徐楠楠，王怀国，刘培华，孟庆华，李昂，孙贺

(青岛双星橡塑机械有限公司，山东 青岛 266400)

胎体是轮胎的骨架材料，起到轮胎的支撑作用，其质量对轮胎的安全性至关重要。因此，胎体生产线的稳定性和可靠性历来备受轮胎生产厂家、橡胶机械制造企业的关注[1]。

传统全钢胎体的生产需要两个工序：压延与裁断。压延是指胶料通过压延机的辊筒缝隙时，在压力下延展成为平整的、厚度合适的胶片，同时附着在排列均匀的钢丝上实现挂胶的过程，需要使用完整的大型压延线[2]。胎体裁断又称直裁，是指将压延完成的帘布大卷以90°方向裁切成单段胶片，再缝合成连续的胎体胶片（钢丝与胶片成垂直），并根据轮胎配方工艺经贴胶、包边及卷取，形成大卷，需要使用直裁生产线，另外在生产带束层时使用斜裁生产线完成。现有的压延生产线与裁断生产线分离使用，都属于大型设备，前期投入高，后期维护繁琐，占地面积大，中小型企业使用效率低，投资压力大[3]。

近几年，随着挤出覆胶机的发展，国内外采用覆胶或挤出贴合成型的带束层生产方式有所发展[4～5]。在此背景下，为适应现代轮胎生产发展需求，我公司联合德国HF共同启动研发了覆胶全钢胎体帘布生产线项目。该生产线主要面向中小企业及补充产能的需求，具有投资少、见效快、使用方便的特点，可大大降低设备投入及后期维护，最大限度提高设备利用率。对于补充产能的用户，该设备功能强大，根据工艺要求更换配件后可满足各种规格轮胎生产要求，尤其可满足各种试验胎制作，适应未来定制式轮胎生产要求。

1 生产线简介

覆胶全钢胎体帘布生产线主要包括挤出、覆胶、压延、冷却牵引、储布、裁断、缝合、贴胶和卷取九大部分（如图1所示）。

图1 覆胶全钢胎体帘布生产线

生产线工艺流程为：①钢丝经由锭子架输送至整经机构，整经机构将钢丝排列均匀；②挤出机（冷喂料）挤出胶料至覆胶机头的流道中，与输送过来的钢丝覆合，形成钢丝帘布；③钢丝帘布通过两辊压延机整平；④钢丝帘布经由冷却牵引装置将温度降低；⑤储布装置储存帘布，为在后续间断性生产（如更换卷取小车）挤出机无需停止；⑥裁断装置将帘布以90°定长裁切，并实现定长输送；⑦缝合装置将裁切后的胶片缝合成一体；⑧贴胶装置将胎体贴垫胶的部位贴上一层薄胶片，另外根据需要将贴薄胶片贴到胎体的两侧边并实现包住；⑨卷取装置将生产完成的胎体卷成大卷，运输到成型机使用。

1.1 挤出机与覆胶机头

其结构如图2所示。为适应于现代橡胶生产工艺要求，提高制品质量及生产率，现代橡胶生产广泛采用冷喂料挤出形式。销钉式冷喂料挤出机无论是在提高产品质量（塑化性好、排胶温度低）还是生产率方面（排胶量大）都有巨大优势，技术成熟，设备运行稳定，目前已成为主流设备。

覆胶机头采用对顶式双输入胶料，保证挂胶的均匀性、稳定性。在机头前方设有红外线温度检测装置，根据生产出来的钢丝帘布温度反馈至控制系统，通过温控系统进行调节，保证最终输出温度符合工艺要求（增加胶料温度会提高胶料流动性，有利于覆胶，但温度太高会导致胶料过硫）。提高挤出机输出胶料时压力（24 MPa），有利于胶料在流道中流动的均匀性，对挤出机螺杆及电机功率有特殊要求。

图2 挤出机与覆胶机头

本研发对流体动力学、热动力学等进行了理论分析，保证了制品满足轮胎生产工艺需求。

1.2 两辊压延机

区别于传统意义上的结构复杂的压延机，本次研发采用简单的两辊压延工艺，对覆胶帘布进行整平。如图3所示，下两辊的转动速度相同，以保证钢丝在帘布中的对称性与胶料的均匀性，采用位移控制制品厚度，辊筒内表层通冷却水降温，防止胶料黏连。

图3 两辊压延机

1.3 冷却牵引与储布装置

使用覆胶法生产钢丝帘布时，胶料在挤出机中剧烈翻转、搅拌、流动产生较高的温度，使钢丝帘布到达冷却牵引装置前温度在90℃左右，为使其适用于后续的裁断等工序要求（低于45℃），需对钢丝帘布进行冷却。

如图4所示，本装置分为两部分：张力牵引及冷却。钢丝帘布首先进入张力牵引装置。张力装置由两个上方的固定辊筒和一个下方的浮动辊筒及驱动辊组成，浮动辊由油缸带动上下运动，油缸由压力变送器反馈压力信号，液压系统根据反馈结果控制输出油量，进而调节油缸推力，实现帘布恒张力控制；同时可在一定范围内储存帘布，在驱动辊速度变化时起到缓冲作用，实现调整相邻部套驱动的运动速差，使其运行平稳、张力恒定。钢丝帘布进入冷却装置，冷却辊为中空螺旋结构，冷却水连续不停地通过其中，使用电机将帘布缓慢牵引经过冷却辊，起到降温的效果。经过该装置，帘布温度可降低到40℃左右。需根据制品钢丝规格要求及帘布钢丝根数提供张力，驱动辊筒提供扭矩需大于该张力的要求，并实现可控变速输出，采用伺服控制。

图4 冷却牵引装置

由于挤出机的开启与停止对帘布产量及制品质量影响较大，在连续生产中，挤出机开始运行后，若非遇到比较大的故障一般不会停止。因此为了适用胎体帘布满整卷后更换小车，特研发增设了储布装置，如图5所示。

1.4 裁断与缝合装置

裁断装置用于钢丝帘布的裁断，裁切角度为90°，用于全钢胎体的制作，如图6所示。刀具材料采用W18Cr4V，保证有足够的强度裁断钢丝，气缸带动裁刀向上下运动达到切断钢丝帘布的效果。本装置气缸单个行程可裁切两次帘布，大大提高了裁断效率。帘布定长采用伺服电机带动夹取装置来回运动，应用光电开关检测夹座运动长度，从而精确控制裁切后单段帘布的长度，同时输送架留有足够的宽度以保证不同规格轮胎的胎体需求。

图5 储布装置

图6 裁断装置

帘布裁断后需要将成段的胶片缝合，如图7所示，本装置采用两面缝合方式，左右同步进行，缝合轮上下各两组。使用气缸控制缝合轮组向下运动，压紧接头，到达合适位置后，采用电机带动缝合轮的左右运动，从而将两段帘布缝合成整体。本次研发采用了左右两个缝合装置，这大大提高了缝合效率，从而提高整体生产效率。

图7 缝合装置

1.5 贴胶与卷曲装置

胎体帘布在成型机上与轮胎肩垫胶贴合时，中间需要胶料黏合填充，因此需要在胎体帘布的指定位置贴一层薄胶片。目前帘布贴胶有冷贴与热帖两种，冷贴灵活方便，热帖设备要求高，但热帖与原帘布胶体融为一体，负载能力大。

如图8所示，本设备采用冷贴的方式，方便快捷。具体工艺为：①使用纠偏装置将缝合后的帘布控制到中间位置；②前后两个贴胶装置将胶片贴合到指定位置，使用丝杠调节间距，下方由辊轮压紧，每个贴胶装置上方配有两个胶片料卷，双工位可减少换料次数，提高生产效率，料卷的旋转由磁粉制动器控制；③为保持胶片的黏度，胶片表面有一层塑料的保鲜膜，使用气动马达带动方轴将其卷下。可根据轮胎工艺需求，将轮胎胎体边缘部分包住，防止钢丝外漏。

胎体帘布在完成贴胶工序后，进入卷曲工序，如图9所示。

图8 贴胶装置

图9 卷曲装置

2 分析与讨论

众所周知，当挤出的胶片宽度越大时，越难控制其厚度的均匀性，为了尽量减少一条胎体上接头数量，我公司联合德国HF对覆胶机头流道进行了创新设计，将钢丝帘布的覆胶宽度扩大到600 mm。 覆胶机头采用的流线型中空结构，保证胶料进入的整个过程中，贴覆到钢丝上的厚度均匀且表面平整，通过后续的两辊压延机整平后，即可获得厚度均匀、钢丝排列整齐、表面平整光滑的钢丝帘布。

相较于一般的压延法生产钢丝帘布，覆胶法更方便快捷，具体表现为：①采用覆胶法生产钢丝帘布可大大降低生产费用。目前市场上一台整体的生产钢丝帘布大卷的压延线需要两千万左右，而使用覆胶法设备成本可降低一半；②覆胶设备整体占地较小，调试安装方便，适合中小型轮胎企业使用；③覆胶法生产钢丝帘布工艺流程简单，生产效率较高。

同时本覆胶法胎体帘布生产线，经冷却、储布后直接进入直裁工序（后续将增加斜裁以生产带束层），生产出全钢胎体，免去了工序间的转运，大大减少了工艺流程，提高了生产效率。同时，将两个工序结合在一起形成的覆胶全钢胎体帘布生产线在价格上，相较于市场上主流的压延机与裁断机的总价格，降低55%左右。本设备调节范围广，可满足多数主流轮胎的胎体生产。

3 结论

综上所述，我公司研发的覆胶全钢胎体帘布生产线采用覆胶法生产钢丝帘布，是橡胶机械行业的一个重大的尝试。这种方式具备成本低、占地小、使用方便等特点，可大幅降低设备前期投入与后期维护的成本。本设备将覆胶与裁断结合，形成生产线，缩减了工艺流程，可大幅降低设备成本。同时该生产线功能齐全，可满足不同工艺要求的轮胎胎体的制作。

与此同时，配套的斜裁装置我公司正在研发中，初步方案在本设备的基础上再拖挂一条斜裁装置，使全钢胎体与带束层的生产更加方便快捷。

覆胶全钢胎体帘布生产线的研制改变了传统轮胎企业的生产布局，优化了轮胎生产方式，带动轮胎设备的创新发展，为全钢胎体的生产探索了一个新的方向。

[1]杨顺根. 子午线轮胎生产设备的国产化及其存在的问题[J].橡塑技术与装备，2006,32(7):8～14.

[2]宋志涛.钢丝帘布覆胶厚度的设计[J].橡塑技术与装备，2016,36:490～492.

[3]童壮根,谢苏江,钱寅国. 金属覆胶复合密封材料及其发展和应用[J].流体机械，2009,37(3):34～39.

[4]阎学和，任丽丽，苏立新，等. 国产钢丝带束层挤出覆胶生产线[J].轮胎工业，2004,24:44～46.

[5]王顺国，王立，石保军. 覆胶钢丝帘布厚度测量系统改进[J].轮胎工业，2010,30(11):692～694.