国内外液压轮胎硫化机水平浅析1 引言汽车是衡量一个国家经济水准的标志之一,各国都积极发展自己的汽车工业,且迅速成为国家发展的“支柱产业”,先进的欧美国家无一例外,我国近年来也将汽车工业列为重点大力加以发展,“轿车进入家庭”己是中国老百姓可望而可及的事情。
轮胎作为汽车的重要配套之一,对汽车的质量和水平有着很大的影响,各国对轮胎制造给予高度重视,在这方面国外总体水平高于我国,差距是明显的。
我国轮胎与国外轮胎相比档次低,品种少,轮胎设备也落后,在中、高档的汽车制造厂,为了提高自己的产品整体水平,宁可进口或采用独资企业的轮胎,也不采用国内品牌轮胎,质量成为国内轮胎发展的“瓶颈”之一。
例如,沪宁高速公路开通的半个月,发生了近百起事故,其中由于轮胎原因引起的事故约占3/4。
为确保生产高档次轮胎的要求,必须加速提高轮胎机械水平。
下面谈谈液压轮胎硫化机的一些优点及国外的水平,再来回顾一下我国液压轮胎硫化机的发展历程,知己知彼,争取在较短时间内迎头赶上。
2 液压轮胎硫化机的优点过去有不少文章,从结构上谈到机械式轮胎硫化机的不足,以及液压式轮胎硫化机的优点,例如:机械式的滑动轴承受重负荷作用,不可避免的造成铜套的不均匀和较严重的磨损,而铜套的磨损进一步降低硫化机的合模精度；机械式的上下模间受到的合模力不均,对双模定型硫化机而言,总是两外侧的受力大于两内侧受力；机械式的合模力是由各受力构件的弹性变形量所决定的,而温度变化将使受力构件尺寸发生变化,生产过程中环境温度或工作温度的波动将造成合模力的波动等,而所有这些机械式硫化机所固有的弱点在液压式硫化机上较彻底的解决了。
下面着重从能源消耗、产品质量和生产率三个方面来谈。
2.1 能源消耗当今轮胎工业和设备供应厂商双方都在集中精力,千方百计设法节约硫化能,亦即力争改善热传导和减少热损失。
自从世界性范围的能源涨价以来,这已成为一个起决定作用的因素。
据有关资料,硫化乘用轮胎所需的蒸汽消耗量,大约相当于每公斤轮胎产品消耗4kg蒸汽。
因此,设法减少热损失不仅可降低能源费用,同时还能降低能源供应系统的建设和安装费。
现代液压硫化机在设计时,己考虑到增厚热板上、下和周围的隔热层来减少热损失,它有可能降低40%左右,另外开模时模型散失的热量只能靠缩短开一合模的周期来限制。
在这方面现代液压硫化机比之普通机械式硫化机更加显示出它非凡的优越性,如乘用胎液压硫化机空负荷周期时间为45s,机械式硫化机的周期时间为60-75s,节约的周期时间为15～30s(25%～40%),在后倾式运动的机械式硫化机硫化乘用胎时,开模状态下的热损失达到热损失总量的25%,若是采用液压式硫化机,则可减少开模热损失的30%,减少热损失总量的7.5%。
减少热损失主要是靠缩短开模时间来达到的, 另外是靠开模时上下模型处于平行状态来达到的,因为它只有垂直运动,辐射和空气对流产生的热损失可以减少。
2.2 产品质量在评估硫化机设计时,关键之一是硫化轮胎的质量。
液压硫化机的生胎对中性和合模平行度的精度比机械式硫化机好,这已是大家认同的。
虽然优良的硫化机也不能把一条糟糕的生胎硫化成好轮胎,但是从硫化试验的纪录证明,高精度现代化液压硫化机可以使轮胎的质量有相当可观的改善。
国内东风轮胎厂用引进的P1+2“一次法”成型机成型,再用原有机械式硫化机硫化,轮胎均匀性指标全未达到,用液压硫化机和活络模硫化,合格率在98%以上。
2.3生产率最终的,也是最重要的考虑当属生产率,它包括两个重要方面,即设备利用率和直接生产率(产出率)。
液压硫化机设备利用率高体现在:计划维修时间短:更换胶囊时间短(次数少/更换快)；更换模型和改变硫化程序的时间短；故障时间损失少(故障少,修复快)；高设备开机率(国外达98%)。
液压硫化机的高直接生产率(指实际生产时每小时的产出量)体现在:开模-卸胎-装胎-合模的周期短；运动的行程短；运动的速度；硫化的周期短(因为胶囊薄,循环介质好和传热快,采用微机控制硫化)。
上海乘用轮胎厂引进德国克虏伯的45"液压硫化机,由于采用薄壁胶囊和适用的循环介质(高温高压蒸汽),获得良好的导热性能,硫化时间约12mn,而普通子午胎硫化机为25～30min,液压硫化机大大提高了生产率。
此外,液压硫化机对生态环境不会造成影响,虽然硫化机运作过程中会产生液压废油,这种废油由油料制造商或其他从事于这类运营活动的公司加以回收。
液压硫化机工作时的噪声约为74db(A),低于机械式硫化机的国家标准80db(A)。
3 液压轮胎硫化机的国外水平液压轮胎硫化机起源于欧洲,随着液压技术的发展,这种型式日趋完善,在国外已成熟并批量生产。
由德国、美国和日本这些世界上著名的硫化机制造商提供的新硫化机设计都是液压的。
下面介绍各公司的产品特点。
3.1 德国赫伯特(Hebert)公司的硫化机德国赫伯特公司20世纪60年代初开始开发液压硫化机,C型中心机构(国外称AUT0型)是该公司发明,该公司液压硫化机的主要参数见表1。
表1 德国赫伯特公司液压硫化机的主要参数3.1.1 合模力产生原理3.1.1.1 46"以下规格的硫化机装在横梁中间的提升油缸下降合模,胎坯定型后合模到位,调模装置的二根锁杆与机架间形成空间,锁模装置的锁模垫块转进填满此空间,在模座下面的四个短行程加力油缸产生合模力,此时龙门架式机架成封闭力系,承受合模力。
3.1.12 55"以上规格的硫化机由于整体尺寸较大,合模力大,为减少机架尺寸,在模具的外围设置了一个柱形体,柱形体由上体、锁环、下体组成,下体与底座相连,每个上体上安装有4个加力油缸,每个缸内通过螺纹连接一根锁杆,装在左、右对角线上的提升油缸合模到位后,锁环转动,锁住上、下体,加力油缸通过锁杆作用,在模具间产生要求的合模力。
这样,在柱形体的小范围内形成了封闭系统,机架仅起支承作用。
3.1.2 导向型式在机架的左、右内侧各装一根六方导轨,在上托板两侧装V型导槽,开合模时,上模部分仅沿导轨作垂直上下运动。
V型槽内贴合了一层耐磨材料,在装配和使用中,可精确调整V型导槽,从而调整上下热板的精度。
3.1.3 中心机构采用C型中心机构,其中一种的上、下夹盘可以作相对运动,适合于子午胎和斜交胎,叫做H型,还有一种的上、下夹盘不能作相对运动,只能硫化子午胎,叫做K型。
3.1.4 机器精度以RH-46为例:上下热板平行度≤0.25mm上下热板同轴度≤Φ0.15mm机械手卡爪张开后径向圆跳动≤0.5mm机械手卡爪与下热板内孔同轴度≤Φ0.2mm机械手卡爪与下热板平行度≤0.4mm3.2 德国克虏伯(KRUPP)公司的硫化机在20世纪70年代初,克虏伯不再进行机械式硫化机的生产,而只生产液压式轮胎硫化机,经过二十多年的研究开发和不断的努力提高,技术已相当成熟,生产出近2000台硫化机,用户遍及世界各地。
该公司轿车和轻卡车轮胎液压硫化机主要参数见表2,卡车、拖拉机和推土机轮胎液压硫化机的主要参数见表3。
表2 轿车和轻卡车轮胎液压硫化机主要参数钢圈范围/in生胎最大高度/mm 生胎最大直径/mm 两半模活络模硫化轮胎最大规格不带模具时质量/t 循环周期/s最大内压/MPa热板最大压力/MPa 定型最大压力/MPa12～18370780740235/70R1514452.81.60.1513～18420810740285/30ZR2014.5452.81.60.1513～16/15～205008608107R19.516552.81.60.15表3 卡车、拖拉机和推土机轮胎液压硫化机主要参数主要参数5565 6475HP 6495H 7513H 8520H 10027H合模力/kN保温罩内径/mm 蒸锅内径/mm机架宽度/mm模子高度范围/mm 热板厚度/mm隔热垫厚度/mm 钢圈范围/in生胎最大高度/mm 生胎最大外径/mm 典型轮胎规格30001380254/50813～20762108211-20323400162015251634390/635602519.5～24.5700115013R22.5430015251634254/63517～24/20～281066115012-204660001800305/72020～3812201641418-243590002060558/91420～381600190021-35551225024502600610/10672024～421855223529.5×3594重量(含模具)/t空负荷周期/s最大内压/MPa蒸锅最大压力/MPa 热板最大压力/MPa 定型最大压力/MPa 1202.880.15461402.81.60.151502.880.152402.880.303002.880.404202.880.403.2.1 合模力产生原理3.2.1.1 48"以下规格的硫化机装在横梁两侧的提升油缸下降合模,胎坯定型后合模到位,装在横梁当中的卡口旋转锁紧,在模座下面的四个短行程加力油缸产生合模力,此时龙门式机架成封闭力系,承受合模力。
3.2.1.2 55"以上规格的硫化机模型上半部经由热板或蒸汽室和调模机构装在活动的上横梁上,而上横梁由两个油缸带动其升降,即开模、合模,但不产生合模力。
模型下半部置于下托板上,而下托板与底座之间置有数个加力油缸。
硫化时加力油缸充入高压油产生合模力,而锁紧靠装在横梁前后两侧的四个气缸推动圆柱锁轴,插入墙板四个孔,这样,横梁、墙板和底座构成了封闭力系,承受合模力。
3.2.2 导向型式48"以下者,靠装在横梁上的大立柱导向,不受合模力的作用,在设计上采取较小的间隙来保证较高的重复精度。
55"以上者靠滑块在墙板的导槽中导向,滑块较长来增加导向距离。
3.2.3 中心机构小规格采用C型中心机构,大规格采用油缸控制的B型中心机构。
3.2.4 机器精度以4530RH/I为例:上下热板平行度 0.20mm/m上下热板同轴度 0.25mmTIM机械手卡爪与下热板内孔同轴度 0.20mnTIM机械手卡爪与下热板平行度 0.20mm/m3.3 美国MCNeil and NRM公司的硫化机MCNeil公司创立于1862年,生产汽车内外胎硫化机等产品,B型硫化机是该公司首创,NRM公司从1908年开始制造橡胶机械,A型硫化机是该公司首创。
1992年这两家公司合并,改名为MCNeil and NRM Inc.,原来的NRM公司与固特异轮胎公司于20世纪80年代初期开发的AUT0LOK商标的液压硫化机继续生产。
该公司液压硫化机的主要参数见表4。
表4 美国Neil and NRM公司的液压硫化机的主要参数主要参数40″轿车胎44″轿车胎47″轿车胎60″卡车胎62″卡车胎65″卡车胎65″卡车胎合模力/kN模型加热系统模型最大外径/mm模型最小厚度/mm模型最大厚度/mm最大内压/MPa 生胎最大外径/mm生胎最大高度/mm生胎最小高度/mm胎圈直径范围/in 上模最大重量/kg 最大剥胎力/kN1360平板10202304102.881046025513～17136036.31590平板11202554452.891541025513～17136036.32270平板12002554602.894051033015～20250050.03400平板15254106352.8122063533019～25635072.54550平板15754106352.8127063533019～25635072.54680蒸汽室16504607102.8132071033019～25635072.54550平板16504607102.8132071033019～25635072.53.3.1 合模力产生原理双模成天平式,中间一根大立柱,由位于中间的油缸开合模,每个模子下面有四个加力油缸,上下保温罩接触部位有一锁环,合模后,错齿式的锁环转动锁紧,加力油缸充入高压油产生合模力,此时保温罩承受合模力。