（机械工程专业论文）lcx4b工程轮胎成型机扣圈盘改造开发的技术研究.pdf

茎型三些奎兰三堡堕主兰堡笙苎茎壅塑至 a b s t r a c t i n t h i sp a p e r , t h ec u r r e n tc o n d i t i o no f0 t 肇c o n d i t i o np r o d u c ei nt h ea s p e c t so f m o d e lw a sa n a l y z e ds y s t e m a t i c 缸l y a n dt h ep a p 4 e rs y s t e m a t i c a l l yd e s c r i b e st h eg e n e r a l p r e c e p to f t i r e b u i l d i n gm a c h i n ew h i c hh a sw i l du s e d a st h ei m p o r t a n c et e c h n o l o g yo ft h et i r e b u i l d i n gm a c h i n e ，p u s h w h e e ls y s t e mi s d e s c r i b e dd e t a i l e d l yt h r o u g ht h e o r e t i c a ：fa n d e x p e r i m e n t a la n a l y s i si nt h ep a p e r t h r o u g h a n a l y s i saf e wp r i n c i p l eo fr e f o r m a t i o nd e s i g n ，t h ee n d i n gd e s i g np r o j e c tt h a tm a k e s e l e c t i o nb e c a m et h em o d e l ，a n df o rt h ee m u l a t i o nm o d e lc a r r i e do nt h ec o m p u t e rt o d y n a m i ci m i t a t e ，m a k i n gt h ea n a l y s i sa n dc o m p a r i s o n st o w a r d si m i t a t i n gt h ed a t a , v e r i 匆t h ec o r r e c to f t h er e f o r m a t i o nd e s i g n t h r o u g ht h ed e t a i l e dt h e o r ya n a l y z e s ，s o m ee x i s t e dd i f f i c u l tp r o b l e m si nt h e r e s e a r c hw e r ee v a l u a t e da n dr e s o l v ec o n s u m m a t e d i tw i l lb eo fg r e a ta d v a n t a g et ot h e p r o c e s so fi n d u s t r i a l i z a t i o no f t h et i r e b u i l d i n gm a c h i n e i n t h i sp a p e r , t h es t u d y i n go ft h ep u s h w h e e ls y s t e me s t a b l i s h e sat h e o r e t i c a la n d f i r mb a s e ，a n di th a si m p o r t a n tr e f e r e n t i a lv a l u e k e y w o r d s ：o t r ，t i r e b u i l d i n gm a c h i n e ，o p t i m u ms o l u t i o n ，e m u l a t i o n i i i y，1 贵州工业大学工程硕士学位论文 1 绪论 1 威言 1 1选题的工程意义及背景【2 j 二! 贵州轮胎股份有限公司是我国重点轮胎制造厂家和全国5 2 0 家重点企业之一，属国家大 型一档企业，全国化工百强和十大轮胎公司之一，西南最大的轮胎生产企业，全国最大的工 程轮胎生产出口基地，2 0 0 2 年名列世界轮胎行业第3 6 位。公司始终坚持“质量第一，用户至 上”的经营理念，在质量管理方面，先后通过中国进出口商品质量认证中心的i s 0 9 0 0 1 质量管 理体系认证和中国轮胎产品质量认证委员会的3 c 产品质量认证，并通过美国交通部d o t 的 安全标志认证和欧共体的e c e 标准认证。公司主要生产“前进”牌各种系列轮胎，产品畅销 国内外，年出口量占总产量的5 0 以上。工程机械轮胎是我公司的拳头产品，尤其是无内胎 二l ：程胎是我公司新的经济增长点，主要出口北美市场，在我公司产品结构调整中占有极其重 要的地位。 工程轮胎生产工艺及设备既复杂又庞大，它包括原材料加工、运输、贮存、配炼、压出、 压延、裁断、成型、硫化、成品检测以及其它半成品的制作工序，有些设备对加工精度的要 求还很严格。轮胎制造目前已达到很高的机械化和自动化水平，远非早期装备水平所能相比。 1 1 1 工程轮胎生产的各主要工序及特点： 胶料混炼：早已采用密炼机代替开炼机，我公司的典型设备是从英国引进的f 2 7 0 密炼机，该 机混炼系统实现炭黑自动输送、称量及投料：小料自动称量，塑料包装投料：油料采用管道 输送、自动称量及投料。用能量控制或温度控制胶料的混炼周期，整个过程实现了自动化操 作i 由程序卡指令电子计算机控制其过程，电视监控。 胎面压出：我公司典型设备是从日本引进的三复合胎面挤出机，可进行热喂料挤出机机外复 合或冷喂料挤出机机头内复合压出胎面，实现了两块、四块甚至五块的复合胎面。联动装置 包括多层喷淋冷却装置、自动称量、定长及切割、表面喷涂等工序，自动化程度较高。 帘布压延和裁断：主要生产设备有意大利柯荚利奥公司出产的s 型四辊压延机，采用中高度、 轴交叉或预负荷装置调整辊筒的挠度，保证帘布压延的厚度均匀。并装有! 射线测厚仪测定和 调整压延帘布的厚度，光电装置调偏等。尼龙帘布一般由帘线生产厂进行热伸张处理，但在 压延机联动线上亦设有伸张装置，在压延前后可按预定负荷对帘布进行伸张处理。全过程可 应用数字电子计算机进行集中控制。帘布的裁断在卧式或高台裁断机上进行，光电系统控制 送布及裁断宽度，并与自动拼接及卷取装置联成流水线。 钢丝缠绕：普通钢丝圈挤出缠卷联动装置的型式很多。目前国内使用较多的一种是由钢丝导开 装置、前牵引机、酸洗槽、螺杆挤出机、后牵引机及贮存架、裁断刀、缠卷机等多台单机组 成。用以生产断面为方形或长方形的轮胎钢丝圈。 外胎成型：工程轮胎一般使用半芯轮式成型法，典型设备为国产l c x 一4 b 包边压辊成型机。成 型的控制亦可由数字电子计算机按预定的程序进行操作。 外胎定型：用于筒状外胎胎坯的定型，使胎坯成为类似成品外胎的轮廓，并在定型过程中将 水胎装入外胎内腔。工程轮胎的空气定型机主要使用l d k 一8 2 0 型。 外胎硫化：工程轮胎普遍采用硫化罐。还可装入热电偶式硫化程度积分仪，以做到准确地控 制轮胎的硫化程度。 1 1 2 工程轮胎的分类 工程轮胎一般分为有内胎和无内胎二大类。有内胎工程轮胎简称“套胎”，是由外胎、内胎 和垫带构成，这三者与轮辋装在起使用。无内胎工程胎的构成则没有内胎和垫带，外胎直 贵州工业大学工程硕士学位论文1 绪论 接装在轮辋上使用。 1 1 3 工程轮胎外胎的组成 ：i ：程轮胎外胎由胎体、胎面和胎圈三个主要部分组成。胎体包括帘布层和缓冲层两部分， 而外层胶又包括胎面胶和胎侧胶两部分。 胎体：由多层挂胶帘布按一定的角度贴合而成，使外胎具有所需要的强度和弹性，以承受轮胎 使用时的复杂应力和多次变形，并缓和外来的路面振动和冲击。帘布层是胎体的骨架，支撑 着外胎各部分，也是固定外胎的外轮廓。缓冲层位于胎体帘布层和胎面之间，有帘布和胶片 两种形式。目前，应用合成纤维( 尼龙和聚酯等) 、人造丝、玻璃纤维和钢丝帘布来制造外 胎。 胎面：外胎同地面接触部分称为胎面，胎面胶分上层冠部胶和下层基部胶两层。冠部胶( 包括 花纹块和花纹沟) 直接接触地面，应具有耐磨损和耐切割性能，并能传导车轮的牵引力和制 动力。在花纹沟底部的基部胶，用于缓冲地面传导的振动和冲击，常用不同于冠部胶的耐热、 耐剪切的橡胶制成。 胎圈：胎圈的用途是使轮胎紧密地固定在轮辋上，并承受外胎与轮辋的各种相互作用力。胎圈 主要是由钢丝圈和三角填充胶、钢丝圈包布组成。钢丝圈是轮胎胎圈的基础，是外胎强度的 重要组成部分，其构造分为方形、六角形、半圆形和圆形四种断面形式。填充胶为刚性钢丝 圈的弹性胎侧部位过渡的半硬质胶体、也有采用两种配方制成复合填充胶。 1 1 4 选题背景及工程意义 现阶段国家宏观经济政策为工程机械行业提供了良好的外部发展环境。国内工程机械市 场目前正处于高速发展阶段，面临巨大商机。加强基础设施建设、西部大开发、城镇化建设 推进和实施可持续发展四大经济发展战略。必将推动我国工程机械市场向需求大和需求持久 方向发展，加上我国工程机械在国际市场上有着很强的竞争力，由此可以推出我国工程机械 产业将有很好的可持续发展前景。如此大量的工程机械投入市场，工程轮胎的需求总量呈几 何级数速度剧增将不难想象。2 0 0 3 年工程轮胎供不应求，因轮胎配件缺货而影响工程机械下 线的情况在许多工程机械企业屡屡出现。反映出我国工程机械产业发展速度在快速扩张，工 程轮胎市场在有着广阔的发展前景。如何提高工程轮胎的产量和质量以及开发各种新型的规 格品种，是贵州轮胎股份有限公司的当务之急。 本课题是对l c x 一4 b i 程轮胎成型机扣圈盘的改造。l c x 一4 b 成型机的扣圈盘采用的是铁环 式。其结构为碗形或平板状。特点是结构简单，加工制造容易，但仅能满足一种尺寸的胎圈。 适用于单规格品种的轮胎成型。随着生产规模的扩大和产品规格日益增多，这种类型的扣圈 盘越米越不适应生产的要求。主要原因是： 一、根据市场的需求，常常需进行小批量、多规格的轮胎生产。由于不同规格的轮胎对 应的胎圈尺寸不同，就需要配置相应尺寸的扣圈盘。 二、轮胎产品结构的改动，常常需要调整钢丝圈直径，相应的会造成胎圈直径的变化。 同样也就需要配置相应尺寸的扣圈盘。 由于上述原因，造成生产现场存放大量的扣圈盘。在更换产品规格时，需要人工查找相 应的扣圈盘，并更换与之匹配的扣圈中心轴头。由于轴头的频繁更换，主轴及轴头的螺纹部 位极易损伤失效，最终造成胎圈碰歪的质量事故时有发生。生产实际需要，寻找一种可调夹 持直径的扣圈盘，来实现对不同直径胎圈的夹持，从而解决铁环式扣圈盘的缺点。 1 1 5 应用前景 贵州轮胎股份有限公司的l c x 一4 b 成型机扣圈盘改造，使设备技术含量提高，使生产效率 得到提高。通过l c x 一4 b 机改造可推广l i l j l c x 系列成型机，并且提高了广大科技人员的专业水平。 节约了大量购进设备工装的资金，很符合大型国企的需要，有很高的实用性。 2 贵州工业大学工程硕士学位论文1 绪论 1 2 国内外发展情况【2 】【3 1 4 】【2 4 1。 无论国内还是国外的轮胎制造过程中，成型工序都处于非常重要的地位。一个高质量轮胎 的生产，除了依靠工程技术人员的优秀设计外，还要依靠精良可靠的成型设备以及工人们细 致的生产操作，三者不可缺其一。特别是在轮胎生产中，成型工序是处于一个承前启后的关 键性工序。成型工艺前，外胎各个半成品，如胎面胶的混炼和压出、胶帘布的压延和裁断、 帘布筒( 包括缓冲层) 的贴合、钢丝圈的组合等等，都是在不同车间分别进行的。成型时， 将各半成品汇总组合成胎坯。若成型工序做得不好，则前功尽弃，造成半成品的严重浪费， 并无法与后面的硫化工序衔接，影响整个生产过程。成型工序在很大程度上也决定着外胎的 质量，如外胎硫化后的外观缺陷、胎圈形变、胎面接头不牢和帘线弯曲等。外胎行驶时的质 量问题，如子口折断、钢丝刺出、脱层等，除了与设计、各部件制造有关外，还与成型工序 有着密切的关系。 成型工序是指在轮胎成型机上将帘布、胎圈、包布、胎面等所有部件按照材料布置图贴合 组成工程轮胎的胎坯。因此，成型的质量直接影响了轮胎成品的质量。自从出现汽车轮胎以 来，对其成型设备和工艺操作的改进也是最受重视的环节，发展变化非常迅速。最早的棉帘 线轮胎采用芯轮式成型机头。由于当时还没有出现轮胎定型机，成型的胎坯基本上接近硫化 胎的形状。但这种机头只能成型层数少的小规格轮胎。随着汽车工业的发展，轮胎载重量增 加，出现了半鼓式成型机头。这类机头在两端有一鼓肩，成型过程中可固定钢丝圈位置，并 完成胎圈部分包边操作。但鼓式和半鼓式机头成型的胎坯呈圆筒状，必须通过定型使它变成 胎坯状。载重车胎需要多层的帘布层和两个以上的钢丝圈。如果采用鼓式成型机成型，胎坯 在定型过程中将使钢圈转动9 0 。，此时各层帘布必然要绕钢丝圈转动，造成轮胎的内在缺陷， 影响其质量。为了解决这个问题，使多层帘布及双钢丝圈的外胎成型后胎圈的形状接近成品， 因而产生了半芯轮式成型机头。目前成型机的类别甚多，但从总的发展方向看，主要追求的 是降低劳动程度，提高机械化及自动化水平以及提高生产效率等。 1 2 1 成型工序的操作方法：外胎成型按上布筒操作方法可分为：套筒法和层贴法。 1 套筒法成型 把预先由两层或两层以上的帘布贴合成帘布筒，套在成型机头上的成型方法称套筒法成 型。操作时工人用手拉棒或用机械成型棒把帘布筒向机头上套，布筒伸张为5 1 6 。这样可 在裁断角度不变的情况下，使各层帘布层有不同的伸张率，来调整其胎冠帘线角度。这种成 型方法，由于使用了多层贴合的帘布筒，可大大简化成型操作过程，提高了劳动生产率。但 劳动强度大，由于使用成型棒，易产生帘布筒局部帘线伸张不匀，易使帘布筒放置位置不正 等。虽然存在这些缺点，但是由于设备占地面积较小，且使用多年，工人操作技术熟练，因 此，目前我国广泛使用套筒法生产。 2 层贴法成型 层贴法成型是指胶帘布不必预先制成帘布筒，单层胶帘布从专门供布架引出，直接在成 型机头贴合的成型方法。该法成型的胎坯帘布儿乎没有伸张，不会出现帘布伸张不均匀的现 象。由于不需要制造帘布筒，就可以减少工人人数和改善劳动组织。因不需套布筒，成型载 重轮胎时可明显减轻劳动强度。同时，有专用设备导向对中心，使外胎成型质量的稳定性提 高了。其缺点是：生产多层外胎时，必须使用裁成不同角度的帘布，以便各层胎冠帘线角相 同。8 层以上帘布层的外胎包胎圈困难，并由于贴合帘布层花费较多时间，致使成型效率下降。 贴合法成型机由于需要专门供布架，设备占地面积较大。虽然存在这些缺点，但近年来，由 于高强度帘布的应用，可减少帘布层数，此法可使整个成型过程机械化，所以层贴法成型得 到普遍承认，并逐步取代套筒法，在国外则普遍使用层贴法成型。 3 贵州工业大学：【程硕士学位论文 1 绪论 1 2 2 ： 程轮胎的成型设备主要部件及动作 尽管1 0 0 多年来，用充入压缩空气使轮胎在行驶时具有缓冲和减震性能的原理始终没有变 化，但制造轮胎的工艺和设备则经历了多次的重大变革。先是用手工操作，而后用机械设备， 而现在则普遍使用电脑( p c ) 控制。这不但大大地改善了劳动环境，而且排除了一些人为的 误差，使工艺操作更精确和程序规范化。就成型机而言。它的类别繁多，但其发展方向是以 降低劳动强度、提高机械化和自动化程度、提高胎坯的质量、提高操作的精密度及提高生产 效率为标准的。 1 国产压辊包边成型机 从6 0 年代中期开始，我国自行设计制造了具有较高水平的程序控制的压辊包边成型机。 使轮胎成型的效率和质量显著提高，降低了劳动强度。从乘用车胎到大型工程轮胎生产用的 压辊包边成型机都已经设计制造成功，并且形成了系列。目前我国以压辊包边成型机最为普 遍，工程轮胎采用半芯轮式成型鼓的成型技术。 ( 1 ) 整体结构及功能 压辊包边成型机是一种配用半芯轮式成型鼓的成型机( 见图1 ) ，其主要性能参看表1 。 91 01 l1 32 l机茄2 一成型棒装置3l 号帘布简正包装置4 一下压辊装置 5后压辊装置 b 一外扣圈盘及卸胎装置7帘布倚挂颦8 一主轴9 一成型棒1 0 手轮 1 l蜗轮减速器1 2由扣圈盘1 3 一支柱 压辊包边成型机由机箱1 、成型棒装置2 、下压辊装置4 、后压辊装置5 、外扣圈盘及卸胎装置6 、 帘布筒挂架7 、1 号帘布筒正包装置3 及程序控制装置( 图上未示) 等组成。成型用的模具一 成型鼓( 图上未示) 装在主轴8 上。 成型前，把胎圈放在内、外扣圈盘1 2 和6 上。放置在帘布筒挂架7 上的帘布筒，由人工 从左端局部套在成型鼓和成型棒上，然后开动机器，成型棒9 把帘布筒导入成型鼓上，随后将 成型棒抽出，准备包边。 l 号帘布筒正包装置3 装在成型鼓两侧鼓肩的下部。包边时，1 号帘布筒正包装置3 升起， 在成型鼓转动后，利用正包装置的弹簧带及气动小压辊能迅速地完成1 号帘布筒的正包操作。 内、外扣圈盘1 2 和6 用气缸驱动，把胎圈扣在套于成型鼓上正包好的胎体帘布层上。后压辊装 置5 通过传动系统可使压辊分别实现径向、轴向及回转运动，以完成帘布筒的胎圈包卷( 包括 正、反包) 、滚压胎圈包布、滚压胎侧以及剥离等动作。工作时，由装在辊臂铰链座上的气 缸推动辊臂，使压辊对帘布加压。下压辊装置用于滚压帘布层及胎面。 机箱1 内装有主轴8 的传动装置。主轴8 r h 电机经v 带传动，带动成型鼓运转。主轴8 上装有 轴套，其一端与成型鼓连接，另一端装有制动盘，用于主轴8 的制动及成型鼓的折叠。 轮胎成型结束后，折叠成型鼓，利用外扣圈盘6 上的卸胎拉钩，把胎坯从成型鼓上卸下。 4 贵州工业大学工程硕士学位论文 1 绪论 ( 2 ) 主要部件 1 ) 主机 主机是成型机虽基本的部分，其结构型式很多，目前应用较广泛的有利用动力迭鼓及利 用惯性迭鼓的结构。 利用动力迭鼓的主机结构中主电机装在箱体内，通过v 带传动使主轴，带动成型鼓回转。 内扣圈盘、扣圈架套于刹车套上，由两个风筒使其往复运动，并能绕套旋转，这对于装置钢 圈是较为方便的。箱体一般采用钢板焊接结构，也有采用铸铁铸造。主轴5 装在箱体的轴承座 上，为了安装更换v 带方便起见，大皮带轮装在后轴承的外侧。大皮带轮与主轴配合处采用锥 面结合，锥度为i ：i o ，便于装卸。 主轴上装有轴套，轴套的前端与折迭式成型鼓连接，后端装风动涨闸的制动鼓。为了便 于更换制动器的摩擦片，制动鼓与轴套也采用锥面结合，锥度为1 ：2 0 。表面平滑的( 无槽) 大 皮带轮装在主轴上，大皮带轮是采用锥状摩擦离合器，通过齿轮与迭鼓减速电机的双速减速 机出轴上的齿轮啮合传动。亦有的大皮带轮采用气囊离合器，通过齿轮与迭鼓减速电机啮合 传动。采_ ；| 动力造鼓，鼓的折叠及张开较平稳，连杆、销轴等零件不易损坏，可延长使用寿 命。 成型机型号 l c x 一1l c x - 2 l c x - 3l c x 一4 b 参数名称 成型鼓直径m m 4 4 5 5 6 56 3 5 6 9 5 6 9 0 - 8 5 07 4 0 1 0 9 0 尺寸 宽度r f l m3 0 0 - 4 2 0 4 3 0 5 5 04 7 0 7 8 05 4 0 - 1 2 0 0 胎圈直径m m 3 1 0 4 4 45 0 84 5 7 - 6 1 06 1 0 9 6 0 中心高m m 9 0 09 0 09 7 01 2 5 0 主轴 转速r m i n 4 0 ：1 5 09 0 ：1 8 07 0 ：1 4 0 7 8 ：1 6 4 与成型鼓配合轴径m m5 0 7 07 51 0 0 型号j d c x 一1 6 0 l j d c x 一1 6 0 lj p 0 3 一1 8 0 1 mj p 0 3 1 8 0 1 m 主电机功率k w5 3 5 36 5 1 16 5 1 1 转速r m i n9 0 0 4 5 09 0 0 4 5 04 5 0 9 4 04 5 0 9 0 0 升降速度m m s3 3 1 82 1 63 0 成型棒 电机功率k w 0 40 3 70 7 50 7 5 1 号帘布 传动弹簧带 3345 筒正包 倒弹簧带 11l1 装置倒及传动簧带速比 1 6 ：11 7 ：11 7 3 ：11 8 ：1 传动方式被动 主动被动主动 电机功率k w 0 4 5 0 7 51 5 下压辊电机转速r m i n 6 7 0 1 4 2 09 4 0 装置 允许最大压宽度m m 4 3 05 8 07 8 0 1 2 0 0 压辊直径r a m 1 6 01 8 0 1 8 01 8 0 压辊窬度r f l m1 0 1 01 21 4 轴向m m s 1 4 41 4 4 41 8 15 5 5 运动速度径向m m s 2 0 3 52 0 3 53 6 35 5 5 回转m m s 3 63 61 6 2 5 1 1 9 8 功率k w 0 60 7 51 1 1 5 电机 转速r m i n 9 1 09 1 01 0 0 0 9 4 0 直径m m 1 2 0 9 01 5 61 3 0 1 5 0 1 5 0 1 8 0 压辊 宽度m m 66 61 0 压缩空气m p a0 7 0 70 7o 7 4 0 4 6 1 4 8 03 9 2 5 1 6 4 04 8 0 0 x 1 8 2 06 5 5 5 3 6 0 4 外形尺寸m m 1 5 4 21 6 5 81 9 5 5 2 6 4 5 制造厂沈阳橡机厂沈阳橡机厂沈阳檬机厂龙翔橡机厂 表1 2 ) 成型鼓 成型鼓是轮胎成型用的模具，不同结构和规格的轮胎需要采用不同类型的成型鼓才能高 贵州工业大学工程硕士学位论文 1 绪论 效率的生产出合乎质量要求的轮胎胎坯。成型鼓一般分为鼓式、半鼓式、芯轮式、半芯轮式 四种。 3 ) 套帘布筒装置 。 套筒法成型轮胎时，需要把帘布简导入成型鼓上的装置，最常用的是成型棒装置。现将 其结构、工作原理叙述如下。 结构：成型棒的结构形式虽然不只一种，但结构原理是一致的，现以大型外胎成型机的成型棒 为例加以说明。图2 是风筒传动的成型棒装置。 风筒1 通过拉杆2 带动成型棒4 沿导杆1 1 作往复运动。转动手轮5 通过涡杆6 及扇形涡轮1 4 可 使成型棒在成型鼓上方相对主轴轴线水平摆动，其高度由装于机箱内的小电机7 通过链轮8 、 1 0 和两个涡轮减速机9 作微量调节，以适应两个以上帘布筒成型的需要。如改变成型规格。成 型鼓直径变化较大，必须起落支柱1 3 。 -：- 一 1 一风茼2 拉杆3 一调整垫4 一成型棒5 手轮6 一蜗杆7 一小电机8 一中间链靶 9 一蜗轮减速机1 0 大链转1 l 一导杆1 2 一弹簧1 3 一后支柱 1 4 一蜗轮 成型棒上帘布筒的工作原理：在上帘布筒时，先将成型棒的高度及超出成型鼓边缘的尺寸调整 好，再将贴好的帘布筒套在成型鼓边缘上2 0 3 0 m m 处，然后使成型鼓转动，并同时摆动成型 棒的角度，这样帘布筒就可迅速地上到成型鼓上。从图3 看出，帘布筒是靠成型棒与它的摩擦 分力f ”的作用而上到机头上。 ( q )( b )( c )( d ) 图3 f 一成型鼓转动产生的周向力 f 一成型棒与布筒问的摩擦力 宰、午“一鹰接：岛一如 6 i 吵衄 贵州工业大学工程硕士学位论文 1 绪论 4 ) 1 号帘布筒正包装置 1 号帘布筒正包装置可代替过去1 号帘布筒的手工正包，使1 号帘布筒的正包操作实现机 械化。1 号帘布简正包装置的结构为，每台成型机装有二组弹簧带及压辊，分别安装在成型 鼓两侧下方。由升降风筒带动两组弹簧带沿溜板座的斜面滑动，两根大弹簧带) 绕过大带轮 挂于两侧压辊上，侧压辊与主轴平行线夹角一般为1 5 。2 0 。，才能使t 号帘布筒拉紧贴在成 型鼓肩部。压辊压台部位不宣过深，应不超过鼓肩弯曲处。压辊的连杆根据成型鼓直径的改 变可以更换。8 根小弹簧带( 弹簧根数是随成型机规格不同而异) 由两端的小带轮分别支撑。 正包时，升降风筒带动两组弹簧带向成型鼓径向升起，小弹簧则随着成型鼓径的变化紧紧压 住帘布筒的外表面，这时右侧之撞板已撞到行程开关，压缩空气则通过电磁间而进入侧压风 筒，使侧压辊带动大弹簧带，利用大弹簧带与帘布筒的速差，将成型鼓上外伸帘布不断压倒， 并被小风筒推动的侧压辊压粘在成型鼓的鼓肩内，以待扣圈，但对鼓肩较高者，除正包压合 外尚需用后压辊作补充压合。规格大和规格变化范围大的成型机因成型鼓较宽，正包装置两 组弹簧距离较大，而且需要有较大的变化范围，设有两个升降风筒，分别带动两组弹簧圈。 为了满足不同规格的轮胎成型、两组弹簧轮间距、升降风筒行程位置、溜板座和机座都是可 调的。为了防止弹簧圈与轮间滑动，在每个轮槽内都有胶皮圈。1 号帘布筒正包装置具有结构 简单、效率高等优点，无论是新机或老机改造都可适用。它主要适用于半芯轮式成型机。 5 ) 下压合装置 下压合装置位于成型鼓的下方，用于外胎成型时的轴向压合，赶出胶布层问的空气，提 高胶布层间的粘着程度。其结构型式按传动方式分为弹簧返回式和电动返回式，按加压方式 分为气筒加压式和气囊加压式。 6 ) 后压合装置 后压合装置位于成型鼓的后方，用于外胎成型时的反、正包边、剥离及切边。它的结构 形式很多，按其压辊形式可分为：半芯轮式及半鼓式后压辊包边压合装置，分别配用于半芯 轮式及半鼓式成型鼓。按压辊加压装置的结构不同可分为：气简直接加压及辊臂旋转加压等。 7 ) 扣圈盘及卸胎装置 外扣圈盘及卸胎装置主要安装在成型机的尾架上。可实现成型时外挡钢丝圈的碰扣和成 型结束后卸胎的功能。尾架的移动有轴向、旋转、径向、倾倒等方案。尾架的移动动力有电 动螺杆、气动、液压等方式。倾倒的方案不太安全，现在己很少采用。 l c x - 4 b 成型机的外扣圈装置是用于完成扣胎圈的装置， 扣圈盘装置单独装气缸驱动装 置。扣圈盘架上装有滑动轴承，既能绕主轴回转，又能在气缸的驱动下作轴向滑动。扣圈盘 装在扣圈盘架上，它的尺寸依钢丝圈而定。 1 2 3 国外的同类设备水平 我公司进1 9 的美国a k r o ns t a n d a r d 公司4 2 2 成型机，代表了国外用于生产工程轮胎的成 型机先进水平。4 2 2 成型机是阿克隆标准公司较新型号的工程轮胎成型机，是我公司于9 0 年代 末引进的。该机与国产l c x - 4 b 成型机相比，具有较多的先型设计。比如：帘布筒的撑开与导 入装置，可避免用成型棒导入布筒过程中造成的帘线排列角度变化等问题；该机对于胎圈装 夹是采用的活络方式，也很有特点，主要结构是在扣圈盘架上安装了1 2 个支臂，每个支臂的 一端通过铰链与扣圈盘相连，并可绕铰链作3 6 0 度的回转运动，另一端装有滚轮作为胎圈的夹 具。支臂与扣网盘连接的铰链上带有小齿轮，与扣圈盘上的大齿圈啮合。大齿圈通过一个手 动的蜗轮驱动。这样通过手动的蜗轮驱动大齿圈转动，进而使扣圈盘上的1 2 个小支臂进行转 动，最终实现胎圈夹持的直径尺寸的变化。该结构的调节范围大，可实现2 2 。3 7 英寸的调节。 7 贵州工业大学工程硕士学位论文1 绪论 1 3 本文的研究内容及其意义 目前贵州轮胎股份有限公司已成为国内最大的工程轮胎生产基地，生产的工程轮胎品种 很多，产量较大。因为工程轮胎不同规格的胎圈尺寸变化范围很大，从我公司工程胎成型机 的使用现状来看，由于采用的是铁环式或碗式扣圈盘装置，这种装置的结构简单，但尺寸固 定，在每次调整生产规格时，均要换上相应尺寸的扣圈盘。因此，每年因轮胎新产品开发和 老产品改造，需要为l c x 一4 b 成型机新配置的扣圈盘约有3 0 余套。造成生产现场要存放大量 的扣圈盘。 另外，在更换产品规格时，需要人工查找相应的扣圈盘，并更换与之匹配的扣圈中心轴 头。由于轴头的频繁更换和时有的碰撞，主轴及轴头的螺纹部位极易损伤失效，最终造成胎 圈碰歪的质量事故时有发生。扣圈盘装置由于更换频繁，易于造成损坏变形，每年因此需更 换的扣圈盘约为2 0 余套。每套扣圈盘的平均价格约为3 0 0 0 余元。由于上两个因素，使公司 每年对l c x 一4 b 成型机的扣圈盘的预算为2 0 余万元，如有特殊情况，还屡有超支。 由此，根据生产实际需要，我们设想如果能为国产成型机配备4 2 2 机扣圈盘那样一种可 调夹持直径的扣圈盘装置，来实现对不同直径胎圈的夹持，就可以为公司每年节省一笔不小 的资金，并且解决铁环式或碗式扣圈盘给生产、质量带来的不可克服的负面影响。 所以，我们选定这一课题来进行设计研究。 研究及改造的主要内容：本课题是对国产l c x 一4 b 成型机的改造，主要是针对扣囤盘结构 进行改造。轮胎产品生产或工艺结构调整会造成对扣圈盘尺寸变化的要求，所以设计一种轮 胎胎圈在成型时的夹持机构，用来改造原有的国产成型机的胎圈夹持机构，通过改造使得成 型机的扣囤盘装置能够实现在一定范围内的自由调节，来适应生产和工艺结构调整的要求。 以上改造要设计出机械图、并将在机械设计部分引入相关的优化设计及计算机仿真。 8 贵州工业大学工程硕士学位论文 2l c x 4 b 工程轮胎成型机扣圈盘改造技术方案 2l c x 一4 b 工程轮胎成型机扣圈盘的改造技术方案 也 2 1 胎圈的构成及应力分析【2 4 】 2 1 1 胎圈的构成 胎圈( 见图4 ) 的主要作用是使外胎能紧固于轮辋上，并承受由内压而产生的伸张力，克 服汽车在拐弯时对轮胎产生的横向作用力，使外胎不至脱出轮辋。胎圈主要包括钢丝圈、帘 布层包边、子口包布等，其主体是钢丝圈。 胎圈的钢丝圈一般是一个或两个，主要根据外胎规格和胎体帘布层数来决定，大规格多 层帘布的载重外胎应使用两个钢丝圈，一般要求其安全倍数应大于7 。外胎中超过两个钢丝圈 时，在钢丝圈外表面应加贴三角胶条，以免外胎胎圈内出现空隙。为了防止三角胶条移动， 钢丝圈包有一层薄的胶布条，这层薄胶布称为钢圈内包布。为了使钢丝圈很好地固定在胎圈 内，钢丝圈外面再包一层宽的胶布，称为钢丝圈外包布。若只有一个钢丝圈，没有三角胶条 时，也可以不用内包布。为了使钢丝圈在胎圈中固定，用胎体帘布层的边缘将其包住，并滚 压牢实。若帘布布层胶太薄，在使用时外胎胎体可能被包卷钢丝圈的帘布边缘和外包布的边 缘磨损。在胎体帘布层和外包布的边缘处加贴隔离胶条可免除这种危险。若帘布层的布层胶 有充分的厚度，可以防止胎体帘布层的磨损，并使帘布边缘在外胎成型过程中有足够大的粘 着强度。也可以不采用隔离胶条。外胎由刚性的胎圈到弹性的胎侧应采取逐渐过渡韵形式， 即这一部分厚度的变化要平稳，防止应力集中，可通过成型时采用不同帘布层包边高度来达 到，包边帘布层的差级一般为1 5 2 0 r a m 。胎圈质量直接影响轮胎的使用寿命，为了使钢丝圈在 轮胎中结合得更牢实，在成型设备上采取了机械包边、压辊包边、胶囊包边等多种形式，成 型操作时一定要完成好这一关键工艺环节。 2 1 2 胎圈钢丝圈的应力 为了使外胎牢固地固定在轮辋上，并且在汽车运行时抵抗使外胎脱离轮辋的作用力，可用不 能伸张的刚性胎圈。必须主要分析钢丝圈的受力状态。 1 钢丝圈在空气内压作用下的应力 计算钢丝圈强度的公式，仍以内压作用下钢丝圈所承受的负荷为依据，然后根据轮胎的 使用条件，选用不同的安全系数，常用的公式之一是h k c m o y lr bh h hob 公式： 9 贵卅| 二f 业大学工程硕士学位论文 2l c x 4 b 工程轮胎成型机扣圈盘改造技术方案 p = p o 4 ( 2 f + d * b )( 2 - 卜1 ) 这里p _ 一胎圈钢丝圈的负荷，n ： p r 一轮胎的空气内压，m p a ； 。 f 轮胎断面面积，c m 2 ： d 外胎着合直径，c m ； b 胎圈间的距离，c m 。 另一个，是b j i bm e p m a h 公式： t = p o ( r 2 - r 0 2 ) + s i nb ( 2 s i nbo6 ) ( 2 - 1 2 ) 这里，t 轮胎钢丝圈的负荷，n ： p 0 一轮胎的空气内压，m p a ； r 外胎胎冠的半径，c m ： r o - 轮胎旋转轴到断面最宽点的距离，c m ； b 线胎冠角度； 1 3o6 轮辋点处的帘线角度。 ( 2 - 1 2 ) 式中子午线轮胎帘线角度取值为9 0 。，i 坟t = ( r 2 r 0 2 ) p 2 公式( 2 - 1 1 ) 是在轮胎子午线断面中，根据半个钢丝圈平衡得到的负荷值，并且是以 整个横断面上负荷分布均衡为前提的。在计算中没有考虑帘线和橡胶所承受的负荷，胎圈与 轮辋间的摩擦力，固着轮辋的反作用，橡胶一帘线复合材料在胎踵处的刚性，以及钢丝圈在轮 辋上的伸张等等。因此，按照公式( 2 - 1 1 ) 计算所得的值比充内压时实测所得钢丝圈上的负荷 值约大二倍。 公式( 2 - 1 2 ) 则是从轮胎在平衡构型时，内压经帘线传给钢丝圈的力。由公式( 2 一卜2 ) 计算得 到的钢丝圈负荷值虽然比公式( 2 1 1 ) 计算得到的值小些，仍比实测大8 0 左 右( 见表2 ) 。可以认为，上述两个常用的计算钢丝圈负荷的公式，没有考虑钢丝圈平衡时的 全部条件。钢丝圈的平衡，不只是内压的作用，还有一些平衡负荷应当考虑在内。 胎圈中钢丝圈的负荷与空气内压关系 按公式计算的钢丝圈负荷，n 实测的负荷 内压m p a 按公式( 2 1 一1 )按公式( 2 一卜2 ) n 0 1 51 9 8 l1 8 8 31 1 7 7 0 2 93 9 6 23 7 9 52 0 5 9 0 4 96 6 1 96 3 7 4 3 5 7 9 0 6 99 2 6 79 0 2 25 9 7 l 0 9 81 3 2 3 81 3 0 4 27 7 4 7 表2 2 摩擦力对钢丝圈负荷的影响 胎圈与轮辋间的摩擦力是使钢丝圈平衡的个力。b a m p o e b 曾研究有摩擦力作用时 在充内压条件下钢丝圈的负荷。研究从胎踵到轮胎断面最宽点的外胎胎圈的平衡，并把轮辋 边缘当作9 0 。，这样，很容易得到在胎圈一个断面上产生的摩擦力( 图5 ) 。 f r e = 0 5 * f * p o + ( t o t d o 4 )( 2 1 - 3 ) 这里，f 系胎圈和轮辋边缘间的摩擦系数( f - - o 4 0 4 5 ) 将摩擦力f t p 引入，修正公式2 一1 2 。 得： t = p o ( r 2 一r 0 2 ) + s i n1 3 ( 2 s i n1 3o6 ) - 0 5 + p p o + ( r o z - d 0 2 4 )( 2 1 - - 4 ) 用公式( 2 1 - 4 ) 得到的内压作用下的钢丝圈负荷值，虽然与实测的仍有距离，但比公式( 2 1 1 ) 和( 2 1 2 ) 接近实际( 对比表2 和表3 ) 。 1 0 贵州工业大学工程硕士学位论文 2l c x 4 b 工程轮胎成型机扣圈盘改造技术方案 按公式2 一卜4 计算的钢丝圈负荷 l 内压，m p a 0 1 5 o 2 9 o 4 9 0 6 9 l 0 9 8 l 计算的钢丝圈负荷，n 9 7 11 9 7 13 3 8 34 7 6 6 i6 9 8 2 表3 公式( 2 1 4 ) 计算值比实测的小，与摩擦系数取值较太有关。b ，i b me p m a h 的f 取0 2 - 0 4 ， 而且他还提出，轮胎滚动时，胎圈与轮辋的摩擦力会降低，故胎圈钢丝圈的负荷会增加。 3 胎罔在伸张状态下着合在轮辋上的钢丝圈应力 外胎胎圈在伸张状态下着合在轮辋上时，钢丝圈中产生很大的应力。如外胎着合直径比 轮辋直径小，这时当外胎安装在轮辋上时胎圈钢丝圈将伸张，而它下面的材料则受到压 缩。钢丝圈中将产生伸张应力t ，n ，它与胎圈钢丝圈伸张的关系如下： a , = t d o e f 这里，d o 铜丝圈的平均直径，c m ； e 钢的弹性模量，1 9 6 1 0 3 i v i p a ： f 铜丝圈断面的总面积，c m 2 。 钢丝圈下面材料的压缩决定差数2 ：t 。钢丝圈下面的平均比压强用q 表示。则钢丝圈 下面材料的压缩可近似的表示为 2 = 2 q h e i 这里，2 是直径尺寸变化时的计算系数；e 1 为钢丝圈下的橡胶一线复合材料的弹性模量。 根据半个钢丝圈平衡的条件，q 与应力t 有如下关系 q = 2 t d o b ， 最后得到： td d e f = 4 t h d o be l 由此t = a ( d o e f + 4 b j ( d o b e l ) ) 由于d o e f 与其他数相比很小，可忽略不计。 得t 4 ( d o b e l 4 h ) + ( 2 - 1 - 5 ) 在利用公式( 2 - 1 5 ) 时，要用实验方法确定钢丝圈下材料的压缩模量e l ，但是，该值与 样品的压缩变形值有关。e 。值可选用2 4 5 2 9 4 m p a 。对比计算和实测的轮胎钢丝圈在伸张时的 应力，其结果很接近。 4 有法向负荷的轮胎滚动时胎圈钢丝圈中的应力 法向负荷作用下的轮胎滚动时，胎圈钢丝圈上承受着比内压作用的初始应力要大些的应 刃叭。 影辨 贵, ) t t i 业大学工程硕士学位论文 2l c x 4 b 工程轮胎成型机扣圈盘改造技术方案 力。钢丝圈的应力是由帘线传给的。当经过与路面接触区，在轮胎附加法向负荷时，帘线上 减少了由于内压所形成的最初应力。 与帘线伸张应力的降低相对应，伸张的钢丝圈的子午线方向的应力也降低。轮胎在法向 负荷作用下滚动时沿钢丝圈子午线应力的大致分布为从轮辋方面这时产生反压力，它补偿由 于帘线传给子午线方向的应力变化。在轮辋平面和轮胎胎圈间的这种压强分布已为实验所证 实。 如果不考虑摩擦力和轮胎胎圈的弯曲刚性，就可以近似地认为，轮胎滚动时内压所引起 的钢丝圈的最初应力不变化。现在研究靠近轮胎与路面接触的部分，位置离接地面区较远的 帘布层中帘线的应力，它们都相等，并且使内压产生的钢丝圈晟初应力t 0 平衡。行经接地面积 的帘线部分在接近接地面积时负荷减少。由此可见，帘线中应力在作用力t 0 方向上的投影产生 钢丝圈附加张力的最在负荷，并位于接地面中心。不同结构的2 0 0 - 2 0 载重轮胎附加应力变化 的周期特征，是所有被研究的轮胎钢丝圈中应力的变化曲线都对接地面积中心的垂直平面对 称，并且，在这个平面上有最大的应力值。明显的应力分布区约为钢丝圈圆周的1 3 。 纤维帘布层轮胎的钢丝圈附加应力约比金属帘线轮胎的小两倍。子午线轮胎钢丝圈的附 加应力不大，它约比纤维帘布层斜交轮胎的小两倍，比金属帘线帘布层斜交轮胎的小四倍。 帘线传道给钢丝圈的应力还在轮胎胎圈产生变曲应力。随着轮胎上负荷的变化，胎固中应力 也随负荷成比例变化。负荷恒定，内压变化时，实际上不会引起轮胎滚动时胎圈钢丝圈中附 加应力的变化。因此，可以认为，滚动时胎圈钢丝圈应力只决定于轮胎上的负荷。对纤维帘 布层轮胎，滚动时钢线圈中的附加应力可取( o 1 5 埘2 ) o 的值，这里o 指轮胎上的负荷。 5 离心力在胎圈钢丝圈中产生的应力 轮胎在快速旋转时，胎圈钢丝圈除了承受由内压产生的最初应力和法向负荷的应力以外， 还有离心力作用。 离心力的大小与旋转角速度的平方成正比。即， p u - 0 2 5 my 。= o 2 5 * ( yo + p2 ( 2yo ) ) g 木2 ( g )( 2 - 1 6 ) 这里，p l 。作用在胎圈钢丝圈上的离心力，n ； g 轮胎的重量，n ； g 重力加速度，c m s 2 ； y 。轮胎断面最宽点到旋转轴的距离，c m ； p 钢丝圈断面的内半径，c m ： u 车轮旋转角速度，l s ： m 轮胎的质量； y x _ 一半个外胎的重心到旋转轴的距离，c m 。 按公式( 2 1 6 ) 计算得到的结果与实测结果的对比资料整理于表4 。 f离心力所产生的负荷与滚动速度的关系( 内压5 绝压) 轮胎滚动速度，k m h r旋转角速度，1 s计算负荷，n实测负荷，n 5 0 4 3 4 9 03 4 3 1 0 0 8 51 7 8 5 1 4 7 1 1 5 01 2 74 1 1 93 6 7 7 2 0 01 6 87 1 5 86 6 1 9 2 5 0 2 1 01 0 6 8 9 9 2 6 7 2 9 02 5 01 4 7 0 91 1 5 2 2 | 表4 实测值比计算值小些( 在2 0 范围内) 。当内压由5 绝压到l o 绝压的范围内变化，离心力所产 1 2 贵卅i 工业大学工程硕士学位论文 2 l c x 4 b 工程轮胎成型机扣圈盘改造技术方案 生的负荷变化为5 1 0 ，这时计算值比实测值超过的范围仍然保持。这显然是公式( 2 1 - 6 ) 没有考虑各种旋转速度时的轮胎实际断面构型，以及与此有关的帘布层帘线和橡胶负荷对离 心力负荷的作用。内压对钢丝圈的离心力负荷影响较小。 6 钢丝问胶层对钢丝圈中应力分布的影响 上述对轮胎钢丝圈所受负荷的计算都是按照应力在钢丝圈断面上的分布是均匀的。这个 假定只适用于钢丝圈是没有橡胶层的整根钢带。钢丝圈中钢丝间橡胶的存在，使其应力分布 有很大的不同。 由于钢丝圈中各层钢丝橡胶层所受的比压强不同，单独的钢丝圈中第i 层的平衡状态可用 下式描述 t ，= y + ( q q ，) 这里，q i _ l ，q 分别是i - 1 层和i 层中的相应比压强，m p a 。 各层之间的张应力则有如下关系 t i 1 = t 。+ ( 2 + x ) - t i + 1 这里，x = e f z i - i j n e 。b o r 2 ，而e f z 钢