工程機械輪胎液壓鎖模個體硫化機及其硫化工藝

許慶彬 ，熊德國

（1.河南理工大學能源科學與工程學院，河南 焦作 454000；2.風神輪胎股份有限公司，河南 焦作 454000）

我國基礎(chǔ)建設(shè)投資力度的加大，大型工程建設(shè)項目的不斷上馬，強力拉動了工程機械市場。近年來工程機械年產(chǎn)量以超過20%的速度增長，其中裝載機年產(chǎn)量更是以超過30%的速度增長，這給工程機械輪胎帶來巨大的市場。

山東微山龍工機械有限公司和廈工機械股份有限公司是我公司工程機械輪胎的主要配套客戶，近期這2個公司在河南生產(chǎn)基地實施的擴建項目將大幅提高其工程機械輪胎需求量。我公司為滿足市場需求，利用閑置的廠房，實施了23.5-25工程機械輪胎液壓鎖模個體硫化機（以硫化輪胎時的過熱水做動力介質(zhì)）安裝和應(yīng)用項目，有效擴大了工程機械輪胎生產(chǎn)能力?，F(xiàn)將該項目實施情況簡介如下，以供同行借鑒。

1 液壓鎖模個體硫化機與硫化罐對比

1.1 制造周期和成本

與硫化罐相比，液壓鎖模個體硫化機投資少、制造周期短（液壓鎖模個體硫化機僅3個月，硫化罐最短6個月）、見效快，且對廠房基礎(chǔ)設(shè)施要求不高。

1.2 使用情況

硫化罐采用水胎硫化，輪胎硫化前需要用定型機定型，硫化結(jié)束后需要人工將水胎從成品輪胎內(nèi)扒出。扒水胎時熱水是半開放式的，作業(yè)過程存在較大作業(yè)風險（硫化結(jié)束后硫化罐用滿罐水浸泡，扒水胎鼓風打水作業(yè)時水胎中的水溫仍然超過80 ℃）。液壓鎖模個體硫化機采用膠囊硫化，省去了作業(yè)風險較高的定型機定型和扒胎工序，同時系統(tǒng)的熱水密閉循環(huán)，作業(yè)安全性高。因此，采用液壓鎖模個體硫化機硫化輪胎，操作人員勞動強度低，安全性高。

1.3 硫化成本

（1）液壓鎖模個體硫化機膠囊硫化成本：外購1條23.5-25膠囊價格1800元，平均使用200次，單胎膠囊硫化成本=1800÷200=9元。

（2）硫化罐水胎硫化成本：1條23.5-25水胎用膠195 kg，水胎膠價格13元·kg-1，平均使用50次，單胎水胎硫化成本=195×13÷50=50.7元；定型機定型工序和扒胎工序?qū)嵭腥嗟?，?5個操作工，每人工資按2500元計算，年人工費用=15×2500×12=45萬元。

與硫化罐水胎硫化相比，工程機械輪胎液壓鎖模個體硫化機單胎膠囊硫化成本可降低41.7元，同時全年可節(jié)省定型機定型工序和扒胎工序人工費用45萬元。

2 液壓鎖模個體硫化機施工方案

工程機械輪胎液壓鎖模個體硫化機安裝及施工方案如下：（1）硫化機及模具的設(shè)計及加工；（2）土建基礎(chǔ)設(shè)施的設(shè)計及施工；（3）根據(jù)工藝條件，確定動力介質(zhì)管道；（4）制定輪胎硫化工藝方案；（5）對工藝中新增的二次水、內(nèi)冷水和后充氣管道進行設(shè)計及施工；（6）設(shè)備、閥組、后充氣裝置及控制柜安裝；（7）設(shè)備調(diào)試及試生產(chǎn)；（8）鋼板平臺和防護欄的設(shè)計及制作。

3 液壓鎖模個體硫化機及模具的設(shè)計和改進

（1）液壓鎖模和模內(nèi)定型

工程機械輪胎液壓鎖模個體硫化機是硫化罐和平板模壓硫化機完美的結(jié)合，其工藝特點是液壓鎖模和模內(nèi)定型。液壓鎖模個體硫化機鎖模機構(gòu)采用高壓水為動力介質(zhì)，安全、可靠；胎坯定型不再在機外進行，而是與平板模壓硫化機一樣在模具內(nèi)完成。

（2）模具互換性

液壓鎖模個體硫化機模具不再固定在1個機臺上，可以互換使用。其模具精度要求高，模具制造采用數(shù)控銑花機加工花塊再用電火花精加工的工藝，在模具質(zhì)量提高的前提下，縮短加工周期。

（3）模具附件通用性

液壓鎖模個體硫化機模具的上鋼圈、下鋼圈、定夾盤、上夾盤、下夾盤5個附件（主要用于膠囊夾持）通用，模具維修時可以不拆卸膠囊，且附件更換方便。

（4）蒸汽室循環(huán)管路改進

模具蒸汽室的循環(huán)管路采用上、下模獨立蒸汽室加裝金屬軟管結(jié)構(gòu)。為克服金屬軟管連接缺陷，即解決蒸汽由上模進入，在上模打開時需要卸掉連接蒸汽進口和連接下模的金屬軟管，操作復(fù)雜且泄漏點多的問題，采用了上、下模加裝接嘴，蒸汽由下模進汽口通過單向接嘴直接進入上模蒸汽室，在上模蒸汽室循環(huán)后再由連通接嘴進入下模蒸汽室，最后從下模底部定時排放。接嘴處采用巴金連接，密封效果好，操作安全可靠。

（5）下模排冷凝水系統(tǒng)改進

原設(shè)計的下模冷凝水是靠罐體傾斜通過疏水閥排放，實際效果差，極易造成成品輪胎整周禿花，硫化一次合格率極低。為解決此問題，必須對排冷凝水方法進行改進，即采用手動風趕水方式，在下模回汽管道上連接壓縮空氣管道，在硫化抽真空同時進行手動風趕水，徹底解決因下模冷凝水排不完全而造成的輪胎外觀禿花缺陷，有效地提高了硫化一次合格率。

（6）低壓管道系統(tǒng)改進

原設(shè)計的液壓鎖模個體硫化機低壓管道系統(tǒng)上環(huán)升降高度不能自由控制，只能是升到頂或者降到底，不能滿足定型工藝要求，造成大量成品輪胎胎里打褶而不合格（胎里打褶不合格輪胎占不合格輪胎的75%）。為解決此問題，對低壓管道系統(tǒng)進行改進，將原低壓水綜合器分為來、回水綜合器，在上環(huán)升降管道上各裝一個切斷閥，實現(xiàn)自由控制上環(huán)升降高度，徹底解決了成品輪胎胎里打褶問題。

（7）自動控制系統(tǒng)改進

購進的液壓鎖模個體硫化機自動控制系統(tǒng)許多關(guān)鍵動作沒有互鎖，存在嚴重的安全、質(zhì)量隱患。針對試制期間發(fā)生的問題及識別出的操作風險，采取以下改進措施：安裝光電開關(guān)，控制鎖環(huán)鎖到位，若鎖環(huán)鎖不到位，硫化自動控制系統(tǒng)不運行；改造控制管路，實現(xiàn)定型操作控制系統(tǒng)與硫化過程各閥門控制系統(tǒng)互鎖，同時實現(xiàn)定型操作時不會發(fā)生加壓缸充水加壓誤動作；硫化二次進、出水分開控制，避免硫化過程中壓縮空氣管路故障而造成二次來、回水同時關(guān)閉，導致成品輪胎報廢。

4 液壓鎖模個體硫化機及模具技術(shù)要求

工程機械輪胎液壓鎖模個體硫化機設(shè)備參數(shù)：適用輪胎規(guī)格23.5-25 16PR TT，中心機構(gòu)上缸公稱壓力2.5 MPa，中心機構(gòu)上缸推舉力63 kN，中心機構(gòu)上缸回程拉力53 kN，中心機構(gòu)上缸最大行程1020 mm，中心機構(gòu)下缸公稱壓力2.5 MPa，中心機構(gòu)下缸推舉力30 kN，中心機構(gòu)下缸回程拉力23 kN，中心機構(gòu)下缸最大行程550 mm，膠囊最大拉伸高度1450 mm，最大鎖模力5500 kN。

液壓鎖模個體硫化機操作要求：（1）各種介質(zhì)管道閥門安全、可靠，無堵塞、無串漏等現(xiàn)象；（2）安全閥、壓力表、溫度計等齊全、靈敏、準確；（3）硫化輪胎胎冠邊及胎圈部位結(jié)合面（邊）符合外觀質(zhì)量要求，無錯縫、錯花現(xiàn)象；（4）中心機構(gòu)活塞桿運動靈活，位置準確，不自動升降；（5）PLC自動控制系統(tǒng)靈敏、控制準確，符合工藝要求，一個硫化周期時間控制誤差±1 min，外壓溫度公差±2 ℃；（6）安全桿和制動器靈活、可靠；（7）各管路密封處密封良好，無泄漏；（8）設(shè)備電器按鈕和開關(guān)靈敏，設(shè)備和管路保溫良好；（9）照明裝置高度3～3.5 m，照明燈功率不低于200 W；（10）各介質(zhì)總管道安裝壓力表，一次水和二次水溫度及二次水壓力自動記錄；（11）所用計時器15天的允許誤差（對北京時間）±5 min。

液壓鎖模個體硫化機模具操作要求：（1）模具內(nèi)刻輪胎規(guī)格、層級、花紋代號、負荷、氣壓、輪輞規(guī)格、商標、廠名等，必要時配備可更換活字板；（2）模具定位塊完好，防止錯花；（3）模具輪廓符合圖紙要求，經(jīng)樣板檢驗，上、下模具內(nèi)輪廓直徑相差不超過0.2 mm；（4）模具及上、下卡盤排氣孔保持暢通，模具鋼圈及膠囊上、下卡盤排氣線均勻、整齊；（5）模具定期清洗，保持字跡清晰，內(nèi)表面光潔，無銹蝕；（6）模具內(nèi)表面無砂眼，?？谕旰?，最大卷邊程度不超過0.5 mm，卡盤縫隙不大于0.5 mm；（7）上模外側(cè)均布的3個吊環(huán)安全、可靠，下模?？谟?個對稱的吊模用螺紋孔；（8）模具停放7天以上再用時將內(nèi)表面清理干凈，涂抹防銹油；（9）停用模具應(yīng)成套存放，確保模具配套使用。

5 輪胎硫化工藝條件

工程機械輪胎液壓鎖模個體硫化機硫化工藝條件為：（1）外壓溫度波動公差±2 ℃；（2）內(nèi)壓過熱水壓力（加壓缸）（2.8±0.2） MPa，內(nèi)壓過熱水溫度（165～180） ℃；（3）低壓水壓力不低于2.0 MPa：（4）內(nèi)冷水壓力不低于2.0 MPa；（5）蒸汽壓力不低于0.8 MPa；（6）壓縮空氣壓力不低于0.6 MP；（7）從開模到后充氣時間不超過10 min，后充氣冷卻時間不短于1個硫化周期；（8）模具必須預(yù)熱后進行硫化，預(yù)熱時間不短于30 min，預(yù)熱模具首次硫化時內(nèi)、外壓加壓時間延長10 min；（8）胎坯硫化前停放0～96 h。

6 輪胎硫化操作要點

作業(yè)前準備：（1）穿戴好勞保用品，提前10 min進行交接班；（2）保證硫化工序吊具、吊鉤和吊車鋼絲繩無損傷，吊車操作靈敏、動作靈活；（3）工具準備齊全，擺放整齊。

膠囊更換：（1）將相應(yīng)規(guī)格的膠囊和膠囊夾盤準備好；（2）將膠囊下夾盤內(nèi)盤置于膠囊托架上，把膠囊撐開套入內(nèi)盤，使膠囊牙子進內(nèi)盤夾槽，將下趾圈落上，使膠囊牙子進外盤夾槽，用螺絲把膠囊內(nèi)、外盤夾緊，用吊車把膠囊吊離托架，置于地上；（3）用吊車把膠囊上夾盤內(nèi)盤裝入膠囊內(nèi)，使膠囊牙子進內(nèi)盤夾槽，將膠囊上夾盤外盤合上，使膠囊牙子進外盤夾槽，用螺絲把膠囊內(nèi)、外盤夾緊，將膠囊臥放，用工具將所有夾盤螺絲全部再緊1遍，確保夾盤夾緊；（4） 密封圈涂黃油，裝入上、下夾盤密封槽內(nèi)，用吊車把裝好的膠囊套到中心機構(gòu)上，上緊上、下夾盤與中心機構(gòu)連接螺絲，通定型汽測試膠囊是否泄漏。膠囊更換完成后檢查所有夾盤螺絲是否上全、上緊，操作時避免膠囊受外傷。

半成品檢查和扎孔：（1）核對半成品標識，半成品表面清潔無雜物、無嚴重缺陷，胎里無雜物、不露線，胎里隔離劑完全揮發(fā)，檢驗合格章清晰；（2）用電鉆（或風鉆）在半成品上均勻扎孔，必須扎透；（3）將半成品表面打褶處修平、缺膠處用相應(yīng)膠補平，用汽油將處理表面清洗干凈，胎側(cè)均勻涂刷外噴涂劑。

胎坯定型：膠囊表面均勻涂刷隔離劑，將下模表面清理干凈，用專用吊具將胎坯套在中心機構(gòu)上，然后進行定型操作。定型時上環(huán)要多升降幾次，確保膠囊充分伸展開；下環(huán)降到底，上環(huán)降到設(shè)定定型高度；壓縮空氣管通入下模外壓進汽口，將下模腔內(nèi)冷凝水吹凈，以外壓進汽口不冒汽為準。

合模：（1）用吊車將上模吊至固定架，吹凈模具中的積水和雜物。對準鎖環(huán)鎖齒，將上模落下，確認定位塊到位，閉上鎖環(huán)；（2）通定型汽不少于0.5 min，將加壓缸開關(guān)扳到開位鎖模，確認內(nèi)壓表顯示壓力不低于2.6 MPa，且穩(wěn)定。

硫化自動控制步驟為：（1）外壓閉汽，內(nèi)壓來水開；（2）內(nèi)壓回水開；（3）外壓汽開；（4）內(nèi)壓來、回水閉，外壓汽閉，將內(nèi)壓逐步減至0.5 MPa；（5）將內(nèi)壓0.5 MPa減至零，內(nèi)冷來、回水開；（6）內(nèi)冷來、回水閉，零壓排閉；（7）零壓排閉，抽真空；（3）確認內(nèi)壓表顯示壓力不低于2.8 MPa，且穩(wěn)定，確認外壓溫度上升；（4）外壓升到設(shè)定值前查看數(shù)顯，確認硫化過程內(nèi)、外壓溫度是否正常，若發(fā)生降溫按延時因數(shù)延長硫化時間。

開模：確認后充氣無故障和內(nèi)壓力表歸零，將加壓缸開關(guān)扳到關(guān)位，加壓缸壓力表顯示零，打開鎖環(huán)，用吊車吊開上模。

后充氣 ：（1）上環(huán)升，將膠囊從成品輪胎里脫出，用專用吊具將成品輪胎吊離模具和中心機構(gòu)；（2）按工藝要求及時對成品輪胎進行后充氣。

剪邊：成品輪胎后充氣結(jié)束后，及時用剪邊刀剪掉成品輪胎表面的毛刺（殘留高度不超過2 mm）。

7 結(jié)語

我公司新增的54臺工程機械輪胎液壓鎖模個體硫化機投入生產(chǎn)后，工程機械輪胎年產(chǎn)量增大15萬套，產(chǎn)值增加6.75億元，與采用硫化罐硫化相比，全年降低生產(chǎn)成本625.5萬元；同時由于液壓鎖模個體硫化機膠囊延展性好，硫化內(nèi)壓增大，硫化輪胎質(zhì)量提高。工程機械輪胎液壓鎖模個體硫化機的應(yīng)用成為我公司又一個新的經(jīng)濟增長點。