輪胎成型機(jī)精度對輪胎品質(zhì)的影響

平律

( 天津賽象科技股份有限公司，天津 300384)

隨著用戶對于輪胎的舒適性、操控性、耐磨性和安全性等要求越來越高，對于輪胎成型機(jī)的設(shè)計(jì)要求也越高。輪胎品質(zhì)要求與設(shè)備設(shè)計(jì)、安裝調(diào)試精度密切相關(guān)。徑向剛性變動RFV 測定輪胎徑向力偏差，反映胎面的跳動力，影響乘車舒適性。側(cè)向剛性變動LFV 測定輪胎的側(cè)向力偏差，反映輪胎擺動性，影響汽車操縱性能。錐度CON 反映輪胎跑偏值。在輪胎成型機(jī)設(shè)計(jì)、安裝調(diào)試過程中必須使設(shè)備精度滿足技術(shù)協(xié)議要求，將設(shè)備精度控制在合理的范圍，將對設(shè)備生產(chǎn)出高品質(zhì)輪胎奠定基礎(chǔ)。

1 前導(dǎo)軌部套精度

前導(dǎo)軌底座直線導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)決定了前導(dǎo)軌部套的精度和使用壽命。作用在導(dǎo)軌上的負(fù)載根據(jù)物體重心的位置、推力位置以及啟停時的加減速等引起的慣性力、切削阻力等外力的作用，負(fù)載大小會不斷變化。計(jì)算作用在導(dǎo)軌上的負(fù)荷時，首先要求出計(jì)算壽命時所需的平均負(fù)載與計(jì)算靜態(tài)安全系數(shù)時所需的最大負(fù)荷。特別是起動停止加減速很大，以及因懸臂負(fù)荷引起的大力矩作用的情況下，可能會對導(dǎo)軌產(chǎn)生巨大的負(fù)荷，一般工業(yè)機(jī)械無振動或沖擊時靜態(tài)安全系數(shù)fs的下限為1～3.5 ；有振動或沖擊時fs的下限為2～5。由于導(dǎo)軌的側(cè)向間隙能夠極大地影響導(dǎo)軌的行走精度、負(fù)載承載能力和剛性，因而根據(jù)用途選擇適當(dāng)?shù)拈g隙十分重要。一般來說，考慮到往復(fù)運(yùn)動可能產(chǎn)生的振動和沖擊，選擇負(fù)間隙就能對使用壽命和精度產(chǎn)生良好的影響。直線導(dǎo)軌承受負(fù)載時，滾動體、滑塊、導(dǎo)軌等在容許載荷范圍內(nèi)產(chǎn)生彈性變形，這時的變位量與負(fù)載的比率就是剛性值。對于直線導(dǎo)軌來說，隨著預(yù)壓量的增加，剛性也隨之增加。直線導(dǎo)軌大致分為兩種類型：在徑向、反徑向和側(cè)向的全部方向都具有同樣額定載荷的4 方向等負(fù)荷型以及在徑向具有較大的額定載荷的徑向型，徑向型直線導(dǎo)軌在徑向的額定載荷和反徑向以及側(cè)向的額定載荷都是不同的?？紤]到加工裝配以及實(shí)際工況，選擇能夠承受懸臂負(fù)荷并且要求很高的行走精度的輕預(yù)壓4 方向等負(fù)荷型直線導(dǎo)軌。底座直線導(dǎo)軌裝配要求平行度小于等于0.05 mm/m，保證前導(dǎo)軌部套及運(yùn)動精度。

成型鼓跳動對徑向力波動一次諧波、靜不平量影響較大。復(fù)合環(huán)真圓度對輪胎徑向力波動一次諧波、側(cè)向力波動一次諧波、靜不平衡量和動不平衡量影響較大。復(fù)合環(huán)偏心對輪胎錐度、動不平衡量影響非常大，對輪胎側(cè)向力波動一次諧波影響較大。因此在安裝調(diào)試過程中需要嚴(yán)格控制復(fù)合環(huán)真圓度、復(fù)合環(huán)與成型鼓的同軸度。后壓輥滾壓、胎面中心壓輥滾壓壓力要符合工藝標(biāo)準(zhǔn)，一般來說胎面中心壓輥滾壓壓力為0.8～1.2 bar，后壓輥開合方向相對于成型鼓中心對稱度偏差為±1 mm。成型鼓機(jī)箱主軸是設(shè)備精度基準(zhǔn)，成型鼓機(jī)箱主軸要求徑向跳動小于等于0.15 mm， 成型鼓主軸與帶束鼓主軸同軸度小于等于0.3 mm，保證胎體復(fù)合件、胎面復(fù)合件貼合精度；夾持環(huán)磁鐵板與成型鼓主軸垂直度小于等于0.3 mm，胎圈預(yù)置器與成型鼓主軸同軸度、垂直度小于等于0.25 mm，保證鋼絲圈上圈精度；復(fù)合環(huán)與成型鼓主軸垂直度小于等于0.3 mm，使用工裝檢測復(fù)合環(huán)夾爪與成型鼓主軸同軸度，要求同軸度小于等于0.1 mm，保證復(fù)合環(huán)取胎面復(fù)合環(huán)、胎體復(fù)合件與胎面復(fù)合件復(fù)合、成型精度符合工藝要求。前導(dǎo)軌部套精度對于輪胎品質(zhì)影響尤為重要，需要定期維護(hù)保養(yǎng)。某型半鋼一次法成型機(jī)前導(dǎo)軌部分部套調(diào)整后精度數(shù)據(jù)如表1 所示。

表1 精度數(shù)據(jù)表

以上精度數(shù)據(jù)符合工藝要求。主機(jī)貼合輸送帶與成型鼓主軸的平行度精度使用百分表檢測，以成型鼓主軸為基準(zhǔn)測量多片壓輥上母線、側(cè)母線，要求精度小于等于0.3mm，保證PA 復(fù)合件、簾布貼合精度，避免物料貼合后兩側(cè)接頭大小不一致。成型機(jī)成型鼓胎側(cè)反包高度、材料接頭量、成型鼓和帶束鼓主軸精度、鋼絲圈上圈精度對輪胎徑向力波動影響很大，對輪胎側(cè)向力波動和錐度也有重要影響。

2 主機(jī)供料系統(tǒng)精度

主機(jī)供料架的設(shè)計(jì)精度包含架體的強(qiáng)度、變形量和輸送帶的輸送精度，架體的剛性需要在保證功能需求的前提下要求架體加工工藝性更好。架體的設(shè)計(jì)涉及到材料、結(jié)構(gòu)、焊接、加工、裝配和安裝等方面，低碳鋼的焊接以手弧焊、埋弧焊和二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊應(yīng)用最為廣泛，為了控制焊接產(chǎn)生的變形架體采用交錯斷續(xù)焊。輸送帶的漲緊輥、導(dǎo)向輥的強(qiáng)度滿足使用要求。漲緊輥在漲緊輸送帶時會對架體產(chǎn)生作用力，這部分力會使架體產(chǎn)生變形，架體的變形還有一部分來自于架體的重力，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求克服架體的部分變形以獲得更高的經(jīng)濟(jì)效益。主機(jī)供料架墻板使用Q345A 低合金結(jié)構(gòu)鋼焊接，在適當(dāng)?shù)奈恢迷黾咏畎?、支架等保證主機(jī)供料架架體剛度，并通過有限元軟件分析要求架體變形量小于0.1 mm。

裝配主機(jī)供料架輸送帶主動輥要求各主動輥軸線與供料架中心垂直。安裝主機(jī)供料架時，主機(jī)供料架底板上中心刻線需要與地線對齊，使用經(jīng)緯儀將主機(jī)供料架與前導(dǎo)軌成型軸線調(diào)整到垂直狀態(tài)。主機(jī)供料架輸送帶使用平皮帶，圖紙要求輸送帶的經(jīng)（緯）線必須垂直于輸送帶邊緣，輸送帶邊緣與軸向垂直度要求為1 mm，兩個邊緣的平行度為1 mm。設(shè)備在空載測試時要求皮帶邊緣左右偏移量小于等于1 mm，保證物料在輸送帶上的狀態(tài)穩(wěn)定。輸送帶精度粗調(diào)完成后，使用經(jīng)緯儀和標(biāo)尺精調(diào)輸送帶輸送精度，主機(jī)貼合系統(tǒng)要求輸送帶輸送精度小于等于0.3 mm。胎側(cè)貼合精度對于輪胎靜不平衡量、動不平衡量影響較大。為了保證胎側(cè)、內(nèi)襯層和簾布的貼合精度，材料相對于料卷中心線卷曲偏差要控制在±10 mm 之內(nèi)。使用工裝調(diào)試糾偏相機(jī)，使相機(jī)中心與物料中心重合。物料到輸送系統(tǒng)上會通過機(jī)械擋邊或是電子糾偏保證物料傳送過程中心穩(wěn)定，輸送系統(tǒng)精度越高，物料貼合在鼓上的狀態(tài)也越好。

成型各部件接頭分布對徑向力波動有著決定性的影響，對輪胎動不平衡量影響非常大。接頭分布依靠伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn)定位控制。以其中一種規(guī)格的轎車子午線輪胎接頭分布為例，1 號帶束層接頭角度為0°，鋼絲圈接頭為45°，胎面接頭為90°，2 號簾布接頭為135°，1 號簾布、2 號帶束層接頭為180°，PA 復(fù)合件接頭為270°，接頭角度公差為±10°。

3 輔機(jī)供料系統(tǒng)精度

帶束層貼合和胎面輸送帶使用T10 同步帶，帶束層貼合系統(tǒng)空載測試時，在皮帶側(cè)面安裝一塊百分表，皮帶轉(zhuǎn)動一圈要求百分表數(shù)值變化小于等于0.3 mm。輸送帶精度粗調(diào)完成后，使用經(jīng)緯儀和標(biāo)尺精調(diào)輸送帶輸送精度。帶束層輸送系統(tǒng)使用鏈條傳動，空載測試時要求鏈條運(yùn)動平穩(wěn)，無跳齒現(xiàn)場。帶束層貼合系統(tǒng)、胎面貼合系統(tǒng)要求輸送帶輸送精度小于等于0.3 mm。帶束層貼合精度對于輪胎側(cè)向力波動一次諧波、錐度影響較大，胎面貼合精度對于輪胎動不平衡量影響較大。

窄冠帶貼合張力控制直接影響輪胎的徑向力波動，窄冠帶貼合分為恒張力和變張力貼合，使用的張力傳感器型號為RFA 0-FL-50-R4-6-MMS，以其中變張力貼合為例，工藝要求貼合窄冠帶時兩側(cè)重疊區(qū)域張力為40 N，平鋪階段為10 N，貼合起頭、收尾1.5 圈內(nèi)張力值允許波動范圍為±10 N，其余位置為±2 N。窄冠帶貼合張力使用載荷為250 N 張力傳感器，張力傳感器無負(fù)載時清零放大器，將1.2 kg、2 kg、3.4 kg、4.6 kg 和5.85 kg 砝碼依次掛在張力傳感器上，記錄數(shù)據(jù)如表2。

表2 記錄數(shù)據(jù)表

根據(jù)以上數(shù)據(jù)計(jì)算張力傳感器反饋值x與砝碼重力y之間函數(shù)關(guān)系如下：

窄冠帶貼合時導(dǎo)開速度與帶束鼓旋轉(zhuǎn)速度匹配也很重要，直接決定了窄冠帶貼合張力值、導(dǎo)開的穩(wěn)定性。窄冠帶貼合時導(dǎo)開速度控制有兩種方法：第一種是使用超聲波傳感器檢測料卷直徑，根據(jù)反饋的料卷直徑改變氣夾子壓力，窄冠帶料卷半徑r ＞185 mm時，窄冠帶貼合還剩下300 mm 氣夾子壓力切換到1.8 bar ；料卷半徑150 ≤r ≤185 mm 時，窄冠帶貼合還剩下300 mm 時氣夾子壓力切換到1.5 bar ；半徑＜15 0 mm 時壓力為1.3 bar。窄冠帶高速貼合時氣夾子壓力設(shè)定為1 bar，導(dǎo)開停止時壓力設(shè)定為2 bar。第二種是在料卷半徑范圍為75 ≤r ≤125 mm 時，窄冠帶貼合還剩下300 mm 時氣夾子壓力切換到1.8 bar ；當(dāng)料卷半徑r ＞125 mm 或r ＜75 mm 時，窄冠帶貼合還剩下300 mm 時氣夾子壓力切換到1.3 bar。窄冠帶高速貼合時氣夾子壓力設(shè)定為1 bar，導(dǎo)開停止時壓力設(shè)定為2 bar。根據(jù)動能公式窄冠帶導(dǎo)開到停止過程中系統(tǒng)產(chǎn)生的動能轉(zhuǎn)為氣夾子與摩擦盤產(chǎn)生的熱能，系統(tǒng)的動能在料卷半徑為125 ≤r≤175 mm 時最大，考慮機(jī)械部件使用壽命和供料系統(tǒng)穩(wěn)定性，采用第二種控制方法，將窄冠帶貼合速度提升至設(shè)計(jì)速度，伺服電機(jī)反饋瞬時最大扭矩為85%。

胎面導(dǎo)開后經(jīng)過機(jī)械定中裝置或是電子糾偏系統(tǒng)，將胎面中心預(yù)糾偏到±1 mm，傳送到胎面貼合輸送帶上使用糾偏鏡頭記錄胎面中心狀態(tài)，糾偏鏡頭每20 mm 記錄一個點(diǎn)，匯集為一條曲線，貼合胎面時驅(qū)動帶束鼓機(jī)箱伺服電機(jī)橫移，使胎面中心與帶束鼓中心重合，貼合要求胎面中心偏歪小于等于0.5 mm，胎面貼合中心偏心對輪胎側(cè)向力波動、錐度影響很大。由于不同規(guī)格的胎面軟硬度、胎面肩部角度會有變化，可能會使預(yù)糾偏的精度出現(xiàn)波動，測試發(fā)現(xiàn)預(yù)糾偏精度為± 2 mm，仍然可以滿足貼合后胎面中心偏歪小于等于0.5 mm，預(yù)糾偏精度越高，糾偏系統(tǒng)的穩(wěn)定性越好，也能使機(jī)械運(yùn)動部件保持更好的使用狀態(tài)。

4 結(jié)語

輪胎成型機(jī)的設(shè)計(jì)精度、安裝調(diào)試精度對于輪胎品質(zhì)起著至關(guān)重要的作用，在考慮加工工藝性、裝配和維護(hù)方便的基礎(chǔ)上，選擇合適的精度能夠降低成本。定期復(fù)驗(yàn)輪胎成型機(jī)部套精度，能使設(shè)備長期保持高性能運(yùn)行。隨著市場對于輪胎品質(zhì)要求越來越高，對于相關(guān)行業(yè)從業(yè)人員提出了更高要求，通過不斷完善設(shè)計(jì)，降低設(shè)備故障率、減少維護(hù)成本，對于行業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。