全方位廢舊輪胎胎體打磨機結(jié)構(gòu)設(shè)計

楊浩 王強 孫匯宇 劉洋 蔣志斌

摘要：輪胎打磨機是輪胎翻新的核心設(shè)備，主要負責對廢舊胎體進行全方面的打磨，其打磨好壞會直接影響到翻新輪胎的質(zhì)量。為了有效實現(xiàn)廢舊輪胎全方位高效均勻打磨，利用液壓傳動及 UG軟件仿真技術(shù)，進行了全方位廢舊輪胎胎體打磨機結(jié)構(gòu)設(shè)計，其中在輪胎夾緊裝置處實現(xiàn)了創(chuàng)新，借鑒傘骨張合原理實現(xiàn)對輪胎大小的調(diào)節(jié)。相比傳動打磨機構(gòu)，設(shè)計產(chǎn)品可實現(xiàn)胎體、胎面與胎肩全方位勻速均勻打磨，可有效提高胎體打磨質(zhì)量和打磨效率，大大減少工人的工作強度，為輪胎翻新企業(yè)胎體打磨技術(shù)提升和設(shè)備創(chuàng)新提供一定的參考。

關(guān)鍵詞：輪胎翻新;全方位;輪胎打磨機;液壓傳動

中圖分類號：TQ336;TP242文獻標志碼：A文章編號：1009-9492（2021）11-0119-03

Structure Design of Al-dimensional Waste Tire Body Grinding Machine

Yang Hao ，Wang Qiang※，Sun Huiyu，Liu Yang ，Jiang Zhibin

（Heilongjiang Institute of Technology， School of Automobile and Transportation， Harbin 150050， China）

Abstract： Tire grinding machine is the core equipment of tire retread， it is mainly responsible for the waste tire body for all aspects of grinding， its grinding quality will directly affect the quality of the retread tire. In order to effectively realize the omni-directional， efficient and uniform grinding of waste tires， the structural design of omni-directional waste tire carcass grinder was carried out by using hydraulic transmission and UG software simulation technology， in which the innovation was realized at the tire clamping device， and the adjustment of tire size was realized by referring to the umbrella bone tension principle. Compared with the transmission grinding mechanism， the designed product can realize the omni-directional uniform grinding of the carcass， tread and shoulder， effectively improve the carcass grinding quality and grinding efficiency， greatly reduce the working intensity of workers， and provide a certain reference for the improvement of carcass grinding technology and equipment innovation of tire retreading enterprises.

Key words： tire retreading; comprehensive; tire grinding machine; hydraulic transmission

0 引言

我國已經(jīng)成為世界上輪胎生產(chǎn)和消費大國，然而我國橡膠資源極度匱乏，年需求量的70%依靠進口。因此，如何將廢舊輪胎資源化、減量化、無害化[1]，不僅關(guān)系到環(huán)境保護這一重要的社會問題，也是關(guān)系到我國國民經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的重要課題。如何提出符合我國國情的廢舊輪胎高值化的技術(shù)方案是值得思考的[2]問題。

為了能最大限度地發(fā)揮廢舊輪胎利用的有效性，國際上通常采用“先翻新，后報廢”的做法。輪胎胎面磨光時只用去整條輪胎經(jīng)濟使用價值的30%，另外約70%可通過輪胎翻新被再次利用[3]。而廢舊輪胎在翻新前，需要對舊胎體進行打磨，廢舊輪胎的打磨質(zhì)量會直接影響到翻新輪胎的使用性能。我國關(guān)于輪胎打磨設(shè)備的研究還有很大的進步空間，如果輪胎打磨設(shè)備的構(gòu)想合理，工作方式簡單、高效、快捷，是可以提升輪胎的被打磨質(zhì)量，從而作為前處理部分為了后期的預硫化處理提供前期良好打磨胎體的支持。隨著人們的環(huán)保意識逐漸增強及對經(jīng)濟效益的追求，翻新輪胎的需求會與日俱增。與此同時，如何提高翻新打磨效率是每一個輪胎翻新企業(yè)都要考慮的事情。因此，設(shè)計出一款新型的高效的廢舊輪胎打磨機[4]對于輪胎翻新企業(yè)十分重要。隨著翻新材料技術(shù)水平的迅速發(fā)展，為進一步提高翻新輪胎的質(zhì)量，設(shè)計一款穩(wěn)定高效的廢舊輪胎胎體打磨機，將胎面、胎側(cè)、胎肩打磨的光滑且平整，使打磨浪費余量最小，經(jīng)濟性最好是十分有必要的[5]。

1 廢舊輪胎打磨機現(xiàn)狀

我國的輪胎翻新企業(yè)主要以中小型翻新企業(yè)為主，受經(jīng)濟成本的制約，自動化、集成化程度略低，對輪胎的打磨方式主要以人工手持式為主，工人勞動強度大，打磨效率極低[6]。所采用的打磨機大多采用氣壓驅(qū)動，打磨速度不平穩(wěn)、設(shè)備噪聲大，而且只能打磨到胎面、胎肩部位，還只能是先打磨一側(cè)，然后再翻過來打磨另一側(cè)，這不僅會對胎側(cè)部位打磨不到位，同時存在打磨效率低、打磨高低不平、厚度不均勻、打磨精度不高、安全系數(shù)低等缺陷。目前廢舊輪胎打磨機生產(chǎn)制造企業(yè)生產(chǎn)的打磨機結(jié)構(gòu)復雜，但是功能單一，價格昂貴，關(guān)于廢舊輪胎打磨機的專利產(chǎn)品也很少。當前，市場上的這些輪胎打磨設(shè)備最主要的問題是不能夠全方位打磨，打磨不到位、尤其打磨效率低的問題。而且在打磨工作的過程中由于需人工手持所以可變的不利因素有很多，長時間的工作造成的疲勞導致手部變形較大，因此對輪胎的打磨并不均勻，造成打出廢胎的現(xiàn)象時有發(fā)生，在工作過程中工人由于離胎體很近打磨出的輪胎橡膠廢屑極易被吸入身體中，對工人健康造成嚴重的危害[7]。因此基于諸多問題應(yīng)研發(fā)出一種全方位廢舊輪胎打磨機，在保證工作安全、結(jié)構(gòu)合理可靠的前提下盡可能的降低成本，旨在于面向中小型輪胎翻新企業(yè)使用，以實現(xiàn)企業(yè)的經(jīng)濟效益最大化[8]。

2 全方位廢舊輪胎打磨機設(shè)計原理

本文設(shè)計的全方位廢舊輪胎打磨機的設(shè)計原理如圖1所示，具體如下。

（1） 機架：包括頂架、底架及位于底架兩側(cè)的立柱。

（2） 頂部行走驅(qū)動裝置：由水平的兩根橫向?qū)к?、兩根縱向?qū)к壖耙簤候?qū)動部分組成，包括液壓油缸、導軌、固定豎直打磨機的連接固定裝置。

（3） 底部行走驅(qū)動裝置：同樣由兩組相水平方向垂直的滑軌、液壓驅(qū)動油缸及固定底部胎面打磨機部分組成。

（4） 夾緊伸張裝置：位于打磨機架體的中部，借鑒雨傘骨架張、合原理膨脹夾持部的端面與輪胎胎圈內(nèi)側(cè)緊密接觸[9]，實現(xiàn)對輪胎大小夾緊區(qū)域性可調(diào)節(jié)的形態(tài)。

（5）升降機構(gòu)：位于機架載物臺，主要以傳送部分和升降部分構(gòu)成，因工程輪胎普遍偏重，為解放人力故設(shè)計此結(jié)構(gòu)。

（6）控制設(shè)備：主要以電機、減速器、控制電器設(shè)備、控制液壓油路、泵體及各種閥體集成成為控制臺，便于控制管理與后期設(shè)備維修。

（7） 打磨機構(gòu)：分別在上部下部采用不同的打磨機結(jié)構(gòu)體。

（8） 回收裝置：分別位于上下兩部分打磨機的打磨頭后部處，采用軟管與吸屑機相連。

（9） 安全裝置：液壓油路安全裝置主要由溢流閥構(gòu)成以實現(xiàn)減壓溢流的實現(xiàn)過載保護，避免因長時間打磨過程出現(xiàn)機體過載損壞機器的現(xiàn)象。

（10）各種附件部分：主要包括相應(yīng)規(guī)格型號的傳送帶、液壓缸、電機、減速器、聯(lián)軸器等。

3 全方位輪胎打磨機結(jié)構(gòu)

全方位輪胎打磨機的結(jié)構(gòu)組成主要包括頂部行走機構(gòu)、底部行走機構(gòu)、夾緊伸張裝置、升降傳送機構(gòu)、打磨機構(gòu)和回收裝置7大部分組成，具體結(jié)構(gòu)組成及工作原理如下。

（1） 頂部行走機構(gòu)。結(jié)構(gòu)如圖2所示，主要由液壓油泵控制、液壓油缸具體執(zhí)行，通過控制其油路內(nèi)液壓油的流量大小，實現(xiàn)水平面上的兩個相垂直方向上的進給運動，通過導軌2和導軌4實現(xiàn)全方位的滑移運動，兩個平行的液壓缸3和液壓缸5控制兩個胎側(cè)打磨頭沿輪胎中軸線運動，另一個與其垂直放置的液壓缸1控制這兩個胎側(cè)打磨頭沿垂直輪胎的中軸線方向縱向運動，可實現(xiàn)單獨調(diào)整進給運動和同步調(diào)整進給運動。

（2） 底部行走機構(gòu)。結(jié)構(gòu)如圖3所示，主要原理同頂部行走原理相同，通過兩個水平面上相垂直的液壓缸1和液壓缸7在導軌2、3、6上移動，實現(xiàn)對輪胎胎面的滑動打磨和進給打磨。上下兩組液壓缸可同時作用，以實現(xiàn)全方位同時打磨，有效的縮短工作時間，在安全穩(wěn)定的條件下極大地提高了打磨效率，而且在同一速度下使被打磨的胎體更均勻。

（3） 夾緊伸張裝置。結(jié)構(gòu)如圖4所示，利用傘骨伸張原理在安裝待打磨輪胎時，實現(xiàn)圓周大小的調(diào)整，機體通過每一根獨立的骨架進行操作，連線成面，實現(xiàn)了圓周面的上的擴張與縮小。以便適應(yīng)一定范圍內(nèi)的輪胎大小的打磨需求，在安裝輪胎后，由主液壓缸1進行夾緊當對向夾緊后實施張開動作以便固定輪胎，防止在打磨途中的輪胎滑落，避免造成打磨出廢胎的現(xiàn)象。

（4） 升降傳送機構(gòu)。主要結(jié)構(gòu)如圖5所示，主要考慮到工程輪胎，一般普遍偏重，如采用純?nèi)斯ぐ惭b，對工人師傅的勞動要求強度較大，因此主要采用傳送升降機構(gòu)[10]，主要分為兩個部分的運動。第一運動：傳送，由工人師傅將輪胎搬運至傳送裝置上，放置在傳送臺相應(yīng)的輪胎放置槽4內(nèi)加以固定。第二運動：升降運動，當運動到打磨機體內(nèi)時，通過豎直方向的液壓傳動油缸1連接抬臂2，將其頂起至夾緊裝置的對心位置，以便實現(xiàn)下一步的安裝打磨。此裝置可有效降低工人的工作強度，由機械抬升代替人工抬升，縮短抬升搬運時間，提高了輪胎打磨的工作效率。

（5）打磨機構(gòu)。主要結(jié)構(gòu)如圖6所示，分別為胎側(cè)打磨和胎面打磨兩部分，胎側(cè)打磨有兩個位于頂部行走機構(gòu)兩側(cè)的豎直打磨機構(gòu)，胎面打磨由位于底部行走機構(gòu)的打磨機構(gòu)組成。由于對打磨機構(gòu)要求打磨速度穩(wěn)定、力度平均，因此采用電機作為動力源，胎側(cè)打磨機由電機連接減速器帶動打磨機軸對打磨頭直接驅(qū)動。胎面打磨部分由于考慮安裝合理的因素采用電機連接皮帶輪帶動傳動皮帶對打磨頭進行間接驅(qū)動，同樣可實現(xiàn)穩(wěn)速運動，隨著企業(yè)的要求還可進行相應(yīng)的改良，如企業(yè)需要實現(xiàn)可變速打磨，則只需選用相應(yīng)型號規(guī)格的伺服電機即可實現(xiàn)速度區(qū)域調(diào)節(jié)。此打磨結(jié)構(gòu)可以對胎面、胎肩、胎側(cè)同時進行打磨，打磨方位全面，相較于現(xiàn)有的設(shè)備，操作起來也更加簡便，提高了輪胎的打磨效率[11] 。

（6）回收裝置。為避免廢屑飛濺在打磨頭部開口與軟管相連，連接吸屑機，通過電機帶動工作及時的把打磨下來的橡膠廢屑回收，防止飛濺污染環(huán)境，以及保護工人的身體健康。

4 結(jié)束語

廢舊輪胎翻新是一項產(chǎn)業(yè)鏈化的工程，需要每個方面的技術(shù)人員包括政府的相關(guān)部門人員的政策支持[12] 共同構(gòu)建成為一個良性發(fā)展的產(chǎn)業(yè)，對于翻新輪胎，我國的需求量很大，因此在提高翻新技術(shù)的前提下，創(chuàng)新提高新型的翻新設(shè)備也是必不可少的。與現(xiàn)有輪胎打磨機相比，本文設(shè)計的一種全方位廢舊工程輪胎打磨機，采用全液壓驅(qū)動，使得打磨速度可調(diào)且可勻速、穩(wěn)定打磨，還可以對胎面、胎肩、胎側(cè)同時進行打磨，打磨方位全面，打磨平整、光滑，打磨厚度均勻，安全系數(shù)高。設(shè)備操作簡便，打磨精度高，打磨后的橡膠粉末還能夠自動落入防護罩內(nèi)被回收，減少了環(huán)境污染和對操作工人的身體健康損傷。希望此項廢舊輪胎翻新打磨機可以對輪胎翻新企業(yè)有所幫助，也希望相關(guān)的技術(shù)人員可以積極投入到我國輪胎翻新行業(yè)中去，為實現(xiàn)資源的合理再利用，以及保護環(huán)境獻出自己的一份力量。

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第一作者簡介：楊浩（1999-），男，河北承德人，大學本科，研究領(lǐng)域為車輛工程。

※通訊作者簡介：王強（1981-），男，黑龍江哈爾濱人，副教授，工學博士，博士后，研究領(lǐng)域為車輛輪胎技術(shù)、車輛性能提升技術(shù)。（編輯：刁少華）