基于覆膠法的全鋼胎體簾布生產(chǎn)線研發(fā)

徐楠楠，王懷國，劉培華，孟慶華，李昂，孫賀

(青島雙星橡塑機(jī)械有限公司，山東 青島 266400)

胎體是輪胎的骨架材料，起到輪胎的支撐作用，其質(zhì)量對輪胎的安全性至關(guān)重要。因此，胎體生產(chǎn)線的穩(wěn)定性和可靠性歷來備受輪胎生產(chǎn)廠家、橡膠機(jī)械制造企業(yè)的關(guān)注[1]。

傳統(tǒng)全鋼胎體的生產(chǎn)需要兩個(gè)工序：壓延與裁斷。壓延是指膠料通過壓延機(jī)的輥筒縫隙時(shí)，在壓力下延展成為平整的、厚度合適的膠片，同時(shí)附著在排列均勻的鋼絲上實(shí)現(xiàn)掛膠的過程，需要使用完整的大型壓延線[2]。胎體裁斷又稱直裁，是指將壓延完成的簾布大卷以90°方向裁切成單段膠片，再縫合成連續(xù)的胎體膠片（鋼絲與膠片成垂直），并根據(jù)輪胎配方工藝經(jīng)貼膠、包邊及卷取，形成大卷，需要使用直裁生產(chǎn)線，另外在生產(chǎn)帶束層時(shí)使用斜裁生產(chǎn)線完成。現(xiàn)有的壓延生產(chǎn)線與裁斷生產(chǎn)線分離使用，都屬于大型設(shè)備，前期投入高，后期維護(hù)繁瑣，占地面積大，中小型企業(yè)使用效率低，投資壓力大[3]。

近幾年，隨著擠出覆膠機(jī)的發(fā)展，國內(nèi)外采用覆膠或擠出貼合成型的帶束層生產(chǎn)方式有所發(fā)展[4～5]。在此背景下，為適應(yīng)現(xiàn)代輪胎生產(chǎn)發(fā)展需求，我公司聯(lián)合德國HF共同啟動(dòng)研發(fā)了覆膠全鋼胎體簾布生產(chǎn)線項(xiàng)目。該生產(chǎn)線主要面向中小企業(yè)及補(bǔ)充產(chǎn)能的需求，具有投資少、見效快、使用方便的特點(diǎn)，可大大降低設(shè)備投入及后期維護(hù)，最大限度提高設(shè)備利用率。對于補(bǔ)充產(chǎn)能的用戶，該設(shè)備功能強(qiáng)大，根據(jù)工藝要求更換配件后可滿足各種規(guī)格輪胎生產(chǎn)要求，尤其可滿足各種試驗(yàn)胎制作，適應(yīng)未來定制式輪胎生產(chǎn)要求。

1 生產(chǎn)線簡介

覆膠全鋼胎體簾布生產(chǎn)線主要包括擠出、覆膠、壓延、冷卻牽引、儲(chǔ)布、裁斷、縫合、貼膠和卷取九大部分（如圖1所示）。

圖1 覆膠全鋼胎體簾布生產(chǎn)線

生產(chǎn)線工藝流程為：①鋼絲經(jīng)由錠子架輸送至整經(jīng)機(jī)構(gòu)，整經(jīng)機(jī)構(gòu)將鋼絲排列均勻；②擠出機(jī)（冷喂料）擠出膠料至覆膠機(jī)頭的流道中，與輸送過來的鋼絲覆合，形成鋼絲簾布；③鋼絲簾布通過兩輥壓延機(jī)整平；④鋼絲簾布經(jīng)由冷卻牽引裝置將溫度降低；⑤儲(chǔ)布裝置儲(chǔ)存簾布，為在后續(xù)間斷性生產(chǎn)（如更換卷取小車）擠出機(jī)無需停止；⑥裁斷裝置將簾布以90°定長裁切，并實(shí)現(xiàn)定長輸送；⑦縫合裝置將裁切后的膠片縫合成一體；⑧貼膠裝置將胎體貼墊膠的部位貼上一層薄膠片，另外根據(jù)需要將貼薄膠片貼到胎體的兩側(cè)邊并實(shí)現(xiàn)包??；⑨卷取裝置將生產(chǎn)完成的胎體卷成大卷，運(yùn)輸?shù)匠尚蜋C(jī)使用。

1.1 擠出機(jī)與覆膠機(jī)頭

其結(jié)構(gòu)如圖2所示。為適應(yīng)于現(xiàn)代橡膠生產(chǎn)工藝要求，提高制品質(zhì)量及生產(chǎn)率，現(xiàn)代橡膠生產(chǎn)廣泛采用冷喂料擠出形式。銷釘式冷喂料擠出機(jī)無論是在提高產(chǎn)品質(zhì)量（塑化性好、排膠溫度低）還是生產(chǎn)率方面（排膠量大）都有巨大優(yōu)勢，技術(shù)成熟，設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，目前已成為主流設(shè)備。

覆膠機(jī)頭采用對頂式雙輸入膠料，保證掛膠的均勻性、穩(wěn)定性。在機(jī)頭前方設(shè)有紅外線溫度檢測裝置，根據(jù)生產(chǎn)出來的鋼絲簾布溫度反饋至控制系統(tǒng)，通過溫控系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，保證最終輸出溫度符合工藝要求（增加膠料溫度會(huì)提高膠料流動(dòng)性，有利于覆膠，但溫度太高會(huì)導(dǎo)致膠料過硫）。提高擠出機(jī)輸出膠料時(shí)壓力（24 MPa），有利于膠料在流道中流動(dòng)的均勻性，對擠出機(jī)螺桿及電機(jī)功率有特殊要求。

圖2 擠出機(jī)與覆膠機(jī)頭

本研發(fā)對流體動(dòng)力學(xué)、熱動(dòng)力學(xué)等進(jìn)行了理論分析，保證了制品滿足輪胎生產(chǎn)工藝需求。

1.2 兩輥壓延機(jī)

區(qū)別于傳統(tǒng)意義上的結(jié)構(gòu)復(fù)雜的壓延機(jī)，本次研發(fā)采用簡單的兩輥壓延工藝，對覆膠簾布進(jìn)行整平。如圖3所示，下兩輥的轉(zhuǎn)動(dòng)速度相同，以保證鋼絲在簾布中的對稱性與膠料的均勻性，采用位移控制制品厚度，輥筒內(nèi)表層通冷卻水降溫，防止膠料黏連。

圖3 兩輥壓延機(jī)

1.3 冷卻牽引與儲(chǔ)布裝置

使用覆膠法生產(chǎn)鋼絲簾布時(shí)，膠料在擠出機(jī)中劇烈翻轉(zhuǎn)、攪拌、流動(dòng)產(chǎn)生較高的溫度，使鋼絲簾布到達(dá)冷卻牽引裝置前溫度在90℃左右，為使其適用于后續(xù)的裁斷等工序要求（低于45℃），需對鋼絲簾布進(jìn)行冷卻。

如圖4所示，本裝置分為兩部分：張力牽引及冷卻。鋼絲簾布首先進(jìn)入張力牽引裝置。張力裝置由兩個(gè)上方的固定輥筒和一個(gè)下方的浮動(dòng)輥筒及驅(qū)動(dòng)輥組成，浮動(dòng)輥由油缸帶動(dòng)上下運(yùn)動(dòng)，油缸由壓力變送器反饋壓力信號(hào)，液壓系統(tǒng)根據(jù)反饋結(jié)果控制輸出油量，進(jìn)而調(diào)節(jié)油缸推力，實(shí)現(xiàn)簾布恒張力控制；同時(shí)可在一定范圍內(nèi)儲(chǔ)存簾布，在驅(qū)動(dòng)輥速度變化時(shí)起到緩沖作用，實(shí)現(xiàn)調(diào)整相鄰部套驅(qū)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)速差，使其運(yùn)行平穩(wěn)、張力恒定。鋼絲簾布進(jìn)入冷卻裝置，冷卻輥為中空螺旋結(jié)構(gòu)，冷卻水連續(xù)不停地通過其中，使用電機(jī)將簾布緩慢牽引經(jīng)過冷卻輥，起到降溫的效果。經(jīng)過該裝置，簾布溫度可降低到40℃左右。需根據(jù)制品鋼絲規(guī)格要求及簾布鋼絲根數(shù)提供張力，驅(qū)動(dòng)輥筒提供扭矩需大于該張力的要求，并實(shí)現(xiàn)可控變速輸出，采用伺服控制。

圖4 冷卻牽引裝置

由于擠出機(jī)的開啟與停止對簾布產(chǎn)量及制品質(zhì)量影響較大，在連續(xù)生產(chǎn)中，擠出機(jī)開始運(yùn)行后，若非遇到比較大的故障一般不會(huì)停止。因此為了適用胎體簾布滿整卷后更換小車，特研發(fā)增設(shè)了儲(chǔ)布裝置，如圖5所示。

1.4 裁斷與縫合裝置

裁斷裝置用于鋼絲簾布的裁斷，裁切角度為90°，用于全鋼胎體的制作，如圖6所示。刀具材料采用W18Cr4V，保證有足夠的強(qiáng)度裁斷鋼絲，氣缸帶動(dòng)裁刀向上下運(yùn)動(dòng)達(dá)到切斷鋼絲簾布的效果。本裝置氣缸單個(gè)行程可裁切兩次簾布，大大提高了裁斷效率。簾布定長采用伺服電機(jī)帶動(dòng)夾取裝置來回運(yùn)動(dòng)，應(yīng)用光電開關(guān)檢測夾座運(yùn)動(dòng)長度，從而精確控制裁切后單段簾布的長度，同時(shí)輸送架留有足夠的寬度以保證不同規(guī)格輪胎的胎體需求。

圖5 儲(chǔ)布裝置

圖6 裁斷裝置

簾布裁斷后需要將成段的膠片縫合，如圖7所示，本裝置采用兩面縫合方式，左右同步進(jìn)行，縫合輪上下各兩組。使用氣缸控制縫合輪組向下運(yùn)動(dòng)，壓緊接頭，到達(dá)合適位置后，采用電機(jī)帶動(dòng)縫合輪的左右運(yùn)動(dòng)，從而將兩段簾布縫合成整體。本次研發(fā)采用了左右兩個(gè)縫合裝置，這大大提高了縫合效率，從而提高整體生產(chǎn)效率。

圖7 縫合裝置

1.5 貼膠與卷曲裝置

胎體簾布在成型機(jī)上與輪胎肩墊膠貼合時(shí)，中間需要膠料黏合填充，因此需要在胎體簾布的指定位置貼一層薄膠片。目前簾布貼膠有冷貼與熱帖兩種，冷貼靈活方便，熱帖設(shè)備要求高，但熱帖與原簾布膠體融為一體，負(fù)載能力大。

如圖8所示，本設(shè)備采用冷貼的方式，方便快捷。具體工藝為：①使用糾偏裝置將縫合后的簾布控制到中間位置；②前后兩個(gè)貼膠裝置將膠片貼合到指定位置，使用絲杠調(diào)節(jié)間距，下方由輥輪壓緊，每個(gè)貼膠裝置上方配有兩個(gè)膠片料卷，雙工位可減少換料次數(shù)，提高生產(chǎn)效率，料卷的旋轉(zhuǎn)由磁粉制動(dòng)器控制；③為保持膠片的黏度，膠片表面有一層塑料的保鮮膜，使用氣動(dòng)馬達(dá)帶動(dòng)方軸將其卷下。可根據(jù)輪胎工藝需求，將輪胎胎體邊緣部分包住，防止鋼絲外漏。

胎體簾布在完成貼膠工序后，進(jìn)入卷曲工序，如圖9所示。

圖8 貼膠裝置

圖9 卷曲裝置

2 分析與討論

眾所周知，當(dāng)擠出的膠片寬度越大時(shí)，越難控制其厚度的均勻性，為了盡量減少一條胎體上接頭數(shù)量，我公司聯(lián)合德國HF對覆膠機(jī)頭流道進(jìn)行了創(chuàng)新設(shè)計(jì)，將鋼絲簾布的覆膠寬度擴(kuò)大到600 mm。 覆膠機(jī)頭采用的流線型中空結(jié)構(gòu)，保證膠料進(jìn)入的整個(gè)過程中，貼覆到鋼絲上的厚度均勻且表面平整，通過后續(xù)的兩輥壓延機(jī)整平后，即可獲得厚度均勻、鋼絲排列整齊、表面平整光滑的鋼絲簾布。

相較于一般的壓延法生產(chǎn)鋼絲簾布，覆膠法更方便快捷，具體表現(xiàn)為：①采用覆膠法生產(chǎn)鋼絲簾布可大大降低生產(chǎn)費(fèi)用。目前市場上一臺(tái)整體的生產(chǎn)鋼絲簾布大卷的壓延線需要兩千萬左右，而使用覆膠法設(shè)備成本可降低一半；②覆膠設(shè)備整體占地較小，調(diào)試安裝方便，適合中小型輪胎企業(yè)使用；③覆膠法生產(chǎn)鋼絲簾布工藝流程簡單，生產(chǎn)效率較高。

同時(shí)本覆膠法胎體簾布生產(chǎn)線，經(jīng)冷卻、儲(chǔ)布后直接進(jìn)入直裁工序（后續(xù)將增加斜裁以生產(chǎn)帶束層），生產(chǎn)出全鋼胎體，免去了工序間的轉(zhuǎn)運(yùn)，大大減少了工藝流程，提高了生產(chǎn)效率。同時(shí)，將兩個(gè)工序結(jié)合在一起形成的覆膠全鋼胎體簾布生產(chǎn)線在價(jià)格上，相較于市場上主流的壓延機(jī)與裁斷機(jī)的總價(jià)格，降低55%左右。本設(shè)備調(diào)節(jié)范圍廣，可滿足多數(shù)主流輪胎的胎體生產(chǎn)。

3 結(jié)論

綜上所述，我公司研發(fā)的覆膠全鋼胎體簾布生產(chǎn)線采用覆膠法生產(chǎn)鋼絲簾布，是橡膠機(jī)械行業(yè)的一個(gè)重大的嘗試。這種方式具備成本低、占地小、使用方便等特點(diǎn)，可大幅降低設(shè)備前期投入與后期維護(hù)的成本。本設(shè)備將覆膠與裁斷結(jié)合，形成生產(chǎn)線，縮減了工藝流程，可大幅降低設(shè)備成本。同時(shí)該生產(chǎn)線功能齊全，可滿足不同工藝要求的輪胎胎體的制作。

與此同時(shí)，配套的斜裁裝置我公司正在研發(fā)中，初步方案在本設(shè)備的基礎(chǔ)上再拖掛一條斜裁裝置，使全鋼胎體與帶束層的生產(chǎn)更加方便快捷。

覆膠全鋼胎體簾布生產(chǎn)線的研制改變了傳統(tǒng)輪胎企業(yè)的生產(chǎn)布局，優(yōu)化了輪胎生產(chǎn)方式，帶動(dòng)輪胎設(shè)備的創(chuàng)新發(fā)展，為全鋼胎體的生產(chǎn)探索了一個(gè)新的方向。

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