（机械工程专业论文）新型斜交工程轮胎成型机的开发.pdf

山东大学硕士学位论文 摘要 面对激烈的市场竞争，要求企业人员在较短时间内。设计出更高质量和更低 成本的产品。 为改变我国轮胎行业的加工方式和生产模式，探索出一条轮胎加工的高效化、 精益化生产的路子。从提高轮胎产品的质量、生产效率、生产的自动化程度入手， 在进行了大量的市场调查与研究的基础上，根据工厂现有的实际情况，消化吸收 国内外同类产品的先进技术。对现有的轮胎成型机进行革新改造，并研究出一套 相应的加工方案，对轮胎的成型工序过程进行优良组合，从而提高了轮胎生产效 率及产品的质量，降低了生产成本，增强了我国轮胎行业在国内外的竞争力。 本课题在仔细分析工厂压辊包边成型机原有结构方案之后，提出了一系列结 构方面的改进。主要包括主动折鼓主机、帘布筒的喷气牵引装置、指型正包和胶 囊反包、气囊式刹车系统等方面。改进后的轮胎成型机大大缩短了轮胎的生产周 期，降低了轮胎的生产成本。由于自动化程度的提高，大大减轻了工人的劳动强 度，受到轮胎生产企业的欢迎。这种新型轮胎成型机一旦推向市场。将有显著的 社会效益和经济效益。 关键词：轮胎成型机折鼓指型正包胶囊反包气囊刹车 a b s t r a c t f a c i n gt h ek e e nm a r k e tc o m p e t i t i o n ，t h ee n t e r p r i s ep e r s o n n e la r er e q u i r e dt o d e s i g np r o d u c t i o no f h i g h e rq u a l i t ya n dl o w e rc o s t si ns h o r t e rp e r i o d a w a y o f h i g he f f i c i e n c yo nt y r eb u i l d i n g a n dc o n s t a n t i m p r o v e m e n t o n p r o d u c t i o n i ss e e kt o c h a n g et h ew o r k i n gm e t h o da n dp r o d u c i n gm o l d o nt h eb a s eo fl o t so f m a r k e ti n v e s t i g a t i o n sa n ds t u d y , a n da c c o r d i n gt ot h ea v a i l a b l er e a l i t yo ft h ef a c t o r y , s t a r tw i t ht h e i m p r o v e m e n to ft y r eq u a l i t y , p r o d u c t i o ne f f i c i e n c ya n dt h ea u t o m a t i c d e g r e e ，i td i g e s t e da n da b s o r b e dt h ea d v a n c e dt e c h n o l o g yo f t h ep r o d u c ti n t e m a la n d e x t e r n a l d e v e l o pa n di m p r o v et h ea v a i l a b l et y r eb u i l d i n gm a c h i n e ，a n ds t u d yas e to f r e l e v a n tw o r k i n g p l a n s w h i c hc a ni n a k e g o o dc o m p o s e t ot h et y r eb u i m i n g p r o c e s s ，t h u s t y r eb u i l d i n ge f f i c i e n c ya n dp r o d u c tq u a l i t ya r ei m p r o v e d p r o d u c t i o nc o s t sa r cr e d u c e d a n dt h ei n t e r n a la n de x t e m a l c o m p e t i t i o n o f o u r t y r et r a d e sa r er a i s e d t h i st a s kr a i s e sas e r i e so fs t r u c t u r ei m p r o v e m e n ta f t e rt h ea t t e n t i v ea n a l y s i so ft h e o r i g i n a ls t m c n h ep l a n so ft h es t i t c h e re d g i n gb u i l d i n gm a c h i n e i tm a i n l yc o n s i s t so f b a s eu n i to f d r i v i n gc o l l a p s i b l ed r u mb a n da i rb l o w i n gt r a c t o r , f i n g e rt u r n - d o w na n d b l a d d e rt u r n - u pa n da i r - b l a d d e rb r a k es y s t e m t h ei m p r o v e dt y r eb u i l d i n gm a c h i n e s h o r t e nt h e p r o d u c tp e r i o dg r e a t l y , a n d r e d u c et h et y r ep r o d u c t i o nc o s t s t h i sm a c h i n ei s w e l lw e l c o m e db yt h et y r eb u i l d i n ge n t e r p r i s eb e c a u s et h ei m p r o v e m e n to fa u t o m a t i c d e g r e er e d u c e s t h ew o r k m a nl a b o ri n t e n s i t yg r e a t l y i f t h i sn e w t y r eb u i l d i n gm a c h i n e i s s p r e a d t om a r k e t ，t h ee c o n o m i ca n ds o c i lp r o f i tw i l lb ev e r y g o o d k e yw o r d s ：t y r e b u i l d i n gm a c h i n ec o l l a p s i b l ed r u m f i n g e rt u r n d o w n b l a d d e rt u r nu p a i rb l a d d e rb r a k e l l 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进 行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何 其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡 献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人 承担。 论文作者签名： 塑堡1 日期： 呻晖。t t 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保 留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅 和借阅；本人授权山东大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关 数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文和汇编本 学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名；盟导师签名：燃日 期： o 车t 、， 山东大学硕士学位论文 主要符号说明 p h - 一后压辊压合力 p h ，后压辊的垂直分力 p 。后压辊的水平分力 b 压合角度 t 螺距 m 。相当弯矩 m ，弯矩 m n _ 书矩 。弯、扭应力换算时的校正系数 【o 】2 一脉动循环情况下的材料许用 应力 o 】3 对称循环情况下的材料许用 应力 d 。小皮带轮的直径 d ：大皮带轮的直径 a 实际中心距 r 轴承上的支反力 r 厂轴承上支反力的垂直分力 r 。，轴承上支反力的水平分力 d 轴危险截面的轴径 k 应力集中系数 s 。广一单根三角带的初拉力 z 三角带的根数 a 小皮带轮的包角 d i 小皮带轮的直径 g ，胎坯的最大重量 g 。_ 大皮带轮重量 g 广成型鼓的最大重量 i n 主轴功率 t 成型鼓回转一周的时间 n 成型鼓的转速 n 1 丝杠的转速 v ，下压辊的轴向位移速度 s 下压辊的轴向位移距离 b 下压辊的宽度 l 重叠系数 注：文中未注明量纲的符号一律使用国 际标准单位。 山东大学硕士学位论文 第1 章绪论 1 1 国内外轮胎企业发展的现状 随着经济全球化趋势的持续升温，轮胎行业不可避免地受到冲击和挑战。国 际化的竞争使轮胎产品的制造和推销不在单纯局限于某一国家或地区，而是与全 球轮胎生产技术的发展和市场供求直接相关。在全球经济一体化的今天，我们从 外资轮胎企业投资战略向并购重组这一变化不难发现，目前跨国轮胎公司在中国 的战略变化和中国轮胎企业投资并购的新趋势。 1 1 1 外资企业在中国投资并购的新趋势 近几年来，随着中国经济的强劲增长，特别是加入w t o 后，中国经济进一步 对外开放，国内轮胎企业，特别是外资企业越来越热衷于并购这投资发展方向。 最近，全球并购研究中心发布了( ( 2 0 0 3 中国并购报告，对2 0 0 2 年中国并购事件 进行了全面分析，指出了外资在中国进行并购呈现出的新趋势。 1 1 1 1 国外轮胎企业全面向中国转移轮胎生产国际化是随着轮胎市场全球化 的趋势而发展的。由于世界三大主要轮胎市场( 北美、西欧和日本) 已经发展成 熟，需求也日趋饱和，为扩展轮胎市场，扩大市场份额，各大汽车厂商和跨国轮 胎公司将目标集中到发展中国家。中国经济的强势发展，汽车工业高速发展，公 路建设的强力拉动以及良好的投资环境和巨大市场发展前景，极大地吸引了世界 跨国轮胎制造商到中国投资。据初步统计，1 9 9 8 2 0 0 2 年，外资轮胎企业在中国新 增的投资就达1 8 8 亿美元( 含已批复增资扩股在建项目) 。世界排名前1 0 位的跨 国轮胎公司中。除第4 位的德国大陆和第6 位的意大利倍耐力两家公司外，其余8 家公司均落户于中国。合资、独资轮胎生产企业也由2 0 0 0 年统计的3 0 余家发展 到现在4 0 余家。目前。外资轮胎生产企业的轮胎产量占中国轮胎子午线轮胎产量 的近4 0 ，其中子午线轮胎占中国子午线轮胎产量的7 0 。而中国轮胎生产总量 已占世界轮胎总产量1 2 。由此可见，随着国内经济环境的变化和国际经济竞争 的日趋激烈，跨国轮胎公司已全面向中国转移。进军中国轮胎市场。中国轮胎市 场已经成为跨国轮胎公司各品牌竞争的战场。其竞争格局已由1 9 9 5 年以前的国有 企业与合资企业的竞争转变为目前的合资企业之间为主的竞争。也就是说，国内 市场已经是全球轮胎品牌博弈的市场。以米其林、固特异、普利司通三大跨国轮 山东大学硕士学位论文 胎公司为代表的欧、美、目以及韩国等国家和地区的轮胎企业正在加紧争夺中国 市场。据最近调查表明，原国家重点轮胎企业中5 0 被外赘并购，子午线轮胎市 场7 0 以上的份额已经被外资企业占领。专家预测，再过3 5 年。外资轮胎企业 生产的轮胎将占国内市场8 0 左右的份额，外国企业垄断中国轮胎市场的势头已 经形成。在新的形势下，如何面对国际化竞争的新挑战值得轮胎企业认真思考 和作出新的发展部署。 1 1 1 2 跨国公司对中国企业实施战略并购目前世界轮胎工业产业结构正处于 调整阶段。中国在劳动力成本、原材料供应以及投资环境等方面优势明显，且轮 胎市场巨大，这些都吸引着世界轮胎制造商到中国投资。外资轮胎企业在中国的 发展轨迹表明，随着投资的加大，跨国公司开始站到并购的前台，对中国企业实 施战略并购。 总之，外资轮胎企业在中国已站到投资并购的前台。对中国轮胎企业实施战略 并购这一趋势应引起我们注意川。 1 1 2 中国轮胎企业在国际竞争中的生存和发展 世界轮胎产业并购这一新的发展趋势表明，今后有可能在某一国家或地区形成 新的世界轮胎制造中心。现在，对轮胎产业专业现象的存在已无怀疑，问题是对 中国是否应该争取成为世界轮胎制造中心有不同的看法。一种意见认为，中国轮 胎企业要走民族工业发展道路，要求较多的政府保护和干预，实行有限度的开放 政策。因为所谓世界轮胎制造中心是指众多跨国轮胎公司把一个地方作为制造基 地，生产的产品满足全世界的需求。而目前中国轮胎生产的总量仅占世界轮胎总 产量1 2 。跨国轮胎公司在中国投资并购的目的主要还是瞄准中国的轮胎市场， 外资轮胎公司产品的出口比例并不高，仅占1 3 多一点。因此还看不出来他们有 以中国为制造基地向世界大量出口的明显意愿或迹象。况且，很多跨国轮胎公司 在中国周边地区或国家控制和建立了不少带有明显外向性质的轮胎制造企业。因 此要发展中资轮胎企业、走民族工业发展的道路。另一种意见认为，中国轮胎 企业要走国际化发展道路，创造更加开放的政策环境与条件，与跨国公司实现更 广泛的合作，以适应轮胎产业全球化、一体化的发展趋势，争取和促进中国成为 世界轮胎制造中心。这样，中国轮胎企业将可能通过引进世界轮胎制造的最新技 术，制造出世界一流的轮胎产品，实现跨越式发展。当然，不排除发展中资轮胎 企业。可以这样说，只有积极参与国际合作和竞争，才是中国轮胎企业走向世界 的必由之路。 2 山东大学硕士学位论文 1 1 2 1 调整企业发展战略，把握轮胎行业战略机遇跨国轮胎公司投资战略向 并购重组转变的趋势促使国内企业的经济环境和竞争格局发生变化。仔细分析行 业的形势，挑战和机遇同在。一方面，跨国轮胎公司大举向中国转移，压力和挑 战对中国轮胎企业来说是实实在在的；另一方面要看到，中国经济发展正处于重 要的机遇期，汽车工业的高速发展和公路建设的快速推进，带动了轮胎和生产需 求的增长。随着跨国轮胎公司的进入，其在轮胎制造技术、企业管理、营销策略 等方面的正面效应凸最，促进了中国轮胎工业的发展。今后我国轮胎市场需求量 还有很大的发展空间。本世纪前l o 年，对我国轮胎行业来说，将是极其重要的发 展战略机遇期。对轮胎企业来说，也是一个难得的发展机遇。企业要适应市场， 要在广泛开拓信息渠道、加强企业发展战略研究的基础上，作出与时俱迸的战略 定位，把握好本世纪这一难得的发展机遇。 1 1 2 2 扬长避短，缩小差距，提高核心竞争能力轮胎企业如何面对外资企业 进入中国轮胎市场带来的竞争环境的变化，选择怎样的发展道路，将在很大程度 上决定其命运。目前中国国内轮胎市场企业普遍缺乏核心竞争能力。实际上，像 上海轮胎橡胶( 集团) 股份有限公司、三角集团有限公司已经开始从成本优先战 略转向产品差异战略，这是一种良好的发展趋势。还有通过消化吸收引进国外的 先进技术，以较低的研发成本生产出市场需求的轮胎产品。目前国内一些轮胎企 业竞争上全钢子午线轮胎的项目就是鉴于这些优势而制定的企业发展定位。因此， 通过比较，扬长避短，缩小差距，发挥优势，提高企业的核心竞争能力，是国内 企业选择战略发展中首先要做的工作。 1 1 2 3 加大科技投入，开发新产品是企业持续发展的生存之路目前，国内轮 胎企业面对的世界轮胎工业的飞速发展、轮胎产品的日新月异、市场竞争日趋激 烈的局面，而且竞争已从原来单一的价格竞争慢慢趋向于产品质量的竞争，产品 档次、技术含量的竞争。轮胎子午化、扁平化、高速化已成为产品发展的主流。 随着轮胎工业的发展，智能型轮胎、安全环保轮胎、绿色轮胎、超低滚动阻力轮 胎、高速轮胎等产品层出不穷，迫使轮胎企业要加大科技投入，增强自主开发能 力。如大公司、大集团建立自己的研发中心，与高等院校、科研院所联合开发， 消化吸收世界轮胎工业的先进设计理念和制造工艺，进行技术改造。在轮胎全球 化的浪潮中，只有依靠自身研究开发能力和具有自己的名牌轮胎，才是企业生存 和持续发展之路。上海轮胎橡胶( 集团) 股份有限公司、三角集团有限公司与北 京橡胶工业研究设计院、同济大学、上海交通大学等科研院所和高等院校合作， 联合开发新产品，建立自己的研发中心，增强自主的研发能力，提高产品技术含 量，在国内轮胎行业中先一步，值得提倡。 山东大学硕士学位论文 总之，2 1 世纪的轮胎工业将会顺应世界经济全球化趋势。随着跨国轮胎公司 在中国进一步资本扩张、并购重组的发展，轮胎企业的竞争格局和竞争环境将会 随之发生更大的变化。中国轮胎企业的发展将面临更大的考验。因此，我们必须 认清形势，把握机遇，扬长避短，增强自主研发能力，提高核心竞争能力，发挥 自己的优势，使企业走上一条可持续发展之路，在竞争中变得更加理性和成熟【2 1 。 1 1 3 橡机企业发展的现状 1 1 3 ， 技术不断创新是企业兴旺发达之本纵观2 0 0 2 年的撅胶工业，无论是国 企还是民营企业，凡是发展火暴的企业，不断创新新技术，不断推出新产品，适 应市场需要是其十分一致的共同点。提高企业技术装备水平和技术软件水平，带 动企业科技进步，不断地改进企业经济增长方式。也根据本企业实际情况，调动 了技术人员的积极性和开拓创新的动力，不断为企业开发创新新技术和研制新产 品，努力做出自己的贡献。 1 1 3 2 适应市场的新产品与企业的效益患息相关2 0 0 2 年橡机企业以超常 速度发展，既是国家大形势好，为橡机工业发展提供了机遇。也是由于各橡胶机 械企业近年来的发展积累，开发成功一系列适应轮胎发展需要的新装备，能够满 足轮胎生产要求，因而才有条件抓住这个难得的机遇，火上一把，否则，只能像 上世纪9 0 年代前后那样，眼睁睁地看着橡胶企业大量引进国外设备。在5 0 家橡 机企业中，增长率最高，增长幅度最大，增长前景最好的企业，都是近几年开发 出较多适销对路新产品的企业。桂林橡机、青岛高校软控、桂林新技术实业、北 京6 2 5 所、北京橡研院所机电公司等企业，不仅抢占了国内市场，而且也受到了 国际橡胶跨国公司的青睐：不仅得到认可和订货，而且有的还建立了长期的合作 关系。许多中小企业的发展，也不在靠“价廉”，而注重了“物美”以技术水平、 产品质量以及售后服务参与竞争p 。j 。 民营企业桂林翔宇橡胶机械开发制造有限公司开发成功特种工程轮胎成型与 胎面缠绕机，已于2 0 0 2 年8 月在贵州轮胎厂等单位投入生产。该机组为两台成型 机，一台作轮胎胎体成型，一台供胎面缠绕。当一台机在成型时，另一台机处于 胎面缠绕状态，生产效率大大提高，一般可成型3 5 条m 忡j 。 中国航空工业总公司第6 2 5 所利用航空技术，在产品开发方面充分发挥自身 的技术优势，结合各轮胎厂的实际需求，成功开发出j s _ g l 型机械式成型鼓，结 束了我国三鼓、四鼓全钢载重子午胎成型机完全依赖进口成型鼓的局面，为国内 轮胎厂提供了质优价廉的配套产品。使用性能完全达到国外进口产品的标准。该 4 山东大学硕士学位论文 型成型鼓是6 2 5 所为进一步开发三鼓、四鼓成型机而研制开发的新一代无胶囊成 型鼓，具有成型效率高、成型质量好、可靠性好、可维护性强的特点。目前，该 所已开发出r 2 0 型机械式成型鼓，r 2 2 5 型和r 2 4 5 型系列机械式成型鼓正在开发 中f 7 1 0 1 2 课题的提出 轮胎成型机是制造外胎胎坯的专用机械，用于将帘布、钢丝圈、包布、胎面等 各种部件贴合在一起加工成轮胎胎坯。( 见附录轮胎加工流程图) 轮胎成型是生产 过程中很重要的工序，成型过程也可看作是外胎各部件的组装过程，它在很大程 度上决定着外胎的质量。因此，在整个轮胎的生产过程中，轮胎的成型还要进一 步提高机械化、自动化水平，提高成型效率以减轻工人的劳动强度( 8 “。 工程胎由于成型鼓直径大，鼓肩较高，正反包操作较为困难。到目前为止，工 程轮胎成型机的的正反包主要依靠手工完成，并用后压辊辅助滚压。劳动强度很 大，质量不容易保证。 近年来，中国轮胎市场爆发出新的热点，工程轮胎、子午胎等轮胎供不应求。 而我国工程机械轮胎成型机的发展过去一直很缓慢。大部分工程机械轮胎成型机 相当陈旧，劳动生产率低，成本高。工程机械轮胎的发展供选择轮胎越来越多， 批量越来越小，现有的工程机械轮胎成型机已不能胜任。 子午胎由于其性能的优良而得到广泛的应用。带动了轮胎机械的飞跃式发展。 但子午胎的成型机械结构复杂、成本高，许多工厂原有的生产斜交工程轮胎的设 备多数为压辊包边轮胎成型机，一下子更换许多子午胎成型机，负担过重a 工程 轮胎以重量级、大跨度、高难度、多规格、少批量为主要特征。我国工程轮胎开 发起步较晚，起点低，前期开发只局限于少数规模型的轮胎厂，速度也比较迟缓。 生产工程胎关键设备之一的成型机，除了几个实力雄厚的大厂先后引进了国外的 工程胎成型机外，普遍采用的是国产“4 # 压辊包边斜交轮胎成型机”，对产品质量、 安全、效率都有一定局限性。 进入二十一世纪后，我国国民经济每年以8 以上的速度强劲增长。随着我国 高等级公路的快速发展，西部大开发工程进一步实施，以及东北老工业基地振必 和中原的崛起，国际汽车制造业、工程机械制造业均看好中国市场，纷纷将制造 山东大学硕士学位论文 业基地移师我国，为我国的轮胎工业提供了难得的发展机遇和广阔的空间。工程 轮胎将会迅速扩大规模，品种增加，对质量提出了更高的要求。 为适合这种发展需要，为提高工程轮胎的质量和降低工人的劳动强度。新一 代工程轮胎成型机的开发己成为当务之急。据此，提出了“新型斜交轮胎成型机 的开发研制”这个课题。消化、吸收引进工程轮胎成型机的先进技术，开发具有 新型主机结构和以帘布简扩导、夹持环传递、喷气辅助导布、机械牵引定位、变 频调速和微机控制为主要特征的新一代工程轮胎成型机，继而开发成功以主动折 鼓机构和胶囊反包为主要特征的l c g 2 5 型工程轮胎成型机。 1 3 课题研究的目的及意义 工程轮胎同一般汽车轮胎相比较，有载重量高，牵引力大，通用性好，耐磨 耗、耐切割等特点，所以其外缘尺寸大，帘布层数多胎面胎宽厚，花纹面积率为 6 0 一8 0 。由于工程胎的载荷大，使用条件苛刻，需有坚实的胎体结构，多层数 的帘布才能满足要求。因此对于生产大型工程胎的成型机要求也日益提高。 大型工程机械轮胎成型机的发展过去一直很缓慢，因为人们关注的主要是生 产大宗轮胎的机器。因此，新一代工程机械轮胎成型机的出现具有特殊的意义， 特别是因为这种轮胎的市场条件正在迅速变化。目前，大部分工程机械轮胎成型 机都相当陈旧，对它们往往是进行维修和改造，而不是更新。工程机械轮胎成型 机的理念和技术相当长时间以来未发生变化，这意味着大胎市场往往需要大量手 工劳动。近几年唯一真正的改进是采用轮胎胎面胶条自动缠绕工艺。 不愿更新工程机械轮胎成型机的一个历史原因可能是投资比较大，它是与这 一市场用量较低相矛盾。但是目前工程机械轮胎的发展( 供选择轮胎越来越多， 批量越来越小) 意味着现有机器已不能胜任。 技术趋势随产品技术条件和劳动生产率要求而发展，即一方面考虑所成型部 件和胎体的精度，另一方面考虑生产率、易调节和自动化水平。低投资往往意味 着仅把单台机器插入现有生产线。 另一因素是用户的要求，其中包括超出现行标准的产品系列：现有部件的高 精度和生产率；最大安全性；消除手工操作；易调节和维修，成本低。 供应厂商必须不仅能够设计和提供成型机，还能设计和提供整条成型流水线， 包括裁断机、帘布简帖合机、帘布简成型机、一段和二段成型机、传递装置或操 作器及胎面胶条缠绕机等，所有机器可以单独控制，也可以联动控制。这种完整 6 山尔大学硕士学1 ：i ) = 论文 的方案有时是达到所需产量和质量的唯一途径。 用户最重要的选择有如下几个方面：按照可以利用的空间设计成型机布局； 成型机连接到地下混凝土块上的框架上，或连接到铆入地基的钢板上：满足用户 要求的产品范丽；液压或机械机头折叠系统；液压或气动扣圈装置；手动或自动 正、反包装置有几种自动化方案；手动或自动接头。所有这些项目的解决方 案都相当简单，遵循这- 4 , 块轮胎市场中已明朗化的趋势m 一”。 新一代工程机械轮胎成型机的要求是自动化程度高、工人劳动强度低、使用 便利、安全可靠。除了上述各点以外，这种机器必须简单，便于维修和调节。通 过对新型工程轮胎成型机结构方案的分析，指出其方案的可行性和加工能力，从 而可使轮胎成型机的创新再上一个新台阶。 另外，我国新型工程轮胎成型机的丌发和工业化生产使用，须立足于本国特 点与需求。通过本课题的研究，力求掌握一套改造和创新设备的方法和技巧。立 足于本厂特点，消化吸收引进同类产品的先进技术，使其具有“起高点，速度快， 技术先进，形式多样，适合国情”的特点。在大型工程轮胎生产企业的支持与配 合下，应市场急需，开发多种形式和不同结构的新型工程轮胎成型机。以增强我 国轮胎机械行业在国际市场的竞争力。 新一代工程轮胎成型机l c g 2 5 型的产生以及它的推广使用将极大的促进轮 胎行业的跨越式发展。彻底改变目前较为落后的生产方式，实现轮胎生产的高效 化和精益化，为我国轮胎行业的技术进步起到示范推动作用。 1 4 本文的主要工作 本文的主要工作为：通过分析原有压辊包边成型机在轮胎成型过程中的缺点 而推出新的设想，从以下几个方面对原有成型机进行了改进。 ( 1 ) 在主机方面，原成型机采用的是惯性折鼓机构，是主轴刹车套必须制动后 主轴在惯性作用下，实现折鼓，冲击力较大。现有成型机结合实践经验，吸收先 进成型机的特点，采用主动折鼓机构，通过双气缸齿条搓动齿轮转动，带动成型 鼓叠合与涨开，机头受力稳定，大大延长了机头的使用寿命。 ( 2 ) 在帘布筒套入成型鼓的l ：序上二，原有成型机使用成型棒装置。需要使用手 轮转动，成型棒左右摆动，靠摩擦力作用使帘布筒套入到成型鼓上。生j 、效率低， 山东大学硕士学位论文 工人劳动强度大，且容易起拱。现有成型机加以改进采用国内外较为先进的喷气 辅助导布，机械牵引定位机构，使帘布筒能快速、准确的套入成型鼓上，减少工 序时间，提高生产效率。 ( 3 ) 帘布正包与反包是轮胎成型过程中套入钢圈后必不可少的一道工序，结合 传统成型机弹簧正包和手工反包的原理，进步加强其自动化程度。引进指形正 包胶囊反包技术，大大提高了生产效率。 ( 4 ) 刹车装置的改进。目前轮胎成型机的刹车方式较多，原有成型机为闸瓦式 刹车系统。零部件较多，维修频率增加，影响工厂的整体生产效率。其它刹车方 式有依维坷刹车系统和气囊式刹车系统等。现有成型机采用气囊刹车，惯性力小， 使得故障频率次数明显减少。 ( 5 ) 机座的改进。由分体式结构改成整体式结构，提高成型机的总体组装精度。 ( 6 ) 对开发过程出现的问题进行了分析总结，以供后续的改进。 1 5 本章小结 本章是在进行了大量轮胎市场调查的基础上，了解橡机行业的发展前景，现 有国内外轮胎机械行业的发展现状，指出了开发新型工程轮胎成型机的目的和意 义，最后根据项目实施的需要，提出了本文所要进行的主要工作。 山尔大学硕士学位论文 第2 章轮胎成型机原结构方案 斜交轮胎成型机是随着交通运输事业的发展而逐步改进和完善起来的。目前 仍在使用但需改进的成型机主要是压辊包边成型机。整机包括机箱、成型棒装置、 正包装置、下压合装置、后压合装置、外扣圈及拉胎装置、供布架、电气控制系 统、风压管路系统和刹车系统等部分组成【8 】，如图2 1 和图2 - 2 所示。 1 一外扣圈2 一成型棒3 一空气管路4 一主机5 一下压辊 图2 一l 压辊包边成型机主视图 山东大学硕士学位论文 2 1 主机装置 6 一电气系统7 一后压辊8 一正包器 图2 - 2 压辊包边成型机左视图 主机是最基本的部分，压辊包边成型机采用的是惯性折鼓主机如图2 3 所示。 主电机安装在机箱内，通过三角带传动，使主轴带动成型鼓回转，成型鼓的折叠 靠机箱内的刹车装置和主轴及装在主轴上的成型鼓、大皮带轮的转动惯性力相配 合来完成的。折鼓时电机点动，主轴正转，然后踩刹车开关刹车，使刹车套筒制 动，主轴在惯性力的作用下相对于刹车套筒旋转，成型鼓完成折叠。涨鼓时，电 机点动使主轴反转，然后刹车，主轴在惯性力作用下，相对刹车套筒向与折鼓时 相反的方向旋转，成型鼓即涨开。 机构依靠惯性力折叠成型鼓冲击力大，成型鼓的铰链轴销以及连杆极易损伤。 尤其对于工程胎成型机机头，重量很大，惯性冲击对机头寿命影响极大。 山东大学硕士学位论文 2 2 成型棒装置 1 一刹车装置2 一刹车套筒 图2 - 3 惯性折鼓主机 图2 4 为成型棒装置。成型棒安装在机箱上方，它的作用是把帘布筒导入成 型鼓。多数成型机都有成型棒装置，成型棒的结构形式很多，但结构原理是一致 的。大型外胎成型机的成型棒，是风筒传动的成型棒装置。风筒通过拉杆带动成 型棒沿导杆作往复运动。转动手轮通过蜗杆及扇型蜗轮可使成型棒在成型鼓上方 相对主轴轴线水平摆动，靠帘布筒与成型棒的磨擦作用，使帘布简套入成型鼓上。 成型棒高度由电机通过蜗杆蜗轮及丝杠作微量调整，以适应两个以上帘布筒 成型需要。如改变成型规格，成型鼓直径变化较大，必须起落支柱。在风筒管路 l 装有快速派气阀，作用足加速成型棒的退阿。 成型棒设计过程中，应根据成型鼓的大小设计成型棒的伸出长度。为满足不 山东人学硕士学位论文 同大小的成型鼓的成型，在导杆前部装有两组可拆卸的调整垫，根据成型鼓的宽 窄，调整成型棒伸出的距离。成型棒端头伸出成型鼓边缘的大小，根据实践一般 保持为5 0 r a m 左右。如果超出的距离太大，成型棒的负荷过大，容易发生抖动， 操作也不方便；如太小，则成型鼓边缘外的帘布筒就伸展不开，起皱褶，而且上 的很慢。一般对成型棒的强度和刚度要求也较高，常采用6 0 s i m _ n 2 材料，以保证 其使用性能。 345 j jjjj | j jj jj j ，月，? i ，孓璃 辅卜”、d l 畔：墨熟啊| l吕 l j l i 她l | ，蝣 j 运 i 、i f yo 七。、。、二丁 n ju jt 7 7 l 。 q，-靛 划7 蹴篱 牟 瑚 l 2 且 j j趟 b， | | 鼢q ：l j i 峨翰、 lf 八 一 _ 一 一 1 一成型棒2 一拉杆3 一风筒4 一蜗轮5 一小电机 幽2 _ 4 成型棒装置 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，靠摩擦将帘布 筒套入成型鼓上。但摩擦力与成型棒的摆动角中的大小有关。士越大，则摩擦力 越大。但一般中角不能 1 5 。，高度不大于3 0 m m 。成型棒摆动角相反，则帘布筒 将从成型鼓上脱出。 用成型棒装置套帘布筒，具有操作简单、辅助设备小、适应性好等优点。但 缺点是由于在导入帘布筒过程中，成型棒与帘布筒内表面的摩擦，导致帘线排列 角度要变化，所以帘布筒的导入小易定位。在抽棒位霞时帘布简要起“拱”，这些 缺点直接影向轮胎的质量 8 】。 山东大学硕士学位论文 2 3 正包机构( 1 # 正包器) 图2 5 和图2 6 为正包机构。1 # 正包器是专供上第一个布筒正包边用的装 置。由升降风筒带动两组弹簧带沿溜板座的5 5 。斜面滑动，两组大弹簧带绕过大 带轮挂于两侧压辊上，侧压辊与主轴平行夹角一般为1 5 。之o 。，才能使l # 帘布 筒拉紧贴在成型鼓的肩部。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( 弹簧的根数随成型机的规格不同而异) 分别挂于两端的小带轮上。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的变化紧 紧地压住帘布简的外表面，这时右侧之撞板已撞到行程开关，压缩空气则通过电 磁阀进入侧压风筒，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，尚需用后压辊做补充压合。为了满 足不同规格的轮胎成型，两组弹簧轮间距、升降风简行程位置、滑板座和机座都 是可调的，为了防止弹簧与轮问滑动，在每个轮槽内部都有胶皮圈。 正包完毕，小压辊气缸断气，小压辊复位，升降气缸切换气路，正包机构复 位。此时内外扣圈机构动作，将钢丝圈扣于鼓肩内的布筒上，然后内外扣圈机构 复位。反包开始，反包是人工将钢丝圈里侧的布筒边外翻，将钢丝圈包于里边， 然后用手逐点压实。启动后压辊机构，再压一遍鼓肩内外，完成反包。 安装1 # 帘布筒正包装置时，应使侧压辊9 的运动方向通过主轴轴心，并使小 弹簧带6 均匀地压在成型鼓上，为了防止帘布筒与小弹簧带接触起“拱”，小弹簧 带在帘布简上的包角不得小于3 0 。，以免打滑，小弹簧带轮不得与帘布接触，避 免损伤帘布。调整时，把压辊9 与成型鼓的接触点位鼹适当地靠近鼓的外径，能 防止帘布筒包边部位起皱褶。 采用l # 帘布筒正包装置时，应把帘布筒直径做得比成型鼓小6 1 0 左右，使 得正包时，不易起“拱”和皱褶，1 帘布筒正包装置调整得是否恰当与包边质量关 系极大，需要精心调好。 山东大学硕士学位论文 图2 - 5 正包机构主视图 l 一机座2 一溜板座3 一升降风筒4 一压辊座5 一侧压辊 6 一小带轮7 一小弹簧带8 一大弹簧带9 一大带轮1 0 一带轮架 图2 - 6 正包机构左视图 4 山东大学硕士学位论文 2 4 成型机刹车系统 2 4 1 结构 成型机原刹车装置结构复杂，安装难度大，易损件多，不易维护。 2 4 2 工作原理 刹车套随主轴旋转时，刹车装置闸瓦外侧的刹车带与闸瓦壳之间有1 - 2 m m 间 隙：需要刹车时，将刹车气缸通入压缩空气，这时气缸活塞伸出，推动刹车连杆 组件绕大刹车轴转动，刹车连杆的椭圆形头部转动后将闸瓦撑开向闸瓦壳，形成 制动：泄压时刹车装置复位。 2 4 3 故障原因分析 我们分析造成该刹车装置故障频次高，维修时间长，主要有三个方面的原因： ( 1 ) 其闸瓦的安装是仅靠在5 i m n 厚的钢板上铣出的长槽卡在小刹车轴上， 然后再用拉紧弹簧来固定，其稳定性差，易发生偏歪等现象，造成设备转动不灵 活甚至完全卡住不能转动。 ( 2 ) 刹车时，两个悬臂安装的直径只有2 5 m m 的大刹车轴，要承受产生制动 转矩所需的全部制动力使得大刹车轴及刹车连杆等容易发生弯曲、扭转变形和断 裂等故障。 ( 3 ) 发生故障时，必须将刹车轴、刹车连秆组件、闸瓦及闸瓦壳等一整套东 西全部进行拆卸安装，延长了维修时间。 2 5 整体结构形式 压辊包边成型机的机座为分体式结构，安装过程中要反复调试以保证外扣圈 与主轴的同轴度。大型工程胎由于帘布重量较大，人工套入成型鼓费事费力。因 此需带有一可调扩布架。外扣圈与扩布架均需调整与主轴的相对位置。 新型工程轮胎成型机机座为一整体式结构，右端安装主机，左端安装尾架， 山东大学硕士学位论文 中间为下压辊和后压辊装置。布局合理，较易保证总装精度。 2 6 本章小结 本章的主要内容为分析工程轮胎成型机原有方案中几处较为典型的结构，如 惯性折鼓式主机、成型棒装置、弹簧正包、刹车系统及分体式机座等，为后续章 节的创新进行铺垫。 6 山东大学硕士学位论文 第3 章工程轮胎成型机结构改进 3 1 主动折鼓形式的主机结构 成型鼓的结构形式很多，主要是采用可折叠式成型鼓。可折叠式成型鼓，根 据生胎外径与胎圈直径的差值不同，结构上有四块、六块、八块及十二块鼓瓦等 不同形式。鼓瓦数量愈多，成型鼓折叠前后的直径相差愈大，随着轮胎质量的提 高，对折叠式成型鼓的要求也愈来愈高。 原斜交轮胎成型机当主轴旋转时，主连杆、副连杆及轴套同时转动，使成型 鼓回转。当胎坯成型完毕，须先切断成型机主电机电源，并将与轴套相连的制动 盘刹住。轴套停止回转，成型鼓在惯性作用下继续转动，使得主、副连杆产生相 对转动，因而在主、副连杆接触面上产生剪切力，成型鼓迅速叠合，就可以把成 型好的胎坯从成型鼓上耿下。 1 - - 长鼓瓦2 一短鼓瓦3 一主连杆4 - 直连杆5 一弯连杆 6 一主轴7 一空心套轴8 一副连杆 圄3 - l 八瓦式成型鼓 山东夫学硕士学位论文 本机成型鼓外壳由八块鼓瓦组成，如图3 - 1 所示，四块长瓦与四块短瓦相间布 置。四对长短瓦所对圆一t l , 角均为9 0 。，每块长鼓瓦长度约6 5 。7 5 。弧长，而短 鼓瓦长度为1 5 。2 5 。弧长。主连杆的鼓毂套在主轴上，在鼓毂体向外伸出用圆的 销轴与短鼓瓦铰连起来，短鼓瓦以圆销轴为支点配合邻旁的长鼓瓦，在成型鼓折 叠和张开时作向心或离心运动。每片长鼓瓦的前端都通过直连杆与副连杆相连， 长鼓瓦的后部与短鼓瓦的前部则通过弯连杆与副连杆相连，再通过副连杆与空心 套轴相连。在主轴径向的对称位置有四弹簧连接圆锥销，将鼓毂和副连杆连接起 来，所以成型鼓正常运转时，二者一块转动。圆柱销安放在副连杆套筒壁的径向 孔道内，弹簧将圆销锥压入鼓毂衬套外壁的锥形孔里，使副连杆和主连杆的鼓毂 连接得比较牢靠。由于副连杆与空一t l , 套连接，故成型鼓正常工作时，套轴就可以 与主轴同时旋转。成型时，鼓面上所产生的力矩是不会把弹簧连接的圆锥销打开 的。成型完毕，制动套轴让主轴低速旋转，主、副连杆产生相对运动，副连杆套 筒与主连杆鼓毂衬套外壁接触面上产生的剪切力，使圆锥销脱开后被压入副连杆 套筒的孔道内，这种叠鼓方式称为动力叠鼓或是制动套轴，利用成型鼓的转动惯 性即可使弹簧连接的圆锥销脱开，达到叠鼓的目的。鼓瓦合拢时，直连杆和弯连 杆的位置由径向变为斜向。连杆的弯曲状可以使短鼓瓦完全内藏。这种成型鼓折 叠后鼓径可达到较大限度的缩减，同时，成型鼓折叠后，相邻的长鼓瓦衔接起来， 形成一个较平滑而连接基本无间隙的近似圆筒状的表面，这样有利于胎圈直径小 的胎坯从鼓面上卸下；卸胎时不会划伤胎胚或操作人员。 成型鼓之所以能够合拢折叠，主要是因为结构上具有以下几个特点： ( 1 ) 直连杆比弯连杼的有效长度长得多，以使长鼓瓦的后部( 带短鼓瓦端) 要 比前端的内摆速率快，短鼓瓦先把瓦体内藏，故短瓦不会妨碍相邻长鼓瓦前端的 内摆。 ( 2 ) 主连杆与鼓瓦铰链点至瓦面间距，约为此铰链点与弯连杆与鼓瓦连接节点 间距的二倍，由于半径不同，产生的离心速率也不同，因此短鼓瓦的离心速率低， 而内摆速度比弯连杆连接销快一倍。 ( 3 ) 弯连杆销轴与主连杆销轴轴线位角不同，两轴线例有一周向偏差，合拢前 使弯连杆销轴在运动中产生相当显著的向心分速度，而长鼓瓦开始圆周速度相当 山东大学硕士学位论文 大，相比之下向心分速度很小，这样短鼓瓦也就不会妨碍长鼓瓦的合拢。 ( 4 ) 成型鼓张开时，直连杆和弯连杆的两销轴轴线间都有一周向偏差，直连杆 的销轴轴线周向偏差值c 稍大于弯连杆的销轴轴线周向偏差b 。当鼓张开时，偏差 值b 和c 可使长鼓瓦超越“死点”。所以刹住套轴时，长鼓瓦必须进行外摆并越过 “死点”之后才能作内摆运动。而且，长鼓瓦前端须依c 和b 的差量比其后端作 较大的外摆运动，这样后端比前端部略早地作内摆运动，因而带动短鼓瓦较快的 内摆以免妨碍长鼓瓦前端的动作。如果b 和c 没有差值，短鼓瓦的动作就不能如 此迅速。 ( 5 ) 由于长鼓瓦必须先作外摆运动然后才能内摆，在成型时，鼓瓦受到径向压 力时，就难以发生外摆动作，这样确保鼓不会发生意外合拢现象。 ( 6 ) 长鼓瓦连杆移过“死点”并开始内摆时，长鼓瓦前端就向相邻的短鼓瓦方 向运动，由于相接的邻边为斜边，所以在折叠时长鼓瓦于短鼓瓦相错而不会发生 碰撞。而长短鼓瓦铰链端采取径向断切，形成直边，以便张鼓时两边一碰即止。 纤维胎体的工程轮胎，由于胎体的帘布层多，钢圈多，所以使成型鼓的鼓肩 曲线高而且深，这就给成型鼓的自动折叠带来很大困难。因肩高而使折叠后的直 径不易小于胎圈；由于肩深使折叠时鼓肩不易从生胎中脱出。 常用的八瓦卸肩的静态折叠成型鼓，折叠前不但要卸去1 6 , - - 2 0 块重约3 0 - - , 4 0 公斤左右的鼓肩，而且还要卸去八块主板中的两块重量大的主板，然后才能进行 静态折叠，所以大型胎使用卸肩成型鼓劳动强度大，效率低。也有使用八块瓦不 拆肩成型鼓的结构，但这种成型鼓要挖去肩块中折叠时互相干涉的部分或卸去干 涉部分后才能实现不卸肩折叠。也有采用4 - 8 个收缩成型鼓宽度的双头螺杆，在 折叠前后先用扳手拧螺杆，使成型鼓瓦在宽度方向收缩然后折叠。收缩有两种情 况，一是八块同时收缩，另一种是半数瓦板收缩，用这种方法解决折叠时鼓肩之 间的干涉和深凹的鼓肩，便于脱出生胎，以利折叠成型鼓”一粥。 新型工程轮胎成型机，设计了一种特殊结构( 见图3 2 ) ，折鼓装置采用了引进 设备t b 2 0 2 4 的主动折鼓机构之结构形式，即气缸齿条齿轮副搓动折鼓方式，可在 不停机的状态下实现折鼓和张圆，安全、可靠、效率高、无冲击。 在成型过程中需要解决外胎各部件如何能在转动的成型鼓上准确按照外胎的 山东大学硕士学位论文 结构设计要求装配起来，并借各压合装置的相互配合将各部件贴紧压牢，这就要 求成型时生胎的每个部件都能在成型机上舒展开。成型机机头的主动折叠与伸展 动作的协调性，是机头设计的关键，在减轻工人的劳动强度、提高生产效率方面 起着关键的作用( 1 4 】。 折叠式成型鼓的设计程序较为复杂。一般先摆叠合图、布点及作叠合运动图、 计算各节点的坐标值、用弯连板样板检验，最后绘制造图。 叠合图的形成是至关重要的一步，为了便于取出成型后的半成品，设计时应 力求减小叠合周长，减小叠合图的椭圆长、短径之差。成型后的胎坯，若胎圈刚 度较小，胎圈可用人力拉扁，成型鼓叠合周长则应小于胎圈内周长一般小3 0 m m 以上；若胎圈的刚度大，用人力无法拉扁，如工程胎、航空胎等，成型鼓叠合