譚 劍，杭柏林

（青島科技大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，山東 青島 266061）

隨著我國社會經(jīng)濟(jì)和高速公路的發(fā)展以及家庭轎車的普及，汽車市場規(guī)模不斷擴(kuò)大，輪胎作為汽車不可或缺的配件，影響汽車的舒適性和安全性，逐漸受到人們的關(guān)注，對輪胎質(zhì)量要求也越來越高。輪胎生產(chǎn)需要多道工序，各工序工藝的實現(xiàn)和落實需要相應(yīng)的設(shè)備來完成。對輪胎成型工藝而言，機(jī)械精度和半成品部件定位精度會影響輪胎各項性能指標(biāo)，如輪胎均勻性影響乘坐舒適性，還關(guān)系到車輛壽命、輪胎異常損耗以及耗油量。

輪胎制造廠家通常采用的控制均勻性的指標(biāo)有：輪胎自由半徑偏差（RRO）、輪胎上下面不平衡質(zhì)量（D/B-UP&D/B-LOW）、徑向力波動（RFV）、側(cè)向力波動（LFV）和錐度效應(yīng)力（CON）[1-2]。實車試驗表明，對高速轎車子午線輪胎而言，當(dāng)徑向力、側(cè)向力、錐度效應(yīng)力過大時，車輛在平坦路面上以某一特定速度帶域行駛，車輛與輪胎發(fā)生高頻共振，產(chǎn)生噪聲，影響駕乘人員的乘坐舒適性[3-4]。

本研究以半鋼一次法輪胎成型機(jī)為研究對象，通過對比試驗數(shù)據(jù)分析影響輪胎均勻性指標(biāo)的因素。

1 機(jī)械精度對輪胎均勻性的影響

1.1 帶束層鼓圓度

用百分表對帶束層鼓圓度進(jìn)行測定，以驗證帶束層鼓圓度對輪胎均勻性的影響。

校正前，測定帶束層鼓圓度為2.99 mm，成型半鋼子午線輪胎胎坯20個；校正后，測定帶束層鼓圓度為0.63 mm，成型半鋼子午線輪胎胎坯20個；在同一臺硫化機(jī)上用相同的硫化工藝硫化，進(jìn)行輪胎均勻性檢測，結(jié)果如表1所示。

表1 帶束層鼓校正前后的輪胎均勻性數(shù)據(jù)

從表1可以看出，帶束層鼓圓度對輪胎側(cè)向力和錐度效應(yīng)力影響不大，而對徑向力影響非常明顯，校正后徑向力比校正前下降了16.8 N，從而提高了輪胎均勻性。

1.2 胎圈預(yù)置裝置同心度和定位精度

用百分表對校正前后的胎圈預(yù)置裝置分別進(jìn)行8次精度測定，每次精度測定包括胎圈預(yù)置裝置的同心度和定位精度，結(jié)果如表2所示。

表2 胎圈預(yù)置裝置的精度 mm

校正前成型半鋼子午線輪胎胎坯20個，校正后成型半鋼子午線輪胎胎坯20個，在同一臺硫化機(jī)上用相同的硫化工藝硫化后，進(jìn)行輪胎均勻性檢測，結(jié)果如表3所示。

表3 胎圈預(yù)置裝置校正前后的輪胎均勻性數(shù)據(jù)

從表3可以看出，胎圈預(yù)置裝置精度校正后，徑向力下降了23.9 N，側(cè)向力下降了17.6 N，輪胎均勻性明顯改善。

帶束層鼓圓度標(biāo)準(zhǔn)為不大于1.00 mm，胎圈預(yù)置裝置同心度和定位精度標(biāo)準(zhǔn)均為不大于0.50 mm，為了保證帶束層鼓圓度和胎圈預(yù)置裝置精度，使輪胎均勻性得到保障，應(yīng)定期對帶束層鼓和胎圈預(yù)置裝置進(jìn)行可靠性預(yù)防維護(hù)和校核，維護(hù)周期為3 d，確保兩者處于標(biāo)準(zhǔn)范圍之內(nèi)。

1.3 組合壓輥壓合參數(shù)

組合壓輥（見圖1）滾壓壓力和分離速度的設(shè)定是否恰當(dāng)對胎坯的變形有較大影響，從而影響輪胎的均勻性。

圖1 組合壓輥示意

為了驗證組合壓輥不同壓合參數(shù)對輪胎均勻性的影響，設(shè)計兩組壓合參數(shù)方案，分別對15個壓合前設(shè)計肩寬為151 mm的胎坯進(jìn)行壓合，結(jié)果如表4所示。

表4 組合壓輥壓合參數(shù)及壓合結(jié)果

將兩方案生產(chǎn)的輪胎在相同條件下硫化后，進(jìn)行均勻性測試，結(jié)果如表5所示。

表5 不同壓合參數(shù)下均勻性數(shù)據(jù) N

從表5可以看出，方案2的徑向力平均值與方案1比較下降了9.7 N，而側(cè)向力和錐度效應(yīng)力變化不明顯?？梢娊M合壓輥壓力及分離速度對輪胎的徑向力有較大影響，若兩者設(shè)置不合理，會引起半成品膠料部件壓合過程中發(fā)生較大遷移和變形，特別是對帶束層角度和寬度影響較大。

在胎坯壓合能將空氣完全排除的情況下，組合壓輥的壓力適當(dāng)減小，分離速度適當(dāng)調(diào)慢，對成品輪胎的均勻性有利。

1.4 帶束層鼓結(jié)構(gòu)

以帶束層鼓扇形塊數(shù)量為自變量，設(shè)置為13，18和23，通過ABAQUS軟件進(jìn)行受力分析[5]，分析帶束層鼓在重力與離心力作用下沿扇形塊圓周方向的徑向位移變化規(guī)律，結(jié)果如圖2所示。

圖2 扇形塊數(shù)量為13，18和23個時徑向位移變化規(guī)律

扇形塊數(shù)量不同時帶束層鼓徑向位移對比如圖3所示。

圖3 不同扇形塊數(shù)量時的徑向位移對比

結(jié)合圖2和3分析可知，扇形塊越少，帶束層鼓質(zhì)量越小，在重力與離心力雙重作用下偏離中心的程度越小，帶束層貼合時定位精度越高，輪胎均勻性越好。因此全面改善輪胎成型機(jī)機(jī)械精度可以滿足輪胎均勻性要求。

2 帶束層定位精度對輪胎均勻性的影響

帶束層定位精度一般包括帶束層接頭錯位偏差和貼合偏心度。

2.1 帶束層接頭錯位偏差

在膠料半成品部件中，復(fù)合層及胎體簾布一般采取搭接的接頭方式，這種接頭方式公差比較大，而帶束層采用對接的接頭方式，公差小，這對帶束層的貼合工藝精度要求比較高，在現(xiàn)有輪胎成型機(jī)中，合格率不理想。造成帶束層接頭錯位的主要原因是裁斷精度不達(dá)標(biāo)、物料檢測開關(guān)反饋速度慢、自動接頭裝置誤差大、帶束層料卷本身存在打褶現(xiàn)象。半鋼子午線輪胎帶束層接頭錯位標(biāo)準(zhǔn)是不大于1 mm。對輪胎成型機(jī)生產(chǎn)過程中某帶束層貼合接頭錯位進(jìn)行測量，結(jié)果如圖4所示。

圖4接頭錯位量約為7 mm，已超過接頭錯位標(biāo)準(zhǔn)，不符合公差要求。以圖4狀態(tài)成型一個胎坯，硫化后進(jìn)行成品均勻性檢測，結(jié)果如表6所示。

圖4 接頭錯位示意

從表6可以看出，目標(biāo)輪胎側(cè)向力實測值為179.3 N，超出標(biāo)準(zhǔn)71.6 N?？梢?，當(dāng)帶束層貼合接頭錯位時，側(cè)向力會大幅增大，嚴(yán)重影響輪胎的均勻性。

表6 帶束層接頭錯位輪胎均勻性檢測結(jié)果 N

為了使帶束層接頭錯位量降低到標(biāo)準(zhǔn)以內(nèi)，應(yīng)將帶束層寬度公差控制在±1 mm以內(nèi)，裁斷角度偏差控制在±1°以內(nèi)；對工字輪小車上的墊布定期進(jìn)行平整處理，避免斜向?qū)ч_造成大頭小尾現(xiàn)象。

2.2 帶束層貼合偏心

帶束層在貼合時需要在規(guī)定位置上到帶束層鼓，貼合過程如圖5所示。若偏離規(guī)定位置太多，就會造成帶束層貼合偏心。

圖5 帶束層貼合過程

在輪胎試制過程中，某一段帶束層在貼合時偏心度為5 mm，對相應(yīng)成品輪胎進(jìn)行均勻性檢測，結(jié)果如表7所示。

表7 帶束層貼合偏心輪胎均勻性檢測結(jié)果 N

從表7可知，帶束層貼合時整體偏心會發(fā)生錐度效應(yīng)力超標(biāo)，進(jìn)而影響輪胎均勻性。造成帶束層貼合位置偏心的主要原因是帶束層鼓與供料架貼合模板中心線偏離過多、帶束層自動糾偏系統(tǒng)未能達(dá)到工藝標(biāo)準(zhǔn)、CCD攝像鏡頭不能清楚攝取帶束層位置。

為了減小帶束層貼合偏心度，首先要保證設(shè)備的機(jī)械位置精度要求；提高帶束層電子糾偏系統(tǒng)精度，控制在±0.1 mm以內(nèi)；在CCD鏡頭下方設(shè)置移動日光燈管，使鏡頭能夠清楚地攝取帶束層位置。

3 結(jié)語

本工作主要以輪胎側(cè)向力、徑向力、錐度效應(yīng)力作為衡量輪胎均勻性的指標(biāo)，對輪胎成型機(jī)械精度和帶束層定位精度對輪胎均勻性的影響進(jìn)行了研究，結(jié)果表明：帶束層接頭錯位對輪胎側(cè)向力有明顯影響；帶束層貼合偏心度對輪胎錐度效應(yīng)力有明顯影響；帶束層鼓圓度、胎圈預(yù)置裝置精度、組合壓輥壓力及分離速度對輪胎徑向力有明顯影響；帶束層鼓扇形塊數(shù)量對輪胎側(cè)向力、徑向力、錐度效應(yīng)力均有影響。應(yīng)控制帶束層等膠料部件定位精度和輪胎成型機(jī)機(jī)械精度在設(shè)計指標(biāo)范圍內(nèi)，從而保證輪胎的均勻性，最終達(dá)到使車輛行駛安全、舒適、節(jié)能的目的。