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新型平板硫化机关键部件设计及有限元分析

摘要：近几年，随着科技的改革和社会的发展，社会对于轮胎的需求量越来越大，与此同时，精密化、智能化、节能化也成为轮胎生产未来发展的趋势。汽车工业的发展，进而对轮胎性能提出更高的要求，而硫化作为轮胎生产最重要的工序之一，决定着轮胎性能的优劣。平板硫化机的主要功能是提供硫化所需的压力和温度。压力由液压系统通过液压缸产生，温度由加热介质提供。平板硫化机按机架的结构可分为柱式平板硫化机和框式平板硫化机，柱式平板硫化机是较早使用的一种机型，目前已主要使用框式平板硫化机。

本次文献综述主要围绕平板硫化机的国内外研究现状、硫化机的研究重点及当前争论的重点，以及此次平板硫化机的创新设计。

关键词：硫化机 水胎 优化设计 胶囊 硫化工艺

1. 前言

轮胎具有100多年的历史，随着汽车功能的不断升级，汽车轮胎的性能要求也不断提高。轮胎从橡胶到成型需要经过多个复杂的环节，硫化作为轮胎生产最重要的一个环节，如图 1所示，硫化工序是轮胎内部线性大分子结构发生交联变化的关键步骤，良好的硫化工艺装备对提升轮胎性能具有重要作用。有研究表明，在一个产值为100万套的轮胎制造企业，每小时消耗的蒸汽约为40t，同时还需要消耗大约7000kw·h的电量^[1]。因此要对原有的设备进行优化和设计，在原有加工设备的基础上提高硫化机的使用性能，带来明显的社会和经济效益，实现轮胎生产的硫化过程自动化程度高，硫化机的结构简单，自动化程度高。

图 1硫化原理

1. 国内外研究概况

硫化机的研究现状

• • 1. 传统硫化装备

轮胎在生产的过程中，通过硫化装备进行硫化这一道工序，为了制造出分布均匀、性能优良的轮胎，我们对硫化装备的精度要求也越来越高。传统硫化机按结构可分为A型、B型、C型及RIB型等^[2]。硫化机的发展史可分为三个阶段，第一个阶段是19世纪的水压硫化罐^[3],如图 2所示,硫化罐的结构为圆筒形带凸形封头的容器。对轮胎进行硫化需要通过水胎，其设备自动化程度很低，工人需要操作基本上每道步骤，同时也造成工人劳动强度大。

图 2硫化罐

然后是第二阶段，先是在20世纪30年代前后，个体硫化机问世，与硫化罐相比较，个体硫化机如果要控制轮胎模具开合模，需要利用机械结构来实现，然而仍需通过人工来达成装胎、卸胎和拆除水胎等工作，在这种情况下，工人的劳动强度仍然很大，自动化程度同样比较低^[4];

硫化设备装置在20世纪50年代在性能上出现了一次较大的飞跃，机械定型硫化机在美德等国家利用改进个体硫化机而产生^[5]，如图 3所示，此种类型的机械式硫化机，将轮胎的内模从原来的水胎变为胶囊^[6]，这是因为胶囊相比于比水胎，传热的速度更快，硫化的效率更高，同时，这时的定型硫化机增加了中心机构，这是定型硫化机最大的进步之处，中心机构它的本质作用就是控制胶囊的运动，而定型硫化机则是通过中心机构的运动来控制胶囊的膨胀收缩，从而完成实现轮胎的装胎和卸胎的完全自动化，并且模具的开合模在此时，也能实现较高程度的自动化。在这时机械式硫化机主要是用来生产斜交胎。