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）

我國基礎建設投資力度的加大，大型工程建設項目的不斷上馬，強力拉動了工程機械市場。近年來工程機械年產量以超過20%的速度增長，其中裝載機年產量更是以超過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）安裝和應用項目，有效擴大了工程機械輪胎生產能力。現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，且對廠房基礎設施要求不高。

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，硫化結束后需要人工將水胎從成品輪胎內扒出。扒水胎時熱水是半開放式的，作業過程存在較大作業風險（硫化結束后硫化罐用滿罐水浸泡，扒水胎鼓風打水作業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，省去了作業風險較高的定型機定型和扒胎工序，同時系統的熱水密閉循環，作業安全性高。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實行三班倒，共15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）硫化機及模具的設計及加工；（2）土建基礎設施的設計及施工；（3）根據工藝條件，確定動力介質管道；（4）制定輪胎硫化工藝方案；（5）對工藝中新增的二次水、內冷水和后充氣管道進行設計及施工；（6）設備、閥組、后充氣裝置及控制柜安裝；（7）設備調試及試生產；（8）鋼板平臺和防護欄的設計及制作。

3 液壓鎖模個體硫化機及模具的設計和改進

（1）液壓鎖模和模內定型

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合，其工藝特點是液壓鎖模和模內定型。液壓鎖模個體硫化機鎖模機構采用高壓水為動力介質，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，模具制造采用數控銑花機加工花塊再用電火花精加工的工藝，在模具質量提高的前提下，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）蒸汽室循環管路改進

模具蒸汽室的循環管路采用上、下模獨立蒸汽室加裝金屬軟管結構。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）下模排冷凝水系統改進

原設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）低壓管道系統改進

原設計的液壓鎖模個體硫化機低壓管道系統上環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，對低壓管道系統進行改進，將原低壓水綜合器分為來、回水綜合器，在上環升降管道上各裝一個切斷閥，實現自由控制上環升降高度，徹底解決了成品輪胎胎里打褶問題。

（7）自動控制系統改進

購進的液壓鎖模個體硫化機自動控制系統許多關鍵動作沒有互鎖，存在嚴重的安全、質量隱患。針對試制期間發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，控制鎖環鎖到位，若鎖環鎖不到位，硫化自動控制系統不運行；改造控制管路，實現定型操作控制系統與硫化過程各閥門控制系統互鎖，同時實現定型操作時不會發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、回水同時關閉，導致成品輪胎報廢。

4 液壓鎖模個體硫化機及模具技術要求

工程機械輪胎液壓鎖模個體硫化機設備參數：適用輪胎規格23.5-25 16PR TT，中心機構上缸公稱壓力2.5 MPa，中心機構上缸推舉力63 kN，中心機構上缸回程拉力53 kN，中心機構上缸最大行程1020 mm，中心機構下缸公稱壓力2.5 MPa，中心機構下缸推舉力30 kN，中心機構下缸回程拉力23 kN，中心機構下缸最大行程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）各種介質管道閥門安全、可靠，無堵塞、無串漏等現象；（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合面（邊）符合外觀質量要求，無錯縫、錯花現象；（4）中心機構活塞桿運動靈活，位置準確，不自動升降；（5）PLC自動控制系統靈敏、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）設備電器按鈕和開關靈敏，設備和管路保溫良好；（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）模具內刻輪胎規格、層級、花紋代號、負荷、氣壓、輪輞規格、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，經樣板檢驗，上、下模具內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，內表面光潔，無銹蝕；（6）模具內表面無砂眼，模口完好，最大卷邊程度不超過0.5 mm，卡盤縫隙不大于0.5 mm；（7）上模外側均布的3個吊環安全、可靠，下模模口有2個對稱的吊模用螺紋孔；（8）模具停放7天以上再用時將內表面清理干凈，涂抹防銹油；（9）停用模具應成套存放，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）內壓過熱水壓力（加壓缸）（2.8±0.2） MPa，內壓過熱水溫度（165～180） ℃；（3）低壓水壓力不低于2.0 MPa：（4）內冷水壓力不低于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）模具必須預熱后進行硫化，預熱時間不短于30 min，預熱模具首次硫化時內、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）將相應規格的膠囊和膠囊夾盤準備好；（2）將膠囊下夾盤內盤置于膠囊托架上，把膠囊撐開套入內盤，使膠囊牙子進內盤夾槽，將下趾圈落上，使膠囊牙子進外盤夾槽，用螺絲把膠囊內、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盤裝入膠囊內，使膠囊牙子進內盤夾槽，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、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，用吊車把裝好的膠囊套到中心機構上，上緊上、下夾盤與中心機構連接螺絲，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，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、缺膠處用相應膠補平，用汽油將處理表面清洗干凈，胎側均勻涂刷外噴涂劑。

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上，然后進行定型操作。定型時上環要多升降幾次，確保膠囊充分伸展開；下環降到底，上環降到設定定型高度；壓縮空氣管通入下模外壓進汽口，將下模腔內冷凝水吹凈，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。對準鎖環鎖齒，將上模落下，確認定位塊到位，閉上鎖環；（2）通定型汽不少于0.5 min，將加壓缸開關扳到開位鎖模，確認內壓表顯示壓力不低于2.6 MPa，且穩定。

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

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

后充氣 ：（1）上環升，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；（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后，工程機械輪胎年產量增大15萬套，產值增加6.75億元，與采用硫化罐硫化相比，全年降低生產成本625.5萬元；同時由于液壓鎖模個體硫化機膠囊延展性好，硫化內壓增大，硫化輪胎質量提高。工程機械輪胎液壓鎖模個體硫化機的應用成為我公司又一個新的經濟增長點。