Конструкции и методы сборки покрышек

КОНСТРУКЦИИ И МЕТОДЫ СБОРКИ ПОКРЫШЕК

ВВЕДЕНИЕ

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 перекрестным направлением расположения нитей корда в каркасе (диагональные), шины с радиальным (меридиональным) расположением нитей корда (типа Р) и шины с меридиональным расположением корда и съемным протектором (типа PC).

1. КОНСТРУКЦИИ И МЕТОДЫ СБОРКИ ПОКРЫШЕК

1.1 Назначение и конструкции покрышек

Каркас диагональной шины состоит из нескольких слоев об- резиненного корда, нити которого в смежных слоях располагаются в двух диагональных направлениях и, перекрещиваясь, образуют эластичную сетку. Угол между иитью корда в каркасе и меридиональной линией нормального поперечного сечения, образуемого плоскостью, проходящей через ось шины, называется углом наклона. При меридиональном расположении нитей корда угол их наклона к нормальному сечению равен нулю, а при диагональном может изменяться в пределах 48-54°.

Бескамерная шина типа Р показана на рис. 1.1.

Шина типа PC, как правило, имеет три съемных протекторных кольца - одно центральное и два боковых. В некоторых конструкциях шин этого типа вместо трех монтируется одно съемное протекторное кольцо.

Благодаря меридиональному расположению нитей корда в каркасе шины радиальной конструкции имеют более высокие технико-экономические и эксплуатационные показатели по сравнению с диагональными. Число слоев корда в каркасе радиальных шин вдвое меньше, чем в каркасе диагональных. В радиальных шинах нити брекерного пояса расположены под большим углом (70-90°) к меридиональной плоскости, поэтому брекерный пояс практически нерастяжим. При качении радиальной шины по дороге брекерный пояс ведет себя подобно гусенице трактора, причем в зоне контакта с дорогой линейные скорости всех контактирующих точек протектора примерно одинаковы, что приводит к меньшему его износу. У диагональных шин жесткость каркаса в окружном направлении значительно выше, чем у радиальных, поэтому больше смещение и проскальзывание точек протектора в зоне контакта с дорогой и выше износ протектора, Вследствие таких преимуществ радиальных шин, как надежность, долговечность, комфортабельность, безопасность движения, топливная экономичность они получают все большее распространение. Например, по прогнозам экономистов, в ближайшие годы в странах Западной Европы свыше 92% легковых и 83% грузовых покрышек будут иметь радиальную конструкцию

Рис. 1.1 Автомобильная бескамерная шина с радиальным расположением нитей корда в каркасе:

1 - протектор; 2 - брекерный пояс; 3 - боковина; 4 - бортовое кольцо из стальной проволоки; 5 - детали бортового крыла; 6-внутренний герметизирующий слой.

Автомобильная камерная шина (рис. 1.2), монтируемая на обод 1 колеса автомашины, состоит из покрышки 2, ездовой меры 4 и ободной ленты 3 (для покрышек грузовых автомобилей).

Поперечный разрез грузовой шины, смонтированной на разборном ободе колеса автомобиля, представлен на рис. 3.

Камера представляет собой кольцеобразную замкнутую резиновую трубку, помещенную внутрь покрышки и наполненную сжатым воздухом. Покрышка предохраняет камеру от механических повреждений, сохраняет ее наполненной сжатым воздухом в заданных габаритах, воспринимает тяговые и тормозные усилия автомобиля и обеспечивает сцепление шины с дорогой.

В бескамерных автомобильных шинах функции ездовых камер выполняет специальный герметизирующий резиновый слой. Воздух накачивается непосредственно в полость покрышки (шины). Герметизация такой шины достигается изменением конструкции борта, наличием уплотнительной бортовой ленты и плотной посадкой шины на обод специальной конструкции.

Автомобильная покрышка (см. рис. 1.1) состоит из массивного резинового слоя - протектора, двух боковин, подушечного слоя (брекера), нескольких слоев обрезиненного корда каркаса, двух бортовых колец, обернутых бортовыми обрезиненными ленточками.

Протектором называется наружный резиновый слой покрышки, соприкасающийся с поверхностью дороги. В зависимости от типа покрышки рисунок на протекторе имеет различные форму и размеры его элементов. Боковинами покрышки обычно называют наружные резиновые покрытия, накладываемые на боковые (наружные) стенки каркаса. Они предохраняют слои каркаса от механических повреждений и различных внешних воздействий (влага, грязь и т. п.). 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 связи между резиновым протектором и резинокордным каркасом.

Брекер ослабляет передаваемые каркасу толчки и удары и предохраняет его от преждевременного разрушения. В подушечном слое, расположенном между каркасом и брекером, при эксплуатации покрышек сосредотачиваются наибольшие напряжения и развиваются наивысшие температуры.

Каркасом называется резинокордная основа покрышки, придающая ей достаточную прочность, гибкость и упругость. Бортовые кольца составляют основу бортовых частей покрышки. Каждая покрышка имеет две бортовые части. Бортом покрышки обычно называют ее жесткую часть, с помощью которой она крепится на ободе колеса автомобиля. Жесткость и прочность борту придают находящиеся в нем кольца, изготовленные из стальной проволоки. В зависимости от размера покрышки и необходимой прочности в каждом ее борте может быть одно, два или более бортовых колец. Обрезиненные бортовые кольца, обернутые прорезиненной тканью, в производстве называют крыльями.

Проволочные кольца изготавливают из стальной проволоки несколькими способами: в виде обрезиненной плетенки, безуточной обрезиненной многопрядной проволоки (шести-, восьмипрядной) и одиночной спирально навитой проволоки.

Наибольшее распространение в промышленности получили бортовые кольца из безуточной многопрядной проволоки.

Для грузовых шин, монтируемых на плоские разборные ободы, используют ободные ленты. Ободной лентой (флепом) называется профилированная замкнутая кольцеобразная резиновая лента, устанавливаемая между автокамерой и ободом.

Автомобильные покрышки различаются по размерам и конструкции отдельных деталей и характеризуются четырьмя основными размерами (рис. 1.4): наружным диаметром D, внутренним (посадочным) диаметром d, шириной В и высотой Н профиля. Шириной профиля покрышки обычно называют максимальное расстояние между точками профиля ее нормального поперечного сечения, измеряемое параллельно оси колеса автомобиля, а высотой профиля покрышки - расстояние от основания борта ее нормального поперечного сечения до верхней наружной точки, измеряемое перпендикулярно оси колеса.

Условное обозначение размера покрышки низкого и сверхнизкого давления включает, как правило, ширину профиля (поперечного сечения) надутой шины и посадочный диаметр обода колеса автомобиля. Например, покрышка к грузовому автомобилю ЗИЛ имеет условное обозначение 240-508Р, где 240 - ширина профиля В, мм; 508-посадочный диаметр d или диаметр обода, мм; Р - обозначение типа шины с радиальным (меридиональным) расположением нитей корда в каркасе.

Иногда диаметр обода приведен не в миллиметрах, а в дюймах; в некоторых случаях в дюймах даны ширина профиля и диаметр обода: например, шина пневматическая 6,50-16. При обозначении размера радиальных шин к цифрам добавляют букву Р, а в случае радиальных шин со съемным протектором - буквы PC. Условное обозначение размера шин высокого давления дают в дюймах: например, 34X7, где 34 - наружный диаметр D шины; 7 - ширина профиля В. 10 Для широкопрофильных шин условное обозначение размера состоит из трех чисел (в мм): например, 1200X500X508, где 1200 - наружный диаметр; 500 - ширина профиля; 508 - диаметр обода.

1.2 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 на сборочный барабан.

Рис. 1.2 Поперечное сечение сборочных барабанов с собранными покрышками

а - покрышка на дорновом барабане; 6 - покрышка на полудорновом барабане; -покрышка на на полуплоском барабане 1 - дорновый барабан; 2 - собранная покрышка; 3 - полудорновый барабан; 4 - полуплоский барабан, сборочный барабан из специального устройства, называемого питателем.

При сборке покрышек браслетным методом вытяжка корда после надевания браслета на сборочный барабан составляет 7-13,5% [2], а при послойном методе не превышает 3-3,5% [3]. Таким образом, браслетный метод сборки допускает более высокую неоднородность структуры каркаса покрышек.

Широкое распространение получил послойный метод сборки автомобильных покрышек. Этот метод в большей степени отвечает требованиям для изготовления долговечных прецизионных шин. Он позволяет достигнуть более равномерной структуры каркаса, повышенного запаса прочности при одинаковой плотности нитей корда и слойности каркаса, а также полностью механизировать наложение слоев корда с питающего устройства при точном центрировании заготовок относительно сборочного барабана, ликвидировать участки изготовления браслетов, облегчить труд и улучшить транспортировку деталей. Обеспечение равномерной вытяжки в слоях корда при сборке и формовании, меньшая ее величина и высокая точность наложения слоев корда относительно центральной линии сборочного барабана ( + 1 - 2 мм по сравнению с ±2-4 мм при браслетной сборке) [4] дают возможность уменьшить дисбаланс покрышек и тем самым повысить их ходимость.

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 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 слоев 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, конструкции которых будут рассмотрены ниже.

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 отдельных деталей на сборочный барабан.

Сборка покрышки диагональной конструкции начинается с надевания первого браслета на сборочный барабан, а при послойной сборке - с накладывания первых слоев обрезиненного корда из питателя на сборочный барабан станка. Этот браслет (или слои корда) называют первой группой слоев; они образуют первые слои каркаса покрышки. Затем свисающая с барабана часть первого браслета обжимается по заплечикам сборочного барабана, к нему приклеивается крыло, и оставшиеся концы браслета заворачиваются на цилиндрическую часть барабана. Эта операция называется формированием борта покрышки. Иногда, по аналогии с машиностроением, ее 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 слоев из питателя. Свисающие с барабана части корда обжимаются по первой группе слоев, затем к ним приклеиваются вторые крылья и концы браслета, как и в первом случае, заворачиваются на цилиндрическую часть барабана.

Третий браслет (или группа слоев) 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 слоев 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 прием (в одну стадию) путем 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 путем приближения формы каркаса к форме поперечного сечения готовой покрышки, без изменения положения бортовых колец. Формование покрышек, собранных на полуплоских сборочных барабанах, сопровождается поворотами слоев 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 определенные 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.

Б настоящее время отечественные предприятия-изготовители гарантируют следующий пробег шин для автомобилей различных типов (в км): грузовые автомобили - 45000; троллейбусы и городские автобусы - 60 000; легковые автомобили - 33 000. Средний же пробег шин в эксплуатации составляет (в км): средние грузовые автомобили - 55 000-60 000; тяжелые грузовые автомобили - 65 000-70 000; автобусы и троллейбусы - 90 000-95 000; легковые автомобили-42 000-45000.

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

Ввиду специфики конструкции радиальной покрышки (покрышки типа Р) и наличия в ней нерастяжимого брекерного пояса в технологию и оборудование для ее сборки внесен ряд существенных изменений по сравнению с технологией и оборудованием сборки покрышек диагонального построения.

Сборка покрышек типа Р может быть осуществлена двумя различными способами: 1) двухстадийным и 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 сборочном 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 - осуществляются на другом эластичном сборочном барабане специального сборочного станка для второй стадии сборки радиальных покрышек (вторая стадия),

2. Метод совмещенной сборки, при котором вся сборка радиальной покрышки проводится па 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 несформированный 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 четырехсекторном сборочном барабане, исходный диаметр которого da больше диаметра кольца бортового крыла d_K (полуплоский метод).

Этот метод включает в себя следующие операции (рис. 1.6): а - операция наложения на барабан бортовых лент и одного или нескольких слоев каркаса покрышки; б-начало операции формирования борта, захват слоев корда каркаса кольцевой пружиной 10 и обжимным рычагом - обжатие слоев каркаса по периметру заплечиков барабана и посадка бортовых крыльев 5 шаблоном 6; - заворот слоев каркаса на крыло; - заворот слоев каркаса на цилиндрическую часть барабана; е - отвод кольцевой пружины и распорных рычагов в исходное положение.

Вторая стадия сборки радиальных покрышек (рис. 1.3) в данном случае состоит из следующих операций, выполняемых на втором - эластичном сборочном барабане 12 второго сборочного станка: - установка и центрирование собранного каркаса 11 покрышки на эластичный сборочный барабан 12 с подвижными фланцами - формование каркаса и надевание брекерно-протекторного браслета 15; и - опрессовка и прикатка брекерно-протекторного пояса к каркасу покрышки; к - снятие сформованной покрышки с эластичного барабана 12 и далее транспортирование сформованной покрышки на вулканизацию. 16

При послойном методе слои корда и брекера подаются на станках (в две стадии): 2- е - операции первой стадии сборки; ж-к - операции второй стадии сборки; 1 - складной металлический четырехсекторный барабан; 2 - резинокордные слои каркаса покрышки; 3 - дополнительный барабан; 4 - обжимной рычаг; 5 - бортовые крылья покрышки; в -шаблон для посадки бортового крыла; 7 - первый кольцевой цилиндр; S - второй кольцевой цилиндр; 9 - распорный рычаг; 10 - кольцевая пружина; 11 - собранный на полуплоском барабане каркас покрышки типа Р; 12 - эластичный сборочный барабан; 13 - подвижные фланцы сборочного эластичного барабана; - шаблон с опорными секторами для ограничения формы покрышки и посадки брекерно-протектор- ного браслета; 15 - брекерно-протекторный браслет; 1S - прикатчики; 17 - сформованная автомобильная покрышка типа Р на барабане; 18 - сформованная покрышка типа Р, снятая с эластичного сборочного барабана.

Рис. 1.4 Технологические операции совмещенной двухстаднйной сборки радиальной автомобильной покрышки на разжимном барабане из уширенных слоев корда каркаса;

а - г - операции первой стадии сборки; д-ж - операции второй стадии сборни; 1 - основной сборочный барабан; 2 - два вспомогательных сборочных барабана; 3 - резинокордные слои каркаса (уширешшс); 4 - бортовые крылья; 5 - главный приводной вал сборочного барабана; 6 - подвижные фланцы сборочного барабана; 7 - устройства для заворота уширенных слоев каркаса; 8 - механизм подачи и установки брекерно-протекторного браслета.

Совмещенная сборка радиальных покрышек при двухстадийном способе осуществляется в две стадии. Первая стадия сборки проводится на разжимном барабане, исходный диаметр которого меньше диаметра d_K кольца бортового крыла (плоский метод). Этот метод включает в себя следующие операции: а - наложение бортовых лент и слоев каркаса на сжатые основной и вспомогательные сборочные барабаны; б - посадка бортовых крыльев (бортовых колец); в - разжатие основного барабана (при этом происходит вытяжка и опрессовка слоев корда каркаса покрышки); г - заворот участков слоев каркаса, образующих боковины покрышки, на крыло.

Вторая стадия совмещенного метода сборки радиальных покрышек состоит из следующих операций; - формование каркаса и надевание брекерно-протекторного браслета; е-Опрессовка и прикатка брекерно-протекторного пояса к каркасу покрышки; ж - снятие сформованной покрышки с 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 диагональных покрышек. Вторая же стадия их сборки, включающая формование каркаса и окончательную сборку покрышки, выполняется на другом станке, который должен быть оснащен одним из следующих типов сборочных барабанов:

1) жестким 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 свою форму тороидальном барабане с надетым каркасом покрышки и осуществляется ее 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.

При сборке покрышек совмещенным способом отпадает необходимость передачи каркаса с одного барабана на другой, а также необходимость центрирования каркаса, что уменьшает возможность перекоса слоев каркаса. В зависимости от числа применяемых барабанов станки для раздельной сборки покрышек типа Р могут быть двух- или трехпозиционнымн. В сборочном процессе могут использоваться различные варианты сборки, в том числе изготовление брекерно-протекторного браслета на специализированном станке-автомате.

Раздельная сборка легковых радиальных покрышек в отечественной шинной промышленности осуществляется в основном на станках СПП 470-800 (первая стадия) и СПР 330-300 (вторая стадия). Схемы первой и второй стадий раздельной сборки радиальных покрышек изображены на рис. 1.6.

Собранный на станке СПП 470-800 каркас покрышки (первая стадия) устанавливается на сборочном барабане станка второй стадии сборки с эластичной диафрагмой, закрепленной между двумя соосными фланцами. Каркас покрышки тщательно центрируется; борта каркаса фиксируются специальным шаблоном с опорными секторами (операция ж, рис. 1.6), смонтированными на внешней поверхности фланцев. Во внутреннюю полость диафрагмы подается сжатый воздух, и при синхронном сближении фланцев происходит формование каркаса покрышки. Каркас постепенно превращается из «заготовки», имеющей цилиндрическую форму, в заготовку, имеющую тороидальную поверхность, т. е. в сформованную заготовку автомобильной покрышки, которая в дальнейшем закладывается в пресс-форму для вулканизации.

После касания каркасом внутренней поверхности шаблонов процесс формования заканчивается. Далее на наружную поверхность сформованного каркаса накладывается нерастяжимый брекерно-протекторный и осуществляется его прикатка при помощи прикатчиков 16.

В некоторых случаях вместо наложения брекерно-протекторного браслета сначала производится наложение нерастяжимого брекерного пояса, его прикатка к каркасу, а затем наложение и прикатка протектора прикатчиками 16 по профилю сформованного каркаса. Далее осуществляется наложение и стыковка боковин, их прикатка. После окончания сборки покрышки полость барабана соединяется с атмосферой, из диафрагмы выходит воздух, а затем диафрагма соединяется с вакуумной линией. Диафрагма и опорные сектора сжимаются, фланцы перемещаются в исходное положение, сформованная покрышка 18 снимается с барабана 12 и направляется на вулканизацию.

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 покрышки. Для снятия брекерно-протекторного браслета с барабана, переноса н надевания его на сформованный каркас используется специальный манипулятор-перекладчик. Хотя раздельная сборка каркаса и брекерно-протекторного браслета и 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:

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

2) промежуточное хранение каркасов и браслет;

3) возможность значительной у садки каркаса, собранного на разжимном барабане, и большие трудности при установке его на барабан второй стадии сборки;

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

Преимущества этого метода:

1) достаточная надежность, простота и возможность совмещения операций, так как механизмы обработки и Питания агрегата рассредоточены в пространстве [4];

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

3) высокая ремонтная технологичность.

Предложен ряд способов раздельной сборки радиальных покрышек на так называемых станках-агрегатах.

Станок имеет три соосно расположенных барабана (барабан для сборки каркасов, барабан для сборки брекерно-протекторного браслета, формующий барабан) и устройства для транспортирования и передачи каркаса, брекерно-протекторного браслета, автоматического съема готовой покрышки. Каркас покрышки собирается на жестком барабане секторной конструкции; здесь производится наложение слоев каркаса, их дублирование, посадка крыльев и заворот слоев корда на крыло. Собранный каркас устанавливается транспортирующим устройством и фиксируется на формующем диафрагменном барабане, далее брекерно-протекторный браслет центрируется по каркасу. Каркас формуется и соединяется с брекерно-протекторным браслетом. Затем осуществляется прикатка брекерно-протекторного браслета к сформованному каркасу, форцующий барабан, сжимаясь, занимает исходное положение, заготовка покрышки снимается с барабана и направляется на вулканизацию.

Операции переноса каркаса, брекерно-протекторного браслета и съема сформованной покрышки выполняются специальными устройствами в автоматическом режиме. Операции первой стадии сборки, сборки брекерно-протекторного браслета и второй стадии сборки выполняются одновременно на каждом из трех барабанов [2].

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

1) возможность использования на первой стадии сборки разжимного барабана;

2) отсутствие промежуточного хранения каркасов;

3) повышение производительности оборудования;

4) уменьшение числа ручных операций;

5) улучшение качества покрышек за счет механизации и непрерывности процесса.

Недостатки совмещенной 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 ведущие фирмы по производству радиальных покрышек работают над совершенствованием процесса н оборудования для совмещенной сборки. Особенность совмещенной сборки покрышек заключается в том, что первая стадия сборки проводится на жестком цилиндрическом основании (барабане), а вторая стадия формования покрышки выполняется на том же барабане, но формующим органом при этом могут быть как жесткие элементы, так и эластичные диафрагмы, раздуваемые сжатым воздухом. Известна также совмещенная сборка покрышек, когда формование каркаса осуществляется на оборудовании без формующего элемента (западногерманская фирма «Герберт»). При таком методе формования бортовые части каркаса собираемой покрышки герметично фиксируются на фланцах сборочного барабана и каркас покрышки формуется воздухом, подаваемым в полость, образованную каркасом собираемой покрышки и фланцами сборочного барабана. При формовании покрышек этим методом фланцы сборочного барабана постепенно сближаются, когда происходит увеличение наружного диаметра формуемого каркаса покрышки.

В некоторых случаях для совмещенной сборки используются двухпозиционные станки. Здесь нерастяжимый брекерно-протекторный браслет собирается на отдельном барабане, расположенном соосно с основным сборочным барабаном. Готовый браслет переносится на основной барабан специальным транспортирующим устройством. Совмещенная сборка на станках фирмы «Гудьир» (США) начинается с наложения слоев корда на сборочный барабан, посадки бортовых колец и их фиксации. Далее, после подачи сжатого воздуха в камеры вспомогательных барабанов, осуществляется наложение боковин, надевание и точное центрирование брекерно-протекторного браслета. Затем подается сжатый воздух в камеру основного барабана и проводится формование каркаса, который прессуется (приклеивается) к брекерно-протекторному браслету. Воздух еще раз подается в камеры вспомогательных барабанов, которые, раздуваясь, производят опрессовку (приклеивание) боковин к каркасу покрышки.

После завершения сборки механизмы барабана возвращаются в исходное положение, собранная покрышка снимается с барабана и подается на вулканизацию.

К преимуществам совмещенной сборки по сравнению с раздельной сборкой на станке-агрегате можно отнести; I) отсутствие транспортировки каркаса; 2) более высокую точность выполнения операций и однородность покрышки; 3) уменьшение обслуживающего персонала. Недостатки этого метода: 1) сложность конструкции сборочно-формующего барабана; 2) сложность размещения механизмов обработки и питателей в узкой зоне сборки.

Первое направление интересно тем, что сборка может осуществляться на обычных станках для сборки диагональных покрышек. Ограниченную растяжимость брекера при этом можно обеспечить использованием нитей корда особой конструкции, состоящих из легкоразрываемой при формовании основы, вокруг которой винтообразно намотана несущая нить корда, и, кроме того, специальной укладкой нитей брекера (например, нитей металлокорда) волнообразно по окружной поверхности несформованного каркаса или укладкой его в гофры [2, 4, 8].

Нетрадиционный каркас покрышек в этом случае состоит из наложенных на барабан слоев корда с радиальным и диагональным расположением нитей.

При формовании нити корда разворачиваются так, чтобы центральная зона имела диагональное расположение нитей, а боковые зоны - радиальное. Далее накладывается брекер с противоположным углом наклона нитей, а затем протектор. При формовании покрышки слои каркаса в центральной зоне, разворачиваясь и принимая радиальное расположение, облегчают разворот нитей брекера и придают им положение, характерное для радиальной покрышки (угол наклона нитей брекера к плоскости нормального меридионального поперечного сечения 70-85°).

Одностадийный способ сборки на специальном дорпе, не требующем операции формования, предложен японской фирмой «Тое Гому Когё». Здесь на сборочный барабан через систему ведущих, прижимных и приводных роликов подаются уже сформованные слои корда. Три ведущих ролика выполняются выпуклой формы, но отличаются один от другого по длине и диаметру (в середине роликов). Ролики устанавливаются на специальных (раздвоенных) опорах так, чтобы по мере удаления от дорна каждый последующий ролик имел меньший диаметр и большую длину. Кордная ткань, нити которой расположены под прямым углом к направлению ее перемещения, протягиваясь через эти ролики, приобретает тороидальную форму перед наложением на дорн. Существенным недостатком описанного устройства является трудность получения кордной ткани тороидальной формы, кривизна поверхности которой совпадала бы с кривизной поверхности дорна, а также сложность точного наложения ткани на дорн, так как центры радиусов кривизны сформованной кордной ткани в зоне наложения не совпадают с осью вращения дорна. Кроме того, для получения одинаковых расстояний между нитями корда требуется равномерная подача и вытяжка его при наложении на дорн. Такой одностадийный метод сборки ввиду технологических трудностей не нашел практической реализации.

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

Для реализации этого способа используются различные конструкции сборочных станков с разнообразными принципами действия рабочих механизмов. Принцип действия различных станков для сборки радиальных покрышек во многом определяется особенностью конструкции сборочного барабана. Конструкция же сборочного барабана определяется в основном типом используемого формующего механизма (органа), от особенностей работы которого во многом зависит качество собранной покрышки.

К настоящему времени предложено, разработано и освоено промышленностью несколько способов сборки диагональных покрышек и покрышек типа Р к мотоциклам, легковым и грузовым автомобилям, сельскохозяйственным машинам. В частности, наряду с традиционными методами в промышленность внедрен метод сборки малослойных покрышек на разжимных барабанах с низкой короной (начальный диаметр барабана меньше диаметра бортового кольца), что позволяет обеспечить наибольшую механизацию и автоматизацию процесса сборки покрышек за счет упрощения конструкции борта и применения метода сборки из уширенных слоев обрезиненного корда. В этом случае сокращается продолжительность сборки в 1,5-1,7 раза, достигается экономия обрезиненного корда на 6-7% и улучшаются условия труда. Сокращение продолжительности сборки достигается за счет замены прикатки опрессовкой слоев корда каркаса при разжатии (увеличении диаметра) сборочного барабана. Протектор также не прикатывается, а опрессовывается диафрагмой, которая одновременно служит и для съема покрышки со сборочного барабана. Вместе с указанными преимуществами использование разжимных барабанов для сборки каркасов покрышек типа Р приводит к следующим недостаткам [2]: 1) повышенной усадке каркасов покрышек, собранных на первой стадии, при переносе их на вторую стадию; 2) неравномерному и повышенному разрежению нитей корда, снижающему сортность покрышек, при формовании покрышек на второй стадии сборки. Кроме того, расчеты показывают, что запас прочности покрышек, собранных из уширенных слоев корда, примерно на 20% меньше запаса прочности покрышек, изготовленных полуплоским или полудорновым способами. Для уменьшения влияния указанных недостатков при использовании разжимных барабанов для сборки легковых покрышек иностранные фирмы используют корд с ослабленным или податливым утком.

Целесообразность выбора того или иного метода сборки покрышек может быть определена путем решения и оптимизации многовариантной задачи в зависимости от таких факторов, как назначение, конструкция, долговечность, надежность, комфортабельность, особенности, экономичности производства и т. д.

Шинная промышленность относится к таким отраслям народного хозяйства, где доля ручного труда на заготовительно-сборочных операциях еще велика, и поэтому вопросы механизации и автоматизации здесь имеют большое значение. Процесс авто- В настоящее время в производстве шин еще не разработаны критерии оценки технологичности конструкции покрышек, однако для решения проблемы автоматизации сборки их целесообразно разработать. В машиностроении уже имеется ряд методик оценки технологичности деталей и изделий, но они не могут быть использованы в производстве шин по ряду обстоятельств, к числу которых можно отнести:

1) невозможность разборки и повторной сборки собранной покрышки;

2) малую «жесткость» большинства деталей;

3) отсутствие жестких баз для ориентирования и контроля деталей в пространстве;

4) трудность контроля размеров деталей и точности их подачи на сборку;

5) существенную зависимость свойств материала деталей от продолжительности и условий их хранения до сборки;

6) значительное изменение качества сборки покрышек от изменения технологических параметров заготовительно-сборочных процессов (усилия дублирования, релаксационные процессы, влажность, способы хранения деталей и др.).

Разработка метода оценки технологичности конструкций покрышек для их автоматической сборки позволит выявить недостатки и наметить основные направления ее совершенствования. Целесообразно выбрать также критерии качества сборки и его количественную оценку в виде целевой функции. В этом случае появляется возможность формулировки и решения задачи оптимизации конструкции покрышки, оборудования для ее изготовления и реализации задачи создания систем автоматизированного проектирования новой техники для производства шин с использованием промышленных роботов.

1.3 Требования к качеству покрышек

Требования к качеству покрышек шин различного назначения в основном предопределяются особенностями их эксплуатации, конструкцией, качеством исходных материалов, способом и оборудованием, при помощи которых они изготавливаются.

Так, к шинам для легковых автомобилей предъявляются требования безопасности движения, надежности, долговечности, высокой комфортабельности езды, хорошего сцепления с дорожным покрытием, соответствующих ходовых качеств и другие. Они обеспечиваются правильным выбором геометрических, кинематических и динамических параметров покрышек, высокими качествами исходных материалов, применением прогрессивных конструкций шин, разработкой оптимальных типов рисунков протектора, использованием современного оборудования для изготовления покрышек.

Следует отметить, что требования, предъявляемые к шине, в известной мере взаимосвязаны и противоречивы. Поэтому приходится искать компромиссные решения, исходя из оптимизационных конструкторских, технологических, рецептурных, материаловедческих и других задач.

Лучшие технико-экономические показатели покрышек типа Р обусловили их быстрое распространение и вытеснение покрышек с диагональным расположением нитей корда в каркасе. Предполагается, что в ближайшие годы в США па рынке сбыта шины типа Р составят около 90%.

За рубежом ведутся работы по созданию новых конструкций покрышек, в частности, неармированных конструкций покрышек, получаемых методом литья под давлением. Пробег литой шины фирмы «Файрстоун» (Англия) до разрушения составляет 20 000- 25 000 км. Фирма «Пирелли» (Италия) разработала и освоила новую «треугольную» шину. Накопленный опыт производства фирма «Данлоп» (Англия) использует в новых разработках шин типа «треугольной» и безопасной шины типа «деново». Безопасность езды на шинах типа «деново» обеспечивается применением специальной смазки, которая заполняет отверстие в случае их прокола. Основные отличительные особенности «треугольной» шины: комфортабельность езды, малые вибрации автомобиля, сохранение работоспособности при нулевом внутреннем избыточном давлении и значительно меньшая (примерно в два раза) трудоемкость производства. Недостатками шины этой конструкции являются худшие, по сравнению с шинами типа Р, тягово-сцепные свойства, неудовлетворительное поведение на поворотах, повышенное сопротивление качению вследствие высокого теплообразования в шине. Интенсивно ведутся работы по использованию в конструкции шины высокопрочных материалов, так как это - один из важнейших путей повышения ее надежности и долговечности. В настоящее время в каркасе покрышек используют стекловолокно, полиэфирные, полиамидные волокна, металлокорд, синтетическое высокомодульное и высокоэластичное волокно (СВМ).

На повышение работоспособности ашны большое влияние оказывает качество выполнения технологических операций и переходов процесса изготовления покрышек, обеспечивающих однородное распределение материалов в каркасе, брекере и протекторе и позволяющих снизить дисбаланс покрышки. Поэтому к сборочному оборудованию предъявляются следующие требования: прецизионность и стабильность выполнения технологических операций; соблюдение спецификаций и ГОСТов (ГОСТ 4754-74. Шины пневматические для легковых автомобилей; ГОСТ 5513-75. Шины пневматические для грузовых автомобилей); обеспечение допустимых отклонений деталей покрышки и шины в целом; соблюдение точности наложения слоев корда («разгон» ступенек корда должен соответствовать принятой спецификации сборки, ступенька должна быть равномерной по ширине с минимальным допуском ±1 мм); обеспечение стабильности размеров ширины борта покрышки (отклонение по ширине не должно превышать ±1,5 мм); равномерное размещение стыков слоев корда по периметру каркаса; центрирование деталей слоев корда, брекера и протектора (допуск до ±1 мм); высокое качество прикатки всех деталей каркаса. Прикаточные и прочие механизмы сборочного оборудования должны обеспечить полное удаление воздуха и необходимую прочность связи без нарушения структуры нитей корда и покровного слоя резины. Высокое качество сборки и вулканизации покрышек должно приводить к получению равномерно напряженного каркаса, конструкция которого обеспечивает равнозначность циклических деформаций и напряжений по контуру в элементах покрышки при эксплуатации и позволяет снизить дисбаланс, боковое и радиальное биения.

Одним из путей снижения дисбаланса, бокового и радиального биений является использование новых технологии и оборудования для изготовления протектора методом навивки ленты резиновой смеси на сформованный каркас покрышки с использованием червячных машин или каландра.

Действующие государственные стандарты и технические условия на готовую продукцию регламентируют требования к шинам и допустимые отклонения их технических характеристик. Например, ГОСТ 4754-74 на шину 165Р-13 устанавливает норму слойности покрышки (четыре), тип обода, допускаемую нагрузку, давление, максимальную скорость движения, а также геометрические параметры покрышки (наружный диаметр - 600±6 мм, ширина профиля не более 172 мм, статический радиус-278±3 мм).

По технологическим регламентам, все размеры полуфабрикатов и готовых изделий должны соответствовать спецификациям па сборку покрышек. В табл. 1.2 приведены некоторые технологические допуски на отдельные детали покрышки размера 165Р-13. С повышением размеров покрышек, а, следовательно, и размеров деталей поле допуска на их изготовление увеличивается.

Большое внимание в настоящее время уделяется уменьшению допусков на размеры полуфабрикатов и деталей покрышек, повышению качества выполнения всех операций и переходов технологического процесса их изготовления, механизации и автоматизации процессов, исключению ручных операций из производства шин.

Для уменьшения допусков на размеры полуфабрикатов необходимо по ширине и углу повысить точность отрезания резинокордных и металлокордных заготовок (1,0 мм) на диагонально-резательной машине и стыковки пластин (полос) обрезиненного корда. Следует обратить особое внимание на обеспечение высокой точности закатки раскроенных полос корда и тканей в прокладку. В производстве целесообразно использовать точные центрирующие устройства при закатке корда, наложении деталей на сборочный барабан, отборе и закатке прокладки. Важными условиями изготовления прецизионных покрышек являются достижение равномерного натяжения нитей корда в слоях каркаса и обеспечение одинакового оптимального расстояния между нитями корда основы в готовом изделии (одинаковой вытяжки корда). Если бы эти условия выполнялись идеально, можно было бы уменьшить коэффициент запаса прочности каркаса покрышки. Снижение коэффициента запаса прочности позволило бы уменьшить слойность покрышек, вес покрышек, уменьшить расход бензина и увеличить срок службы покрышек при минимальном их весе и стоимости. Ни одна из фирм пока не гарантирует равномерной (заданной) величины вытяжки корда и металлокорда. Однако в производстве покрышек вопросам получения определенной постоянной величины вытяжки уделяется большое внимание. Так, фирма «Юниройял» (США) сообщает, что вытяжка корда при формовании может достигать 14%, а при вытяжке выше 10% покрышку можно считать окончательным браком; оптимальной принимается вытяжка в пределах 3-4% [1].

Этой же фирмой предложен непрерывный метод контроля вытяжки обрезиненного корда на всех стадиях заготовительно-сборочного процесса. Суть метода заключается в наложении на состыкованный корд в продольном направлении контрольных нитей, физические свойства которых подобраны таким образом, что при вытяжке корда свыше 4% они рвутся. Равномерное расположение нитей корда в покрышке зависит от ее конструкции, правильного выполнения технологических операций, конструктивных особенностей оборудования (диаметр и тип сборочного барабана, ширина и число слоев обрезиненного корда, точность изготовления деталей и т. д.) и свойств исходных материалов и полуфабрикатов.

Равномерное натяжение нитей корда в каркасе определяется, главным образом, точностью и четкостью работы механизмов наложения слоев, формирования борта и прикатки. Например, несинхронная работа двух механизмов формирования борта при обжатии слоев корда по плечикам сборочного барабана может привести к «перетаскиванию» и перекосу слоев обрезиненного корда каркаса покрышки. Для обеспечения равномерного натяжения нитей корда в бортовой и надбортовой зонах покрышки необходимо, чтобы ролики (или пружины) механизмов формирования борта перемещались в процессе формования по траектории, эквидистантной криволинейному профилю плечиков сборочного барабана, что создает наилучшие условия формования бортовой части заготовки автомобильной покрышки. Необходимо также обеспечить возможность регулирования и оптимизации величин натяжения и вытяжки корда при подаче слоев обрезиненного корда из питающих устройств и наложении на сборочный барабан.