机械液压技术在轮胎行业的应用

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液压技术因其具有体积小 、质量轻、调节平稳 .且便于实现 自动化、标准化、通用化等优点，在我国机械工业中得到了广泛的应用。从简单的机械传动到精度很高的控制系统，液压技术在汽车、机床、工程机械、农业、轻工业等行业普遍采用，在轮胎行业 ，液压技术广泛用于液压轮胎硫化机、轮胎装载机、轮胎起重机等，起到了重要的作用。下文中.笔者将结合工作实践 .对机械液压技术在轮胎行业的应用展开探讨。

1.机械液压技术简介传动是-种动力与能量的转换与控制过程.包括机械传动、电气传动、流体传动等，其中，流体传动即包含了液体传动与气体传动。液压传动就是液体传动的-种，它以液体为工作介质.利用帕斯卡原理”来进行机械能的传递液压元件由动力元件、执行元件、控制元件、辅助元件、工作介质五个部分组成.其中，动力元件主要为各类泵 .将机械能转化为液压能：执行元件为马达、液压缸等，将动力元件产生的液压能转化为机械能：控制元件为控制液体的压力、流量和方向的各类阀：辅助元件为各类油箱、管道等：工作介质即为液压油。

2.机械液压技术在轮胎行业的应用机械液压技术广泛应用于汽车与轮胎行业 .包括各类液压缸 、手动液压泵 、电机驱动 、溢流阀、换 向阀、过滤器、流量控制 阀、车载液压系统，细化到轮胎行业 ，液压技术在液压轮胎硫化 、轮胎的装载与起重等方面都起到重要作用。现以近年来随着轮胎的子午化趋势而兴起的液压轮胎硫化机为例 .谈机械液压技术在轮胎行业的应用。

2.1技术特点硫化机主要用在各种橡胶制品的硫化，并压制成型。液压轮胎硫化机是基于传统的机械轮胎硫化机发展得来的.随着近年来我国汽车工业的发展和高速公路的不断增多.对汽车轮胎的均匀性提出了更高的要求，液压轮胎硫化机就在此背景下应运而生传统的机械轮胎硫化机因其自身结构设计问题.具有固有的合模受力不均、容易变形的弱点，且很难达到较高的精度 ，而液压轮胎硫化机则有效弥补了机械轮胎硫化机的缺点.液压硫化不仅精度高、自动控制程度好，且硫化后的轮胎更加均匀、适应各种高速公路，尤其对于子午线轮胎和 H级、v级等高等级轮胎.液压轮胎硫化机具有比机械轮胎硫化机无可比拟的优势 目前 .液压轮胎硫化机代替机械轮胎硫化机已经成为轮胎硫化技术的发展趋势2-2工作原理液压硫化机主要有框架式、扁担式、立柱式三种，以配备于高级轿车的低断面轮胎为例，低断面轮胎的扁平比(轮胎断面宽与高的比)多低于50%，较低的扁平比给液压硫化机的使用带来两个问题：首先.低断面轮胎的宽与高之比较小.使得卸胎时容易发生高度不够或卡胎其次，进行轮胎充气时，很难对中，降低了液压硫化机的自动化程度。

为了解决上述问题.许多厂家的液压式硫化机开发出适应于低断面轮胎的专门产品。

低断面液压轮胎硫化机主要由主机、装胎机构 、卸胎机构 、后充气、液压系统、电控系统六个部分组成。其中，液压系统相比传统的液压硫化机，自身精度更高、运行更加稳定。未解决卸胎时容易发生高度不够或卡胎的问题.低断面液压轮胎硫化机使用抓片式方法.并使用直线位移传感器来进行轮胎定位和对中.卸胎时.使用转进转出的汽缸驱动.确保卸胎后的轮胎被精确放置到后充气的下卡盘上 .保证了低断面液压轮胎硫化机的准确、平稳。

目前.很多低断面液压轮胎硫化机的液压系统.采用了YUKEN的液压元件 ，并在升降驱动、活络模、加力、升降等环节 。采用了液压驱动。使用新型的集成块和叠加阀，使得液压系统所占空间与面积得到进-步降低。采用PLC对轮胎硫化过程进行控制，实现了液压轮胎硫化的高度 自动化 .并针对传统的机械轮胎硫化机固有的合模受力不均、容易变形的弱点，选用比例换向阀为开合模的控制元件 从而提高了轮胎硫化的精度 ，简化了流程。

从上述分析可以看出，液压技术在轮胎硫化机的大量环节使用。

硫化机除了卸胎和装胎环节使用气动外.其它都使用了液压驱动.所以.液压系统作为提供动力源的关键环节至关重要然而.液压与气压系统多工作于高温高压环境.在热能和气压的影响下，气体与液体很容易泄露与污染。所以，对于液压式轮胎硫化机.采取隔热与密封措施不仅有利于环境保护.也有利于节能和安全生产.是液压系统在硫化机使用中面临的首要难题(2)安全生产。

轮胎硫化机对橡胶进行模制和热压.长期工作环境为 160-200C高温，2.5-2.8 MPa高压，所以，在操作中应注意安全生产，做好保护措施.防止出现热伤或烫伤等意外情况。

由于轮胎的硫化需要长时间保持加力缸和中心缸的压力 .以保证轮胎的质量.所以，保压是决定轮胎硫化效果的重要环节。此外.轮胎在保压时 ，储存了很大-部分能量，在保压后应及时泄压.泄压不宜过快 ，防止引起液压系统的振动、失稳、噪声。在实际应用中，液压单向阀和蓄能器广泛应用于保压.而带阻尼的电液换向阀可用于逐步泄压。

近年来 .比例技术在液压系统中得到了广泛的推广.比例技术工艺简单、有良好的动静态特性.可以用于改善传统的液压控制阀在合模过程中。只能对液体流进行定值控制，液压换向阀相当于开关.系统的动静态特性不良的问题(5)通用性和配套性。

随着轮胎硫化技术的发展，轮胎硫化机已经形成产业 。但是。相关的国际标准与行业标准相对缺乏 .硫化机的型号与规格未能统-.硫化机零件的通用性不够强另外.轮胎硫化机的配套性也有待提高.硫化机工作所需的很多重要配件、模具多不提供组装，而只能由用户 自己组装。所以，生产出的轮胎很难在出厂前进行试车认定.只能在轮胎厂安装并使用后.才能进行质量测试(6)与轮胎生产厂家的配合。

轮胎硫化机生产出来的轮胎应用于实际.需要满足不同轮胎厂的各种需要 所以.轮胎机的技术革新必须与轮胎生产厂家进行密切配合.共同合作和开发。

2.4发展前景目前.液压式轮胎硫化机在世界各国都得到了普及 .著名的橡胶机械供应商德国克虏伯公司已经将硫化机全部更新为液压式.三菱重工、米其林等世界知名橡胶企业也都以液压式硫化机的使用为主。随着世界轮胎工业发展的子午化趋势发展，以(下转第332页)2013年21期 科技-向导 ◇科技论坛◇分析选择压缩机设计方案王利成(天津凯德实业有限公司 中国 天津 300308)摘 要本文通过对压缩机的使用要求的描述，分析了压缩机的驱动器类型，活塞布局、气路、密封、润滑等元件的不同设计方案，对压缩机的设计方案进行了选择，重点分析了水平对置式压缩机的特点，为压缩机设计方案的选择提供了有效的借鉴。

关键词压缩机；设计方案；分析0.引言空气压缩机是工业上最常用的设备.常用于工业气体的压缩和气动系统的高压气体来源.是大多数企业必不可少的-种基础设备 工业压缩机的的主要特点是功率较小.空间限制较大.启闭较为频繁.连续工作时间长.并且受成本的限制很大.所以设计这样的压缩机时要使其具有总体体积孝工作效率较高、结构较紧凑、使用寿命长、控制较方便、成本相对较低的特点。本文作者通过对压缩机使用要求的具体分析.对工业用压缩机的设计方案进行比较 .具体分析了各个压缩机结构的选择原因1.压缩机设计方案的分析选择1.1电机驱动方案的选择分析直流电机驱动器是压缩机的主要组成部分.是压缩机的动力来源。理论上说.任何-种功率合适的直线电机都可以作为压缩机的驱动器 .但实际上各种电机的特点不同.需要设计者根据自身需要选择合适的直线电机直线电机以工作原理和使用角度可以分为直线驱动器和直线电动机两类，而直线电动机又分为直线感应电动机(LIM)、直线同步电动机(LSM)、直流直线电动机(LDM)、直线步进电动机(LPM)、混合直线电动机(LHM)；直线驱动器分为直线振荡电机(LOM)、直线螺线管(LES)、直线电磁泵(LEP)、直线超声波电动机(LUM)。在所有的电机中，直线振荡电机具有能够自动产生高频的直线往复运动.尤为符合压缩机的驱动器的使用要求.所以-般选择这种直线电机作为压缩机的驱动器。

直线振荡电机按工作原理可以分为直线同步振荡电机和直线感应振荡电机两种 直线感应电机在频繁启动和制动的工业压缩机上使用并不合适。因为它启动和制动时能耗较大、效率较低，与之相比，直线同步振荡电机利用电磁力和弹簧共振的原理 .可以自主产生高频往复直线运动，损耗小 ，功率高，而且结构较为简单 ，不受频繁启动和制动影响.所以使用直线同步振荡电机作为驱动器的效果更好。

1.2压缩机活塞布局和进排气方案分析与选择由于压缩机选用了直线驱动器.所以在进行压缩机的活塞布局时只能选择直线方向上的往复振荡.而且最好将两侧的运动状态完全对称.也就是说将压缩机布置成水平式双气缸对置、双侧活塞压缩。

对于压缩机来说水平放置的活塞不会受液压油以及活塞本身的重力影响.其运行比其竖直放置等稳定.振动和噪声都比较小；双侧对置式活塞也是为了保证压缩机的平稳性 .如果是单侧压缩的话.行程中会有-半的时间-侧受气体的力作用 .而另-侧不受力.进而大大影响了系统振动的平稳性 。而双侧对置式可以消除这种影响，减少振动和噪声的效果十分明显.尤其在功率较大的诚效果尤为显著.唯- 的缺点是空间要求稍大，对狭姓间的安装稍有不利。双缸对置式压缩机的工作原理如下：在直线电机的两侧分别设置两个气缸。活塞与直线电机动子直接相连 .直线电机的驱动力直接驱动活塞往复运动，通过后方弹簧平衡活塞的惯性力。即：当运动件向左运动时，左缸压缩排气，压力升高，达到极限时排气阀打开，气体排出，同时右缸吸气 ，缸内气体处于负压状态 ，吸气阀打开，气体进入气缸 ；当运动件向右侧运动时。则与之相反.右缸压缩排气，左缸吸气.如此往复，其最显著的特点是气体力分布对称 。排气量不发生变化，振动很小 。稳定性好。

1.3活塞定位及行程控制方案分析活塞的定位是保证直线电机的效率的-个重要环节。活塞的定位方式有中心轴定位和外部支撑定位两种.中心轴定位法.定位效果很好，还可以降低永磁部件造成的侧向力，但是会使结构复杂；采用外部支撑方式，如弹簧螺栓等，结构方式相对简单，但精度较低，对装配精度偏低。

对活塞行程控制有两种方式 .-是对于有位移传感器的线性压缩机，可以使用传感器测出活塞的位置 ，进而对活塞的行程进行控制；二是对于无位置传感器的压缩机 .可以通过对活塞位移相关的电压、电流、温度等进行分析计算得到，然后通过电机磁线圈的通电时间或通电幅值的反励行调整。

1.4密封润滑方案分析传统的活塞密封是利用活塞环进行密封的.这是密封方法对于较长的活塞效果较差.现在有-种无活塞环的密封方式 .即在活塞外表面和活塞腔内壁涂上-层特氟龙材料.增加润滑性和密封性，这种密封方式更适合较长的活塞 .且可以将活塞做出中空性状 ∩以是活塞具有进气功能的排气方案.更利于活塞与电机的动子间的紧密连接。

2.结论本文根据工业用压缩机的使用要求.对压缩机的直线电机驱动器、布局方式、密封、活塞定位及行程等进行了具体的分析和论述，对水平对置式压缩机的特点进行了详细的分析.期望通过这些具体的方案分析和选择，能为压缩机的设计者提供有效的借鉴。