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液壓硫化器液壓原理的設計
發布時間:2019.01.28  瀏覽次數:
 
隨著我國交通運輸事業的迅速發展,高速公路不斷鋪設,這就對對汽車輪胎的均勻性提出了越來越高的要求,因此對硫化機的工作精度要求也隨之提高。
    目前我國輪胎行業廣泛應用的是50年代發展起來的機械式硫化器,由於本身結構的原因,機械式硫化器存在如下問題:
1、上下熱板的平行度、同軸度、機械手卡爪圓度和對下熱板內孔的同軸度等精度等級低,特別是重複精度低;
2、連杆、曲柄齒輪等主要受力件上的運動副,是由銅套組成的滑動軸承,易磨損,對精度影響較大。
3、上下模受到的合模力不均勻,對雙模輪胎定型硫化機而言,兩側的受力,大於兩內側的受力; 
4、合模力是在曲柄銷到達下死點瞬間由各受力構件彈性變形量所決定的,而溫度變化使受力構件尺寸發生變化,合模力也隨之發生變化,因此,生產過程中溫度的波動將造成合模力的波動。
    
由於機械式輪胎硫化機存在的不可克服的弱點,已不能滿足由於高速公路的發展,對汽車輪胎質量要求的日益提高。因而世界上主要輪胎公司已逐步采用液壓式硫化機代替傳統的機械式硫化機,這是因為液壓式硫化機結構上具有如下特點:
1、機體為固定的框架式,結構緊湊,剛性良好。雖然液壓式硫化器也是雙模腔,但從受力角度看,隻是兩台單模硫化機連結在一起,在合模力作用下,機架微小變形是以模具中心線對稱的; 
2、開合模時,上模部分僅作垂直上下運動,可保持很高的對中精度和重複精度;另一方麵,對保持活洛模的精度也較為有利;
3、上下合模力均勻,不受工作溫度影響;
4、整機重量減輕,僅為機械式硫化機的1/3;
5、由於取消了全部蝸輪減速器、大小齒輪、曲柄齒輪和連杆等運動部件和易損件,使維護保養工作量減少。

一、液壓式輪胎定型硫化機的工作程序
    液壓硫化機工作時,升降油缸帶動上模沿導向柱上升,在機架內形成空腔,裝胎裝置轉進裝胎,中心機構的上下環上升,胎胚定位,裝胎裝置卸胎後退出,升降油缸帶動上模沿導向柱下降合模,胎胚定型後合模到位,在模座下麵的4個短行程加力油缸作用下,產生要求的合模力。輪胎硫化結束後,加力油缸卸壓,升降油缸帶動上模上升,輪胎脫出上模,上模上升到位後,中心機構囊筒上升,輪胎脫下模,中心機構的上下環下降,膠囊收入囊筒中,同時,卸胎機構轉進,囊筒下降,卸胎機構將輪胎翻轉而出,送至後充氣冷卻。
    從各國實踐經驗看,液壓式硫化機在升降驅動裝置、活絡模裝置、加力裝置、中心機構、囊筒升降裝置上采用液壓驅動。可以說除卸胎裝置和裝胎裝置采用氣動控製外,其它均采用液壓驅動。因此,作為動力源的液壓係統設計十分重要。 

二、硫化機液壓動力源的設計
    1140液壓式輪胎硫化機硫化胎圈直徑範圍12"~18",最大合模力為1360KN。合模力的獲得完全來源於油壓。一般采用低壓力、較快速度、較長行程的油缸控製開合模。合模後,用高壓、短行程的油缸使上下模受到合模力。由於負載和速度變化較大,要求相應的液壓係統能提供較大範圍變化的壓力和流量。
    液壓係統各缸工作時所需流量計算如下:
    缸的幾何流量Q= 
    式中:
    Q-幾何流量 l/min
    A-有效麵積 
    S-缸的行程 m
    t-運行時間s
       
    係統流量變化較大,在充分考慮了液壓係統工作的可靠性、安全性及實用性情況下,采用雙聯葉片泵作為動力源,能完全滿足流量範圍變化大的要求,另一方麵該泵,具有液壓衝擊小、壓力平穩、噪聲小、工作性能較好的優點。
    由於采用雙聯葉片泵,須配有溢流閥-卸荷閥組,以滿足不同流量時的要求;同時,在工作過程中,當卸胎裝置、裝胎裝置工作時,所有液壓缸均處於不工作狀態,如果采取停止泵的運轉的方式,會造成泵頻繁啟動,為避免這一現象,考慮采用電控溢流閥,通過電氣控製,使溢流閥平時起安全閥作用,電磁鐵帶電時處於卸荷狀態。
    液壓源設計成功與否,不僅僅要正確選擇液壓泵以解決動力源問題,而且需全盤考慮配置,才能達到性能要求。因此在液壓站的設計中,泵與電機的聯接采用彈性聯軸器,確保同軸度與垂直度的同時具有良好的減振性;在泵和電機的安裝上采用立式安裝,不僅節省安裝空間,且油泵浸於油麵以下,油泵自吸良好;主油路中液壓油的壓力由主溢流閥的工作狀態控製,為了保證油液的清潔度,設置精密過濾器(10μm),保證比例係統正常工作。

    三、硫化機的保壓和泄壓
    硫化機在工作循環中,輪胎硫化需長時間保壓(主要是加力缸和中心缸的保壓),以確保輪胎質量。保壓性能的好壞,直接影響到輪胎硫化的質量,在設計時,擬定了兩種保壓方式。
    1. 用液控單向閥保壓。如圖三所示。在油缸的進油路上串聯一個液控單向閥,利用單向閥錐形閥座的密封性來實現保壓。它在200Mpa壓力下,10min內壓力降不超過2Mpa。
    2. 用蓄能器保壓。如圖四所示。蓄能器與主缸相通,補償係統漏油,並且在蓄能器出口設單向節流閥,其作用是防止換向閥切換時,蓄能器突然泄壓而造成衝擊。采用蓄能器保壓24小時內,壓力降不超過1~2bar。
 
    兩種方式在理論上均有可取之處。用液控單向閥保壓,簡單、易於安裝。但隨著錐閥磨損或油的汙染,液壓油的泄漏增加,保壓性能將降低,此外,這種方法在保壓過程中壓力降過大,因此可靠性差。而采用蓄能器保壓,既能節約功率,又能保證1140液壓硫化機保壓15min中內壓力基本不降。因而,在1140液壓硫化機中采用蓄能器保壓。
    保壓時由於主機的彈性變形、油的壓縮和管道的膨脹而貯存了一部分能量,故保壓後必須逐漸泄壓,泄壓過快,將引起液壓係統劇烈的衝擊、振動和噪聲,甚至會使管路和閥門破裂。因此,設計中采用適當的泄壓方式十分重要。本機中采用延緩換向閥切換時間來達到逐步泄壓目的。即采用帶阻尼器中位為Y型的電液換向閥。當保壓完畢反向回程時,由於阻尼器的作用,換向閥延遲換向,使換向閥在中位停留時主缸上腔泄壓後再換向回程。

    四、比例技術在液壓硫化機中的應用
    硫化機在開合模過程中,油缸行程較大。合模時,要求油缸首先快速合模,在接近定型時,為防止因速度過大,造成慣性前衝,油缸需要減速,即慢進,然後到位停止,並且二次定型後,完全合模時,合模缸速度也較小。此外,硫化完畢,上模開啟時,為提高效率,應快速開模,在快到達預定位置時,為防止衝擊,需要減速到達死點後鎖緊。從以上過程可以看出,開合模油缸在往返行程中,速度和加速度都不同。根據此工況,利用傳統式的液壓控製閥擬定控製合模缸的液壓原理圖如圖五。 
    利用傳統式的液壓控製閥,由於隻能對液流進行定值控製,而換向閥隻起開關作用,組成的液壓係統較複雜,同時,大量液壓閥的應用,  
    也降低了係統的可靠性,且係統的動靜態特性都較差。
    隨著液壓技術的發展,60年代末出現了比例技術,由於比例控製具有電液伺服係統優良的動、靜態特性的優點,且加工製造簡單、價格低廉、工作可靠、維護方便。因而,在設計中,首次將比例技術這一先進技術應用到液壓係統中,提高了產品的技術含量。
    利用比例技術實現開合模過程的控製,其液壓原理圖如圖六。此處僅使用一個比例方向閥便實現了需七個傳統液壓閥方能實現的功能。這種控製方式實質就是利用比例方向閥的"連續控製",除了能達到液流換向的作用外,還通過控製換向閥的閥芯位置來調節閥口開度來控製流量。因此,它兼有流量控製和方向控製的功能,而傳統的換向閥僅起開關的作用。
    從成本上而言,單個比例閥價格較高,但由於它能取代多個普通液壓閥,且動、靜態特性良好,而壓力損失較普通閥小,有利於降低係統能耗和溫度,因此,利用比例閥有較好的性能價格比。
    在1140液壓式硫化機的設計中,充分考慮了各工況的要求,以最經濟、簡潔的控製方式來滿足機器的各項性能要求,在液壓係統的設計中做到了運行平穩、衝擊小、可靠性高。為節省安裝時間,在液壓閥的安裝上沒有采用常用的板式聯接,而是采用集成式聯接,該方法將閥串聯疊加,如電氣上的集成塊,一組即可實現某一功能。另一方麵,對一些溢流閥、單向閥采用插裝閥,此種閥直接與閥塊中相應的孔配合而與疊加閥構成完整的液壓係統,疊加閥與插裝閥的使用,使液壓站結構布置緊湊,管路簡化,安裝方便。

    五、結束語
    在實際應用中,液壓式硫化器替代機械式硫化機已成為無可置疑的發展趨勢。在這種形勢下,作為國內硫化器主要生產廠家,大力開展液壓硫化器的開發工作,勢在必行。
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