輪胎硫化機結構簡介
汽車輪胎的硫化從50年代起推廣應用了膠囊定型硫化機。硫化室內徑在65"以下的輪胎,即全部乘用車輪胎和輕型、中型卡車輪胎的硫化基本上都采用雙模定型硫化機。65"以上的則采用單模定型硫化機或硫化罐。
雙模定型硫化機首先普遍應用的是機械式硫化機,采用曲柄齒輪—連桿(或稱四連桿)結構,機構原理簡單。在合模瞬間就加上合模力,以較小的電機功率可獲得較大的合模力。合模以后電機不再工作,而合模力可始終保持到重新開模。目前世界上所采用的機械式硫化機雖生產廠家不同、規格型號各異,而且經過多年不斷改進,但基本結構都一樣,也都沒有變化。
在機械式硫化推廣應用的同時,也出現了液壓式硫化機。但由于開始時液壓式硫化機對機械式硫化機的優越性不很明顯,而且當時液壓技術還不很成熟,輪胎廠對液壓式硫化機的維修保養還不很適應,因此在一段時間內液壓式硫化機沒有象機械式硫化機那樣得到普遍推廣。但隨著汽車工業和輪胎工業的不斷發展,對輪胎的均勻性提出了越來越高的要求,也對硫化機的工作精度提出了越來越高的要求,液壓式硫化機的優越性就充分地顯示出來了。同時液壓技術也日趨成熟,維修保養也不再成為大問題。所以現在世界上主要輪胎公司已逐步采用液壓式硫化機來代替傳統的機械式硫化機。他們在建設新廠或對老廠進行技術改造時,已基本上采用液壓式硫化機。液壓式硫化機替代機械式硫化機已成為無可置疑的發展趨勢。
機械式硫化機有其結構特點,但這種結構也同時帶來了一些固有的弱點。
機械式硫化機的合模力是依靠各受力構件的彈性變形而獲得的。在合模并加上合模力時,上橫梁兩端向下撓曲,底座兩端向上撓曲,連桿被拉長且其兩端向外撓曲,曲柄齒輪及連桿下端向外偏移,見（http://www.glrmf.com/pic/jj1.jpg）。因此,即使是全新的硫化機,制造質量良好,沒有磨損,在合模時這些撓曲變形都一定發生。硫化工位的軸線將偏離理論的垂直位置而被扭彎,而且這軸線從理論垂直位置到被扭彎位置每開合模一次就重復發生一次。也就是說,這軸線在開合模瞬間是帶有角轉運動的。
由于受力構件的撓曲變形,模具受到的合模力沿圓周方向不是均勻分布的,終是外側的受力大于中間,見（http://www.yqgroup.cn/proc.asp?cid=FUJITA）。有的硫化機制造廠針對這一問題采取了一些補救措施,例如在未合模時使曲柄齒輪下端預先內傾(曲柄齒輪軸向外下傾一微小角度),以及在上橫梁上采用楔形填片等,這對某一特定規格的輪胎并在硫化機沒有磨損時起到一定的補償作用,但在變換輪胎規格時或硫化機零件有磨損時,這種補償作用就大大降低。
雙模硫化機結構上是左右對稱的,但由于制造上的誤差,不可能做到**對稱。硫化機制造廠采取各種措施以保證零件的對稱性,例如連桿成對加工,墻板成對加工,盡量采用數控機床等,但對上橫梁、底座、曲柄齒輪、傳動軸和傳動齒輪等,很難做到**對稱。由于存在這對稱性誤差問題,為了保證機器靈活運轉,各運動零件的配合一般都采用較松的配合公差。如連桿孔與上橫梁軸及曲柄銷的配合為(E8/e8),曲柄齒輪軸與底座孔的配合為(E8/e8),上橫梁軸與滾輪的配合為(F8/e8),滾輪與墻板導槽的配合為(H9/f8),上橫梁端面、底座端面與連桿平面之間的累積間隙為1.15～1.5mm等。這不對稱性和這些公差的存在進一步對硫化機的合模精度特別是重復精度造成不利影響。 機械式硫化機的結構還決定了上橫梁銷軸施加于連桿上部銅套的力、曲柄齒輪軸施加于連桿下部銅套的力,和曲柄銷施加于連桿下部銅套的力都是不均勻的,見圖1。而且這幾個連接部分都在重負荷下轉動,這不可避免地造成這些銅套的不均勻的和較嚴重的磨損。而銅套的磨損將進一步降低硫化機的合模精度。為了保持硫化機一定的合模精度,這些銅套的磨損程度必須經常檢查并及時更換。
此外,機械式硫化機的合模力是在曲柄銷到達下死點瞬間由各受力構件的彈性變形量所決定的。而溫度變化將使受力構件尺寸發生變化,合模力也將隨之而變化。因此機械式硫化機的合模力對溫度是比較敏感的。在投入使用前或停機一段時間重新開動時一定要預熱。生產過程中環境溫度或工作溫度的波動都將造成合模力的波動。
所有這些機械式硫化機所固有的弱點在液壓式硫化機上都較徹底地解決了。現以日本三菱重工生產的PC-X液壓硫化機（PC-X中的PC代表乘用車胎，X代表液壓硫化機系列）為例加以說明。
1總體結構
(l)機體為固定的框架,結構緊湊,剛性良好,安裝運輸方便,見（http://www.yqgroup.cn/proc.asp?cid=FUJITA）。
(2)開合模時上模部分只有垂直上下運動,靠前后和左右滾輪在導軌上滾動,見（http://www.yqgroup.cn/proc.asp?cid=FUJITA）。滾輪帶有偏心套,對中度可**調整。滾輪與導軌之間基本上沒有間隙,可保持很高的對中精度和重復精度。
(3)雖然液壓式硫化機也是雙模腔的,但從受力角度看,只是兩臺單模硫化機連結在一起。合模力依靠液壓缸加在模具中心的力和二側框架對稱的彈性伸長而獲得,模具圓周方向受力均勻,見（http://www.yqgroup.cn/proc.asp?cid=FUJITA）。在整個操作過程中硫化工位軸線能始終保持理論垂直,沒有角轉運動。
(4)由于合模力決定于合模油缸油壓,不受環境溫度或工作溫度影響,可保持恒定的合模力。
(5)運動零件動作時其滑動表面或滾動表面沒有法向負荷,磨損極小,可保持長時間的??作精度。
(6)由于改進了機械結構和隔熱層的設計,輻射熱損耗比機械式硫化機降低30～50%,見圖（6）。
(7)由于開合模動作簡化,開合模時間縮短30%左右,提高了機器的生產率。
(8)因為沒有上模的翻轉運動,對保持活絡模的精度和延長其使用壽命有利。
(9)由于取消了全部蝸輪減速器、大小齒輪、曲柄齒輪和大連桿等運動件和易損件,維護保養工作量減少。
(10)由于整機重量減輕,且機器在開合模時重心軸線不偏移,機器的基礎處理可大大簡化。
(11)機器的運動精度提高,可達到:
上下熱板同心度≤0.3mmTIR
上下熱板平行度≤0.3mm/m
裝胎器對下熱板的同心度≤0.3mmTIR
裝胎器對下熱板的平行度≤0.5mm/m
卸胎器對下熱板的同心度≤1mmTIR
卸胎器對后充氣環的同心度≤1mmTIR
上述精度是機械式硫化機很難達到的,特別是重復精度難以保證。當生產H級或V級輪胎時,要想得到高的**品率,機械式硫化機已很難勝任。
2 膠囊操作結構(中心機構)
傳統的中心機構主要有三種型式,即原美國NRM公司開發的Autoform(我國簡稱為A型),美國McNei1公司開發的Bag-O-Matic型(我國簡稱為B型),和德國Herbert公司開發的AUB0型(我國簡稱為AB型或C型)。其他型式可以說都是這三種基本型式的改型?，F三菱重工采用的中心機構稱為RIB(Rolling InBladder)翻入膠囊型,這是在A型的基礎上吸收了其他型式的優點而開發的,且RIB型本身也在不斷改進。其新結構型式如（http://www.yqgroup.cn/proc.asp?cid=FUJITA）所示。
在固定的中心機構筒體內裝有一升降囊井,由二個垂直油缸操縱上下運動。輪胎下鋼圈固定在此囊井頂部。囊井上升時將硫化好的輪胎頂出。膠囊下夾環高度可通過一專用電機及一套鏈輪鏈條裝置調節以適應不同尺寸的輪胎。中心機構下部為一橫梁,由二個垂直氣缸操縱橫梁上下運動。膠囊上夾環操縱油缸及更換膠囊的油缸固定在此橫梁上。膠囊上夾環除了隨橫梁上下運動外,還可由它自己的油缸操縱上下運動。橫梁運動共有三個位置。中間位置為硫化位置。硫化時由二個水平閉鎖氣缸將橫梁運動鎖住,硫化結束后橫梁上升到*高位置,然后閉鎖氣缸松鎖。卸胎時橫梁在*低位置,膠囊收縮在囊井內。需更換膠囊或調節下夾環高度時可將橫梁提到*高位置。此時如啟動更換膠囊操作泊缸,下夾環松開,即可更換膠囊,換好后再重新壓緊。
2.1RIB中心機構特點
2.1.1與A型比較
(1)RIB中心機構的膠囊頂端由中心桿支撐,定型時,輪胎與膠囊的對中性較好,穩定性較好,硫化的輪胎質優,比A型硫化機更適合于子午線輪胎的硫化。
(2)硫化時硫化介質不進入囊井,克服了A型耗能太大的缺點。
(3)RIB中心機構的膠囊折疊程度比A型硫化機少,膠囊膨脹需要的能力小,較容易舒展在胎坯內,因此,膠囊使用壽命較長。
2.1.2與B型比較
(1)RIB型中心機構定型和硫化時膠囊在圓周方向伸長小,膠囊壽命較長。定型時膠囊從下部或中部“翻”靠胎坯,膠囊膨脹小,因此定型時輪胎變形小。膠囊折疊時,胎圈不彎曲,其硫化的輪胎均勻質優。見http://www.yqgroup.cn/proc.asp?cid=FUJITA。
(2)省掉抽真空系統,能耗較低,并省掉中心操作水缸,無泄漏之虞,見http://www.yqgroup.cn/proc.asp?cid=FUJITA。
(3)膠囊上夾環在合模時節降至所需高度并固定在此位置。上下環之間不用定型套。
(4)更換膠囊時,膠囊下夾環由油缸操縱松開和壓緊,并省掉夾持環、環座連接螺紋等結構,因此更換膠囊快(換一條膠囊約5min即可)。
2.1.3與老RIB型比較
與老RIB型比較1它增加了囊井升降動作。輪胎下鋼圈固定在囊井頂部。硫化結束后囊井連同下鋼圈上升,將輪胎頂出下模,然后由卸胎器取走輪胎。改變了原來由上部推頂器上的扇形板插入輪胎上胎圈部位并將輪胎從下模拉離的方式。避免了扇形板容易損壞和輪胎上胎圈容易拉壞的現象。
2.1.4與AB型(或C型)比較
RIB型的基本結構和動作原理與AB型(或C型)相似,但增加了一個快速更換膠囊泊缸,使更換膠囊非常方便。而且膠囊形式與A型基本一樣,仍為蘑菇形膠囊,膠囊模具可以通用。不同之處為RIB型的膠囊上端開有一個小圓孔。
2.2操作程序
PC-X硫化機及其中心機構操作程序如下,見http://www.yqgroup.cn/proc.asp?cid=FUJITA,http://www.glrmf.com/pic/jj2.jpg。
(1)正硫化。膠囊上、下夾環在硫化位置。二個水平空氣缸鎖住中心機構。
(2)硫化結束。膠囊排水、汽到零壓。開模。膠囊上夾環由中心油缸帶動下降到下夾環上。二個垂直空氣缸帶動中心,機構下橫梁上升到*高位置。二個水平空氣缸松鎖。然后中心機構下梁下降,使膠囊上、下夾環一起下降。膠囊縮到囊井中。二個垂直油缸帶動囊井上升,將輪胎頂離下模。
(3)卸胎器轉入,抓住硫化好的輪胎。
(4)卸胎器轉出,將硫化好的輪胎送到后充氣工位(或卸胎工位)。裝胎器轉入,將新的胎坯送到硫化工位,
(5)二個垂直油缸帶動囊井下降到硫化二個垂直空氣缸帶動中心機構下梁上升到*高位置。膠囊出囊井。二個水平空氣缸將中心機構鎖住,然后中心機構下橫梁下降到硫化位置。膠囊上夾環由其油缸帶動上升,同時進預定型蒸汽,膠囊翻靠胎坯。
(6)預定型結束。后充氣裝置翻轉。
(7)裝胎器上升轉出。合模。*終定型。
(8)硫化開始。裝胎器抓新胎坯。
(9)后充氣裝置卸胎。裝胎器上升。
(10)輪胎卸離后充氣裝置。
輪胎硫化機結構簡介（三）
3裝胎器
除了A型硫化機采用平移式的裝胎機構外,其他均采用搖臂式裝胎機構。PC-X硫化機的裝胎機構也屬搖臂式,但有其結構特點。其裝胎器在回轉時由二個回轉中心而不是由一個回轉中心控制,見http://www.glrmf.com/pic/jj3.jpg中的A和B。這使裝胎定位依靠一個三角形珩架ABC,而不是依靠一單梁。有效地增加了定位剛性,保證定位精度。
4合模力的獲得
液壓式硫化機合模力的獲得完全來源于油的壓力。一般均用較低壓力、較快速度、較長行程的油缸控制開合模。合模以后用一定的方式(插銷、鎖環、或鎖緊塊)將上下模部分鎖住,組成一個閉環受力系統,然后再用高壓、短行程的油缸使上下模受到合模力。PC-X硫化機獲得合模力的方式有其結構特點,見http://www.glrmf.com/pic/jj8.jpg。
PC-X硫化機屬于框架式結構,下模部分固定在框架的底座上。先由固定在框架上部的開合模泊缸帶動上模部分合模,這時上模部分與框架上橫梁之間出現一空間。在框架側面裝有一擺臂定位立柱,合模后此立柱轉入模具中心線位置,填滿上橫梁與上模部分的空間,形成一閉環受力系統。這時裝在框架上橫梁模具中心線位置的高壓、短行程合模力油缸通過定位立柱加壓于上模部分,從而獲得合模力。這種結構形式用上部一個油缸代替了一般液壓式硫化機下部4個或6個小油缸。結構簡單,便于檢修。
加上合模力以后,在整個硫化周期內,有一個保壓問題。有的液壓式硫化機在硫化周期內油泵繼續工作以保持壓力,有的則采用蓄能器來補償硫化過程中可能出現的壓力降。PC-X硫化機則采用空氣一液壓增壓器來解決,見http://www.glrmf.com/pic/jq4.jpg。在PC-X硫化機上采用的油泵壓力為8.33～8.82MPa。合模以后,油泵即停止工作,而利用與0.49MPa的壓縮空氣產生21.56MPa的高壓油注入合模力油缸獲得所要求的合模力,同時在整個硫化過程中起保壓作用。這種形式既可使油泵用較低的工作壓力,合模后油泵又不需繼續工作,也不需要任何蓄能裝置。因此節省能源,油缸使用壽命長,便于維護保養。
5卸胎器和后充氣裝置
PC-X硫化機的卸胎器采用搖臂式卸胎機構替代傳統的卸胎方式,見圖http://www.glrmf.com/pic/jj5.jpg。卸胎器抓起輪胎后直接送到后充氣工位或卸胎工位,動作簡單可靠并定位準確。在后充氣裝置上輪胎處于完全水平位置,有利于輪胎的均勻冷卻。
6活絡模操作油缸
PC-X硫化機的活絡模操作油缸位于上模部分的中心位置,見圖http://www.glrmf.com/pic/jj6.jpg。操作油缸與活絡模的嚙合與脫開利用一手柄轉動一鎖環裝置完成。簡單易行。
輪胎硫化機結構簡介（四）
7電氣控制系統
PC-X硫化機的控制系統由PLC控制系統、回轉編碼器垂直升降定位控制系統、MAC-5000程序控制系統、儀表顯示控制系統等組成。
其操作程序如下:
硫化機開模至上限,**鎖鎖緊,裝胎器退出上升,裝胎爪收縮,下環鎖松開,下環下降,中心立柱下降,鋼圈下降,活絡模張開,定位器退出,加壓缸上升,卸胎器退出上升至準備位置,卸胎爪收縮。存胎器有生胎?！b胎器下降至抓胎位置→裝胎爪張開→裝胎器抓胎上升→裝胎器進入→裝胎器下降裝胎→下環上升→下環鎖鎖緊→下環下降?！行牧⒅仙b胎爪收縮→裝胎器上升。
一次定型汽進
→裝胎器退出→**鎖松開→高速合?！咚俎D低速合?！淮味ㄐ推D二次定型汽→活絡模閉合→合模至下限→定位器進入→加壓缸下降加壓→關二次定型蒸汽硫化開始。
熱板溫控 繼續進內壓蒸汽
內壓蒸汽進 →循環排關
→循環排開 主排關
主排關 排氣口關
排氣口關
內壓蒸汽關
循環排開
→主排開 →排氣口開→硫化結束
排氣口關
裝胎器下降抓生胎
→加壓缸上升→定位器退出→低速開模→中心立柱下降→下環上升→下環鎖松開→下環下降→高速開模至上限→**鎖鎖緊→鋼圈上升→卸胎器進入→卸胎器下降→卸胎爪張開→卸胎爪抓胎上升→卸胎器退出→卸胎器下降→卸胎爪收縮卸胎→卸胎器上升→卸胎器進入準備位置→裝胎器進入→重復上述周期。
7.1PLC控制系統
系統采用日本三菱MELSEC-A2NPLC可編程序控制器實現硫化機的手動和全自動控制。
7.1.1PLC可編程序控制器的組成
①CPU模塊:型號A2N-S1;
②INPUT模塊：型號AX42(64點)3塊；
③OUTPUT模塊：型號AY13(32點)3塊。
若配有后充氣裝置PLC控制器必須增加輸入模塊和輸出模塊各一塊。
7.1.2A2N-PLC配備A6GPP圖形編程器
系統支持軟件有：
①SW4GP—GPPAEE—l ON LineProgramming;
②SW4GP—GPPAEE—2 OFF LineProgramming;
③SW4GP—GPPAEE—3 SystemDATA。
系統軟件有英文、德文、瑞士文、日文版本。
應用A6GPP圖形編程器可實現在線編程,離線編程,寄存器數據編輯,I/O信息讀出處理,PC信息讀出處理,文件處理,各種在線監視,大大方便硫化機的安裝、調試和維修。
7.2MAC—5000時序控制器
MAC—5000時序控制器是由三菱重工開發,日本NEC公司制造的專門用于硫化控制的控制器。
7.2.1MAC—5000的組成
①等離子顯示屏;
②CPU板;
③PID板;
④ENCORD板;
⑤MAC—LAN系統;
⑥操作鍵盤。
7.2.2MAC—5000的基本功能
(1)功能輸出
用于閥門輸出:12個閥門DC24V400mA;
電接點輸出:4個電接點;
步數:*多24步;
每步時間:*長99分99秒;
總時間:*長999分99秒;
(2)運行監控
開合模的定位顯示控制;
硫化參數的顯示控制;
膠囊使用次數;
硫化機使用次數;
(3)自動延長硫化
MAC—5000對硫化機的儲備時間(非硫化時間)進行自動計算,如果儲備時間超過了預設定時間,在下一次硫化操作中就實現預編程的延長硫化。
(4)硫化資料的存儲MAC—5000在每次硫化結束后能存儲本次硫化的情況和顯示下列的數據。
①硫化時間;
②延長硫化時間;
③暫停時間;
④提前時間;
⑤等待時間;
(5)指示燈的顯示
①模式顯示:RUN.END.RDY.SET.PAUSE.
②故障指示:T/PER.硫化溫度/壓力超過設定值;
COM ERMAC—LAN系統聯網故障;
CPU ERCPU故障。
(6)步前進鍵
在RUN模式按動此鍵可將當前步改變為下一步。
(7)時間前進鍵在RUN模式按動此鍵可將當前步時間跳過10s。
7.2.3編程方法
(1)在“SET”狀態通過鍵盤可以設定編碼器的定位、硫化數據。
(2)在采用MAC—LAN系統時,通過上級計算機對每臺硫化機的MAC—5000設定編碼器的定位和硫化數據。實現對硫化機群的集中管理和監控。
7.3儀表顯示控制系統
采用日本橫河新型的UR1000三針記錄儀和UT35數字調節儀對硫化過程的外溫,內溫,內壓參數進行記錄,并對外溫進行自動調節。
新型的三針記錄儀和數字調節儀體積小,功能強、精度高,對外溫進行數字控制,具有超溫超壓報警功能,能與上級計算機進行聯網。
綜上所述,在當前國際市場上可提供的各種型號的液硫化機中,日本三菱重工的產品具有較突出的優點。相關配套的切斷閥與控制閥所用日本FUJITA閥也有其突出的特點?，F產品除在日本銷售外已銷到韓國、馬來西亞、中國、中國臺灣、美國、巳西、南非和法國、英國、德國、波蘭、葡萄牙、盧森堡、俄羅斯等歐洲國家。國際上一些知名的輪胎公司如橋石、固特異、米西林、大陸、鄧錄普都已較多地采用。