穩定性也較好,比A型中心機構更適合于子午線輪胎的硫化;硫化時,硫化介質不進入囊筒,只在膠囊內循環,克服了A型中心機構耗能太大的缺點,脫模卸胎時,膠囊以蘑菇狀形式“翻”入囊筒(即Rolling in Bladder),折疊程度比A型中心機構小,膠囊推出時需要的力量也較少,膠囊比較容易舒展在胎坯內,因此其使用壽命也較長。 
    4.2 與B型中心機構比較 
    本中心機構在定型和硫化時,膠囊在圓周方向伸張小,受摩擦也較少,因此其壽命也較長,尤其在定型時,上下環先靠在一起,膠囊從中部以中間展開的方式“翻”靠胎坯,胎坯內腔的空氣可以從上下兩側完全排出,膠囊可以極均勻地舒展在胎坯內,因此胎坯變形小,上下胎圈的同軸度也容易保證,這一點對均勻性要求嚴格的半鋼絲結構乘用子午線輪胎的硫化尤顯重要;脫模卸胎時,膠囊由下環操縱向下折疊剝離輪胎內腔后“翻”入囊筒內,而不是象B型中心機構由上環操縱向下拉出輪胎內腔,輪胎胎圈不會彎曲變形,因此硫化的輪胎均勻質優;省掉了抽真空系統,能耗降低;中心柱水缸固定于下環座底面,與內壓不接觸,減少了密封圈的使用量,從而解決了B型中心機構的中心柱水缸與內壓介質容易串漏的毛病,減少了維修量;預定型時,膠囊上環在合模下降至所需預定型高度時就固定在此位置上,中心柱水缸內無須再加定型套。 
    4.3 與RIB型中心機構比較 
本中心機構增加了囊筒升降裝置,輪胎模具下鋼圈固定在升降囊筒頂部,硫化結束后,由托舉水缸推動升降囊筒上升,下鋼圈隨之上升將輪胎托出下模,然后由卸胎機構取走輪胎,改變了RIB型中心機構由推頂器上的傘形板插入輪胎上胎圈部位并將輪胎從下模上拉離的方式,避免了傘形板容易損壞和輪胎上胎圈容易被拉壞的現象。 
    4.4 與LL-CM00×2940×2雙模定型硫化機的C型中心機構比較 
    本中心機構具有結構優化,導向精度高,安裝、維修方便,更換輪胎硫化規格時調整簡單等優點。
    5 40.5英寸機械式雙模定型硫化機C型中心機構介紹 
    下面結合附圖,以40.5英寸機械式雙模定型硫化機為例,對本中心機構進行詳細描述。 
    5.1 C型中心機構靜態下結構說明 

    參照圖1,C型膠囊1為一上口小下口大的鼓形膠囊,其上緣以上托盤4和上夾盤3沿圓周用螺栓24夾緊,下緣以下托盤25和下夾盤26沿圓周用螺栓27夾緊。中心柱水缸13置于升降囊筒12內,其活塞桿頂端伸入上托盤4柱面徑向直徑40mm的通孔內,直徑20mm的柱銷23分別穿過活塞桿頭部徑向直徑20mm的通孔及上托盤4柱面徑向直徑20mm的通孔后將它們聯接起來,為防止柱銷23軸向竄動,用鋼球式鎖簧將其鎖緊,并用緊定螺釘頂緊之,中心柱水缸13則以前法蘭安裝的形式用螺栓31固定于下環座30底部端面上,為防止內壓介質從上環泄漏,水缸13的活塞桿與上托盤4內孔配合面處裝有兩套O形密封圈。下托盤25與下環座30以鎖環方式聯接,其下端面用緊定螺釘頂緊,為防止內壓介質從下環泄漏,下托盤25與下環座30內孔配合面處也裝有兩套。形密封圈。導水環6位于上環和下環之間,并用螺栓固定在下環座30的上端面上,其進水部位是渦激形噴口,目的是使進入膠囊1內的硫化介質快速均勻地散布開,出口部位是直口。下環座30的中心內孔中裝有密封圈和導向套,在其內部分左右設計兩條供內壓硫化介質進和出的通孔。支承鋼筒11套在下熱板9直徑為315mm的內通孔中,其上部圓形法蘭端面與下熱板9的直徑380mm內孔端面用3個周向均布的圓錐柱銷8定位,用8個周向均布的螺釘28固定。導向環10裝在支承鋼筒11上部內孔中,通過公差配合定位后,再用螺釘固定在支承鋼筒11的上端面上。下環升降氣缸38分前后布置,其尾部的雙U形鉤用柱銷36和開口銷35與吊耳34連接固定,吊耳34又用螺栓33通過安裝板32與硫化機底座前后側板固定,氣缸38的活塞桿頭部螺紋旋入接頭之后用螺母鎖緊, 接頭穿過托架44的內孔后,用鎖緊螺母43緊固。下環支撐桿14分左右置于升降囊筒內,其上端部為一段螺紋,在穿過下環座30底部凸臺通孔后用鎖緊螺母29緊固,其下端穿過升降囊筒12底部端面的通孔和穿過支承可筒11底部端面通孔內的導向套18后,瑞郎的一段螺紋再穿過托架44的通孔后用鎖緊螺母45緊固,中心機構因此成為一個框式結構,剛度和導向性能大大提高。升降囊筒托舉水缸20分左右布置,其活塞桿頭部的一段螺紋在旋入Y形接頭17后用鎖緊螺母緊固,Y形接頭17用柱銷16和開口銷15與焊接在升降囊筒12底部端面上的連接板固定,水缸20以后部法蘭安裝形式用螺栓21與固定在地面上的安裝板22連接固定。下環鎖緊氣缸39亦分前后布置,以前部法蘭形式安裝在支座40上,支座40用螺釘42固定在支承鋼筒11的底部焊接板上,為保證支座40的剛度,還應將其用螺栓固定在硫化機底座上。氣缸39的活塞桿頭部為一段螺紋,旋入半圓形鎖塊41后用鎖緊螺母緊固,位于支承鋼筒11以外的支撐桿14下端部分為上粗下細的階梯軸形式,鎖塊41的半環形部分可插入階梯軸細軸處,從而墊住階梯軸下端面鎖緊支撐桿14。在鎖塊41上安裝一個與之形狀相同的調整墊37,更換不同厚度的調整墊37,就可以將支撐桿14墊在不同的高度上,從而得到不同的下環鎖緊高度,因此更換輪胎硫化規格時,只要更換相應的調整墊37即可,調整非常簡便。信號桿46與升降囊筒12外底部以螺紋方式聯接固定,兩個接近開關19按一定距離安裝在焊接于支承鋼筒11外底部端面上的角鐵上,信號桿46隨升降囊筒12上下時,接近開關19即可測出下鋼圈2托胎的上限和下限位置,并向硫化機控制柜發出相應的信號。 
    5.2 C型中心機構動態操作順序說明  
 
   圖2(1)一(10)為本中心機構的動態操作順序圖。 
    (1)中心機構處于硫化狀態,此時,存胎器放有胎坯,裝胎機械手也抓有胎坯,輪胎上下模合模;膠囊1上下夾持環處于硫化位置;鎖塊41處于鎖緊位置;下限接近開關19和下環鎖緊氣缸39前端磁性開關均處于工作狀態。 
    (2)硫化結束,膠囊1排水、汽到零壓后硫化機開模;輪胎脫上模;中心柱水缸13動作帶動上環下降,行程到零后,膠囊1上半部從輪胎上腔剝離。 
    (3)硫化機繼續開模至上限后,卸胎機械手轉入中心機構正上方下降并抓住輪胎;下環升降氣缸38動作,帶動托架44上升,通過支撐桿14推動下環上升,至氣缸38行程為零時,膠囊1下半部從輪胎下腔剝離,此時氣缸38尾部磁性開關動作,并將動作信號傳遞至主機可編程序控制(PLC)內,由PLC指令下環鎖緊氣缸39動作,至行程為零時,鎖塊41退出鎖緊位置;此時氣缸39尾部磁性開關接通工作狀態。 
    (4)氣缸39尾部磁性開關的動作信號傳入PLC后,由PLC指令托舉水缸20動作,推動升降囊筒12上升,固定在其上面的下鋼圈2托住輪胎上胎圈使輪胎脫下模。
    (5)托胎水缸20繼續動作,推動升降囊筒12上升到最高位置后,由同步上升的卸胎機械手取走輪胎;隨著升降囊筒12的上升,膠囊1也逐漸折疊并翻入囊筒;此時上限接近開關19處于工作狀態。 
    (6)中心機構處于裝胎狀態,托舉水缸20動作,帶動升降囊筒12下降,接著下環升降氣缸38也動作,拉動下環下降,至水缸20行程為零、氣缸38為滿行程時停止;此時下限接近開關19和氣缸38的前端磁性開關均接通工作狀態,這些信號傳入主機PLC后,由PLC指令抓有胎坯的裝胎機械手轉入中心機構正上方的裝胎位置。 
    (7)和(8)中心機構他于預定型狀態,下環升降氣缸38動作,帶動托架44上升,通過支撐桿14推動下環上升,膠囊1也隨之從升降囊筒12內翻出并裝入胎坯內,至氣缸38行程為零時,其尾端磁性開關動作,該動作信號傳入主機PLC后,由PLC指令下環鎖緊氣缸39動作,推動鎖塊41進入鎖緊位置,至氣缸39行程為l00mm時,其前端磁性開關動作,該動作信號傳入主機PLC后,由PLC指令預定型蒸汽進入膠囊1內。與此同時,中心柱水缸13動作,推動上環上升至預定型高度時自動停止,此時上托盤4上部直徑為60mm的圓軸插入裝胎機械手中心定位套中,從而保證上環的對中性和穩定性,此時裝胎機械手起了輔助定型的作用。下環升降氣缸38延時后動作,帶動下環下降,至鎖緊位置時,下環被鎖塊41鎖緊,由于設計了多項導向措施,下環的穩定性和對中性大大提高。在這個過程中,膠囊1從中部以中間展開的方式“翻”靠胎坯,隨著預定型蒸汽的逐漸進入,膠囊1極均勻地舒展在胎坯內腔中,這樣可以避免膠囊l與胎坯內腔相互移動,并使胎坯很好地對正中心。 
    (9)中心機構處于定型狀態,預定型結束,裝胎機械手放胎后轉出,硫化機開始合模至定型高度時暫停,膠囊1內預定型蒸汽被撤消,并切換成定型蒸汽,胎坯再次定型,此時胎坯上胎圈進入上模鋼圈中,上夾盤3上端斜面與上胎側模內孔斜面相配合,以保證上環的對中性和穩定性。 
    (10)硫化機繼續合模,至合模死點,PLC開始執行硫化程序,膠囊1內的定型蒸汽被撤消,并切換成內壓硫化介質后,中心機構開始處于硫化狀態;裝胎機械手抓新胎后上升,至圖2(3)狀態時,完成一個自動工作循環。對于本中心機構,硫化機主機PLC系統設置了“自動”和“手動”兩種操作程序,操作人員可根據實際生產狀況選擇使用。 
    6 40.5英寸機械式硫化機C型中心機構主要技術規范 
    6.1 基本技術特征 
    (1)適用硫化機 
    自動開模后移式40.5英寸(1030mm)雙模定型機械式硫化機 
    (2)膠囊形式 
    C型膠囊 
    (3)模具加熱 
    夾套熱板式加熱 
    (4)硫化輪胎胎圈尺寸 
    12英寸~14英寸(304.8mm~354.6mm) 
    (5)胎坯預定型高度 
    最大300mm 
    (6)下鋼圈托胎高度 
    最大300mm 
    6.2 動力條件 
    (1)控制電源 
    AC220V,5~20mA,50Hz,單相 
    (2)氣源 
    壓縮空氣經干燥處理,氣缸用0.7MPa,控制氣源用0.35Mpa 
    (3)水缸用動力水(經軟化處理) 
    壓力2.5士0.3MPa,溫度20~35℃ 
    6.3 硫化工藝條件 
    (1)內壓介質 
    循環過熱水(經軟化處理)最大壓力2.8MPa,最高溫度185℃ 
    或者:飽和蒸汽最大壓力2.1Mpa 
    (2)內壓冷卻水 
    最大壓力2.5MPa,溫度低于35℃ 
    6.4主要零部件 
    本實施例的設計均為一些常規設計方法,在此不一一詳述。
    (1)中心柱水缸 
缸徑80mm,行程300mm,活塞及缸體兩端的密封圈必須耐高溫 
    (2)囊筒升降托舉水缸 
    缸徑80mm,行程300mm
    (3)下環升降氣缸
    缸徑l00mm,行程400mm,雙動內置磁環型連同2個磁性開關,標準型氣缸,拉桿安裝型,桿端外螺紋,尾部雙U型鉤
    (4)下環鎖緊氣缸
    缸徑40mm,行程l00mm,雙動內置磁環型連同2個磁性開關,薄型氣缸,桿端外螺紋,兩端內螺紋
    (5)支承鋼筒
    焊接件,筒體材料:Q-235A
    (6)升降囊筒
    焊接件,筒體材料:Q-235A
    (7)導向環和導向套
    材料:耐高溫且無泊自潤滑的SF-1(機械工業部上海材料研究所研制)
    (8)導水環
    材料:2Cr13不銹鋼
    (9)上環、下環密封圈
    耐熱橡膠0型圈
    (10)下環座密封圈
①耐熱氟橡膠Y形圈
    ②含銅粉SF-1矩形圈
    7 結語
    本C型中心機構具有結構合理,定型精度高,硫化外胎質量好,脫模簡便等優點。既可以作為一種新型中心機構直接應用在乘用車胎雙模定型機械式硫化機的新機制造上,又可以應用在老機改造上。在使用該種C型中心機構的硫化機上再配備活絡模,硫化H級以下的轎車子午線輪胎時,可以得到比較理想的A級品率,而不必去購買價格昂貴的液壓式硫化機,因此具有極大的推廣價值和顯著的經濟效益。 
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