輪胎成型機旋轉密封技術研究

董月超，咸曉玲，于春洪

（山東玲瓏機電有限公司，山東 招遠 265400）

隨著人們對出行的要求有所提高之后，目前市場上所存留的輪胎已經無法滿足人們的需要，不僅需要提高現有輪胎的質量，并且對輪胎的需求量也不斷增加，這樣也就帶動了輪胎成型機的市場競爭。一部好的輪胎成型機不僅要能夠提高設備的生產效率，還要減少單條輪胎的生產時間，這樣商家購進輪胎成型機才會有一定的利潤可圖。高效的制造和生產往往會對其制作過程和生產工藝提出更高的要求，需要提高設備零件的使用壽命保證高效生產的持續性，所以在生產期間需要有專人對輪胎成型機進行維護保養和監管，確保輪胎成型機的正常持續運作。在養護時需要注意對設備進行精度、流暢性等性能的檢驗和維護，保持設備的運作狀態[1]。

1 輪胎成型機的結構原理

輪胎成型機的一般結構都是用合金和鋼毛坯作為輪胎成型機的成型鼓主軸的，再將熱處理和表面處理的結構部件添加上去來增強成型鼓主軸的硬度和耐磨性。在輪胎生產過程中，依據輪胎生產流水線的設定，不同性能的輪胎生產所需要的時間不同，其生產流程和制作工藝也有一定區別，以195/60R15（輪胎斷面寬度195mm，輪胎扁平比為60，適用鋼圈的直徑為16英寸的子午線輪胎）為例，這種輪胎的生產時間大約為47s，而如果要縮短輪胎的生產時間，提高生產效率，那么輪胎需要持續通過輪胎成型機進行旋轉密封，這樣會導致輪胎成型機的旋轉密封構件散熱時間不足，從而影響整個旋轉密封流程的進行，甚至會對輪胎成型機的主軸產生磨損和破壞。根據實驗測試，如果進行連續的正常生產，那么旋轉密封的構件就會因為持續工作未能及時散熱而導致自身氣塊溫度達到90℃以上，而在這樣的溫度下進行持續運作會嚴重影響到輪胎成型機的正常使用和生產，密封圈和主軸也會因為持續高溫而產生磨損，最終導致密封失效，無法對輪胎形成完整的密封。旋轉密封圈設備磨損失效后需要進行更換才能保證輪胎成型機的正常運轉，但是更換旋轉密封圈所需要的時間和人力都較多，導致無法第一時間繼續進行生產，并且由于輪胎成型機的主軸也存在磨損，所以即使更換了密封圈也可能會因為主軸磨損導致無法對輪胎進行密封，這樣就需要更換輪胎成型機的主軸，提高了維護成本。所以我們為了保證輪胎成型機的使用壽命和輪胎密封質量，進行了大量的實驗和測試，最終得到最適合適用結構和材料。我們首先對主軸結構進行了調質測試和處理，并且氮化了密封圈的外圓，以此來增強主軸和密封圈的硬度和耐磨損性，此次測試一共進行了三組，這三組試驗組的試驗環境同為通氣保壓，再給三組試驗氣塊供入0.5MPa的氣壓源后關閉氣源，然后在此過程中對密封構件進行手動旋轉，保證旋轉時不會有氣體泄露[2]。

試驗：輪胎成型機的唇形密封圈制作采用的是含油石墨，所以在進行氣塊連接螺釘的緊固時需要用到扭力扳手，扳手的扭矩應為10N·M，確保密封圈不會產生變形影響密封效果。測試過程中，當生產流水線正常工作時，貼完層料成型機的生產系統會出現短暫的停頓，此時需要考慮這種停頓會不會對輪胎成型機的生產制作進行改善，是否能夠減少生產對主軸的磨損，測試中在分氣塊不通氣時，因為密封圈會與主軸產生接觸而出現摩擦，導致主軸有一定程度的磨損，當分氣塊上的摩擦扭矩達到17.96N·M時，在分氣塊中供給0.5MPa的壓力，就會導致分氣塊的摩擦力產生過大的扭矩，此時整個系統需要克服摩擦力做功出現大量的熱，此時測試現場的環境溫度為30℃，系統在進行四個小時的持續生產工作后其分氣塊的表面溫度達到了87℃，同條件連續生產工作8h后溫度高達95℃。接下來通過第一次的試驗結果進行改善，在第二次測試時改進了旋轉密封的結構，出現了成型鼓機箱旋轉密封裝置，此裝置中的十路分氣塊通過十個螺桿進行連接形成一個整體結構，然后依次對分氣塊的靜密封性能進行測試。在進行安裝時，要注意氣塊的漏氣問題，避免出現氣塊漏氣的現象，否則需要將分氣塊全部拆卸重裝。新型的旋轉密封結構能夠讓每個分氣塊實現單獨試氣和保壓，這樣能夠很好的提升裝配試氣成功率，通過使用后單獨的螺釘連接實現分氣塊靜密封性能的分組測試，避免了測試結果出現問題需要全部重新安裝的情況，提高了旋轉密封一次裝配、試氣成功的概率。

下面圖1為內部結構圖。

圖1 內部結構圖

通過密封環將兩個相鄰分氣塊進行隔離，并且在密封環上設置有氣孔來防止分氣塊之間串氣現象的出現，如圖可以看出相鄰分氣塊是用螺釘單獨進行連接的，比如在安裝一號氣塊和二號氣塊時就可以先對一號氣塊的靜密封性能進行測試，測試結果符合使用要求時在進行下一組氣塊的安裝。在分氣塊中涌入氣源經過內圈后進入主軸，給成型鼓提供空氣，此時唇型密封圈的材質比較柔軟，這就決定了在安裝拆卸唇形密封圈時，我們需要更加的仔細認真，否則容易造成唇形密封圈的損壞。在現場的時候客戶更換唇形密封圈時往往都需要重復幾次才能成功。首先需要將內圈內表面與主軸外表面涂抹機床導軌油，再將內圈緩慢勻速推進主軸。

圖2 模型圖

根據模型圖可以看出，整個機器的構造極為復雜，我們應掌握它的大概構造，方便我們可以學會使用它的方法，從而生產出很多更好的輪胎。

2 計算

輪胎旋轉密封機構造中所采用的是旋轉密封技術，它是屬于動密封的一種。旋轉式密封圈是指具有雙向密封作用的兩側旋轉或者擺動運動的連接點處，它所存在的液壓轉動，在許多工程機械和汽車器材等領域中也是同樣存在這類的液壓轉動，這樣的液壓轉動當它所承受到的兩側壓力實際上是雙向相互作用時，其可以通過旋轉而形成一個旋轉式的密封圈。與其它的密封元件相比較，這樣所制造出來的密封圈比較其它所形成的密封圈結構更為緊湊，能夠廣泛使用于更小型的零部件中，且由于其安裝簡單，降低了其風險，可以解決和應對不同的密封性問題，如靜態、動態、單作用或者雙作用等不同的情況。材料可供選用的范圍廣，適用于連接大多數的流體;存貨數量大，規格齊全，便于進行日常維護及修理。同時，應特別注意以下幾點：為了使o形圈能夠很好地起到螺紋旋轉式密封技術的功能，o形圈的安裝也必須滿足其旋轉式密封技術的具體工作原則。旋轉式密封圈的工作原理主要是基于螺紋拉伸而產生的彈性密封圈，當受熱后就會發生收縮，也就是我們常說的焦耳效應。根據目前我國一些行業常規產品設計密封技術標準，o形環外圈的密封內徑一般將略微的小于密封軸徑，由于外部壓力摩擦而及時產生的外部摩擦熱量將很有可能也就會直接使得用于密封的外圈內部表層產生較大的壓力收縮，這樣也就可能會直接導致由于使得高速旋轉密封軸上的內部壓力隨之增加而不能及時形成一層含有潤滑油脂的薄膜，導致內部摩擦力就會變得更大，結果也就是外圈磨損大的程度隨之增加，密封的外圈也就會提前的被丟掉。了解了這些螺旋式封閉密封環內圈軸在工作時的原理后，就已經知道可以有效防止這種特殊情況的再發生，旋轉式封閉密封環內圈的軸徑尺寸，氣內徑都測量應該相對均勻地比所符合要求的封閉密封圈內軸徑大百分之二至百分之五，當這些密封圈軸被安裝到密封溝槽中時，它們的徑向就會受到外力壓縮，并被進入溝槽的惰性氣體用力壓向形成螺旋式封閉密封圈的軸。因此，密封圈一定要注意放置在一個溝槽中使它略顯地小而呈現一個個的波紋狀，這樣我們才能有效幫助保證溝槽的正常潤滑。

3 測試結果

測試一中的測試流程和測試二的測試流程是不一樣的，每貼完一層物料所需要的時間間隔為2秒，在這個測試中系統的加減速以及它的峰值速度應該與現場正常生產時是一樣的，否則就是不標準的。第二次測試設置了10組分氣塊按照正常的生產流程來進行這個測試，在生產了5000條輪胎后，拆下旋轉密封圈，然后用千分表測量輪胎的內圈，如果輪胎內圈的表面上沒有出現任何磨損的痕跡，則就表示旋轉密封結構沒有遭到破壞，那么就說明在測試階段獲得了大的成功。這時我們再將旋轉密封系統安裝在輪胎成型機上，工作人員持續追蹤旋轉密封系統在輪胎生產時的所發生的情況，以及觀察記錄系統整體的穩定性是否達到了標準。

4 結語

總而言之，目前我國的輪胎制造業雖在飛速發展，但整體來說還處在于國際分工的中低端，還有很多的問題需要我們去發現，去完善。推動輪胎制造業發展的任務迫在眉睫，技術創新是不可或缺的。“中國制造 2025”對于我們行業從業者來說，既是機遇更是挑戰。只有勇于抓住機遇，不懼挑戰，不斷創新，這些行業才能充滿活力，才能進而推動輪胎成型機技術的不斷提高，才能創造出更多更好的輪胎，從而促進經濟社會穩步向前發展。