轮胎硫化机结构简介
汽车轮胎的硫化从50年代起推广应用了胶囊定型硫化机。硫化室内径在65"以下的轮胎,即全部乘用车轮胎和轻型、中型卡车轮胎的硫化基本上都采用双模定型硫化机。65"以上的则采用单模定型硫化机或硫化罐。
双模定型硫化机首先普遍应用的是机械式硫化机,采用曲柄齿轮—连杆(或称四连杆)结构,机构原理简单。在合模瞬间就加上合模力,以较小的电机功率可获得较大的合模力。合模以后电机不再工作,而合模力可始终保持到重新开模。目前世界上所采用的机械式硫化机虽生产厂家不同、规格型号各异,而且经过多年不断改进,但基本结构都一样,也都没有变化。
在机械式硫化推广应用的同时,也出现了液压式硫化机。但由于开始时液压式硫化机对机械式硫化机的优越性不很明显,而且当时液压技术还不很成熟,轮胎厂对液压式硫化机的维修保养还不很适应,因此在一段时间内液压式硫化机没有象机械式硫化机那样得到普遍推广。但随着汽车工业和轮胎工业的不断发展,对轮胎的均匀性提出了越来越高的要求,也对硫化机的工作精度提出了越来越高的要求,液压式硫化机的优越性就充分地显示出来了。同时液压技术也日趋成熟,维修保养也不再成为大问题。所以现在世界上主要轮胎公司已逐步采用液压式硫化机来代替传统的机械式硫化机。他们在建设新厂或对老厂进行技术改造时,已基本上采用液压式硫化机。液压式硫化机替代机械式硫化机已成为无可置疑的发展趋势。
机械式硫化机有其结构特点,但这种结构也同时带来了一些固有的弱点。
机械式硫化机的合模力是依靠各受力构件的弹性变形而获得的。在合模并加上合模力时,上横梁两端向下挠曲,底座两端向上挠曲,连杆被拉长且其两端向外挠曲,曲柄齿轮及连杆下端向外偏移,见（http://www.glrmf.com/pic/jj1.jpg）。因此,即使是全新的硫化机,制造质量良好,没有磨损,在合模时这些挠曲变形都一定发生。硫化工位的轴线将偏离理论的垂直位置而被扭弯,而且这轴线从理论垂直位置到被扭弯位置每开合模一次就重复发生一次。也就是说,这轴线在开合模瞬间是带有角转运动的。
由于受力构件的挠曲变形,模具受到的合模力沿圆周方向不是均匀分布的,终是外侧的受力大于中间,见（http://www.yqgroup.cn/proc.asp?cid=FUJITA）。有的硫化机制造厂针对这一问题采取了一些补救措施,例如在未合模时使曲柄齿轮下端预先内倾(曲柄齿轮轴向外下倾一微小角度),以及在上横梁上采用楔形填片等,这对某一特定规格的轮胎并在硫化机没有磨损时起到一定的补偿作用,但在变换轮胎规格时或硫化机零件有磨损时,这种补偿作用就大大降低。
双模硫化机结构上是左右对称的,但由于制造上的误差,不可能做到**对称。硫化机制造厂采取各种措施以保证零件的对称性,例如连杆成对加工,墙板成对加工,尽量采用数控机床等,但对上横梁、底座、曲柄齿轮、传动轴和传动齿轮等,很难做到**对称。由于存在这对称性误差问题,为了保证机器灵活运转,各运动零件的配合一般都采用较松的配合公差。如连杆孔与上横梁轴及曲柄销的配合为(E8/e8),曲柄齿轮轴与底座孔的配合为(E8/e8),上横梁轴与滚轮的配合为(F8/e8),滚轮与墙板导槽的配合为(H9/f8),上横梁端面、底座端面与连杆平面之间的累积间隙为1.15～1.5mm等。这不对称性和这些公差的存在进一步对硫化机的合模精度特别是重复精度造成不利影响。 机械式硫化机的结构还决定了上横梁销轴施加于连杆上部铜套的力、曲柄齿轮轴施加于连杆下部铜套的力,和曲柄销施加于连杆下部铜套的力都是不均匀的,见图1。而且这几个连接部分都在重负荷下转动,这不可避免地造成这些铜套的不均匀的和较严重的磨损。而铜套的磨损将进一步降低硫化机的合模精度。为了保持硫化机一定的合模精度,这些铜套的磨损程度必须经常检查并及时更换。
此外,机械式硫化机的合模力是在曲柄销到达下死点瞬间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,合模力也将随之而变化。因此机械式硫化机的合模力对温度是比较敏感的。在投入使用前或停机一段时间重新开动时一定要预热。生产过程中环境温度或工作温度的波动都将造成合模力的波动。
所有这些机械式硫化机所固有的弱点在液压式硫化机上都较彻底地解决了。现以日本三菱重工生产的PC-X液压硫化机（PC-X中的PC代表乘用车胎，X代表液压硫化机系列）为例加以说明。
1总体结构
(l)机体为固定的框架,结构紧凑,刚性良好,安装运输方便,见（http://www.yqgroup.cn/proc.asp?cid=FUJITA）。
(2)开合模时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,见（http://www.yqgroup.cn/proc.asp?cid=FUJITA）。滚轮带有偏心套,对中度可**调整。滚轮与导轨之间基本上没有间隙,可保持很高的对中精度和重复精度。
(3)虽然液压式硫化机也是双模腔的,但从受力角度看,只是两台单模硫化机连结在一起。合模力依靠液压缸加在模具中心的力和二侧框架对称的弹性伸长而获得,模具圆周方向受力均匀,见（http://www.yqgroup.cn/proc.asp?cid=FUJITA）。在整个操作过程中硫化工位轴线能始终保持理论垂直,没有角转运动。
(4)由于合模力决定于合模油缸油压,不受环境温度或工作温度影响,可保持恒定的合模力。
(5)运动零件动作时其滑动表面或滚动表面没有法向负荷,磨损极小,可保持长时间的��作精度。
(6)由于改进了机械结构和隔热层的设计,辐射热损耗比机械式硫化机降低30～50%,见图（6）。
(7)由于开合模动作简化,开合模时间缩短30%左右,提高了机器的生产率。
(8)因为没有上模的翻转运动,对保持活络模的精度和延长其使用寿命有利。
(9)由于取消了全部蜗轮减速器、大小齿轮、曲柄齿轮和大连杆等运动件和易损件,维护保养工作量减少。
(10)由于整机重量减轻,且机器在开合模时重心轴线不偏移,机器的基础处理可大大简化。
(11)机器的运动精度提高,可达到:
上下热板同心度≤0.3mmTIR
上下热板平行度≤0.3mm/m
装胎器对下热板的同心度≤0.3mmTIR
装胎器对下热板的平行度≤0.5mm/m
卸胎器对下热板的同心度≤1mmTIR
卸胎器对后充气环的同心度≤1mmTIR
上述精度是机械式硫化机很难达到的,特别是重复精度难以保证。当生产H级或V级轮胎时,要想得到高的**品率,机械式硫化机已很难胜任。
2 胶囊操作结构(中心机构)
传统的中心机构主要有三种型式,即原美国NRM公司开发的Autoform(我国简称为A型),美国McNei1公司开发的Bag-O-Matic型(我国简称为B型),和德国Herbert公司开发的AUB0型(我国简称为AB型或C型)。其他型式可以说都是这三种基本型式的改型。现三菱重工采用的中心机构称为RIB(Rolling InBladder)翻入胶囊型,这是在A型的基础上吸收了其他型式的优点而开发的,且RIB型本身也在不断改进。其新结构型式如（http://www.yqgroup.cn/proc.asp?cid=FUJITA）所示。
在固定的中心机构筒体内装有一升降囊井,由二个垂直油缸操纵上下运动。轮胎下钢圈固定在此囊井顶部。囊井上升时将硫化好的轮胎顶出。胶囊下夹环高度可通过一专用电机及一套链轮链条装置调节以适应不同尺寸的轮胎。中心机构下部为一横梁,由二个垂直气缸操纵横梁上下运动。胶囊上夹环操纵油缸及更换胶囊的油缸固定在此横梁上。胶囊上夹环除了随横梁上下运动外,还可由它自己的油缸操纵上下运动。横梁运动共有三个位置。中间位置为硫化位置。硫化时由二个水平闭锁气缸将横梁运动锁住,硫化结束后横梁上升到*高位置,然后闭锁气缸松锁。卸胎时横梁在*低位置,胶囊收缩在囊井内。需更换胶囊或调节下夹环高度时可将横梁提到*高位置。此时如启动更换胶囊操作泊缸,下夹环松开,即可更换胶囊,换好后再重新压紧。
2.1RIB中心机构特点
2.1.1与A型比较
(1)RIB中心机构的胶囊顶端由中心杆支撑,定型时,轮胎与胶囊的对中性较好,稳定性较好,硫化的轮胎质优,比A型硫化机更适合于子午线轮胎的硫化。
(2)硫化时硫化介质不进入囊井,克服了A型耗能太大的缺点。
(3)RIB中心机构的胶囊折叠程度比A型硫化机少,胶囊膨胀需要的能力小,较容易舒展在胎坯内,因此,胶囊使用寿命较长。
2.1.2与B型比较
(1)RIB型中心机构定型和硫化时胶囊在圆周方向伸长小,胶囊寿命较长。定型时胶囊从下部或中部“翻”靠胎坯,胶囊膨胀小,因此定型时轮胎变形小。胶囊折叠时,胎圈不弯曲,其硫化的轮胎均匀质优。见http://www.yqgroup.cn/proc.asp?cid=FUJITA。
(2)省掉抽真空系统,能耗较低,并省掉中心操作水缸,无泄漏之虞,见http://www.yqgroup.cn/proc.asp?cid=FUJITA。
(3)胶囊上夹环在合模时节降至所需高度并固定在此位置。上下环之间不用定型套。
(4)更换胶囊时,胶囊下夹环由油缸操纵松开和压紧,并省掉夹持环、环座连接螺纹等结构,因此更换胶囊快(换一条胶囊约5min即可)。
2.1.3与老RIB型比较
与老RIB型比较1它增加了囊井升降动作。轮胎下钢圈固定在囊井顶部。硫化结束后囊井连同下钢圈上升,将轮胎顶出下模,然后由卸胎器取走轮胎。改变了原来由上部推顶器上的扇形板插入轮胎上胎圈部位并将轮胎从下模拉离的方式。避免了扇形板容易损坏和轮胎上胎圈容易拉坏的现象。
2.1.4与AB型(或C型)比较
RIB型的基本结构和动作原理与AB型(或C型)相似,但增加了一个快速更换胶囊泊缸,使更换胶囊非常方便。而且胶囊形式与A型基本一样,仍为蘑菇形胶囊,胶囊模具可以通用。不同之处为RIB型的胶囊上端开有一个小圆孔。
2.2操作程序
PC-X硫化机及其中心机构操作程序如下,见http://www.yqgroup.cn/proc.asp?cid=FUJITA,http://www.glrmf.com/pic/jj2.jpg。
(1)正硫化。胶囊上、下夹环在硫化位置。二个水平空气缸锁住中心机构。
(2)硫化结束。胶囊排水、汽到零压。开模。胶囊上夹环由中心油缸带动下降到下夹环上。二个垂直空气缸带动中心,机构下横梁上升到*高位置。二个水平空气缸松锁。然后中心机构下梁下降,使胶囊上、下夹环一起下降。胶囊缩到囊井中。二个垂直油缸带动囊井上升,将轮胎顶离下模。
(3)卸胎器转入,抓住硫化好的轮胎。
(4)卸胎器转出,将硫化好的轮胎送到后充气工位(或卸胎工位)。装胎器转入,将新的胎坯送到硫化工位,
(5)二个垂直油缸带动囊井下降到硫化二个垂直空气缸带动中心机构下梁上升到*高位置。胶囊出囊井。二个水平空气缸将中心机构锁住,然后中心机构下横梁下降到硫化位置。胶囊上夹环由其油缸带动上升,同时进预定型蒸汽,胶囊翻靠胎坯。
(6)预定型结束。后充气装置翻转。
(7)装胎器上升转出。合模。*终定型。
(8)硫化开始。装胎器抓新胎坯。
(9)后充气装置卸胎。装胎器上升。
(10)轮胎卸离后充气装置。
轮胎硫化机结构简介（三）
3装胎器
除了A型硫化机采用平移式的装胎机构外,其他均采用摇臂式装胎机构。PC-X硫化机的装胎机构也属摇臂式,但有其结构特点。其装胎器在回转时由二个回转中心而不是由一个回转中心控制,见http://www.glrmf.com/pic/jj3.jpg中的A和B。这使装胎定位依靠一个三角形珩架ABC,而不是依靠一单梁。有效地增加了定位刚性,保证定位精度。
4合模力的获得
液压式硫化机合模力的获得完全来源于油的压力。一般均用较低压力、较快速度、较长行程的油缸控制开合模。合模以后用一定的方式(插销、锁环、或锁紧块)将上下模部分锁住,组成一个闭环受力系统,然后再用高压、短行程的油缸使上下模受到合模力。PC-X硫化机获得合模力的方式有其结构特点,见http://www.glrmf.com/pic/jj8.jpg。
PC-X硫化机属于框架式结构,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泊缸带动上模部分合模,这时上模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的空间,形成一闭环受力系统。这时装在框架上横梁模具中心线位置的高压、短行程合模力油缸通过定位立柱加压于上模部分,从而获得合模力。这种结构形式用上部一个油缸代替了一般液压式硫化机下部4个或6个小油缸。结构简单,便于检修。
加上合模力以后,在整个硫化周期内,有一个保压问题。有的液压式硫化机在硫化周期内油泵继续工作以保持压力,有的则采用蓄能器来补偿硫化过程中可能出现的压力降。PC-X硫化机则采用空气一液压增压器来解决,见http://www.glrmf.com/pic/jq4.jpg。在PC-X硫化机上采用的油泵压力为8.33～8.82MPa。合模以后,油泵即停止工作,而利用与0.49MPa的压缩空气产生21.56MPa的高压油注入合模力油缸获得所要求的合模力,同时在整个硫化过程中起保压作用。这种形式既可使油泵用较低的工作压力,合模后油泵又不需继续工作,也不需要任何蓄能装置。因此节省能源,油缸使用寿命长,便于维护保养。
5卸胎器和后充气装置
PC-X硫化机的卸胎器采用摇臂式卸胎机构替代传统的卸胎方式,见图http://www.glrmf.com/pic/jj5.jpg。卸胎器抓起轮胎后直接送到后充气工位或卸胎工位,动作简单可靠并定位准确。在后充气装置上轮胎处于完全水平位置,有利于轮胎的均匀冷却。
6活络模操作油缸
PC-X硫化机的活络模操作油缸位于上模部分的中心位置,见图http://www.glrmf.com/pic/jj6.jpg。操作油缸与活络模的啮合与脱开利用一手柄转动一锁环装置完成。简单易行。
轮胎硫化机结构简介（四）
7电气控制系统
PC-X硫化机的控制系统由PLC控制系统、回转编码器垂直升降定位控制系统、MAC-5000程序控制系统、仪表显示控制系统等组成。
其操作程序如下:
硫化机开模至上限,**锁锁紧,装胎器退出上升,装胎爪收缩,下环锁松开,下环下降,中心立柱下降,钢圈下降,活络模张开,定位器退出,加压缸上升,卸胎器退出上升至准备位置,卸胎爪收缩。存胎器有生胎。→装胎器下降至抓胎位置→装胎爪张开→装胎器抓胎上升→装胎器进入→装胎器下降装胎→下环上升→下环锁锁紧→下环下降。→中心立柱上升→装胎爪收缩→装胎器上升。
一次定型汽进
→装胎器退出→**锁松开→高速合模→高速转低速合模→一次定型汽转二次定型汽→活络模闭合→合模至下限→定位器进入→加压缸下降加压→关二次定型蒸汽硫化开始。
热板温控 继续进内压蒸汽
内压蒸汽进 →循环排关
→循环排开 主排关
主排关 排气口关
排气口关
内压蒸汽关
循环排开
→主排开 →排气口开→硫化结束
排气口关
装胎器下降抓生胎
→加压缸上升→定位器退出→低速开模→中心立柱下降→下环上升→下环锁松开→下环下降→高速开模至上限→**锁锁紧→钢圈上升→卸胎器进入→卸胎器下降→卸胎爪张开→卸胎爪抓胎上升→卸胎器退出→卸胎器下降→卸胎爪收缩卸胎→卸胎器上升→卸胎器进入准备位置→装胎器进入→重复上述周期。
7.1PLC控制系统
系统采用日本三菱MELSEC-A2NPLC可编程序控制器实现硫化机的手动和全自动控制。
7.1.1PLC可编程序控制器的组成
①CPU模块:型号A2N-S1;
②INPUT模块：型号AX42(64点)3块；
③OUTPUT模块：型号AY13(32点)3块。
若配有后充气装置PLC控制器必须增加输入模块和输出模块各一块。
7.1.2A2N-PLC配备A6GPP图形编程器
系统支持软件有：
①SW4GP—GPPAEE—l ON LineProgramming;
②SW4GP—GPPAEE—2 OFF LineProgramming;
③SW4GP—GPPAEE—3 SystemDATA。
系统软件有英文、德文、瑞士文、日文版本。
应用A6GPP图形编程器可实现在线编程,离线编程,寄存器数据编辑,I/O信息读出处理,PC信息读出处理,文件处理,各种在线监视,大大方便硫化机的安装、调试和维修。
7.2MAC—5000时序控制器
MAC—5000时序控制器是由三菱重工开发,日本NEC公司制造的专门用于硫化控制的控制器。
7.2.1MAC—5000的组成
①等离子显示屏;
②CPU板;
③PID板;
④ENCORD板;
⑤MAC—LAN系统;
⑥操作键盘。
7.2.2MAC—5000的基本功能
(1)功能输出
用于阀门输出:12个阀门DC24V400mA;
电接点输出:4个电接点;
步数:*多24步;
每步时间:*长99分99秒;
总时间:*长999分99秒;
(2)运行监控
开合模的定位显示控制;
硫化参数的显示控制;
胶囊使用次数;
硫化机使用次数;
(3)自动延长硫化
MAC—5000对硫化机的储备时间(非硫化时间)进行自动计算,如果储备时间超过了预设定时间,在下一次硫化操作中就实现预编程的延长硫化。
(4)硫化资料的存储MAC—5000在每次硫化结束后能存储本次硫化的情况和显示下列的数据。
①硫化时间;
②延长硫化时间;
③暂停时间;
④提前时间;
⑤等待时间;
(5)指示灯的显示
①模式显示:RUN.END.RDY.SET.PAUSE.
②故障指示:T/PER.硫化温度/压力超过设定值;
COM ERMAC—LAN系统联网故障;
CPU ERCPU故障。
(6)步前进键
在RUN模式按动此键可将当前步改变为下一步。
(7)时间前进键在RUN模式按动此键可将当前步时间跳过10s。
7.2.3编程方法
(1)在“SET”状态通过键盘可以设定编码器的定位、硫化数据。
(2)在采用MAC—LAN系统时,通过上级计算机对每台硫化机的MAC—5000设定编码器的定位和硫化数据。实现对硫化机群的集中管理和监控。
7.3仪表显示控制系统
采用日本横河新型的UR1000三针记录仪和UT35数字调节仪对硫化过程的外温,内温,内压参数进行记录,并对外温进行自动调节。
新型的三针记录仪和数字调节仪体积小,功能强、精度高,对外温进行数字控制,具有超温超压报警功能,能与上级计算机进行联网。
综上所述,在当前国际市场上可提供的各种型号的液硫化机中,日本三菱重工的产品具有较突出的优点。相关配套的切断阀与控制阀所用日本FUJITA阀也有其突出的特点。现产品除在日本销售外已销到韩国、马来西亚、中国、中国台湾、美国、巳西、南非和法国、英国、德国、波兰、葡萄牙、卢森堡、俄罗斯等欧洲国家。国际上一些知名的轮胎公司如桥石、固特异、米西林、大陆、邓录普都已较多地采用。