呂柏源，李霄，姜慶巖

(青島科技大學(xué)，山東 青島 266042)

推進(jìn)輪胎企業(yè)全自動(dòng)輪胎生產(chǎn)技術(shù)的思考

Consideration of promoting the full-automatic tyre manufacture technology for tire enterprise

呂柏源，李霄，姜慶巖

(青島科技大學(xué)，山東 青島 266042)

隨著工業(yè)化的發(fā)展，輪胎市場的激勵(lì)競爭，對(duì)輪胎生產(chǎn)技術(shù)的要求越來越高。工業(yè)化國家都投入到全自動(dòng)輪胎生產(chǎn)技術(shù)的研究。本文對(duì)各國全自動(dòng)輪胎生產(chǎn)技術(shù)的研究進(jìn)行整合，提出推進(jìn)全自動(dòng)輪胎生產(chǎn)技術(shù)的建議。

全自動(dòng)輪胎生產(chǎn)技術(shù)；企業(yè)；研究；整合

1 問題的提出

從1888年Dunlop發(fā)明充氣輪胎以來，斜交胎輪胎一直支配著世界輪胎市場。但自20世紀(jì)50年代末期60年代初期推廣子午線輪胎后，子午胎發(fā)展十分迅速，世界發(fā)達(dá)國家的子午化已達(dá)到90%以上，西歐各國已基本上實(shí)現(xiàn)100%子午化，美國、日本、韓國等國也達(dá)到90%以上。正因?yàn)槿绱耍喬C(jī)械正迅速從斜交胎機(jī)械向子午胎機(jī)械轉(zhuǎn)變，并兼容了輪胎設(shè)備的機(jī)械化、聯(lián)動(dòng)化、自動(dòng)化和智能化的轉(zhuǎn)變，使輪胎生產(chǎn)設(shè)備的水平從一個(gè)量變過程進(jìn)入到一個(gè)質(zhì)變過程，同樣使輪胎生產(chǎn)水平也提升到“高質(zhì)、高效、低耗、低成本”的一個(gè)新高度。

當(dāng)今激烈的輪胎市場競爭，激發(fā)著輪胎生產(chǎn)技術(shù)的激烈競爭，出現(xiàn)了你追我趕的局面。輪胎生產(chǎn)的決策者們始終圍繞著：提高和穩(wěn)定輪胎質(zhì)量，降低能耗，提高生產(chǎn)效率以及減少勞動(dòng)量，進(jìn)而降低成本等核心問題進(jìn)行競爭。而這一系列競爭最有效的辦法就是最大限度地實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)輪胎生產(chǎn)技術(shù)。因此，工業(yè)化國家在20世紀(jì)末期進(jìn)行了一場秘而不宣的全自動(dòng)輪胎生產(chǎn)技術(shù)的革命，至今這場輪胎技術(shù)革命方興未艾。

由于我國是一個(gè)發(fā)展中的國家，在發(fā)展工業(yè)初期自然資源、環(huán)境資源以及人力資源尚處在初始狀態(tài)，仿佛有用不盡的自然資源、環(huán)境資源和人力資源，但是隨著工業(yè)化進(jìn)程的深化和高度發(fā)展，對(duì)自然資源的匱乏、環(huán)境資源的惡化以及人力資源的緊缺的矛盾越來越明顯和越來越尖銳。同樣，在輪胎工業(yè)中，這些問題也是十分突出。因此，國內(nèi)提出的推進(jìn)企業(yè)全自動(dòng)輪胎生產(chǎn)技術(shù)也是社會(huì)發(fā)展的必然產(chǎn)物和要求。

輪胎企業(yè)全自動(dòng)輪胎生產(chǎn)技術(shù)是輪胎企業(yè)技術(shù)突破性的升級(jí)，輪胎企業(yè)技術(shù)的升級(jí)不但需要輪胎企業(yè)傾注全力；同時(shí)也需要以輪胎生產(chǎn)技術(shù)為載體的橡膠輪胎加工設(shè)備技術(shù)的橡膠機(jī)械行業(yè)的支持和配合，因此在研究開發(fā)、實(shí)施輪胎技術(shù)升級(jí)的同時(shí)，橡膠機(jī)械行業(yè)也將獲得升級(jí)。

2 全自動(dòng)輪胎生產(chǎn)技術(shù)在世界范圍內(nèi)的研究概況

2.1 工業(yè)化國家研究的全自動(dòng)輪胎生產(chǎn)技術(shù)

在20世紀(jì)末期以來，工業(yè)化國家投入了大量人力、物力、財(cái)力，開始了一場輪胎生產(chǎn)技術(shù)的研究。包括米其林制造一體化的C3M技術(shù)；倍耐力集成自動(dòng)化系統(tǒng)的MIRS技術(shù)；三海低溫連續(xù)混煉的CCC技術(shù)；固特異集成加工精密成型單元的IMPACT技術(shù)；大陸積木式成型法的MMP技術(shù)；普利司通全自動(dòng)連續(xù)輪胎成型系統(tǒng)的ACTAS技術(shù)等如表1所示。

全自動(dòng)生產(chǎn)技術(shù)具有如下特點(diǎn)：以成型為中心，全面鋪開自動(dòng)化操作；采用低溫連續(xù)混煉，撤并部件預(yù)制及停放工序。但相比之下，米其林C3M技術(shù)與倍耐力MIRS技術(shù)似乎更具有全自動(dòng)輪胎生產(chǎn)技術(shù)的特點(diǎn)。因?yàn)槠渌麕醉?xiàng)技術(shù)主要針對(duì)制造成品時(shí)其局限一到兩道工序，而C3M技術(shù)與MIRS技術(shù)幾乎涉及生產(chǎn)全過程：從產(chǎn)品設(shè)計(jì)、樣品試制、模型設(shè)計(jì)、原材料采購、混煉、壓延擠出、成型硫化到成品入庫等。

2.2 米其林的C3M技術(shù)

C3M技術(shù)有兩種解釋：一種是Command+ Control+Communication&Mamufacture, 即指揮+控制+通訊+制造一體化；另一種是Confection （Manufacture）, Mandrin, Monofilament and Michelin，即制造，芯軸，單鋼絲簾布層，米其林，這似乎是這項(xiàng)技術(shù)的關(guān)鍵詞。

米其林C3M關(guān)鍵核心技術(shù)是全新的成型技術(shù)以及與硫化機(jī)有機(jī)一體結(jié)合的技術(shù)。從現(xiàn)有的一些資料歸納，C3M技術(shù)原理可以參見圖1。

圖1 C3M技術(shù)原理圖示

表1 工業(yè)化國家研究的全自動(dòng)輪胎生產(chǎn)技術(shù)及經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

C3M技術(shù)的生產(chǎn)工藝過程仍然需要煉膠；并由擠出機(jī)擠出基本成型部件單元的單鋼絲簾布層和薄膠條；其新的成型技術(shù)直接使用單鋼絲簾布層和薄膠條通過高速旋轉(zhuǎn)的成型器，把單鋼絲簾布層或薄膠條按程序纏貼在硬芯鼓上，該硬芯鼓為組合式結(jié)構(gòu)，同時(shí)其形狀、尺寸與輪胎的最終形狀、尺寸相同；成型的硬芯鼓是硫化機(jī)的組成部分，成型后在硬芯鼓上的胎坯經(jīng)模具加壓、加熱，直接進(jìn)入硫化；硫化后取出輪胎。至此，一個(gè)輪胎的生產(chǎn)周期結(jié)束。

從以上分析，可知C3M技術(shù)有以下特點(diǎn)：

（1）大大地簡化了工藝過程： 由于輪胎的骨架和各種輪胎部件簡化成單鋼絲簾布層和薄膠條，使得傳統(tǒng)的壓延工藝、復(fù)合胎面工藝、鋼絲簾布帶束層制造工藝、內(nèi)襯層制造工藝、鋼絲簾布裁斷工藝，相關(guān)輔助工藝以及部件的停放工藝等得到了簡化。在C3M技術(shù)中，上述的工藝僅使用擠出鋼絲簾布成型工藝和擠出薄膠條工藝就可以了。

（2）極大地簡化了加工設(shè)備 ：由于輪胎的骨架和各種輪胎部件簡化成單鋼絲簾布層和薄膠條，使得傳統(tǒng)的壓延設(shè)備、復(fù)合胎面聯(lián)動(dòng)生產(chǎn)線、鋼絲簾布帶束層生產(chǎn)線、內(nèi)襯層聯(lián)動(dòng)生產(chǎn)線、鋼絲簾布裁斷聯(lián)動(dòng)生產(chǎn)線以及相關(guān)的附屬機(jī)械都得以簡化。在C3M技術(shù)中，上述的加工設(shè)備僅使用簡單的單鋼絲簾布和薄膠條擠出聯(lián)動(dòng)生產(chǎn)線就可以了。

（3）極大地簡化了成型工藝及成型設(shè)備：由于供料的品種比較單一，成型過程動(dòng)作也比較單一，使得復(fù)雜的傳統(tǒng)成型工藝變得很簡單，也使得復(fù)雜的供料裝置和成型主機(jī)變得簡單。在C3M技術(shù)中，使用高速旋轉(zhuǎn)的成型器和相配套的設(shè)備就可完成成型工藝，因此C3M技術(shù)既簡化了成型工藝，也簡化了成型設(shè)備。

（4）極大地提高了生產(chǎn)效率：由于極大的簡化了工藝過程，使用簡單的擠出成型工序一步就到達(dá)了輪胎成型工序，節(jié)省中間過程的大量時(shí)間，極大地提高了生產(chǎn)效率。

（5）極大地節(jié)省了占地面積：由于極大地簡化了眾多制造部件的生產(chǎn)設(shè)備和聯(lián)動(dòng)生產(chǎn)線，同時(shí)節(jié)省了停放部件的占地，因此極大地節(jié)省了占地面積。

（6）極大的節(jié)省了勞動(dòng)量：C3M技術(shù)不但簡化了工藝和加工設(shè)備，同時(shí)其整個(gè)生產(chǎn)過程都實(shí)現(xiàn)了高度的智能化和自動(dòng)化，因此節(jié)省了大量的勞動(dòng)量。

（7）實(shí)現(xiàn)了全電動(dòng)化和全電氣化作業(yè)：C3M技術(shù)只需要接上一根適當(dāng)容量的電纜，就可以進(jìn)行各種操作和加熱，它不需要傳統(tǒng)的水、汽、風(fēng)等介質(zhì)，實(shí)現(xiàn)了全電動(dòng)化和全電氣化作業(yè)。

全自動(dòng)輪胎生產(chǎn)技術(shù)，在工業(yè)化國家輪胎企業(yè)的巨頭們都期待有新的革命性突破，但是時(shí)至今日，尚未獲得理想的結(jié)果。如：米其林的C3M技術(shù)，耗費(fèi)了10多億美元，用了10多年時(shí)間，目前只能應(yīng)用在轎車胎的生產(chǎn)，同時(shí)亦存在這樣或那樣的欠缺。

輪胎是一個(gè)復(fù)雜的結(jié)構(gòu)體，其包含原材料問題、原材料加工問題、輪胎結(jié)構(gòu)問題和加工成型問題。如果按傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和傳統(tǒng)的加工成型方法，很難從根本上實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)輪胎生產(chǎn)技術(shù)的突破。新近在工業(yè)化國家已有人提出和在研究新概念、新結(jié)構(gòu)的輪胎，這是實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)輪胎生產(chǎn)技術(shù)的一條路子。我國對(duì)全自動(dòng)輪胎生產(chǎn)技術(shù)的研究也應(yīng)開拓一條新的思路。

3 現(xiàn)代單機(jī)（機(jī)組）輪胎生產(chǎn)技術(shù)的現(xiàn)狀

3.1 煉膠設(shè)備

雖然Banbury1916年發(fā)明了密煉機(jī)，但在我國20世紀(jì)50年代末期60年代初期才開始研制使用密煉機(jī)，在此之前清一色使用開放式煉膠機(jī)煉膠；在20世紀(jì)80年代以前，輪胎廠使用的密煉機(jī)基本上是裸機(jī)，沒有上輔機(jī)，而下輔機(jī)也只是采用開煉機(jī)；到了20世紀(jì)80年代，國內(nèi)輪胎廠逐漸從工業(yè)化國家引進(jìn)帶有上下輔機(jī)的密煉機(jī)；到目前為止輪胎廠基本上實(shí)現(xiàn)了煉膠的機(jī)械化、聯(lián)動(dòng)化和自動(dòng)化。

現(xiàn)代密煉機(jī)有如下特點(diǎn)：在性能上實(shí)現(xiàn)了大功率、大容量和高轉(zhuǎn)速；在結(jié)構(gòu)上實(shí)現(xiàn)了不同用途的各種構(gòu)型轉(zhuǎn)子，它從二棱轉(zhuǎn)子發(fā)展到四棱轉(zhuǎn)子，新近又發(fā)展到六棱轉(zhuǎn)子，而在四棱轉(zhuǎn)子中又有標(biāo)準(zhǔn)型、4WH型、ST同步型和ZZ2型；在技術(shù)上實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)子可變工作狀態(tài)技術(shù)，如：同步技術(shù)、無級(jí)調(diào)速技術(shù)和可調(diào)轉(zhuǎn)子間距技術(shù)，這些技術(shù)可根據(jù)密煉機(jī)的用途（如：塑煉、母煉或終煉）、膠料的軟硬以及配方的差異要求，對(duì)密煉機(jī)工作轉(zhuǎn)子的相對(duì)速度、絕對(duì)速度、相位以及轉(zhuǎn)子間的間隙進(jìn)行調(diào)整，從而獲得最優(yōu)的混煉效果。在輔機(jī)配套上實(shí)現(xiàn)了上輔機(jī)配套技術(shù)和下輔機(jī)配套技術(shù)，上輔機(jī)采用了流態(tài)化輸送技術(shù)以及集散式控制原理，以生產(chǎn)計(jì)劃、物流需求為核心，實(shí)現(xiàn)對(duì)解包、輸送、稱重、密煉全過程的智能化控制和信息化管理；在小料自動(dòng)配料稱重系統(tǒng)中，采用了振動(dòng)、皮帶、螺旋等多種給料方式和連續(xù)無級(jí)調(diào)速智能控制裝備，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)稱量的管理與控制一體化，確?；鞜捘z的質(zhì)量均勻性和穩(wěn)定性。密煉機(jī)的下輔機(jī)配套技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了開煉機(jī)補(bǔ)充混煉壓片技術(shù)到錐形單螺桿補(bǔ)充混煉壓片技術(shù)，目前已發(fā)展到錐形雙螺桿補(bǔ)充混煉壓片技術(shù)，大大地提高了效率，提高了混煉膠質(zhì)量和改善工作環(huán)境。

3.2 胎面擠出設(shè)備

胎面成型經(jīng)歷了壓延壓片成型和整體胎面擠出成型。由于輪胎外胎要求各部位有不同的功能，如胎冠要求耐磨，胎側(cè)要求耐屈撓、耐撕裂，胎底要求良好的熱傳導(dǎo)等，如果使用一個(gè)配方來滿足胎面的多種性能，這從提高產(chǎn)品質(zhì)量和降低成本的方面考慮都是十分困難的。因此很有必要采取復(fù)合胎面生產(chǎn)技術(shù)。復(fù)合胎面生產(chǎn)技術(shù)能夠根據(jù)胎面各部位的不同功能，使用不同配方，最大限度地滿足胎面適應(yīng)性強(qiáng)、質(zhì)量高、成本低等綜合要求。由此胎面擠出成型發(fā)展到外復(fù)合擠出成型，其采用的主機(jī)是兩臺(tái)熱喂料擠出機(jī)，其采用的生產(chǎn)線是粗放型的聯(lián)動(dòng)生產(chǎn)線。在20世紀(jì)80年代，由于計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)、機(jī)電設(shè)備的配套技術(shù)以及銷釘冷喂料擠出技術(shù)已經(jīng)成熟，工業(yè)化國家推出了內(nèi)復(fù)合胎面擠出聯(lián)動(dòng)生產(chǎn)線，它具有完美的功能，包括各種復(fù)合擠出、強(qiáng)制收縮、激光測厚、高精度稱量、冷卻、貼緩沖層、高精度胎面切割、打標(biāo)注、分選以及收集等，計(jì)算機(jī)對(duì)復(fù)合胎面聯(lián)動(dòng)生產(chǎn)線實(shí)現(xiàn)了在線檢測參數(shù)、控制生產(chǎn)過程以及進(jìn)行生產(chǎn)過程管理，使復(fù)合胎面聯(lián)動(dòng)生產(chǎn)線具有高度機(jī)械化、聯(lián)動(dòng)化、自動(dòng)化和智能化。

3.3 子午線鋼絲帶束層生產(chǎn)設(shè)備

現(xiàn)代生產(chǎn)鋼絲帶束層主要有二種辦法：一是擠出法，二是壓延法。壓延法比較適用于載重全鋼子午線帶束層的生產(chǎn)，擠出法比較適用于輕卡和乘用鋼絲子午胎帶束層的生產(chǎn)。不管擠出法，還是壓延法生產(chǎn)鋼絲帶束層的聯(lián)動(dòng)生產(chǎn)線均包括恒張力鋼絲簾線定子架，自動(dòng)載斷接頭機(jī)、自動(dòng)包邊機(jī)、自動(dòng)檢測裝置以及自動(dòng)卷取裝置等主要部分，使現(xiàn)代的子午線鋼絲帶束層生產(chǎn)設(shè)備具有機(jī)械化、聯(lián)動(dòng)化、自動(dòng)化等功能，實(shí)現(xiàn)子午胎鋼絲帶束層的全自動(dòng)化生產(chǎn)過程操作。

3.4 內(nèi)襯層膠片生產(chǎn)設(shè)備

內(nèi)襯層膠片是子午線輪胎，特別是無內(nèi)胎輪胎的一個(gè)重要橡膠部件，它是用一種或幾種膠料、一層或多層不同斷面、不同厚度和寬度的原膠片組成。早期內(nèi)襯層膠片使用普通壓延機(jī)或擠出機(jī)來生產(chǎn)，然后進(jìn)行貼合。近代內(nèi)襯層膠片的生產(chǎn)已經(jīng)使用輥筒機(jī)頭擠出聯(lián)動(dòng)生產(chǎn)線，其可以根據(jù)需要生產(chǎn)等厚的薄膠片，也可以生產(chǎn)中間厚兩邊薄的膠片。聯(lián)動(dòng)生產(chǎn)線包括帶輥筒機(jī)頭的銷釘冷喂料擠出機(jī)、帶自動(dòng)調(diào)矩的兩輥壓延機(jī)、自動(dòng)定中心裝置、自動(dòng)切割裝置、自動(dòng)控制裝置和自動(dòng)卷取裝置等。這些裝置整合成有機(jī)一體，使現(xiàn)代內(nèi)襯層膠片生產(chǎn)設(shè)備具有機(jī)械化、聯(lián)動(dòng)化和自動(dòng)化功能，實(shí)現(xiàn)了內(nèi)襯層膠片的全自動(dòng)化生產(chǎn)過程操作。

3.5 輪胎成型設(shè)備

斜交胎成型機(jī)從蟹鉗式手工包邊成型機(jī)通過加裝成型棒而提高了成型效率，但勞動(dòng)強(qiáng)度相當(dāng)大，成型操作被稱為“打老虎”；為了解決勞動(dòng)強(qiáng)度大的問題，在20世紀(jì)60年代開發(fā)了彈簧帶正包壓輥反包成型機(jī)，但這種成型機(jī)容易造成胎體打褶、起泡以及胎圈變形等缺點(diǎn)；為了克服上述問題，隨后出現(xiàn)了指型正包膠囊反包的新一代成型機(jī)，這種成型機(jī)可進(jìn)一步降低勞動(dòng)強(qiáng)度和提高輪胎質(zhì)量，但其只能用在斜交胎成型上。

子午胎成型設(shè)備，不論用于輕載半鋼子午胎還是用于全鋼載重子午胎的工藝方法，國內(nèi)在20世紀(jì)90年代以前均采用兩段法成型工藝，且第一段成型機(jī)是采用斜交胎的壓輥包邊成型機(jī)改造而成，第二段成型機(jī)采用膠囊定型，加上設(shè)計(jì)制造的缺陷，使國內(nèi)的兩段成型設(shè)備一直沒有過關(guān)。另一方面兩段成型工藝方法有先天不足，當(dāng)胎體從第一段成型機(jī)卸下時(shí)裝到第二段成型機(jī)時(shí)，胎體容易產(chǎn)生變形和鋼絲圈的不同軸度，同時(shí)容易破壞胎體各部件的接頭導(dǎo)致錯(cuò)位。顯而易見，兩段成型已不能適應(yīng)精度要求越來越高的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)了，因此一次法成型機(jī)開始在工業(yè)化國家出現(xiàn)。由于全鋼絲載重子午胎半成品部件較多，使用兩段一次法成型機(jī)生產(chǎn)效率較低，為了提高生產(chǎn)率，近年來開始使用多鼓成型機(jī)：其中有一種四鼓成型機(jī)（兩個(gè)帶束層貼合鼓和兩個(gè)可以互換180°位置的胎體成型鼓），將子午胎的成型工序分配在4個(gè)成型鼓上完成，以協(xié)調(diào)不同部件成型工序之間的時(shí)間，進(jìn)一步減少成型周期，使成型一條轎車子午胎的時(shí)間可減少到35 s；還有另一種全鋼絲載重子午胎由一個(gè)胎體成型鼓、一個(gè)帶束層胎面貼合鼓和四個(gè)膨脹定型鼓（或三鼓）一次法成型機(jī)，這種四鼓成型機(jī)成型一條載重子午胎的周期約為3 min（三鼓機(jī)約為4 min）。現(xiàn)代的輪胎成型設(shè)備已經(jīng)到了高度機(jī)械化、聯(lián)動(dòng)化和自動(dòng)化的程度。

3.6 輪胎定型硫化機(jī)

曲柄連桿式輪胎個(gè)體硫化機(jī)是20世紀(jì)50年代曲柄連桿定型硫化機(jī)的前身。當(dāng)時(shí)個(gè)體硫化機(jī)的曲柄連桿機(jī)構(gòu)對(duì)輪胎的硫化過程及相關(guān)的許多操作，如：裝胎、裝水胎（膠囊）、定型、加壓鎖模、硫化、開模、拔水胎、脫模等復(fù)雜過程，顯然是不能實(shí)現(xiàn)的。為了實(shí)現(xiàn)上述過程的機(jī)械化、聯(lián)動(dòng)化，產(chǎn)生了在下模中加設(shè)膠囊操縱機(jī)構(gòu)及其附屬裝置的設(shè)想并付諸實(shí)施，發(fā)明了現(xiàn)在的曲柄連桿定型硫化機(jī)。這種硫化機(jī)的出現(xiàn)，不但使輪胎的硫化質(zhì)量得到很大的提高，同時(shí)在橡膠工業(yè)首先實(shí)現(xiàn)了多機(jī)合一、多工序合一和自動(dòng)化生產(chǎn)，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，改善了工作環(huán)境。因此，在工業(yè)化國家迅速地推廣和發(fā)展了這種硫化機(jī)。我國在20世紀(jì)80年代前也提出了以機(jī)代罐的行政要求，但是執(zhí)行起來相當(dāng)困難。一是結(jié)構(gòu)龐大而復(fù)雜，制造困難；二是使用數(shù)量巨大、造價(jià)成本昂貴，企業(yè)難以負(fù)擔(dān)這沉重的初始投資；三是使用操作、維護(hù)、保養(yǎng)比較困難。與此同時(shí)，由于子午線輪胎的發(fā)展，其對(duì)定型硫化機(jī)的軌跡運(yùn)動(dòng)精度要求相當(dāng)嚴(yán)格。然而，曲柄連桿定型硫化機(jī)升降機(jī)構(gòu)（壓力機(jī)構(gòu)）是由四連桿機(jī)構(gòu)組成的，在各分鉸接部位都有間隙，在運(yùn)動(dòng)中容易出現(xiàn)擺動(dòng)，導(dǎo)致其運(yùn)動(dòng)精度滿足不了子午線輪胎定型硫化的要求。有資料報(bào)導(dǎo)，用PH一次法成型機(jī)成型的輪胎用曲柄連桿機(jī)構(gòu)定型硫化機(jī)硫化輪胎，其成品輪胎均勻性試驗(yàn)基本上達(dá)不到要求。

國內(nèi)曲柄連桿定型硫化機(jī)的設(shè)計(jì)、制造和使用，經(jīng)過了30多年的摸索和實(shí)踐，尤其是20世紀(jì)80年代以后的消化、吸收和創(chuàng)新工作，使國產(chǎn)的曲柄連桿定型硫化機(jī)質(zhì)量有很大的提高，其主要從兩個(gè)方面著手：一是從制造上努力提高其制造加工精度，使其各連接部位間隙減小到最低限度，減小運(yùn)動(dòng)中擺動(dòng)和子口難對(duì)中的問題，使其適應(yīng)子午線輪胎的定型硫化，這一工作卓有成效，在我國的兩大輪胎定型硫化機(jī)生產(chǎn)廠家，其生產(chǎn)此類硫化機(jī)的質(zhì)量和技術(shù)水平已與國外先進(jìn)水平接近，滿足國內(nèi)輪胎企業(yè)需要外，每年還有相當(dāng)數(shù)量的硫化機(jī)出口到日本和美國等發(fā)達(dá)國家。二是在傳統(tǒng)的曲柄連桿定型硫化機(jī)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上進(jìn)行改造，其將上橫梁的運(yùn)動(dòng)軌跡改造成為垂直升降式，同時(shí)將上橫梁與底座之間在二次定型高度以上位置采用三點(diǎn)強(qiáng)制對(duì)中，減小上橫梁發(fā)生左右漂移的問題。

雖然曲柄連桿定型硫化機(jī)經(jīng)過努力，在對(duì)中精度有很大提高，但由于其結(jié)構(gòu)的固有缺陷，對(duì)高等級(jí)子午胎還是有局限性。在這種情況下，20世紀(jì)80年代工業(yè)化國家推出了液壓定型硫化機(jī)，這種硫化機(jī)采用了具有良好對(duì)中定位的柱塞——油缸結(jié)構(gòu)，運(yùn)動(dòng)相當(dāng)平穩(wěn)，而且操作也相當(dāng)方便，非常適合高等級(jí)子午胎的硫化。在推廣子午化的今天，這種硫化機(jī)具有很好的前景。

目前的輪胎定型硫化機(jī)其機(jī)械化、聯(lián)動(dòng)化和自動(dòng)化程度是比較高的。原先設(shè)計(jì)的輪胎定型硫化機(jī)均是全自動(dòng)化的，但使用起來，在清理冷凝水、噴隔離劑往往采用手工操作，有時(shí)胎坯與下摸子口的就位也需要采用手工操作。因此定型硫化機(jī)在全自動(dòng)化操作方面仍然需下功夫，以便實(shí)現(xiàn)硫化機(jī)全自動(dòng)化操作過程。

4 現(xiàn)代輪胎先進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)的整合方案

4.1 現(xiàn)代輪胎先進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)需整合的幾個(gè)問題

在輪胎生產(chǎn)中，現(xiàn)代單機(jī)（機(jī)組）的機(jī)械化、聯(lián)動(dòng)化、自動(dòng)化程度已達(dá)到了一個(gè)新的水平，與傳統(tǒng)生產(chǎn)方法比較，其產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)效率、能源消耗、生產(chǎn)環(huán)境以及從勞動(dòng)密集型向生產(chǎn)自動(dòng)化轉(zhuǎn)變已發(fā)生了量變到質(zhì)變的過程。但在系統(tǒng)機(jī)械化、聯(lián)動(dòng)化與自動(dòng)化方面仍有許多工作要做、要完善。尤其是當(dāng)生產(chǎn)規(guī)模達(dá)到一個(gè)新的數(shù)量級(jí)時(shí)，其輸入、輸出的物流以及內(nèi)部生產(chǎn)過程的聯(lián)接和運(yùn)搬都進(jìn)入到高速的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，這不是人工操作所能完成的。在整合現(xiàn)代輪胎自動(dòng)化生產(chǎn)技術(shù)要考慮以下4個(gè)問題：

（1）實(shí)現(xiàn)快速、準(zhǔn)確、方便的快速供給系統(tǒng)。①在輸入系統(tǒng)中，要設(shè)置原材料立體倉庫；②在生產(chǎn)過程中，要設(shè)置半成品的立體倉庫；③在完成產(chǎn)品生產(chǎn)后的輸出系統(tǒng)，要設(shè)置輸出成品立體倉庫。

（2）完善與設(shè)置單機(jī)、機(jī)組以及聯(lián)動(dòng)線之間的自動(dòng)運(yùn)搬系統(tǒng)，如：從冷卻裝置出膠片至半成品倉庫的運(yùn)搬；從半成品立體倉庫至胎面擠出、鋼絲帶束層、內(nèi)襯層、鋼絲圈、膠片以及其它附件生產(chǎn)線之間的運(yùn)搬；從胎面擠出、鋼絲帶束層、內(nèi)襯層、鋼絲圈、膠片以及其它附件生產(chǎn)線至機(jī)組之間的運(yùn)搬；從成型機(jī)組件卸下的胎坯至輪胎定型硫化機(jī)之間的運(yùn)搬；從硫化機(jī)卸下的輪胎至在線檢測設(shè)備之間的運(yùn)搬；從在線檢測至包裝之間的運(yùn)搬；從包裝至成品立體倉庫之間的運(yùn)搬；最后從立體倉庫至裝車輸出成品之間的運(yùn)搬。

（3）進(jìn)一步完善單機(jī)、機(jī)組以及聯(lián)動(dòng)線內(nèi)部的自動(dòng)化水平，如：①原材料處理及加工的自動(dòng)化設(shè)備；②全自動(dòng)的投料設(shè)備；③更換機(jī)頭口模流道的自動(dòng)裝置；④鋼絲圈生產(chǎn)過程的聯(lián)動(dòng)自動(dòng)化設(shè)備；⑤硫化機(jī)的自動(dòng)噴隔離劑、清理水珠以及準(zhǔn)確定型對(duì)中裝置；⑥在線檢測的飛邊自動(dòng)修理裝置；⑦全自動(dòng)打包裝置。

（4）實(shí)現(xiàn)和完成半成品和胎坯無存放時(shí)間技術(shù)。在工廠由于膠料半成品與胎坯半成品需要停放時(shí)間，導(dǎo)致輪胎廠很難實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)連續(xù)化和自動(dòng)化，同時(shí)導(dǎo)致生產(chǎn)環(huán)節(jié)不緊湊以及占用大量廠房面積和空間。因此，要實(shí)現(xiàn)輪胎廠的自動(dòng)化，必須在工藝上也有所突破。

4.2 現(xiàn)代輪胎先進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)的基本整合方案

現(xiàn)代輪胎先進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)的基本整合方案如圖2所示。

圖2 現(xiàn)代輪胎先進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)的基本整合方案框圖

5 超現(xiàn)代輪胎生產(chǎn)技術(shù)構(gòu)思方案

所謂超現(xiàn)代輪胎生產(chǎn)技術(shù)是指在目前的生產(chǎn)技術(shù)尚不能實(shí)現(xiàn)的技術(shù)，只有通過研究獲得成功后，在若干年后或更長時(shí)間才能實(shí)現(xiàn)的輪胎生產(chǎn)技術(shù)。根據(jù)現(xiàn)有輪胎的工藝條件、輪胎結(jié)構(gòu)以及加工技術(shù)的發(fā)展動(dòng)向等因素?cái)M定三種超現(xiàn)代輪胎生產(chǎn)技術(shù)方案：①連續(xù)混煉→注射骨架→胎面注射硫化方案；②連續(xù)混煉→原骨架→胎面注射硫化方案；③間歇混煉→原骨架→胎面注射硫化方案。

5.1 連續(xù)混煉→注射骨架→胎面注射硫化方案

5.1.1 連續(xù)混煉

采用連續(xù)混煉技術(shù)對(duì)膠料進(jìn)行連續(xù)塑煉和連續(xù)混煉，并按所需半成品的尺寸進(jìn)行壓型，為提供下一工序作準(zhǔn)備。

混煉膠加工的密煉機(jī)在橡膠工業(yè)使用了將近一個(gè)世紀(jì)，在這過程中雖然已經(jīng)完善到高度機(jī)械化、聯(lián)動(dòng)化和自動(dòng)化，但卻一直沒有突破連續(xù)化這個(gè)功能。混煉膠加工機(jī)械向連續(xù)化加工機(jī)械發(fā)展已是大勢所趨，因?yàn)檫B續(xù)混煉具有許多優(yōu)點(diǎn)：①可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)混煉，大幅度提高生產(chǎn)效率；②可以免除或簡化龐大的密煉機(jī)、下輔機(jī)和上輔機(jī)，進(jìn)而由一條聯(lián)動(dòng)生產(chǎn)線代替，大大地簡化了設(shè)備的結(jié)構(gòu)；③大幅度降低能耗；④提高混煉膠質(zhì)量和穩(wěn)定性；⑤容易實(shí)現(xiàn)“綠色”操作。到目前為止，連續(xù)混煉加工機(jī)械實(shí)現(xiàn)膠料高質(zhì)量的分散混煉和分布混煉已基本得到解決，利用計(jì)算機(jī)和相關(guān)的配套設(shè)備實(shí)現(xiàn)連續(xù)的定量加料已成為可能。工業(yè)化國家很早就提出連續(xù)混煉的概念，并投入了大量人力、物力和財(cái)力進(jìn)行了大量的研究，不過目前的連續(xù)混煉要求使用膠?；蚰z粉，使連續(xù)混煉機(jī)的使用受到很大的限制，因此遲遲不能推廣。

連續(xù)混煉機(jī)的推廣和工業(yè)化需要突破如下的關(guān)鍵技術(shù)：①如何由帶狀的塑煉膠代替膠粒或膠粉和如何獲得精確的喂料技術(shù)；②如何實(shí)現(xiàn)大料、小料以及油料的強(qiáng)制定量加料；③如何匹配膠料與各種配合劑配比的變化等。這種連續(xù)混煉機(jī)可以設(shè)想由一臺(tái)新型的螺桿塑煉機(jī)→大料連續(xù)混煉擠出機(jī)→小料與油料連續(xù)混煉擠出機(jī)→壓片擠出機(jī)所組成的聯(lián)動(dòng)線。在生產(chǎn)線上配以儲(chǔ)料與定量加料裝置，整條生產(chǎn)線由計(jì)算機(jī)進(jìn)行監(jiān)測和控制。

這類混煉膠加工機(jī)械沒有現(xiàn)成的樣機(jī)，但是有現(xiàn)代的技術(shù)和計(jì)算機(jī)作后盾，經(jīng)過自主創(chuàng)新，這類新型的連續(xù)混煉設(shè)備是能夠?qū)崿F(xiàn)的。國際上的三海CCC輪胎全自動(dòng)化生產(chǎn)技術(shù)已成功地開發(fā)了低溫連續(xù)混煉技術(shù)。

5.1.2 骨架注射技術(shù)

到目前為止，國際上尚未有輪胎骨架注射技術(shù)，只有聚氨酯澆注輪胎技術(shù)。如果輪胎生產(chǎn)突破了骨架注射技術(shù)，將是輪胎生產(chǎn)技術(shù)的一次革命性突破，它將簡化目前輪胎廠最繁瑣的和數(shù)量最多的聯(lián)動(dòng)生產(chǎn)線，由此帶來簡化工藝、提高生產(chǎn)效率、降低能耗、降低勞動(dòng)量、降低廠房面積，從而帶來降低成本。

骨架注射技術(shù)設(shè)想為兩種方案：一是由冶煉廠按輪胎制造要求澆注出鋼絲骨架，通過處理進(jìn)行掛膠，可以是多個(gè)鋼絲骨架的組合，并進(jìn)行預(yù)緊力處理和成型；二是直接由高強(qiáng)度的材料，如碳纖維或有關(guān)材料按輪胎工藝要求進(jìn)行注射成型，然后通過必要工序使其在形狀尺寸和與胎面胎側(cè)膠能粘合界面體的輪胎骨架。

雖然這是一個(gè)尚未實(shí)現(xiàn)的生產(chǎn)方法，但按現(xiàn)代已有的技術(shù)，如：材料技術(shù)、冶煉技術(shù)、成型加工技術(shù)以及材料界面結(jié)合技術(shù)都是可行的。一旦骨架澆注或注射技術(shù)原理成功，許多連鎖問題，如材料的生產(chǎn)問題，價(jià)格問題等也會(huì)由社會(huì)發(fā)展和技術(shù)進(jìn)步而得到實(shí)現(xiàn)和解決。在作為超現(xiàn)代的輪胎生產(chǎn)中是應(yīng)該得到表述的。

5.1.3 胎面注射與硫化技術(shù)

到目前為止，國內(nèi)外尚未有輪胎胎面注射與硫化技術(shù)，但近年來華南理工大學(xué)在研究采用傳統(tǒng)方法生產(chǎn)的胎體對(duì)胎面進(jìn)行聚氨酯澆注成型技術(shù)，該項(xiàng)目已于2005年年初通過技術(shù)鑒定。這種方法雖然有別于干膠注射方法，因?yàn)榫郯滨ゾ哂辛己玫牧鲃?dòng)性，易于成型，但是這種方法也可作為借鑒。如果在技術(shù)上能夠注射干膠的話：一是有足夠的注射量；二是有足夠的注射壓力，那么輪胎胎面注射同樣能獲得成功。

青島科技大學(xué)高分子材料加工機(jī)械研究所已成功地開發(fā)出橡膠一步法注射成型技術(shù)和全套設(shè)備，如，油田螺桿鉆具（泵）橡膠定子一步法注射成型技術(shù)與全套設(shè)備，已于2007年投產(chǎn)；輪胎膠囊一步法注射成型技術(shù)與全套設(shè)備已于2006年元月通過部級(jí)鑒定。經(jīng)過10多年研究，已經(jīng)掌握了橡膠一步法注射成型技術(shù)與全套設(shè)備的原理、理論、設(shè)計(jì)、制造、安裝、調(diào)試和使用等系統(tǒng)工程技術(shù)——胎面注射與硫化技術(shù)。這種技術(shù)比起注射法翻胎更具可行性：一是胎面沒有過硫老化的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)；二是胎面肩部與胎側(cè)的過渡無需在模具中附加模板，簡化生產(chǎn)過程。

本技術(shù)在超現(xiàn)代的輪胎生產(chǎn)中雖然會(huì)出現(xiàn)這樣或那樣的問題，但該技術(shù)在超現(xiàn)代的輪胎生產(chǎn)中是可行的。

5.2 連續(xù)混煉→原骨架胎體→胎面注射硫化技術(shù)方案

本技術(shù)方案，其連續(xù)混煉與胎面注射硫化技術(shù)與上一技術(shù)方案是相同的，但在骨架胎體技術(shù)上有所不同，前者是需經(jīng)全新的摸索，未知數(shù)很大；而原骨架胎體技術(shù)是目前成熟的技術(shù)，只作小許的技術(shù)變化就可獲得注射用的骨架胎體，成功把握性較大。

本技術(shù)方案比上一技術(shù)方案可行性大，但它在成型工藝、輪胎結(jié)構(gòu)和加工設(shè)備沒有上一技術(shù)方案的突破性那麼大。本技術(shù)方案與現(xiàn)代生產(chǎn)方法比較接近。

5.3 間歇混煉→原骨架胎體→胎面注射硫化技術(shù)方案

本技術(shù)方案，其間歇混煉技術(shù)是成熟的，包括：上輔機(jī)/密煉機(jī)/下輔機(jī)，本技術(shù)可采用現(xiàn)代的原有技術(shù)。

原骨架胎體與現(xiàn)有技術(shù)相近，沒有多大的技術(shù)難度，風(fēng)險(xiǎn)較小。

胎面注射硫化技術(shù)，其核心技術(shù)已開發(fā)成功，下一步工作只是將現(xiàn)有一步法注射成型技術(shù)與電動(dòng)螺旋硫化技術(shù)整合成胎面注射硫化技術(shù)于有機(jī)一體的技術(shù)。

本技術(shù)方案將比上述兩個(gè)技術(shù)方案更可行、現(xiàn)實(shí)些。

6 推進(jìn)企業(yè)全自動(dòng)輪胎生產(chǎn)技術(shù)的建議

6.1 企業(yè)全自動(dòng)輪胎生產(chǎn)技術(shù)的主要課題

6.1.1 整合工廠現(xiàn)有技術(shù)，提高自動(dòng)化程度

（1）完善和提高單機(jī)（機(jī)組）的自動(dòng)化水平和工作的可靠性。

①原材料處理及加工的自動(dòng)化設(shè)備；

②煉膠系統(tǒng)的全自動(dòng)投料設(shè)備；

③鋼絲圈生產(chǎn)過程的聯(lián)動(dòng)自動(dòng)化設(shè)備；

④硫化機(jī)的自動(dòng)噴隔離劑、清理水珠以及胎坯準(zhǔn)確定型對(duì)中裝置；

⑤在線檢測的飛邊自動(dòng)修整裝置；

⑥全自動(dòng)打包裝置。

（2）完善與設(shè)置單機(jī)、機(jī)組以及聯(lián)動(dòng)線之間的運(yùn)搬系統(tǒng)。

①從冷卻裝置出膠片至成品庫的運(yùn)搬；

②從半成品庫至胎面擠出、帶束層、內(nèi)襯層、鋼絲圈、膠片以及其他生產(chǎn)線之間的運(yùn)搬；

③從胎面擠出、帶束層、內(nèi)襯層、鋼絲圈、膠片以及其它附件生產(chǎn)線至成型機(jī)組之間的運(yùn)搬；

④從成型機(jī)組卸下的胎坯至輪胎定型硫化機(jī)之間的運(yùn)搬；

⑤從硫化機(jī)卸下的輪胎至在線檢測（轎車胎）之間的運(yùn)搬；

⑥從在線檢測至打包機(jī)之間的運(yùn)搬；

⑦從包裝至成品庫之間的運(yùn)搬；

⑧從成品庫至裝車出廠之間的運(yùn)搬。

（3）設(shè)置和實(shí)現(xiàn)快速、準(zhǔn)確、方便的快速儲(chǔ)存和供給系統(tǒng)。

①在輸入系統(tǒng)中，要設(shè)置原材料立體倉庫；

②在生產(chǎn)過程中，要設(shè)置未成品立體倉庫；

③在完成產(chǎn)品生產(chǎn)后的輸出系統(tǒng)，要設(shè)置輸出成品立體倉庫。

（4）實(shí)現(xiàn)和完半成品和胎坯無存放時(shí)間技術(shù)。

6.1.2 實(shí)施中國特色原始創(chuàng)新的全自動(dòng)輪胎生產(chǎn)技術(shù)方案

（1）全自動(dòng)輪胎生產(chǎn)技術(shù)的目標(biāo)：

連續(xù)混煉技術(shù)—新概念胎體成型技術(shù)—注射硫化輪胎技術(shù)。

（2）分階段實(shí)施的全自動(dòng)輪胎生產(chǎn)技術(shù)。

①注射輪胎胎面技術(shù)。

該技術(shù)能節(jié)省復(fù)合胎面聯(lián)動(dòng)生產(chǎn)線和廠房面積；能提高產(chǎn)品質(zhì)量，初步估計(jì)比現(xiàn)有輪胎成型方法提高20%的壽命；能生產(chǎn)出質(zhì)量穩(wěn)定的輪胎。

該技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)——一步法注射成型技術(shù)與全電動(dòng)螺旋鎖模技術(shù)已開發(fā)成功，因此實(shí)現(xiàn)注射輪胎胎面技術(shù)具有較充分的可行性。

該技術(shù)研究成功后，可首先嫁接在現(xiàn)有輪胎制造技術(shù)中。

②連續(xù)塑煉——混煉技術(shù)。

該技術(shù)是工業(yè)化國家有關(guān)領(lǐng)域都在攻關(guān)的技術(shù)，目前國外這方面也仍然處在探索階段，而且采用以粒料與粉料作為定量加料和混煉的先決條件，此法是很難推廣的。青島科技大學(xué)高機(jī)所已經(jīng)過近40年的思考，并在2000年進(jìn)行了連續(xù)混煉技術(shù)的實(shí)驗(yàn)室研究，這一研究已初步驗(yàn)證了新構(gòu)思連續(xù)混煉技術(shù)的可行性。這一技術(shù)可進(jìn)入工業(yè)中試，有望實(shí)現(xiàn)工業(yè)化突破。

③ 新概念胎體成型技術(shù)。

此一技術(shù)到目前為止純屬構(gòu)思，其有兩個(gè)構(gòu)思方案：一是采用高強(qiáng)度材料（如碳纖維混合物或其他高分子材料）進(jìn)行注射成型，并輔予胎體成型，得出一種新概念胎體；二是按輪胎工藝要求，在冶煉廠澆注出金屬骨架，可以是多層骨架，然后經(jīng)掛膠處理和輔予胎體成型，得出另一種新概念胎體。這一技術(shù)可作為實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)，當(dāng)原理可行時(shí)，再進(jìn)行工業(yè)中試。

6.2 推進(jìn)企業(yè)全自動(dòng)輪胎生產(chǎn)技術(shù)的實(shí)施方案

6.2.1 總體運(yùn)籌，逐一突破

（1）在整合工廠現(xiàn)有技術(shù)中，可先考慮單機(jī)（機(jī)組）自動(dòng)化的完善以及對(duì)勞動(dòng)密集型工序進(jìn)行機(jī)械化、自動(dòng)化改造；

（2）在超現(xiàn)代輪胎生產(chǎn)技術(shù)中，可先考慮一步法注射輪胎胎面硫化技術(shù)；

（3）在解決關(guān)鍵技術(shù)以后，再作全面的技術(shù)整合，這樣既不影響正常生產(chǎn)，又能不斷提高自動(dòng)化水平。

6.2.2 推進(jìn)企業(yè)全自動(dòng)輪胎生產(chǎn)技術(shù)工作，應(yīng)納入企業(yè)決策和工作日程

全自動(dòng)輪胎生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)作為企業(yè)發(fā)展的一件大事來抓、來管、來落實(shí)，只有領(lǐng)導(dǎo)重視才能多快好省出成果。應(yīng)指定專職領(lǐng)導(dǎo)負(fù)責(zé)此工作。

6.2.3 組建企業(yè)全自動(dòng)輪胎生產(chǎn)技術(shù)研究機(jī)構(gòu)

（1）研究機(jī)構(gòu)班子要完善；

（2）研究機(jī)構(gòu)人員要精悍；

（3）可以分成若干攻關(guān)小組；

（4）任務(wù)、責(zé)任要落實(shí)到人；

（5）研究機(jī)構(gòu)可聘請國內(nèi)外有技術(shù)專長的專家；

（6）制訂完善的管理辦法。

6.2.4 建立企業(yè)全自動(dòng)輪胎生產(chǎn)技術(shù)中試基地

（1）中試基地是高新技術(shù)的孵化基地，其不受生產(chǎn)影響，也不影響正常生產(chǎn)；

（2）中試基地的項(xiàng)目是滾動(dòng)的，有效地利用中試基地；

（3）中試基地是研究機(jī)構(gòu)的一部分。

（XS-06）

TQ330.52

：1009-797X(2015)03-0020-05

BDOI：10.13520/j.cnki.rpte.2015.03.004

呂柏源（1942-），男，教授、博導(dǎo)，長期從事高分子材料加工機(jī)械的教學(xué)、研究和開發(fā)工作。

2014-09-15