（化工过程机械专业论文）胎体帘布自动缝合装置机理的研究与机构设计.pdf

青岛科技人学研究生学位论文 | l i i ii i1 1 1 1i i i i iuil liil y 2 0 4 0114 胎体帘布自动缝合装置机理 的研究与结构设计 捅要 近年来，轮胎制造行业的发展突飞猛进。作为轮胎成型的核心设备轮胎 成型机，其自动化水平一直是制约轮胎生产效率的的主要影响因素。本文针对成 型工序中胎体帘布的缝合工序，设计了一种可以实现自动缝合的装置，进而提高 该工序的自动化水平。 本文通过查阅国内外的文献资料，在分析借鉴国内外胎体帘布的缝合工序的 基础上，提出了符合工艺要求的胎体帘布自动缝合装置设计方案。 首先，本文对胎体帘布的结构及影响其质量的主要因素进行了研究，并分析 了帘布胶料的自粘性和其自粘性的影响因素，得出以改变胎体帘布缝合时的主要 工艺条件压力、温度，来实现帘布的自动缝合，并以此最为本文的设计思路。 其次，对待缝合处的胶料建立数学模型，进行了力分析，得出满足工艺要求自粘 力的大小；再利用p m i e c h a n i c a 中的热分析模块，对热辊进行了热分析，得 出胎体帘布缝合时热辊的稳态温度场。在经过对胶料模型的力分析和对热辊的热 分析后，得出相应的设计参数，并概述了胎体帘布自动缝合装置的总体设计。然 后简要介绍了缝合器、缝合器水平移动装置、上下移动装置等关键零部件的设计 参数。然后，使用三维软件p r o e n g i n e e rw i l d f i r e5 0 对胎体帘布自动缝合装置 进行了三维建模，完成装配连接，用p r o m e c h a n i s m 模块完成对整个装置进 行了运动仿真，并制作出视频文件来演示缝合全过程，可清晰地再现了胎体帘布 自动缝合的动态运动机理。最后，在一定截面温度和压合力下，对胎体帘布缝合 过程进行了模拟实验。通过实验对比，得出适合胎体帘布自动缝合的截面温度和 压合力，并验证了力分析和热分析等理论分析的正确性。 关键词：胎体帘布力分析热分析p r o e运动仿真 胎体帘布n 动缝合裟冒机理的研究j 结构设计 青岛科技大学研究生学位论文 t h em 匣c h a n i s mr e s e 根c ha n d 汛u c i - ij r ed e s i g n o ft h ea ir i d st ：【t c h i n ge q u 口m 匣n t o fc a r c a s sp l y i nr e c e n ty e a r s ，t h ed e v e l o p m e n to ft i r em a n u f a c t u r i n gi n d u s t r yi sr a p i d a st h e c o r ee q u i p m e n to ft i r eb u i l d i n g - t i r eb u i l d i n gm a c h i n e ，i t sa u t o m a t i o nl e v e li s o l l eo fm a i ni n f l u e n c i n gf a c t o r sa b o u tr e s t r i c t i n gt h ep r o d u c t i o ne f f i c i e n c yo ft i r e o na c c o u n to ft h es t i t c h i n gp r o c e s so fc a r c a s sp l yi nb u i l d i n gt i r e ，t h ec o n t e n t so f t h ep a p e ri ss t u d y i n go ns t i t c h i n gc a r c a s sp l ya n dd e s i g n i n gt h ea u t o - s t i t c h i n g e q u i p m e n to fc a r c a s sp l y i tw i l li m p r o v et h ea u t o m a t i o nl e v e lo ft h i sp r o c e s s r e f e r r i n gt os o m ep a p e r sa b o u tt h es t i t c h i n gp r o c e s sd o m e s t i ca n da b r o a d ，o u r p a p e rh o l d so u tt h ed e s i g np r o j e c to ft h ea u t o s t i t c h i n ge q u i p m e n to fc a r c a s s a f t e ra n a l y z i n ga n d r e f e r r i n gt h e m f i r s to fa l l ，t h ep a p e rs t u d i e so nt h es t r u c t u r eo fc a r c a 豁p l ya n dm a i n i n f l u e n c i n gf a c t o r so fa f f e c t i n gi t sq u a n t i t y t h e ni ta n a l y z e st h es e l f - a d h e s i o n a n dm a i ni n f l u e n c i n gf a c t o r so ft h es e l f - a d h e s i o n i to b t a i n st h a tc h a n g i n gt h e p r o c e s sc o n d i t i o n s0 e m p e m t u r ea n dp r e s s u r e ) c a n a c h i e v e a u t o m a t i c a l l y s t i t c h i n gc a r c a s sp l y t h ed e s i g ni d e ai st h i s s e c o n d l y ，b u i l dt h em a t h e m a t i c a l m o d e lo fc a l c a s sp l yc o m p o u n d ，d ot h ef o r c ea n a l y s i so ft h i sm o d e la n dg e tt h e f o r c eo ft h es e l f - a d h e s i o n t h e nb yt h et h e r m a l a n a l y s i sm o d u l a r o f p r o e n g i n e e rw i l d f i r e5 0 ，d ot h ea n a l y s i sa b o u tt h es t i t c h i n gr o l l e r t h e r e s u l ti st h a tw eg e tt h es t e a d y - s t a t et e m p e r a t u r ed i s t r i b u t i o no ft h er o l l e r a f t e r t h ef o r c ea n dt h e r m a la n a l y s i s ，w eg e ts o m ep a r a m e t e r sf o rd e s i g n i n gt h e e q u i p m e n t u s i n gt h e m ，w ed ot h es y s t e md e s i g no ft h ea u t o - s t i t c h i n ge q u i p m e n t o fc a r c a s sp l y t h e nb r i e f l ye x p l a i nt h es t i t c h i n gw h e e l ，h o r i z o n t a l l ym o v i n g d e v i c ea n dv e r t i c a l l ym o v i n gd e v i c e i nt h et h i r d ，b u i l dt h e3 dp a r tm o d e l so ft h e a u t o - s t i t c h i n ge q u i p m e n to f c a r c a s sp l ya n da s s e m b l yt h e mb yp r o e n g i n e e r w i l d f i r e5 0 t h e nd ot h em o t i o ns i m u l a t i o no ft h ee q u i p m e n ta n dc r e a t et h e v i d e of i l e s t h e s ev i d e of i l e sc a l lc l e a r l yr e a p p e a rt h em o t i o no ft h em o v e m e n t o ft h ea u t o s t i t c h i n ge q u i p m e n to fc a r c a s sp l y i nt h el a s t , d ot h es i m u l a t i o n 1 1 1 胎体帘布自动缝合装置机理的研究与结构设计 e x p e r i m e n ta b o u ts t i t c h i n gc a r c a s sp l y a c c o r d i n gt oe x p e r i m e n t a lc o m p a r i s o n ， w eo b t a i nt h e o p t i m a lt e m p e r a t u r eo f t h es e c t i o n sa n dt h e p r e s s u r e o f a u t o s t i t c h i n gt h ec a r e , a s sp l y t h e nd ot h ee o l t e c t l l e s sv e r i f i c a t i o no ft h et h e o r y a n a l y s i s ，s u c h 弱t h ef o r c ea n a l y s i sa n d t h e r m a la n a l y s i s k e yw o r d s ：c a r c a s sp l y ，f o r c ea n a l y s i s ，t h e r m a la n a l y s i s ，p r o e ，m o t i o n s i m u l a t i o n i v 青岛科技人学研究生学位论文 1 1 课题的背景 1 绪论 据中国汽车工业协会提供的数据，截至2 0 1 0 年1 0 月，我国汽车产销额分别 为1 4 6 2 3 8 万辆、1 4 6 7 7 0 万辆，同比增长达3 4 4 9 、3 4 7 6 。我国汽车市场非 常火爆，国家鼓励汽车消费的政策是立下了汗马功劳，再加上新能源汽车成为汽 车业未来的发展方向。随着汽车市场的飞速发展，在“十一五 期间，我国轮胎 行业也得到了长足发展【1 1 。 在我国汽车工业迅速发展和高速公路日益扩大的推动下，我国轮胎产业的发 展日新月掣2 1 。与斜交胎相比，载重子午线轮胎具有高速、节油、耐磨、综合行 驶里程高、乘坐舒适等优点，因此装配载重子午线轮胎的车越来越多【3 】。以全钢 载重子午线轮胎为例，2 0 0 8 年国内生产能力为7 5 0 0 万条，2 0 0 9 年达8 0 0 0 力条【4 】。 n 2 0 l o 年再新增产能1 0 0 0 j 了条，产能达到并超过9 0 0 0 万条。 中国载重胎的子午化率也随着全钢轮胎产量的增长而快速提升。据贝卡尔特 公司的研究表明，中国载重胎的子午化率从2 0 0 4 年的不足3 0 ，到2 0 0 8 年接近 6 0 ，四年内几乎增长了一倍【5 1 。中国用四年时间走完了欧美发达国家十几年走 完的历程。全钢载重子午线轮胎已成为轮胎工业发展的主流方向，是我国轮胎行 业更新换代的新产品。 对于子午化率的抽样调查主要集中在中国的部分省会和沿海地区的高速公 路和部分国道上【5 】。调查结果见图1 - 1 。 臣受匾囹 图1 - 1 载重车胎子午化率唧 f i g 1 1 咖c kt h 【5 】 这些城市经济相对比较发达，道路条件较有利于子午线轮胎的使用，所以这 1 胎体帘布自动缝合装置机理的研究与结构设计 些地区的子午化率比中国其它地方高出很纠5 1 。目前世界子午线轮胎的产量已占 轮胎总产量的9 0 以上，而西方工业发达国家已经或基本实现轮胎子午化叽可 见我国地区的子午化率已经接近发达国家的水平，但在欠发达的农村及广大的中 西部地区，经济发展潜力巨大，全钢载重子午线轮胎仍具备很大的发展空间【8 】。 即随着其它地区道路条件的改善，子午线轮胎的需求量也会随着倍增，其相应的 子午化率也会随着升高。 子午线轮胎的成型工艺不同于老式斜胶胎，其关键就是它生产工艺过程自动 化程度高【l o l ，各种半成品胶料部件靠自动输送，由此使成型质量大大提高，生产 效率大大提高，劳动强度大大降低。但我国子午线轮胎成型机的结构基本是通过 消化吸收国外的成型机产品，还缺乏具有自主知识产权的设备。目前尚未能对国 外产品有实质性的技术改进与创新，这就制约了国产成型机设备的发展，也制约 国产设备的质量、效率【1 1 】。 轮胎成型机是“轮胎制造的装配工段 ，也是橡胶机械中需求量比较大的设 备，而且是关系到轮胎产品质量的关键设备，因此一些轮胎生产厂家不借重金从 国外进口子午线轮胎成型机。轮胎成型机是以输送软质胶料为主要功能的设备， 在轮胎成型过程中，内衬层、胎体、胎体帘布等胶料都经过裁断和再缝合接头两 个阶段。在缝合接头工艺中，胎体帘布的缝合对轮胎性能的影响尤为重要。目前 国内对成型机中自动接头系统的改进尚有欠缺，并且也没有查到针对胎体帘布自 动缝合问题相关的研究报道；为此提出把轮胎成型过程的胎体帘布自动缝合装置 做为一种重要机械实现功能来考虑，研究胎体帘布自动缝合过程的主要影响因 素。为从根本上提高胎体帘布缝合工艺的自动化水平，进行了理论及实际应用的 系统研究。 1 2 国内外研究现状、水平和发展趋势 1 2 1 国外成型机发展现状 据报导，现代轮胎制造系统具有自动化程度高、效率高、占地面积少和节能 等优点，如采用c 3 m 技术，工作人员和生产面积可减少9 0 ，节能5 0 ，产品 成本降低6 2 。现在国外的成型机生产厂家，对成型机做了多项研究，但其技术 对我们严格保密，如v m i 公司的v a s t 3 4 机械鼓成型机；德国k r u p p 公司的n r 3 1 2 1 ； 斯洛伐克m a t a d o r 公司的t r 3 三鼓机械鼓成型机；日本m i t u b i s h i 生产的s s - 2 0 2 4 成型机。国外成型机产品特点是自动化程度高，对轮胎半成品部件的前后工序要 求非常严格，班产量都很甜”1 。 2 青岛科技大学研究生学位论文 最近v m i 公司介绍了m i n 模块式轮胎制造系统，可高效低成本生产轿车胎 和轻卡胎，一个系统3 名操作人员每天可生产1 2 种不同规格的轮胎1 2 0 0 条；为 了生产跑气保用轮胎的需要，v m i 公司研制成功了p a x 型跑气保用轮胎成型机。 此外，v m i 公司与米其林和倍耐力达成协议，联合开发了v r p a x 成型机，可全 自动生产各种规格的p a x 轮胎，每天可生产8 0 0 条胎。德国k r u p p 公司早在2 0 0 4 年就研究出由1 人操作的p l t 3 型三鼓轮胎成型机，可成型胎圈直径2 4 万的轮胎。 该机特点是可将变换轮胎规格的时间减至最少。国际上除开发各种模块式轮胎集 成生产系统外，还在继续研究改进传统成型技术，如m a t a d o r 公司在t r 3 一 次法成型机的基础上推出了p c 2 轮胎成型机，该机采用了无胶囊机械反包成型鼓 和m c ( 运动控制) 压辊。无胶囊成型鼓的优点是可以进行同步反包，提高轮胎的 均匀性，缩短成型时间，节约胶囊生产成本m c 压辊采用伺服驱动系统而不用气 缸驱动，可使压辊准确定位。 1 2 2 国内成型机发展现状 我国的第一条轮胎手工试制于1 9 3 4 年的上海，1 9 4 9 年全国解放时轮胎的产 量仅为2 6 万条。新中国成立后，中国轮胎工业在国家各级部门的关怀与支持下 迅速发展，改革开放的二十多年，中国轮胎工业进入了一个高速发展的崭新时期， 2 0 年间中国轮胎产量增长近九倍f 1 1 l 。 轮胎成型机是子午线轮胎制造的关键设备之一，我国研制起步较晚，尤其是 全钢载重子午线轮胎成型机在我国的研制历史还不到1 0 年。但近年来，我国轮 胎成型机发展速度很快。比较大的轮胎生产厂商比如上海轮胎公司、山东三角集 团、山东兴源集团、风神轮胎公司、贵州轮胎公司、杭州中策、山东玲珑、山东 金宇、山东盛泰、江苏飞驰、正新轮胎、青岛双星等等。以中航一集团北京航空 制造工程研究所、天津赛象科技股份有限公司等为代表的企业，通过对引进成型 机的消化吸收，使我国成型机水平提高很快，精度和控制水平与世界先进水平相 当。但是目前我国成型机在品种和产量方面与国外先进水平仍有一定差距，特别 是半钢四鼓一次法成型机、全钢四鼓成型机还处于研发阶段【1 5 。 全钢载重子午线轮胎成型机要为两鼓及三鼓结构，为一次法成型。我国有引 进了四鼓全钢载重子午线轮胎成型机，国内已有北京6 2 5 所等厂家在研制。 两鼓全钢载重子午线轮胎成型机有两个流派：一是以北京6 2 5 所为代表的消 化吸收意大利皮列里t r g b 型结构；二是以天津赛象为代表的消化吸收日本三菱 h d 型结构。从目前我国轮胎厂使用情况看，t r g b 型结构使用更广泛。目前，国 产二鼓成型机产量一般每班约为5 5 条，北京6 2 5 所改进完善的二鼓成型机产量 3 胎体帘布自动缝合装置机理的研究与结构设计 有所突破，能达到每班7 0 多条。我国三鼓全钢载重子午线轮胎成型机也有两大 流派：一是以北京6 2 5 为代表的消化吸收v m i 型结构；二是以天津赛象为代表的 消化吸收德国克虏伯结构【1 6 】。 与国外的轮胎成型机相比，国内的轮胎成型机在生产效率和自动化程度方面 存在很大的差距。目前在班产量方面，国内轮胎成型机的班产量是国外的1 3 左 右。自动化水平低是造成班产量低的一个主要原因，有些工序现在还需要人工操 作，例如胎体帘布的缝合工序。这样不仅使轮胎的质量受人为因素影响较大，而 且劳动效率低，工人的劳动强度高。所以，国内轮胎成型机的生产效率和工序的 自动化方面还有很大的提升空问。 1 2 3 胎体帘布缝合的研究现状 在三鼓全钢载重子午线轮胎成型机中，主要有两种缝合胎体帘布的方式：手 工缝合和气动缝合。 国内最早的的缝合方式是采用手工缝合。首先是将一板尺放到接口处，等缝 合完毕，再将板尺抽出；其次，手工对接帘布接头，此时板尺在下方提供一个平 面，用圆木工具将两边胶料擀到一起。最后待胎体帘布缝合完，抽出板尺。手工 缝合的缺点是：缝合后，在胎体帘布的缝合处帘布分布不均匀。如图卜2 所示， 胎体钢丝帘线间距不均匀会导致轮胎在使用过程中胎侧或内衬层脱层甚至爆胎， 影响成品轮胎的速度、耐久和安全性能【1 7 】。而且手工缝合的劳动强度大，人为操 作误差大等会影响了帘线间距的均匀性。 图1 - 2 胎体帘布接头附近的x 光照片1 1 7 1 f i g 1 - 2t h ex r a yi m a g i n g n e a rt h e j o i n to f c a l c a s 8p l y o “j 目前多采用气动缝合装置进行缝合胎体帘布。该操作需要一名工人手握气动 缝合器沿胎体帘布的一边到另一边来实现缝合。此装置主要结构由三个锥齿轮构 成，其中两个锥齿轮的啮合运动来缝合胎体帘布。气动缝合的优点是比手动缝合 快，劳动强度相对低，缝合处帘线的均匀性优于手工缝合；缺点是：自动化水平 低，胎体帘布的缝合还是受人为因素影响。 4 青岛科技大学研究生学位论文 1 3 选题的意义 随着子午线轮胎的蓬勃发展，轮胎的生产技术也不断进步，工艺装备更是日 新月异，是轮胎工业从劳动密集型逐步向技术密集型、高科技型转换。子午线轮 胎的不断兴起和发展，已成为轮胎生产和消费的一大潮流。从1 9 4 8 年第一条子午 线轮胎问世以来，目前已发展为多种类型的轮胎：轿车轮胎、载重轮胎、工程轮 胎、拖拉机轮胎、摩托车轮胎和飞机轮胎等已被子午线轮胎所代替，而其它各种 斜交轮胎都将逐渐被子午线轮胎所替代。虽然子午线轮胎的制造工艺要求很严 格，制造子午线轮胎的设备比制造斜交轮胎的设备昂贵很多，但由于子午线轮胎 较斜交轮胎有很多优点：耐磨性好、滚动阻力小、转弯能力大、使用寿命长、承 载能力大、减震性能好等。从子午线轮胎多方面的性能来看，本课题的选题是根 据子午线轮胎逐步替代斜交胎的应用前景需要来选择的。 从提高子午线轮胎成型过程自动化程度的角度来看，全钢载重子午线轮胎三 鼓成型机中的主要工序有输送、裁断、缝合、成型等，其中输送、裁断和成型都 已实现自动化或半自动化，而胎体帘布缝合的自动化程度较低。据文献查阅，目 前国内尚未有此方面的研究报告。本课题以此为出发点，以胎体帘布的缝合工艺 为主要研究对象，了解影响载重子午线轮胎成型机在胎体帘布缝合过程中的关键 因素，并针对全钢载重子午线轮胎成型机中胎体帘布的自动缝合装置进行设计， 通过与企业合作积极的联系，根据胎体帘布缝合过程在应用中出现的问题，研究 探讨胎体帘布自动缝合的理论分析，来确定胎体帘布缝合的关键因素，设计胎体 帘布自动缝合装置，并进行了自动缝合装置的运动仿真模拟，为进一步开发具有 我国自主知识产权的稳定性好且效率高的成型机，提供了胎体帘布自动缝合过程 的理论依据及可行性方案。这对提高子午线轮胎成型工艺水平不但具有理论研究 的重要意义，也具有重要的工程应用意义。 1 4 本课题研究的内容 本课题的立足点是提高全钢载重子午线轮胎成型机的自动化水平。针对手工 与半自动缝合进行比较，为提高生产效率提出热辅助缝合。主要目的是针对实现 胎体帘布的全自动缝合，进而提高缝合后胎体帘布的均匀性，减少人为因素对轮 胎成型过程的质量影响： 研究主要包括：缝合的理论分析( 帘线结构、缝合断面的粘性分析) ，缝合 部件的热分析及力分析，缝合机构的运动分析与设计( 运动要求及动态分析) ， 5 胎体帘布自动缝合装置机理的研究与结构设计 缝合实验机台的动态模拟及实际检测实验。然从以下几个方面进行详细说明： 1 介绍了胎体帘布结构与应满足的工艺要求；分析了帘布出现稀线的主要 原因。 2 从改变缝合胎体时的工艺条件温度和压力角度出发，对缝隙两端的 胎体帘布进行了受力分析；设计出可提供温度场的热辊，并对其施加不同的加热 温度方案，进行了模拟热分析。 3 根据胎体帘布缝合过程的力分析和热分析得出的相关参数，进行了整个 胎体帘布自动缝合装置的设计；结合p r 叽n g i n e e rw i l d f i r e5 0 等设计软件进行 了工程设计及三维装配与胎体缝合过程的运动仿真。 4 利用现有的实验条件，对胎体帘布缝合过程进行实际检测实验。通过实 验，得到了特定压力和温度条件下胎体帘布自粘性的参数。根据计算胎体帘布压 合后相对自粘力的大小，由实验对比的结果得出胎体帘布自动缝合的最优工艺条 件，验证了理论力分析和热分析的正确性。 1 5 本章小结 本章阐述了轮胎工业的相关背景，介绍了轮胎成型机及其胎体帘布缝合的发 展现状，并对课题研究的背景、内容和意义进行了简要说明。 6 青岛科技人学研究生学位论文 2 胎体帘布结构及其对轮胎的质量影响 2 1 胎体帘布的主要结构 全钢载重子午线轮胎断面示意图，如图2 - 1 所示 图2 - 1 全钢载重子午线轮胎断面示意图 f i g 2 - 1t h es c h e m a t i cd i a g r a mo fc r o s s - s e c t i o no ft b r t i r e 在图中，胎体帘布在断面上呈“q “状。 胎体帘布在轮胎的作用： 1 ) 承受轮胎的气压； 2 ) 支撑轮胎的负荷； 3 ) 承受和缓冲外来的冲击力。 在胎体帘布中的帘布是钢丝的，全钢子午线轮胎也由此得名。胎体帘布是由 钢丝帘布压延工序加工而成。钢丝帘布的截面如图2 - 2 所示。本文中提到的钢丝 帘线的规格是3 + 9 + 1 5 x 0 1 7 5 + 0 1 5 9 。 2 - 2 钢丝帘布的截面图 f i g 2 2t h es e c t i o n a lv i e wo fs t e e lc o r d 7 胎体帘布自动缝合装置机理的研究与结构设计 2 2 钢丝胎体帘线的结构及性能 ( 一)胎体帘线中的专业术语 钢丝帘线中的一些专业术语如下： 1 单丝：不同直径的单根细钢丝称为单丝。 2 股线：一根单丝或两根以上单丝组成称为股线 3 帘线：三根以上的单丝或两股以上的股线捻制而成的钢丝线绳称为钢丝 帘线。 4 外缠线：缠绕在钢丝帘线表面的单丝称为外缠线； 2 3 1 单丝；2 股线；3 帘线；4 外缠线 1 s i n g l ef i b e r2 f o l d e dy a m 3 c o r d4 o u t e rl i n e 图2 - 3 钢丝帘线结构示意图 f i g 2 3t h es c h e m a t i cd i a g r a mo fs t e e lw i r es t r u c t u r e 5 钢丝帘线结构：钢丝帘线规格结构的表示方法与其他骨架材料不同，它 是用单丝的直径、股线以及每股线中单丝的数量和是否带外缠线等几个 不同参数组成的符合表示【1 9 】，其表达式为： ( n x f ) x d + ( n x f ) x d + ( n x f ) x d + f x d 最内层中间层最外层外缠层 n ：股数； f ：单丝数； d ：单丝直径。 本文提到钢丝的规格是( 1 x 3 ) x o 1 7 5 + ( 1 x 9 ) x o 1 7 5 + ( 1 x 1 5 ) x o 1 7 5 + 1 x 0 1 5 ， 简化为3 + 9 + 1 5 x 0 1 7 5 + 0 1 5 或3 + 9 + 1 5 x 0 1 7 5 w ，其截面如图2 4 所示： 8 青岛科技大学研究生学位论文 + 图2 - 43 + 9 + 1 5 x 0 1 7 5 w 钢丝帘线各股线示意图 f i g 2 - 4t h es c h e m a t i cd i a g r a mo fe v e r yf o l d e dy a m i nt h es t e e lw i r eo f3 + 9 + 1 5 x 0 1 7 5 w 释义：3 + 9 + 1 5 x 0 1 7 5 w 3 ：芯股单丝数：根 9 ：第二层单丝数：根 1 5 ：外层单丝数：根 0 1 7 5 ：单丝直径：m i l l 0 1 5 ：外缠线直径：i b m w ：带有外缠线 ( - - )钢丝帘线的性能及其对轮胎性能的影响 胎体帘线最重要的性能是高耐疲劳性能和抗磨损能力。为了实现高耐疲劳性 能，就需要采用更高强度、更小直径的钢丝，并配以良好、稳定的生产工艺；而 好的抗磨损能力则意味着更多地采用无外缠丝、渗胶性能性能得到良好改善、内 外层捻向一致的帘线及紧密型帘线p 哪。 钢丝帘线是制造轮胎的一种重要材料，其所起的作用是：保持轮胎形状和尺 寸的稳定性，抗机械损伤和支承负荷；帘线应满足轮胎所需的耐疲劳、耐冲击、 抗变形等性能要求。帘线还对轮胎的乘坐舒适性、噪音、高速性能、滞后性能、 脱层和寿命等有严重影响【2 1 1 。 而在全钢载重子午线轮胎制造过程中，钢丝帘布产生的质量缺陷是影响成品 轮胎合格率的主要原因，胎体钢丝帘线分布不均匀就是常见的钢丝帘布质量缺 陷。胎体钢丝帘线间距不均匀会导致轮胎在使用过程中胎侧或内衬层脱层甚至爆 胎，影响成品轮胎的速度、耐久和安全性能【1 7 1 。在2 4 节中重点分析帘线稀线的主 要原因，这里不再赘述。 2 3 压延、裁断和成型等工序对胎体帘布的工艺性要求 ( 1 ) 压延工序对胎体帘布的工艺性要求 多根胎体帘线通过专门的压延设备，实现两面覆胶，制成为钢丝胶帘布的加 9 胎体帘布自动缝合装置机理的研究与结构设计 工工艺，称为胎体帘布压延工艺。 该工艺是在子午线轮胎制造的整个生产工艺中，属于质量要求高、设备精密 要求又是多人多机台操作运行的一个重要工序。 该工序中，影响胎体帘布的质量的因素有很多，这里胎体帘布的主要质量标 准： 1 ) 无缺胶漏线，无劈缝，无稀线，无叠线； 2 ) 表面无杂质、无胶片褶，无气泡，无自硫胶、无喷霜； 3 ) 胎体帘布帘线密度均匀； 4 ) 胎体帘布厚度公差和厚度不对称度要求； 5 ) 胎体帘布卷曲不偏歪值要求。 ( 2 ) 裁断工序对胎体帘布的工艺性要求 胎体帘布裁断工序采用9 0 。直裁工序。9 0 。胎体帘布裁断机的工艺流程： 设定裁断宽度一胎体帘布大卷导开一剥离塑料垫布并缠卷在卷轴上一定中心输 送一各切离帘布两端的一根帘线或胶边一送到供布台一定长递布一裁断一自动 对接一敷贴胶片一同塑料垫布卷曲在法兰卷轴上。 垮 向 裁断的1 埕 接头的i 位置 输j 鼬方向 ， i- ( i i i il iii ii ll - 图2 - 5 胎体帘布裁断示意图 f i g 2 - 5t h es c h e m a t i cd i a g r a mo fc u t t i n gc a r c a 8 8c o r d 如图2 5 所示，其中的设定裁断宽度是设定参数值等于或大于对应贴合鼓上 1 0 青岛科技大学研究生学位论文 的胎侧之间的距离而不是贴合鼓的周长。 在该工序中，主要的质量标准为 1 ) 裁断宽度的公差为2 m m ； 2 ) 接头错边的公差也为2 咖： 3 ) 接头间距要小于等于根帘线。 二 ( 3 ) 成型工序 子午线轮胎是一种使用性能良好的轮胎，但由于它在结构上的特点，对质量 的要求更高。要制作良好的子午线轮胎，除了工艺设备配套、轮胎结构设计合理、 胶料性能优良外，工艺因素占很重要的地位，或者可以说，它是决定轮胎质量好 坏的主要因素瞄l 。对于胎体帘布的要求，除了要求它的压延工序、裁断工序外， 在成型工序中要求更为严格。 为了保证轮胎的质量，在胎体帘布方面工艺性要求如下： 1 ) 胎体帘布不能拉伸。胎体帘布层帘线呈9 0 。排列。拉伸时，很容易产生 稀密不均现象，严重时会导致轮胎径向和侧向均匀性差。 2 ) 胎体帘布的贴合必须对中心，两边对称。贴合操作中，胎体帘布不对称 时会造成反包高度不一致影响轮胎的操作性及使用寿命。 3 ) 为了使轮胎平衡性和均匀性好，胎体帘布的接头处要错开位置，均匀分 布。 2 4 胎体帘布主要缺陷及其对原因分析 全钢载重子午线轮胎硫化后必须经过x 光检验，检验结果符合技术要求才能 判定为合格品，而胎体帘布稀线是x 光检验检出的主要缺陷。胎体帘布稀线主要 指因胎体帘布压延、裁断及胎坯成型等工序出现问题，造成成品轮胎胎体帘布两 根或多跟帘线之间的距离大于正常距离。胎体帘布稀线会导致轮胎使用过程中胎 侧、胎肩脱层甚至爆破，影响轮胎的安全性能和使用性能，即使胎体帘布出现轻 微稀线现象也会对轮胎的均匀性和耐久性能产生影响，缩短轮胎的使用寿命【冽。 在全钢载重子午线轮胎中，胎体帘布稀线的种类主要分为贯通性帘布稀线、 局部帘布稀线、局部多处帘布稀线和多根帘线稀开四大类。下面详细介绍这四类 稀线及其原因分析。 1 1 胎休帘和自动缝合裟置机理的1 i j i _ 究1 j 结构设讨 2 4 1 贯通性帘布稀线 两根钢丝帘线i 旬的距离人于j f 常距离，稀开距离为2 4 根钢丝帘线不等，从 一个钢丝圈贯通到另一个钢丝圈，整条轮胎有卜2 处( 如图2 6 所示) 图2 - 6 贯通性帘布稀线f 2 3 】 f i g 2 6t h ep e n e t r a t i n gc a r c a s sp l ys p l i t 2 3 1 原因分析： 1 ) 直裁修边或成型修边后，边部余胶过多，造成接头处钢丝帘线间距过大， 定型充内压过程中胎体帘布接头脱开。 2 ) 胎体帘布直裁机输送带送料不正或接头器前输送带跑偏，造成接头处钢 丝帘线i a j 足e 不同，定型后此接头处钢丝帘线间距不均匀，严重时接头局部脱开。 3 ) 成型缝合过程，胎体帘布接头处钢丝帘线间距过大，定型时胎体帘布接 头处钢丝帘线稀开。 4 ) 胎体帘布胶门尼粘度过低，成型、定型时容易引起胎体帘布接头处钢丝 帘线稀丌。 2 4 2 局部帘布稀线 胎体局部两根钢丝帘线间的距离大于正常距离，稀开距离一般在4 根钢丝帘 线以上，整条轮胎胎体帘布只有卜2 处( 见图2 7 所示) 。 图2 7 局部帘布稀线示意图【2 3 1 f i g 2 7t h ep a r t i a lc a r c a s sp l ys p l i t 2 3 1 1 2 青岛科技大学研究生学位论文 原因分析： 1 ) 压延时由于上下胶片太薄，钢丝帘线之间没有足够的胶料而脱层。胎体 帘布经直裁机裁断后，成型接头时有虚接现象，定型后出现钢丝帘线和胶料分离， 造成胎体帘布接头脱离。 2 ) 直裁机接头器风压低或气动街头器齿轮间隙过大，造成胎体帘布接头脱 开。 3 ) 裁断后，胎体帘布边部翘起，导致胎体帘布接头脱开。 4 ) 气动缝合时压力太小，胎体帘布接头不实，定型时胎体帘布接头脱开。 5 ) 内衬层和垫胶接头不牢，定型充内压时，内衬层和挚胶接头脱开，引起 胎体帘线稀开。 6 ) 胎体帘布停放时间过长或胶料喷霜，胶料粘性不好，造成胎体帘布接头 不实。 7 ) 胎体帘布胶料门尼粘度过高，胶料流动性差，造成胎体帘布接头不牢。 8 ) 成型电热刀温度偏低或修边钝头，修边后边部胶料不平整，胎体帘布接 头不牢，定型时胎体帘布接头脱开。 2 4 3 多根帘布稀线 连续多根钢丝帘线间的距离都大于正常距离，稀开距离为2 - 4 根钢丝帘线， 见图2 9 所示。 图2 - 9 多根帘布稀线【2 3 】 f i g 2 - 9t h em u l t i p l e - c o r dc a r c a s sp l ys p l i t 吲 原因分析： 1 ) 直裁时胎体帘布卷取速度与输送带速度不匹配，造成帘布拉伸，导致多 根钢丝帘线稀开。 2 ) 成型过程供料与导开速度不匹配，胎体帘布局部拉伸，定型时胎体钢丝 帘线多根稀开。 胎体帘布自动缝合装置机理的研究与结构设计 3 ) 内衬层接头过大，造成硫化时胶料流动，胎体局部多根钢丝帘线被充稀。 2 5 本章小结 本章主要介绍了胎体帘布和钢丝帘线的结构、胎体帘布的压延和裁断工序。 并详细分析了胎体帘布主要缺陷稀线及其相应的原因分析。 1 4 青岛科技大学研究生学位论文 3 待缝合胎体帘布性能及其受力分析 在载重子午线三鼓成型机中，待胎体帘布贴合到贴合鼓上，如图3 - 1 所示， 要想使两侧胶料粘合到一起需要将缝两侧的胶料向中间移动并使胶料粘合到一 起。 1 ：胎体帘布层2 ：贴合鼓3 ：待缝合帘布的两端 1 c 剐f 】c a s sp l y2 c 4 9 x c a s 8d r u m3 t h et w os i d e so f c o r df o rs t i t c h i n g 图3 - 1 贴合到贴合鼓上的胎体帘布示意图 f i g 3 1t h es c h e m a t i cd i a g r a mo fc a w a 鼹c o r d w h e nf i t t i n go nt h ec 卸r c ：舔sd r u m 本文以载重子午线轮胎成型机2 0 寸的贴合鼓为例，贴合鼓的直径为5 0 8 m m ， 图3 2 为缝合胎体帘布的受力分析示意图。 图3 - 2 胎体帘布的受力分析示意图 3 - 2t h ef o r c ea n a l y s i so fc a x e a 鹳c o r d 1 5 胎体帘布自动缝合装置机理的研究与结构设计 图中e 、e 的大小由胎体帘布的自粘性决定的。当f 1 、e 大于或等于胎体 帘布特定的自粘力时，才能实现胎体帘布的缝合。即胎体帘布的自粘性决定了需 要多大的作用力j 能使两侧的胶料发牛弹性形变，并使两侧的胶料粘合到一起。 本章首先介绍胎体帘布h 胶料的自粘性，再进行对缝合器和胶料进行力分析。 3 1 待缝合胶料的自粘性及其影响因素 自粘是同种未硫化胶料( 或生胶) 贴合并停放一定时间后产生的融为一体的 现象。生胶或胶料的这种特性被称为自粘性( t a c k i n e s s 或a u t o a d h e s i o n ) 。它 是两个粘合表面的橡胶大分子通过分子热运动相互扩散渗透的结果。自粘性是未 硫化胶独有的特性【2 6 1 。待缝合帘布中的胶料属于生胶，也具有自粘性。 自粘性在成型过程中很重要，因而也被称为成型粘性。自粘性对橡胶加j f ：有 利也有弊，它为各制品的贴合成型提供粘合力，保证贴合部位牢固。胎体帘布缝 合就是利用胶料的自粘性实现胶料缝合到一起。 3 1 1 胎体帘布胶料自粘性的产生 胎体帘布中的胶料相互接触时，界面处相互渗透和扩散，这种分子尺度的相 互扩散经过一定时问后使两层胶融为一体。在理想情况下，其粘合力可达到胶料 自身强度，从而保证硫化后产品整体性能的均匀，因此可以把自粘视为大分子相 瓦扩散的结果。当两层胶片贴合时，界面处的橡胶大分子链在相互纠缠过程中因 热运动而形成空穴，会容许其相邻分子链以链段规模挤入空隙之中，随着时间的 延长而最终融为一体，如图3 3 所示瞄1 。 图3 3 橡胶分子链段相互纠缠进入空穴示意瞄1 f i g 3 - 3t h er u b b e rm o l e c u l a rc h a i ne n t e r i n gc a v i t a t i o n s a f t e rt h er e c i p r o c a le n t a n g l e m e n t 2 5 1 1 6 青岛科技大学研究生学位论文 3 1 2 胎体帘布胶料自粘机理 自粘机理是橡胶粘合理论的组成部分，用来解释自粘形成的条件和影响因 素。从事这一方面的学者迄今各持己见。他们对自粘的认识，既有共同点，又有 分歧。大致可分为扩散、吸附和接触等三个流派网。 l 、扩散理论 该理论认为，物质分子处于不停的运动之中，由于橡胶分子链段富有柔软性， 两个表面接触时就会扩散。就同一种胶种的生胶或胶料而言，它们的扩散活化能 处于同一水平，所以相互扩散十分顺畅，从而形成自粘。由此可见，自粘可看作 是同种胶料界面分子热运动的结果。 当两层胶片贴合时，界面两侧的分子链相互纠缠，由于热运动而出现空穴( 如 图3 - 4 中的c 处) 。 图3 - 4 橡胶分子链段的相互纠缠示意图刚 f i g 3 - 4t h e s c h e m a t i cd i a g r a mo f r u b b e rm o l e c u l a rc h a i n i nt h er e c i p r o c a le n t a n g l e m e n t l 2 q 相邻分子链就会以链段尺寸的规模进入空穴。当相邻的两片胶在加压下接触 时，两侧的橡胶分子链穿越界面，进入另一侧，形成了互相扩散和渗透。 对自粘起决定性作用的，并非空穴的数目，而是空穴的容积。若容积过小， 链段无法进入，那么就达不到扩散互动的目的。不同胶种的空穴容积都不相等， 从而导致自粘性也不等。空穴容积越大，自粘力也越强。表3 一l 列出了几种常见 胶种的空穴容积和每个聚合单元的空穴数目等参数。由表3 1 可见，从空穴的几 何尺寸和空穴数目看，天然橡胶处于绝对的优势。因此，具有最好的自粘性。三 元乙丙橡胶与丁基橡胶相比则绝然相反，自粘性最差。 1 7 胎体帘布自动缝合装置机理的研究与结构设计 表3 1 不同胶种的空穴参数叨 t a b 3 1t h ep a r a m e t e rt a b l eo ft h ec a v i t a t i o n so f s o m ed i f f e r e n tk i n d so fc o m p o u n d s l 2 7 1 胶种空穴容积，r i m 3每单元空穴数目 天然橡胶 3 2 52 0 丁苯橡胶 2 1 21 7 顺丁橡胶 1 01 9 丁基橡胶 1 4 72 1一 三元乙丙橡胶 1 4 7o 3 3 2 、吸附理论 这一派理论认为，自粘是两个接触界面的分子间相互吸引的结果，它与橡胶 分子的极性相关。随着这种吸引力的增强，自粘键的强度也在增大。有些极性橡 胶的自粘性并不随极性而提高。如不同丙烯腈含量的丁腈橡胶就是一个典型的例 子。这是因为丙烯腈含量提高后，扩散所需的活化能也随之增大。如丙烯腈含量 为1 9 6 ，2 8 0 ，3 6 9 时，扩散活化能分别为1 6 5 9 卡、4 7 6 0 卡、8 6 7 0 卡。 3 、接触理论 第三种理论将橡胶自粘表述为接触三段论，即第一阶段接触，第二阶段形成 粘合，第三阶段形成分子间力，该理论提出自粘键的强度依赖于接触压力。 3 1 3 缝合过程自粘性的主要影响因素 对于胶料的自粘性的影响因素有很多，有胶料的种类、增粘剂、工艺条件。 在缝合胎体帘布中，为了保证轮胎的均匀性，我们不使用增粘剂。以下是针对胶 料的种类和工艺条件两个影响因素的讨论：