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(gòu)做為主傳動機構(gòu)的機械式雙模定型硫化機,是目前汽車輪胎制造業(yè)最廣泛應(yīng)用也是使用數(shù)量最多的一種工藝設(shè)備,它主要由機架、蒸汽室、中心機構(gòu)、升降機構(gòu)、裝胎機構(gòu)、卸胎機構(gòu)和傳動機構(gòu)等組成,其中中心機構(gòu)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(nèi)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(gòu)有四種形式:①由美國NRM公司開發(fā)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(fā)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(fā)的Rolling in Bladder型(我國簡稱RIB型),主要應(yīng)用于乘用車胎雙模定型硫化機上;④由德國Her-Bert公司開發(fā)的AuBo型(我國簡稱AB型或C型)。 2 現(xiàn)有中心機構(gòu)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(gòu),在實際生產(chǎn)中都存在不足之處:A型中心機構(gòu)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(nèi)無中心立柱,隨著膠囊的充氣,胎坯下部會向上移動,可能產(chǎn)生膠囊塞入胎坯不均勻,出現(xiàn)一邊大一邊小的歪斜現(xiàn)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(zhì)必須充滿整個囊筒,而消耗大量的能源;RIB型中心機構(gòu)雖然克服了A型中心機構(gòu)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(gòu)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(xiàn)象;B型中心機構(gòu)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(jié)構(gòu)的子午胎硫化質(zhì)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(fā)的C型中心機構(gòu)結(jié)構(gòu)和性能優(yōu)異,已在以液壓油驅(qū)動油缸做為主傳動結(jié)構(gòu)的液壓式定型硫化機上獲得廣泛應(yīng)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(yīng)用了C型中心機構(gòu),做為一種趨勢,C型中心機構(gòu)的輪胎定型硫化機應(yīng)該是未來的硫化機發(fā)展方向,然而這種性能優(yōu)異的中心機構(gòu)在機械式硫化機上應(yīng)用甚少,主要原因是受機械式硫化機底.座空間的限制,在結(jié)構(gòu)形式和裝配形式的選擇上很難確定一個合理的設(shè)計方案。 1994年,國內(nèi)一家機械廠突破傳統(tǒng)思維方式,成功地將C型中心機構(gòu)應(yīng)用在新開發(fā)的LL-C1400×2940×2的雙模定型硫化機上,并硫化出了性能優(yōu)良的全鋼絲載重子午線輪胎,證明C型中心機構(gòu)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(gòu)在湖北省十堪市東風(fēng)輪胎集團(tuán)公司實際生產(chǎn)使用中也發(fā)現(xiàn)了不少問題:①中心柱水缸的進(jìn)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(huán)升降過程中,進(jìn)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(huán)升降由水缸操縱曲柄一連桿機構(gòu)實現(xiàn),這與B型中心機構(gòu)托胎裝置相似,由于此種裝置自身的局限性,左右下環(huán)升降必須同步動作,這在實際生產(chǎn)飛過程中很難嚴(yán)格保證,從而導(dǎo)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(nèi),其導(dǎo)向環(huán)安裝困難,且與升降囊筒的公差配合很難按設(shè)計要求嚴(yán)格保證;④改變外胎硫化規(guī)格時,必須更換置放于中心柱水缸內(nèi)的定型套,費力費時;⑤下環(huán)鎖塊結(jié)構(gòu)笨重,改變外胎硫化規(guī)格時無法調(diào)整。綜上所述,這種C型中心機構(gòu)的結(jié)構(gòu)是不完善的。 3 本中心機構(gòu)結(jié)構(gòu)特點 本中心機構(gòu)是在現(xiàn)有的由膠囊、膠囊上下夾持盤、下環(huán)座、中心柱水缸、升降囊筒、下環(huán)升降缸、下環(huán)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(gòu)的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上,作如下設(shè)計:①中心柱水缸置于升降囊筒內(nèi),其活塞桿與膠囊夾持上托盤相連接,缸體固定于下環(huán)座上,這樣中心柱水缸的進(jìn)出管接頭均處于升降囊筒內(nèi),避免了接頭被剪斷的弊病;②下環(huán)升降氣缸分別固定于硫化機底座前后側(cè)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(jié)構(gòu),將原來左右下環(huán)必須同時動作的C型中心機構(gòu)設(shè)計成兩個獨立動作的單體結(jié)構(gòu),使左右中心機構(gòu)無須嚴(yán)格同步動作,也使左右中心機構(gòu)單獨安裝、操縱和維修得以實現(xiàn);③中心柱水缸兩側(cè)分別設(shè)置兩根下環(huán)支撐桿,該支撐桿上端與下環(huán)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(huán)的導(dǎo)向精度和結(jié)構(gòu)剛度,另一方面也為鎖緊下環(huán)創(chuàng)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(jié)構(gòu),導(dǎo)向環(huán)固定于支承鋼筒內(nèi)壁上,升降囊筒在導(dǎo)向環(huán)內(nèi)升降,這樣一方面可以解決升降囊筒導(dǎo)向環(huán)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(gòu)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(nèi),裝配精度顯著提高;⑤兩個下環(huán)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(jìn)就可分別鎖住兩下環(huán)支撐桿,從而鎖定下環(huán);⑥鎖塊上裝有一調(diào)整墊,其目的是改變外胎硫化規(guī)格時,可以調(diào)整此墊來改變下環(huán)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(shù)對徑向銷孔,這樣柱銷裝在不同的銷孔內(nèi),中心柱水缸就有不同的行程,從而對應(yīng)不同規(guī)格外胎硫化的預(yù)定型高度;⑧下鋼圈與升降囊筒、膠囊夾持下托盤與下環(huán)座的連接均由原來的螺紋聯(lián)接改成十字鎖環(huán)式聯(lián)接,安裝趨與簡便。 這里需要指出的是,本中心機構(gòu)的一些結(jié)構(gòu)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(gòu),但并不是這兩種中心機構(gòu)的簡單疊加。本文的目的是將C型中心機構(gòu)應(yīng)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(xiàn)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(xiàn)的,是對現(xiàn)有機械式硫化機中心機構(gòu)技術(shù)的顯著改進(jìn)和提高,實用性很強,這也是本中心機構(gòu)的新穎性和創(chuàng)造性之所在。 4 本中心機構(gòu)主要優(yōu)點 4.1 與A型中心機構(gòu)比較 本中心機構(gòu)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(wěn)定性也較好,比A型中心機構(gòu)更適合于子午線輪胎的硫化;硫化時,硫化介質(zhì)不進(jìn)入囊筒,只在膠囊內(nèi)循環(huán),克服了A型中心機構(gòu)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(gòu)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(nèi),因此其使用壽命也較長。 4.2 與B型中心機構(gòu)比較 本中心機構(gòu)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(huán)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(nèi)腔的空氣可以從上下兩側(cè)完全排出,膠囊可以極均勻地舒展在胎坯內(nèi),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(yán)格的半鋼絲結(jié)構(gòu)乘用子午線輪胎的硫化尤顯重要;脫模卸胎時,膠囊由下環(huán)操縱向下折疊剝離輪胎內(nèi)腔后“翻”入囊筒內(nèi),而不是象B型中心機構(gòu)由上環(huán)操縱向下拉出輪胎內(nèi)腔,輪胎胎圈不會彎曲變形,因此硫化的輪胎均勻質(zhì)優(yōu);省掉了抽真空系統(tǒng),能耗降低;中心柱水缸固定于下環(huán)座底面,與內(nèi)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(gòu)的中心柱水缸與內(nèi)壓介質(zhì)容易串漏的毛病,減少了維修量;預(yù)定型時,膠囊上環(huán)在合模下降至所需預(yù)定型高度時就固定在此位置上,中心柱水缸內(nèi)無須再加定型套。 4.3 與RIB型中心機構(gòu)比較 本中心機構(gòu)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(jié)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(gòu)取走輪胎,改變了RIB型中心機構(gòu)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(xiàn)象。 4.4 與LL-CM00×2940×2雙模定型硫化機的C型中心機構(gòu)比較 本中心機構(gòu)具有結(jié)構(gòu)優(yōu)化,導(dǎo)向精度高,安裝、維修方便,更換輪胎硫化規(guī)格時調(diào)整簡單等優(yōu)點。 5 40.5英寸機械式雙模定型硫化機C型中心機構(gòu)介紹 下面結(jié)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(gòu)進(jìn)行詳細(xì)描述。 5.1 C型中心機構(gòu)靜態(tài)下結(jié)構(gòu)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(nèi),其活塞桿頂端伸入上托盤4柱面徑向直徑40mm的通孔內(nèi),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(lián)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(huán)座30底部端面上,為防止內(nèi)壓介質(zhì)從上環(huán)泄漏,水缸13的活塞桿與上托盤4內(nèi)孔配合面處裝有兩套O形密封圈。下托盤25與下環(huán)座30以鎖環(huán)方式聯(lián)接,其下端面用緊定螺釘頂緊,為防止內(nèi)壓介質(zhì)從下環(huán)泄漏,下托盤25與下環(huán)座30內(nèi)孔配合面處也裝有兩套。形密封圈。導(dǎo)水環(huán)6位于上環(huán)和下環(huán)之間,并用螺栓固定在下環(huán)座30的上端面上,其進(jìn)水部位是渦激形噴口,目的是使進(jìn)入膠囊1內(nèi)的硫化介質(zhì)快速均勻地散布開,出口部位是直口。下環(huán)座30的中心內(nèi)孔中裝有密封圈和導(dǎo)向套,在其內(nèi)部分左右設(shè)計兩條供內(nèi)壓硫化介質(zhì)進(jìn)和出的通孔。支承鋼筒11套在下熱板9直徑為315mm的內(nèi)通孔中,其上部圓形法蘭端面與下熱板9的直徑380mm內(nèi)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(dǎo)向環(huán)10裝在支承鋼筒11上部內(nèi)孔中,通