王宏志

（中國(guó)航空制造技術(shù)研究院，北京 100024）

目前，子午線(xiàn)輪胎已經(jīng)在國(guó)內(nèi)地面運(yùn)輸領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，而且當(dāng)前橡膠機(jī)械行業(yè)的自動(dòng)化控制水平發(fā)展已經(jīng)與世界自控技術(shù)發(fā)展保持同步。但在航空領(lǐng)域仍以斜交輪胎為主，且輪胎成型設(shè)備陳舊，生產(chǎn)自動(dòng)化程度較低。

航空輪胎是飛機(jī)起落的安全部件。我國(guó)大飛機(jī)發(fā)展已經(jīng)取得了重大突破，大飛機(jī)的國(guó)產(chǎn)化迫切需要發(fā)展高性能航空子午線(xiàn)輪胎。目前我國(guó)尚無(wú)民航大飛機(jī)子午線(xiàn)輪胎自主技術(shù)和產(chǎn)品，完全依賴(lài)于進(jìn)口[1-4]。

由于高性能航空子午線(xiàn)輪胎是飛機(jī)先進(jìn)性的重要技術(shù)指標(biāo)之一，因此世界各國(guó)都對(duì)這一領(lǐng)域進(jìn)行嚴(yán)密的技術(shù)封鎖和壟斷。目前，高性能航空子午線(xiàn)輪胎技術(shù)主要掌握在以法國(guó)米其林、美國(guó)固特異、日本普利司通和英國(guó)鄧祿普等為代表的少數(shù)幾家輪胎企業(yè)手中[5-6]。2008年，國(guó)內(nèi)桂林曙光橡膠工業(yè)研究設(shè)計(jì)院采用半手工制作的方式研制成功我國(guó)第1條航空子午線(xiàn)輪胎[8]。但自動(dòng)化、批量化生產(chǎn)子午線(xiàn)航空輪胎的關(guān)鍵設(shè)備——航空子午線(xiàn)輪胎成型機(jī)在國(guó)內(nèi)尚屬空白。

制約航空子午線(xiàn)輪胎成型質(zhì)量和成型效率的主要問(wèn)題之一是航空子午線(xiàn)輪胎一段成型機(jī)胎體的正反包技術(shù)。當(dāng)前，由于航空子午線(xiàn)輪胎胎體特殊復(fù)雜的成型工藝[8-9]，采用人工方式進(jìn)行航空子午線(xiàn)輪胎多層胎體簾布的正包和反包，生產(chǎn)方式原始，工人勞動(dòng)強(qiáng)度極大，生產(chǎn)效率低，成型質(zhì)量不穩(wěn)定。另外，目前地面輪胎和航空斜交輪胎胎體的成型設(shè)備均無(wú)法實(shí)現(xiàn)航空子午線(xiàn)輪胎胎體的成型，無(wú)法解決胎圈根部打褶不均勻或打死褶問(wèn)題。為此，本工作研究航空子午線(xiàn)輪胎胎體正反包技術(shù)，以期提高輪胎的成型質(zhì)量和效率。

1 航空子午線(xiàn)輪胎胎體成型工藝特點(diǎn)

航空子午線(xiàn)輪胎的成型工藝流程如圖1所示。胎體的斷面如圖2所示。航空子午線(xiàn)輪胎一段胎體的成型存在兩個(gè)問(wèn)題。

圖1 航空子午線(xiàn)輪胎成型工藝示意Fig.1 Forming process of aviation radial tire

圖2 胎體斷面示意Fig.2 Section of tire carcass

（1）胎體簾布貼合問(wèn)題。胎體簾布的寬度遠(yuǎn)大于胎體鼓的寬度，兩側(cè)胎體簾布懸出較長(zhǎng)，沒(méi)有支撐，在貼合內(nèi)襯層和胎體簾布時(shí)無(wú)法形成規(guī)則圓筒（見(jiàn)圖3），且簾布層間無(wú)法緊密貼合，容易產(chǎn)生氣泡，也無(wú)法采用機(jī)械滾壓把幾層胎體簾布?jí)簩?shí)，影響后續(xù)工序，嚴(yán)重影響輪胎成型質(zhì)量。

圖3 貼合內(nèi)襯層和胎體簾布時(shí)無(wú)法形成規(guī)則圓筒Fig.3 Unable to form regular cylinder when bonding inner liner and carcass cord

（2）胎圈根部打褶問(wèn)題。胎體成型既有正包又有反包，胎體簾布正包后在胎圈根部形成嚴(yán)重不均勻褶皺，并會(huì)形成死褶（見(jiàn)圖4），嚴(yán)重影響胎體成型質(zhì)量，且需要人工進(jìn)行輔助，成型質(zhì)量不穩(wěn)定，成型效率低。

圖4 胎圈根部不均勻褶皺Fig.4 Uneven fold at bead root

分析胎圈根部形成嚴(yán)重不均勻褶皺的主要原因如下。①胎體筒不規(guī)則。貼合的胎體筒為不規(guī)則胎體筒，在進(jìn)行正包時(shí)胎體筒沿圓周方向受力不均勻。②胎體簾布層數(shù)及簾線(xiàn)特性導(dǎo)致，即胎體的層數(shù)較多，包括1層內(nèi)襯層、4—6層內(nèi)層胎體簾布，2層外層胎體簾布及其他補(bǔ)強(qiáng)膠；航空子午線(xiàn)輪胎胎體骨架材料為特殊材料，胎體簾線(xiàn)比斜交輪胎胎體簾線(xiàn)粗且硬，強(qiáng)度較大，正包的阻力較大。③胎體貼合鼓的折疊比較大。航空子午線(xiàn)輪胎為保證胎體強(qiáng)度，設(shè)計(jì)時(shí)胎體直徑比胎圈直徑要大很多，折疊比較大，折疊比為胎體鼓貼合直徑與胎圈直徑的比值，如圖2所示小規(guī)格和大規(guī)格航空子午線(xiàn)輪胎胎體的折疊比分別為500/370＝1.35和740/506＝1.46。

由此可見(jiàn)，采用傳統(tǒng)正反包成型技術(shù)無(wú)法實(shí)現(xiàn)航空子午線(xiàn)輪胎胎體的正反包，正反包過(guò)程中胎圈根部會(huì)出現(xiàn)不均勻打褶。

2 正反包技術(shù)的實(shí)現(xiàn)

一段胎體正反包技術(shù)是航空子午線(xiàn)輪胎成型機(jī)研制成敗的關(guān)鍵技術(shù)。針對(duì)上述問(wèn)題，采取相應(yīng)的解決措施，以便在胎圈根部形成均勻褶皺，保證航空子午線(xiàn)輪胎的成型質(zhì)量。

2.1 解決胎體貼合問(wèn)題

在胎體鼓兩側(cè)增加輔助支撐，如圖5所示，中間紅色部分為胎體鼓，兩側(cè)綠色部分為輔助工裝。兩側(cè)輔助支撐的直徑與胎體鼓貼合直徑一致，且兩側(cè)輔助支撐與胎體鼓同步進(jìn)行旋轉(zhuǎn)及停止，以便貼合時(shí)胎體簾布能夠整體貼合在一個(gè)圓柱面上，且沒(méi)有圓周方向上的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，避免胎體簾布扭曲。同時(shí)輔助支撐在貼合完成后能夠?qū)崿F(xiàn)徑向的收縮或脫離胎體貼合鼓，以便為后續(xù)正反包工序做好準(zhǔn)備。

圖5 胎體鼓輔助工裝示意圖Fig.5 Auxiliary tooling for carcass drum

2.2 解決胎圈根部不均勻褶皺問(wèn)題

胎體簾布從大直徑收縮到小直徑，在胎圈根部出現(xiàn)胎體簾布的堆積和折疊是不可避免的，但需要采取措施使胎圈根部褶皺均勻，保證胎體成型質(zhì)量。

（1）降低胎體貼合鼓的折疊比。在保證輪胎質(zhì)量和性能的前提下，盡量降低胎體貼合鼓的折疊比，即減小胎體直徑與胎圈直徑的比值，減小胎圈根部胎體簾布的重疊堆積量，從而避免胎圈根部出現(xiàn)較大的打褶現(xiàn)象。

（2）增大指形正包器與反包膠囊之間的間隙。在進(jìn)行正包時(shí)，指型片下壓后，胎體簾布處于指型片與反包膠囊之間，指形正包器與反包膠囊之間的間隙應(yīng)足夠大（見(jiàn)圖6），避免因間隙太小無(wú)法實(shí)現(xiàn)正包或者導(dǎo)致胎圈根部出現(xiàn)死褶，以致無(wú)法進(jìn)行后續(xù)反包工序。

圖6 指形片與膠囊之間的間隙Fig.6 Gap between finger and capsule

（3）采取膠囊預(yù)充氣方法。正包時(shí)為使胎體筒兩側(cè)胎體簾布圓周方向上同時(shí)受力且受力均勻，胎體筒應(yīng)保持一個(gè)規(guī)則的圓筒形狀，采用膠囊預(yù)充氣的方法，在兩側(cè)懸空胎體簾布內(nèi)形成支撐，隨指形片緩慢下壓膠囊，使其緩慢放氣，以便形成規(guī)則的胎圈根部打褶現(xiàn)象。

（4）保證兩側(cè)指形正包器動(dòng)作的同步性。在兩側(cè)正包器對(duì)兩側(cè)胎體簾布進(jìn)行下壓正包時(shí)，保持動(dòng)作的同步性，避免將胎體筒拉偏。正包器的運(yùn)動(dòng)采用伺服電機(jī)取代原氣缸進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)兩側(cè)扣圈盤(pán)及正包器的位置及速度可控，以便保證兩側(cè)正包動(dòng)作的同步性。

（5）優(yōu)化指形正包器的結(jié)構(gòu)和增加指形片數(shù)量。為使胎圈根部褶皺均勻，利用仿生學(xué)設(shè)計(jì)指形片的結(jié)構(gòu)，以模仿人工進(jìn)行均勻打褶的動(dòng)作。優(yōu)化設(shè)計(jì)指形片正包器的結(jié)構(gòu)，增加指形片數(shù)量，以使褶皺盡量多且均勻分布。采用兩層指形片結(jié)構(gòu)，一層指形片處于胎體簾布筒的內(nèi)側(cè)以支撐胎體簾布，另一層指形片處于胎體簾布筒的外側(cè)，外層指形片下壓，內(nèi)層指形片支撐，以便將胎體簾布筒均勻的分割成N等份，如圖7所示。內(nèi)外層指形片的數(shù)量應(yīng)根據(jù)成型輪胎的規(guī)格和機(jī)械結(jié)構(gòu)的限制，盡量多且沿圓周方向均勻分布。

圖7 內(nèi)外層指形片均分胎體筒Fig.7 Carcass divided evenly by the inner and outer finger plates

2.3 改進(jìn)效果

通過(guò)采取以上改進(jìn)措施及進(jìn)行設(shè)備優(yōu)化設(shè)計(jì)后，解決了胎圈根部出現(xiàn)死褶或不均勻褶皺的問(wèn)題，并提高了胎體的成型質(zhì)量和成型效率。改進(jìn)后的指形正包及膠囊反包效果如圖8所示。

圖8 正反包效果示意Fig.8 Effect of forward and reverse wrapping

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)航空子午線(xiàn)輪胎胎體正反包成型工藝參數(shù)優(yōu)化及設(shè)備改進(jìn)，航空子午線(xiàn)輪胎的成型質(zhì)量得到保證，成型效率提高。實(shí)現(xiàn)胎體簾布自動(dòng)正反包后，將工人從繁重的正反包操作中解放，極大地降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，降低了勞動(dòng)成本，為航空子午線(xiàn)輪胎成型機(jī)的研制提供了技術(shù)支持。

目前我國(guó)航空子午線(xiàn)輪胎成型機(jī)的發(fā)展還處于初步階段，工藝的進(jìn)一步深入研究和創(chuàng)新以及設(shè)備的更新和優(yōu)化，都需要工藝研究人員與設(shè)備設(shè)計(jì)人員進(jìn)行更深入地研究，以便國(guó)內(nèi)航空子午線(xiàn)輪胎的生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)批量化，擺脫國(guó)外對(duì)我國(guó)民用和軍用航空子午線(xiàn)輪胎的制約。