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轮胎定型硫化机C型中心机构-宝盈金沙


    1 前言 
    轮胎定型硫化机主要用于空心轮胎的外胎硫化,它可以完成装胎、定型、硫化、卸胎及后充气等一系列工序。以曲柄一连杆机构做为主传动机构的机械式双模定型硫化机,是目前汽车轮胎制造业最广泛应用也是使用数量最多的一种工艺设备,它主要由机架、蒸汽室、中心机构、升降机构、装胎机构、卸胎机构和传动机构等组成,其中中心机构又称胶囊操纵装置,是硫化机的心脏部分,其作用是硫化前将胶囊装入胎坯内并定型,硫化后从轮胎中抽出胶囊,使轮胎脱模等。 
    目前机械式轮胎定型硫化机的中心机构有四种形式:①由美国NRM公司开发的Autoform型(我国简称A型,日本简称Bag-well型),主要用于乘用车胎双模定型硫化机上;②由美国Mcneil公司开发的Bag-O-Matic型(我国简称B型),主要用于乘用车胎、载重车胎和工程车胎的双模或者单模硫化机上;③由日本三菱重工株式会社开发的Rolling in Bladder型(我国简称RIB型),主要应用于乘用车胎双模定型硫化机上;④由德国Her-Bert公司开发的AuBo型(我国简称AB型或C型)。 
    2 现有中心机构缺陷分析 
    仅就乘用胎双模定型机械式硫化机而言,所使用的A型、RIB型和B型中心机构,在实际生产中都存在不足之处:A型中心机构的胶囊是向下收藏折叠在一个储囊筒中,它推出胶囊比较困难,在定型时,由于胶囊内无中心立柱,随着胶囊的充气,胎坯下部会向上移动,可能产生胶囊塞入胎坯不均匀,出现一边大一边小的歪斜现象,不能可靠地保证上下胎圈的同轴度精度要求。另外,硫化时,硫化介质必须充满整个囊筒,而消耗大量的能源;RIB型中心机构虽然克服了A型中心机构土述两个缺点,但为了完成脱模和卸胎动作,仍保留了A型中心机构的推顶器装置,在脱模过程中,存在着推顶器伞形夹具板容易损坏和轮胎胎圈容易被拉坏的现象;B型中心机构的胶囊是向上拉出的,定型时胶囊圆周方向存在着很大的伸长变形,不仅影响胶囊使用寿命,而且造成胎坯变形比较大,这对全钢或半钢结构的子午胎硫化质量影响甚大,另外脱模卸胎时胶囊必须抽真空,增加了能源消耗。 
    德国Her-Bert公司开发的C型中心机构结构和性能优异,已在以液压油驱动油缸做为主传动结构的液压式定型硫化机上获得广泛应用,世界几大轮胎硫化机制造厂家如德国Her-Bert公司、Krupp公司、日本三菱重工株式会社、美国NRM公司等都在其制造的液压式定型硫化机上应用了C型中心机构,做为一种趋势,C型中心机构的轮胎定型硫化机应该是未来的硫化机发展方向,然而这种性能优异的中心机构在机械式硫化机上应用甚少,主要原因是受机械式硫化机底.座空间的限制,在结构形式和装配形式的选择上很难确定一个合理的设计方案。 1994年,国内一家机械厂突破传统思维方式,成功地将C型中心机构应用在新开发的LL-C1400×2940×2的双模定型硫化机上,并硫化出了性能优良的全钢丝载重子午线轮胎,证明C型中心机构用于机械式定型硫化机上不仅可行而且效果良好。但是这种C型中心机构在湖北省十堪市东风轮胎集团公司实际生产使用中也发现了不少问题:①中心柱水缸的进水和出水管接头均位于升降囊筒的外底部,中心柱水缸随下环升降过程中,进出口水管在穿过升降囊筒底部通孔时,其接头常被剪断;②左右下环升降由水缸操纵曲柄一连杆机构实现,这与B型中心机构托胎装置相似,由于此种装置自身的局限性,左右下环升降必须同步动作,这在实际生产飞过程中很难严格保证,从而导致曲柄通轴常常变形;③升降囊筒直接套装在硫化机下花盘通孔内,其导向环安装困难,且与升降囊筒的公差配合很难按设计要求严格保证;④改变外胎硫化规格时,必须更换置放于中心柱水缸内的定型套,费力费时;⑤下环锁块结构笨重,改变外胎硫化规格时无法调整。综上所述,这种C型中心机构的结构是不完善的。 
    3 本中心机构结构特点 
    本中心机构是在现有的由胶囊、胶囊上下夹持盘、下环座、中心柱水缸、升降囊筒、下环升降缸、下环锁紧缸和升降囊筒托举水缸组成的LL-C1400×2940×2双模定型硫化机C型中心机构的结构基础上,作如下设计:①中心柱水缸置于升降囊筒内,其活塞杆与胶囊夹持上托盘相连接,缸体固定于下环座上,这样中心柱水缸的进出管接头均处于升降囊筒内,避免了接头被剪断的弊病;②下环升降气缸分别固定于硫化机底座前后侧板上,两气缸的活塞杆均与一个托架相连接,组成一个框式结构,将原来左右下环必须同时动作的C型中心机构设计成两个独立动作的单体结构,使左右中心机构无须严格同步动作,也使左右中心机构单独安装、操纵和维修得以实现;③中心柱水缸两侧分别设置两根下环支撑杆,该支撑杆上端与下环座连接,下端穿过升降囊筒和支承钢筒后与托架连接,这样一方面可以增加下环的导向精度和结构刚度,另一方面也为锁紧下环创造了条件;④固定于硫化机下热板上的支承钢筒与升降囊筒组成双层筒体结构,导向环固定于支承钢筒内壁上,升降囊筒在导向环内升降,这样一方面可以解决升降囊筒导向环安装困难的问题,另一方面也可以在专用的装配架上把中心机构的主要零部件装配在支承钢筒上之后,再以部件总成的形式安装在机台内,装配精度显著提高;⑤两个下环锁紧气缸通过支座分前后固定于支承钢筒上,其活塞杆分别与两锁块连接,两锁块同时径向推进就可分别锁住两下环支撑杆,从而锁定下环;⑥锁块上装有一调整垫,其目的是改变外胎硫化规格时,可以调整此垫来改变下环锁紧后的高度;⑦中心柱水缸的活塞杆与胶囊夹持上托盘以柱销连接,上托盘上部柱面按一定距离呈十字分布排列数对径向销孔,这样柱销装在不同的销孔内,中心柱水缸就有不同的行程,从而对应不同规格外胎硫化的预定型高度;⑧下钢圈与升降囊筒、胶囊夹持下托盘与下环座的连接均由原来的螺纹联接改成十字锁环式联接,安装趋与简便。 
    这里需要指出的是,本中心机构的一些结构特征参照了日本三菱重工株式会社制造的PC-X43R300RIB液压式双模定型轮胎硫化机和美国NRM-Stellastic公司制造的43/300液压式双模定型轮胎硫化机的C型中心机构,但并不是这两种中心机构的简单叠加。本文的目的是将C型中心机构应用于乘用车胎的机械式双模定型硫化机上,其操纵动力无需专用的液压站提供压力油机而是利用现有机械式双模定型轮胎硫化机上的动力水和压缩空气来实现的,是对现有机械式硫化机中心机构技术的显著改进和提高,实用性很强,这也是本中心机构的新颖性和创造性之所在。 
    4 本中心机构主要优点 
    4.1 与A型中心机构比较 
    本中心机构的胶囊顶端由中心柱支撑,定型时,胎坯与胶囊的对中性较好,稳定性也较好,比A型中心机构更适合于子午线轮胎的硫化;硫化时,硫化介质不进入囊筒,只在胶囊内循环,克服了A型中心机构耗能太大的缺点,脱模卸胎时,胶囊以蘑菇状形式“翻”入囊筒(即Rolling in Bladder),折叠程度比A型中心机构小,胶囊推出时需要的力量也较少,胶囊比较容易舒展在胎坯内,因此其使用寿命也较长。 
    4.2 与B型中心机构比较 
    本中心机构在定型和硫化时,胶囊在圆周方向伸张小,受摩擦也较少,因此其寿命也较长,尤其在定型时,上下环先靠在一起,胶囊从中部以中间展开的方式“翻”靠胎坯,胎坯内腔的空气可以从上下两侧完全排出,胶囊可以极均匀地舒展在胎坯内,因此胎坯变形小,上下胎圈的同轴度也容易保证,这一点对均匀性要求严格的半钢丝结构乘用子午线轮胎的硫化尤显重要;脱模卸胎时,胶囊由下环操纵向下折叠剥离轮胎内腔后“翻”入囊筒内,而不是象B型中心机构由上环操纵向下拉出轮胎内腔,轮胎胎圈不会弯曲变形,因此硫化的轮胎均匀质优;省掉了抽真空系统,能耗降低;中心柱水缸固定于下环座底面,与内压不接触,减少了密封圈的使用量,从而解决了B型中心机构的中心柱水缸与内压介质容易串漏的毛病,减少了维修量;预定型时,胶囊上环在合模下降至所需预定型高度时就固定在此位置上,中心柱水缸内无须再加定型套。 
    4.3 与RIB型中心机构比较 
本中心机构增加了囊筒升降装置,轮胎模具下钢圈固定在升降囊筒顶部,硫化结束后,由托举水缸推动升降囊筒上升,下钢圈随之上升将轮胎托出下模,然后由卸胎机构取走轮胎,改变了RIB型中心机构由推顶器上的伞形板插入轮胎上胎圈部位并将轮胎从下模上拉离的方式,避免了伞形板容易损坏和轮胎上胎圈容易被拉坏的现象。 
    4.4 与LL-CM00×2940×2双模定型硫化机的C型中心机构比较 
    本中心机构具有结构优化,导向精度高,安装、维修方便,更换轮胎硫化规格时调整简单等优点。
    5 40.5英寸机械式双模定型硫化机C型中心机构介绍 
    下面结合附图,以40.5英寸机械式双模定型硫化机为例,对本中心机构进行详细描述。 
    5.1 C型中心机构静态下结构说明 
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    参照图1,C型胶囊1为一上口小下口大的鼓形胶囊,其上缘以上托盘4和上夹盘3沿圆周用螺栓24夹紧,下缘以下托盘25和下夹盘26沿圆周用螺栓27夹紧。中心柱水缸13置于升降囊筒12内,其活塞杆顶端伸入上托盘4柱面径向直径40mm的通孔内,直径20mm的柱销23分别穿过活塞杆头部径向直径20mm的通孔及上托盘4柱面径向直径20mm的通孔后将它们联接起来,为防止柱销23轴向窜动,用钢球式锁簧将其锁紧,并用紧定螺钉顶紧之,中心柱水缸13则以前法兰安装的形式用螺栓31固定于下环座30底部端面上,为防止内压介质从上环泄漏,水缸13的活塞杆与上托盘4内孔配合面处装有两套O形密封圈。下托盘25与下环座30以锁环方式联接,其下端面用紧定螺钉顶紧,为防止内压介质从下环泄漏,下托盘25与下环座30内孔配合面处也装有两套。形密封圈。导水环6位于上环和下环之间,并用螺栓固定在下环座30的上端面上,其进水部位是涡激形喷口,目的是使进入胶囊1内的硫化介质快速均匀地散布开,出口部位是直口。下环座30的中心内孔中装有密封圈和导向套,在其内部分左右设计两条供内压硫化介质进和出的通孔。支承钢筒11套在下热板9直径为315mm的内通孔中,其上部圆形法兰端面与下热板9的直径380mm内孔端面用3个周向均布的圆锥柱销8定位,用8个周向均布的螺钉28固定。导向环10装在支承钢筒11上部内孔中,通过公差配合定位后,再用螺钉固定在支承钢筒11的上端面上。下环升降气缸38分前后布置,其尾部的双U形钩用柱销36和开口销35与吊耳34连接固定,吊耳34又用螺栓33通过安装板32与硫化机底座前后侧板固定,气缸38的活塞杆头部螺纹旋入接头之后用螺母锁紧, 接头穿过托架44的内孔后,用锁紧螺母43紧固。下环支撑杆14分左右置于升降囊筒内,其上端部为一段螺纹,在穿过下环座30底部凸台通孔后用锁紧螺母29紧固,其下端穿过升降囊筒12底部端面的通孔和穿过支承可筒11底部端面通孔内的导向套18后,瑞郎的一段螺纹再穿过托架44的通孔后用锁紧螺母45紧固,中心机构因此成为一个框式结构,刚度和导向性能大大提高。升降囊筒托举水缸20分左右布置,其活塞杆头部的一段螺纹在旋入Y形接头17后用锁紧螺母紧固,Y形接头17用柱销16和开口销15与焊接在升降囊筒12底部端面上的连接板固定,水缸20以后部法兰安装形式用螺栓21与固定在地面上的安装板22连接固定。下环锁紧气缸39亦分前后布置,以前部法兰形式安装在支座40上,支座40用螺钉42固定在支承钢筒11的底部焊接板上,为保证支座40的刚度,还应将其用螺栓固定在硫化机底座上。气缸39的活塞杆头部为一段螺纹,旋入半圆形锁块41后用锁紧螺母紧固,位于支承钢筒11以外的支撑杆14下端部分为上粗下细的阶梯轴形式,锁块41的半环形部分可插入阶梯轴细轴处,从而垫住阶梯轴下端面锁紧支撑杆14。在锁块41上安装一个与之形状相同的调整垫37,更换不同厚度的调整垫37,就可以将支撑杆14垫在不同的高度上,从而得到不同的下环锁紧高度,因此更换轮胎硫化规格时,只要更换相应的调整垫37即可,调整非常简便。信号杆46与升降囊筒12外底部以螺纹方式联接固定,两个接近开关19按一定距离安装在焊接于支承钢筒11外底部端面上的角铁上,信号杆46随升降囊筒12上下时,接近开关19即可测出下钢圈2托胎的上限和下限位置,并向硫化机控制柜发出相应的信号。 
    5.2 C型中心机构动态操作顺序说明  
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   图2(1)一(10)为本中心机构的动态操作顺序图。 
    (1)中心机构处于硫化状态,此时,存胎器放有胎坯,装胎机械手也抓有胎坯,轮胎上下模合模;胶囊1上下夹持环处于硫化位置;锁块41处于锁紧位置;下限接近开关19和下环锁紧气缸39前端磁性开关均处于工作状态。 
    (2)硫化结束,胶囊1排水、汽到零压后硫化机开模;轮胎脱上模;中心柱水缸13动作带动上环下降,行程到零后,胶囊1上半部从轮胎上腔剥离。 
    (3)硫化机继续开模至上限后,卸胎机械手转入中心机构正上方下降并抓住轮胎;下环升降气缸38动作,带动托架44上升,通过支撑杆14推动下环上升,至气缸38行程为零时,胶囊1下半部从轮胎下腔剥离,此时气缸38尾部磁性开关动作,并将动作信号传递至主机可编程序控制(PLC)内,由PLC指令下环锁紧气缸39动作,至行程为零时,锁块41退出锁紧位置;此时气缸39尾部磁性开关接通工作状态。 
    (4)气缸39尾部磁性开关的动作信号传入PLC后,由PLC指令托举水缸20动作,推动升降囊筒12上升,固定在其上面的下钢圈2托住轮胎上胎圈使轮胎脱下模。
    (5)托胎水缸20继续动作,推动升降囊筒12上升到最高位置后,由同步上升的卸胎机械手取走轮胎;随着升降囊筒12的上升,胶囊1也逐渐折叠并翻入囊筒;此时上限接近开关19处于工作状态。 
    (6)中心机构处于装胎状态,托举水缸20动作,带动升降囊筒12下降,接着下环升降气缸38也动作,拉动下环下降,至水缸20行程为零、气缸38为满行程时停止;此时下限接近开关19和气缸38的前端磁性开关均接通工作状态,这些信号传入主机PLC后,由PLC指令抓有胎坯的装胎机械手转入中心机构正上方的装胎位置。 
    (7)和(8)中心机构他于预定型状态,下环升降气缸38动作,带动托架44上升,通过支撑杆14推动下环上升,胶囊1也随之从升降囊筒12内翻出并装入胎坯内,至气缸38行程为零时,其尾端磁性开关动作,该动作信号传入主机PLC后,由PLC指令下环锁紧气缸39动作,推动锁块41进入锁紧位置,至气缸39行程为l00mm时,其前端磁性开关动作,该动作信号传入主机PLC后,由PLC指令预定型蒸汽进入胶囊1内。与此同时,中心柱水缸13动作,推动上环上升至预定型高度时自动停止,此时上托盘4上部直径为60mm的圆轴插入装胎机械手中心定位套中,从而保证上环的对中性和稳定性,此时装胎机械手起了辅助定型的作用。下环升降气缸38延时后动作,带动下环下降,至锁紧位置时,下环被锁块41锁紧,由于设计了多项导向措施,下环的稳定性和对中性大大提高。在这个过程中,胶囊1从中部以中间展开的方式“翻”靠胎坯,随着预定型蒸汽的逐渐进入,胶囊1极均匀地舒展在胎坯内腔中,这样可以避免胶囊l与胎坯内腔相互移动,并使胎坯很好地对正中心。 
    (9)中心机构处于定型状态,预定型结束,装胎机械手放胎后转出,硫化机开始合模至定型高度时暂停,胶囊1内预定型蒸汽被撤消,并切换成定型蒸汽,胎坯再次定型,此时胎坯上胎圈进入上模钢圈中,上夹盘3上端斜面与上胎侧模内孔斜面相配合,以保证上环的对中性和稳定性。 
    (10)硫化机继续合模,至合模死点,PLC开始执行硫化程序,胶囊1内的定型蒸汽被撤消,并切换成内压硫化介质后,中心机构开始处于硫化状态;装胎机械手抓新胎后上升,至图2(3)状态时,完成一个自动工作循环。对于本中心机构,硫化机主机PLC系统设置了“自动”和“手动”两种操作程序,操作人员可根据实际生产状况选择使用。 
    6 40.5英寸机械式硫化机C型中心机构主要技术规范 
    6.1 基本技术特征 
    (1)适用硫化机 
    自动开模后移式40.5英寸(1030mm)双模定型机械式硫化机 
    (2)胶囊形式 
    C型胶囊 
    (3)模具加热 
    夹套热板式加热 
    (4)硫化轮胎胎圈尺寸 
    12英寸~14英寸(304.8mm~354.6mm) 
    (5)胎坯预定型高度 
    最大300mm 
    (6)下钢圈托胎高度 
    最大300mm 
    6.2 动力条件 
    (1)控制电源 
    AC220V,5~20mA,50Hz,单相 
    (2)气源 
    压缩空气经干燥处理,气缸用0.7MPa,控制气源用0.35Mpa 
    (3)水缸用动力水(经软化处理) 
    压力2.5士0.3MPa,温度20~35℃ 
    6.3 硫化工艺条件 
    (1)内压介质 
    循环过热水(经软化处理)最大压力2.8MPa,最高温度185℃ 
    或者:饱和蒸汽最大压力2.1Mpa 
    (2)内压冷却水 
    最大压力2.5MPa,温度低于35℃ 
    6.4主要零部件 
    本实施例的设计均为一些常规设计方法,在此不一一详述。
    (1)中心柱水缸 
缸径80mm,行程300mm,活塞及缸体两端的密封圈必须耐高温 
    (2)囊筒升降托举水缸 
    缸径80mm,行程300mm
    (3)下环升降气缸
    缸径l00mm,行程400mm,双动内置磁环型连同2个磁性开关,标准型气缸,拉杆安装型,杆端外螺纹,尾部双U型钩
    (4)下环锁紧气缸
    缸径40mm,行程l00mm,双动内置磁环型连同2个磁性开关,薄型气缸,杆端外螺纹,两端内螺纹
    (5)支承钢筒
    焊接件,筒体材料:Q-235A
    (6)升降囊筒
    焊接件,筒体材料:Q-235A
    (7)导向环和导向套
    材料:耐高温且无泊自润滑的SF-1(机械工业部上海材料研究所研制)
    (8)导水环
    材料:2Cr13不锈钢
    (9)上环、下环密封圈
    耐热橡胶0型圈
    (10)下环座密封圈
①耐热氟橡胶Y形圈
    ②含铜粉SF-1矩形圈
    7 结语
    本C型中心机构具有结构合理,定型精度高,硫化外胎质量好,脱模简便等优点。既可以作为一种新型中心机构直接应用在乘用车胎双模定型机械式硫化机的新机制造上,又可以应用在老机改造上。在使用该种C型中心机构的硫化机上再配备活络模,硫化H级以下的轿车子午线轮胎时,可以得到比较理想的A级品率,而不必去购买价格昂贵的液压式硫化机,因此具有极大的推广价值和显著的经济效益。