Технология производства пневматических шин

Главным направлением в области технологии производства шин является создание максимальной поточности производства, а также предельной автоматизации комплексных технологических линий, практически полностью исключающих ручные операции в технологическом процессе. Успешно эксплуатируются оправдавшие себя поточно-автоматизированные линии сборки и вулканизации автомобильных шин, а также линии вулканизации камер. Вводится в эксплуатацию полностью автоматизированный цех вулканизации. В области конструкции шин особое значение приобрели шины с радиальным расположением нитей корда в каркасе, с капроновым кордом в каркасе и металлокордом в брекере. Кроме того, выпускаются шины с металлокордом в каркасе.

Проводяться работы по созданию низкопрофильных шин, удовлетворяющих требованиям увеличения грузоподъёмности автомобиля, а также работы по изысканию новых синтетических волокон для замены металлокорда. Большое значение имеют исследования в области внешней и внутренней механики шин с целью оптимизации их конструкции.

Серьёзное внимание удиляется улучшению свойств резины (особенно свойств граничных слоёв полимеров в микрогетерогенной многокомпонентной эластомерной матрице), выбору оптимальной комбинации каучуков для каждой детали шин, разработке новых наполнителей и методов их диспергирования.

Ведутся работы по увеличению реальной прочности рези путём разработки новой технологии переработки каучуков большой молекулярной массы и изыскания вулканизующих и стабилизирующих систем, обеспечивающих наименьшую степень деструкции молекулярных цепей в процессе изготовления и эксплуатации изделий из резиновых смесей.

Важное значение для управления процессами производства и свойствами готовых изделий имеет исследования реологического поведения резиновых смесей при их изготовлении и переработке.

К новой технике для серийного многотоннажного производства сейчас предъявляются высокие требования. В этой сфере промышленного производства широкое распространение получают автоматизированные поточные линии с птимальным управлением при помощи электронных вычислительных машин. Автоматизированные поточные линии создаются на основе безотходной технологии с учётом социальных, экологических проблем, проблем управления качеством продукции и сокращения сроков внедрения новой техники.

Создание новой техники целесообразно начинать с формулировки и решения задачи оптимизации. В этой связи необходимо составить модель процесса в неизотермическом приближении с целевой функцией и критериями качества, установить алгоритмы направленого варьируемых величин, обеспечивающие нахождение экстремума целевой функции, разработать программу совместного решения всей задачи оптимизации.

Решения задачи оптимизации рабочих процессов создают условия для определения оптимальных значений основных технологических, кинематических и энергосиловых параметров новой техники. Оно обеспечивает также необходимые предпосылки для оптимизационного синтеза рабочих механизмов и выполнения проектно-конструкторских работ по созданию и использованию автоматизированных систем машин и систем проектирования новой техники с использованием автоматизированных манипуляторов и промышленных роботов.

Производство шин включает в себя следующие основные процессы: подготовку компонентов резиновых смесей к смешению, развеску и дозирование компонентов, изготовление резиновых смесей, приготовление клеев, экструзию (шприцевание), вальцевание, каландрование, обрезинивание корда, загатовку деталей, сборку покрышек, изготовление ездовых и других камер, вулканизацию, отделку, разбраковку, складирование, транспортирование и выгрузку на транспорт готовой продукции.

Шинная промышленность относится к тем отраслям, где доля ручного труда на загатовительо-сборочных операциях еще велика. Поэтому вопросы автоматизации всего производства шин, при улучшению всего качества продукции, и особенно автоматизация заготовительно-сборочных операций является весьма актуальным.

Конструкции и технологии сборки покрышек.

Автомобильной шиной обычно называют резинокордную упругую оболочку, наполненную сжатым воздухом и укрепленную на ободе колеса автомобиля. Шины обеспечивают возможность движения, торможения и управления автомобилем, а также относительную бесшумность и комфортабельность езды. По устройству автомобильные шины можно разделить на камерные и бескамерные, по конструкции и расположению нитей корда в каркасе – на шины с перекрёстным направлением расположения нитей корда в каркасе (диагональные), шины с радиальным (меридиональным) расположением нитей корда (типа Р) и шины с меридиональным расположением корда и съёмным протектором (типа ОС). Шины радиальной конструкции имеют более высокие технико-экономические и эксплуатационные показатели по сравнению с диагональными. Число слоёв корда в каркасе радиальных шин вдвое меньше, чем в каркасе диагональных.

По величине внутреннего давления воздуха в камере различаются шины низкого (0,15-06 МПа), высокого (0,8 МПа) и сверхнизкого (0,2 МПа) давления. Наиболее широко применяются шины низкого давления. Они эластичнее шин высокого давления благодаря меньшему внутреннему давлению воздуха, большему объёму камеры и большей ширине профиля.

Шины могут иметь дорожный рисунок протектора, рисунок повышенной проходимости и универсальный рисунок. Различаются также шины с обычной шириной профиля, широкопрофильные и арочные. Автомобильная покрышка состоит из массивного резинового слоя – протектора, двух боковин, подушечного слоя (брекера), нескольких слоёв обрезиненного корда каркаса, двух бортовых колец, обёрнутых бортовыми обрезиненными ленточками.

Протектором называется наружный резиновый слой покрышки, соприкасающийся с поверхностью дороги. Каркасом называется резинокордная основа покрышки придающая ей достаточною прочность, гибкость и упругость. Подушечный слой (брекер) расположенный между протектором и каркасом, служит для предохранения каркаса от толчков, ударов, ослабления действия на каркас тяговых и тормозных усилий, увеличения прочности связей между резиновым протектором и резинокордным каркасом. Бортовые кольца составляют основу бортовых частей покрышки. Бортом покрышки обычно называют её жесткую часть, с помощью которой она крепится на ободе колеса. Жесткость и прочность борту придают находящиеся в нём кольца, изготовленные из стальной проволоки.

Методы сборки покрышек.

Сборка покрышек в промышленности осуществляется в основном тремя методами: браслетным, послойным и комбинированным. При браслетном методе сборки, кольцевые браслеты из прорезиненного корда (изготовленные на специальном браслетном станке) последовательно надеваются а сборочный барабан. При послойном методе слои корда и брекера попадают на сборочный барабан из специального устройства, называемого питателем. Этот метод получил широкое распространение.

В шинной промышленности достаточно широко используется классификация методов сборки в зависимости от конструкции сборочного барабана, на котором осуществляется сборка покрышек. В соответствии с этой классификацией различают методы сборки на плоском, полуплоском, полудорновом и дорновом барабанах.

При дорновом способе сборки собранная покрышка имеет форму, близкую к форме готовой покрышки, и не требует специальной операции формования перед вулканизацией. Однако в связи со сложностью получения заготовок и трудностями механизации технологических операций сборки этот способ не нашел широкого распространения в промышленности.

В промышленном производстве наиболее распространены методы сборки на плоском, полуплоском и полудорновом барабанах. Выбор одного из них зависит от от размеров и конструкции покрышки, экономических и технологических особенностей производства. Методы сборки на плоском и полудорновом барабанах предполагают обязательное наличие второй стадии сборки – формование каркаса и наложение нерастяжимого брекера и протектора на сформованный каркас.

В последние годы разработаны новые методы сборки покрышек: из уширенных слоёв корда на разжимном плоском барабане, на изменяющем форму жестком барабане, на комбинированном барабане, а также сборка покрышек на специальных диафрагменных сборочных барабанах в одну стадию. Покрышки собирают на специальных станках.

Последовательность сборки покрышек в каждом конкретном случае определяется технологической схемой сборки и технологическим регламентом. В общем случае традиционная сборка всех покрышек независимо от их размера осуществляется последовательным наложением деталей на сборочный барабан.

Сборка покрышки диагональной конструкции начинается с надевания первого браслета на сборочный барабан, а при послойной сборке – с накладывания первых слоёв обрезиненного корда из питателя на сборочный барабан станка. Этот браслет (или слои корда) называют первой группой слоёв; они образуют первые слои каркаса покрышки. Затем свисающая с барабана часть первого браслета обжимается по заплечикам сборочного аппарата, к нему приклеивается крыло и оставшиеся концы браслета заворачиваются на цилиндрическую часть барабана. Эта операция называется формированием, её называют операцией обработки или заделки борта. При наличии в борте покрышки второго крыла на барабан надевается второй браслет или накладывается второй слой либо вторая группа слоёв из питателя. Свисающие с барабана части корда обжимаются по первой группе слоёв, затем к ним приклеиваются вторые крылья и концы браслета, как и в первом случае, заворачиваются на цилиндрическую часть барабана.

Третий браслет (или группа слоёв) обжимается по борту покрышки и заворачивается внутрь покрышки за так называемый носок бортового крыла. Далее на бортовую часть накладываются и приклеиваются бортовые ленты, а на наружную часть каркаса после тщательного центрирования помещаются слои брекера (или брекерный браслет), а затем накладывается и прикатывается протектор. После операции наложения на сборочный барабан каждая деталь прикатывается (дублируется) прикаточными устройствами, а операции формирования борта проводятся специальными механизмами формирования борта, которые иногда называют механизмами обработки борта.

В зависимости от размера, назначения покрышки, числа слоёв прорезиненного корда в каркасе или числа крыльев в борте, сборка покрышек с диагональным расположением нитей корда проводится на специальных станках или поточных линиях.

Процесс сборки покрышек диагональной конструкции может осуществляться в один приём (в одну стадию) путём последовательного наложения деталей на один из сборочных барабанов – полудорнового или полуплоского типа. Формование покрышек перед вулканизацией осуществляется на специальных форматорах или на форматорах-вулканизаторах. Покрышки, собранные на полудорновых барабанах, формуются путём приближения формы каркаса к форме поперечного сечения готовой покрышки, без изменения положения бортовых колец. Формование покрышек, собранных на полуплоских сборочных барабанах, сопровождается поворотами слоёв каркаса на некоторый угол вокруг сердечника бортового кольца. При этом структура крыльевой части покрышки не должна разрушаться, что может быть достигнуто только при наличии в борте покрышки не более одного бортового кольца.

Для обеспечения необходимой долговечности автомобильных шин к деталям покрышек предъявляются определённые технологические требования по точности геометрических размеров, весу, клейкости и другим характеристикам. При сборке покрышек типа Р эти требования более высокие. Долговечность шин, определяемая пробегом их в эксплуатации, должна гарантироваться заводом-изготовителем.

Покрышки разных типов изготавливают (собирают) на разных сборочных станках. Технология сборки каждой покрышки имеет определённую последовательность выполнения отдельных операций.

Сборка покрышек типа Р может осуществляться двумя способами:

1. Двухстадийным;

2. Одностадийным.

При двухстадийном способе сборки, когда брекер и протектор накладываются на сформованный каркас, можно использовать два метода.

1) Метод раздельной сборки, при котором каркас покрышки собирается на одном барабане специального станка для сборки первой стадии (первая стадия). При этом на первой стадии сборки производится полное оформление бортовой части покрышки. Формование каркаса и окончательная сборка покрышки – наложение брекера и протектора – осуществляется на другом эластичном сборочном барабане специального сборочного станка для второй стадии сборки радиальных покрышек (вторая стадия).

2) Метод совмещённой сборки, при котором вся сборка радиальной покрышки проводится на одном универсальном сборочном барабане. В этом случае сборочный барабан может изменять свою форму профиля и перемещаться с одного рабочего места на другое.

Одностадийный способ сборки радиальных покрышек осуществляется двумя методами:

1) метод наложения брекера и протектора на несформованный каркас с последующим формованием покрышки на том же сборочном барабане;

2) метод сборки покрышки на специальном дорне (тороидальном барабане.

Раздельная сборка покрышек при двухстадийном способе проводится на двух различных станках. На первом станке собирается каркас радиальной автопокрышки (первая стадия сборки). Вторая стадия (сборка покрышки) осуществляется на другом барабане и другом станке.

Сборка каркаса автопокрышки радиальной конструкции может проводиться на двух принципиально различных сборочных барабанах – двумя различными методами. В первом случае сборка каркасов (первая стадия сборки радиальной покрышки) осуществляется на складном четырёхсекторном сборочном барабане, исходный размер которого больше диаметра кольца бортового крыла (полуплоский метод). Этот метод включает в себя следующие операции:

· операция наложения на барабан бортовых лент и одного или нескольких слоёв каркаса покрышки;

· начало операции формирования борта, захват слоёв корда каркаса кольцевой пружиной и обжимным рычагом;

· обжатие слоёв каркаса по периметру заплечиков барабана и посадка бортовых крыльев шаблоном;

· заворот слоёв каркаса на крыло;

· заворот слоёв каркаса на цилиндрическую часть барабана;

· отвод кольцевой пружины и распорных рычагов в исходное положение.

Вторая сборка радиальных покрышек в данном случае состоит из следующих операций, выполняемых на втором – эластичном сборочном барабане второго сборочного станка:

· установка и центрирование собранного каркаса покрышки на эластичный сборочный барабан с подвижными фланцами;

· формование каркаса и надевание брекерно-протекторного браслета;

· опрессовка и прикатка брекерно-протекторного пояса к каркасу покрышки;

· снятие сформованной покрышки с эластичного барабана и далее транспортирование сформованной покрышки на вулканизацию.

Совмещённая сборка радиальных покрышек при двухстадийном способе осуществляется в две стадии. Первая стадия сборки проводится на разжимном барабане, исходный диаметр которого меньше диаметра кольца бортового крыла (плоский метод). Этот метод включает в себя следующие операции:

· наложение бортовых лент и слоёв каркаса на сжатые основной и вспомогательные сборочные барабаны;

· посадка бортовых крыльев;

· разжатие основного барабана (при этом происходит вытяжка и опрессовка слоёв корда каркаса покрышки);

· заворот участков слоёв каркаса, образующих боковины покрышки, на крыло.

Вторая стадия совмещённого метода сборки радиальных покрышек состоит из следующих операций:

· формование каркаса и надевание брекерно-протекторного браслета;

· опрессовка и прикатка брекерно-протекторного пояса к каркасу покрышки;

· снятие сформованной покрышки эластичного барабана и далее транспортирование сформованной покрышки на вулканизацию.

При двухстадийном способе раздельная сборка каркасов радиальных покрышек (первая стадия) может осуществляться и на обычных станках для сборки, включающая формование каркаса и окончательную сборку покрышки, выполняется на другом станке, который должен быть оснащён одним из следующих типов сборочных барабанов:

1) жёстким металлическим формующим барабаном;

2) барабаном с эластичной формующей диафрагмой;

3) бездиафрагменным формующим барабаном;

4) бездиафрагменным устройством формования каркасов радиальных покрышек.

В отечественной промышленности вторая стадия сборки радиальных покрышек при использовании раздельного метода двухстадийного способа сборки осуществляется следующим образом. Изготовленный на первой стадии каркас радиальной покрышки устанавливается на другой сборочный барабан с эластичной резиновой или резинокордной диафрагмой для проведения второй стадии сборки. Каркас радиальной покрышки центрируется, борта каркаса зажимаются в заплечиках барабана. Далее при синхронном сближении обоих бортов каркаса покрышки барабан с надетым на него каркасом радиальной покрышки приобретает под воздействием формующего механизма тороидальную форму. На таком изменившем форму тороидальном барабане с надетым каркасом покрышки и осуществляется её окончательная сборка – наложение брекерно-протекторного пояса или наложение брекера и протектора, их прикатка, наложение, стыковка и прикатка боковин.

Достоинством метода раздельной сборки является возможность рассредоточения механизмов, выполняющих переходы и операции технологического процесса сборки, и систем питания станков кордом и другими деталями покрышки. К недостаткам этого метода следует отнести необходимость сборки одной покрышки на двух раздельных барабанах.

Некоторые иностранные фирмы вторую стадию сборки радиальных покрышек осуществляют на двухпозиционных станках. В этом случае на одном барабане станка изготавливается брекерно-протекторный браслет, а на другом проводится формование каркаса и окончательная сборка покрышек. Для снятия брекерно-протекторного браслета с барабана, переноса и надевания его на сформованный каркас используется специальный манипулятор-перекладчик. Хотя раздельная сборка каркаса и брекерно-протекторного браслета усложняет процесс, но вместе с тем она позволяет совместить операции сборки во времени, рассредоточить механизмы питания сборочного агрегата заготовками.

Метод раздельной сборки радиальных покрышек на двух станках имеет следующие недостатки:

· необходимость снятия легкодеформируемого каркаса с одного барабана и насадки его на второй, транспортирования и надевания на сформованный каркас относительно легкодеформируемого брекерно-протекторного браслета;

· промежуточное хранение каркасов и браслетов;

· возможность значительной усадки каркаса, собранного на разжимном барабане, и большие трудности при установке его на барабан второй стадии сборки;

· необходимость тщательного центрирования каркаса при фиксации его на барабане для второй стадии сборки.

Преимущества этого метода:

· достаточная надёжность, простота и возможность совмещения операций, так как механизмы обработки и питания агрегата рассредоточены в пространстве;

· возможность использования станков для сборки диагональных покрышек на первой стадии сборки покрышек типа Р;

· высокая ремонтная технологичность.

К преимуществам совмещённой сборки покрышек на одном станке-агрегате по сравнению с раздельной сборкой на двух станках относятся:

· возможность использования на первой стадии сборки разжимного барабана;

· отсутствие промежуточного хранения каркасов;

· повышение производительности оборудования;

· уменьшение числа ручных операций;

· улучшение качества покрышек за счёт механизации и непрерывного процесса.

Недостатки совмещённой сборки покрышек состоят в наличии большого числа транспортных операций к одному рабочему месту, концентрации питающих устройств на одном рабочем месте, увеличении общей продолжительности процесса сборки из-за отсутствия параллельных операций и рабочих мест.

В настоящее время промышленная сборка радиальных покрышек в основном осуществляется двухстадийным способом.

Заключение.

Целесообразность выбора того или иного метода сборки покрышек может быть определена путём решения и оптимизации многовариантной задачи в зависимости от таких факторов, как назначение, конструкция, долговечность, надёжность, комфортабельность, особенности, экономичности производства и так далее.

Шинная промышленность относиться к таким отраслям народного хозяйства, где доля ручного труда на загатовительно-сборочных операциях ещё велика, и поэтому вопросы механизации и автоматизации здесь имеют большое значение. Процесс автоматизации сборки покрышек пневматических шин не может быть успешно осуществлён без учёта такого фактора, как технологичность процесса изготовления деталей и покрышки в целом. Проектирование механизмов и средств автоматизации сборки покрышек или других изделий следует начинать с анализа технологичности операций её изготовления, изучения совокупности свойств материала и изделия, а также разработки способов, позволяющих осуществить её изготовление наиболее рациональными и экономичными методами.

Список литературы использованной для написания курсовой работы:

1. Н.Г. Бекин, Б.М. Петров – «Оборудование для изготовления пневматических шин»;

2. Б.Г. Гаврилов – «Производство шин»;

3. А.В. Салтыков – «Основы современной технологии производства автомобильных шин».