国内外液压轮胎硫化机水平浅析.docx

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国内外液压轮胎硫化机水平浅析

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 

主要参数

36-RH

42-RH

46-RH

48-RH

55-RH

60-RH

64-RH

75-RH

硫化室内径/mm

最小模具高/mm

最大模具高/mm

工作周期/s

最大合模力/kN

920

150

300

40

1100

1070

100

370

45

1400

1180

240

450

45

1700

1220

250

510

50

1850

1400

250

530

100

2940

1540

450

635

120

4500

1630

450

635

120

4500

1900

380

710

180

6470

    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≤0.4mm 

    3.2 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 

主要参数

4530EH/1

4533RH

4839RH

合模力/kN

保温罩内径/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/MPa

1360

1140

1190

190/430

50

25

12～18

370

780

740

235/70R15

14

45

2.8

1.6

0.15

1500

1140

1190

290/430

60

25

13～18

420

810

740

285/30ZR20

14.5

45

2.8

1.6

0.15

1770

1210

1280

250/510

60

25

13～16/15～20

500

860

810

7R19.5

16

55

2.8

1.6

0.15

 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

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

3000

1380

254/508

13～20

762

1082

11-20

32

120

2.8

8

0.15

3400

1620

1525

1634

390/635

60

25

19.5～24.5

700

1150

13R22.5

46

140

2.8

1.6

0.15

4300

1525

1634

254/635

17～24/20～28

1066

1150

12-20

46

150

2.8

8

0.15

6000

1800

305/720

20～38

1220

16414

18-24

35

240

2.8

8

0.30

9000

2060

558/914

20～38

1600

1900

21-35

55

300

2.8

8

0.40

12250

2450

2600

610/1067

20

24～42

1855

2235

29.5×35

94

420

2.8

8

0.40

   3.2.1 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/m 

    3.3 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/kN

1360

平板

1020

230

410

2.8

810

460

255

13～17

1360

36.3

1590

平板

1120

255

445

2.8

915

410

255

13～17

1360

36.3

2270

平板

1200

255

460

2.8

940

510

330

15～20

2500

50.0

3400

平板

1525

410

635

2.8

1220

635

330

19～25

6350

72.5

4550

平板

1575

410

635

2.8

1270

635

330

19～25

6350

72.5

4680

蒸汽室

1650

460

710

2.8

1320

710

330

19～25

6350

72.5

4550

平板

1650

460

710

2.8

1320

710

330

19～25

6350

72.5

   3.3.1 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。

    3.3.2 导向型式 

    像摇臂式钻床一样,由中间一根大立柱导向。

    3.3.3 中心机构 

    中心展开型（Center Sweep Mechanism）。

    3.3.4 机器精度 

    以43__300AT为例：

    上下热板同轴度 士0.005″（0.127mm） 

    上述同轴度的重复性 士0.005″（0.127mm） 

    热板平行度 士0.005″/ft（±0.416mm/m） 

    装胎器对硫化机的同轴度±0.005″（0.127mm） 

    3.4 日本神户制钢所的硫化机 

    1957年,日本神钢接受美国McNeil公司硫化机制造技术,制造B型机械式轮胎硫化机。

    为了适应硫化机技术发展的趋势,从1982年开发液压硫化机,其商品牌号是SUPER CUREX,1985年推向市场。

产品经过不断改进,研制了一些新技术,如装胎机械手对中度超差报警装置,中心机构的定型高度可以从控制面板上遥控变更,模具和胶囊的快速更换,以及模具高度的自动设定等等,现在的新型轮胎硫化机（通称ETP）反映了子午线轮胎的一种最新趋势。

该公司液压硫化机的主要参数见表5。

    表5 日本神户制钢所液压硫化机的主要参数

主要参数

300H-42VE1

385H-47VE1

385H-51VE1

385H-55VE1

硫化机类型

模具加热方式

最大合模力/每个模具/kN

模具厚度/mm

隔热罩内径/mm

生胎高度/mm

硫化机垂直行程/mm

轮胎外径（最大）/mm

活络模

两半模

胎圈直径/in

轮胎最大宽度/mm

轮圈设定宽度/mm

普通（双）（单）

板式

1360

200～450

1060（41.7″）

160～370

1600

650

700

13～17.5

300

100～254

普通（双）（单）

板式

1750

240～560

1200（47.2″）

220～500

1800

710

830

13～17.5

330

100～254

普通（双）（单）

板式

1750

200～520

1260（49.6″）

200～400

2405

750

815

13～17.5

300

75～260

普通（双）（单）

板式

1750

240～560

1400（55.1″）

280～550

2200

850

14～19

400

100～350

   3.4.1 合模力产生原理 

    早期的神钢液压硫化机,由安装在底座下的四个加力油缸对模子产生压力,上下汽室当中有一锁环,转动锁环锁紧,由汽室盖来支持合模力。

改进以后的液压硫化机,合模油缸的活塞杆装有二只对开螺母,当活塞杆驱动时,螺母咬合住推杆上的错齿形螺纹,合模油缸由液压油加压,液压油迫使活塞杆向下,传递所需的合模力。

    3.4.2 导向型式 

    早期的神钢液压硫化机的二个上汽室安装在上滑座上,导轨装在上滑座两侧,靠两侧的提升油缸使上滑座沿着硫化机的导轨运动。

改进后的液压硫化机,其上热板通过装有活络模传动装置的箱体与合模推杆连接,推杆通过固定在上机架上的合模油缸的空心活塞杆,由顶端的导向套导向。

    3.4.3 中心机构 

    采用B型中心机构。

    3.4.4 机器精度 

    装胎器与模具中心的同轴度 0.25mm（0.010"） 

    装胎器与下热板的平行度 25mm（0.010"） 

    上下热板之间的平行度 20mm/m（0.008/40"） 

    上下热板的同轴度 0.25mm（0.010"） 

    3.5 日本三菱重工的硫化机 

    该公司自1964年起向美国的NRM公司购买轮胎硫化机制造技术,生产A型硫化机。

阳B型中心机构是该公司在A型基础上的改进设计,并首先推向市场。

80年代初期,三菱公司开发了液压轮胎硫化机。

    3.5.1 尺寸规格 

    PC-X型（轿车轮胎硫化机）:

    PC-X42R265；PC-X40R300；PC-X41R300；PC-X43R300 

    LT-X型（轻卡轮胎硫化机）:

    LT-X47R365；LT-X46R385；LT-X48R385；LT-X48R420 

    TB-X型（载重车轮胎硫化机）:

    TB-XP60R750；TB-XD60R950；TB-XD65R-1200 

    3.5.2 合模力产生原理 

    整机是框架式结构,下模部分固定在框架的底座上,先由固定在框架上部的开合模油缸带动上模部分合模,这时上部分与框架上横梁之间出现一空间,在框架侧面装有一摆臂定位立柱,合模后此立柱转入模具中心线位置,填满上横梁与上模部分空间,再由上横梁中间的短行程加力油缸加压,从而获得合模力。

    3.5.3 导向型式 

    开合模式上模部分只有垂直上下运动,靠前后和左右滚轮在导轨上滚动,滚轮带有偏心套,对中度可调整。

    3.5.4 中心机构 

    采用RIB型中心机构。

此外,三菱公司还生产一种与美国NRM公司十分相似的天平式液压硫化机,国内已在韩泰轮胎公司使用,中心机构是油压控制的B型。

    3.5.5 机器精度 

    以轿车胎PC-X型硫化机为例

    上下热板同轴度 0.3mmTIR

    上下热板平行度 0.3mm/m

    装胎器对下热板的同轴度 0.3mmTIR

    装胎器对下热板平行度 0.5mm/m

    4 液压硫化机的国内水平

    有文章说,我国液压硫化机的研制,始于“八五”期间,事实上,我国的液压硫化机研制,起步于60年代末期,我们的起步时间并不比西方发达国家慢,当时的设计思路,也并不比西方发达国家落后。

    1968年,我国规划建设第二汽车制造厂,生产军用越野车,需要配套子午线轮胎,当时组织了设计院、使用厂和制造厂“三结合”的设计队伍,设计制造生产子午线轮胎的设备,包括一种新型的轮胎硫化机。

我们的设计思路是:

轮胎硫化要产生张模力,需要一个合模力来压住这张模力,如用传统机械压力机方法,设备一定很笨重,材料用的很多。

有没有办法把承受合模力的范围缩小,传动系统只有开合模的功能,而不产生合模力呢?

我国的年轻橡胶工业战线上的科技工作者,从硫化罐上得到启发,采用了在下蒸锅下方装一个波纹管,通入的内压与通入胎坯内的内压一样,也是过热水,但面积要比硫化的轮胎截面大,这样合模力就大于张模力,而锁紧方法,则完全参考硫化罐,用水缸拉动错齿形锁环,这样庞大的合模力完全由上、下蒸锅来承担,横梁、连杆就只承受模具、蒸锅等重量,完全可以设计得很小。

当时另一种传动方法是用油缸,用一个普通油缸来开合模完全能胜任。

因此就有两种设计方案,一种是机械传动方法,另一种是油压传动方法。

第一种设计方案由上海轮胎机械厂制造,第二种设计方案由大连橡胶塑料机械厂制造,这两种新型轮胎定型硫化机都在1970年制造成功,生产出全钢子午线轮胎。

现在回过头来看,液压传动的55″子午线轮胎硫化机,其结构、外形与现在美国NRM公司的AUT0LOK型几乎一样,所不同的是产生合模力的方法,我们是波纹管,NRM公司是用高压油缸,我们的问题就是出在波纹管上,它是用1.5mm厚的不锈钢薄板压制而成,因为使用条件是高温高压,使用时间不长就产生疲劳破坏,后来又改用橡胶,但寿命也不长,限于当时国内液压技术水平,没有采用高压油缸,因此批量生产一批以后,就没有再生产。

到1974年,国内正泰、大中华二家橡胶厂引进日本的机械式硫化机,就集中力量去吸收、消化该项先进技术,液压式硫化机就没有再花力量去研究。

 1989年,改革开放后的中国,大批外商进入国内市场,台湾正新橡胶公司在厦门办独资企业,带来了24″、32″和40″液压轮胎硫化机资料,其中24″由上海轮胎机械厂制造,32″和40″由福建三明化工机械厂制造。

这三种规格硫化机适合于小型轮胎,特别是摩托车轮胎,中心机构是单动式的B型,产生合模