航空子午線輪胎胎體正反包技術(shù)的研究

王宏志

（中國航空制造技術(shù)研究院，北京 100024）

目前，子午線輪胎已經(jīng)在國內(nèi)地面運輸領(lǐng)域得到廣泛應用，而且當前橡膠機械行業(yè)的自動化控制水平發(fā)展已經(jīng)與世界自控技術(shù)發(fā)展保持同步。但在航空領(lǐng)域仍以斜交輪胎為主，且輪胎成型設(shè)備陳舊，生產(chǎn)自動化程度較低。

航空輪胎是飛機起落的安全部件。我國大飛機發(fā)展已經(jīng)取得了重大突破，大飛機的國產(chǎn)化迫切需要發(fā)展高性能航空子午線輪胎。目前我國尚無民航大飛機子午線輪胎自主技術(shù)和產(chǎn)品，完全依賴于進口[1-4]。

由于高性能航空子午線輪胎是飛機先進性的重要技術(shù)指標之一，因此世界各國都對這一領(lǐng)域進行嚴密的技術(shù)封鎖和壟斷。目前，高性能航空子午線輪胎技術(shù)主要掌握在以法國米其林、美國固特異、日本普利司通和英國鄧祿普等為代表的少數(shù)幾家輪胎企業(yè)手中[5-6]。2008年，國內(nèi)桂林曙光橡膠工業(yè)研究設(shè)計院采用半手工制作的方式研制成功我國第1條航空子午線輪胎[8]。但自動化、批量化生產(chǎn)子午線航空輪胎的關(guān)鍵設(shè)備——航空子午線輪胎成型機在國內(nèi)尚屬空白。

制約航空子午線輪胎成型質(zhì)量和成型效率的主要問題之一是航空子午線輪胎一段成型機胎體的正反包技術(shù)。當前，由于航空子午線輪胎胎體特殊復雜的成型工藝[8-9]，采用人工方式進行航空子午線輪胎多層胎體簾布的正包和反包，生產(chǎn)方式原始，工人勞動強度極大，生產(chǎn)效率低，成型質(zhì)量不穩(wěn)定。另外，目前地面輪胎和航空斜交輪胎胎體的成型設(shè)備均無法實現(xiàn)航空子午線輪胎胎體的成型，無法解決胎圈根部打褶不均勻或打死褶問題。為此，本工作研究航空子午線輪胎胎體正反包技術(shù)，以期提高輪胎的成型質(zhì)量和效率。

1 航空子午線輪胎胎體成型工藝特點

航空子午線輪胎的成型工藝流程如圖1所示。胎體的斷面如圖2所示。航空子午線輪胎一段胎體的成型存在兩個問題。

圖1 航空子午線輪胎成型工藝示意Fig.1 Forming process of aviation radial tire

圖2 胎體斷面示意Fig.2 Section of tire carcass

（1）胎體簾布貼合問題。胎體簾布的寬度遠大于胎體鼓的寬度，兩側(cè)胎體簾布懸出較長，沒有支撐，在貼合內(nèi)襯層和胎體簾布時無法形成規(guī)則圓筒（見圖3），且簾布層間無法緊密貼合，容易產(chǎn)生氣泡，也無法采用機械滾壓把幾層胎體簾布壓實，影響后續(xù)工序，嚴重影響輪胎成型質(zhì)量。

圖3 貼合內(nèi)襯層和胎體簾布時無法形成規(guī)則圓筒Fig.3 Unable to form regular cylinder when bonding inner liner and carcass cord

（2）胎圈根部打褶問題。胎體成型既有正包又有反包，胎體簾布正包后在胎圈根部形成嚴重不均勻褶皺，并會形成死褶（見圖4），嚴重影響胎體成型質(zhì)量，且需要人工進行輔助，成型質(zhì)量不穩(wěn)定，成型效率低。

圖4 胎圈根部不均勻褶皺Fig.4 Uneven fold at bead root

分析胎圈根部形成嚴重不均勻褶皺的主要原因如下。①胎體筒不規(guī)則。貼合的胎體筒為不規(guī)則胎體筒，在進行正包時胎體筒沿圓周方向受力不均勻。②胎體簾布層數(shù)及簾線特性導致，即胎體的層數(shù)較多，包括1層內(nèi)襯層、4—6層內(nèi)層胎體簾布，2層外層胎體簾布及其他補強膠；航空子午線輪胎胎體骨架材料為特殊材料，胎體簾線比斜交輪胎胎體簾線粗且硬，強度較大，正包的阻力較大。③胎體貼合鼓的折疊比較大。航空子午線輪胎為保證胎體強度，設(shè)計時胎體直徑比胎圈直徑要大很多，折疊比較大，折疊比為胎體鼓貼合直徑與胎圈直徑的比值，如圖2所示小規(guī)格和大規(guī)格航空子午線輪胎胎體的折疊比分別為500/370＝1.35和740/506＝1.46。

由此可見，采用傳統(tǒng)正反包成型技術(shù)無法實現(xiàn)航空子午線輪胎胎體的正反包，正反包過程中胎圈根部會出現(xiàn)不均勻打褶。

2 正反包技術(shù)的實現(xiàn)

一段胎體正反包技術(shù)是航空子午線輪胎成型機研制成敗的關(guān)鍵技術(shù)。針對上述問題，采取相應的解決措施，以便在胎圈根部形成均勻褶皺，保證航空子午線輪胎的成型質(zhì)量。

2.1 解決胎體貼合問題

在胎體鼓兩側(cè)增加輔助支撐，如圖5所示，中間紅色部分為胎體鼓，兩側(cè)綠色部分為輔助工裝。兩側(cè)輔助支撐的直徑與胎體鼓貼合直徑一致，且兩側(cè)輔助支撐與胎體鼓同步進行旋轉(zhuǎn)及停止，以便貼合時胎體簾布能夠整體貼合在一個圓柱面上，且沒有圓周方向上的相對運動，避免胎體簾布扭曲。同時輔助支撐在貼合完成后能夠?qū)崿F(xiàn)徑向的收縮或脫離胎體貼合鼓，以便為后續(xù)正反包工序做好準備。

圖5 胎體鼓輔助工裝示意圖Fig.5 Auxiliary tooling for carcass drum

2.2 解決胎圈根部不均勻褶皺問題

胎體簾布從大直徑收縮到小直徑，在胎圈根部出現(xiàn)胎體簾布的堆積和折疊是不可避免的，但需要采取措施使胎圈根部褶皺均勻，保證胎體成型質(zhì)量。

（1）降低胎體貼合鼓的折疊比。在保證輪胎質(zhì)量和性能的前提下，盡量降低胎體貼合鼓的折疊比，即減小胎體直徑與胎圈直徑的比值，減小胎圈根部胎體簾布的重疊堆積量，從而避免胎圈根部出現(xiàn)較大的打褶現(xiàn)象。

（2）增大指形正包器與反包膠囊之間的間隙。在進行正包時，指型片下壓后，胎體簾布處于指型片與反包膠囊之間，指形正包器與反包膠囊之間的間隙應足夠大（見圖6），避免因間隙太小無法實現(xiàn)正包或者導致胎圈根部出現(xiàn)死褶，以致無法進行后續(xù)反包工序。

圖6 指形片與膠囊之間的間隙Fig.6 Gap between finger and capsule

（3）采取膠囊預充氣方法。正包時為使胎體筒兩側(cè)胎體簾布圓周方向上同時受力且受力均勻，胎體筒應保持一個規(guī)則的圓筒形狀，采用膠囊預充氣的方法，在兩側(cè)懸空胎體簾布內(nèi)形成支撐，隨指形片緩慢下壓膠囊，使其緩慢放氣，以便形成規(guī)則的胎圈根部打褶現(xiàn)象。

（4）保證兩側(cè)指形正包器動作的同步性。在兩側(cè)正包器對兩側(cè)胎體簾布進行下壓正包時，保持動作的同步性，避免將胎體筒拉偏。正包器的運動采用伺服電機取代原氣缸進行驅(qū)動，實現(xiàn)兩側(cè)扣圈盤及正包器的位置及速度可控，以便保證兩側(cè)正包動作的同步性。

（5）優(yōu)化指形正包器的結(jié)構(gòu)和增加指形片數(shù)量。為使胎圈根部褶皺均勻，利用仿生學設(shè)計指形片的結(jié)構(gòu)，以模仿人工進行均勻打褶的動作。優(yōu)化設(shè)計指形片正包器的結(jié)構(gòu)，增加指形片數(shù)量，以使褶皺盡量多且均勻分布。采用兩層指形片結(jié)構(gòu)，一層指形片處于胎體簾布筒的內(nèi)側(cè)以支撐胎體簾布，另一層指形片處于胎體簾布筒的外側(cè)，外層指形片下壓，內(nèi)層指形片支撐，以便將胎體簾布筒均勻的分割成N等份，如圖7所示。內(nèi)外層指形片的數(shù)量應根據(jù)成型輪胎的規(guī)格和機械結(jié)構(gòu)的限制，盡量多且沿圓周方向均勻分布。

圖7 內(nèi)外層指形片均分胎體筒Fig.7 Carcass divided evenly by the inner and outer finger plates

2.3 改進效果

通過采取以上改進措施及進行設(shè)備優(yōu)化設(shè)計后，解決了胎圈根部出現(xiàn)死褶或不均勻褶皺的問題，并提高了胎體的成型質(zhì)量和成型效率。改進后的指形正包及膠囊反包效果如圖8所示。

圖8 正反包效果示意Fig.8 Effect of forward and reverse wrapping

3 結(jié)語

通過航空子午線輪胎胎體正反包成型工藝參數(shù)優(yōu)化及設(shè)備改進，航空子午線輪胎的成型質(zhì)量得到保證，成型效率提高。實現(xiàn)胎體簾布自動正反包后，將工人從繁重的正反包操作中解放，極大地降低了工人的勞動強度，降低了勞動成本，為航空子午線輪胎成型機的研制提供了技術(shù)支持。

目前我國航空子午線輪胎成型機的發(fā)展還處于初步階段，工藝的進一步深入研究和創(chuàng)新以及設(shè)備的更新和優(yōu)化，都需要工藝研究人員與設(shè)備設(shè)計人員進行更深入地研究，以便國內(nèi)航空子午線輪胎的生產(chǎn)實現(xiàn)批量化，擺脫國外對我國民用和軍用航空子午線輪胎的制約。